一种带负荷变速的自行车变速箱传动装置及变速箱的制作方法

本技术涉及到交通工具中的自行车变速器，具体涉及一种带负荷变速的自行车变速箱传动装置及变速箱。

背景技术：

1、自行车，又称脚踏车或单车。目前，自行车的传动速比有速比固定不变和速比可调两种，自行车速比可调的机构，多数采用在飞轮上固定安装多个不同齿数的飞轮齿盘，通过链条调整链轮与不同齿数的飞轮齿盘组合，实现不同的传动速比，这种现有的变速自行车变速器通常都是采用多个链盘的结构，通过调整链条的位置，使其与不同的链盘配合连接，这种方式换挡相对麻烦，而且必须在自行车行驶时进行换挡，常会出现换挡失败的情况，对链条的磨损较大；也有个别的变速自行车的变速器采用齿轮变速箱，如中国专利cn205168799u公告了通过一种中轴式自行车内变速器，其通过在每组的行星齿轮组的两个第二传动齿轮之间设置第一凹槽，且在齿圈的内圆周面上设置可嵌入第一凹槽的第一凸起，使得六个齿圈均可固定于行星齿轮固定架上，这种行星齿轮组的变速器，结构复杂，制造要求比较高，换挡也不方便，内部换挡的啮合结构复杂，变速器体积不紧凑。现有变速器大多用普通齿轮传动，也有的用行星齿轮传动，变速器中一般具有多个啮合。由于变速器的结构比较复杂，零件多，各零件之间需要精密配合，使得变速器的体积也难以缩小。同时，变速器进行换挡时，需要先进入空挡，再进行换挡，操作比较复杂。另外，在空挡时具有一定的安全隐患，有部分安全事故是因为进入空挡而发生的。

2、啮合是变速器的重要组成部分，现有的啮合结构复杂：在每个挡位的传动齿轮旁均安装有一环，齿轮上具有用于摩擦的锥面，两个环之间设有一啮合套，啮合套与环之间须要布置滑块、弹簧圈等结构。换挡时，先进入空挡，再进挡；进挡时环和传动齿轮在摩擦力的作用下后，啮合套才能与环、传动齿轮啮合，进而完成换挡。cn203098620u公告了一种汽车变速箱器，包括齿毂、环、啮合套，以及用于换挡时使啮合套推动环滑动的滑块，所述环上设有与滑块相配合的凹槽，空挡时所述滑块位于凹槽内，所述滑块的侧面上附着有弹性体，弹性体的端面与凹槽的槽面相接触。该实用新型提供的汽车变速箱器，换挡时使滑块与环为非刚性接触，能降低换挡噪声，同时摘挡时可避免环与挡位齿轮持续摩擦。

3、目前的紧凑型自行车变速器存在变挡结构不紧凑、不能更好的直接进挡和退挡的缺陷。为了解决上述技术问题，已经有不少在变速自行车上采用了体积小的中置变速器技术方案来解决飞轮齿盘结构存在的缺陷，采用的技术方案为将紧凑型变速器设置在自行车的中部(自行车车架下交叉处)设置中置变速器，利用原来的自行车脚蹬轴作为变速器的动力输入轴，变速器输出轴带动输出链轮链条传动自行车后轮飞轮，不改变自行车的其他结构，但由于自行车位置空间限制，该中置变速器空间有限，通常最多只能设置五档变速，不能再增加更多的档位，为了适应多级的调速，需要将变速器的结构更加紧凑。

技术实现思路

1、本实用新型的第一个目的是提供一种带负荷变速的自行车变速箱传动装置，使得其结构更加紧凑，运行稳定，克服现有紧凑型自行车变速器存在变挡结构不紧凑的缺陷。

2、为了实现上述实用新型目的，本实用新型一种带负荷变速的自行车变速箱传动装置，包括一个主轴、一个副轴和一个输出链轮，在所述的主轴上设有多个主轴齿轮和主动棘轮，在所述的副轴上设有多个副轴齿轮和从动棘轮，所述的主动棘轮和所述的从动棘轮的中间设有拨槽，所述的主轴齿轮和所述的副轴齿轮相互配合啮合；所述的主动棘轮和所述的从动棘轮中至少有一个是双棘齿棘轮，所述双棘齿棘轮两侧设置有具有单棘齿的两个主轴齿轮或两个副轴齿轮，所述双棘齿棘轮在主轴或副轴上左右移动并通过两侧的棘齿分别与所述的单棘齿的两个主轴齿轮或两个副轴齿轮相互啮合/分离；所述的主轴齿轮其中一个是直驱齿轮，所述输出链轮固定在所述的直驱齿轮上；所述的棘齿均为斜齿。

3、采用上述技术方案，由于所述的主轴齿轮其中一个是直驱齿轮，所述输出链轮固定在所述的直驱齿轮上，相对现有的紧凑型变速器，减少了齿轮副，从而使得变挡结构更紧凑，同时，由于所述的主轴上至少设有一挡主轴齿轮，所述副轴上至少设有一挡副轴齿轮，所述的一挡主轴齿轮或一挡副轴齿轮至少有一个是外套在单向离合器上，所述单向离合器固定套接在对应的主轴或副轴上，这样由于将单向离合器结合设置在一挡主轴齿轮或一挡副轴齿轮的内部，能至少减少一挡主轴齿轮或一挡副轴齿轮的厚度或者减少一挡主轴齿轮或一挡副轴齿轮与侧边设置的齿轮之间的间隙，使得结构更加紧凑，在保证齿轮同样传递强度的情况下，更能减少整个自行车变速箱的体积，更适用于自行车上或者能腾出更多的空间安排其他更多的齿轮。双棘齿棘轮可以在主轴上，也可以在副轴上，双棘齿棘轮对应的齿轮空转。其中一个档是直驱档。齿轮的棘齿可以凹进去也可以凸出来，限定所述的棘齿均为斜齿，在斜齿齿根的推力下，由于棘齿角度的原因，棘齿的工作面受力时，力的方向朝向棘齿根部，使得齿轮棘齿和套筒棘齿自动卡紧，从而传递力矩。

4、进一步，限定所述的主轴上至少设有一挡主轴齿轮，所述副轴上至少设有一挡副轴齿轮，所述的一挡主轴齿轮或一挡副轴齿轮至少有一个是外套在单向离合器上，所述单向离合器固定套接在对应的主轴或副轴上。

5、采用上述这种将一挡主轴齿轮或一档副轴齿轮外套在单向离合器上，单向离合器固定套接在对应的主轴或副轴上的结构，能保证在原来的体积上，减少了一个棘轮厚度和控制单元，体积能做的更小。

6、进一步，限定具体的五档变速箱传动装置，限定所述的主轴上从左到右设有一挡主轴齿轮、五挡主轴齿轮、三挡主轴齿轮、四挡主轴齿轮和直驱齿轮，在所述的五挡主轴齿轮和三挡主轴齿轮之间设有第一双棘齿棘轮，在所述的四挡主轴齿轮和直驱齿轮之间均设有第二双棘齿棘轮，其中，一挡主轴齿轮固定连接在主轴上，五挡主轴齿轮、三挡主轴齿轮、四挡主轴齿轮和直驱齿轮空套在主轴上，所述第一双棘齿棘轮、第二双棘齿棘轮滑动套接在所述的主轴上；所述副轴上从左到右设有一挡副轴齿轮、五挡副轴齿轮、三挡副轴齿轮、四挡副轴齿轮和反向齿轮，在所述的一挡副轴齿轮和五挡副轴齿轮之间设有单向离合器，所述一挡副轴齿轮外套在单向离合器上，所述单向离合器固定套接在副轴上；其中，五挡副轴齿轮、三挡副轴齿轮、四挡副轴齿轮和反向齿轮均固定连接在副轴上。

7、当然上述结构还可以调整齿轮的摆放位置和数量，对应设置变挡拨杆和拨叉，还可以做成六档变速箱传动装置、七档变速箱传动装置等。

8、本实用新型的第二个目的是提供使用上述这种带负荷变速的自行车变速箱传动装置的变速箱，使变速箱结构更加紧凑，运行稳定，克服现有自行车变速箱存在结构不紧凑的缺陷。

9、具体技术方案为，一种带负荷变速的自行车变速箱传动装置的变速箱，还包括换挡装置，所述换挡装置包括变挡鼓轮、变挡拨杆和变挡拨叉，所述变挡鼓轮旋转固定在箱体上，所述主轴和副轴的两端通过轴承安装在箱体上，所述变挡拨杆可左右移动的活动固定在箱体上，所述变挡鼓轮的旋转中心线与副轴的旋转中心线相互平行，所述变挡鼓轮圆周面上设置有变挡鼓轮槽，所述变挡拨叉包括下段的拨叉叉部和上段的拨叉连接部，所述拨叉叉部卡接在所述棘轮中间的拨槽中，所述变挡拨杆前端活动固定在所述的变挡鼓轮槽内，所述变挡拨杆后端活动连接所述拨叉连接部，所述变挡拨杆和所述拨叉的连接件为弹性连接件。由于采用上述变速装置结构，对变速箱箱体要求更小，结构更紧凑，同时相对原来的飞轮齿盘机构，变挡稳定。

10、进一步，限定所述弹性连接件为金属弹片，所述金属弹片上端固定连接在所述变挡拨杆上，所述金属弹片下端活动夹持住所述变挡拨叉。

11、所述变挡拨杆和所述拨叉的连接件为弹性连接件，能更好的保证在进挡或者退挡的时候，主轴齿轮或副轴齿轮的棘齿对应的棘轮结合时避免棘齿之间硬性接触，不会出现打齿和卡滞现象，从而能更好的直接进挡和退挡，同时成熟的变挡鼓轮技术也能保证在骑行路况不好的情况下现有的紧凑型变速器容易自行跳挡的缺陷；

12、同样的道理，限定所述弹性连接件为扭簧，所述扭簧包括扭簧本体和扭簧输出端头，所述扭簧本体固定连接所述变挡拨杆上，所述扭簧输出端头活动夹持住所述变挡拨叉。

13、进一步，具体限定换挡装置中除了变挡鼓轮以外的其他具体结构，即所述换挡装置还包括有固定板和拨叉导向杆，所述固定板固定在所述箱体上，所述拨叉导向杆固定在所述固定板上或直接固定在箱体上，所述拨叉连接部为空心管，所述空心管活动套接在所述拨叉导向杆上。

14、再进一步，限定采用上述技术方案的所述变速箱为五挡齿轮变速箱，所述的主轴上从左到右设有一挡主轴齿轮、五挡主轴齿轮、三挡主轴齿轮、四挡主轴齿轮和直驱齿轮，在所述的五挡主轴齿轮和三挡主轴齿轮之间设有第一双棘齿棘轮，在所述的四挡主轴齿轮和直驱齿轮之间均设有第二双棘齿棘轮，其中，一挡主轴齿轮固定连接在主轴上，五挡主轴齿轮、三挡主轴齿轮、四挡主轴齿轮和直驱齿轮空套在主轴上，所述第一双棘齿棘轮、第二双棘齿棘轮滑动套接在所述的主轴上；所述副轴上从左到右设有一挡副轴齿轮、五挡副轴齿轮、三挡副轴齿轮、四挡副轴齿轮和反向齿轮，在所述的一挡副轴齿轮和五挡副轴齿轮之间设有单向离合器，所述一挡副轴齿轮外套在单向离合器上，所述单向离合器固定套接在副轴上；其中，一挡副轴齿轮空套在所述副轴上，五挡副轴齿轮、三挡副轴齿轮、四挡副轴齿轮和反向齿轮均固定连接在副轴上。

15、其中限定，在所述五挡齿轮变速箱结构中，所述的变挡拨杆和变挡拨叉均为两个，其中，第一变挡拨杆控制第一双棘齿棘轮，第二变挡拨杆控制第二双棘齿棘轮。

16、本实用新型中，齿轮和棘轮之间采用上述方式配合连接的技术效果是：(1)由于采用内棘齿轮和单向离合器处于常接触的状态的结构，在需要动力传递时，成啮合状态驱动，在不需要动力传递时，成分离状态打滑。(2)在需要卡紧时，棘轮棘齿和齿轮棘齿容易啮合，并且能够防止脱落；(3)具有速度差的时候，棘轮棘齿和齿轮棘齿容易脱离。具体原因是：由于棘齿角度的原因，棘齿的工作面受力时，力的方向朝向棘齿根部，使得棘轮棘齿和齿轮棘齿自动卡紧，从而传递力矩。由于棘齿的齿背角度平缓，不能传递力矩，棘齿的齿背受力时，力的方向远离齿根，使棘轮棘齿和齿轮棘齿相互远离，从而自动分离。

17、本实用新型的另外一个实用新型目的是提供一种具体的五挡紧凑型自行车变速器的换挡方法，

18、当所述变速箱处于起步一档位置时，所述第一双棘齿棘轮、第二双棘齿棘轮均和对应的齿轮处于分离状态，所述的一档副轴齿轮和所述的单向离合器处于结合状态；

19、1)当从一挡加挡到二挡的状态时，旋转变挡鼓轮，所述第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向右边移动，位于第二双棘齿棘轮右边的棘齿与直驱齿轮左边的棘齿啮合；同时，由于二档的转度大于一档，所述的一档副轴齿轮和所述的单向离合器处于分离状态；动力直接通过固定在所述直驱齿轮上的输出链轮转动；

20、2)当从二挡加挡到三挡的状态时，旋转变挡鼓轮，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向左移动，第二双棘齿棘轮右边的棘齿与直驱齿轮左边的棘齿分离；同时，第一变挡拨杆带动第一双棘齿棘轮向右移动，位于第一双棘齿棘轮右边的棘齿与三挡主轴齿轮左边的棘齿啮合，所述三挡主轴齿轮带动所述三挡副轴齿轮旋转，三挡副轴齿轮带动副轴和反向齿轮旋转，反向齿轮带动在主轴上的直驱齿轮旋转，输出链轮转动；

21、3)当从三挡加挡到四挡的状态时，旋转变挡鼓轮，第一变挡拨杆带动第一双棘齿棘轮向左移动，位于第一双棘齿棘轮右边的棘齿与三挡主轴齿轮左边的棘齿分离；同时，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向左移动，位于第二双棘齿棘轮左边的棘齿与四挡主轴齿轮右边的棘齿啮合，所述四挡主轴齿轮带动所述四挡副轴齿轮旋转，四挡副轴齿轮带动副轴和反向齿轮旋转，反向齿轮带动在主轴上的直驱齿轮旋转，输出链轮转动；

22、4)当从四挡加挡到五挡的状态时，旋转变挡鼓轮，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向右移动，位于第二双棘齿棘轮左边的棘齿与四挡主轴齿轮右边的棘齿分离；同时，第一变挡拨杆带动第一双棘齿棘轮向左移动，位于第一双棘齿棘轮左边的棘齿与五挡主轴齿轮右边的棘齿啮合；所述五挡主轴齿轮带动所述五挡副轴齿轮旋转，五挡副轴齿轮带动副轴和反向齿轮旋转，反向齿轮带动在主轴上的直驱齿轮旋转，输出链轮转动；

23、5)当从五挡减挡到四挡的状态时，反向旋转变挡鼓轮，第一变挡拨杆带动第一双棘齿棘轮向右移动，位于第一双棘齿棘轮左边的棘齿与五挡主轴齿轮右边的棘齿分离；同时，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向左移动，位于第二双棘齿棘轮左边的棘齿与四挡主轴齿轮右边的棘齿啮合；所述四挡主轴齿轮带动所述四挡副轴齿轮旋转，四挡副轴齿轮带动副轴和反向齿轮旋转，反向齿轮带动在主轴上的直驱齿轮旋转，输出链轮转动；

24、6)当从四挡减挡到三挡的状态时，反向旋转变挡鼓轮，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向右移动，位于第二双棘齿棘轮左边的棘齿与四挡主轴齿轮右边的棘齿分离；同时，第一变挡拨杆带动第一双棘齿棘轮向右移动，位于第一双棘齿棘轮右边的棘齿与三挡主轴齿轮左边的棘齿啮合；所述三挡主轴齿轮带动所述三挡副轴齿轮旋转，三挡副轴齿轮带动副轴和反向齿轮旋转，反向齿轮带动在主轴上的直驱齿轮旋转，输出链轮转动；

25、7)当从三挡减挡到二挡的状态时，反向旋转变挡鼓轮，第一变挡拨杆带动第一双棘齿棘轮向左移动，位于第一双棘齿棘轮右边的棘齿与三挡主轴齿轮左边的棘齿分离；同时，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向右移动，位于第二双棘齿棘轮右边的棘齿与直驱齿轮左边的棘齿啮合；所述直驱齿轮直接通过固定在所述直驱齿轮上的输出链轮转动；

26、8)当从二挡减挡到一挡的状态时，反向旋转变挡鼓轮，第二变挡拨杆带动第二双棘齿棘轮向左移动，位于第二双棘齿棘轮右边的棘齿与直驱齿轮左边的棘齿分离；同时，由于一档的转度小于一档，所述的一档副轴齿轮和所述的单向离合器处于结合状态；所述一挡主轴齿轮带动所述一挡副轴齿轮旋转，一挡副轴齿轮带动副轴和反向齿轮旋转，反向齿轮带动在主轴上的直驱齿轮旋转，输出链轮转动；

27、9)循环，在不同的初始状态，所述棘轮结合位置对应上述不同具体状态。

28、采用上述技术方案的换挡方法，操作简单，在上述换挡的过程中，先进行了进挡操作，在二挡进挡完成后，一挡的单向离合器成分离状态打滑。这种换挡的方式能够在带负荷的情况下换挡，实现了随时换挡。同时，换挡过程中操作简单，大幅提高了换挡时的安全性。并且上述换挡的过程时间短，拨动变挡鼓轮即实现了换挡。

29、在挡时，挡的齿轮带动挡的棘轮转动，换挡时，由于挡的棘轮的转速快，棘齿的受力面变为了齿背，齿背产生的力的方向远离齿根，会将挡的齿轮推向远离一挡棘轮的方向。

30、本实用新型中所提到的棘齿的齿形与通常所说的“棘轮棘齿”中的“棘齿”相同，即：两个齿面的角度不同，使其有且只有一个齿面能够传递扭矩。但本实用新型的棘齿布置的方向与常规方式不同：棘齿为环形，但齿尖的方向朝向侧面，其具体角度以能够在套筒和齿轮之间传递扭矩为准。

31、对现有技术而言，本技术方案的效果体现在，一，利用拨杆上的弹片或扭簧驱动拨叉，不仅有利于避免棘齿硬接触造成打齿或卡死；二，有利于自行车骑行者的倒脚习惯。由于是拨杆上的弹片或扭簧驱动拨叉控制棘轮与齿轮侧向棘齿啮合，倒脚反转主轴时，棘轮与齿轮侧向棘齿之间齿背相互有推力，弹片或扭簧能通过形变让拨叉控制的棘轮在轴向与齿轮分离；三，有静止变挡功能，即使不旋转运动状态，由于拨杆上弹片或扭簧的有形变功能，在任意挡都可以切换成其他挡位；四，带负荷换挡，加挡时，速差原理，高挡位进挡后低挡位自动分离。减挡时，可以提前并越级减挡，即使在高挡位运转时，也可以拨动拨杆至低挡位，此时低挡拨杆上弹片与扭簧就产生形变，低挡位的棘轮与齿轮侧向棘齿处于半离合状态，当停踩踏瞬间，负荷为0，高挡位齿轮惯性脱出并与棘轮分离，再踩踏时，低挡位棘轮与齿轮侧向棘齿立即结合传递扭力。