CN1043673A - 自行车自动变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车自动变速装置，从来的变速装置，均须在行车时手动换挡，既不方便又不安全。本发明所述变速装置，是在具有不同传动比的多组齿轮最外侧的内齿轮的外侧，安设一离合器环，离合器环外周开设有不同深度的多个分段槽沟，槽沟深度改变部位安有贯通槽底且下方能和不同内齿轮外周凹口咬合的多个爪状滑杆，滑杆在弹性偏置下向上顶住安于链轮内侧的保持下压的压臂，所述压臂配备的弹簧能按车轮旋转阻力大小作不同弯曲，以达自动变速的目的。

Description

本发明涉及一种用于自行车的自动变速装置，特别是一种按照车轮旋转阻力的变化而自动切换变速比的自行车自动变速装置。

现有技术中用于自行车的变速装置，都是用手动方式切换变速比的。这种变速装置要在骑车时进行手动操作，很不方便，而且亦不安全。

本发明的目的是提供一种新型的变速装置，这种变速装置能根据车轮旋转阻力的大小，来自动选择适当的变速比，使得从来只有靠手动操作才能实现的自行车变速调节变为自动化，不但免除了一边骑车一边操作的麻烦，而且提高了行车安全性。

上述本发明的目的，可以这样来实现。自行车踏板的驱动力，通常经由链条或者皮带而传递至链轮或皮带轮。在链轮或皮带轮的内侧，装上一个压臂，所述压臂藉助于弹簧钢丝之类弹性元件，保持向旋转中心方向靠压，且与所述链轮或皮带轮一起旋转。在链轮或皮带轮的内侧，设有一个呈环状旋转体的离合器环，离合器环的外周，形成有多个分段槽沟，每段槽沟和中心的距离各不相同，分段槽沟的交界处形成有制动面，前述压臂有选择性地抵住多个制动面中的一个。每段槽沟的底部，在相应制动面部位的不同横向位置上分别开设有一个指向中心的通孔，所述通孔中插设有一个爪状滑杆，所述滑杆凭藉弹簧之类器件，保持经常向外侧顶靠。当上述多个制动面中的某一个顶住所述压臂时，由于压臂固定在链轮或皮带轮的内侧，因此所述离合器环就和链轮或皮带轮一起旋转。在离合器环内侧的不同横向位置上，安设有和前述爪状滑杆数目相同的多个内齿轮，所述内齿轮的外周形成有用以卡住所述爪状滑杆的棘爪的锯齿形凹口，而其内周则为环形齿轮。这些内齿轮分别经由传动比不同的行星齿轮组而把转动传递至一个太阳齿轮，所述太阳齿轮固定在自行车后轮轮毂的一端。

行车时车轮的不同旋转阻力使得压臂将不同的力传递至其弹簧钢丝，后者遂作不同程度的弯曲，致使压臂抵住不同的制动面，并将不同的爪状滑杆压下，滑杆的棘爪就卡住在相应内齿轮的外周凹口中，从而使不同的内齿轮旋转。这样，自行车踏板的驱动力就通过不同传动比的行星齿轮组而传递至太阳齿轮亦即后轮轮毂。这种自动变速装置，能按照车轮所受的不同旋转阻力，自动地切换至合适的变速挡位。

本发明所述自行车自动变速装置，能按照车轮在路面上滚动时所受不同旋转阻力，自动选定合适的变速比，因而无须像从来的手动变速器那样，在行车过程中操作变速杆以改变速度，使得骑车人从烦杂的操作中解放出来，而且行车的安全亦得到了保障。此外，本装置在动作时不需油压或电力等动力，装置本身可以做得很小很轻，很容易装到自行车上，而且价格低廉。

附图说明如下。图1为本发明第一实施例的局部剖视侧视图;图2为本装置沿图1中A-A线的剖视图;图3为本发明第二实施例的正剖视图;图4为第二实施例所述装置沿图3中B-B线的剖视图;图5为沿图3中C-C线的齿轮部分剖视图;图6为沿图3中D-D线的齿轮部分剖视图。其中图5与图6中，齿轮外侧部分省略未画。

图中：

1-链轮    2-压臂

3-使压臂下压的弹簧钢丝

4-离合器环    5-使爪状滑杆上顶的弹簧

6-爪状滑杆    7-制动面

8-内齿轮    9-行星齿轮

10-行星齿轮    11-太阳齿轮

12-固定轴    13-轮毂

14-幅条    15-变速装置盒

16-行星齿轮轴的轴承座

17-行星齿轮    18-太阳齿轮

以下结合诸附图，详细说明本发明所述自行车自动变速装置。

图1及图2为本发明的第一实施例，亦即三段变速的自动变速装置的一种实施例。

固定轴（12）的两端支承于自行车后叉上，装有辐条（14）的轮毂（13），安装在固定轴（12）上，并可旋转。

轮毂（13）向变速装置盒（15）内延伸，在其一端固定有太阳齿轮（11）。变速装置盒（15）是固定在固定轴（12）上的。

在变速装置盒（15）的内部，从外侧向内，顺次安装有链轮（1）、离合器环（4）、内齿轮（8a）（8b）（8c）、传动齿轮组（9a-10a）（9b-10b）（9c-10c），上述各齿轮等另件均能自由旋转。

在链轮（1）的内侧安装有一个压臂（2），所述压臂（2）在弹簧钢丝（3）的作用下，保持向中心方向下压。

在离合器环（4）的外周，形成有几个分段槽沟，所述分段槽沟具有制动面（7a）、（7b）、（7c），上述压臂（2）即是座落在这些分段槽沟中的。另外，在离合器环（4）上的各制动面部位，设有爪状滑杆（6a）、（6b）、（6c），所述爪状滑杆受弹簧（5a）、（5b）、（5c）的作用，保持向外侧顶靠。

所述爪状滑杆，沿离合器环的横向分别错开，亦即其配置位置是，滑杆（6a）对应于内齿轮（8a），滑杆（6b）对应于内齿轮（8b），而滑杆（6c）对应于内齿轮（8c）。当滑杆向内侧移动而突出时，其棘爪就和相应内齿轮外周的锯齿形凹口咬合。

内齿轮（8a）通过齿轮传动机构（9a-10a）而和太阳齿轮（11）啮合。同样，内齿轮（8b）和（8c）分别通过齿轮传动机构（9b-10b）以及（9c-10c）而和太阳齿轮（11）啮合。太阳齿轮（11）和轮毂（13）固定为一体，一起安装在固定轴（12）上，并能在其上作自由旋转。轮毂（13）上装有辐条（14），藉以固定车轮。

现在对上述结构的自行车自动变速装置的动作原理加以说明。在通常行车时，安装在链轮（1）上的压臂（2），在弹簧钢丝（3）的作用下，保持顶住离合器环（4）上最靠内侧的制动面（7a）。于是离合器环（4）就和链轮（1）一起按箭头A所示方向旋转。同时，由于压臂（2）压住制动面（7a），爪状滑杆（6a）就对抗弹簧（5a）的弹力，向内侧方向突出，其棘爪就咬合在内齿轮（8a）外周所形成的锯齿形凹口内，使得内齿轮（8a）亦按箭头A所示方向旋转。

这样，内齿轮（8a）就通过增速比最大的齿轮传动机构（9a-10a）而和太阳齿轮（11）啮合，使后者按箭头B所示方向旋转，从而经由与太阳齿轮（11）固定为一体的轮毂（13）以及辐条（14），使车轮作调整旋转。

当驱车上坡道或行车于条件较差的道路等产生较大旋转阻力的场所时，压臂（2）抵住制动面（7a）的压力一达到弹簧钢丝（3）予先设定的第一弹性力（该值取决于弹簧（3）的弹力大小），压臂（2）就越过制动面（7a），移动至制动面（7b）。

在该状态下，爪状滑杆（6a）不再和内齿轮（8a）外周的凹口啮合，而爪状滑杆（6b）则向内侧突出，其棘爪和内齿轮（8b）外周的凹口啮合，使得内齿轮（8b）按箭头A所示方向旋转。

内齿轮（8b）经由中等增速比的齿轮传动机构（9b-10b）而和太阳齿轮（11）啮合并驱动其旋转，从而使车轮以中速旋转。

如果旋转阻力更大时，则和上述改变为中速场合的动作相同，驱动力被传递至内齿轮（8c），经由最小增速比的齿轮传动机构（9c-10c）来使太阳齿轮（11）旋转，车轮即以低速旋转。

不论在何种场合下，只有一个内齿轮被离合器环所驱动，其它的内齿轮仅仅作空转。

以上所说明的齿轮机构的切换过程，刚好是自行车开始运转时的逆过程。亦即，由于自行车刚起动时所受旋转阻力最大，压臂（2）就移动到增速比最小的制动面（7c），座落在该制动面上。随着旋转阻力的减小，车轮的旋转惯性不断增大，超过了来自踏板也就是链轮的驱动力的作用，于是离合器环就受惯性影响而旋转，压臂（2）就退至下一位的制动面（7b）。同样，如果在这个位置上，行车的旋转阻力再次减小，那么压臂（2）就移动到通常行车相应的制动面（7a）。

此外，当链轮（1）停止旋转时，以其外周凹口和爪状滑杆咬合的内齿轮（8），还具有飞轮的作用。

图3、4、5、6所示为本发明第二实施例，其中自动变速装置采用了不同的齿轮机构。现说明如下。

内齿轮外侧部分的结构及作用，与第一实施例相同。和第一实施例一样，内齿轮（8）的外周形成有相同的凹口。其内周的直径则按（8a）、（8b）、（8c）的顺次而一个比一个小，且与各内齿轮对应，在固定轴（12）上安设有直径一个比一个大的太阳齿轮（18a）、（18b）、（18c）。

在内齿轮（8a）、（8b）、（8c）和太阳齿轮（18a）、（18b）、（18c）之间，设有行星齿轮（17a）、（17b）、（17c），它们分别和对应的内齿轮和太阳齿轮啮合，所述行星齿轮能围绕它们的轴而旋转，所述轴则安设于和轮毂（13）一体构成的轴承座（16）上。

车轮通过辐条（14），安装在和行星齿轮的轴承座（16）一起旋转的轮毂（13）上。

现在说明第二实施例的动作原理。和第一实施例一样，根据车轮旋转阻力的大小，选用内齿轮（8a）、（8b）、（8c）中的某一个。

在高速场合下选用内齿轮（8a），这时，内齿轮（8a）和直径较大的行星齿轮（17a）以及直径较小的太阳齿轮（18a）这一组齿轮起作用。当内齿轮（8a）被按箭头C方向驱动时，由于太阳齿轮（18a）是固定的，因此行星齿轮（17a）在按箭头D所示方向自转的同时，还按上述同一方向公转，亦即行星齿轮的轴承座（16）亦按箭头C方向旋转。由于轮毂（13）是和行星齿轮轴承座（16）固定为一体的，因此轮毂（13）亦按箭头C方向旋转，车轮就高速旋转。

选用内齿轮（8b）时，中等直径的行星齿轮（17b）和中等直径的太阳齿轮（18b）起作用，动作方式和选用内齿轮（8a）的场合相同，车轮就中速旋转。

同样，选用内齿轮（8c）时，直径较小的行星齿轮（17c）和直径较大的太阳齿轮（18c）起作用，车轮就低速旋转，此时自行车比较容易驱动。

不传递驱动力的齿轮组的动作，以及按照内齿轮和爪状滑杆的不同组合而产生的飞轮效果，均和第一实施例一样。

Claims (3)

1、一种自行车自动变速装置，包括安装在自行车后轮固定轴上且能在其上旋转的轮毂，以及变速装置的齿轮机构，其特征在于，所述变速装置的齿轮机构包括：

--安设在所述轮毂外周外侧的多个内齿轮，所述诸内齿轮沿所述轮毂的轴向互相间隔地配置，且藉不同的齿轮组而与所述轮毂之间具有各不相同的传动比，所述内齿轮之外周还形成有锯齿形的凹口，

--安设于所述内齿轮外周外侧的多个离合器环，所述离合器环的外周沿圆周方向配置有深度各不相同的多个分段槽沟，且在分段槽沟深度改变部位附近，各配置有一个沿径向贯通所述离合器环并能活动的爪状滑杆，各爪状滑杆在所述槽沟中的横向位置分别错开，并且配置有弹簧，使滑杆保持向外侧顶靠，所述滑杆下端的棘爪，适可咬住相应内齿轮外周的锯齿形凹口，

--以及安设于和自行车踏板连动的链轮内侧的压臂，所述压臂藉一弹性元件而保持经常下压，且压臂下端适可置入前述分段槽沟内。

2、如权利要求1所述自行车自动变速装置，其特征在于，所述内齿轮和轮毂之间的不同传动比的齿轮传动，由固定于轮毂一端的一个太阳齿轮和多组行星齿轮来实现，所述各行星齿轮组沿轴向互相错开，分别与相应的内齿轮啮合。

3、如权利要求1所述自行车自动变速装置，其特征在于，所述内齿轮与轮毂之间的不同传动比的齿轮传动，由固定于后轮固定轴上的、沿轴向错开的多个太阳齿轮，以及与所述各太阳齿轮分别啮合的多个行星齿轮来实现，所述多个行星齿轮还分别与相应的内齿轮啮合，行星齿轮的转轴固定于和所述轮毂一体形成的一个轴承座上。

Images