专利名称：外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自行车中轴驱动机构，尤其是一种外啮合行星齿轮链传动 变速自行车驱动机构。
背景技术：
目前，自行车仍为大多数中国人的交通代步工具，多年来生产销售的成人 和儿童自行车仍采用的是单级链传动或改变链条与链轮啮合位置实现的变速传 动方式，中轴直接与链轮连接形成驱动主动构件，由于其采用的是单级链传动， 其速度的提高受到一定的限制；改变链条与链轮啮合位置实现多级变速的结构 略显复杂且适用性差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有单级链传动自行车速度不可变且驱动力较 大的缺陷，而提供一种外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，可实现上 坡低驱动力小，坦途常力驱动较原结构单级链驱动的速度明显提高。
本发明的技术方案
外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构包括中轴以及设置在中轴上 的链轮，中轴上还设有增速装置，其特征在于
a、 中轴上设有三个连接装置，中轴外面设有变速套间隙配合，变速套上设 有与连接装置相对应的连接孔，在变速套外侧的中轴上设有锁紧螺母；
b、 变速套外面设有链轮，链轮内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置连接， 在链轮的径向上设有一组等距轴孔；在链轮的一侧设有一组轴行星齿轮，每个 轴行星齿轮的轴与对应的通孔配合，该组轴行星齿轮共同与固定齿轮套啮合， 固定齿轮套与中轴间隙配合，构成低速自行车驱动机构；
c、 在链轮的另一侧设有一组行星齿轮，每个行星齿轮分别与对应的轴行星 齿轮的轴固定连接，该组行星齿轮共同与中心齿轮啮合，中心齿轮与变速套间 隙配合，中心齿轮内孔圆周上设有一组连接孔与中轴上的连接装置连接，构成 中速自行车驱动机构；
d、 在每个行星齿轮的另一侧串联一个行星齿轮，每个行星齿轮分别与对应的轴行星齿轮的轴固定连接，该组行星齿轮共同与中心齿轮啮合，中心齿轮与 变速套间隙配合，中心齿轮内孔圆周上设有一组连接孔与中轴上的连接装置连 接，构成高速自行车驱动机构。
在上述的主要技术方案的基础上，可以增加以下进一步完善的技术方案 所述的一组轴行星齿轮可为两个或两个以上的轴行星齿轮，所述的行星齿 轮、行星齿轮与轴行星齿轮数目相同。
所述的三个连接装置，在中轴的轴向上相邻的两个连接装置间距5 25mm， 在径向上其相邻的两个连接装置的夹角为60 120° ，所述的连接装置由丝弹 簧、棘爪构成，中轴上设有棘爪槽，棘爪槽内设有沉槽，棘爪槽内设有棘爪与 沉槽内的丝弹簧连接；所述的连接装置由弹簧、径向滑键构成，中轴上设有径
向键槽，径向键槽内设有弹簧与径向滑键连接。 所述的变速套外侧设有变速操纵挡板。
在链轮与轴行星齿轮、行星齿轮之间设有滚珠，在链轮与中心齿轮外啮合 行星齿轮、链传动自行车驱动机构的相关设计计算
1、 常人的功率粗略测算
1) 、以65kg质量的常人上楼测算 一般楼梯一台阶高度为180mrn，设l秒 上一台阶，则常人的功率为
P=mgh/s=65X9.8X0.18/1=114. 66W
2) 、以常人双脚以固定驱动力驱动自行车曲臂一周测算 一般左右两脚的 各半周驱动力为250N~—300N,设驱动力大小、方向均不变并取值250N，按输入 驱动1转/1. 5秒，驱动力臂随转动角度而变化，最大设为0.2米，常人的功率应为: P= (2 / _ /2Md 0 ) /s= (2 / _ /2FLcos e d e ) /s = (2 / 二/2/2250 X 0. 2 X cos 9 d 9 ) /1. 5=133. 33W ;
由以上两种粗略测算可取常人的功率P=120W。
2、 常人骑行自行车的平均驱动力矩M计算 M=p/w=p . s/ (i> =120 . 1. 5/2 =28. 66N . m。
不计功率损失，由本设计的总传动比1=4.4的速度计算(即主驱动转一转， 自行车后轮转4.4转)
5V=26 X 25. 4 X 3. 14 X 40 X 4. 4 X 60/1000=21. 90km/h (达到电动车的国家限 制速度标准)。
3、 自行车后轮驱动力矩的三种计算理论验证
1) 、后轮的转动角速度计算 co=4. 4X6. 28/1. 5=18. 42rad/s;
2) 、后轮中心的速度计算
V= 26 X 25. 4 X 3. 14 X 40 X 4. 4 X 60/1000/3600=6. 08m/s 。
3) 、自行车的平动驱动力计算 F=P/V=120/6. 08二19. 72N。
4) 、自行车后轮的驱动力偶矩计算 M=FXR=19. 72X (26X25.4/2/1000) =6. 5N. m。
5) 、自行车后轮的驱动力偶矩另法计算 M=P/o) =120/18. 42=6. 5N. m。
6) 、自行车后轮的滚动阻力偶矩的计算
设骑行人质量80Kg则地面作用在两轮上的力应为80X9. 8N，査得轮胎与路 面的滚动摩擦系数S =2-10，考虑路面和轮胎的不利因素(路面较软或轮胎充气 不足)，取值S =8，则两轮的滚动阻力偶矩1^80X9. 8X10/1000=6. 27 N. m。
由4)、 5)、 6)三种计算方法结果完全一致，说明其驱动设计是完全可行的。
4、 齿轮模数的设计由本设计的行星轮系的传动比为4，则该齿轮的传递 转矩为平均驱动力矩的1/4——即位28. 66/4=7. 165 N.丐。_
由模数的机械设计公式m》12.1」^.^=12. 1 L .i =0. 95mm
从加工工艺角度考虑取m=1.5ram。
本发明的有益效果是可实现单级固定链轮变速驱动；使主、从链轮的传动 比增大，并使主、从链轮的驱动半径分别减少和增大，以实现快速、轻便功能; 各构件间的相对运动考虑采用滚动摩擦结构，可有效减小传动中的功率损失； 外啮合行星齿轮链传动自行车驱动机构结构简单，易于加工制造。
本发明的
6图1为本发明的主视附图2为本发明的连接装置实施例一；
图3为本发明的连接装置实施例二。
图中l.行星齿轮，2.行星齿轮，3.中心齿轮，4.中轴，5.锁紧螺母，6.变速套， 7.中心齿轮，8.平键，9.螺钉，IO.变速操纵挡板，ll.链轮，12.轴行星齿轮，13. 滚针轴承，14.滚子，15.固定齿轮套，16.径向滑键，17.弹簧，18.丝弹簧，19.棘爪。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴4，中 轴为台阶轴，轴上设有螺纹和三个径向键槽，相邻的两个键槽在中轴的轴向上 有10mm左右的距离、在径向上有90°的夹角，每个径向键槽内设有一个弹簧 17以及与弹簧相连的径向滑键16,中轴上枢置一个变速套6，变速套上设有三 个与径向滑键相配合的连接孔，变速套上枢置一个链轮11，链轮与变速套间隙 配合并可相对转动，如图2所示，链轮内孔圆周上均匀设有八个连接孔与径向 滑键相配合，在链轮的等径圆周上均匀设有两个轴孔，在链轮一侧设有两个轴 行星齿轮12，每个轴行星齿轮上设有一轴杆与轴孔通过滚针轴承13配合连接， 两个轴行星齿轮共同与固定齿轮套15啮合，固定齿轮套设有轴向套筒，套筒上 设有与自行车五通连接的螺纹接口，固定齿轮套与中轴4通过滚珠转动配合；
在链轮的另一侧设有两个行星齿轮1，每个行星齿轮分别与一个轴行星齿轮的轴 杆通过平键8连接，两个行星齿轮共同与中心齿轮7啮合，中心齿轮枢置在变 速套上，中心齿轮7内孔圆周上均匀设有八个连接孔与径向滑键16相配合，每 个行星齿轮的另一侧串联一个行星齿轮2，该行星齿轮分别与相应的轴行星齿轮 12的轴杆通过螺钉9与平键8固定连接，两个行星齿轮2共同与中心齿轮3啮 合，中心齿轮3枢置在变速套6上，中心齿轮与变速套间隙配合并可相对转动， 中心齿轮3内孔圆周上均匀设有八个连接孔与径向滑键16相配合，在变速套外 侧的中轴上设有锁紧螺母5，变速套外侧还设有变速操纵挡板10，变速操纵挡 板与变速套通过螺钉固定连接。
外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构的变速过程为通过脚踏转动变速操纵挡板可使变速套处于不同周向位置，以使中轴通过其上不同位置的径 向滑键与行星轮架、变速套或与不同中心齿轮、变速套实现互锁固定连接形成
构件以达到变速目的，当用脚踏转动变速操纵挡板10，使处于中轴与变速套间 的径向滑键16嵌入链轮11的连接孔中时为低速驱动，同时，其它两位置的径 向滑键被变速套压入中轴的径向键槽；再踏转转动变速操纵挡板90°使处于中 轴与变速套间的径向滑键16嵌入一中心齿轮7的连接孔中时为高速驱动；再次 踏转变速操纵挡板90°使处于中轴与变速套间的径向滑键16嵌入另一中心齿轮 3的连接孔中时为中速驱动。 实施例二
如图1所示，外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴4，中 轴为台阶轴，轴上设有螺纹和三处棘爪槽，每个棘爪槽内设有一个沉槽，相邻 的两个棘爪槽在中轴的轴向上有15imn左右的距离、在径向上有120。的夹角， 棘爪槽内设有棘爪19与沉槽内的丝弹簧18连接，中轴上枢置一个变速套6，变 速套上设有三个与棘爪相配合的连接孔，变速套上枢置一个链轮11，如图3所 示，链轮内孔圆周上均匀设有四个连接孔与棘爪相配合，在链轮的等径圆周上 均匀设有三个轴孔，在链轮一侧设有三个轴行星齿轮12，每个轴行星齿轮上设 有一轴杆与轴孔通过滚针轴承13配合连接，三个轴行星齿轮共同与固定齿轮套
15啮合，固定齿轮套设有轴向套筒，套筒上设有与自行车五通连接的螺纹接口， 固定齿轮套与中轴通过滚珠转动配合；在链轮的另一侧设有三个行星齿轮l，每 个行星齿轮1分别与一个轴行星齿轮的轴杆通过平键8连接，三个行星齿轮共 同与中心齿轮7啮合，中心齿轮7枢置在变速套上，中心齿轮与变速套间隙配 合并可相对转动，中心齿轮内孔圆周上均匀设有四个连接孔与棘爪19相配合， 每个行星齿轮1的另一侧串联一个行星齿轮2，该行星齿轮2与相应的轴行星齿 轮的轴杆通过螺钉9与平键8固定连接，三个行星齿轮2共同与中心齿轮3啮 合，中心齿轮枢置在变速套上，中心齿轮3内孔圆周上均匀设有四个连接孔与 棘爪相配合，在变速套外侧的中轴上设有锁紧螺母5，变速套外侧还设有变速操 纵挡板10，变速操纵挡板与变速套通过螺钉固定连接。
在链轮与轴行星齿轮、行星齿轮、中心齿轮之间设有滚子14。 三速外啮合行星齿轮、链传动自行车驱动机构的变速过程为通过脚踏转
8动变速操纵挡板可使变速套处于不同周向位置，以使中轴通过其上不同位置的 棘爪与行星轮架、变速套或与不同中心齿轮、变速套实现互锁固定连接形成构
件以达到变速目的，当用脚踏转变速操纵挡板10，使处于中轴4与变速套6间 的棘爪19嵌入链轮11的连接孔中时为低速驱动，同时，其它两位置的棘爪被 变速套压入中轴的棘爪槽内；再当踏转速操纵挡板120°使处于中轴与变速套间 的棘爪19嵌入一中心齿轮7的连接孔中时为高速驱动；再次踏转变速操纵挡板 120°使处于中轴与变速套间的棘爪19嵌入另一中心齿轮3的连接孔中时为中 速驱动。
外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构的固定齿轮套15设有轴向套 筒，套筒上设有与自行车中轴套筒连接的外螺纹接口，使其旋合固定在中轴套 筒端，固定齿轮套与中轴间形成转动副，分别通过直接驱动，链轮或驱动中轴 上的不同中心齿轮及与其啮合的行星齿轮构件将其运动传至链轮，通过链条从 而带动自行车后轮上的链轮转动以实现自行车的不同速的驱动前行。
权利要求
1、外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴(4)以及设置在中轴上的链轮(11)，中轴上还设有增速装置，其特征在于a、中轴(4)上设有三个连接装置(16)，中轴上枢置变速套(6)，变速套上设有与连接装置相对应的连接孔，在变速套外侧的中轴上设有锁紧螺母(5)；b、变速套上枢置链轮(11)，链轮内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置(16)配合，在链轮的径向上设有一组等距轴孔；在链轮的一侧设有一组轴行星齿轮(12)，每个轴行星齿轮的轴与对应的轴孔配合，该组轴行星齿轮共同与固定齿轮套(15)啮合，固定齿轮套与中轴构成转动副，构成低速自行车驱动机构；c、在链轮的另一侧设有一组行星齿轮(1)，每个行星齿轮分别与对应的轴行星齿轮的轴固定连接，该组行星齿轮共同与中心齿轮(3)啮合，中心齿轮枢置在变速套上，中心齿轮内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置配合，构成中速自行车驱动机构；d、在每个行星齿轮的另一侧串联设有一个行星齿轮(2)，每个行星齿轮(2)分别与对应的轴行星齿轮的轴固定连接，该组行星齿轮(2)共同与中心齿轮(7)啮合，中心齿轮枢置在变速套上，中心齿轮内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置配合，构成高速自行车驱动机构。
2、 根据权利要求l所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其 特征在于所述的一组轴行星齿轮可为两个或两个以上的轴行星齿轮(12)。
3、 根据权利要求2所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其 特征在于所述的行星齿轮(1)、行星齿轮(2)与轴行星齿轮(12)数目相同。
4、 根据权利要求l所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其 特征在于所述的三个连接装置(16)，在中轴的轴向上相邻的两个连接装置间 距5 25mm，在径向上相邻的两个连接装置的夹角为60 120° 。
5、 根据权利要求1或4所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构， 其特征在于所述的连接装置由弹簧(18)、径向滑键(17)构成，中轴上设有 径向键槽，径向键槽内设有弹簧，弹簧与径向滑键连接。
6、 根据权利要求1或4所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构， 其特征在于所述的连接装置由丝弹簧(19)、棘爪(20)构成，中轴上设有棘爪槽，棘爪槽内设有沉槽，棘爪槽内设有棘爪与沉槽内的丝弹簧连接。
7、 根据权利要求1或3所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构， 其特征在于在链轮与轴行星齿轮、行星齿轮、中心齿轮之间设有滚子(14)。
8、 根据权利要求l所述的外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其 特征在于变速套外侧还设有变速操纵挡板(10)。
全文摘要
本发明外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴(4)以及设置在中轴上的链轮(11)，中轴上还设有增速装置，其特征在于中轴上设有变速机构，变速机构由连接装置、固定齿轮套(15)、链轮(11)、轴行星齿轮(12)、行星齿轮(1)(2)、中心轮(3)(7)、变速套(6)构成。本发明的有益效果是可实现单级固定链轮变速驱动；使主、从链轮的传动比增大，并使主、从链轮的驱动半径分别减少和增大，以实现快速、轻便功能；各构件间的相对运动考虑采用滚动摩擦结构，可有效减小传动中的功率损失；外啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构结构简单，易于加工制造。
文档编号B62M11/00GK101654141SQ200910144889
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者赵成会 申请人:赵成会