本實(shí)用新型屬于行星輪系傳動(dòng)技術(shù)，具體涉及一種基于行星輪系的傳動(dòng)裝置及內(nèi)變速器和變速控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的自行車內(nèi)變速器可應(yīng)用的速比切換方式較單一，通常是采用多級(jí)多聯(lián)行星輪系進(jìn)行串聯(lián)，通過控制中心輪的鎖止和解鎖實(shí)現(xiàn)不同傳動(dòng)比的切換，相鄰行星輪系的傳動(dòng)件之間通過單向離合器連接，只能夠?qū)崿F(xiàn)單向的動(dòng)力傳遞，這樣導(dǎo)致內(nèi)變速器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積大，不利于內(nèi)變速器的推廣應(yīng)用。

根據(jù)行星輪系的傳動(dòng)特性，在作為變速器的傳動(dòng)裝置時(shí)，動(dòng)力的傳遞方向是特定的，即如果將行星輪系的行星架作為動(dòng)力輸入，則將內(nèi)齒圈作為動(dòng)力輸出，反之亦然，這樣的固定傳動(dòng)模式導(dǎo)致了變速器如果要增加擋位，則相應(yīng)地需要增加多級(jí)行星輪系進(jìn)行串聯(lián)。其實(shí)在將同一行星輪系的行星架到內(nèi)齒圈之間的動(dòng)力傳輸方向進(jìn)行調(diào)換后，其速比同樣會(huì)發(fā)生變化，但是目前沒有一種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)行星輪系在行星架和內(nèi)齒圈的動(dòng)力傳輸方向之間實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng)調(diào)速。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用行星輪系作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷，提供一種新型的基于行星輪系的傳動(dòng)裝置及內(nèi)變速器和變速控制方法。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于行星輪系的傳動(dòng)裝置，包括動(dòng)力輸入件、離合器、超越離合組件以及行星輪系、第一動(dòng)力輸出件；所述動(dòng)力輸入件與行星輪系的中心輪同軸設(shè)置，所述行星輪系的第一旋轉(zhuǎn)部件和動(dòng)力輸入件之間通過離合器連接，所述行星輪系的第二旋轉(zhuǎn)部件通過超越離合組件與第一動(dòng)力輸出件連接，所述動(dòng)力輸入組件同時(shí)通過超越離合組件與第二旋轉(zhuǎn)部件連接；所述超越離合組件包括第一單向傳動(dòng)件、保持架及若干滾動(dòng)元件，所述保持架轉(zhuǎn)動(dòng)裝配于第二旋轉(zhuǎn)部件上，所述動(dòng)力輸入件通過第一單向傳動(dòng)件與保持架連接，所述滾動(dòng)元件以超越離合結(jié)構(gòu)的布置方式均勻設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)部件和第一動(dòng)力輸出件之間，所述滾動(dòng)元件之間的第二旋轉(zhuǎn)部件上設(shè)有傳動(dòng)凸起，所述保持架的周向上設(shè)有若干保持塊，將滾動(dòng)元件和傳動(dòng)凸起之間進(jìn)行分隔。

優(yōu)選的，所述滾動(dòng)元件為圓柱或圓球。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力輸入件和行星架之間轉(zhuǎn)動(dòng)裝配，所述離合器滑動(dòng)裝配在動(dòng)力輸入件和行星架之間，所述離合器周向嵌裝在動(dòng)力輸入件上，離合器上設(shè)有若干離合凸塊，對(duì)應(yīng)的行星架周向位置設(shè)有嵌合離合凸塊的離合凹槽。

作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述行星架與第二動(dòng)力輸出件直接傳動(dòng)連接。

作為另一優(yōu)選方案，所述行星架通過第二單向傳動(dòng)件與第一動(dòng)力輸出件連接。

本實(shí)用新型還公開了一種內(nèi)變速器，采用上訴優(yōu)選方案中的基于行星輪系的傳動(dòng)裝置，其中，所述動(dòng)力輸入件為內(nèi)變速器的飛輪座，所述第一動(dòng)力輸出件為內(nèi)變速器花鼓，所述離合器、超越離合組件以及行星輪系裝配在內(nèi)變速器的車軸和內(nèi)變速器殼體上。

優(yōu)選的，所述第一單向傳動(dòng)件和第二單向傳動(dòng)件采用超越離合器。

本實(shí)用新型還公開了使用上述內(nèi)變速器的變速控制方法，包括以下兩種變速模式：

模式一、通過控制離合器將飛輪座和行星輪系的行星架分離，動(dòng)力從飛輪座沿超越離合組件傳遞至內(nèi)齒圈，通過行星輪系將動(dòng)力從行星架傳遞至內(nèi)變速器花鼓輸出；

模式二、通過控制離合器將飛輪座和行星輪系的行星架結(jié)合，動(dòng)力從飛輪座傳遞至行星架，通過行星輪系將動(dòng)力傳遞至內(nèi)齒圈，再通過超越離合組件從內(nèi)變速器花鼓輸出。

進(jìn)一步在上述所述兩種變速模式中，均可通過控制多聯(lián)中心輪的鎖止和解鎖實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速擋位的實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)用新型的有益效果：

(1)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)齒圈既可作為輸入件，也可作為輸出件；

(2)相比較現(xiàn)有技術(shù)的多擋變速器，本實(shí)用新型可減少行星輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)，提高傳動(dòng)效率；

(3)本實(shí)用新型最大限度利用同一行星輪系的傳動(dòng)比，可減小變速器的體積及寬度尺寸，同時(shí)減小變速器重量；

(4)采用本實(shí)用新型的超越離合組件，傳動(dòng)更穩(wěn)、更快，且摩擦很小，花鼓超速時(shí)與內(nèi)部零件分離無摩擦，騎行更潤。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一中應(yīng)用本實(shí)用新型的基于行星輪系的傳動(dòng)裝置的自行車內(nèi)變速器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例一中的飛輪座示意圖。

圖3為實(shí)施例一中的行星架示意圖。

圖4為實(shí)施例一中的飛輪座和行星架之間的離合器軸線動(dòng)作示意圖。

圖5為實(shí)施例一中的飛輪座和行星架之間的離合器裝配示意圖。

圖6為實(shí)施例一中的保持架示意圖。

圖7為實(shí)施例一中的內(nèi)齒圈示意圖。

圖8為實(shí)施例一中的自行車內(nèi)變速器兩種變速傳動(dòng)路線示意圖。

圖9為實(shí)施例一中的內(nèi)變速器在變速模式一中的超越離合組件整體狀態(tài)圖。

圖10為實(shí)施例一中的內(nèi)變速器在變速模式一中的超越離合組件局部示意圖

圖11為實(shí)施例一中的內(nèi)變速器在變速模式二中的超越離合組件整體狀態(tài)圖。

圖12為實(shí)施例一中的內(nèi)變速器在變速模式二中的超越離合組件局部示意圖。

圖13為實(shí)施例二中的保持架示意圖。

圖14為實(shí)施例二中的內(nèi)變速器裝配示意圖，具體表示超越離合組件的裝配方式。

圖15為實(shí)施例三中的內(nèi)齒圈示意圖。

圖16為實(shí)施例三中的內(nèi)變速器裝配示意圖，具體表示超越離合組件的裝配方式。

圖中標(biāo)號(hào)：

1-飛輪座，101-離合器安裝槽，102-第一單向傳動(dòng)件安裝面，

2-超越離合組件，21-保持架，211-保持塊，22-第一單向傳動(dòng)件，23-滾動(dòng)元件，

3-離合器，301-離合凸塊，

4-行星輪系，41-內(nèi)齒圈，411-傳動(dòng)凸起，412-楔形空間，42-行星架，421-離合凹槽，43-行星輪，44-中心輪，

51-花鼓，52-第二動(dòng)力輸出件，53-第二單向傳動(dòng)件，

6-車軸。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

參見圖1，圖示中的內(nèi)變速器為應(yīng)用本實(shí)用新型的基于行星輪系的傳動(dòng)裝置的優(yōu)選實(shí)施方案，具體包括飛輪座1、超越離合組件2、離合器3、行星輪系4、花鼓51和車軸6。

結(jié)合圖2，飛輪座1作為內(nèi)變速器的動(dòng)力輸入件與自行車的動(dòng)力飛輪連接，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在車軸6上，花鼓51作為內(nèi)變速器的動(dòng)力輸出件，分別與作為行星輪系4第一旋轉(zhuǎn)部件的內(nèi)齒圈41、第二旋轉(zhuǎn)部件的行星架42連接，在飛輪座1上分別設(shè)有設(shè)置離合器安裝槽101和第一單向傳動(dòng)件安裝面102，飛輪座1的離合器安裝槽101上通過裝配離合器3與行星輪系4的行星架42連接，行星架42通過第二單向傳動(dòng)件53與花鼓51連接，內(nèi)齒圈41通過超越離合組件2與花鼓51連接，同時(shí)飛輪座1上的第一單向傳動(dòng)件安裝面102通過裝配第一單向傳動(dòng)件22與超越離合組件2連接。

結(jié)合圖3至圖5，行星架42用于安裝行星輪43，同時(shí)通過行星輪43的公轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出。本實(shí)施例中的行星架42一端直接與飛輪座1一端部分空套旋轉(zhuǎn)裝配，離合器3采用圓環(huán)型構(gòu)件滑動(dòng)套裝在車軸上，在離合器3的周向上設(shè)有若干組離合凸塊301，離合凸塊301嵌裝在飛輪座1的離合器安裝槽101中，離合器安裝槽101沿飛輪座1和行星架42空套的端部軸向設(shè)置，離合器3可沿離合器安裝槽101軸向滑移，空套在飛輪座1上的行星架42端部沿周向設(shè)有若干對(duì)應(yīng)離合凸塊301的離合凹槽421，離合器3通過軸向滑移實(shí)現(xiàn)嵌入或脫離離合凹槽421，實(shí)現(xiàn)飛輪座1和行星架42之間的分離和接合。

為減小離合器3的離合凸塊301嵌入行星架42上的離合凹槽421的剛性撞擊，在離合凹槽421的非傳動(dòng)方向的側(cè)面設(shè)置楔面，方便離合凸塊301過渡嵌入以及退出。

離合器3可通過內(nèi)變速器內(nèi)部的換擋控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軸向滑移，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過實(shí)際設(shè)計(jì)要求選用多種常用的軸向滑移離合換擋機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例在此不做贅述。

結(jié)合圖1、圖6和圖7，超越離合組件2包括保持架21、第一單向傳動(dòng)件22以及若干滾動(dòng)元件23，保持架21為筒體構(gòu)件，轉(zhuǎn)動(dòng)裝配于內(nèi)齒圈41上，同時(shí)保持架21通過第一單向傳動(dòng)件22與飛輪座1上的第一單向傳動(dòng)件安裝面102裝配。若干滾動(dòng)元件23以超越離合結(jié)構(gòu)的布置方式均勻設(shè)置在內(nèi)齒圈41和花鼓51內(nèi)壁之間，在滾動(dòng)元件23之間的內(nèi)齒圈41上設(shè)有傳動(dòng)凸起411，保持架21的端面周向上設(shè)有若干保持塊211，保持塊211之間依次形成兩種槽體，其中一種槽體將裝配后的滾動(dòng)元件23形成限位保持，另一種槽體則將傳動(dòng)凸起411對(duì)應(yīng)，使得滾動(dòng)元件23和傳動(dòng)凸起411之間均通過保持塊211進(jìn)行分隔。

關(guān)于滾動(dòng)元件23的超越離合結(jié)構(gòu)布置方式，可參考超越離合器的滾動(dòng)體設(shè)置方式。具體在本實(shí)施例中，在內(nèi)齒圈41與花鼓51內(nèi)壁空套連接的外周上通過斜面設(shè)置若干低位槽，滾動(dòng)元件23裝配在低位槽中，在內(nèi)齒圈41的轉(zhuǎn)速大于花鼓51的轉(zhuǎn)速時(shí)，滾動(dòng)元件23會(huì)在斜面的作用下向上推至與花鼓內(nèi)壁的楔形空間412(如圖12所示)，直至將內(nèi)齒圈41與花鼓51的內(nèi)壁卡緊，形成可靠的動(dòng)力傳遞連接，由內(nèi)齒圈41帶動(dòng)花鼓51轉(zhuǎn)動(dòng)，若花鼓51的轉(zhuǎn)速超過內(nèi)齒圈41，則花鼓51和滾動(dòng)元件23的動(dòng)力傳遞分離失效。

結(jié)合圖8中所示，與飛輪座1單向傳動(dòng)連接的保持架21通過保持塊211和傳動(dòng)凸起411接觸，能夠?qū)?dòng)力傳遞至內(nèi)齒圈41上，飛輪座1與行星架42之間的離合器3分離，此時(shí)動(dòng)力由飛輪座1從內(nèi)齒圈41傳入行星輪系，從行星架42輸出動(dòng)力至花鼓51，即圖8中的動(dòng)力傳遞路線A；若飛輪座1與行星架42之間通過離合器3接合，此時(shí)動(dòng)力由飛輪座1從行星架42傳入行星輪系，當(dāng)固定其中一個(gè)中心輪時(shí)，由于傳動(dòng)比的改變，內(nèi)齒圈41的轉(zhuǎn)速超過連接飛輪座1的保持架21，滾動(dòng)元件23形成超越離合，內(nèi)齒圈41通過滾動(dòng)元件23形成動(dòng)力傳遞連接，由內(nèi)齒圈41傳遞動(dòng)力至花鼓51輸出，即圖8中的動(dòng)力傳遞路線B，此時(shí)內(nèi)齒圈41同樣帶動(dòng)保持塊211同速轉(zhuǎn)動(dòng)，保持架21通過第一單向傳動(dòng)件22超越飛輪座1。當(dāng)中心輪均不固定，處于自由狀態(tài)時(shí)，此時(shí)動(dòng)力由飛輪座1從行星架42輸出動(dòng)力至花鼓51，此時(shí)為直接擋。

保持塊211和滾動(dòng)元件23以及傳動(dòng)凸起411之間的距離設(shè)置，應(yīng)當(dāng)保證滾動(dòng)元件23能夠正常地在內(nèi)齒圈41和花鼓51之間的楔形空間內(nèi)完成超越離合動(dòng)作。當(dāng)離合器與行星架分離時(shí)，保證保持塊211與傳動(dòng)凸起411接觸時(shí)，保持塊211將滾動(dòng)元件23推至內(nèi)齒圈低位槽，與花鼓內(nèi)圈完全分離；當(dāng)離合器與行星架接合時(shí)，內(nèi)齒圈斜面將傳動(dòng)元件23推至與花鼓內(nèi)圈傳動(dòng)連接時(shí)，保持塊211與傳動(dòng)凸起之間保留一定空間。

滾動(dòng)元件23可采用圓柱件或圓球件。

本實(shí)施例中所指的第一單向傳動(dòng)件22及第二單向傳動(dòng)件53均為圓柱體作為滾動(dòng)體的單向超越離合器，但還可采用其他具備單向超越功能的傳動(dòng)件。

在本實(shí)施例的內(nèi)變速器應(yīng)用中，內(nèi)齒圈41和行星架42分別與花鼓51連接，其中內(nèi)齒圈41通過超越離合組件2與花鼓51連接，行星架42通過第二單向傳動(dòng)件53與花鼓51連接，花鼓51的內(nèi)壁可設(shè)置襯套分別與內(nèi)齒圈41和行星架42連接。另外，在作為基于行星輪系的傳動(dòng)裝置中，內(nèi)齒圈41與花鼓51(第一動(dòng)力輸出件)連接，行星架42還可與第二動(dòng)力輸出件52直接傳動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置的分動(dòng)輸出。在應(yīng)用本實(shí)用新型基于行星輪系的傳動(dòng)裝置在其他傳動(dòng)機(jī)械中時(shí)，可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的不同，將行星輪系的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)部件(主要是行星架和內(nèi)齒圈)與動(dòng)力輸入件的連接方式進(jìn)行調(diào)換。

以下結(jié)合圖4、圖8以及圖9-12，對(duì)本實(shí)施例的內(nèi)變速的變速控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實(shí)施例的內(nèi)變速器根據(jù)與輸出件的連接分為行星架輸出(A)和內(nèi)齒圈輸出(B)兩種模式。

在A模式中，將圖4中的離合器3通過離合器控制機(jī)構(gòu)(圖中未示出)向右軸向移動(dòng)，將飛輪座1和行星架42之間分離，此時(shí)飛輪座1的動(dòng)力通過第一單向傳動(dòng)件22傳遞至保持架21，通過保持塊211推動(dòng)內(nèi)齒圈41上的傳動(dòng)塊411，傳遞動(dòng)力至內(nèi)齒圈41，此時(shí)保持塊211將傳動(dòng)元件23推至內(nèi)齒圈低位槽，與花鼓內(nèi)圈分離，內(nèi)齒圈無法通過傳動(dòng)元件23將動(dòng)力傳遞至花鼓，動(dòng)力從內(nèi)齒圈41進(jìn)入行星輪系，通過傳動(dòng)后從行星架42輸出，行星架42通過第二單向傳動(dòng)件53傳遞動(dòng)力至花鼓51，如圖9和圖10所示。

在B模式中，將圖4中的離合器3通過離合器控制機(jī)構(gòu)(圖中未示出)向左軸向移動(dòng)，將飛輪座1和行星架42之間接合，當(dāng)中心輪均不固定，處于自由狀態(tài)時(shí)，此時(shí)動(dòng)力由飛輪座1從行星架42輸出動(dòng)力至花鼓51，此時(shí)為直接擋；當(dāng)固定其中一個(gè)中心輪時(shí)，動(dòng)力由飛輪座1從行星架42輸入，通過傳動(dòng)后從內(nèi)齒圈41輸出，內(nèi)齒圈41的轉(zhuǎn)速超過行星架的轉(zhuǎn)速，此時(shí)內(nèi)齒圈41和花鼓51之間滾動(dòng)體進(jìn)入楔形空間412，將內(nèi)齒圈41和花鼓51之間頂緊連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力從花鼓51輸出，花鼓51的轉(zhuǎn)速超越行星架42，第二單向傳動(dòng)件53失效。

本實(shí)施例中的行星輪系4中的行星輪43及中心輪44均可采用多聯(lián)齒輪，通過兩個(gè)以上的齒輪速比調(diào)整，實(shí)現(xiàn)A模式和B模式中的變速擋位疊加。具體關(guān)于多聯(lián)齒輪行星輪系的中心輪切換控制為內(nèi)變速器常用的變速換擋技術(shù)，本實(shí)施例不對(duì)其進(jìn)行贅述。

實(shí)施例2

參見圖13和圖14，本實(shí)施例中的離合超越組件的保持架21上設(shè)置的保持塊211所在的圓周軌跡設(shè)置在保持架21的外圓周上，同時(shí)保持架21的內(nèi)圈直接通過第一單向傳動(dòng)件22與飛輪座1連接，保持塊211所在的圓周軌跡與第一單向傳動(dòng)件22位于同一軸向位置上，保持架21的橫截面為凹形，內(nèi)齒圈41采用實(shí)施例一圖7所示，保持架21的凹形圓周槽與內(nèi)齒圈41端部通過滾動(dòng)元件轉(zhuǎn)動(dòng)嵌合裝配。這樣的設(shè)置縮減了保持架21的軸向長度，有利于減小其應(yīng)用的內(nèi)變速器長度尺寸。

實(shí)施例3

參見圖15和圖16，本實(shí)施例中的離合超越組件的內(nèi)齒圈42上設(shè)置的傳動(dòng)凸起411所在的圓周軌跡設(shè)置在內(nèi)齒圈的內(nèi)齒外圓周上，保持架21采用實(shí)施例一圖6中所示的結(jié)構(gòu)，可直接將超越離合組件設(shè)置在內(nèi)齒圈與行星輪嚙合的區(qū)域，有利于減小其應(yīng)用的內(nèi)變速器長度尺寸。

本實(shí)用新型所涉及的內(nèi)容不限定于上述實(shí)施例，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實(shí)用新型精神和范圍內(nèi)，在其他場(chǎng)合對(duì)本實(shí)用新型所作出的各種應(yīng)用，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。同時(shí)，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本實(shí)用新型方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。