專利名稱：外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自行車中軸驅動機構，尤其是一種外嚙合行星齒輪鏈傳動 變速自行車驅動機構。
背景技術：
目前，自行車仍為大多數中國人的交通代步工具，多年來生產銷售的成人 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的變速傳 動方式，中軸直接與鏈輪連接形成驅動主動構件，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多級變速的結構 略顯復雜且適用性差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服現有單級鏈傳動自行車速度不可變且驅動力較 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動機構，可實現上 坡低驅動力小，坦途常力驅動較原結構單級鏈驅動的速度明顯提高。
本發(fā)明的技術方案
外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構包括中軸以及設置在中軸上 的鏈輪，中軸上還設有增速裝置，其特征在于
a、 中軸上設有三個連接裝置，中軸外面設有變速套間隙配合，變速套上設 有與連接裝置相對應的連接孔，在變速套外側的中軸上設有鎖緊螺母；
b、 變速套外面設有鏈輪，鏈輪內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置連接， 在鏈輪的徑向上設有一組等距軸孔；在鏈輪的一側設有一組軸行星齒輪，每個 軸行星齒輪的軸與對應的通孔配合，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，構成低速自行車驅動機構；
c、 在鏈輪的另一側設有一組行星齒輪，每個行星齒輪分別與對應的軸行星 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，中心齒輪內孔圓周上設有一組連接孔與中軸上的連接裝置連接，構成 中速自行車驅動機構；
d、 在每個行星齒輪的另一側串聯一個行星齒輪，每個行星齒輪分別與對應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，中心齒輪內孔圓周上設有一組連接孔與中軸上的連接裝置連 接，構成高速自行車驅動機構。
在上述的主要技術方案的基礎上，可以增加以下進一步完善的技術方案 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、棘爪構成，中軸上設有棘爪槽，棘爪槽內設有沉槽，棘爪槽內設有棘爪與 沉槽內的絲彈簧連接；所述的連接裝置由彈簧、徑向滑鍵構成，中軸上設有徑
向鍵槽，徑向鍵槽內設有彈簧與徑向滑鍵連接。 所述的變速套外側設有變速操縱擋板。
在鏈輪與軸行星齒輪、行星齒輪之間設有滾珠，在鏈輪與中心齒輪外嚙合 行星齒輪、鏈傳動自行車驅動機構的相關設計計算
1、 常人的功率粗略測算
1) 、以65kg質量的常人上樓測算 一般樓梯一臺階高度為180mrn，設l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動力驅動自行車曲臂一周測算 一般左右兩腳的 各半周驅動力為250N~—300N,設驅動力大小、方向均不變并取值250N，按輸入 驅動1轉/1. 5秒，驅動力臂隨轉動角度而變化，最大設為0.2米，常人的功率應為: P= (2 / _ /2Md 0 ) /s= (2 / _ /2FLcos e d e ) /s = (2 / 二/2/2250 X 0. 2 X cos 9 d 9 ) /1. 5=133. 33W ;
由以上兩種粗略測算可取常人的功率P=120W。
2、 常人騎行自行車的平均驅動力矩M計算 M=p/w=p . s/ (i> =120 . 1. 5/2 =28. 66N . m。
不計功率損失，由本設計的總傳動比1=4.4的速度計算(即主驅動轉一轉， 自行車后輪轉4.4轉)
5V=26 X 25. 4 X 3. 14 X 40 X 4. 4 X 60/1000=21. 90km/h (達到電動車的國家限 制速度標準)。
3、 自行車后輪驅動力矩的三種計算理論驗證
1) 、后輪的轉動角速度計算 co=4. 4X6. 28/1. 5=18. 42rad/s;
2) 、后輪中心的速度計算
V= 26 X 25. 4 X 3. 14 X 40 X 4. 4 X 60/1000/3600=6. 08m/s 。
3) 、自行車的平動驅動力計算 F=P/V=120/6. 08二19. 72N。
4) 、自行車后輪的驅動力偶矩計算 M=FXR=19. 72X (26X25.4/2/1000) =6. 5N. m。
5) 、自行車后輪的驅動力偶矩另法計算 M=P/o) =120/18. 42=6. 5N. m。
6) 、自行車后輪的滾動阻力偶矩的計算
設騎行人質量80Kg則地面作用在兩輪上的力應為80X9. 8N，査得輪胎與路 面的滾動摩擦系數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1^80X9. 8X10/1000=6. 27 N. m。
由4)、 5)、 6)三種計算方法結果完全一致，說明其驅動設計是完全可行的。
4、 齒輪模數的設計由本設計的行星輪系的傳動比為4，則該齒輪的傳遞 轉矩為平均驅動力矩的1/4——即位28. 66/4=7. 165 N.丐。_
由模數的機械設計公式m》12.1」^.^=12. 1 L .i =0. 95mm
從加工工藝角度考慮取m=1.5ram。
本發(fā)明的有益效果是可實現單級固定鏈輪變速驅動；使主、從鏈輪的傳動 比增大，并使主、從鏈輪的驅動半徑分別減少和增大，以實現快速、輕便功能; 各構件間的相對運動考慮采用滾動摩擦結構，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動機構結構簡單，易于加工制造。
本發(fā)明的


6圖1為本發(fā)明的主視附圖2為本發(fā)明的連接裝置實施例一；
圖3為本發(fā)明的連接裝置實施例二。
圖中l(wèi).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，18.絲彈簧，19.棘爪。
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動機構，包括中軸4，中 軸為臺階軸，軸上設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，每個徑向鍵槽內設有一個彈簧 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11，鏈輪與變速套間隙 配合并可相對轉動，如圖2所示，鏈輪內孔圓周上均勻設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有兩個軸孔，在鏈輪一側設有兩個軸 行星齒輪12，每個軸行星齒輪上設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，固定齒輪套設有軸向套筒，套筒上 設有與自行車五通連接的螺紋接口，固定齒輪套與中軸4通過滾珠轉動配合；
在鏈輪的另一側設有兩個行星齒輪1，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內孔圓周上均勻設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串聯一個行星齒輪2，該行星齒輪分別與相應的軸行星齒輪 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動， 中心齒輪3內孔圓周上均勻設有八個連接孔與徑向滑鍵16相配合，在變速套外 側的中軸上設有鎖緊螺母5，變速套外側還設有變速操縱擋板10，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動機構的變速過程為通過腳踏轉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、變速套實現互鎖固定連接形成
構件以達到變速目的，當用腳踏轉動變速操縱擋板10，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；再踏轉轉動變速操縱擋板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動；再次 踏轉變速操縱擋板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動。 實施例二
如圖1所示，外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸4，中 軸為臺階軸，軸上設有螺紋和三處棘爪槽，每個棘爪槽內設有一個沉槽，相鄰 的兩個棘爪槽在中軸的軸向上有15imn左右的距離、在徑向上有120。的夾角， 棘爪槽內設有棘爪19與沉槽內的絲彈簧18連接，中軸上樞置一個變速套6，變 速套上設有三個與棘爪相配合的連接孔，變速套上樞置一個鏈輪11，如圖3所 示，鏈輪內孔圓周上均勻設有四個連接孔與棘爪相配合，在鏈輪的等徑圓周上 均勻設有三個軸孔，在鏈輪一側設有三個軸行星齒輪12，每個軸行星齒輪上設 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，固定齒輪套設有軸向套筒，套筒上設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動配合；在鏈輪的另一側設有三個行星齒輪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 合并可相對轉動，中心齒輪內孔圓周上均勻設有四個連接孔與棘爪19相配合， 每個行星齒輪1的另一側串聯一個行星齒輪2，該行星齒輪2與相應的軸行星齒 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內孔圓周上均勻設有四個連接孔與 棘爪相配合，在變速套外側的中軸上設有鎖緊螺母5，變速套外側還設有變速操 縱擋板10，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、中心齒輪之間設有滾子14。 三速外嚙合行星齒輪、鏈傳動自行車驅動機構的變速過程為通過腳踏轉
8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、變速套實現互鎖固定連接形成構
件以達到變速目的，當用腳踏轉變速操縱擋板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動，同時，其它兩位置的棘爪被 變速套壓入中軸的棘爪槽內；再當踏轉速操縱擋板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動；再次踏轉變速操縱擋板 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 速驅動。
外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構的固定齒輪套15設有軸向套 筒，套筒上設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動副，分別通過直接驅動，鏈輪或驅動中軸 上的不同中心齒輪及與其嚙合的行星齒輪構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動以實現自行車的不同速的驅動前行。
權利要求
1、外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸(4)以及設置在中軸上的鏈輪(11)，中軸上還設有增速裝置，其特征在于a、中軸(4)上設有三個連接裝置(16)，中軸上樞置變速套(6)，變速套上設有與連接裝置相對應的連接孔，在變速套外側的中軸上設有鎖緊螺母(5)；b、變速套上樞置鏈輪(11)，鏈輪內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置(16)配合，在鏈輪的徑向上設有一組等距軸孔；在鏈輪的一側設有一組軸行星齒輪(12)，每個軸行星齒輪的軸與對應的軸孔配合，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成轉動副，構成低速自行車驅動機構；c、在鏈輪的另一側設有一組行星齒輪(1)，每個行星齒輪分別與對應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，中心齒輪內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置配合，構成中速自行車驅動機構；d、在每個行星齒輪的另一側串聯設有一個行星齒輪(2)，每個行星齒輪(2)分別與對應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，中心齒輪內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置配合，構成高速自行車驅動機構。
2、 根據權利要求l所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，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、 根據權利要求2所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，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)數目相同。
4、 根據權利要求l所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，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、 根據權利要求1或4所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構， 其特征在于所述的連接裝置由彈簧(18)、徑向滑鍵(17)構成，中軸上設有 徑向鍵槽，徑向鍵槽內設有彈簧，彈簧與徑向滑鍵連接。
6、 根據權利要求1或4所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構， 其特征在于所述的連接裝置由絲彈簧(19)、棘爪(20)構成，中軸上設有棘爪槽，棘爪槽內設有沉槽，棘爪槽內設有棘爪與沉槽內的絲彈簧連接。
7、 根據權利要求1或3所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構， 其特征在于在鏈輪與軸行星齒輪、行星齒輪、中心齒輪之間設有滾子(14)。
8、 根據權利要求l所述的外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，其 特征在于變速套外側還設有變速操縱擋板(10)。
全文摘要
本發(fā)明外嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸(4)以及設置在中軸上的鏈輪(11)，中軸上還設有增速裝置，其特征在于中軸上設有變速機構，變速機構由連接裝置、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)構成。本發(fā)明的有益效果是可實現單級固定鏈輪變速驅動；使主、從鏈輪的傳動比增大，并使主、從鏈輪的驅動半徑分別減少和增大，以實現快速、輕便功能；各構件間的相對運動考慮采用滾動摩擦結構，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動機構結構簡單，易于加工制造。
文檔編號B62M11/00GK101654141SQ200910144889
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權日2009年9月9日
發(fā)明者趙成會 申請人:趙成會