专利名称:自行车自动有级变速器的制作方法
根据一九七八年八月机械工业出版社出版的《常用机构的原理及应用》一书的介绍，在目前市场上常见的自行车变速器有“二速”、“三速”、“四速”变速器。这些变速器都是通过锁住“2K－H”行星齿轮机构中的行星轮或中心轮来实现变速的。变速时需用手操作。在行驶过程中，变速不方便，有噪音，变速器的结构也较复杂。
本发明的目的在于提供一种克服以往变速器缺点的，在行驶过程中，根据阻力的大小自动改变速度的变速器，从而使自行车随时获得合理的行驶速度。
图1为该变速器的半剖视图。
图2为超越离合器〔17〕装配图。
动力从链轮〔3〕输入，壳体〔7〕输出，且输入功率恒定。齿轮〔10〕和齿轮〔11〕为斜齿轮，其余齿轮为直齿轮。链轮〔3〕、齿轮〔11〕、壳体〔7〕的旋转方向一致，根据图〔1〕从左向右看，为顺时针方向。
在行驶过程中，当阻力很小时，齿轮〔10〕和齿轮〔11〕啮合产生的向左的轴向力很小，且与弹簧〔16〕的弹力平衡。此时，齿轮〔6〕与齿轮〔13〕啮合，齿轮〔11〕转得最快。于是壳体〔7〕上的旋转运动最快，而传动力矩最小；当阻力增大时，齿轮〔10〕与齿轮〔11〕啮合产生的轴向力也随之增大，于是齿轮〔11〕与滑套〔12〕、齿轮〔13〕、〔14〕、〔15〕一起向左压缩弹簧〔16〕，直到再次与弹力平衡。此时，齿轮〔5〕恰好同齿轮〔14〕啮合，齿轮〔11〕的转速降低，壳体〔7〕上的旋转运动较快，而传动力矩较大；当阻力再增大时，与此类推，齿轮〔4〕与齿轮〔15〕啮合，此时齿轮〔11〕转得最慢，壳体〔7〕的旋转运动最慢，而传动力矩最大。
当阻力从最小渐渐增大时，齿轮〔6〕与齿轮〔13〕渐渐脱离啮合，同时齿轮〔5〕与齿轮〔14〕渐渐进入啮合。这时，二对齿轮都在啮合，但由于齿轮〔6〕与齿轮〔13〕啮合时，滑套〔12〕即超越离合器〔17〕的内圈转得快(图2)，而齿轮〔5〕与齿轮〔14〕啮合时，齿轮〔14〕即超越离合器〔17〕的外圈转得慢，故齿轮〔5〕与齿轮〔14〕的啮合不影响齿轮〔6〕与齿轮〔13〕的啮合，壳体〔7〕上的旋转运动仍然最快，而传动力矩最小。只有当齿轮〔6〕与齿轮〔13〕完全脱离啮合后，齿轮〔5〕与齿轮〔14〕的啮合才起作用，壳体〔7〕上的旋转运动才会变慢，而传动力矩变大。当阻力在此基础上再增大时，与此相同，即只有当齿轮〔5〕与齿轮〔14〕完全脱离啮合后，齿轮〔4〕与齿轮〔15〕的啮合才起作用，壳体〔7〕的旋转运动才会最慢，而传动力矩最大。这样，就保证了在阻力增大时，齿轮〔5〕与齿轮〔14〕或齿轮〔4〕与齿轮〔15〕的整个齿承受载荷而不是部分齿。
当阻力从最大开始减小时，与阻力增大的情况正好相反。即由于齿轮〔4〕与齿轮〔15〕啮合时，滑套〔12〕即超越离合器〔17〕内圈转得慢(图2)，而齿轮〔5〕与齿轮〔14〕啮合时，齿轮〔14〕即超越离合器〔17〕的外圈转得比其快，故只要齿轮〔5〕与齿轮〔14〕一进入啮合，齿轮〔4〕与齿轮〔15〕的啮合立刻不起作用，壳体〔7〕的旋转运动立刻变快，而传动力矩变小。当阻力在此基础上再减小时，与此相同，即只要齿轮〔6〕与齿轮〔13〕一进入啮合，壳体〔7〕的旋转运动立刻变为最快，而传动力矩最小。由于此时阻力是从大变小，故齿轮〔5〕与齿轮〔14〕或齿轮〔6〕与齿轮〔13〕是在阻力变小的情况下啮合，齿轮〔11〕、滑套〔12〕和齿轮〔13〕、〔14〕、〔15〕在弹簧〔16〕的作用下复位。
本发明是利用一对斜齿轮〔10〕和〔11〕在啮合时产生的轴向力，压缩弹簧〔16〕，从而控制齿轮〔13〕、〔14〕、〔15〕的啮合位置，达到自动变速目的的。它克服了以往变速器变速时需要用手操作的缺点，传动效率高，且在行驶过程中无噪音。
按26英寸自行车计算，得车轮周长约为2米。
自行车从踏脚到后轴间的链传动比取1.84。
该变速器安装在自行车的后轴上。
人体平均蹬车频率取60转／分。
根据上述条件可得从链轮〔3〕上输入的旋转运动的转速n3为110转／分。方向根据图1，从左向右看顺时针方向。
取齿轮1的齿数Z1＝75，齿轮2的齿数Z2＝17齿轮4的齿数Z4＝17，齿轮5的齿数Z5＝23齿轮6的齿数Z6＝27，齿轮8的齿数Z8＝64齿轮9的齿数Z9＝25，齿轮10的齿数Z10＝17齿轮11的齿数Z11＝22，齿轮13的齿数Z13＝31齿轮14的齿数Z14＝35，齿轮15的齿数Z15＝41当阻力最小时，齿轮〔6〕与齿轮〔13〕啮合，齿轮〔13〕的转速n13根据公式n13＝(1＋ (Z1Z6)/(Z2Z13) )n3得n13＝532.67转／分，齿轮〔11〕的转速n11＝n13＝532.67转／分。壳体〔7〕的转速n7根据公式n7＝( (Z11·Z9)/(Z11·Z9+Z10·Z8) )n11得n7＝178.82转／分。自行车车速V根据公式V＝ (n7)/60 ×2×3.6得V＝21.46公里／小时。
当阻力较大时，齿轮〔5〕与齿轮〔14〕啮合，用齿轮〔5〕的齿数Z5和齿轮〔14〕的齿数Z14代替上述第一个公式中的Z6和Z13后可得齿轮〔14〕的转速n14＝429转／分，此时，齿轮〔11〕的转速n11＝429转／分，壳体〔7〕的转速n7＝144转／分，自行车车速V＝17.28公里／小时。
当阻力最大时，齿轮〔4〕与齿轮〔15〕啮合，用齿轮〔4〕的齿数Z4和齿轮〔15〕的齿数Z15代替第一个公式中的Z6和Z13，得齿轮〔15〕的转速n15＝311.22转／分，此时，齿轮〔11〕的转速n11＝311.22转／分，壳体〔7〕的转速n7＝104.47转／分，自行车车速V＝12.53公里／小时。
当阻力最小时，齿轮〔10〕与齿轮〔11〕啮合产生的向左的轴向力最小，且与弹簧〔16〕的弹力平衡，此时，齿轮〔6〕与齿轮〔13〕啮合，齿轮〔11〕的转速为532.67转／分，自行车车速为21.46公里／小时。当阻力增大时，齿轮〔10〕与齿轮〔11〕啮合产生的轴向力随之增大，于是齿轮〔11〕和滑套〔12〕、齿轮〔13〕、〔14〕、〔15〕一起向左压缩弹簧〔16〕，直到再次与弹力平衡。此时，齿轮〔5〕与齿轮〔14〕啮合，齿轮〔11〕的转速等于齿轮〔14〕的转速为429转／分，自行车车速为17.82公里／小时。在这一变速过程中，齿轮〔6〕与齿轮〔13〕渐渐脱离啮合，而齿轮〔5〕与齿轮〔14〕渐渐进入啮合，二对齿轮都在啮合，但由于齿轮〔6〕与齿轮〔13〕啮合时，滑套〔12〕的转速与齿轮〔13〕的转速相同，都为532.67转／分(图2)，而齿轮〔5〕与齿轮〔14〕啮合时，齿轮〔14〕的转速只有429转／分。所以，齿轮〔5〕与齿轮〔14〕的啮合不影响齿轮〔6〕与齿轮〔13〕的啮合，此时自行车车速仍为21.46公里／小时。只有当齿轮〔6〕与齿轮〔13〕完全脱离啮合后，齿轮〔5〕与齿轮〔14〕的啮合才起作用，自行车车速才会减到17.28公里／小时。如果阻力继续增到最大，则同理。齿轮〔4〕与齿轮〔15〕啮合，齿轮〔11〕的转速为311.22转／分，自行车车速为12.53公里／小时。
当阻力最大时，齿轮〔4〕与齿轮〔15〕啮合，滑套〔12〕的转速与齿轮〔15〕的转速相同，都为311.22转／分，若此时阻力变小，由于齿轮〔5〕与齿轮〔14〕啮合时，齿轮〔14〕的转速为429转分，高于滑套〔12〕的转速。所以，只要齿轮〔5〕与齿轮〔14〕一进入啮合，自行车车速即刻从12.53公里／小时变为17.82公里／小时。如果阻力继续变小，则同理。只要齿轮〔6〕与齿轮〔13〕一进入啮合，自行车车速就为21.46公里／小时。
上述实施例并不构成本发明的唯一实施途径。按相同原理，可设计“四速”、“多速”自动有级变速器。本发明不仅可用于自行车，还可用于摩托车等小型机动车辆以及其它恒定的小功率输入，要求自动有级变速的场合。
权利要求
1.一种包括“2K-H”行星齿轮机构和变速装置的自行车变速器，其特征在于a、变速装置的主轴上装有弹簧[16]和紧压该弹簧的滑套[12]，b、滑套[12]的一端与直齿轮[15]、[14]分别构成超越离合器，另一端有斜齿轮[11]。
专利摘要
一种自行车变速器，它利用一对斜齿轮在啮合时产生的轴向力压缩弹簧，改变其长度，从而控制齿轮的啮合位置，实现自动变速。在自行车行驶过程中，它能根据阻力的大小，自动改变齿轮的啮合位置，从而使自行车随时获得合理的行驶速度。该变速器传动效率高，且行驶时无噪音。它不仅可用于自行车，还可用于摩托车等小型机动车辆以及其它恒定的小功率输入，要求自动有级变速的场合。
文档编号B62M11/00GK85203249SQ85203249
公开日1987年11月7日 申请日期1985年8月2日
发明者奚方 申请人:奚方导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan