离合器控制机构及其应用的内变速器的制作方法

本实用新型属于变速器，具体涉及一种离合器控制机构及其应用的内变速器。

背景技术：

内变速器通过离合器控制传动系统内部和花鼓之间的离合传动，实现不同挡位的速比控制。由于内变速器全部封装在花鼓内部，其要求的装配结构更复杂，导致零部件的加工难度大，生产成本高。并且变速控制端位于变速器外侧端部，容易被外力破坏。

如申请号为03204051.2的中国专利文件中公开的一种改进的内变速器轮毂轴及其具有其轮毂的内变速器，其中采用的离合器的控制包括套装在轮毂轴上的内、外套件，通过在套件上加工异形的透空路径，通过配合的定位销一同实现离合器的轴向离合运动，套件的加工方式复杂，在装配过程中需要将定位销和套件一同装配好再套装在轮毂轴上，装配困难，定位销的传动方式容易磨损，导致内变速器的使用寿命有限。

随着内变速器在自行车上的应用越来越广泛，如何降低内变速器的生产成本和装配难题显得越发重要。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：针对现有的内变速器离合器控制结构存在的加工复杂、生产成本高的缺陷，提供一种新型的离合器控制机构及其应用的内变速器。

本实用新型采用如下技术方案实现：

离合器控制机构，离合器转动和滑动套装在轴上，所述离合器上设有两组离合结构，其中一组离合结构与一传动部件传动连接，另一组离合结构与另一传动部件可离合连接，所述控制机构包括控制套筒、控制杆和控制座，所述控制套筒和控制座分别套装在轴上，所述控制套筒与离合器之间轴向定位连接，并且控制套筒和离合器之间自由旋转装配，所述控制座旋转装配在轴上，并与实现沿轴的周向旋转的控制执行组件连接，所述控制杆沿轴的轴线方向滑动设置，一端与控制套筒之间轴向定位连接，另一端与控制座的转动圆周上设置的控制凸轮面接触。

进一步的，所述控制套筒嵌装在离合器内孔，所述控制套筒的外壁设有凸缘，所述凸缘的一侧与离合器内壁的轴向定位台阶抵接，另一侧和轴向定位台阶之间通过轴向定位件实现轴向定位连接。

进一步的，所述控制套筒上设有定位孔，所述控制杆上设有嵌入定位孔中的定位凸块，所述定位孔和定位凸块之间嵌合装配，实现控制杆和控制套筒之间的轴向定位连接。

进一步的，所述控制套筒连接控制杆的远端通过压缩的弹簧与轴上的轴肩连接。

进一步的，所述轴上设有轴向的滑槽，所述控制杆滑动嵌装在滑槽内。

内变速器，包括封装在花鼓内部的行星轮系、以及设置在动力输入座和行星轮系的行星架之间的离合器，所述离合器应用了本实用新型上述的离合器控制机构；

另外，所述行星轮系的内齿圈通过第一棘爪和花鼓内壁配合，并且，所述内齿圈还通过第二棘爪与动力输入座配合，所述行星架通过第三棘爪和花鼓内壁配合；

所述第一棘爪、第二棘爪和第三棘爪通过压簧保持弹起状态，所述离合器上设有控制第一棘爪压下的斜坡结构。

进一步的，所述行星轮系的中心轮与轴为一体结构。

进一步的，所述离合器一端与动力输入座之间通过滑动牙嵌式结构形成常结合传动状态，所述离合器另一端与行星架之间通过牙嵌式离合结构形成离合配合；所述斜坡结构在离合器与行星架分离过程中与第一棘爪接触，控制第一棘爪弹起后与花鼓内壁配合。

进一步的，所述第一棘爪的中间位置通过销轴设置在内齿圈上，第一棘爪的外端通过压簧弹起与花鼓内壁的棘槽嵌合，另一端与穿过内齿圈与离合器的斜坡结构接触。

在本实用新型中，所述离合器控制机构的控制执行组件包括设置在花鼓外端的拉绳座，所述拉绳座转动套装在轴端部，并与控制座同轴旋转传动装配，所述控制座通过安装套筒旋转安装在轴上。

进一步的，所述控制执行组件还包括拉绳导向板，所述拉绳导向板通过导向板安装座固定安装在轴上，所述导向板安装座通过固定螺母轴向固定在轴上，所述导向板安装座位于拉绳座的安装内圈中，所述拉绳导向板与导向板安装座周向固定，并通过轴向卡环轴向固定，所述拉绳座转动安装在导向板安装座上，连接挡位控制动力组件的拉绳通过拉绳导向板与拉绳座连接。

本实用新型采用轴上装配的控制座、控制杆和控制套筒控制离合器，不需要在轴上加工其他的结构，降低了轴零件的加工难度，同时控制座和控制杆之间、控制杆和控制套筒之间的装配方式更加方便，降低了使用该离合器控制机构的内变速器成本，在内变速器中，该离合器同时控制行星架和内齿圈之间以及内齿圈和花鼓之间的离合控制，简化了变速器内部构造，进一步提高了内变速器的轻便化，有利于内变速器的推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的离合器控制机构的装配示意图。

图2为实施例中的离合器控制机构分解示意图。

图3为实施例中的离合器控制机构及离合器的轴上装配示意图。

图4为实施例中的轴结构示意图。

图5为实施例中应用的内变速器装配示意图。

图6为实施例中内变速器的第一挡位状态示意图。

图7为实施例中内变速器在第一挡位时的第一棘爪状态示意图。

图8为实施例中的内变速器的第二挡位状态示意图。

图9为实施例中的内变速器在第二挡位时的第一棘爪状态示意图。

图10为实施例中内变速器的第三档位状态示意图。

图11为实施例中的内变速器的控制执行组件分解示意图。

图中标号：

1-离合器，101-第一离合结构，102-第二离合结构，103-斜坡结构，1031-低位面，1032-高位面，104-轴向定位台阶，11-控制套筒，111-凸缘，112-定位孔，12-控制杆，121-推动端部，122-定位凸块，13-控制座，131-控制凸轮面，14-弹簧，15-轴向定位件，

21-内齿圈，211-第一棘爪，212-第二棘爪，213-第三棘爪，22-行星架，23-中心轮，

3-轴，301-轴肩，302-轴向滑槽，303-旋转安装段，

4-花鼓，401-棘槽，41-珠架组件，

5-动力输入座，

6-控制执行组件，61-拉绳座，62-拉绳导向板，63-导向板安装座，64-控制扭簧，65-安装套筒，66-轴向卡环，67-固定螺母。

具体实施方式

实施例

参加图1、图2和图3，本实施例中的离合器1为装配在轴上的牙嵌式离合器，离合器1旋转装配在轴3上，在离合器1的内圈装配有控制套筒11、控制杆12、控制座13、弹簧14和轴向定位件15等部件，用于控制离合器1沿轴3的轴线方向直线动作，实现离合动作，同时不影响离合器在两个传动部件直接传递旋转动力。

具体的，控制套筒11与离合器1同轴套装在轴3，控制套筒11可相对轴3以及离合器1之间轴向滑移，控制套筒11为一具有台阶结构凸缘111的套筒构件，控制套筒11装配在离合器1内圈和轴3之间，通过凸缘111的一个台阶端面与离合器1内圈的轴向定位台阶104接触，实现离合器1和控制套筒11之间一个轴向方向的定位，在离合器1内圈还设置用于装配轴向定位件15的槽，该轴向定位件15可为轴向定位卡环，通过装配轴向定位件15与凸缘111的另一个端面接触，实现离合器1和控制套筒11之间另一个轴向方向的定位，最终一同实现离合器1和控制套筒11直接的可靠轴向定位，即控制套筒11能够控制离合器1沿轴3的轴向左右滑移。同时，控制套筒11的外圈和离合器1的内圈之间、以及凸缘111和离合器1的轴向定位台阶104及轴向定位件15之间采用间隙配合，实现离合器1和控制套筒11之间的自由转动装配，即控制套筒11不会影响离合器1本身的旋转传动。

控制座13为一旋转套装在轴3上的回转构件，在控制座13的转动圆周上设有具备高度差的控制凸轮面131，该控制凸轮面131设置在与控制套筒11相对的回转端面上，控制凸轮面131上的点到控制套筒11之间的垂直距离通过控制凸轮面131上的高度差进行变化，控制座13通过在轴3上轴向滑移定位的控制杆12推动控制套筒11轴向滑移，进而带动离合器1轴向动作。

控制杆12为一杆状构件，两端分别连接控制套筒11和控制座13。具体的，控制杆12靠近控制座13的端部为圆头的推动端部121，该推动端部121与控制座13的控制凸轮面131接触，与控制座13之间形成一个凸轮副配合，控制杆12靠近控制套筒11的端部设置定位凸块122，对应的，在控制套筒11的内圈设有一定位孔112，定位凸块122与定位孔112嵌合，将控制杆12和定位套筒11之间实现轴向定位连接，控制凸轮面131随着控制座13的转动，推动控制杆12轴向动作，驱动控制套筒11轴向直线滑移。

结合参见图4，轴3上设有用于旋转装配控制套筒11的旋转安装段303，该旋转安装段303的直径要大于一端安装控制座13的轴段外径，在该旋转安装段303上沿轴向开设轴向滑槽302，控制杆12滑动嵌装在该轴向滑槽302内，实现控制杆12沿轴3的轴线方向滑移限位，同时将控制杆12部分嵌入轴3内安装，避免控制杆12过多地占用控制套筒11内圈的空间，可有效降低控制内圈的径向尺寸。

控制套筒11、控制杆12和控制座13配合实现图3中从右向左推动离合器，压缩的弹簧14则用于从左向右推动离合器轴向回位。控制套筒11远离控制座13一端的轴3上设有轴肩301，在该轴肩301和控制套筒11之间设有压缩的弹簧14，该压缩的弹簧14的作用是在控制座13将控制套筒11向左推动后，驱动控制套筒11向右回位。

结合参见图5和图1-4，图示中的内变速器为采用本实施例的离合器及离合器控制机构的优选实施方案，包括行星轮系、离合器1、轴3、花鼓4、动力输入座5以及控制执行组件6，轴3为车轮轴，行星轮系封装在轴3和花鼓4之间，动力输入座5通过离合器1与行星轮系的动力输入端通过离合器1连接，控制动力输入座5和行星轮系的动力输入端之间以及行星轮系的棘爪离合控制，控制执行组件6则用于控制离合器控制机构中的控制座13.

具体的，本实施例中的行星轮系包括内齿圈21、第一棘爪211、第二棘爪212、行星架22、中心轮23和若干行星轮。其中内齿圈21的内圈通过第二棘爪212与动力输入座5之间单传动装配，动力输入座5与内变速器外部连接的动力输入传动件连接，如飞轮，内齿圈21通过第一棘爪211与花鼓4的内壁单向传动配合，行星架22的外圈通过第三棘爪213与花鼓4的内部单向传动配合，本实施例中所指的单向传动配合均是至驱动花鼓4连接的车轮向前转动的传动方向。在这里，第一棘爪211、第二棘爪212和第三棘爪213均通过压簧装配，并保持初始状态为弹起状态(即单向传动的状态)，具体如何通过压簧装配棘爪为内变速器中常用的技术手段，本实施例在此不做赘述。

行星轮系的动力输入端根据挡位的不同，可以为内齿圈21或是行星架22，本实施例中的离合器1设置在动力输入座5和行星架22之间，再次参见图2，本实施例的离合器1在两端分别设有第一离合结构101和第二离合结构102，其中，第一离合结构101为设置在离合器端面圆周的若干凸起，与行星架22的内圈端面设置的若干凹槽相互嵌合，能过分离和结合的牙嵌式离合结构，第二离合结构102为设置在离合器另一端面外圆周的若干凸起，与动力输入座5内圈设置的若干轴向凹槽滑动嵌合，形成常结合状态的滑动牙嵌式结构，第一离合结构101与行星架22分离或结合的过程中，第二离合结构102始终与动力输入座5保持动力传动状态。

本实施例的离合器1穿过内齿圈21与行星架离合动作，在离合器1的外圈还设有沿周向设置的斜坡结构103，斜坡结构103的一侧的离合器外径大于另一侧的外径，相互之间通过斜坡结构103连接，在斜坡结构103的两侧分别形成低位面1031(较大的离合器外径)和高位面1032(较小的离合器外径)，该斜坡结构103与设置在内齿圈21和花鼓4之间的第一棘爪211接触，可控制第一棘爪211从弹起状态变换为压下状态。

如图7和图9所示，第一棘爪211的中间位置通过销轴转动设置在内齿圈21上，第一棘爪211的外侧棘齿端通过压簧弹起与花鼓内壁的棘槽嵌合，形成单向传动，内侧则穿过内齿圈21与离合器的外径接触，经过斜坡结构103两端的高位面和低位面之间的变换，通过杠杆作用将第一棘爪211的外侧压下，使内齿圈21和花鼓4分离。

本实施例为三速内变速器，不需要控制中心轮23，中心轮23与轴3之间固定装配，为了节省装配成本，可将中心轮23在轴3上一体加工成型。

以下结合图6-图10详细说明本实施例的三速内变速器的挡位传动状态。

当控制座13的控制凸轮面的低位与控制杆接触时，控制套筒11及离合器1在弹簧14的作用下向右推动推动，此时离合器1与行星架22之间为动力分离状态，并且离合器的斜坡结构103的高位面1032与第一棘爪211的内侧接触，将第一棘爪211控制为压下状态，使内齿圈21与花鼓4之间为动力分离状态，此时动力由动力输入座5进入，通过第二棘爪212传递至内齿圈21，内齿圈21将旋转动力传入行星轮系进行减速传动，然后由行星架22经第三棘爪输出至花鼓4，带动花鼓连接的车轮转动，该挡位为低速档，动力传递路线如图6中的箭头所示，第一棘爪211的状态如图7所示。

当控制座13的控制凸轮面的中间位置与控制杆接触时，控制座13通过控制杆12推动控制套筒11向左侧的行星架靠近，此时离合器1与行星架22之间仍为分离状态，但是在离合器1向左移动的过程中，离合器1的外圈与第一棘爪211内侧接触的位置由高位面1032经斜坡结构103变换至低位面1031，第一棘爪211的内侧失去离合器的限制，在自身压簧的作用下弹起，变换内齿圈21与花鼓4之间为单向动力传动状态，此时，动力由动力输入座5进入，直接通过第一棘爪211传递至花鼓4输出，带动花鼓连接的车轮转动，该挡位为直接挡，花鼓4的转速超过行星架22的转速，第三棘爪213被超越，动力传递路线如图8中的箭头所示，第一棘爪211的状态如图9所示。

挡控制座13的控制凸轮面的高位与控制杆接触，控制座13继续通过控制杆12推动控制套筒11向左侧的行星架靠近，将离合器1与行星架22之间变换为结合状态，此时第一棘爪211的内侧保持与离合器1外圈的低位面接触，内齿圈21与花鼓4之间为单向动力传递状态，此时，动力由动力输入座5进入，通过离合器1传递至行星架22，行星架22将旋转动力传入行星轮系进行增速传动，然后由内齿圈22由第一棘爪211输出至花鼓4，带动花鼓连接的车轮转动，该挡位为增速挡，花鼓4及内齿圈21的转速超过动力输入座5的转速，第二棘爪212被超越，动力传递路线如图10中的箭头所示，第一棘爪211的状态仍然如图9所示。

如图11所示，在内变速器中，离合器控制机构的控制执行组件6包括拉绳座61、拉绳导向板62、导向板安装座63、控制扭簧64、安装套筒65、轴向卡环66和固定螺母67。其中拉绳座61及控制座13均通过安装套筒65转动安装在轴3的端部，并与花鼓之间通过珠架组件41转动装配，拉绳座61和安装套筒65之间以及安装套筒65和控制座13之间分别通过周向定位结构连接，拉绳座61与内变速器外部的拉绳系统连接，通过拉绳驱动拉绳座61相对于轴3周向转动，进而驱动离合器控制机构的控制座13转动，同时，拉绳座61和轴3之间通过控制扭簧64连接，实现拉绳座61的弹性回位。拉绳导向板62通过导向板安装座63周向定位装配在拉绳座61的外侧，用于拉绳座的轴向定位同时，还用于对拉绳引入拉绳座进行导向，导向板安装座63通过与轴3之间通过非圆扁位周向定位装配，拉绳导向板62和导向板安装座63之间通过周向嵌合的凸起和凹槽实现定位装配，同时，在导向板安装座63的外侧设置轴向卡环66，作为拉绳导向板62的轴向定位装配，导向板安装座63外侧的轴3上螺接固定螺母67，实现整个离合器控制机构及控制执行组件在轴3的轴向锁紧。导向板安装座63嵌装在拉绳座61的内圈中，在更换飞轮时：取掉轴向卡环66即可取出拉绳导向板62和拉绳座61，实现不拆取螺母的情况下进行内变速器的动力输入座连接的飞轮更换，而不会影响内部结构装配。

本实用新型所应用的内变速器可应用在包括自行车、电动助力自行车或摩托车的轮毂上，并且也不仅限于本实施中所述的三速内变速器，本领域技术人员可根据传动速比的不同，采用以上实施例在本权利要求范围内的各种相似实施方式，本实施例在此不一一列举。