多級變速裝置的製作方法

2023-05-02 06:29:51

專利名稱：多級變速裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多級行星齒輪式變速裝置。
背景技術：
多級變速裝置有很多適用於實際生活或工業現場的實施例。作為一例，適用於自行車時，將多個鏈輪重疊分別設置在後輪輪轂及曲柄並用鏈條結合，然後通過換擋裝置選擇變速檔為最普遍。所述變速裝置可以實現27階段的變速比。但是，存在當變速比重疊或從每一個檔位變速到下一個檔位時，無法變速到預定比率的問題。作為另一個形態有行星齒輪式輪轂變速器，所述變速器在輪轂內設置行星齒輪， 將太陽齒輪結合在中心軸或從中心軸分離而控制太陽齒輪的旋轉，從而實現變速。作為輪轂變速器的太陽齒輪結合在中心軸的一個方法公知的有具有8階段變速比的變速器，所述變速器的構成是在太陽齒輪的內面形成棘爪，並在中心軸形成與棘爪結合的結合槽，從而通過變速軸將棘爪結合在所述結合槽或從結合槽分離。但是，所述形態存在用於變速的變速軸和周邊部件的形狀複雜，其部件數量多而難以製造，而且變速檔位之間的增速比不均勻的問題。作為其他方法公知的有具有14階段變速比的變速器，所述變速器在中心軸的外周面安裝棘爪，並在中心軸的中空部安裝具有凸輪面的變速軸，在太陽齒輪的內周面形成用於結合棘爪的結合槽，棘爪沿凸輪面立起或凹陷，從而結合在太陽齒輪或從太陽齒輪分離。但是，所述形態在中心軸插入變速軸，通過使變速軸旋轉2次增加變速檔數。

發明內容
參照所述形態的變速器，本發明的目的在於，提供一種小型且輕量，並能夠有效構成多樣的變速檔的多級變速裝置。本發明的另一目的在於，提供一種在行駛時或停止時，也不會為了變速而切斷動力或迂迴而可以及時變速，並且變速器的各檔位以相同的變速比轉換到下一個檔位的多級
變速裝置。為解決所述問題點，本發明提供多級變速裝置，本發明的多級變速裝置，包括中心軸，其不能旋轉地設置在框架；輸入部件，其同軸地安裝於所述中心軸，以使輸入部件可以轉動；行星齒輪組件，其與所述輸入部件結合併安裝在所述輪轂，以同軸可旋轉地安裝在所述中心軸，而且將包含太陽齒輪(11、21、31、41)、環形齒輪(14、24、34、44)、行星架(13、 23、33、43)、衛星齒輪(12、22、32、42)的行星齒輪並列配置兩組以上(1、2、3、4)，並具有相鄰接的兩組行星齒輪與環形齒輪和行星架交叉而不能旋轉地結合(13和24，14和23，33和 44，34和43)的行星齒輪副；離合器組件，用於將所述每個太陽齒輪選擇性地與所述環形齒輪、所述行星架、所述衛星齒輪、相鄰接的太陽齒輪或所述中心軸中的至少一個結合或分離；變速軸，在所述中心軸的同軸上對於所述中心軸選擇旋轉方向位置，用於使所述離合器組件運轉；輪轂，其圍繞所述行星齒輪組件，同軸地安裝於中心軸，以使輪轂可以轉動，根據所述變速軸的旋轉方向位置，對所述輸入部件和輸出部件之間提供3級以上的齒輪比。本發明的多級變速裝置以組合兩組行星齒輪而提供3級齒輪比的行星齒輪副為基礎，在行星齒輪副進一步結合行星齒輪，從而可以提供6級、9級、12級、18級或其以上的變速比。此處，輸入部件可以為太陽齒輪、行星架、環形齒輪中的一個，輸出部件為太陽齒輪、行星架、環形齒輪、輪轂中的一個。根據權利要求1，權利要求2的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件中，在內周面具有多個凹陷的結合面並可與中心軸選擇性地結合的多個太陽齒輪彼此向軸方向相隔距離配置，形成在所述中心軸的周面並支撐與太陽齒輪選擇性地結合的棘爪的導向槽和、 被所述導向槽支撐與所述太陽齒輪結合或分離的多個棘爪和、形成在變速軸周面的多個變速軸通孔分別配置在對應於所述每個太陽齒輪的軸向空間。此處，太陽齒輪的凹陷的結合面協助棘爪作為棘輪運轉。根據權利要求1，權利要求3的多級變速裝置，其中，將兩組行星齒輪可旋轉地並列配置在所述中心軸，在包含於所述行星齒輪的兩個太陽齒輪中，將一個太陽齒輪不能旋轉地結合在所述中心軸，而使另一個太陽齒輪自如地旋轉以1以下的齒輪比和1以上的齒輪比連接，將所述兩個太陽齒輪結合為一起旋轉，或將一個太陽齒輪和所述行星架結合為一起旋轉，同時使另一側太陽齒輪自如地旋轉使之串聯(1 1)，在所述行星齒輪副的輸入側和行星架和輸出側行星架之間提供3級齒輪比。向行星齒輪副輸入旋轉的行星齒輪叫輸入側，輸出旋轉的行星齒輪腳輸出側，當輸入側太陽齒輪結合在中心軸時，輸入側衛星齒輪與輸入側行星架一同旋轉，以比所輸入的旋轉數快1以上的齒輪比傳遞至結合在輸出側行星架的輸入側環形齒輪，當輸出側太陽齒輪結合在中心軸時，輸出側環形齒輪將輸出側衛星齒輪以比所輸入的旋轉數慢的1以下齒輪比傳遞至輸出側行星架。行星齒輪在4個構成要素中結合2個時成一體動作，當太陽齒輪結合在行星架、衛星齒輪、環形齒輪中的一個而與其中一個一起旋轉時，輸入側和輸出側一起旋轉。並且，使行星齒輪副的兩個太陽齒輪軸向結合併一同旋轉時，輸入側和輸出側也一起旋轉。因此，在行星齒輪副的輸入側行星架和輸出側行星架之間提供加速、減速、直接耦合式3級齒輪比。根據權利要求3，權利要求4的多級變速裝置，其中，在所述行星齒輪副的行星架中的任一個結合第3行星齒輪，構成與1以下的變速比或1以上的變速比中的一個串聯的 2級變速比，在所述輸入部件和輸出部件之間提供6級齒輪比。此時，在具有3級齒輪比的行星齒輪副串聯2級齒輪比而提供3 X 2的齒輪比，即6 級齒輪比。與所述行星架結合的行星齒輪的構成要素可以為環形齒輪、行星架、太陽齒輪， 不與所述行星架結合的剩下的兩個構成要素中的一個可以作為輸入側或輸出側動作。此處，當輸入部件為輸入側行星架時，輸出部件是第3行星齒輪，當輸入部件為第 3行星齒輪時，輸出部件是輸出側行星架。根據權利要求1，權利要求5的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件，將四組行星齒輪可旋轉地並列配置在所述中心軸，中央的齒輪副(2、；3)將每個行星架(23、3；3)結合為不能互相旋轉，外側的兩個齒輪副(1、2、3、4)分別構成行星齒輪副而在輸入所述旋轉的行星齒輪副的輸入側行星架和所述輸出行星齒輪副的輸出側行星架之間提供9級齒輪比。根據權利要求5，權利要求6的多級變速裝置，其中，所述外側的行星齒輪副將包含於所述行星齒輪副的所述兩個太陽齒輪中的一個不能旋轉地結合在所述中心軸，而使另一個太陽齒輪自如地旋轉以1以下的齒輪比和1以上的齒輪比連接，將所述兩個太陽齒輪結合為一起旋轉，或將一個太陽齒輪和所述行星架結合為一起旋轉，同時使另一側太陽齒輪自如地旋轉而串聯(1 1)，選擇3級變速比，從而通過兩個行星齒輪副的組合提供9級齒輪比。此時，串聯兩個權利要求3的3級變速器，當具有不同的齒輪齒數時(參照實施例)成為3X3的構成，從而可以提供9級齒輪比。根據權利要求5，權利要求7的多級變速裝置，其中，在所述兩組行星齒輪副的外側行星架中的任一個結合第五行星齒輪，構成與1以下的變速比或1以上的變速比中的一個串聯的2級變速比，在所述輸入部件和輸出部件之間提供18級齒輪比。當第5行星齒輪結合在輸如行星齒輪副時，輸入部件可以為第5行星齒輪的太陽齒輪、行星架、環形齒輪，與輸入行星齒輪的行星架結合的第5行星齒輪的要素也可以為太陽齒輪、行星架、環形齒輪，輸出部件是第2行星齒輪副的輸出行星架。而且，當第5行星齒輪結合在輸出行星齒輪副時，輸入部件為第1行星齒輪副的輸入行星架，輸出部件可以為第5行星齒輪的太陽齒輪、行星架、環形齒輪，與輸入行星齒輪的行星架結合的第5行星齒輪的要素也可以為太陽齒輪、行星架、環形齒輪。根據權利要求1，權利要求8的多級變速裝置，其中，所述變速軸具備圍繞所述中心軸而旋轉的中空部和形成在外周面的多個徑向通孔，通過所述通孔使所述離合器組件運轉，並由所述輪轂的外部控制。此時，變速軸在中心軸和太陽齒輪之間旋轉，為了將太陽齒輪與中心軸結合或分離而具有徑向通孔。為了結合使用被支撐在中心軸的棘爪，通過徑向通孔棘爪和太陽齒輪結合。隨此，每個棘爪1 1對應於太陽齒輪，分別對應於棘爪的通孔軸向排列在周面，並朝圓周方向形成有多個。而且，變速軸朝輪轂的外側突出而可以控制旋轉方向。根據權利要求1，權利要求9的多級變速裝置，其中，包括所述變速軸提供凸輪， 所述凸輪通過凹陷於所述中心軸的軸向中空部而形成在中心軸的周面徑向通孔使所述離合器組件運轉，並由所述輪轂的外部控制。此時，變速軸在中心軸內進行旋轉，為了將太陽齒輪與中心軸結合或分離而在周面具有凸輪操作面。為了結合在中心軸具有支撐點，並使用具有凸輪從動件的棘爪，按照凸輪操作面的形狀，棘爪朝太陽齒輪立起或隱藏而控制太陽齒輪的旋轉。隨此，每個棘爪 1 1對應於太陽齒輪，分別對應於棘爪的凸輪操作面的周面軸向排列在周面，並朝圓周方向形成有多個。而且，變速軸朝輪轂的外側突出而可以控制旋轉方向。根據權利要求9，權利要求10的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件，在輪轂內將行星齒輪副可旋轉地並列配置在所述中心軸，在包含於所述行星齒輪副的兩個太陽齒輪中，將一個太陽齒輪不能旋轉地結合在所述中心軸，而將另一個太陽齒輪自如地旋轉以1 以下的齒輪比和1以上的齒輪比連接，將所述兩個太陽齒輪結合為一起旋轉，或將一個太陽齒輪和所述行星架結合為一起旋轉，同時使另一個太陽齒輪自如地旋轉而串聯(1 1) 提供3級變速比；在所述行星齒輪副的行星架串聯第3行星齒輪和第四行星齒輪，構成分別串聯在1以下的變速比或1以上的變速比中的一個的2級變速比，從而在所述輸入部件和所述輸出部件之間提供12級齒輪比。
7
此時，在變速軸每旋轉1/2時構成具有行星齒輪副的3級變速比，第3行星齒輪的 2級變速比是變速軸1旋轉而構成，第4行星齒輪的2級變速比是變速軸2旋轉而構成的， 從而可以構成3X2X2的12級。根據權利要求1，權利要求11的多級變速裝置，其中，所述多級變速裝置提案3級或6級或9級或12級變速器，通過變速軸的1旋轉選擇各變速器的齒輪比。此時，3級是每檔間隔可以為120°以內，6級是每檔間隔可以在60°以內，以3級變速X2級變速的結合而成，9級是每檔間隔可以在40°以內，以3級變速X3級變速的結合而成，12級是每檔間隔可以在30°以內，以3級變速X2級變速X2級變速的結合而成。 尤其，12級變速是變速軸每旋轉1/4進行3級變速來實現的，2級變速中的一個是變速軸每旋轉1/2時得以實現，其他2級變速是變速軸的1旋轉即可達成。根據權利要求1，權利要求12的多級變速裝置，其中，所述多級變速裝置提案6級或12級或18級變速器，通過中心軸的2旋轉導向槽和變速軸的2旋轉(各1旋轉)選擇各變速器的齒輪比。此時，6級是每檔間隔為120°以內，2級變速比的變速軸旋轉2次而達成，12級是各檔的間隔為60°以內，兩個2級變速比的每個變速軸每旋轉1次，且旋轉兩側達成，18級是各檔的間隔為0°以內，3級變速比串聯的9級變速軸旋轉1次而達成，也可以在2級變速比的變速軸旋轉2次達成。根據權利要求1，權利要求13的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件的行星齒輪至少包括一個規格不同的太陽齒輪、衛星齒輪及環形齒輪，根據權利要求1，權利要求14 的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件的行星齒輪具有規格相同的太陽齒輪、衛星齒輪及環形齒輪。若構成行星齒輪副的規格相同的齒輪，則可以構成為直接耦合(1 1)及增速及與增速反比的減速的3階段，通過結合變速比互不相通的行星齒輪副，則多級變速裝置可使變速量在每個檔間以預定的比率變化(參照表2、3、5、6)根據權利要求1，權利要求15的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪副的一側環形齒輪圍繞另一側的環形齒輪旋轉而與另一側行星架結合，從而可以與已經結合的一側行星架和另一側環形齒輪一起構成行星齒輪副的交叉結合。根據權利要求15，權利要求16的多級變速裝置，其中，與一側環形齒輪一體結合的環形齒輪適配器和與另一側行星架一體結合的行星架適配器圍繞另一側的環形齒輪而旋轉，堅固結合為不能相對旋轉。根據權利要求4或7或10或12，權利要求17的多級變速裝置，其中，具有所述2 級變速比而串聯的所述行星齒輪中，所述行星齒輪的太陽齒輪或行星架或環形齒輪中的一個結合在行星齒輪副的行星架，所述行星齒輪的太陽齒輪或行星架中的一個不能旋轉地結合在中心軸，從而在所述2級變速比中具有1以下的變速比或1以上的變速比，所述行星齒輪的太陽齒輪和行星架結合成不能相對旋轉，在所述2級變速比中具有直接耦合式變速比。根據權利要求1，權利要求18的多級變速裝置，其中，所述輪轂是變速器的輸出部件，圍繞所述行星齒輪組件和離合器組件而旋轉。此時，由於變速器的輪轂進行旋轉，因此可以用作安裝於自行車或摩託車的後輪的輪轂變速器。根據權利要求1，權利要求19的多級變速裝置，其中，具備，旋轉軸，朝軸向穿通所述中心軸並可以轉動；齒輪或鏈條或同類連杆，其將所述旋轉軸可旋轉地連接在所述輸入部件。此時，變速器是為了適用於自行車或同類裝置的，將變速器設置在自行車的曲柄位置，自行車的曲柄穿通中心軸而設置，通過連杆連接曲柄軸和輸入部件，輪轂固定在自行車的框架。根據權利要求1，權利要求20的多級變速裝置，其中，具備旋轉軸，其可旋轉地設置於所述框架；齒輪或鏈條或同類連杆，其將所述旋轉軸可旋轉地連接在所述輸入部件。此時，變速器可以適用於變速器的殼體固定在框架的一般形態，當適用於自行車時，將變速器設在自行車的曲柄周邊，通過連杆連接曲柄軸和輸入部件，輪轂固定在自行車的框架。根據權利要求19或20，權利要求21的多級變速裝置，其中，所述的多變急速裝置的輪轂是可旋轉地圍繞所述輸入部件和輸出部件而固定在所述框架的殼體，進一步具備將所述中心軸固定在框架的支架。此時，輪轂不能旋轉地固定在框架的同時，為了不以變速器的中心軸進行旋轉而用支架固定在框架。根據權利要求21，權利要求22的多級變速裝置，其中，進一步具備傘齒輪，安裝於所述輸出側；小齒輪，被支撐於所述殼體，並與所述傘齒輪嚙合而旋轉。此時，可以構成從曲柄變速器將旋轉力不通過鏈條傳遞至後輪輪轂的無鏈條字形成。根據權利要求22，權利要求23的多級變速裝置，其中，所述小齒輪結合在輸出軸以將輸出軸的旋轉力傳遞至外部，進一步具備中空軟管，所述中空管結合在所述殼體並圍繞支撐所述小齒輪和輸出軸。此時，將圍繞沒有鏈條的自行車的傳遞軸的軟管可以設置在變速器的輪轂和後輪的輪轂之間。本發明提供一種可以有效地構成多樣的變速檔，並可以有效地構成為具有均勻的變速比增加量的、小型且輕量的變速裝置。並且，在行駛時或停止時，也不會為了變速而切斷動力或迂迴而能以小的動力進行變速，而且，變速器的各檔位不是依次轉換而可以任意選擇下一個檔位的多級變速裝置。


圖1是根據本發明的多級變速裝置的一例，是以能夠設置在自行車後輪的方式構成的輪轂變速器的剖面圖。圖2是根據圖1的變速裝置的簡略符號圖。圖3是根據本發明的多級變速裝置的一例，是以能夠設置在自行車曲柄周邊的方式構成的變速器的簡略符號圖。圖4是根據圖1的變速裝置的整體分解立體圖。圖5是圖4的輸入側行星齒輪副的分級立體圖。
圖6是圖4的輸出側行星齒輪副的分解立體圖。圖7是圖4的中心軸及變速軸的分解立體圖。圖8是圖4的輸出軸的2級行星齒輪的分解立體圖。圖9是圖1的第五行星齒輪的剖面圖。圖10是根據圖1的變速器的棘爪的動作圖。
具體實施例方式本說明書以及權利要求範圍中所使用的術語或單詞不能解釋為通常的詞典上的含義，發明人基於為了以最佳的方法說明自己的發明而可適當地定義術語的概念的原則， 應解釋為符合本發明的技術思想的含義或概念。因此，本說明書中所記載的實施例和圖中所示的構成只不過是本發明的最佳實施例而已，不能代替本發明的技術思想，所以可以理解為在本發明的申請時點存在代替本發明的各種均等物以及變形例。此處，所謂「軸向」是用來表示沿平行於變速器的中心軸或支撐部件的中心軸的軸的方向或位置的術語。「半徑」及「半徑方向」是用來表示相對於變速器的中心軸以直角延長的方向或位置的術語。為了使說明書簡單明確，用單一的圖面符號(例如，控制活塞582)來總稱標註類似的圖面符號的類似的構成元件(例如，棘爪彈簧6 及棘爪彈簧64b)。以下，參照附圖詳細說明本發明的優選實施例。雖然在本實施例中說明用於自行車的變速器，但是，本發明的變速裝置可適用於變換輸入速度並輸出的任何裝置。根據圖1及圖7，本發明的多級變速裝置的中心軸6是為了不能旋轉地設置在框架 (省略圖示)而在兩端面具有階梯狀突部6e，並具有中空的通孔6f的軸。在中心軸的中央周面沿周面形成有兩個直接耦合式離合器導槽6a，在每個凹槽的側面朝相對的凹槽軸向形成有用於直接耦合式離合器的凹形凸輪面6b。所述凸輪面的凹槽是預先程序化的凹槽用於使直接耦合式離合器21、31運轉，當變速檔位已定則設定為適當的間隔，此處，為了 9檔變速被程序化為40°的間隔。在中心軸6的兩側周面朝軸方向隔預定間隔分別形成有兩個用於容納棘爪15、 25、35、45的導向槽6c，在每個導向槽6c形成有棘爪彈簧槽6g用以容納棘爪彈簧64a、64b、 64c、64d，棘爪彈簧對棘爪15、25、35、45施加彈力並使之旋轉立起。並且，如圖7所示，在一側形成有旋轉兩次的離合器導槽6d用於2級離合器5。第一旋轉6dl保持軸向原位，從0°旋轉到320°，從320°軸向移動到360°，第二旋轉6d2 是從360°到680°保持軸向原位。變速軸7是能夠圍繞中心軸6旋轉的管型部件，由變速軸7和變速軸7a構成，所述變速軸7在周面形成有用於使棘爪15、25、35、45運轉的多個棘爪運轉孔7b、2級離合器導銷58c及朝旋轉方向引導直接耦合式離合器導銷58b的導槽；變速軸7a具有固定用於在外部控制變速器的旋轉而連接的變速鋼絲的凹槽7f和用於卷繞變速鋼絲的螺旋7e，為了不相對旋轉而由凹凸的突起結合。變速軸7通過固定在中心軸6的側壁他和中心軸的止動環65軸向固定在中心軸6，並形成有將軸承8a軸向支撐的突起。變速軸的棘爪運轉孔8b是徑向穿通的孔，提供允許棘爪立起的空間，當變速檔位已定時，為了棘爪15、25、35、45運轉，而預先被程序化為適當的間隔，此處為了 9檔變速被程序化為40°的間隔。導銷的引導槽7c、7d是朝軸向形成的長孔。棘爪運轉孔7b的旋轉方向側壁7e用於使棘爪15、25、35、45進入每個導向槽6c， 所述側壁7e傾斜地形成為以便在變速軸7旋轉而控制棘爪15、25、35、45時，不受來自棘爪 15、25、35、45的旋轉影響與棘爪凸輪25a、25b協助將棘爪15、25、35、45順利地進入每個凹槽6c。棘爪15、25、35、45是在中心軸6和變速軸7之間，在中心軸6具有支撐點，並通過變速軸7的控制朝太陽齒輪11、21、31、41立起，或者陷入於中心軸的導向槽6c的旋轉部件。在棘爪的兩側肩部形成有突起用以支撐棘爪並使棘爪不從原位脫離。而且，在棘爪15、 25、35、45的一側具有棘爪引導凸輪25a、2^用以引導棘爪15、25、35、45通過變速軸7的旋轉進入導向槽6c，從而棘爪15、25、35、45通過變速軸7的順時針方向旋轉或逆時針方向的旋轉順利地進入到導向槽6c。卷繞有棘爪的彈簧64a、64b、64c、64d對棘爪15、25、35、45 提供立起的力，當變速軸的通孔7b允許棘爪15、25、35、45立起時，朝太陽齒輪11、21、31、41 立起。為了阻止太陽齒輪11、21、31、41旋轉而執行變速，將棘爪15、25、35、45設置為在行星齒輪副內其立起方向為相反。通過順時針方向的旋轉傳遞動力的實施例中，輸入側行星齒輪副1、2的輸入側棘爪15配置成阻止太陽齒輪11的順時針方向的旋轉，輸出側棘爪 25配置成阻止太陽齒輪21的逆時針方向的旋轉。輸出側行星齒輪福3、4的輸入側棘爪35 也配置成阻止太陽齒輪31的順時針方向的旋轉，輸出側棘爪45也配置成阻止太陽齒輪41 的逆時針方向的旋轉。直接耦合式離合器導環沈、36被設置為軸向支撐太陽齒輪21、31，所述太陽齒輪圍繞變速軸7並加壓導環沈、36，導環沈、36結合在直接耦合式導銷58a、58b，可沿導銷 58a、58b軸向搖動。在直接耦合式離合器導環沈、36和太陽齒輪21、31之間設置軸承63以減小太陽齒輪21、31旋轉時產生的摩擦。直接耦合式離合器導銷58a、58b結合在直接耦合式導環沈、36，經過朝變速軸7的軸向形成的長孔7c沿形成在中心軸的直接耦合式離合器導槽的凸輪面6b與變速軸7 —起旋轉，並軸向搖動。2級離合器導環57圍繞變速軸7，並結合在2級離合器導銷58c，沿導銷58c軸向搖動。2級離合器導銷58c結合在2級離合器導環57，經過朝變速軸7的軸方向形成的長孔的所謂2級離合器導銷引導槽7d沿形成在中心軸6的2級離合器導槽6d的凸輪面與變速軸一起旋轉，在變速軸的1旋轉6dl時保持軸向原位，2次旋轉6d2時朝軸向移動，然後保持原位。在2級離合器導環57的兩側配置有2級變速離合器55和2級直接耦合式離合器 56。2級變速離合器55受彈簧610的按壓力而與2級離合器導環57接觸，並不能旋轉地固定在中心軸6，沿2級離合器導環57軸向搖動，為了阻止順時針方向的旋轉，在側面朝二級直接耦合式離合器56形成有突起。2級直接耦合式離合器56受彈簧61c的按壓力而與2 級離合器導環57接觸，不能相對旋轉地結合在2級離合器太陽齒輪51，沿2級離合器導環 57軸向搖動，為了阻止逆時針方向的旋轉，在側面朝2級變速離合器55形成有突起。太陽齒輪11、41為了在內周面提供棘爪15、45的凹槽而形成有傾斜的凹槽，在齒輪的一側邊形成有側壁。該側壁位於行星架13、43和衛星齒輪12、42之間用以防止太陽齒輪11、41軸向移動。每個太陽齒輪11、41配置在與分別成對的棘爪14、45結合的軸向位置， 在太陽齒輪11配置有內齒傾斜以阻止順時針方向的旋轉，在太陽齒輪41配置有內齒傾斜以阻止逆時針方向的旋轉。太陽齒輪21、31為了在內周面提供棘爪25、36的凹槽而形成有傾斜的凹槽，在太陽齒輪21、31的一側邊形成有傾斜的階梯用以阻止一側方向的旋轉。每個太陽齒輪21、31 配置在與分別成對的棘爪25、35結合的軸向位置，在太陽齒輪21配置有內齒傾斜以阻止逆時針方向的旋轉，側面的傾斜的階梯朝太陽齒輪41突出用以阻止逆時針方向的旋轉，在太陽齒輪31配置有內齒傾斜以阻止逆時針方向的旋轉，側面的傾斜的階梯朝太陽齒輪21突出用以阻止順時針方向的旋轉。太陽齒輪21、31被彈簧61a、61b按壓，圍繞直接耦合式導環沈、36接觸，隨著直接耦合式離合器導環26、36軸向搖動向簡易軸方向搖動與直接耦合式離合器環38結合或從直接耦合式離合器環38分離。直接耦合式離合器環38在兩個太陽齒輪31、21之間不能旋轉地結合在行星架33， 並在兩側方向形成有軸向傾斜的階梯，所述階梯結合在太陽齒輪21、31的側面突起，用於阻止太陽齒輪21、31的旋轉。在與太陽齒輪21接觸的側面形成有軸向傾斜的階梯用以阻止太陽齒輪21的逆時針方向的旋轉，在與太陽齒輪31接觸的側面形成有軸向傾斜的階梯用以阻止太陽齒輪31的順時針方向的旋轉。由於直接耦合式引導凸輪面6b為平面狀，因此當直接耦合式離合器分離時，直接耦合式離合器導環26按壓太陽齒輪21，引導太陽齒輪21位於不與直接耦合式離合器環38 結合的位置，在直接耦合式離合器引導凸輪面7b凹陷的位置，直接耦合式離合器導環沈通過彈簧61a的按壓力與太陽齒輪21 —起前進，其結果，直接耦合式離合器環38和太陽齒輪
21結合。由於直接耦合式離合器引導凸輪面6b為平面狀，因此當直接耦合式離合器分離時，直接耦合式離合器導環36按壓太陽齒輪31，引導太陽齒輪31位於不與直接耦合式離合器環38結合的位置，在直接耦合式離合器引導凸輪面7b凹陷的位置，直接耦合式離合器導環36通過彈簧61b的按壓力與太陽齒輪31 —起前進，其結果，直接耦合式離合器環38和太陽齒輪31結合。行星齒輪組件以一個行星齒輪副為基礎能製成為3檔、6檔、9檔、12檔、18檔等各種檔數，作為一實施例，若串列結合輸入側行星齒輪副1-2、輸出側行星齒輪副3-4及2檔行星齒輪5，則可以提供18檔變速檔數的行星齒輪變速器。行星齒輪副1-2、3-4由兩個行星齒輪1、2或3、4構成，一側行星齒輪朝行星齒輪副的輸入側運轉，另一側行星齒輪朝行星齒輪副的輸出側運轉。行星齒輪副的太陽齒輪用作變速控制元件，與環形齒輪一體結合的行星架朝行星齒輪副的輸入側及輸出側運轉。圖5中，輸入側行星齒輪副1-2的輸入行星架13具有通孔，在所述通孔具有支撐並容納太陽齒輪11的突部，分別形成有3個用於容納3個衛星齒輪12的凹槽和支撐衛星齒輪軸四的軸向通孔，在行星架13的一側面的突出的外周面形成有用於結合鏈輪的螺絲， 在內周面形成有圓筒形部件，所述圓筒形部件具有用以容納軸承的通孔。在相反側面形成有用於容納推力軸承27的凹槽。衛星齒輪12被設置為通過由止動環39固定在行星架的3個通孔的衛星齒輪軸四固定在行星架13並與行星架13 —起旋轉，太陽齒輪11是太陽齒輪的側壁支撐在行星架的支撐突起，並與衛星齒輪12嚙合軸向固定在行星架進行旋轉。輸入側行星齒輪副的輸出側行星架23具有用於容納太陽齒輪21的通孔，分別形成有3個用於容納3個衛星齒輪22的凹槽和支撐衛星齒輪軸四的軸向通孔，在一側面形成有與輸出側行星齒輪副3-4的輸入行星架33結合的突起。在相反側形成有用於容納推力軸承27的凹槽。衛星齒輪22被設置為通過由止動環39固定在行星架的3個通孔的衛星齒輪軸四固定在行星架23並與行星架23 —起旋轉，太陽齒輪21是太陽齒輪的側壁通過支撐在推力軸承27的彈簧61a軸向支撐，並與衛星齒輪22嚙合進行旋轉。輸出側環形齒輪M徑向擴張以不能旋轉地結合在輸入行星架13，輸入側環形齒輪14軸向擴張，圍繞輸出側環形齒輪M進行旋轉，由凹凸的突起不能旋轉地結合在從輸出行星架23擴張的輸出行星架適配器23a。推力軸承27設置在輸入行星架13和輸出行星架23之間而保持兩者之間的間隔， 並支撐按壓太陽齒輪21的彈簧。與輸入側行星齒輪副1-2不能旋轉地結合的輸出側行星齒輪副3-4的輸入側行星架33具有用於容納太陽齒輪31的通孔，分別形成有3個用於容納3個衛星齒輪32的凹槽和支撐衛星齒輪軸四的軸向通孔，在一側面形成有突起用以與輸入側行星齒輪副1-2的輸出側行星架23及直接耦合式離合器環38結合。在相反側形成有用於容納推力軸承37的凹槽。衛星齒輪32被設置為通過由止動環39固定在行星架的3個通孔的衛星齒輪軸四固定在行星架33並與行星架33 —起旋轉，太陽齒輪31是太陽齒輪的側壁通過支撐在推力軸承37的彈簧61b軸向支撐，並與衛星齒輪32嚙合進行旋轉。輸出側行星齒輪副3-4的輸出行星架43具有用於支撐並容納太陽齒輪41的通孔，所述通孔具有突起，並分別形成有3個用於容納3個衛星齒輪42的凹槽和支撐衛星齒輪軸四的軸向通孔，在行星架43的一側面為了與2級離合器太陽齒輪51結合而形成有突起。在相反側面形成有用於容納推力軸承37的凹槽。衛星齒輪42被設置為通過由止動環39固定在行星架43的3個通孔的衛星齒輪軸四固定在行星架並與行星架43 —起旋轉，太陽齒輪41是太陽齒輪的側壁支撐在行星架 43的支撐突起，並與衛星齒輪42嚙合軸向固定在行星架43進行旋轉。輸入側環形齒輪34徑向擴張以不能旋轉地結合在輸出行星架43，輸出側環形齒輪44軸向擴張，圍繞輸入側環形齒輪34進行旋轉，由凹凸的突起不能旋轉地結合在從輸入行星架33擴張的輸入行星架適配器33a。推力軸承37設置在輸入行星架33和輸出行星架43之間而保持兩者之間的間隔， 並支撐按壓太陽齒輪31的彈簧。2級變速行星齒輪5作為固定元件可以使用太陽齒輪51和行星架53中的一個，作為輸入元件可以使用太陽齒輪、行星架及環形齒輪，作為輸出元件可以使用環形齒輪和行星架。作為固定元件使用太陽齒輪時，可以選擇減速和直接耦合、加速和直接耦合中的一個來構成，作為固定元件使用行星架時，可以進行減速和直接耦合變速。減速時使用雙衛星齒輪。
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根據圖2進行說明，作為固定元件使用行星架53來構成減速和直接耦合變速，行星架53通過兩側離合器運轉。行星架53在2級變速離合器55和2級直接耦合式離合器 56之間圍繞2級離合器導環57，並具有用於容納衛星齒輪52的凹槽和為了將衛星齒輪52 固定在行星架53的6個軸向通孔。並且，在與殼體10相對的行星架53的側壁形成有傾斜階梯，所述傾斜階梯結合在2級變速離合器55用來阻止行星架的逆時針方向的旋轉，在與輸出側行星齒輪副3-4相對的側壁形成有傾斜階梯，所述傾斜階梯結合在2級直接耦合式離合器56用來阻止2級直接耦合式離合器56的順時針方向的旋轉。而且，行星架53通過受殼體10的支撐的推力軸承59和2級離合器太陽齒輪51固定並保持軸向位置。衛星齒輪52通過衛星齒輪軸四固定在行星架53，並嚙合在2級離合器太陽齒輪 51和環形齒輪M與行星架一起旋轉。2級離合器太陽齒輪51和輸出側行星齒輪副3-4的輸出行星架43互相不能旋轉的結合併支撐行星架53的側壁，圍繞二級直接耦合式離合器56相對不能旋轉地結合併一起旋轉。當二級離合器導環57通過變速軸7的旋轉進行軸向移動時，二級變速離合器55 和二級直接耦合式離合器56 —起軸向移動與行星架53的傾斜突起結合，當二級離合器導銷58c位於1旋轉導槽6dl時，二級直接耦合式離合器56朝行星架53側前進，而結合在二級直接耦合式離合器56，從而行星架53結合在太陽齒輪51而成為一體運轉來實現直接耦合傳遞，二級離合器導銷58c位於2旋轉導槽6d2時，二級變速離合器55朝行星架53側前進而與二級變速離合器55結合，從而行星架53固定在中心軸6，同時進行變速。環形齒輪M相對於變速器的輪轂的所謂殼體10不能旋轉地結合，當從衛星齒輪 52傳遞旋轉力時，殼體10進行旋轉。殼體10，包括殼體主體，圍繞行星齒輪組件並結合在環形齒輪M，具有用於將動力傳遞至輪胎的凸緣；蓋子10a，密封所述殼體以防止異物進入殼體以及將行星齒輪組與外部隔絕。殼體10被軸承18a支撐，所述軸承18a通過固定螺母17a固定在中心軸6，蓋子 IOa被軸承8c支撐，所述軸承8c通過鏈輪9固定在輸入行星架13並進行旋轉，殼體10和
蓋子IOa —起旋轉。圖3示出以可設置在自行車曲柄周邊的方式構成的變速器。變速器的殼體1(Τ接近曲柄而設置，並不能旋轉地設置在框架。曲柄的旋轉力通過鏈輪或皮帶60傳遞至輸入側 9\第5行星齒輪作為固定元件使用太陽齒輪5Γ，太陽齒輪5廠通過兩側離合器運轉，利用單一衛星齒輪進行加速及直接耦合式變速。在變速器的輸出側19通過鏈輪或皮帶61將動力傳遞至後輪。實施例1使用4個行星齒輪，以如表1所示的齒輪結構構成行星齒輪組件。變速軸如表2 的離合器號15、25、35、45列，在周面形成通孔，每個檔以40°的間隔配置，各檔以50°寬度開放。重疊的部分為共有，因此不會影響棘爪的運轉。中心軸如表2的離合器號沈、36列， 在中心軸的周面形成軸向凸輪槽，而每個檔以40°的間隔配置。輸入行星齒輪副是將表2 的離合器號15、25、沈作為一對配置，輸出行星齒輪副是將36、35、45作為一對配置，從2檔到8檔，每個檔的變速增加量從13. 3%增加到13. 8%增加量比較均勻，在兩端增加得較多為29%，變速幅為356% ο表權利要求
1.一種多級變速裝置，其中，包括中心軸，其不能旋轉地設置於框架；輸入部件，其同軸地安裝於所述中心軸，使得輸入部件可以轉動；行星齒輪組件，其與所述輸入部件結合併安裝於所述輪轂，以同軸可旋轉地安裝在所述中心軸，而且將包含太陽齒輪、環形齒輪、行星架、衛星齒輪的行星齒輪並列配置兩組以上，並且相鄰接的兩組行星齒輪的環形齒輪和行星架交叉而不能旋轉地結合構成行星齒輪副；離合器組件，其用於將所述每個太陽齒輪選擇性地與所述環形齒輪、所述行星架、所述衛星齒輪、相鄰接的太陽齒輪或所述中心軸中的至少一個結合或分離；變速軸，其與所述中心軸的同軸設置從而相對於所述中心軸來選擇旋轉方向位置，該變速軸用於使所述離合器組件運轉；輪轂，其圍繞所述行星齒輪組件，同軸地安裝於所述中心軸，使得輪轂可以轉動，根據所述變速軸的旋轉方向位置，對所述輸入部件和所述多級變速裝置的輸出部件之間提供3級以上的齒輪比。
2.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件中，具有多個凹陷的結合面並可與中心軸選擇性地結合的多個太陽齒輪彼此在軸向方向相間隔地配置，形成在所述中心軸的周面並支撐與太陽齒輪選擇性地結合的棘爪的導向槽、被所述導向槽支撐與所述太陽齒輪結合或分離的多個棘爪、形成在變速軸周面的多個變速軸通孔分別配置在對應於所述每個太陽齒輪的軸向空間。
3.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪副是將兩組行星齒輪可旋轉地並列配置在所述中心軸，在包含於所述行星齒輪副的兩個太陽齒輪中，將一個太陽齒輪不能旋轉地結合在所述中心軸，而使另一個太陽齒輪自如地旋轉以1以下的齒輪比和 1以上的齒輪比連接，將所述兩個太陽齒輪結合為一起旋轉，或將一個太陽齒輪和所述行星架結合為一起旋轉同時使另一側太陽齒輪自如地旋轉而串聯(1 1)，在所述行星齒輪副的輸入行星架和輸出行星架之間提供3級齒輪比。
4.根據權利要求3所述的多級變速裝置，其中，在所述行星齒輪副的行星架中的任一個結合第3行星齒輪，構成與1以下的變速比或1以上的變速比中的一個串聯的2級變速比，在所述輸入部件和輸出部件之間提供6級齒輪比。
5.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件，將四組行星齒輪可旋轉地並列配置在所述中心軸，中央的一對行星齒輪將兩個行星架結合為不能互相旋轉， 中央的一對行星齒輪與外側的兩個行星齒輪構成一對行星齒輪副，在所述輸入部件和所述輸出部件之間提供9級齒輪比。
6.根據權利要求5所述的多級變速裝置，其中，所述兩個行星齒輪副將包含於每個所述行星齒輪副的所述兩個太陽齒輪中的一個不能旋轉地結合在所述中心軸而使另一個太陽齒輪自如地旋轉以1以下的齒輪比和1以上的齒輪比連接，將所述兩個太陽齒輪結合為一起旋轉，或將一個太陽齒輪和所述行星架結合為一起旋轉同時使另一側太陽齒輪自如地旋轉而串聯(1 1)，以選擇3級變速比，從而通過兩個行星齒輪副的組合提供9級齒輪比。
7.根據權利要求5所述的多級變速裝置，其中，在所述行星齒輪副的外側行星架中的任一個結合第五行星齒輪，構成與1以下的變速比和1以上的變速比中的一個串聯的2級變速比，在所述輸入部件和輸出部件之間提供18級齒輪比。
8.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述變速軸具備圍繞所述中心軸而旋轉的中空部和形成在外周面的多個徑向通孔，通過所述通孔使所述離合器組件運轉，並且所述變速軸由所述輪轂的外部控制。
9.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述變速軸提供有凸輪，所述凸輪容納於所述中心軸的軸向中空部中，通過穿過形成於所述變速軸的徑向通孔而使所述離合器組件運轉；並且所述凸輪由所述輪轂的外部控制。
10.根據權利要求9所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件，在輪轂內將行星齒輪副可旋轉地並列配置在所述中心軸，在包含於所述行星齒輪副的兩個太陽齒輪中，將一個太陽齒輪不能旋轉地結合在所述中心軸，而將另一個太陽齒輪自如地旋轉以1以下的齒輪比和1以上的齒輪比連接、將所述兩個太陽齒輪結合為一起旋轉、或將一個太陽齒輪和所述行星架結合為一起旋轉同時使另一個太陽齒輪自如地旋轉而串聯提供3級變速比； 在所述行星齒輪副的行星架串聯第三行星齒輪和第四行星齒輪，構成分別串聯在1以下的變速比或1以上的變速比中的一個的2級變速比，從而在所述輸入部件和所述輸出部件之間提供12級齒輪比。
11.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述多級變速裝置設計為3級或6級或9級或12級變速器，通過變速軸的1旋轉選擇各變速器的齒輪比。
12.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述多級變速裝置設計為6級或12級或18級變速器，通過中心軸的2旋轉導向槽和變速軸的2旋轉選擇各變速器的齒輪比。
13.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件的行星齒輪至少包括一個規格不同的太陽齒輪、衛星齒輪及環形齒輪。
14.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪組件的行星齒輪具有規格相同的太陽齒輪、衛星齒輪及環形齒輪。
15.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述行星齒輪副的一側的環形齒輪圍繞另一側的環形齒輪旋轉而與另一側的行星架結合。
16.根據權利要求15所述的多級變速裝置，其中，與一側的環形齒輪不能旋轉地結合的環形齒輪適配器和與另一側的行星架不能旋轉地結合的行星架適配器堅固結合為不能相對旋轉，所述環形齒輪適配器圍繞另一側的環形齒輪旋轉。
17.根據權利要求4或7或10或12所述的多級變速裝置，其中，具有所述2級變速比而結合的所述行星齒輪中，所述行星齒輪的太陽齒輪或行星架或環形齒輪中的一個結合在行星齒輪副的行星架，所述行星齒輪的太陽齒輪或行星架中的一個不能旋轉地結合在中心軸，從而在2級變速比中具有1以下的變速比或1以上的變速比，所述行星齒輪的太陽齒輪和行星架結合成不能相對旋轉，在所述2級變速比中具有直接耦合式變速比。
18.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，所述輪轂不能旋轉地結合在多級變速裝置的輸出部件。
19.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，進一步包括旋轉軸，該旋轉軸沿軸向穿過所述中心軸並可以轉動；齒輪或鏈條或同類連杆，其將所述旋轉軸可旋轉地連接在所述輸入部件。
20.根據權利要求1所述的多級變速裝置，其中，進一步包括旋轉軸，其可旋轉地設置於所述框架；齒輪或鏈條或同類連杆，其將所述旋轉軸可旋轉地連接在所述輸入部件。
21.根據權利要求19或20所述的多級變速裝置，其中，所述輪轂包括 殼體，其可旋轉地圍繞輸入部件和輸出部件且固定於所述框架； 支架，其將所述中心軸固定於所述框架。
22.根據權利要求21所述的多級變速裝置，其中，進一步具備 傘齒輪，安裝於所述輸出側；小齒輪，被支撐於所述殼體，並與所述傘齒輪嚙合進行旋轉。
23.根據權利要求22所述的多級變速裝置，其中，所述小齒輪結合在輸出側以將輸出側的旋轉力傳遞至外部；進一步具備中空軟管，所述中空管結合在所述殼體並圍繞支撐所述小齒輪和輸出側。
全文摘要
本發明涉及一種多級行星齒輪式變速裝置，其中，包括中心軸，其不能旋轉地設置在框架；輸入部件，其同軸地安裝於所述中心軸，以使輸入部件可以轉動；輪轂，其同軸地安裝於所述中心軸，以使輸入部件可以轉動；行星齒輪組件，其與所述輸入部件結合併安裝在所述輪轂，以同軸可旋轉地安裝在所述中心軸，而且將包含太陽齒輪、環形齒輪、行星架、衛星齒輪的行星齒輪並列配置兩組以上，並具有相鄰接的兩組行星齒輪與環形齒輪和行星架交叉而不能旋轉地結合的行星齒輪副；離合器組件，用於將所述每個太陽齒輪選擇性地與所述環形齒輪、所述行星架、所述衛星齒輪、相鄰接的太陽齒輪或所述中心軸中的至少一個結合或分離；變速軸，在所述中心軸的同軸上對於所述中心軸選擇旋轉方向位置，用於使所述離合器組件運轉；根據所述變速軸的旋轉方向位置，對所述輸入部件和輸出部件之間提供3級、6級、9級、12級、18級以上的齒輪比。
文檔編號F16H59/04GK102483137SQ201080031636
公開日2012年5月30日 申請日期2010年5月26日 優先權日2009年5月26日
發明者卞東奐 申請人:卞東奐