CN1121961C - 自行车轮毂传动装置 - Google Patents

Abstract

自行车用的内轮毂传动装置包括用于将传动装置保持在自行车车架上的轮毂轴，其中轮毂轴具有轴线；相对轮毂轴可旋转地支撑的驱动件；相对轮毂轴可旋转地支撑的输出件；行星齿轮机构。行星齿轮机构包括相对轮毂轴可旋转地支撑的并可在轴线方向上移动的太阳轮；相对轮毂轴可旋转地支撑的行星齿轮支架；相对行星齿轮支架可旋转地支撑的行星齿轮，其中行星齿轮与太阳轮啮合；与行星齿轮啮合的齿圈。

Description

自行车轮毂传动装置

本发明涉及自行车传动装置，特别涉及利用行星齿轮的内轮毂传动装置。

自行车用的典型内轮毂传动装置包括用于将传动装置保持在自行车车架上的轮毂轴，相对轮毂轴可旋转地支撑的驱动件，和相对轮毂轴可旋转地支撑的输出件。驱动件通常与链轮安装在一起以接收连接在踏板曲柄上的链条的驱动力，输出件通常是轮毂壳，其连接在轮辐上，而轮辐又连接在轮辋上。在驱动件人轮毂壳之间通常布置一行星齿轮机构，用于通过改变传动装置传动比的多个传动路线将旋转力从驱动件传递到轮毂壳。例如在三速轮毂中，行星齿轮机构可包括相对轮毂轴可旋转地支撑的第一太阳轮和第二太阳轮，相对轮毂轴可旋转地支撑的中间轮单元，与中间轮单元啮合的齿圈，其中中间轮单元与第一和第二太阳轮啮合。

改变行星齿轮机构中的传动比通常涉及有选择地使第一和第二太阳轮相对轮毂轴停止旋转。这通常涉及利用布置在第一太阳轮和轮毂轴之间的联接件将第一太阳轮联接到轮毂轴上，然后通过布置在第二太阳轮和轮毂轴之间的另一个联接件将第二太阳轮联接到轮毂轴上。有时使用单个联接件实现两个功能。这种联接件的形式通常为沿轮毂轴滑动的细长件，其中联接件最初与第一太阳轮上的第一止动件和轮毂轴上的第一止动件接合，然后沿轮毂轴滑动，使得联接件与第二太阳轮上的第二止动件和轮毂轴上的第二止动件接合。如果细长件的宽度小于第一太阳轮上的第一止动件和第二太阳轮上的第二止动件之间的距离，则当细长件从第一太阳轮向第二太阳轮移动时可能出现这样一段时间，即联接件与第一太阳轮和第二太阳轮都脱开，从而在驱动件和轮毂壳之间的动力传动路线中造成中断并造成轮毂壳空转。

本发明涉及自行车用的内轮毂传动装置，其中当从一档向另一档转换时，有选择地接合太阳轮的联接件在进行操作时不会造成轮毂空转。在本发明的一个实施例中，自行车用的内轮毂传动装置包括用于将传动装置保持在自行车车架上的轮毂轴，其中轮毂轴具有轴线；相对轮毂轴可旋转的支撑的驱动件；相对轮毂轴可旋转地支撑的输出件；行星齿轮机构。行星齿轮机构包括太阳轮，太阳轮相对轮毂轴可旋转地支撑并可在轴线方向上移动；相对轮毂轴可旋转地支撑的行星齿轮支架；相对行星齿轮支架可旋转地支撑的行星齿轮，其中行星齿轮与太阳轮啮合；与行星齿轮啮合的齿圈。太阳轮在轴线方向上在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置太阳轮不可旋转地联接在联接件上，在第二位置太阳轮与联接件脱开。联接件为轮毂轴、驱动件、行星齿轮支架和输出件之一。止动件布置在太阳轮和联接件之一上，互补的止动件布置在太阳轮和联接件中的另一个上。至少止动件和互补止动件之一包括将太阳轮从联接件推向第二位置的表面。

在本发明的一个更具体的实施例中，自行车用的内轮毂传动装置包括用于将传动装置保持在自行车车架上的轮毂轴，其中轮毂轴具有轴线；相对轮毂轴可旋转地支撑的驱动件；相对轮毂轴可旋转地支撑的输出件；布置在驱动件和输出件之间的行星齿轮机构。行星齿轮机构包括相对轮毂轴可旋转地支撑的第一太阳轮；相对轮毂轴可旋转地支撑的第二太阳轮；相对轮毂轴可旋转地支撑的中间轮单元，其中中间轮单元与第一太阳轮和第二太阳轮啮合；与中间轮单元啮合的齿圈。

在该实施例中，提供了太阳轮止动机构以相对轮毂轴有选择地不可旋转地接合至少第一太阳轮和第二太阳轮之一。太阳轮止动机构包括与第二止动件间隔第一宽度的第一止动件，其中第一止动件和第二止动件联接在：1)第一太阳轮和第二太阳轮；或2)轮毂轴之一上。太阳轮止动机构还包括互补止动单元，其中互补止动单元联接在：1)第一太阳轮和第二太阳轮；或2)轮毂轴中的另一个上。互补止动单元在第一止动件和第二止动件之间移动以有选择地接合至少第一止动件和第二止动件之一，其中与至少第一止动件和第二止动件之一接合的互补止动单元部分具有比第一宽度大的第二宽度。

在一个更具体的实施例中，第一止动件和第二止动件联接在轮毂轴上，互补止动单元由布置在第一太阳轮和轮毂轴之间的第一互补止动件和布置在第二太阳轮和轮毂轴之间的第二互补止动件组成，其中互补止动单元在轴线方向上移动。为保证可靠的转换操作，至少第一止动件、第二止动件和互补止动单元之一推动互补止动单元远离被有选择地接合的第一止动件或第二止动件的表面。

图1为表示根据本发明的自行车轮毂传动装置特定实施例的剖视图；

图2为处于高速位置的自行车轮毂传动装置的横截面视图；

图3为处于中速位置的自行车轮毂传动装置的横截面视图；

图4A-4C为表示第一太阳轮与轮毂轴上的第一太阳轮止动件脱开的详细视图；

图5为处于低速位置的自行车轮毂传动装置的横截面视图；

图6A-6C为表示第二太阳轮与轮毂轴上的第二太阳轮止动件脱开的详细视图。

图1为表示根据本发明的自行车轮毂传动装置10特定实施例的剖视图，图2为处于高速位置的传动装置10的横截面视图。传动装置10包括轮毂轴14，轮毂轴14沿轴线X延伸，用于将传动装置保持在自行车车架18上。分别带有轴承支撑表面26和28的轴承座圈22和24拧在轴14上并用锁止螺母32和36固定在适当的位置。传动装置致动杆40可滑动地布置在轴14内的中心孔44中，保持在传动装置致动杆40内端52上的转换键48穿过轴14上的槽56径向向外伸出，用于以下述方式转换传动比。

驱动件60带有内周轴承支撑表面64和外周轴承支撑表面67，其通过布置在轴承支撑表面28和64之间的球轴承68相对轮毂轴14可旋转地支撑。驱动件60通过传统的单向离合器(自由轮)装置76支撑链条驱动链轮72，单向离合器装置76通常使用棘轮和棘爪机构，使得驱动链轮72仅在一个旋转方向上与驱动件60驱动接合。在驱动件60的内周表面上形成有许多行星齿轮止动齿78，其原因在下面描述。

形式为轮毂壳80的输出件具有内周轴承支撑表面84和88，使得轮毂壳80可通过布置在轴承支撑表面26和84之间的球轴承92和布置在轴承支撑表面67和88之间的球轴承96相对轴14可旋转地支撑。轮毂壳80的内周表面还包括许多圆周方向布置的齿，它们构成齿圈98。轮毂壳80包括轮毂凸缘100和114，轮毂凸缘100和114分别带有轮辐附装孔108和112，用于以公知方式附装轮辐(未示出)。

行星齿轮机构120布置在驱动件60和轮毂壳80之间的动力传动路线中，用于通过许多动力传动路线将旋转动力从驱动件60传递到轮毂壳80，从而改变传动比(齿轮速比)。行星齿轮机构120包括相对轴14可旋转地支撑的第一太阳轮124、相对轴14和第一太阳轮124可旋转地支撑的单独的第二太阳轮128，相对轴14可旋转地支撑的中间轮单元132，其中中间轮单元132与第一太阳轮124、第二太阳轮128和齿圈98啮合。中间轮单元132包括行星齿轮支架136，在该实施例中支架136与驱动件60作为一个整体形成。小直径行星齿轮140和大直径行星齿轮144作为一个整体形成，两个行星齿轮140和144通过行星齿轮轴148可旋转地支撑在行星齿轮支架136上。小直径行星齿轮140与第一太阳轮124啮合，大直径行星齿轮144与第二太阳轮128和齿圈98啮合。尽管图中未示出，但实际上有三个这种行星齿轮/轴单元通过行星齿轮支架136以公知方式在圆周方向上支撑。

第一太阳轮124被螺旋弹簧154偏压向第二太阳轮128，使得第一太阳轮124与第二太阳轮128接触，其中螺旋弹簧154布置在第一太阳轮124上的抵靠件158和轴14上的抵靠件162之间。类似地，第二太阳轮128独立地被螺旋弹簧166偏压向第一太阳轮124，其中螺旋弹簧166布置在轴承座圈24上的抵靠件168和圆柱形止推轴承178的第一端174之间。止推轴承178的另一端182抵靠在第二太阳轮128的侧面186上。弹簧154的弹簧力比弹簧166大。

在轴14的外周表面上沿圆周方向形成有许多形状为花键的第一太阳轮止动件190，止动件190用于有选择地与也具有花键形状的许多互补止动件194接合，互补止动件194在第一太阳轮124的内周表面上不可移动地沿圆周方向一体形成。类似地，在轴14的外周表面上沿圆周方向形成有许多形状为花键的第二太阳轮止动件198，止动件198用于有选择地与也具有花键形状的许多互补止动件202接合，互补止动件202在第二太阳轮128的内周表面上不可移动地沿圆周方向一体形成。

第二太阳轮128的内周表面还包括用于与转换键48接合的凹槽210。因此，将传动装置致动件40移动到右侧使第二太阳轮128移动到右侧，由于弹簧154的偏压力，第一太阳轮124跟随第二太阳轮128也移动到右侧。将传动装置致动件40移动到左侧使第二太阳轮移动到左侧，而且第二太阳轮128同时也将第一太阳轮124推到左侧。

图2-5展示了传动装置10的操作，其中图2所示为处于高速位置的传动装置10，图3所示为处于中速位置的传动装置10，图5所示为处于低速位置的传动装置10。当传动装置10处于图2中所示的高速位置时，第一太阳轮止动件190与第一太阳轮124上的互补止动件194接合，从而将第一太阳轮124不可旋转地联接在轴14上。第二太阳轮止动件198与第二太阳轮128上的互补止动件202脱开，所以第二太阳轮128可自由旋转。其结果是，动力以由第一太阳轮124的小直径行星齿轮140上的齿数决定的传动比从驱动件60通过大直径行星齿轮144和齿圈98传递到轮毂壳80上。

通过向右侧移动传动装置致动杆40，从而将第一太阳轮止动件190与第一太阳轮124上的互补止动件194脱开，使得第一太阳轮124可自由旋转，并将第二太阳轮止动件198与第二太阳轮128上的互补止动件202接合，使得第二太阳轮128不可旋转地联接在轴14上，来将传动装置10调整到图3中所示的中速位置。其结果是，动力以由第二太阳轮128的大直径行星齿轮144上的齿数决定的传动比从驱动件60通过大直径行星齿轮144和齿圈98传递到轮毂壳80上。

如图5中所示，互补止动件194和202外缘之间的距离D比第一太阳轮止动件190和第二太阳轮止动件198内缘之间的距离大。因此，当从图2中所示的高速位置向图3中所示的中速位置转换时，绝不会出现第一太阳轮124和第二太阳轮128都相对轴14自由旋转的情况。因此，当从高速位置向中速位置转换时，轮毂壳80不会空转。为保证第一太阳轮124和第二太阳轮128都不会永久地联接在轴14上，如图4A-4C中所示，第一太阳轮124上的互补止动件194具有向轴线X方向倾斜的楔形表面220。因此，如图4A和4B中所示，当互补止动件194从高速位置向右侧移动时，楔形表面220作为驱动表面，将互补止动件194在箭头A方向上的旋转运动转换成在箭头B方向上的轴向运动，以保证如图4C中所示，互补止动件194与第一太阳轮止动件190脱开。

通过进一步向右侧移动传动装置致动杆40，从而将第二太阳轮止动件198与第二太阳轮128上的互补止动件202脱开，使得第二太阳轮可自由旋转，来将传动装置10调整到如图5中所示的低速位置。第一太阳轮止动件190与第一太阳轮124上的互补止动件194保持脱开，使得第一太阳轮124可继续自由旋转。但是，在该状态第二太阳轮128与大直径行星齿轮144和驱动件60上的行星齿轮止动齿78都接合，从而将大直径行星齿轮144不可旋转地联接到驱动件60上。其结果是，动力以1∶1的传动比直接从驱动件60通过大直径行星齿轮144和齿圈98传递到轮毂壳80上。

为保证第二太阳轮128完成从图3中所示位置向图5中所示位置的转换，如图6A-6C中所示，第二太阳轮128上的互补止动件202具有相对轴线X方向倾斜的楔形表面224。因此，如图6A和6B中所示，当互补止动件202从中速位置向右侧移动时，楔形表面224作为驱动表面，将互补止动件202在箭头A方向上的旋转运动转换成在箭头B方向上的轴向运动，以保证如图6C中所示，互补止动件2 02与第二太阳轮止动件198脱开。

尽管在上面描述了本发明的各种实施例，但在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可利用其它的变型。例如，第一太阳轮124和第二太阳轮128可在轴线X方向上保持静止，而第一太阳轮止动件190和第二太阳轮止动件198在轴线X方向上移动。在任何实施例中，单独地或除楔形表面220和224以钱，在第一太阳轮止动件190和/或第二太阳轮止动件198上，或者甚至在太阳轮外周表面的齿上可形成有功能和楔形表面220和224类似的楔形表面。本发明也适用于太阳轮在附图中向左侧移动的情况。本发明可适用于太阳轮不可旋转地联接在轮毂壳80上和/或太阳轮不可旋转地联接在单独的行星齿轮支架上的轮毂。各种部件的尺寸、形状、位置或方向可根据需要进行改变。一个元件的功能可以由两个元件实现，并且反之亦然。在一个特定实施例中不必同时存在所有的优点。与现有技术不同的每个特征，单独地或与其它特征组合，都应理解为本申请人对其它发明的独立描述，包括由这个(这些)特征实施的结构性和/或功能性概念。因此，本发明的范围不限于所公开的具体结构，也不限于表面上对特定结构或特征的原始描述。

Claims (19)

1、自行车用的内轮毂传动装置，包括：

用于将传动装置保持在自行车车架上的轮毂轴，其中轮毂轴具有一轴线；

相对轮毂轴可旋转地支撑的驱动件；

相对轮毂轴可旋转地支撑的输出件；

行星齿轮机构，包括：

相对轮毂轴可旋转地支撑的第一太阳轮；

相对轮毂轴可旋转地支撑的第二太阳轮；

相对轮毂轴可旋转地支撑的中间轮单元，其中中间轮单元与第一太阳轮和第二太阳轮啮合；

与中间轮单元啮合的齿圈；

太阳轮止动机构，用于相对轮毂轴有选择地不可旋转地联接至少第一太阳轮和第二太阳轮之一；

其中太阳轮止动机构包括：

与第二止动件间隔第一宽度的第一止动件；

其中第一止动件和第二止动件联接在：1)第一太阳轮和第二太阳轮；或2)轮毂轴之一上；

互补止动单元；

其中互补止动单元联接在：1)第一太阳轮和第二太阳轮；或2)轮毂轴中的另一个上；

其中互补止动单元在第一止动件和第二止动件之间移动，以有选择地与至少第一止动件和第二止动件之一接合；

其中与至少第一止动件和第二止动件之一接合的互补止动单元的一部分具有比第一宽度大的第二宽度。

2、根据权利要求1中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，至少第一止动件、第二止动件和互补止动单元之一具有推动互补止动单元使之远离被有选择地接合的第一止动件和第二止动件的表面。

3、根据权利要求1中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一止动件和第二止动件联接在轮毂轴上。

4、根据权利要求3中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，互补止动单元由联接在第一太阳轮上的第一互补止动件和联接在第二太阳轮上的第二互补止动件组成。

5、根据权利要求4中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，互补止动单元在轮毂轴的轴线方向上移动。

6、根据权利要求5中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一互补止动件布置在第一太阳轮和轮毂轴之间，并且，第二互补止动件布置在第二太阳轮和轮毂轴之间。

7、根据权利要求6中所述的内轮毂传动装置，还包括布置在轮毂轴内用于在轴线方向上移动第一太阳轮和第二太阳轮的致动件。

8、根据权利要求6中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，至少第一止动件、第二止动件和互补止动单元之一具有推动互补止动单元使之远离被有选择地接合的第一止动件和第二止动件的表面。

9、根据权利要求6中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一互补止动件布置在第一太阳轮内周表面和轮毂轴之间，并且，第二互补止动件布置在第二太阳轮内周表面和轮毂轴之间。

10、根据权利要求9中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一互补止动件不可移动地安装在第一太阳轮上，并且，第二互补止动件不可移动地安装在第二太阳轮上。

11、根据权利要求10中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一互补止动件与第一太阳轮是一个件，并且，第二互补止动件与第二太阳轮是一个件。

12、根据权利要求11中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，至少第一止动件和第一互补止动件之一包括响应第一太阳轮的旋转力推动第一互补止动件使之远离第一止动件的表面。

13、根据权利要求12中所述的内轮毂传动装置，还包括布置在轮毂轴内用于在轮毂轴的轴线方向上移动第一太阳轮和第二太阳轮的致动件。

14、根据权利要求6中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一太阳轮与第二太阳轮是分开的。

15、根据权利要求14中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一太阳轮相对第二太阳轮旋转。

16、根据权利要求15中所述的内轮毂传动装置，还包括用于向第二太阳轮偏压第一太阳轮的偏压机构。

17、根据权利要求16中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，第一太阳轮与第二太阳轮接触。

18、根据权利要求17中所述的内轮毂传动装置，其特征在于，至少第一止动件和第一互补止动件之一包括响应第一太阳轮的旋转力推动第一互补止动件使之远离第一止动件的表面。

19、根据权利要求18中所述的内轮毂传动装置，还包括布置在轮毂轴内用于在轮毂轴的轴线方向上移动第一太阳轮和第二太阳轮的致动件。

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