变速花鼓离心离合组件和自动内三速花鼓的制作方法

本发明属于自行车领域，特别涉及对变速花鼓的改进。

背景技术

现有的手动内三速变速花鼓系统包括内三速花鼓、变速线、变速推杆、调速转把。其至少存在以下问题：

不能自动切换变速档位，需要人工根据踏频调速。调速转把占用车把手的手握空间，外露的变速线和调速转把影响整车美观。

花鼓内需要延时出与所述变速线配合的变速推杆等部件，导致内部构件布局不尽合理，整车装配比较繁琐，对整车安装精度要求高。

整个系统过于复杂，变速推杆和变速线由于外漏容易被损坏、变速线易老化，导致功能失效，需要定期维护。

因此本发明的目的在于提出一种新型的自动的三速花鼓消除上述缺陷。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明设置中置行星架，设置在行星第一第二齿轮组的齿环上的通过离心离合实现现在不同踏频下结合，通过第一第二行星齿轮组的齿环驱动所述花鼓壳体输出不同的速度。

更为具体地，所述自动内三速花鼓，包括:

起到支撑安装作用的花鼓轴；

作为动力输出的花鼓壳体；

安装在所述花鼓轴上的，第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和直驱部；

第一行星齿轮组的第一行星架驱动第二行星齿轮组的第二行星架，第二行星架驱动直驱部；

第一行星齿轮组的齿环上设置有在第一踏频以上结合的第一离心离合，第二行星齿轮组的齿环上设置有在第二踏频以上结合的第二离心离合；

所述第一或第二离心离合上包括离心块、离合片和棘爪，离合结合时离心块驱动离合片径向转动，所述离合片转动释放棘爪与花鼓壳体的驱动部啮合。

在优选的实施例中，所述离心块设置在所述齿环上的安装轴，离心块绕所述安装轴转动时带动所述离合片径向转动。

在优选的实施例中，所述离心块通过一驱动部与所述离合片连接；所述离心块与一复位件连接，离合分离时复位件驱动离心块和离合片反向转动。

在优选的实施例中，所述离合片包括一棘爪收容槽，所述棘爪被部分地收容在所述棘爪收容槽；离合结合时所述棘爪收容槽释放棘爪从初始位置转换到与所述花鼓壳体的驱动部啮合的位置。

在优选的实施例中，所述棘爪包括一弧形支撑部，所述弧形支撑部的背部设置有弹簧槽，一轴向固定弹簧穿过所述弹簧槽将其轴向固定在所述齿环上；所述弹簧压迫所述弧形支撑部的背部使得棘爪总是趋于远离所述棘爪收容槽；所述离合结合时，离合片转动到所述棘爪能够脱离所述收容槽的脱离位置，所述棘爪在弹簧的作用下从初始位置弹出，并与花鼓壳体的驱动部啮合。

在优选的实施例中，所述花鼓驱动部包括棘轮环以及与棘轮环外齿啮合的固定齿环，所述固定齿环与花鼓固定连接或一体设置，所述棘轮环的棘齿在离合结合时与所述及棘爪啮合。

在优选的实施例中，所述复位件为设置在离心块安装轴上的扭簧，第一离心离合分离时踏频低于第一踏频第一离合组件的扭簧驱动离心块绕安装轴反向转动；第二离心离合分离时踏频低于第二踏频第二离合组件的扭簧驱动离心块绕安装轴反向转动。

在优选的实施例中，所述驱动部为与所述离合片配接的驱动杆，所述离合片上设置与所述驱动杆配接的开口，所述驱动杆部分的收容在所述开口内并通过开口驱动所述离合片转动。

在优选的实施例中，所述直驱部上设置与花鼓壳体的驱动部直接啮合棘爪。

在优选的实施例中，所述第一踏频大于第二踏频；当踏频小于第二踏频时，直驱部驱动所述花鼓壳体，第一离心离合和第二离心离合空转；当踏频大于第二踏频小于第一踏频时，第二离心离合结合，直驱部以及第一离心离合空转；当踏频大于第一踏频，第一离心离合结和第二个离心离合空转。

基于同一技术原理本发明还提供一种变速花鼓离心离合组件，包括：

动力输入部，用于安装离心块、离合片和棘爪；

棘轮环，用于与所述棘爪啮合时向花鼓壳体输出动力；

离合结合时，离心块驱动离合片径向转动释放棘爪与棘轮环啮合；

离合分离时，棘轮环的分离部转动迫使所述棘爪与棘轮环强制脱离，并被所述离合片锁定。

在优选的实施例中，所述动力输入部为行星齿轮组的齿环。

在优选的实施例中，所述棘轮环的分离部为设置在棘轮环内部向内突起的突起部，离合分离时所述棘轮环随花鼓壳体惯性转动，突起部将棘爪推离棘轮环，使得两者被强制脱离并被所述离合片上的收容槽锁定位置。

作为进一步的改进，本发明还提供另一种自动内三速花鼓，其包括:

起到支撑安装作用的花鼓轴；

作为动力输出的花鼓壳体；

安装在所述花鼓轴上的，第一行星齿轮组、第二行星齿轮组；

所述第一、第二行星齿轮组镜像设置，第一行星齿轮组的第一行星架驱动第二行星齿轮组的第二行星架；

第一行星齿轮组的齿环上设置有在第一踏频以上结合的第一离心离合，第二行星齿轮组上设置有在第二踏频以上结合的第二离心离合；

所述第一或第二离心离合上包括离心块、离合片和棘爪，离合结合时离心块驱动离合片径向转动，所述离合片转动释放棘爪与花鼓壳体的驱动部啮合。

在优选的实施例中，通过一设置在花鼓轴上的套筒连接传递动力。

在优选的实施例中，所述第二行星齿轮组的行星架上具有用于直接驱动花鼓壳体的棘爪。

本发明的有益技术效果是自行车自动内三速变速花鼓消除了原有内三速变速花鼓的指拨系统（变速线、变速推杆、调速转把），可使自行车在外观上有进一步的改善。

消除了变速推杆等部件结构更合理，整车装配更简单改善了后轴回转运动的稳定性，提高了使用的可靠性和安全性。

自动内三速作为内变速系统，变速装置安装在花鼓壳内部无需变速线，经过多层密封保护避免暴露在外界，因此雨水、灰尘、油垢等均无法进入，也避免了太阳的暴晒与风雨的侵蚀，故无需定期保养，实现了免保养、精密、耐用、轻巧等优点，达到使用方便美观的效果。

第一离心离合和第一离心离合在第一踏频和第一踏频的临界点,自动结合或分离变速连贯，用户无需任何停顿。

附图说明

图1是自动内三速花鼓剖面结构示意图。

图2是自动内三速花鼓剖面结构示意图，其中省略了花鼓的壳体。

图3是离心离合的俯视结构示意图。

图4是图3中离心离合离合片俯视结构示意图。

图5是图3中省略了离心块和离合片的俯视结构示意图。

图6是离心离合的剖面结构示意图。

图7是花鼓立体结构示意图，并展示了1/4剖面。

图8是实施例2内三速花鼓剖面结构示意图。

具体实施方式

实施例一

请参照图1至图8所示的自动内三速花鼓100，所述内三速花鼓包括两级行星齿轮组，使用中置的行星架11、21作为驱动部件，并在行星齿轮组的齿环13、23上设置离心离合，在自行车骑行人员不同的踏频下所述离合分别啮合从而使得作为输出件的花鼓壳体获得不同的转速，由于离心离合的存在，因此整个过程是自动的。

自动内三速花鼓包括:

起到支撑安装作用的花鼓轴51；作为动力输出的花鼓壳体61；安装在所述花鼓轴51上的，第一行星齿轮组1、第二行星齿轮组2和直驱部3；第一行星齿轮组1的第一行星架11驱动第二行星齿轮组的第二行星架21，第二行星架驱动直驱部3；第一行星齿轮组1的齿环13上设置有在第一踏频以上结合的第一离心离合，第二行星齿轮组2上设置有在第二踏频以上结合的第二离心离合；所述第一或第二离心离合上包括离心块19、29、离合片17、27和棘爪15、25，离合结合时离心块驱动离合片17、27径向转动，所述离合片17、27转动将被锁住释放棘爪15、25与花鼓壳体的驱动部16、18、26、28啮合。

所述花鼓轴51不仅作为行星齿轮组的安装轴同时还作为自行车轮的安装轴，通过安装轴51两侧的固定螺母52或快拆装置固定在自行车的前叉或后叉上。

所述第一行星齿轮组1、第二行星齿轮组2的太阳轮10、20安装在所述花鼓轴51上，或与所述花鼓轴51一体设置，在本发明中第一行星齿轮组1的太阳轮10与花鼓轴51固定安装。其太阳轮10、20在行星齿轮101、201转动过程中始终固定在花鼓轴上不转动。

第一行星齿轮架11包括飞轮安装部43和密封部111。所述飞轮41安装部43内部设置滚道431，该滚道431用于部分收容设置在玉押42和行星架11之间的滚球113，玉押42起到轴向固定所述行星齿轮架11的作用，亦同时固定所述花壳体61轴向位置。飞轮安装部43的外周侧与飞轮连接，骑行动力通过飞轮41传递到所述第一行星齿轮架11。

所述密封部111在竖直方向延申，其被所述花鼓壳体61竖直方向的延伸部115包围，密封部的边缘设置有滚道，花鼓壳体的最右侧设置有滚道环116，滚道环116与所述密封部的滚道共同收容滚球114，所述第一行星齿轮组1通过滚球114支撑花鼓壳体。

所述密封部11的内侧安装星轮轴102(参照图7)，第一行星齿轮组的齿环13呈宝塔状，其包括与所述星轮101连接的啮合部12，和用于安装第一离心离合的离合安装部14，离心离合在结合时与所述离合安装部14径向外侧花鼓壳体驱动部16、18连接。应当注意的是第一行星齿轮组1的齿环13不是直接安装在所述花鼓轴51上的而是通所述离心离合安装部14径向内侧的收容第二行星架的收容腔200，套在第二行星齿轮组的行星架21上，该齿环的收容腔200和行星架上的外壁均为圆柱状，所述第一行星齿轮组1的齿环13可以第二行星齿轮架21为轴转动。

第二行星齿轮组2的行星架21安装在所述花鼓轴51上，该行星架的主体部分被收容在所述第一行星齿轮组的齿环的收容腔200内。该行星齿轮组具有一连接部211，所述连接部211与第一行星齿轮组的行星架11连接。第一行星齿轮组1转动时，通过连接部211驱动第二行星齿轮组的行星架21转动。

第二行星齿轮组的齿环23呈宝塔状，其包括与所述星轮连接的啮合部22和用于安装第二离心离合的离合安装部24，离心离合在结合时与所述离合安装部24径向外侧花鼓壳体驱动部26、28连接。第二行星齿轮组的齿环23通过设置在离心离合安装部24径向内侧的收容腔300，套设在直驱部31上所述直驱部的右端部与第二行星齿轮组的行星架21连接，所述收容腔300和直驱部的外壁为圆柱状，所述第二行星齿轮组的齿环23可以直驱部31为轴转动。

第二星齿轮组的行星架21转动时驱动所述直驱部31同步转动，所述直驱部的左侧为驱动轮32驱动轮径向向外延申驱动轮32通过设置在其上的棘爪33与花鼓壳体的驱动部34啮合。

在骑行过程中第一行星齿轮组1的行星架11被所述飞轮41驱动，第二行星齿轮组2的行星架21和直驱部31与所第一行星齿轮组行星架11同步转动。不论骑行者的踏频如何改变，上述三个部件均保持同步转动。

而第一行星齿轮组1和第二行星齿轮组2的第一齿环13和第二齿环23对应的齿比不同，使得同一踏频下不同齿环的转速也不同。从而使得所述离心离合在不同的踏频下结合，达到变速的目的。

对于确定齿比的行星齿轮组所述离心离合结合时的临界转速是固定的，因此对于确定齿比的牙盘和飞轮组合，所述离心离合的临界踏频也是确定的。本领域技术人员可以根据需要调整行星齿轮组的齿比或牙盘和飞轮的齿比来调整所述换档临界踏频。

所述内三速自动变速花鼓的档位分为三个，即低档、中档和高档，所述档位的对应的花鼓壳体输出的转速分别为低速、中速和高速，上述三种转速对应的踏频临界踏频为第二踏频、第一踏频，低于所述第二踏频花鼓处于低档低速状态，大于等于第二踏频小于第一踏频花鼓处于中档中速状态，大于等于第一踏频花鼓处于高档高速状态。

花鼓自动升档过程按照不同的档位，骑行动力传输的路径也不同：

低档时，骑行者的踏频小于第二踏频骑行动力从飞轮41输入，经过第一行星齿轮的行星架11传递到第二行星齿轮的行星架21，再传递至直驱部31，最后到达花鼓壳体61。为了更清楚的表示驱动力的传输路径，参照图2中所示的箭头标识的路径，a->b->c->d->e->f->h,驱动力从第一行星齿轮组的行星架11开始，经过第二行星齿轮组行星架21的连接部211传递到第二行星齿轮组2，所述第一行星齿轮架11与第二行星齿轮架21连接部211通过花键连接传动。此时的踏频低于第二踏频，因此第一离心离合和第二离心离合都处于分离的状态，第一行星齿轮组1的第一齿环11和第二行星齿轮组2的第二齿环21处于无负载空转状态，也即第一、第二离心离合处于分离空转状态。动力再经过路径i->j->l->m从第二行星齿轮架传递到直驱部右端的驱动轮32上，所述驱动轮32上设置与花鼓壳体的驱动部34啮合的棘爪33（驱动部34和棘爪33在下文中详细介绍），通过该棘爪33和驱动部34所述骑行动力被传递到花鼓壳体61上。由于在整个低档传动过程中，所述第一离心离合和第二离心离合没有结合，因此花鼓壳61的输出的转速与飞轮41输入的转速相同。

中档时，骑行者的踏频大于第二踏频小于第一踏频，骑行动力从飞轮输入，经过第一行星齿轮的行星架11传递到第二行星齿轮的行星架21，最后通过第二行星齿轮组的离心离合到达壳体61，其动力传递的路径是a->b->c->d->e->f->h->i->j->k。由于骑行踏频大于第二踏频并小于第一踏频，所述第二离心离合结合，第二离心离合上的棘爪25与被花鼓壳体驱动部26、28啮合。第二行星齿轮组2的齿环23通过棘爪25驱动所述花鼓壳体61，花鼓壳体61的和第二行星齿轮组的齿环23同步转动，其转速大于直驱部31和第一、第二行星齿轮架11、21。此时直驱部31的驱动轮32上的棘爪33与花鼓壳体驱动部34脱离，直驱部31处于空转的状态。相应的踏频小于第一踏频，使得所述第一离心离合处于分离的状态，所述第一行星齿轮组1的齿环11空转，也即第一离心离合处于分离空转状态。

高档时，骑行者的踏频大于第一踏频，骑行动力从飞轮41输入传递到第一星星齿轮架11，通过第一离心离合传递到花鼓壳体62，其动力传递路径为a->b->c->d->e->f->g。由于踏频大于第一踏频，因此第一行星齿轮组1的第一齿环13上的第一离心离合结合，第一离心离合上的棘爪15与花鼓壳体驱动部16、18啮合。第一行星齿轮上的齿环13通过棘爪15驱动所述花鼓壳体61，花鼓壳体61与第一行星齿轮的齿轮环13同步转动，其转速大于第二行星齿轮的齿环23以及直驱部31。此时直驱部31的驱动轮32上的棘爪33与花鼓壳体61脱离，第二离心离合的棘爪15与花鼓壳体61也脱离，所述直驱部、第二行星齿轮组均处于空转状态。

花鼓自动降档过程于升档动作相反，当踏频降低至低于第一踏频高于第二踏频时，第一离心离合分离，第二离心离合结合降为中档此时第一行星齿轮组1的齿环13和直驱部31处于空转状态。当踏频降低至低于第二踏频，第二离心离合分离直驱部31与花鼓壳体啮合降为低速档，此时第一行星齿轮组1的齿环13和第二行星齿轮组2的齿环23均处于空转状态。从高档降为中档第一离心离合的棘爪15与花鼓的驱动部16、18分离，从中档降为低档第二离心离合的棘爪25与花鼓的驱动部26、28分离。

第一离心离合和第二离心离合的工作原理完全相同，两者的区别在于第一离心离合和第二离心离合结合和分离的临界踏频不同，所述不同的踏平对应自动变速花鼓不同的档位。以第一离心离合为例，说明离心离合的工作原理。

第一离心离合上包括离心块19、离合片17和棘爪15，三者均安装在所述第一行星齿轮组的齿环13上。所述齿环13星轮啮合部12的直径大于离合安装部14的直径，在离合安装部14径向外侧，形成一环状收容所述棘爪15、离合片17和离心块19的空间。

所述离心块程弧形的块状结构，所述安装轴191被套设在所述弧形块状结构的尾部，离心块安装轴191直接设置在所述齿环13上，离心块19设置安装轴191上并且离心块19在离合结合或分离时绕所述安装轴191转动，带动所述离合片径向转动，在图3中所离心块和齿环13均逆时针转动。

所述离心块19绕安装轴191转动是由于齿环13的转动使得离心块产生离心效应造成的，同时所述齿环13也作为离合装置的动力输入部，在离合结合时其与被驱动的花鼓壳体61同步转动，显然动力输入部还可以是非行星齿轮的转动部件，只要其能够转动使得离心块19形成有效的离心效应即可。

所述离心块19通过一驱动部192与所述离合片17连接；该驱动部192为设置在所述离心块安装轴191一侧与所述离合片17配接的驱动杆192，该驱动杆192一端套在所述离心块19的驱动杆安装孔内，驱动杆192的另外一端与所述离合片17上设置的配接的开口170抵触，所述驱动杆192部分的收容在所述开口170内。所述驱动部还可以是除轴以外的其他驱动形式例如使用钩、齿轮、棘轮、推杆、杠杆等机械结构代替所述驱动杆。

在踏频逐渐上升到第一踏频时离心离合所述述离心块19转动因离心效应绕安装轴191转动，驱动杆192随着离心块19绕所述离心块安装轴191转动，驱动轴191通过所述离合片17上的收容槽170驱动离合片17径向转动。

所述离合片17包括一棘爪收容槽170，其包括下边缘172和上边缘171，所述棘爪15被部分地收容在所述棘爪收容槽170；离合片17转动到所述棘爪能够脱离所述收容槽170的脱离位置，所述棘爪在弹簧的作用下从初始位置弹出，并与花鼓壳体的驱动部啮合。在啮合位置所述棘爪15未被所述棘爪收容槽170收容的部分在离合结合时与所述花鼓壳体的驱动部16啮合。

所述棘爪包括一弧形支撑部153，所述弧形支撑部的背部设置有弹簧槽154，一轴向固定弹簧151穿过所述弹簧槽将其轴向固定在所述齿环14上；所述弹簧15压迫所述弧形支撑部的背部154使得棘爪15总是趋于远离所述棘爪收容槽170；因此一旦所述收容槽170转动到脱离位置时，所述棘爪15从收容槽170中脱出，并在弹簧的作用下以弧形支撑部为支点旋转一定角度后与驱动部啮合。

在所述齿环上包括棘爪安装位141，离合分离时棘爪的初始位置即被所述离合片上的收容槽170保持在此安装位中。在所述齿环13上关于中心对称的位置设置多个所述棘爪15。所述棘爪15安装位141为形成在所述齿环上的内凹结构，该内凹结构的体积略大于所述棘爪15的体积，所述离合片17转动棘爪与花鼓壳体61的驱动部啮合。

所述花鼓驱动部包括棘轮环16以及与棘轮环外齿啮合的固定齿环18。所述固定齿环18与花鼓壳体61固定连接或一体设置。所述棘轮环16的的内部包括多组棘齿，棘齿包括一棘爪收容部160和凸起部163，棘爪收容部160的前端为与所述棘爪的前端152抵触的配合槽162，啮合时所述棘爪通过该配合槽162将骑行动力传递到花鼓壳体上，所述凸起部163档住所述棘爪15使之不从配合槽中脱出。

在踏频从第二踏频逐渐上升到第一踏频时第一离心离合结合，所述花鼓壳体61的转速变为高档，其转速大于所述第二行星齿轮架21的转速；所述第二行星齿轮组2上的棘轮环26随花鼓壳体61同步转动，棘爪25与所述配合槽162脱离从而使得第二行星齿轮组的输出负载消失进入空转状态。

当所述踏频从高于第一踏频逐渐下降到第二踏频，此时由于惯性作用花鼓壳体61的转速大于所述第一行星齿轮组1的齿环11的转速，所述棘轮环16超越棘爪15，并且位于棘爪15后方的凸起部163超越所述棘爪15，并将棘爪15推出所述收容槽160推回到所述安装位141，同时离心块19的复位力驱使离心块和离合片17反向复位转动，所述棘爪15再次进入离合片上的收容槽170中，此时由于收容槽170已经回到了初始位置因此所述棘爪被重新锁定回到安装位。而此时达到第二踏频，第二离心离合上的棘爪25与所述第二行星齿轮组2上的棘爪25与棘轮环26上的配合槽啮合，完成从高速档将为中速档的步骤。

需要指出的是所述凸起部163同时作为棘爪的阻挡件防止棘爪脱离配合槽162也作为分离所述棘爪的分离部，本领域可设置独立的分离部在棘轮环超越棘爪时使得所述棘爪与棘轮环啮合，所述分离部包括但不限于，推杆、球、钩、弹簧等部件。

当用户突然停止踩踏，即踏频直接降为零所述第一行星齿轮组1的齿环11和第二行星齿轮组2的齿环21停止转动，从而使得所述第一行星齿轮上的棘爪15和第二行星齿轮的棘爪25，都从所述收容槽中脱出被突起部163推回到所述安装位141，同样地所述棘爪15重新被安装槽锁定，从而完成直接从高档降为低档。

所述离心块19与一复位件连接，离心块19始终受到复位力。所述复位件为设置在所述离心块安装轴上的扭簧，当然本领域技术人员还可以使用其他任意已知的复位手段代替所述扭簧。

实施例二

本实施例与实施例一离心离合的工作原理完全相同。其包括三个档位：低档、中档和高档位，在低档位时第二行星齿轮组的行星架21通过棘爪33驱动所述壳体61转动，所述第一离心离合和第二离心离合的齿环空转，动力传输路径为a->b—>c->d->f->g->i->j。

中档时，所述第二直驱部和第一行星齿轮组的齿轮环空转，所述动力传递路径为a->b—>c->d->f->g->h。

高档位时，所述动力传递第二行星齿轮组的齿环和直驱部处于空转状态，所述动力传递的路径为a->b—>c->d->e。

本实施例与实施例一的区别在于，实施例一的第一行星齿轮组1是套设在所述第二行星齿轮组的行星架21上的，为了保证所述第二行星齿轮组2的行星架21的强度和变速比行星架的尺寸不可能太小，这样造成第一行星齿轮组1的直径很大也就造成了花鼓本身100外部的最大直径很大。

而本实施例的第一行星齿轮组1和第二行行星齿轮组2相对镜像设置，这样使得第一行星齿轮组1和第二行星齿轮组2的齿环13、23和行星架11、21之间没有套设关系，第一行星齿轮组1的体积可被有效的缩小，进而缩小花鼓的体积。在优选的实施方式中，所述第一行行星齿轮组1和第二行星齿轮组2的直径被设置为相同，使得花鼓的外观呈圆柱状并且具有较小的直径。

同时，由于镜像设置第一行星齿轮组的直驱部31的功能由第二行星齿轮组的行星架21代替，相比实施例一简化了结构，减少了零件个数使得结构更合理。

更为具体的，所述第一行星齿轮组的行星架21和第二行星齿轮组的行星架11通过一传动套筒71连接，第一行星齿轮组的离合安装部14的径向内侧套设在所述传动套筒右端部上，第二行星齿轮组的离合安装部24镜像内侧套设在传动套筒的左端部上。

所述套筒71和第一、第二行行星齿轮组的行星架11、21之间固定连接，所述第二行星齿轮组的行星架21的最左侧型形成驱动轮232其代替实施例一中的直驱部上的驱动轮32，所述驱动轮232上安装棘爪233，所述花鼓壳体上安装驱动部234，上述驱动轮232、驱动部234和棘爪233的工作原理与实施例一相同，不再赘述。

综上所述，本发明使用离心离合代替，离合推杆系统以及变速转把简化了现有的花鼓变速系统使得花鼓结构更合理，同时花鼓变速过程完全自动化不需要人工干预，具有更好的骑行体验。