專利名稱：外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種自行車中軸驅(qū)動機構(gòu)，尤其是一種外嚙合行星齒輪鏈傳動變
速自行車驅(qū)動機構(gòu)。
技術(shù)背景 目前，自行車仍為大多數(shù)中國人的交通代步工具，多年來生產(chǎn)銷售的成人和兒童 自行車仍采用的是單級鏈傳動或改變鏈條與鏈輪嚙合位置實現(xiàn)的變速傳動方式，中軸直接 與鏈輪連接形成驅(qū)動主動構(gòu)件，由于其采用的是單級鏈傳動，其速度的提高受到一定的限 制；改變鏈條與鏈輪嚙合位置實現(xiàn)多級變速的結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜且適用性差
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了克服現(xiàn)有單級鏈傳動自行車速度不可變且驅(qū)動力較 大的缺陷，而提供一種外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，可實現(xiàn)上坡低速驅(qū)動 力小，坦途常力驅(qū)動較原結(jié)構(gòu)單級鏈驅(qū)動的速度明顯提高。 本實用新型的技術(shù)方案 外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)包括中軸以及設(shè)置在中軸上的鏈 輪，中軸上還設(shè)有增速裝置，其特征在于 a、中軸上設(shè)有三個連接裝置，中軸外面設(shè)有變速套間隙配合，變速套上設(shè)有與連 接裝置相對應(yīng)的連接孔，在變速套外側(cè)的中軸上設(shè)有鎖緊螺母； b、變速套外面設(shè)有鏈輪，鏈輪內(nèi)孔圓周上設(shè)有一組連接孔與連接裝置連接，在鏈 輪的徑向上設(shè)有一組等距軸孔；在鏈輪的一側(cè)設(shè)有一組軸行星齒輪，每個軸行星齒輪的軸 與對應(yīng)的通孔配合，該組軸行星齒輪共同與固定齒輪套嚙合，固定齒輪套與中軸間隙配合， 構(gòu)成低速自行車驅(qū)動機構(gòu)； c、在鏈輪的另一側(cè)設(shè)有一組行星齒輪，每個行星齒輪分別與對應(yīng)的軸行星齒輪的
軸固定連接，該組行星齒輪共同與中心齒輪嚙合，中心齒輪與變速套間隙配合，中心齒輪內(nèi)
孔圓周上設(shè)有一組連接孔與中軸上的連接裝置連接，構(gòu)成中速自行車驅(qū)動機構(gòu)； d、在每個行星齒輪的另一側(cè)串聯(lián)一個行星齒輪，每個行星齒輪分別與對應(yīng)的軸行
星齒輪的軸固定連接，該組行星齒輪共同與中心齒輪嚙合，中心齒輪與變速套間隙配合，中
心齒輪內(nèi)孔圓周上設(shè)有一組連接孔與中軸上的連接裝置連接，構(gòu)成高速自行車驅(qū)動機構(gòu)。 在上述的主要技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可以增加以下進一步完善的技術(shù)方案 所述的一組軸行星齒輪可為兩個或兩個以上的軸行星齒輪，所述的行星齒輪、行
星齒輪與軸行星齒輪數(shù)目相同。 所述的三個連接裝置，在中軸的軸向上相鄰的兩個連接裝置間距5 25mm，在徑 向上其相鄰的兩個連接裝置的夾角為60 120° ，所述的連接裝置由絲彈簧、棘爪構(gòu)成， 中軸上設(shè)有棘爪槽，棘爪槽內(nèi)設(shè)有沉槽，棘爪槽內(nèi)設(shè)有棘爪與沉槽內(nèi)的絲彈簧連接；所述的 連接裝置由彈簧、徑向滑鍵構(gòu)成，中軸上設(shè)有徑向鍵槽，徑向鍵槽內(nèi)設(shè)有彈簧與徑向滑鍵連接。 所述的變速套外側(cè)設(shè)有變速操縱擋板。 在鏈輪與軸行星齒輪、行星齒輪之間設(shè)有滾珠，在鏈輪與中心齒輪外嚙合行星齒輪、鏈傳動自行車驅(qū)動機構(gòu)的相關(guān)設(shè)計計算[0015] 1、常人的功率粗略測算 1)、以65kg質(zhì)量的常人上樓測算一般樓梯一臺階高度為180mm，設(shè)1秒上一臺階，則常人的功率為P = mgh/s = 65X9. 8X0. 18/1 = 114. 66W 2)、以常人雙腳以固定驅(qū)動力驅(qū)動自行車曲臂一周測算一般左右兩腳的各半周驅(qū)動力為250N——300N，設(shè)驅(qū)動力大小、方向均不變并取值250N，按輸入驅(qū)動1轉(zhuǎn)/1. 5秒，驅(qū)動力臂隨轉(zhuǎn)動角度而變化，最大設(shè)為0. 2米，常人的功率應(yīng)為
P= (2 / — /2Md 9 ) /s= (2 J" :FLcos 0 d 0 ) /s = (2 / — /2250 X0. 2 X cos 0 d 9 ) 由以上兩種粗略測算可取常人的功率P = 120W。[0020] 2、常人騎行自行車的平均驅(qū)動力矩M計算[0021 ]m = p/w = p. s/小=120. 1. 5/2 Ji = 28. 66N. m。 不計功率損失，由本設(shè)計的總傳動比i = 4. 4的速度計算(即主驅(qū)動轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，自行車后輪轉(zhuǎn)4. 4轉(zhuǎn)) V = 26X25. 4X3. 14X40X4. 4X60/1000 = 21. 90km/h(達到電動車的國家限制速度標(biāo)準(zhǔn))。 3、自行車后輪驅(qū)動力矩的三種計算理論驗證[0025] 1)、后輪的轉(zhuǎn)動角速度計算[0026] " = 4. 4X6. 28/1. 5 = 18. 42rad/s ;[0027] 2)、后輪中心的速度計算V = 26X25. 4X3. 14X40X4. 4X60/1000/3600 = 6. 08m/s。 3)、自行車的平動驅(qū)動力計算 F = P/V = 120/6. 08 = 19. 72N。 4)、自行車后輪的驅(qū)動力偶矩計算M = FXR = 19. 72X (26X25. 4/2/1000) = 6. 5N. m。 5)、自行車后輪的驅(qū)動力偶矩另法計算 M = P/ w = 120/18. 42 = 6. 5N. m。 6)、自行車后輪的滾動阻力偶矩的計算 設(shè)騎行人質(zhì)量80Kg則地面作用在兩輪上的力應(yīng)為80X9. 8N，查得輪胎與路面的滾動摩擦系數(shù)S = 2-10，考慮路面和輪胎的不利因素(路面較軟或輪胎充氣不足)，取值S = 8，則兩輪的滾動阻力偶矩M = 80X9. 8X10/1000 = 6. 27N. m。[0037] 由4) 、5) 、6)三種計算方法結(jié)果完全一致，說明其驅(qū)動設(shè)計是完全可行的。[0038] 4、齒輪模數(shù)的設(shè)計由本設(shè)計的行星輪系的傳動比為4，則該齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩為平均驅(qū)動力矩的1/4——即位28. 66/4 = 7. 165N. m。 由 模數(shù) 的機械設(shè)計 公式 <formula>formula see original document page 5</formula>[0040] 從加工工藝角度考慮取m = 1. 5mm。 本實用新型的有益效果是可實現(xiàn)單級固定鏈輪變速驅(qū)動；使主、從鏈輪的傳動比
增大，并使主、從鏈輪的驅(qū)動半徑分別減少和增大，以實現(xiàn)快速、輕便功能；各構(gòu)件間的相對
運動考慮采用滾動摩擦結(jié)構(gòu)，可有效減小傳動中的功率損失；外嚙合行星齒輪鏈傳動自行
車驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。 本實用新型的
圖1為本實用新型的主視附圖； 圖2為本實用新型的連接裝置實施例一 ； 圖3為本實用新型的連接裝置實施例二。 圖中1.行星齒輪，2.行星齒輪，3.中心齒輪，4.中軸，5.鎖緊螺母，6.變速套，7.中心齒輪，8.平鍵，9.螺釘，IO.變速操縱擋板，ll.鏈輪，12.軸行星齒輪，13.滾針軸承，14.滾子，15.固定齒輪套，16.徑向滑鍵，17.彈簧，IS.絲彈簧，19.棘爪。
m》12.具體實施方式實施例一 如圖1所示，外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，包括中軸4，中軸為臺階軸，軸上設(shè)有螺紋和三個徑向鍵槽，相鄰的兩個鍵槽在中軸的軸向上有10mm左右的距離、在徑向上有90。的夾角，每個徑向鍵槽內(nèi)設(shè)有一個彈簧17以及與彈簧相連的徑向滑鍵16，中軸上樞置一個變速套6，變速套上設(shè)有三個與徑向滑鍵相配合的連接孔，變速套上樞置一個鏈輪ll，鏈輪與變速套間隙配合并可相對轉(zhuǎn)動，如圖2所示，鏈輪內(nèi)孔圓周上均勻設(shè)有八個連接孔與徑向滑鍵相配合，在鏈輪的等徑圓周上均勻設(shè)有兩個軸孔，在鏈輪一側(cè)設(shè)有兩個軸行星齒輪12，每個軸行星齒輪上設(shè)有一軸桿與軸孔通過滾針軸承13配合連接，兩個軸行星齒輪共同與固定齒輪套15嚙合，固定齒輪套設(shè)有軸向套筒，套筒上設(shè)有與自行車五通連接的螺紋接口，固定齒輪套與中軸4通過滾珠轉(zhuǎn)動配合；在鏈輪的另一側(cè)設(shè)有兩個行星齒輪l，每個行星齒輪分別與一個軸行星齒輪的軸桿通過平鍵8連接，兩個行星齒輪共同與中心齒輪7嚙合，中心齒輪樞置在變速套上，中心齒輪7內(nèi)孔圓周上均勻設(shè)有八個連接孔與徑向滑鍵16相配合，每個行星齒輪的另一側(cè)串聯(lián)一個行星齒輪2，該行星齒輪分別與相應(yīng)的軸行星齒輪12的軸桿通過螺釘9與平鍵8固定連接，兩個行星齒輪2共同與中心齒輪3嚙合，中心齒輪3樞置在變速套6上，中心齒輪與變速套間隙配合并可相對轉(zhuǎn)動，中心齒輪3內(nèi)孔圓周上均勻設(shè)有八個連接孔與徑向滑鍵16相配合，在變速套外側(cè)的中軸上設(shè)有鎖緊螺母5，變速套外側(cè)還設(shè)有變速操縱擋板IO，變速操縱擋板與變速套通過螺釘固定連接。 外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)的變速過程為通過腳踏轉(zhuǎn)動變速操縱擋板可使變速套處于不同周向位置，以使中軸通過其上不同位置的徑向滑鍵與行星輪架、變速套或與不同中心齒輪、變速套實現(xiàn)互鎖固定連接形成構(gòu)件以達到變速目的，當(dāng)用腳踏轉(zhuǎn)動變速操縱擋板IO，使處于中軸與變速套間的徑向滑鍵16嵌入鏈輪11的連接孔中時為低速驅(qū)動，同時，其它兩位置的徑向滑鍵被變速套壓入中軸的徑向鍵槽；再踏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動變速 操縱擋板90°使處于中軸與變速套間的徑向滑鍵16嵌入一中心齒輪7的連接孔中時為高 速驅(qū)動；再次踏轉(zhuǎn)變速操縱擋板90°使處于中軸與變速套間的徑向滑鍵16嵌入另一中心 齒輪3的連接孔中時為中速驅(qū)動。 實施例二 如圖l所示，外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，包括中軸4，中軸為臺 階軸，軸上設(shè)有螺紋和三處棘爪槽，每個棘爪槽內(nèi)設(shè)有一個沉槽，相鄰的兩個棘爪槽在中軸 的軸向上有15mm左右的距離、在徑向上有120°的夾角，棘爪槽內(nèi)設(shè)有棘爪19與沉槽內(nèi)的 絲彈簧18連接，中軸上樞置一個變速套6，變速套上設(shè)有三個與棘爪相配合的連接孔，變速 套上樞置一個鏈輪ll，如圖3所示，鏈輪內(nèi)孔圓周上均勻設(shè)有四個連接孔與棘爪相配合，在 鏈輪的等徑圓周上均勻設(shè)有三個軸孔，在鏈輪一側(cè)設(shè)有三個軸行星齒輪12，每個軸行星齒 輪上設(shè)有一軸桿與軸孔通過滾針軸承13配合連接，三個軸行星齒輪共同與固定齒輪套15 嚙合，固定齒輪套設(shè)有軸向套筒，套筒上設(shè)有與自行車五通連接的螺紋接口，固定齒輪套與 中軸通過滾珠轉(zhuǎn)動配合；在鏈輪的另一側(cè)設(shè)有三個行星齒輪l，每個行星齒輪1分別與一個 軸行星齒輪的軸桿通過平鍵8連接，三個行星齒輪共同與中心齒輪7嚙合，中心齒輪7樞置 在變速套上，中心齒輪與變速套間隙配合并可相對轉(zhuǎn)動，中心齒輪內(nèi)孔圓周上均勻設(shè)有四 個連接孔與棘爪19相配合，每個行星齒輪1的另一側(cè)串聯(lián)一個行星齒輪2，該行星齒輪2與 相應(yīng)的軸行星齒輪的軸桿通過螺釘9與平鍵8固定連接，三個行星齒輪2共同與中心齒輪 3嚙合，中心齒輪樞置在變速套上，中心齒輪3內(nèi)孔圓周上均勻設(shè)有四個連接孔與棘爪相配 合，在變速套外側(cè)的中軸上設(shè)有鎖緊螺母5，變速套外側(cè)還設(shè)有變速操縱擋板IO，變速操縱 擋板與變速套通過螺釘固定連接。 在鏈輪與軸行星齒輪、行星齒輪、中心齒輪之間設(shè)有滾子14。 三速外嚙合行星齒輪、鏈傳動自行車驅(qū)動機構(gòu)的變速過程為通過腳踏轉(zhuǎn)動變速 操縱擋板可使變速套處于不同周向位置，以使中軸通過其上不同位置的棘爪與行星輪架、 變速套或與不同中心齒輪、變速套實現(xiàn)互鎖固定連接形成構(gòu)件以達到變速目的，當(dāng)用腳踏 轉(zhuǎn)變速操縱擋板10，使處于中軸4與變速套6間的棘爪19嵌入鏈輪11的連接孔中時為低速 驅(qū)動，同時，其它兩位置的棘爪被變速套壓入中軸的棘爪槽內(nèi)；再當(dāng)踏轉(zhuǎn)速操縱擋板120° 使處于中軸與變速套間的棘爪19嵌入一中心齒輪7的連接孔中時為高速驅(qū)動；再次踏轉(zhuǎn)變 速操縱擋板120。使處于中軸與變速套間的棘爪19嵌入另一中心齒輪3的連接孔中時為中 速驅(qū)動。 外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)的固定齒輪套15設(shè)有軸向套筒，套 筒上設(shè)有與自行車中軸套筒連接的外螺紋接口 ，使其旋合固定在中軸套筒端，固定齒輪套 與中軸間形成轉(zhuǎn)動副，分別通過直接驅(qū)動，鏈輪或驅(qū)動中軸上的不同中心齒輪及與其嚙合 的行星齒輪構(gòu)件將其運動傳至鏈輪，通過鏈條從而帶動自行車后輪上的鏈輪轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)自 行車的不同速的驅(qū)動前行。
權(quán)利要求外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，包括中軸(4)以及設(shè)置在中軸上的鏈輪(11)，中軸上還設(shè)有增速裝置，其特征在于a、中軸(4)上設(shè)有三個連接裝置(16)，中軸上樞置變速套(6)，變速套上設(shè)有與連接裝置相對應(yīng)的連接孔，在變速套外側(cè)的中軸上設(shè)有鎖緊螺母(5)；b、變速套上樞置鏈輪(11)，鏈輪內(nèi)孔圓周上設(shè)有一組連接孔與連接裝置(16)配合，在鏈輪的徑向上設(shè)有一組等距軸孔；在鏈輪的一側(cè)設(shè)有一組軸行星齒輪(12)，每個軸行星齒輪的軸與對應(yīng)的軸孔配合，該組軸行星齒輪共同與固定齒輪套(15)嚙合，固定齒輪套與中軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，構(gòu)成低速自行車驅(qū)動機構(gòu)；c、在鏈輪的另一側(cè)設(shè)有一組行星齒輪(1)，每個行星齒輪分別與對應(yīng)的軸行星齒輪的軸固定連接，該組行星齒輪共同與中心齒輪(3)嚙合，中心齒輪樞置在變速套上，中心齒輪內(nèi)孔圓周上設(shè)有一組連接孔與連接裝置配合，構(gòu)成中速自行車驅(qū)動機構(gòu)；d、在每個行星齒輪的另一側(cè)串聯(lián)設(shè)有一個行星齒輪(2)，每個行星齒輪(2)分別與對應(yīng)的軸行星齒輪的軸固定連接，該組行星齒輪(2)共同與中心齒輪(7)嚙合，中心齒輪樞置在變速套上，中心齒輪內(nèi)孔圓周上設(shè)有一組連接孔與連接裝置配合，構(gòu)成高速自行車驅(qū)動機構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的一組軸行星齒輪可為兩個或兩個以上的軸行星齒輪(12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的行星齒輪(1)、行星齒輪(2)與軸行星齒輪(12)數(shù)目相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于 所述的三個連接裝置(16)，在中軸的軸向上相鄰的兩個連接裝置間距5 25mm，在徑向上 相鄰的兩個連接裝置的夾角為60 120。。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在 于所述的連接裝置由彈簧(18)、徑向滑鍵(17)構(gòu)成，中軸上設(shè)有徑向鍵槽，徑向鍵槽內(nèi)設(shè) 有彈簧，彈簧與徑向滑鍵連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在 于所述的連接裝置由絲彈簧(19)、棘爪(20)構(gòu)成，中軸上設(shè)有棘爪槽，棘爪槽內(nèi)設(shè)有沉 槽，棘爪槽內(nèi)設(shè)有棘爪與沉槽內(nèi)的絲彈簧連接。
7 . 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在 于在鏈輪與軸行星齒輪、行星齒輪、中心齒輪之間設(shè)有滾子(14)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于變速套外側(cè)還設(shè)有變速操縱擋板(10)。
專利摘要本實用新型外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)，包括中軸(4)以及設(shè)置在中軸上的鏈輪(11)，中軸上還設(shè)有增速裝置，其特征在于中軸上設(shè)有變速機構(gòu)，變速機構(gòu)由連接裝置、固定齒輪套(15)、鏈輪(11)、軸行星齒輪(12)、行星齒輪(1)(2)、中心輪(3)(7)、變速套(6)構(gòu)成。本實用新型的有益效果是可實現(xiàn)單級固定鏈輪變速驅(qū)動；使主、從鏈輪的傳動比增大，并使主、從鏈輪的驅(qū)動半徑分別減少和增大，以實現(xiàn)快速、輕便功能；各構(gòu)件間的相對運動考慮采用滾動摩擦結(jié)構(gòu)，可有效減小傳動中的功率損失；外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。
文檔編號B62M11/14GK201530457SQ200920187440
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者趙成會 申請人:趙成會