一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器的制作方法

本发明涉及自行车技术领域，具体涉及一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器。

背景技术：

自行车变速器分为内变速器和外变速器两种，外变速器是采用开放式链条机构为传动系统，通过拨动安装于自行车前方的换档器使链条变换到不同的飞轮上实现不同的链条传动比，由于外变速器裸露在外，因此比较容易生锈，而且容易受到外力的干扰，所以经常需要定期维护保养，内变速器主要是以行星齿轮机构作为传动主体，被密封在花鼓内部，经过多层特殊密封材料保护，所以雨水、灰尘、油垢等无法进入，故无需定期保养，实现了免保养的优点。现在技术中的内变速器普遍存在以下缺陷：1、需要手动换档，无法实现自动换档；2、当内变速器换档到高速档时，踏频如果在降低，那么变速器很难保持在高速档。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可降低对踏频要求的齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器，包括：中心轴、轮毂及设置于中心轴与轮毂之间的变速机构，所述中心轴为动力输入件，所述轮毂为动力输出件，所述变速机构包括三套并排设置的行星变速器、一套超越离合器及至少两套自动离心换档机构，所述行星变速器包括第一行星变速器、第三行星变速器及位于第一行星变速器及第三行星变速器之间的第二行星变速器，每套行星变速器包括行星架、齿圈、行星轮及中心轮，所述第一行星变速器的齿圈与车架相固定，所述第一行星变速器的行星架与中心轴一体成型或固定连接，所述第二行星变速器的行星架与中心轴一体成型或固定连接，所述第一行星变速器、第二行星变速器及第三行星变速器的的中心轮均套设于中心轴上，所述第二行星变速器的中心轮与第三行星变速器的中心轮形成一中心轮组合件，该中心轮组合件与车架相固定，所述第二行星变速器的齿圈与第三行星变速器的行星架形成一组合件，所述超越离合器设置于第一行星变速器的行星架与轮毂之间或设置于第二行星变速器的行星架与轮毂之间或设置于第二行星变速器的齿圈与轮毂之间，每套自动离心换档机构包括：棘爪件架、棘轮及至少一个棘爪件，所述棘爪件安装于棘爪件架上，所述棘爪件架设置于轮毂内，数套自动离心换挡机构的棘轮分别设置于第一行星变速器中心轮上、第二行星变速器齿圈上及第三行星变速器齿圈上或分别设置于第一行星变速器中心轮上及第三行星变速器齿圈上。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述自动离心换挡机构还包括至少一个联动件，所述棘爪件通过第一连接件安装于棘爪固定架上，所述联动件通过第二连接件安装于棘爪固定架上，所述棘爪件及联动件在圆周方向上呈间隔设置，所述棘爪件包括：第一端部、第二端部及设置于第一端部与第二端部之间的第一安装部，至少一个棘爪件的第二端部的内壁处设有与棘轮相配合的棘爪部，所述棘爪件的第一安装部设有用于安装第一连接件的第一安装孔，所述联动件包括第三端部、第四端部及设置于第三端部与第四端部之间的第二安装部，所述联动件的第二安装部设有用于安装第二连接件的第二安装孔，所述棘爪件的第一端部和/或联动件的第四端部设有配重块，沿半径方向所述棘爪件的第一端部限位于联动件的第四端部的内侧、所述棘爪件的第二端部限位于联动件第三端部的内侧或沿半径方向所述联动件的第四端部限位于棘爪件第一端部的内侧、所述联动件的第三端部限位于棘爪件的第二端部的内侧，所述棘爪固定架上或联动件上或棘爪件上安装有用于控制棘爪件初始位置的弹性件。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述自动离心换挡机构还包括至少一个联动件，所述棘爪件通过第一连接件安装于棘爪固定架上，所述联动件的一端与相邻的其中一个棘爪件活动连接，所述联动件的另一端与相邻的另外一个棘爪件活动连接，所述棘爪件及联动件在圆周方向上呈间隔设置，所述棘爪件包括第一端部、第二端部及设置于第一端部与第二端部之间的第一安装部，所述棘爪件的第一端部设有配重块，至少一个棘爪件的第二端部的内壁处设有与棘轮相配合的棘爪部，所述棘爪件的第一安装部设有用于安装第一连接件的第一安装孔，所述棘爪件架上安装有用于控制棘爪件初始位置的弹性件。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述弹性件为扭簧、弹簧或弹簧片。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述棘爪固定架包括：圆环状基部及自圆环状基部的内壁向内延伸的数个安装座，所述棘爪件安装于安装座上。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述的第一连接件、第二连接件均为销。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述棘爪件与联动件的配合面呈渐开线状或弧线状设置。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述第一行星变速器的行星架与中心轴之间通过花键连接，所述第二行星变速器的行星架与中心轴之间通过花键连接。

优选地，本发明中的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器进一步设置为：所述中心轴的一端设有凸台，所述凸台与第一行星变速器的齿圈之间设有轴承或滚珠，所述第一行星变速器的齿圈与轮毂之间设有轴承或滚珠，所述中心轮组合件的一端安装有并紧件，所述中心轮组合件与并紧件之间设有轴承或滚珠，所述中心轮组合件与轮毂之间设有轴承或滚珠

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中的齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器结构紧凑、安装方便、传动效率高、换档牢靠、变速稳定，另外本发明中的变速器在中高档时可降低对踏频的要求，从而使得骑行更加轻松。

【附图说明】

图1是本发明实施例1中齿圈双中心轮固定单轮直驱全自动变速器的主视结构示意图。

图2是本发明实施例1中齿圈双中心轮固定单轮直驱全自动变速器的分解结构示意图。

图3是沿图1所示A-A线的剖视结构示意图。

图4是本发明实施例1中第一自动离心换档机构的结构示意图。

图5是本发明实施例2中齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器的剖视结构示意图。

图中：1、中心轴，10、凸台，2、轮毂，3、行星变速器，30、第一行星变速器，300、第一行星架，301、第一齿圈，302、第一行星轮，303、第一中心轮，31、第二行星变速器，310、第二行星架，311、第二齿圈，312、第二行星轮，313、第二中心轮，32、第三行星变速器，320、第三行星架，321、第三齿圈，322、第三行星轮，323、第三中心轮，4、自动离心换档机构，40、第一自动离心换档机构，400、第一棘爪件架，4000、弹性件，401、第一棘爪件，4010、第一端部，4011、第二端部，4012、第一安装部，4013、棘爪部，4014、第一安装孔，4015、配重块，402、第一联动件，4020、第三端部，4021、第四端部，4022、第二安装部，4023、第二安装孔，403、第一棘轮，41、第二自动离心换档机构，410、第二棘爪件架，411、第二棘爪件，4110、配重块，4111、棘爪部，412、第二联动件，413、第二棘轮，42、第三自动离心换档机构，420、第三棘爪件架，421、第三棘爪件，4210、配重块，4211、棘爪部，422、第三联动件，423、第三棘轮，5、超越离合器，50、棘爪，51、棘轮，6、并紧件。

【具体实施方式】

下面通过具体实施例对本发明所述的一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器作进一步的详细描述。

实施例1

参图1至图4所示，一种齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器，包括：中心轴1、轮毂2及设置于中心轴1与轮毂2之间的变速机构，所述中心轴1为动力输入件，所述轮毂2为动力输出件，所述变速机构包括三套行星变速器3及三套自动离心换档机构4。

所述行星变速器3包括第一行星变速器30、第二行星变速器31及第三行星变速器32，所述第一行星变速器30包括第一行星架300、第一齿圈301、第一行星轮302及第一中心轮303，所述第二行星变速器31包括第二行星架310、第二齿圈311、第二行星轮312及第二中心轮313，所述第三行星变速器32包括第三行星架320、第三齿圈321、第三行星轮322及第三中心轮323，所述第一齿圈301与车架相固定，所述第一行星架300与中心轴1之间通过花键连接，所述第二行星架310与中心轴1之间通过花键连接，所述第一中心轮303、第二中心轮313及第三中心轮323均套设于中心轴1上，所述第二中心轮313与第三中心轮323一体成型形成一中心轮组合件，该中心轮组合件与车架相固定，所述第二齿圈311与第三行星架320一体成型，所述第二行星架310与轮毂2之间设有超越离合器5，所述超越离合器5包括棘爪50及棘轮51，在本实施方式中，所述棘爪50设置于第二行星架310上，所述棘轮51设置于轮毂2内，当然在其他的实施方式中，所述棘爪50也可设置于轮毂2内，所述棘轮51也可设置于第二行星架310上，亦可实现本发明。

所述自动离心换档机构4包括：第一自动离心换档机构40、第二自动离心换档机构41及第三自动离心换档机构42，所述第一自动离心换档机构40包括第一棘爪件架400、数个第一棘爪件401、数个第一联动件402及第一棘轮403，当然在其他实施方式中，不设置联动件402或只设置一个联动件402或只设置一个棘爪件401，同样可以实现本发明。所述第一棘爪件架400设置于轮毂2内，所述第一棘轮403设置于第一中心轮303的外侧并与第一中心轮303一体成型，所述第一棘爪件架400上安装有用于控制第一棘爪件401初始位置的弹性件4000，所述弹性件4000可以为扭簧、弹簧或弹簧片，当然在其他的实施方式中，所述弹性件4000可以安装在第一棘爪件401上或第一联动件402上，同样可以实现本发明。所述第一棘爪件401及第一联动件402均通过销安装于第一棘爪件架400上，所述数个第一棘爪件401及数个第一联动件402在圆周方向上呈间隔设置，所述第一棘爪件401包括：第一端部4010、第二端部4011及设置于第一端部4010与第二端部4011之间的第一安装部4012，所述第一安装部4012设有用于安装销的第一安装孔4014，在本实施方式中每个棘爪件401的第二端部4011的内壁处均设有与第一棘轮403相配合的棘爪部4013，当然在其他实施方式中，也可以只有一个棘爪件401的第二端部4011的内壁处设有与第一棘轮403相配合的棘爪部4013，或者只有两个棘爪件401的第二端部4011的内壁处设有与第一棘轮403相配合的棘爪部4013，同样可以实现本发明。所述第一联动件402包括第三端部4020、第四端部4021及设置于第三端部4020与第四端部4021之间的第二安装部4022，所述第一联动件402的第二安装部4022设有用于安装销的第二安装孔4023，所述第一棘爪件401的第一端部4010及第一联动件402的第四端部4021均设有配重块，沿半径方向所述第一棘爪件401的第一端部4010限位于第一联动件402第四端部4021的内侧，沿半径方向所述第一棘爪件401的第二端部4011限位于第一联动件402第三端部4020的内侧，这样设置的好处在于不但棘爪件可产生离心力，联动件也可产生离心力，从而大大提高了离心机构的离心力，使得整个离心机构可以设置的更加小型化，同时该种结构的离心机构可以设置较多的离心棘爪数量，从而使整个离心机构工作时稳定性更高。所述第一棘爪件401与第一联动件402的配合面呈渐开线状或弧线状设置，从而可使第一棘爪件401的摆角与第一联动件402的摆角保持一致。所述第二自动离心换档机构41的结构与第一自动离心换档机构40的结构相同，包括第二棘爪件架410、数个第二棘爪件411、数个第二联动件412及第二棘轮413，所述第二棘爪件架410设置于轮毂2内，所述第二棘轮413设置于第二齿圈311的外侧，所述第三自动离心换档机构42的结构与第一自动离心换档机构40的结构相同，包括第三棘爪件架420、数个第三棘爪件421、数个第三联动件422及第三棘轮423，所述第三棘爪件架420设置于轮毂2内，所述第三棘轮423设置于第三齿圈321上，当然在其他的实施方式中，自动离心换挡机构也可以是这样的结构，所述联动件的一端与相邻的其中一个棘爪件活动连接，所述联动件的另一端与相邻的另外一个棘爪件活动连接，即联动件可通过两端折弯的方式分别与两个相邻的棘爪件构成活动连接或者联动件直接通过销与两个相邻的棘爪件构成活动连接，此时联动件相当于平衡拉杆起联动作用，同样可以实现本发明。

所述中心轴1的一端设有凸台10，所述凸台10与第一齿圈301之间设有轴承或滚珠，所述第一齿圈301与轮毂2之间设有轴承或滚珠，所述中心轮组合件的一端安装有并紧件6，所述中心轮组合件与并紧件6之间设有轴承或滚珠，所述中心轮组合件与轮毂2之间设有轴承或滚珠。

本发明中齿圈双中心轮固定单轮直驱全自动变速器的工作原理为：一档低速时，超越离合器5中的棘爪50为常开棘爪，即所述第二行星架310与轮毂2始终保持啮合状态，动力由中心轴1输入，由于第二行星架310与中心轴1相固定，第二行星架310又与轮毂2保持啮合，因此动力最终传输给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，随着中心轴1速度的提升，第二自动离心换档机构41的第二棘爪件411的配重块端在离心力的作用下沿远离轴心的方向运动，由于第二棘爪件411的配重块4110及棘爪部4111分别设置于第二棘爪件411的两端，基于杠杆原理，第二棘爪件411的棘爪部4111端向轴心方向运动，从而与第二齿圈311上的第二棘轮413相啮合，第二自动离心换档机构41工作时，超越离合器5处于随动状态，动力由中心轴1输入，由于第二行星架310与中心轴1固定连接，因此动力传输给第二行星架310，通过第二行星轮312的传动，所述第二行星架310将动力传输给第二齿圈311，由于第二齿圈311上的第二棘轮413与轮毂2内的第二棘爪件411相啮合，因此动力最终传输给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，实现二档中速，当中心轴1的转速进一步提升时，第三自动离心换档机构42的第三棘爪件421的配重块端在离心力的作用下沿远离轴心的方向运动，由于第三棘爪件421的配重块4210及棘爪部4211分别设置于第三棘爪件421的两端，基于杠杆原理，第三棘爪件421的棘爪部4211端向轴心方向运动，从而与第三齿圈321上的第三棘轮423相啮合，第三自动离心换档机构42工作时，所述第二自动离心换档机构41及超越离合器5处于随动状态，动力由中心轴1输入，由于第二行星架310与中心轴1固定连接，因此动力传输给第二行星架310，通过第二行星轮312的传动，所述第二行星架310将动力传输给第二齿圈311，由于第二齿圈311与第三行星架320一体成型，因此动力传输给第三行星架320，通过第三行星轮322的传动，所述第三行星架320将动力传输给第三齿圈321，由于第三齿圈321上的第三棘轮423与轮毂2内的第三棘爪件421相啮合，因此动力最终传输给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，实现三档中速，当中心轴1的速度再次提升时，第一自动离心换档机构40的第一棘爪件401的配重块端在离心力的作用下沿远离轴心的方向运动，由于第一棘爪件401的配重块4015及棘爪部4013分别设置于第一棘爪件401的两端，基于杠杆原理，第一棘爪件401的棘爪部4013端向轴心方向运动，从而与第一中心轮303上的第一棘轮403相啮合，第一自动离心换档机构40工作时，所述第二自动离心换档机构41、第三自动离心换档机构42及超越离合器5均处于随动状态，动力由中心轴输入，由于第一行星架与中心轴相固定，因此动力传递给第一行星架300，通过第一行星轮302的传动，第一行星架300将动力传递给第一中心轮303，由于第一中心轮303与轮毂2相啮合，因此动力最终传递给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，从而实现四档高速。本发明中的单轮直驱多档全自动变速器可在中高档时降低对踏频的要求，例如：假设第一、第二、第三自动离心换档机构棘爪打开的工作速度分别为180转/分钟、80转/分钟、120转/分钟，第一行星机构的速比为1:3，第二、第三行星机构的速比均为1:1.5，当中心轴输入转速70转/分钟时，此时轮毂的转速与中心轴输入转速相同，即70转/分钟，由于第一、第二、第三自动离心换档机构棘爪都是安装在轮毂上，所以此时的第一、第二、第三自动离心换档机构棘爪都无法打开，动力1:1由轮毂输出，实现一档低速，当中心轴输入转速达到80转/分钟时，此时轮毂的转速也达到了80转/分钟，第二自动离心换档机构棘爪打开并与第二齿圈的棘轮相啮合，实现二档中速档.此时第二齿圈的转速120转/分钟(80转/分钟*速比1.5)，远大于第二自动离心机构的棘爪打开的工作转速80转/分钟，所以可以降低中心轴的输入转速，也就是可以降低踩踏频率。在第二自动离心机构的棘爪打开的工作状态下，当中心轴输入转速再次提高到80转/分钟时，轮毂的转速为120转/分钟(80转/分钟*速比1.5)，第三自动离心换档机构棘爪打开并与第三齿圈的棘轮相啮合，实现三档中速档，此时第三齿圈的转速180转/分钟(120转/分钟*速比1.5)，远大于第三自动离心机构的棘爪打开的工作转速120转/分钟，所以可以降低中心轴的输入转速，也就是可以降低踩踏频率。在第二、第三自动离心机构的棘爪打开的工作状态下，当中心轴输入转速再次提高到80转/分钟时，轮毂的转速为180转/分钟(120转/分钟*速比1.5)，第一自动离心换档机构棘爪打开并与第一中心轮的棘轮相啮合，此时第一中心轮的转速240转/分钟(80转/分钟*速比3)，远大于第一自动离心机构的棘爪打开的工作转速180转/分钟，所以可以降低中心轴的输入转速，也就是可以降低踩踏频率。通过一系列提高输入转速，实现自动离心换档，降低踩踏频率，再次提高输入转速，再次实现更高级自动离心换档这一自动离心换档循环。

实施例2

本实施例中的齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器其余结构均与实施例1相同，不同之处在于：在实施例1中，所述自动离心换档机构的数量为三套，超越离合器设置于第二行星架与轮毂之间，实现四个档位，而在本实施方式中，自动离心换档机构的数量为两套，超越离合器设置于第二齿圈与轮毂之间，即本实施例相对于实施例1而言，去掉了实施例1中的第二自动离心换档机构，并将原先设置于第二行星架与轮毂之间的超越离合器设置于被去掉第二自动离心换档机构的位置。

本实施例中齿圈双中心轮固定单轮直驱多档自动变速器的工作原理为：一档低速时，超越离合器5中的棘爪50为常开棘爪，第二齿圈311与轮毂2是保持啮合状态，动力由中心轴1输入，由于第二行星架310与中心轴1固定连接，因此动力传输给第二行星架310，通过第二行星轮312的传动，第二行星架310将动力传输给第二齿圈311，由于第二齿圈311与轮毂2相啮合，因此动力最终传递给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，实现一档低速，随着中心轴1速度的提升，第三自动离心换档机构42的第三棘爪件421的配重块端在离心力的作用下沿远离轴心的方向运动，由于第三棘爪件421的配重块及棘爪部分别设置于第三棘爪件421的两端，基于杠杆原理，第三棘爪件421的棘爪部端向轴心方向运动，从而与第三齿圈321上的第三棘轮423相啮合，第三自动离心换档机构42工作时，超越离合器5处于随动状态，动力由中心轴1输入，由于第二行星架310与中心轴1固定连接，因此动力传输给第二行星架310，通过第二行星轮312的传动，第二行星架310将动力传输给第二齿圈311，由于第二齿圈311与第三行星架320一体成型，因此动力传输给第三行星架320，通过第三行星轮322的传动，第三行星架320将动力传输给第三齿圈321，由于第三齿圈321与轮毂2相啮合，因此动力最终传递给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，实现二档中速，当中心轴1的速度再次提升，第一自动离心换档机构40的第一棘爪件401的配重块端在离心力的作用下沿远离轴心的方向运动，由于第一棘爪件401的配重块及棘爪部分别设置于第一棘爪件401的两端，基于杠杆原理，第一棘爪件401的棘爪部端向轴心方向运动，从而与第一中心轮303上的第一棘轮403相啮合，第一自动离心换档机构40工作时，第三自动离心换档机构42及超越离合器5均处于随动状态，动力由中心轴输入，由于第一行星架与中心轴相固定，因此动力传递给第一行星架300，通过第一行星轮302的传动，第一行星架300将动力传递给第一中心轮303，由于第一中心轮303与轮毂2相啮合，因此动力最终传递给轮毂2并由轮毂2进行动力输出，实现三档高速。

综上所述，本发明中的齿圈双中心轮固定单轮直驱多档全自动变速器结构紧凑、安装方便、传动效率高、换档牢靠、变速稳定，另外本发明中的变速器在中高档时可降低对踏频的要求，从而使得骑行更加轻松。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。