一种电动自行车中置超越离合同步器变速箱的制作方法

本发明属于变速箱技术领域，具体涉及一种电动自行车中置超越离合同步器变速箱。

背景技术：

现有变速自行车的挂链式变速方式许多年未有创新式发展，其结构简单，成本低但弊端也很多，比如停车无法换挡，换挡过程慢，上坡途中换挡困难，主要部件暴露在外容易碰撞损坏，藏污纳垢维护困难，变速不精准调教难度高，链条斜拉容易磨损，还容易出现脱链卡链现象。

目前大部分电动车都为后轮毂电机驱动，无机械变速箱，速度和扭矩调节范围有限，且导致后轮避震系统的簧下质量大，影响避震的灵敏度，造成通过性和骑行舒适感差。

由于电动机扭矩和速度特性与内燃机差别很大，电动车即时最大扭矩特性，所以电动车(包括电动汽车)基本都是单速，不可机械换挡。电动车究竟需不需要配备机械变速箱争议一直很大。将机械变速箱与电机结合少有人尝试。

虽然变速箱在摩托车和汽车领域有许多种类，但适合自行车和电动自行车的变速箱鲜有闻，自行车变速箱对转速扭矩要求不高，但是需要体积小，重量轻，结构紧凑可靠等要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本发明在于提供了一种结构紧凑、停车可换挡、换挡速度快、冲击小、免维护的电动自行车中置超越离合同步器变速箱。

本发明采用的技术方案是：

一种电动自行车中置超越离合同步器变速箱，其特征在于：包括定轴和动轴，所述定轴和动轴上均设有多级齿轮，所述定轴上的齿轮与动轴上的齿轮一一对应常啮合设置，所述动轴上的齿轮可相对动轴转动的套装在动轴上，所述动轴内安装有能沿动轴轴向移动并与动轴同步运转的花键，所述花键由钢丝拉动带动移动，所述动轴上的齿轮均设置有与花键配合后同步运转的花键槽。本发明动轴上的每个齿轮对应一个挡位，通过花键的移动来换挡，即使停车后也可以通过拉动钢丝来实现换挡，换挡速度快。同时采用常啮合的方式，使得变速箱的结构更加紧凑，空间小，方便使用。

进一步，所述花键包括一圆筒，所述圆筒的周面均布固定有若干个键。

进一步，所述钢丝穿设于圆筒的轴向中心并与圆筒之间设有第二轴承，使得花键不仅可由钢丝带动移动，又能相对钢丝转动，防止钢丝被扭转。

进一步，所述动轴的周面均布开设有若干个键槽，所述花键的每个键安装于相应的键槽内并能沿键槽来回移动。本发明通过键槽与花键的限位，保证了换挡的可靠性，免维护。

进一步，所述动轴的齿轮与动轴之间设有第一轴承，所述第一轴承上设有开槽轴套，所述开槽轴套的槽分布与花键的键分布一致，所述开槽轴套的内圈与动轴周面相适配。当动轴上的齿轮与动轴没有通过花键同步，那么动轴上的齿轮是通过第一轴承与动轴相对运转，保证运行的可靠性。

进一步，所述动轴的齿轮在花键槽的一侧安装有同步摩擦环，所述同步摩擦环对应花键槽的位置均设有凹槽，所述花键于凹槽处插入花键槽后与相应齿轮同步运转。

进一步，所述花键的每个键的顶部设有耐磨弹簧片并设有导向面，有微小形变范围，从一个齿轮移动到另一个齿轮途中花键会摩擦与下一个齿轮的同步摩擦环，使两齿轮转速趋于一致，最终键会落在同步摩擦环的凹槽处，与齿轮的花键槽对应，花键可顺利插入其中。导向面的设置方便花键在键槽内滑入滑出。

进一步，所述定轴上一齿轮与带动其运转的曲柄脚踏机构连接，所述曲柄脚踏机构包括曲柄轴，所述曲柄轴的两端安装有曲柄，每个曲柄上安装有脚踏，所述曲柄轴上安装有与定轴上齿轮啮合的曲柄轴齿轮。

进一步，所述曲柄轴齿轮与曲柄轴之间安装有超越离合器。所述超越离合器可以是单向轴承、棘轮，脚踏可以带动变速箱齿轮转动，变速箱齿轮却无法带动脚踏转动。

进一步，所述定轴上一齿轮与带动其运转的电机机构连接，所述电机机构包括电机、由电机带动运转的电机输入轴齿轮，所述电机输入轴齿轮与定轴上齿轮啮合，所述电机的输入轴上设置有离合装置。需要纯人力骑行时通过离合装置可以断开电机与变速箱之间的动力传输，消除电机反向拖动的阻力。

本发明的有益效果：

1、动轴上的每个齿轮对应一个挡位，通过花键的移动来换挡，即使停车后也可以通过拉动钢丝来实现换挡，换挡速度快。同时采用常啮合的方式，使得变速箱的结构更加紧凑，空间小，方便使用。

2、通过键槽与花键的限位，保证了换挡的可靠性，免维护。

3、当动轴上的齿轮与动轴没有通过花键同步，那么动轴上的齿轮是通过第一轴承与动轴相对运转，保证运行的可靠性。

4、花键的每个键的顶部设有耐磨弹簧片，有微小形变范围，从一个齿轮移动到另一个齿轮途中花键会摩擦与下一个齿轮的同步摩擦环，使两齿轮转速趋于一致，最终键会落在同步摩擦环的凹槽处，与齿轮的花键槽对应，花键可顺利插入其中。

5、既可以人力动力输入也可以电动动力输入。当人力动力输入时，通过离合装置可以断开电机与变速箱之间的动力传输，消除电机反向拖动的阻力。当电动动力输入时，通过曲柄轴齿轮与曲柄轴之间的超越离合器，使得脚踏可以带动变速箱齿轮转动，变速箱齿轮却无法带动脚踏转动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的动轴上齿轮与花键的相对移动结构示意图。

图3是本发明的动轴上齿轮内第一轴承设置的结构示意图。

图4是本发明的动轴上齿轮与动轴和花键的结构配合示意图。

图5是本发明的同步摩擦环与花键配合结构示意图。

图6是本发明的锁止离合器的结构示意图。

图中：1-定轴、2-动轴、3-输出轴链轮、4-单向轴承、5-曲柄、6-电机输入轴齿轮、7-三键槽空心轴、8-花键、9-同步摩擦环、10-第一轴承、11-开槽轴套、12-耐磨弹性片、13-花键槽、14-钢丝、15-第二轴承、16-曲柄轴齿轮、17-曲柄轴、21-链轮、22-链轮单向轴承、23-挡块、24-导向块、25-压环、26-摩擦块、27-弹簧、91-凹槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1-5，本实施例提供了一种电动自行车中置超越离合同步器变速箱，包括箱体，所述箱体具有两侧板，两侧板之间安装有定轴1和动轴2，所述定轴1和动轴2上均设有多级齿轮，所述定轴1上的齿轮与动轴2上的齿轮一一对应常啮合设置，所述动轴2上的齿轮可相对动轴2转动的套装在动轴2上。所述定轴1上最小齿轮与带动其运转的曲柄脚踏机构连接，所述曲柄脚踏机构包括曲柄轴17，所述曲柄轴17穿设于两侧板，所述曲柄轴17的两外端安装有曲柄5，每个曲柄5上安装有脚踏(图中未显示)，所述曲柄轴17上安装有与定轴1上齿轮啮合的曲柄轴齿轮16。所述曲柄轴齿轮16与曲柄轴17之间安装有超越离合器。所述超越离合器可以是单向轴承4、棘轮，优选为单向轴承4，脚踏可以带动变速箱齿轮转动，变速箱齿轮却无法带动脚踏转动。所述定轴1上最大齿轮与带动其运转的电机机构连接，所述电机机构包括电机(图中未显示)、由电机带动运转的电机输入轴齿轮6，所述电机输入轴齿轮6与定轴1上齿轮啮合，所述电机的输入轴上设置有离合装置(图中未显示)，比如该离合装置就是将电机输入轴齿轮6往电机方向拉动离开与定轴1上齿轮啮合状态，就实现了分离，将电机输入轴齿轮6往远离电机方向推动与定轴1上齿轮处于啮合状态，就实现了啮合，这是一个简易的离合关系。需要纯人力骑行时通过离合装置可以断开电机与变速箱之间的动力传输，消除电机反向拖动的阻力。所述动轴2的一外端安装有输出轴链轮3，所述输出轴链轮3可通过链条与后轮上的链轮21连通。

本实施例所述动轴2内安装有能沿动轴轴向移动并与动轴2同步运转的花键8，所述花键8由钢丝14拉动带动移动，所述动轴2上的齿轮均设置有与花键8配合后同步运转的花键槽13。本发明动轴2上的每个齿轮对应一个挡位，通过花键8的移动来换挡，即使停车后也可以通过拉动钢丝14来实现换挡，换挡速度快。同时采用常啮合的方式，使得变速箱的结构更加紧凑，空间小，方便使用。所述花键8包括一圆筒，所述圆筒的周面均布固定有若干个键，本实施例的花键8为一三叶花键，当然也可以是双叶花键、四叶花键、五叶花键等。所述钢丝14穿设于圆筒的轴向中心并与圆筒之间设有第二轴承15，使得花键8不仅可由钢丝14带动移动，又能相对钢丝14转动，防止钢丝14被扭转。

本实施例所述动轴2为一三键槽空心轴7结构，其周面均布开设有三个键槽，所述花键8的每个键安装于相应的键槽内并能沿键槽来回移动。本发明通过键槽与花键8的限位，保证了换挡的可靠性，免维护。所述动轴2的齿轮与动轴2之间设有第一轴承10，所述第一轴承10上设有开槽轴套11，所述开槽轴套11的槽分布与花键8的键分布一致，所述开槽轴套11的内圈与动轴2周面相适配。当动轴2上的齿轮与动轴2没有通过花键8同步，那么动轴2上的齿轮是通过第一轴承10与动轴2相对运转，保证运行的可靠性。

本实施例所述动轴2的齿轮在花键槽13的一侧安装有同步摩擦环9，所述同步摩擦环9对应花键槽13的位置均设有凹槽91，所述花键8于凹槽91处插入花键槽13后与相应齿轮同步运转。所述花键8的每个键的顶部设有耐磨弹簧片12，有微小形变范围，从一个齿轮移动到另一个齿轮途中花键8会摩擦与下一个齿轮的同步摩擦环9，使两齿轮转速趋于一致，最终键会落在同步摩擦环9的凹槽91处，与齿轮的花键槽13对应，花键8可顺利插入其中。

变速箱链轮输出轮通过链条传动至后轮上的链轮21，后轮上的链轮21有超越离合结构(单向轴承、棘轮)，前进时车轮转动不会带动链轮转动也就不带动变速箱齿轮旋转。离合结构优选链轮单向轴承22，也可以是棘轮，脚踏或者电动机没有给动力的情况下，链轮是不会转的，这样换挡时电机维持较低转速变速箱齿轮就没有负载，相邻档位齿轮转速差小，利于换挡。

本发明的电动车有反向充电功能，此时车轮转动必须拖动电机转动才能实现该功能，所以后轮的超越离合器上需要一个锁止离合器结构，在需要长距离滑行、纯人力骑行时为减小阻力，或者换挡时，需要解除锁止状态，使后轮转动不会带动变速箱转动，需要反向充电时离合器锁止。锁止离合器结构见图6，包括3个固定的挡块23，所述挡块23的上安装有可沿着其径向移动的l型导向块24，所述导向块24轴向设置的端部为一导向斜面，所述导向块24轴向设置的端部安装有可沿导向块24移动的压环25；所述导向块24径向设置的端侧设置有与链轮21的内壁可摩擦锁止的摩擦块26，所述摩擦块26与挡块23之间设有弹簧27，所述摩擦块26与链轮21的内壁接触的面为圆弧面。当压环25沿轴向往里面压，因为导向斜面的设置，导向块24会沿径向往中间靠拢，摩擦块25则与链轮21的内壁分开，就没有摩擦了。要锁死的时候压环25沿轴向往外面走，导向块24会往内壁方向弹开，摩擦块26与内壁接触摩擦就锁死了。把压环25拉出来的时候，因为弹簧27的存在，摩擦块26会往内壁方向弹，然后就撑住了。该锁止离合器也可以安装于输出轴链轮3处实现离合锁止功能。

本发明的电动车还可以通过智能控制系统识别换挡动作，根据当前车速和对应挡位齿轮速比换算，控制器快速调节电机达到目标转速，平稳衔接超越离合器，避免转速过大对超越离合器产生冲击和车辆行驶的不平顺。

本发明既可以人力动力输入也可以电动动力输入。当人力动力输入时，通过离合装置可以断开电机与变速箱之间的动力传输，消除电机反向拖动的阻力。当电动动力输入时，通过曲柄轴齿轮与曲柄轴之间的超越离合器，使得脚踏可以带动变速箱齿轮转动，变速箱齿轮却无法带动脚踏转动。当然本发明所述的变速箱也可以应用于纯人力自行车中，由曲柄脚踏机构带动变速箱运行，不需要电机输入轴，后轮上也只需要一套超越离合装置不需要锁死结构。