一种自行车自动无级花鼓内变速器的制作方法

1.本发明涉及自行车内变速领域，特别涉及一种用于自行车的自动无级花鼓内变速器。


背景技术：

2.目前，自行车上使用的花鼓内变速器大部分是有档位的需要转把控制。自行车的内变速器通常是用花鼓的外壳作为输出端，飞轮作为输入端，通过改变花鼓内部行星齿轮系统的动力传输路线来得到不同的传动比。控制系统要通过转把控制内部的离合器及太阳轮与主轴的锁定来实现变档，变档过程中，需要繁杂的操纵机构实现，这种变速器的结构复杂，制作成本高，操作困难。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中自行车内变速器结构复杂且操作困难的问题。本发明提出一种自行车自动无级花鼓内变速器。
4.本发明的技术方案是这样实现的：一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳通过轴承支撑在后主轴上，飞轮座通过第一轴承支撑在后主轴上，通过第二轴承支撑在花鼓壳内，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内，内变速器包括：一级行星轮系、二级行星轮系和单向离合器一，一级行星轮系包括一级中心轮、一级行星轮、一级齿圈和一级行星架，二级行星轮系包括二级中心轮、二级行星轮、二级齿圈和二级行星架，一级中心轮和二级中心轮是抗转动连接，并可转动套装于主轴上，一级齿圈与二级齿圈抗转动连接；作为输入端的一级行星架与飞轮座抗转动连接，作为输出端的二级行星架与花鼓壳之间设置单向离合器一；一级行星轮系的齿数与二级行星轮系的齿数不同。
5.优选的是，所述一级行星轮系的一级齿圈上设置单向离合器二，第二轴承的内侧设置有止逆固定套，止逆固定套与飞轮座之间设置有第三轴承，止逆固定套的一侧与单向离合器二抗转动连接，另一侧与后主轴或自行车后叉抗转动连接。
6.优选的是，所述二级行星轮系设置为双联行星轮。
7.优选的是，所述一级行星轮系和二级行星轮系均设置为双联行星轮。
8.优选的是，所述内变速器还包括三级行星轮系和四级行星轮系，三级行星轮系包括三级中心轮、三级行星轮、三级齿圈和三级行星架，四级行星轮系包括四级中心轮、四级行星轮、四级齿圈和四级行星架，三级中心轮和四级中心轮均设置在后主轴上，三级中心轮与二级行星架抗转动连接，三级行星架和四级行星架抗转动连接，三级齿圈和四级齿圈抗转动连接，四级行星架和后主轴固定连接；作为输入端的一级行星架与飞轮座抗转动连接，作为输出端的四级中心轮和花鼓壳之间设置单向离合器一；三级行星轮系的齿数、四级行星轮系的齿数、二级行星轮系的齿数、一级行星轮系的齿数不同。
9.优选的是，所述二级齿圈和三级行星架之间连接单向离合器三。
10.一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳通过轴承支撑在后主轴上，飞轮座通过第一轴承支撑在后主轴上，通过第二轴承支撑在花鼓壳内，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内，内变速器包括：一级行星轮系、二级行星轮系、三级行星轮系和单向轴承，一级行星轮系包括一级中心轮、一级行星轮、一级齿圈和一级行星架，二级行星轮系包括二级中心轮、二级行星轮、二级齿圈和二级行星架，三级行星轮系包括双联中心轮、三级行星轮、三级齿圈和三级行星架，一级中心轮、二级中心轮和双联中心轮均设置在后主轴上，一级中心轮与后主轴抗转动连接，二级中心轮和双联中心轮通过单向滚针轴承套装于后主轴，一级行星架与二级行星架抗转动连接，二级齿圈与三级齿圈抗转动连接，双联中心轮与二级中心轮抗转动连接；作为输入端的一级齿圈与飞轮座抗转动连接，作为输出端的三级行星架与花鼓壳之间设置单向轴承；一级行星轮系的齿数、二级行星轮系的齿数、三级行星轮系的齿数不同，二级中心轮的齿数小于三级中心轮的齿数。
11.一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳通过轴承支撑在后主轴上，飞轮座通过第一轴承支撑在后主轴上，通过第二轴承支撑在花鼓壳内，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内，内变速器包括：一级行星轮系、二级行星轮系、三级行星轮系和单向离合器四，一级行星轮系包括三联行星轮、三个中心轮、一级行星架和一级齿圈，二级行星轮系包括二级中心轮、二级行星轮、二级齿圈和二级行星架，三级行星轮系包括三级中心轮、三级行星轮、三级齿圈和三级行星架，二级中心轮和三级中心轮抗转动连接，并可转动的套装于主轴上，一级行星架与二级行星架抗转动连接，二级齿圈与三级齿圈抗转动连接；一级行星轮系的三个中心齿轮分别通过棘爪可控制的锁止在后主轴上，棘爪和三个中心齿轮之间套装控制套，控制套的一端通过扭力弹簧连接后主轴，另一端通过单向离合器五与二级中心轮和三级中心轮连接；作为输入端的一级齿圈与飞轮座抗转动连接，作为输出端的三级行星架与花鼓壳之间设置单向离合器四；一级行星轮系的齿数、二级行星轮系的齿数、三级行星轮系的齿数不同。
12.本发明的有益效果为：本发明的用于自行车的自动无级花鼓内变速器，利用一级行星轮系和二级行星轮系对传输动力进行分解和合成，实现输入动力到输出动力的自动无级变速，自动无级变速功能靠输入扭矩和阻力矩的差值实现。输入扭矩大于阻力矩则增速传动，输入扭矩小于阻力矩则减速传动。自行车爬大坡时，动力传输路线与自行车起步时相同。自行车在平路或下坡慢加速时，内变速器的增速传送路线和减速传送路线都在传送动力从而实现速比叠加达到最大增速比。当自行车倒踏时，通过单向离合器一卸力，不会对内变速器产生损坏。自行车滑行时，花鼓壳通过单向离合器一超越了作为输出的二级行星架，不会对自行车滑行产生阻力。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为实施例1中自行车自动无级花鼓内变速器的结构示意图；图2为实施例2中自行车自动无级花鼓内变速器的结构示意图；图3为实施例3中自行车自动无级花鼓内变速器的结构示意图；图4为实施例4中自行车自动无级花鼓内变速器的结构示意图；图5为实施例5中自行车自动无级花鼓内变速器的结构示意图；图6为实施例6中自行车自动无级花鼓内变速器的结构示意图。
15.图中：1、花鼓壳；2、后主轴；3、飞轮座；4、一级行星轮系；5、二级行星轮系；6、单向离合器一；7、单向离合器二；8、三级行星轮系；9、四级行星轮系；10、单向轴承；11、单向离合器四；12、单向离合器三；13、单向滚针轴承；21、控制套；22、单向离合器五；23、扭力弹簧； 31、第三轴承；32、第二轴承；33、止逆固定套。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例1：如图1所示的一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳1通过两端的轴承支撑在后主轴2上，飞轮座3的内侧通过第一轴承支撑在后主轴2上，飞轮座3的外侧设置有第三轴承31，第三轴承31的外侧固定止逆固定套33，止逆固定套外固定第二轴承32，第二轴承设置在花鼓壳1内侧，用于支撑花鼓壳，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内。内变速器包括：一级行星轮系4、二级行星轮系5和单向离合器一6，一级行星轮系4包括一级中心轮za1、一级行星轮zg1、一级齿圈zb1和一级行星架h1，二级行星轮系5包括二级中心轮za2、二级行星轮zg2、二级齿圈zb2和二级行星架h2，一级中心轮za1和二级中心轮za2是抗转动连接，并可转动的套装在主轴2上，一级齿圈zb1与二级齿圈zb2抗转动连接；作为输入端的一级行星架h1与飞轮座3抗转动连接，作为输出端的二级行星架h2与花鼓壳1之间设置单向离合器一6；一级行星轮系的齿数与二级行星轮系的齿数不同。一级齿圈zb1上固定单向离合器二7，止逆固定套32的一侧与单向离合器二7抗转动连接，另一侧与后主轴或自行车后叉抗转动连接。
18.一级行星轮系的齿数包括一级齿圈的齿数、一级中心轮的齿数、一级行星轮的齿数。二级行星轮系的齿数包括二级齿圈的齿数、二级中心轮的齿数、二级行星轮的齿数。一级行星轮系的齿数与二级行星轮系的齿数不同，包括一级中心轮和二级中心轮的齿数不同、一级齿圈和二级齿圈的齿数不同、一级行星轮和二级行星轮的齿数不同。
19.飞轮座与第三轴承的内侧一体转动，第三轴承的外侧压装止逆固定套，止逆固定套相对飞轮座不可转动，第二轴承压装在止逆固定套的外侧，第二轴承的外侧设置在花鼓壳的内侧，花鼓壳相对第二轴承转动，止逆固定套固定不可转动，使一级齿圈不可逆转。二级行星架上的单向离合器一固定在花鼓壳上，将飞轮座输入的动力传输至二级行星架，从花鼓壳上输出，使花鼓壳正向转动，花鼓壳正向转动，带动自行车后轮转动。
20.实施例1中的内变速器有两条动力传输路线增速和减速，增速路线是：飞轮
→
飞轮
座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
一级齿圈zb1
→
二级齿圈zb2
→
二级行星轮zg2
→
二级行星架h2
→
单向离合器一
→
花鼓壳，因齿数配齿关系，一级行星轮系有大增速比，二级行星轮系有小减速比，两级联动形成增速传动。
21.减速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
一级中心轮za1
→
二级中心轮za2
→
二级行星轮zg2
→
二级行星架h2
→
单向离合器一
→
花鼓壳，因齿数配齿关系，一级行星轮系有小增速比，二级行星轮系有大减速比，两级联动形成减速传动。
22.实施例1中的内变速器，一级中心轮和二级中心轮传送的扭矩大且转速低，不可能逆转，一级齿圈通过单向离合器二与止逆固定套连接不可逆转，一级行星架输入动力，二级行星架输出动力，一级行星轮和二级行星轮的正转或逆转由输入扭矩和阻力矩的差值来适时调整而实现自动无级变速。
23.自行车在爬坡或主动加速的情况下，自行车阻力矩较大，一级齿圈处于止逆转状态，动力传输路线是减速增扭矩传动。自行车行驶在平路上或匀速行驶，动力传输是增速减扭矩传动。自行车在倒踏时，倒踏动力通过飞轮或单向离合器二卸力，不会对内变速器产生损坏。实施例1中的内变速器的变速范围可达到260%。
24.实施例2：如图2所示的一种自行车自动无级花鼓内变速器，在实施例1的基础上，将二级行星轮系的二级行星轮设置为双联行星轮zg2和zf2，zg2与za2齿和zf2与zb2齿和，增大变速范围，变速范围达到300%以上。
25.实施例2中的内变速器用于增速或减速，增速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
一级齿圈zb1
→
二级齿圈zb2
→
双联行星轮zf2
→
双联行星轮zg2
→
二级行星架h2
→
单向离合器一
→
花鼓壳，因齿数配齿关系，一级行星轮系有大增速比，二级行星轮系有小减速比，两级联动形成增速传动。
26.减速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
一级中心轮za1
→
二级中心轮za2
→
双联行星轮zg2
→
二级行星架h2
→
单向离合器一
→
花鼓壳，因齿数配齿关系，一级行星轮系有小增速比，二级行星轮系有大减速比，两级联动形成减速传动。
27.实施例3：如图3所示的一种自行车自动无级花鼓内变速器，在实施例2的基础上，将一级行星轮系的一级行星轮设置为双联行星轮zg1和zf1，zg1与za1啮合,zf1与zb1啮合，扩大变速比和变速范围，变速范围达到600%以上。
28.实施例3中的内变速器用于增速或减速，增速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
双联行星轮zf1
→
双联行星轮zg1
→
一级齿圈zb1
→
二级齿圈zb2
→
双联行星轮zf2
→
二级行星架h2
→
单向离合器一
→
花鼓壳，因齿数配齿关系，一级行星轮系有大增速比，二级行星轮系有小减速比，两级联动形成增速传动。
29.减速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
双联中心轮za1
→
双联中心轮za2
→
双联行星轮zg2
→
二级行星架h2
→
单向离合器一
→
花鼓壳，因齿数配齿关系，一级行星轮系有小增速比，二级行星轮系有大减速比，两级联动形成减速传动。
30.实施例4：如图4所示的一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳1通过两端的轴承支撑在后主轴2上，飞轮座3的内侧通过第二轴承32设置在花鼓壳1内侧，用于支撑花鼓壳，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内。内变速器包括：一级行星轮系4、二级行星轮系5、单向离合器一6、三级行星轮系8、四级行星轮系9，一级行星轮系4包括一级中心轮za1、一级行星轮zg1、一级齿圈zb1和一级行星架h1，二级行星轮系5包括二级中心轮za2、二级行星
轮zg2、二级齿圈zb2和二级行星架h2，三级行星轮系8包括三级中心轮za3、三级行星轮zg3、三级齿圈zb3和三级行星架h3，四级行星轮系9包括四级中心轮za4、四级行星轮zg4、四级齿圈zb4和四级行星架h4，一级中心轮za1、二级中心轮za2、三级中心za3、四级中心轮za4均设置在后主轴2上，一级中心轮za1和二级中心轮za2抗转动连接，一级齿圈zb1与二级齿圈zb2抗转动连接，三级中心轮za3与二级行星架h2抗转动连接，三级行星架h3和四级行星架h4抗转动连接，三级齿圈zb3和四级齿圈zb4抗转动连接，四级行星架h4和后主轴2固定连接；作为输入端的一级行星架与飞轮座抗转动连接，作为输出端的四级中心轮和花鼓壳之间固定单向离合器一6。二级齿圈和三级行星架之间连接单向离合器三12作为止逆结构。三级行星轮系的齿数、四级行星轮系的齿数、二级行星轮系的齿数、一级行星轮系的齿数不同，传动比不同。
31.实施例4中采用另一种止逆结构，同时加大变速范围。将整个结构均设置在花鼓壳内。
32.实施例4的的内变速器用于增速或减速，增速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
一级齿圈zb1
→
二级齿圈zb2
→
二级行星轮zg2
→
二级行星架h2
→→
三级中心轮za3
→
三级行星架h3
→
三级齿圈zb3
→
四级齿圈zb4
→
四级行星轮zg4
→
四级行星架h4
→
四级中心轮za4
→
单向离合器一
→
花鼓壳。
33.减速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级行星架h1
→
一级行星轮zg1
→
一级中心轮za1
→
二级中心轮za2
→
二级行星轮zg2
→
二级行星架h2
→
三级中心轮za3
→
三级行星轮zg3
→
三级行星架h3
→
三级齿圈zb3
→
四级齿圈zb4
→
四级行星轮zg4
→
四级行星架h4
→
四级中心轮za4
→
单向离合器一
→
花鼓壳。
34.实施例5：如图5所示的一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳1通过轴承支撑在后主轴2上，飞轮座3的内侧通过第二轴承设置在花鼓壳1内侧，用于支撑花鼓壳，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内。内变速器包括：一级行星轮系4、二级行星轮系5、三级行星轮系8和单向轴承10，一级行星轮系4包括一级中心轮za1、一级行星轮zg1、一级齿圈zb1和一级行星架h1，二级行星轮系5包括二级中心轮za2、二级行星轮zg2、二级齿圈zb2和二级行星架h2，三级行星轮系8包括双联中心轮za3、三级行星轮zg3、三级齿圈zb3和三级行星架h3，一级中心轮za1、二级中心轮za2和双联中心轮za3均设置在后主轴上，一级中心轮za1和后主轴抗转动连接，二级中心轮和双联中心轮通过单向滚针轴承套装于后主轴，用于对双联中心轮止逆，一级行星架h1与二级行星架h2抗转动连接，双联中心轮za3与二级中心轮za2抗转动连接，二级齿圈与三级齿圈抗转动连接；作为输入端的一级齿圈与飞轮座抗转动连接，作为输出端的三级行星架与花鼓壳之间设置单向轴承10。一级行星轮系的齿数、二级行星轮系的齿数、三级行星轮系的齿数不同，二级中心轮的齿数小于三级中心轮的齿数。
35.实施例5中的由于二级行星轮系和三级行星轮系组成的无级变速器的变速比偏于增速，利用一级行星轮系减速，将整体变速比调整至合理的范围内。实施例5可以理解为实施例4的反向传输，需要止逆的是双联中心轮，利用单向滚针轴承止逆。
36.实施例5中的内变速器用于增速或减速，减速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级齿圈zb1
→
一级行星轮zg1
→
一级行星架h1
→
二级行星架h2
→
二级行星轮zg2
→
二级齿圈zb2
→
三级齿圈zb3
→
三级行星轮zg3
→
三级行星架h3
→
单向轴承
→
花鼓壳。
37.增速路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级齿圈zb1
→
一级行星轮zg1
→
一级行星架h1
→
二
级行星架h2
→
二级行星轮zg2
→
二级中心轮za2
→
双联中心轮za3
→
三级行星轮zg3
→
三级行星架h3
→
单向轴承
→
花鼓壳。
38.自行车在爬坡或起步时阻力矩大于输入力矩，内变速器执行减速动力传递路线，双联中心轮处于止逆状态。自行车行驶在平路上或匀速行驶时阻力矩小于输入力矩，内变速器执行加速动力传递路线。自行车在倒踏时，倒踏动力通过单向轴承卸力，不会对内变速器造成卡死。自行车在倒退时，通过二级齿圈和三级齿圈卸力，内变速器不会卡死。
39.实施例6：如图6所示的一种自行车自动无级花鼓内变速器，花鼓壳1通过轴承固定在后主轴2上，飞轮座3的内侧通过第二轴承设置在花鼓壳1内侧，用于支撑花鼓壳，内变速器连接飞轮座，并位于花鼓壳内。内变速器包括：一级行星轮系4、二级行星轮系5、三级行星轮系8和单向离合器四11，一级行星轮系4包括三个中心齿轮za1、za11、za12，三联行星轮zg1、zf1、 zf2，一级齿圈zb1和一级行星架h1，二级行星轮系5包括二级中心轮za2、二级行星轮zg2、二级齿圈zb2和二级行星架h2，三级行星轮系8包括三级中心轮za3、三级行星轮zg3、三级齿圈zb3和三级行星架h3，二级中心轮za2和三级中心轮za3均设置在后主轴上且抗转动连接，一级行星架h1与二级行星架h2抗转动连接，二级齿圈zb2和三级齿圈zb3抗转动连接；一级行星轮系的三级中心轮分别通过棘爪可控制的锁止在后主轴上，棘爪和三个中心齿轮之间套装控制套，控制套21的一端通过扭力弹簧23连接后主轴2，通过扭力弹簧给控制套施加一个顺时针的扭矩，使的控制套在停车状态处于顺时针的极限位置，控制套的另一端通过单向离合器五22与二级中心轮和三级中心轮连接；控制套转动可控制三个中心齿轮通过棘爪与后主轴进行锁定或解锁；作为输入端的一级齿圈与飞轮座抗转动连接，作为输出端的三级行星架与花鼓壳之间固定单向离合器四11。一级行星轮系的齿数、二级行星轮系的齿数、三级行星轮系的齿数不同。
40.自行车起步或爬坡时阻力矩较大时的动力传输路线是：飞轮
→
飞轮座
→
一级齿圈zb1
→
一级行星轮zg1
→
一级行星轮zf1
→
一级中心轮za1
→
一级行星架h1
→
二级行星架h2
→
二级行星轮zg2
→
二级齿圈zb2
→
三级齿圈zb3
→
三级行星轮zg3
→
三级行星架h3
→
单向离合器四
→
花鼓壳，是减速增扭传动，二级中心轮和三级中心轮逆转，推动控制套逆转，一级中心轮za1在锁止状态，在自行车起步后或爬坡完成后处于加速状态，阻力矩减小。扭力弹簧抗拒二级中心轮和三级中心轮的逆转力矩，一级中心轮za11在锁止状态，一级中心轮za1顺时针转动，一级中心轮za12逆时针转动，动力路线为：飞轮
→
飞轮座
→
一级齿圈zb1
→
一级行星轮zg1
→
一级中心轮za11
→
一级行星架h1
→
二级行星架h2
→
二级行星轮zg2
→
二级齿圈zb2
→
三级齿圈zb3
→
三级行星轮zg3
→
三级行星架h3
→
单向离合器四
→
花鼓壳。自行车平路行使或下坡时，二级中心轮和三级中心轮没有逆转力矩,扭力弹簧推动控制套回到三挡位置，一级中心轮za12在锁止状态，二级中心轮和三级中心轮顺时针转动，传送动力路线为：飞轮
→
飞轮座
→
一级齿圈zb1
→
一级行星轮zg1
→
一级行星轮zf2
→
一级中心轮za12
→
一级行星架h1
→
二级行星架h2
→
二级行星轮zg2
→
二级中心轮za2
→
三级中心轮za3
→
三级行星轮zg3
→
三级行星架h3
→
单向离合器四
→
花鼓壳，这时增速传送路线和减速传送路线同时顺时针转动，产生速比叠加。自行车处于高速运行状态，这三种传送路线随前输入力矩与阻力矩的差值适时调整，实现自动无级的at变速功能。
41.在实施例6中，参数设定如下：zb1=75，zg1=21，zf1=13，zf2=29，za1=41，za11=33，za12=25，za2=25，za3=49，zg2=
25，zg3=14，zb2= zb3=75。三挡减速，速比表如下：无级传动速比表：变速范围：减速级（0.806）
→
增速级（1.58）
→
叠加速比（2.386）实施例6中的有级和无级叠加速比表：变速比范围：1.923
÷
0.428=449%。
42.上述实施例中的内变速器结构简单，成本低，传动效率高，变速范围大，易推广，具有非常大的市场前景。本发明中的抗转动连接可以是固定连接，轴键连接等连接方式。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。