專利名稱：內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)變速器，尤其是那些機(jī)械式且內(nèi)部安裝的自動(dòng)變速器。以下主要結(jié)合其在自行車中的應(yīng)用來描述該變速器，但應(yīng)該理解，本發(fā)明的變速器具有許多應(yīng)用并在作必要修正后可與不同的車輛、器具以及機(jī)器結(jié)合使用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有許多系統(tǒng)用于在自行車檔位之間進(jìn)行換檔以實(shí)現(xiàn)(affect)不同的變速比，從而騎車人可將該系統(tǒng)調(diào)整到用于舒適騎行的希望檔位。例如，騎車人可能在爬陡坡時(shí)希望較低的檔位(變速比)，或者期望快速行駛而希望較高的檔位。
現(xiàn)有一些需要外部動(dòng)力(通常是電力并使用電池)的換檔系統(tǒng)，有些是純機(jī)械的，有些是外部定位的(暴露于周圍環(huán)境)，有些是內(nèi)部的(內(nèi)裝)，有些是手動(dòng)而有些是自動(dòng)的，有些是連續(xù)可變的，有些具有離散的變速比，有些被設(shè)計(jì)為允許用于數(shù)量相對(duì)較多的變速比而有些用于數(shù)量較少的變速比；以及其它某些變型。
根據(jù)類型和設(shè)計(jì)，這些系統(tǒng)可能相當(dāng)復(fù)雜，給自行車增加了很大的重量，需要攜帶備用電池以及易于積聚灰塵和受到障礙物的機(jī)械損傷。
在US 6,558,288(Okochi)中描述了一種類型與本發(fā)明相關(guān)的傳動(dòng)組件，該文獻(xiàn)公開了一種用于自行車的內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器，該變速器能夠操作低、高檔位變速或低、中、高檔位變速。該裝置包括從動(dòng)件，驅(qū)動(dòng)件，設(shè)置在驅(qū)動(dòng)件和從動(dòng)件之間的行星齒輪機(jī)構(gòu)，以及相對(duì)于驅(qū)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度沿著驅(qū)動(dòng)方向被致動(dòng)的自動(dòng)換檔控制機(jī)構(gòu)。該自動(dòng)換檔控制機(jī)構(gòu)包括第一單向離合器、離合器控制件和第一抵靠件，該第一抵靠件設(shè)置在從動(dòng)件的內(nèi)周表面上。
其它公開了相關(guān)變速裝置的現(xiàn)有技術(shù)包括US 3,603,178(Lutz等)，US 4,098,147(Waddington)和US 6,010,425(Tabe)。
US 3,603,178公開了一種用于自行車的雙速輪轂，該雙速輪轂配備有行星齒輪機(jī)構(gòu)、以及分別將輪轂外殼與輪轂驅(qū)動(dòng)件(還用作行星齒輪架)和加快回轉(zhuǎn)齒圈連接的第一、第二棘輪棘爪離合器。該第二離合器通常通過離心調(diào)速器而脫離，該離心調(diào)速器具有可樞轉(zhuǎn)地安裝在離合器的棘爪架上 的彈簧加載的離心配重(flyweight)，這些離心配重在足以克服離心配重彈簧的離心力的影響下沿著公共順時(shí)針方向圍繞它們的樞轉(zhuǎn)軸線擺動(dòng)。環(huán)形盤與離心配重結(jié)合從而它們必須共同樞轉(zhuǎn)。
US 4,098,147描述了一種用于自行車輪轂的自動(dòng)換檔變速器驅(qū)動(dòng)件，該驅(qū)動(dòng)件由操作者的腳踏板曲柄驅(qū)動(dòng)。多個(gè)軸頸連接的用于在輪轂中轉(zhuǎn)動(dòng)的行星齒輪與在安裝軸上的固定的太陽(yáng)輪嚙合并繞該太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)輪轂與它們一起轉(zhuǎn)動(dòng)。行星齒輪通過單向離合器連接至曲柄上，這些曲柄的臂跟隨著一柱形凸輪，該柱形凸輪的偏心率作為速度和轉(zhuǎn)矩的函數(shù)是可變的。該凸輪從轉(zhuǎn)動(dòng)輸入軸樞轉(zhuǎn)地安裝，且該凸輪的偏心率由該凸輪和其從動(dòng)件之間的反作用力、凸輪上的離心力、以及回復(fù)力來控制，該回復(fù)力由促使凸輪回復(fù)到初始偏心率的懸臂彈簧產(chǎn)生，該初始偏心率可選擇為與操作者的能力相匹配。離心控制力由與該凸輪一體結(jié)合的離心配重和用于對(duì)輸入軸進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡的平衡配重產(chǎn)生。
US 6,010,425公開了一種自動(dòng)內(nèi)部自行車輪轂變速器，該變速器根據(jù)由輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力進(jìn)行換檔。該變速器包括輪轂軸；可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到該輪轂軸上的驅(qū)動(dòng)件；可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到該輪轂軸上的從動(dòng)件；設(shè)在驅(qū)動(dòng)件和從動(dòng)件之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于改變驅(qū)動(dòng)件的轉(zhuǎn)速并將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力從驅(qū)動(dòng)件傳遞到從動(dòng)件；用于選擇地使從動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)件接合和脫離的離合器機(jī)構(gòu)；以及用于控制離合器的操作的離合器切換機(jī)構(gòu)。該離合器切換機(jī)構(gòu)包括一細(xì)長(zhǎng)的配重件，該配重件響應(yīng)于由配重件繞輪轂軸的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力而徑向向外樞轉(zhuǎn)?？刂萍刹僮鞯亟Y(jié)合到離合器機(jī)構(gòu)上并可圍繞輪轂軸在接合位置和脫離位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，該接合位置用于使得離合器將驅(qū)動(dòng)件和從動(dòng)件接合，該脫離位置用于使驅(qū)動(dòng)件和從動(dòng)件脫離?；ユi件在一間隔開位置與配重件結(jié)合，并與控制件結(jié)合以響應(yīng)于配重件的徑向向外運(yùn)動(dòng)而使該控制件轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種內(nèi)部安裝的機(jī)械自動(dòng)變速器組件，該自動(dòng)變速器組件用于在多個(gè)不同的變速比之間進(jìn)行不連續(xù)換檔。不同變速比的換檔和產(chǎn)生通過行星變速器盒的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)所述行星變速器盒適于產(chǎn)生一個(gè)變速比，從而在所述變速器組件上產(chǎn)生總體變速比。
該設(shè)計(jì)允許直接降低檔位至不相鄰的較低變速比。
根據(jù)其它方面，本發(fā)明涉及一種包括上述內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器的輪轂，并涉及一種包括上述輪轂的輪，并且涉及包括上述輪的自行車或其它車輛。本發(fā)明還涉及包括上述內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件的器具或機(jī)器。
出于實(shí)際的原因，本發(fā)明參照自行車進(jìn)行描述，但并非局限于此。因此術(shù)語(yǔ)“踏板”可以被概括為任何機(jī)械動(dòng)力輸入/輸出(發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力渦輪推進(jìn)器等)，后輪可被概括為任何被機(jī)械驅(qū)動(dòng)的裝置(輸送帶、發(fā)電機(jī)、車輛的驅(qū)動(dòng)輪等)。
為了方便，給出以下定義PTC(行星變速器盒)—包括有多個(gè)相互作用的齒輪的單元，每個(gè)PTC通過這些齒輪提供一變速比；該單元還包括換檔機(jī)構(gòu)，該換檔機(jī)構(gòu)使得這些PTC串聯(lián)地相互連接(串聯(lián))。PTC包括行星齒輪系統(tǒng)和位于更“下游”(距離鏈輪、或輪轂的動(dòng)力輸入側(cè)更遠(yuǎn))處的棘輪機(jī)構(gòu)。
當(dāng)前PTC—與所述輪轂鎖定的PTC；總體變速比是當(dāng)前PTC與之前的PTC積累串聯(lián)的結(jié)果(加上由于在前、后(驅(qū)動(dòng))鏈輪之間的比值的初始變速比)。
之后的PTC—與當(dāng)前PTC相鄰的PTC；距離鏈輪更遠(yuǎn)。
之前的PTC—與鏈輪更近的PTC。
接合的PTC—給定的PTC連接到其之后的PTC且將動(dòng)力傳遞到該之后的PTC的狀態(tài)。
脫離的PTC—給定的PTC沒有連接到其之后的PTC，從而沒有將動(dòng)力傳遞到該之后的PTC的狀態(tài)。
接合速度—導(dǎo)致串聯(lián)的部件的轉(zhuǎn)速，從而PTC與其之后的PTC接合；尤其是當(dāng)其相關(guān)的棘爪(以下描述)由于產(chǎn)生的離心力而向外擺動(dòng)時(shí)棘爪架或冠齒輪(以下描述)的轉(zhuǎn)速。
總體變速比—自行車踏板的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)輪(通常是后輪)轉(zhuǎn)速之間的比值。
初始(最小)變速比—自行車踏板(前)鏈輪與其后鏈輪之間的比值。
最大變速比—當(dāng)變速器處于其最高檔位時(shí)(即，當(dāng)離鏈輪最遠(yuǎn)的PTC接合時(shí))，自行車踏板的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速之間的比值。
非相鄰變速比—由從與當(dāng)前PTC不相鄰的PTC換高速檔或換低速檔所產(chǎn)生的總體變速比。
本發(fā)明的內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)(以下所涉及的通常結(jié)合自行車，但并非局限于此)包括有-緊湊性—允許在變速器組件中裝配多個(gè)PTC從而在多個(gè)變速比之間換檔。
-小換檔增量—(由于緊湊設(shè)計(jì))允許騎車人在較寬的總體變速范圍內(nèi)以舒適、較窄的踩踏板轉(zhuǎn)速(RPM)來踩踏板。類似地，當(dāng)考慮系統(tǒng)而非自行車時(shí)，小換檔增量使得動(dòng)力源以大致最優(yōu)的動(dòng)力輸出進(jìn)行工作。
-能夠直接換低速檔或換高速檔至非相鄰變速比，而無需通過每一個(gè)中間變速比進(jìn)行換檔直到達(dá)到所需的總體變速比。
-快速換檔—在檔位變換過程中由于用于進(jìn)行該變換所需的運(yùn)動(dòng)和能量最小以及時(shí)間周期很短而使得動(dòng)力損失最小化。
-機(jī)械的—無需例如電池等的輔助動(dòng)力。
-自動(dòng)—使用簡(jiǎn)單；騎車人不必?fù)?dān)心或決定要使用哪個(gè)檔位。
-高效—小換檔增量(變速比)使得動(dòng)力源以其產(chǎn)生RPM的最佳動(dòng)力工作，從而避免在動(dòng)力消耗方面不是最優(yōu)的極低或極高的RPM。
-安全—騎車人可獲得自由以集中精力于交通狀況、地形等，并且多步的換低速檔允許直接換檔至較低檔位，從而防止了諸如在具有急劇彎轉(zhuǎn)曲線的情況下(例如“之字形路線”)或當(dāng)在爬陡坡后緊接著下坡時(shí)的力矩?fù)p失及潛在的失速和跌下自行車。
-人機(jī)工程—騎車人不會(huì)處于這樣的狀況他必須比合適的程度更努力地踩踏板，而在例如當(dāng)在上坡騎行或在進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎時(shí)處于高檔位時(shí)可能會(huì)發(fā)生這種情況；或他必須比合適的程度更快地踩踏板，例如當(dāng)加速且換高速檔不夠迅速時(shí)。這可以減小對(duì)于膝蓋和身體其它部位的應(yīng)力并減小騎車人摔倒的可能性。
-方便—自行車鏈條在換檔期間不會(huì)從一個(gè)鏈輪運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)鏈輪，因此大大減小了鏈條掉落在鏈輪之間或鏈輪外側(cè)的機(jī)會(huì)。
-低維護(hù)性—由于它位于內(nèi)部，因此減輕了污物和機(jī)械損傷的負(fù)面影響。附加的是，由于自行車鏈條不會(huì)由于換檔而在鏈輪之間運(yùn)動(dòng)，因此鏈條上的應(yīng)力和磨損也較小，鏈條和鏈輪的所需更換更少。
-有助于制造—在很大程度上由重復(fù)的零件來組裝，因此制造效率高。
-該系統(tǒng)可對(duì)于現(xiàn)有自行車設(shè)計(jì)改進(jìn)和兼容。
本發(fā)明因此提供了一種內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件，該內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件用于對(duì)于向前行駛不連續(xù)地轉(zhuǎn)換變速比，該變速器組件包括多個(gè)可相互連接的變速比產(chǎn)生單元，這些變速比產(chǎn)生單元由并排設(shè)置的PTC構(gòu)成，并且相鄰的所述PTC可與由輸入到所述變速器組件的力矩所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速相關(guān)地串聯(lián)接合和脫離，每個(gè)所述PTC都被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)一變速比從而在所述變速器組件上產(chǎn)生總體變速比。而且還提供了一種內(nèi)裝有所述PTC的輪轂，所述PTC可轉(zhuǎn)動(dòng)地鎖定到所述輪轂上。
根據(jù)本發(fā)明的變速器可包括任何合適數(shù)量的PTC，至少三個(gè)PTC是合理的結(jié)構(gòu)，當(dāng)考慮到自行車輪轂中給定的空間時(shí)，可實(shí)際地考慮多達(dá)約10個(gè)PTC。
所述結(jié)構(gòu)為所述PTC包括行星齒輪子系統(tǒng)和棘輪機(jī)構(gòu)，該行星齒輪子系統(tǒng)包括中央的太陽(yáng)輪(sun cog)、設(shè)置在該太陽(yáng)輪周圍的至少兩個(gè)小齒輪、以及圍繞所述小齒輪的冠齒輪，所述小齒輪的齒與所述太陽(yáng)輪的齒嚙合，所述冠齒輪的齒與所述小齒輪的齒嚙合，所述太陽(yáng)輪正交通過行星齒輪架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，所述小齒輪可樞轉(zhuǎn)地保持在該行星齒輪架上；所述棘輪機(jī)構(gòu)包括可與所述行星齒輪架上的凹槽接合的至少一個(gè)棘爪。
根據(jù)本發(fā)明的改型，本發(fā)明的變速器還包括倍增組件(multiplyingassembly)，該倍增組件包括力矩套筒(moment sleeve)，該力矩套筒被同軸接收在輪轂中并被設(shè)計(jì)為與所述PTC接合，并且通過單向滾柱軸承機(jī)構(gòu)(滾柱鎖定機(jī)構(gòu))將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳遞至所述輪轂；倍增器板(multiplierplate)，該倍增器板可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到所述輪轂上，并形成有與倍增行星齒輪組件接合的一個(gè)或多個(gè)徑向接合件，而該倍增行星齒輪組件又與所述力矩套筒的冠齒輪接合；從而所述力矩套筒以超過所述倍增接合件的接合速度的速度轉(zhuǎn)動(dòng)必然伴隨著所述倍增行星齒輪組件的接合，從而降低所述力矩套筒以及相應(yīng)地所述PTC的速度。


為了理解本發(fā)明并了解如何在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖僅通過非限定示例來描述本發(fā)明，在附圖中圖1是自行車后部的側(cè)視圖，該自行車包括裝配有根據(jù)本發(fā)明的變速器的輪；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的輪轂的立體圖；圖2B是在圖2A中看到的輪轂的俯視圖；圖2C是在圖2A中看到的輪轂的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的變速器的立體圖；顯示了該變速器的重復(fù)行星變速器盒；圖4是圖3的變速器的分解立體圖；圖5是圖3的重復(fù)行星變速器盒的齒輪裝置的主視圖；圖6A是本發(fā)明的變速器的小齒輪架的一側(cè)的立體圖；圖6B是圖6A的小齒輪架的另一側(cè)的立體圖；圖7是本發(fā)明的變速器的冠齒輪和棘爪組件的立體圖；圖8是本發(fā)明的變速器的包括了暴露出該變速器的某些內(nèi)部構(gòu)件的輪轂的局部剖切的立體圖；
圖9A和9B分別為表示棘爪處于接合位置和非接合位置的行星變速器盒的局部側(cè)視圖；圖10A是該變速器的第一棘爪架的分解立體圖；圖10B是圖10A的后視圖；圖11是本發(fā)明的變速器的一個(gè)實(shí)施例的單向離合器的側(cè)視圖；圖12是本發(fā)明的變速器的另一個(gè)實(shí)施例的小齒輪的側(cè)視圖；并且圖13A是穿過根據(jù)本發(fā)明的改型的變速器的截面，該變速器還包括倍增組件；圖13B是圖13A中所示的變速器的分解立體圖；圖14是沿圖13A中的線XIV-XIV的截面；圖15是沿圖13A中的線XV-XV的截面；以及圖16是沿圖13A中的線XVI-XVI的截面。
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)D1，圖1顯示了車輛，即自行車10的后部。盡管這里以具體適合于非機(jī)動(dòng)車輛且尤其是自行車的方式進(jìn)行描述，但車輛可以是另一種類型，包括例如機(jī)動(dòng)自行車、摩托車、汽車、卡車、坦克等。另外，根據(jù)本發(fā)明的變速器不限于用于車輛，而是其能夠與其它機(jī)構(gòu)共同使用。這些機(jī)構(gòu)可以是升降機(jī)、渦輪機(jī)、電動(dòng)車輛、千斤頂、滑輪、絞盤等。
下面將僅描述自行車10的與本發(fā)明相關(guān)的部分，自行車10的所有其它部件可以是完全標(biāo)準(zhǔn)的。因此，自行車10包括后輪12，該后輪12具有與之相關(guān)的輻條14和鏈輪16。
為了清楚，除非另有說明，可轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)與自行車的向前(即，如圖1中所示從右向左)行駛有關(guān)。這樣，當(dāng)自行車10向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏈輪16將在附圖中所示的視圖中逆時(shí)針(CCW)轉(zhuǎn)動(dòng)(即，使得鏈輪位于變速器部件的后部以允許其更好地觀察)。
再進(jìn)一步參照?qǐng)D2A至圖2C，自行車10還包括輪轂18，該輪轂18是自動(dòng)變速器(以下介紹)的一部分并內(nèi)裝該自動(dòng)變速器，該輪轂18具有一對(duì)輪轂凸緣20和一軸22，所述輪轂凸緣20通過輻條14將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至后輪12，該軸22同軸穿過該輪轂18延伸并將整個(gè)裝置牢固連接到自行車框架10。設(shè)置有臂21(圖2A、圖2B、圖13A)用于以已知方式將輪轂可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定至自行車的框架件。
圖3顯示了如圖2A至圖2C中的視圖，其中輪轂18被拆下以暴露出輪轂18內(nèi)部的部件，主要包括并排設(shè)置且串聯(lián)連接的多個(gè)行星變速器盒(PTC)24(如下所述)。PTC24通過單向離合器26(單向滾柱軸承機(jī)構(gòu)，也被稱為滾柱鎖定機(jī)構(gòu))可連接/可鎖定(且可斷開/可解鎖)至輪轂18的內(nèi)表面，所述單向離合器在這里被示例性地顯示為由非對(duì)稱槽30中的軸承銷28構(gòu)成(圖5中更佳可見)。還可見的是構(gòu)成PTC24的一些重復(fù)部件，例如冠齒輪32(單向離合器26連接至冠齒輪32或與冠齒輪32一體結(jié)合)和與冠齒輪32嚙合的小齒輪34。在每個(gè)PTC24中通常有兩到五個(gè)小齒輪34，該實(shí)施例中示出了三個(gè)。小齒輪板36將小齒輪34保持在合適位置并具有小齒輪銷38，小齒輪34可圍繞該小齒輪銷38樞轉(zhuǎn)(還可參見圖5及圖6A和圖6B)。
圖4是圖3中所見的大部分部件的分解圖，以允許看到輪轂18內(nèi)部的另一些部件，特別是通常與軸22一體形成的太陽(yáng)輪40。這樣，該太陽(yáng)輪40如軸22一樣固定于自行車10且不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。PTC24通過小齒輪34(且只通過小齒輪34)僅與軸22(或太陽(yáng)輪40)接觸，小齒輪34的齒與太陽(yáng)輪40的齒嚙合(如圖5中最佳可見)。還可以看到鏈輪16具有驅(qū)動(dòng)連接件42，該驅(qū)動(dòng)連接件42與相應(yīng)的接合件46(在當(dāng)前實(shí)施例中它們是實(shí)現(xiàn)單向軸承的銷)接合，用于向PTC24傳遞動(dòng)力。蓋板47將所有的部件包裝在輪轂18的殼體內(nèi)。
每個(gè)PTC24均由兩個(gè)子系統(tǒng)(見圖5至圖7)構(gòu)成，其中一個(gè)子系統(tǒng)是行星齒輪系統(tǒng)48(由其部件限定)，該行星齒輪系統(tǒng)48包括太陽(yáng)輪40，小齒輪34和冠齒輪32。太陽(yáng)輪40的齒與小齒輪34的齒嚙合，而小齒輪34的齒與冠齒輪32的齒嚙合；在圖5中最佳可見。
圖6A是行星齒輪系統(tǒng)48的一部分的分解圖，表示出小齒輪34被組裝到由小齒輪板36保持的小齒輪架50上。
兩個(gè)子系統(tǒng)中的第二個(gè)是位于小齒輪架50另一(背)側(cè)上的棘輪機(jī)構(gòu)。在圖6A中可見小齒輪架50的背側(cè)的一部分；其反面視圖在圖6B中最佳可見(由于這是反面視圖，因此在該具體視圖中，小齒輪架50在自行車10向前行駛時(shí)將順時(shí)針(CW)轉(zhuǎn)動(dòng))。該棘輪機(jī)構(gòu)包括由小齒輪架50的周邊凸緣部分52形成的棘輪，周邊凸緣部分52具有形成在其內(nèi)表面中的棘輪凹槽54。一個(gè)或多個(gè)棘爪56(通常，對(duì)稱分布的兩個(gè)或更多的棘爪提供更好的效果)可與這些凹槽54接合。棘爪56可包括配重(未示出)，用于影響它們對(duì)于離心力的反作用，如本領(lǐng)域所公知的。
在圖7中冠齒輪32被示出帶有一對(duì)棘爪56，所述棘爪(關(guān)于冠齒輪32的整個(gè)圓周)隔開180°設(shè)置并通過連接件57連接至冠齒輪32，棘爪56通過棘爪銷58可樞轉(zhuǎn)地接合至連接件57。這樣，冠齒輪32還可被稱為“棘爪架”，因此可以可互換地使用這些術(shù)語(yǔ)且都使用附圖標(biāo)記32(除非另有指明)。棘爪56包括與小齒輪架的凹槽54的形狀相對(duì)應(yīng)的凸起62。所述棘爪包括同步臂55，該同步臂55是棘爪朝向(冠齒輪32的)中心伸出的垂直延伸部。在同步臂55上開出多個(gè)連接閂59。在連接件57的與銷58所處的端部相對(duì)的端部處，連接夾(attachment bracket)65與螺釘67連接。彈簧60系在棘爪同步臂55和連接夾65之間，彈簧60的一側(cè)系在棘爪同步臂55上，而另一側(cè)系在連接夾65上。彈簧60偏壓棘爪56的遠(yuǎn)端使其朝向(冠齒輪32的)中心盡可能向內(nèi)定位。
應(yīng)理解，許多其它類型的彈簧經(jīng)必要修正后可用于以不同的結(jié)構(gòu)偏壓棘爪56。
另選的是，可以有附加的棘爪，優(yōu)選是均勻隔開的(例如在三個(gè)棘爪的情況下以120°隔開布置，四個(gè)棘爪的情況下以90°隔開，等等)，且優(yōu)選的是彼此連接，如以下所述。
在圖8中，輪轂18的局部剖切視圖提供了本發(fā)明的變速器的另一個(gè)立體圖。還可見的是滾珠軸承64，輪轂18在該滾珠軸承64上旋轉(zhuǎn)。在輪轂18的內(nèi)表面附近可以看到單向離合器26，輪轂18可通過單向離合器26鎖定。
參照?qǐng)D5可最好地理解單向離合器26的功能，圖5顯示出其非對(duì)稱槽30。當(dāng)冠齒輪32以與輪轂18相同快的速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承銷28被推向非對(duì)稱槽30的比該軸承銷的直徑窄的較窄側(cè)，使得軸承銷28與輪轂18鎖定。應(yīng)注意，當(dāng)前PTC24的冠齒輪30與輪轂18鎖定。
當(dāng)冠齒輪30逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)得比輪轂18慢時(shí)，軸承銷28將駐留在非對(duì)稱槽30的比軸承銷的直徑寬的較寬側(cè)，從而軸承銷28將不會(huì)與輪轂18鎖定。
現(xiàn)在可以理解變速器的組裝。在組裝過程中，每個(gè)PTC24的小齒輪架50(圖6A)組裝到太陽(yáng)輪40上，從而以這樣的方式裝配在之前的PTC24的棘爪56(圖7)上，以使得這些PTC24串聯(lián)地設(shè)置且通常被設(shè)計(jì)為充填輪轂18的長(zhǎng)度。PTC24可通過(且僅通過)棘爪-小齒輪架接合而相互連接(參見圖9A)。
因而，相對(duì)較大數(shù)量的PTC24重復(fù)單元可被設(shè)置在本變速器中，該數(shù)量主要是部件厚度的函數(shù)。通常，當(dāng)使用直徑較大的齒輪、需要較大的輪轂直徑時(shí)，可使用較薄的部件，在這種情況下齒輪更慢地旋轉(zhuǎn)從而它們的齒經(jīng)受較小磨損。
顯然，部件的材料的耐久性是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素，通常使用例如鈦、鋁、不銹鋼的金屬或不同的合金。通過這些材料并考慮合理的磨損率，可在輪轂18中裝配多達(dá)十個(gè)或更多的PTC。
變速器“速度”的數(shù)量等于PTC的數(shù)量加一；這是由PTC所提供的最大比值加上由前后鏈輪之間的比值所提供的比值而得出的。因此，例如“11速自行車”可設(shè)有容納10個(gè)PTC變速器組件的輪轂。
圖9A和圖9B分別顯示出處于與它們相應(yīng)的小齒輪架50(具體是相應(yīng)小齒輪架50的凸緣部分52的凹槽54)接合和非接合位置的棘爪56。在這些附圖中，還可注意到接合件66，該接合件66用于使棘爪56相互結(jié)合，從而抵消了在每個(gè)PTC24的至少兩個(gè)棘爪56上的非對(duì)稱徑向力的影響。因此，在自行車輪胎撞擊例如坑洞、路邊、巖石等的障礙物的情況下，不會(huì)有棘爪56能夠同步地變成(根據(jù)具體情況而定)不恰當(dāng)?shù)亟雍匣蛎撾x。
圖10A和圖10B分別顯示了可被稱為第一棘爪架68的前視圖和后視圖，該棘爪架68位于鏈輪16的附近，如參照?qǐng)D4所述。第一棘爪架68受到來自于鏈輪16的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，且在超過了使得其棘爪56發(fā)生接合的轉(zhuǎn)速時(shí)，該第一棘爪架68與之后的PTC24接合。
在該串聯(lián)的PTC24的另一端是冠齒輪32，見圖3。該冠齒輪32具有單向離合器26，然而其不包括棘爪56，這是因?yàn)橛捎谀抢餂]有之后的PTC24從而不與另一個(gè)PTC24接合?？煽紤]到第一棘爪架68(鄰近鏈輪16的棘爪架)和該“最后的”冠齒輪32(在離鏈輪16最遠(yuǎn)的PTC24之后的冠齒輪32)相結(jié)合以構(gòu)成一個(gè)PTC24。這樣，變速比的最大數(shù)量比PTC24的數(shù)量多一個(gè)。
應(yīng)注意，該第一棘爪架68是連接到鏈輪16的僅有的變速器部件，且其不具有小齒輪架50或小齒輪34，它直接從鏈輪16接受其轉(zhuǎn)矩。
在圖10A和圖10B中，還有用于從鏈輪16向PTC24傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，如參照?qǐng)D4所述。該機(jī)構(gòu)在圖10A和圖10B中由軸承滾柱77表示。這里，該機(jī)構(gòu)是單向離合器型機(jī)構(gòu)，并可以是與在單向離合器26中使用的機(jī)構(gòu)類似的機(jī)構(gòu)(或是以下所述的單向離合器26a)，或是棘爪/凹槽結(jié)構(gòu)。因此，該機(jī)構(gòu)允許動(dòng)力從鏈輪16傳遞到第一棘爪架68以使其在圖10A的視圖中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(即，其中自行車10向前行駛)，同時(shí)當(dāng)騎車人不向前踩踏板時(shí)(即，當(dāng)騎車人滑行或向后踩踏板時(shí))不會(huì)妨礙棘爪架的轉(zhuǎn)動(dòng)。
以下討論圖10A和圖10B的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，具體是關(guān)于通過感應(yīng)滯后作用來防止部件的共振和磨損。
圖11示出了單向離合器26a，該單向離合器26a類似于以上參照?qǐng)D5和圖8描述的單向離合器26，因?yàn)樗軌蚴褂孟嗤妮S承銷28并具有非對(duì)稱槽30a。然而，在本實(shí)施例中，槽30a的與冠齒輪32成角度靠近的一側(cè)被開口，且其另一側(cè)具有軸承介面件(bearing interface member)80，該軸承介面件由彈簧82偏壓，從而介面件80在其相應(yīng)的軸承銷28上施加微小的力，由此確保與輪轂18接合的PTC24(當(dāng)前PTC)的所有軸承銷28都基本上同時(shí)與輪轂18接合。
該單向離合器26a的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由彈簧82施加的較小力使得之后的PTC24的冠齒輪32已經(jīng)沿著輪轂18的方向滾動(dòng)，從而當(dāng)/如果該之后的PTC24變?yōu)榻雍希沟迷谠撝蟮腜TC上的沖擊最小化。當(dāng)騎車人在滑行后繼續(xù)踩踏板或迅速加速時(shí)該特征是特別有利的。
然而，彈簧82的力還沒有強(qiáng)到足以使得輪轂18與旋轉(zhuǎn)得比輪轂18慢的冠齒輪32的軸承銷28鎖定。實(shí)際上，在銷28沒有與輪轂18鎖定的PTC24中，銷28可以圍繞其自身軸線自由旋轉(zhuǎn)，使得輪轂18能夠容易地以可忽略的阻力比相應(yīng)的冠齒輪32轉(zhuǎn)動(dòng)得更快；這通過介面件80而得到促進(jìn)，該介面件具有平滑且通常對(duì)應(yīng)于銷28的表面的介面表面。
對(duì)于使用本發(fā)明的上述變速器的自行車，PTC24的變速比通常在1.08至1.3的范圍內(nèi)；這是用于在自行車檔位之間進(jìn)行換檔的公知的舒適范圍。
然而，各PTC的變速比實(shí)際上可以在1.08至3之間的范圍內(nèi)，或甚至更大。通常最大的變速比為至少3.5，從而每個(gè)PTC的變速比在1.08到1.30的范圍內(nèi)，而最大變速比至少為3.5，但應(yīng)該理解這些比值可以改變。
若給定PTC的太陽(yáng)輪40的齒數(shù)為Za而給定PTC的冠齒輪32的齒數(shù)為Zb，則給定PTC24的變速比為1+Za/Zb。
應(yīng)該理解，太陽(yáng)輪40的齒數(shù)(即，尺寸)可以與個(gè)體PTC24相關(guān)地沿著其長(zhǎng)度而有所不同，然而，使用均勻的或“重復(fù)的部件”通常更方便且制造和設(shè)計(jì)更為廉價(jià)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，各個(gè)PTC中的所有齒輪機(jī)構(gòu)都彼此相同，從而比值Za/Zb(其通常在0.08到0.30的范圍內(nèi))可以由單個(gè)變量(例如X)代替，因此各PTC的變速比為1.X。這樣，串聯(lián)的n個(gè)PTC24的變速比為(1.X)n，而整個(gè)變速系統(tǒng)的總體最大變速比為(初始比值)*(1.X)n。
實(shí)際齒輪齒比值的一個(gè)示例為太陽(yáng)輪40具有15個(gè)齒，小齒輪34具有42個(gè)齒，而冠齒輪32具有99個(gè)齒，從而每個(gè)PTC24的產(chǎn)生的比值為1∶(1+15/99)或1∶1.15。
具有非常接近于1.0的比值的行星齒輪需要相對(duì)于太陽(yáng)輪較大的小齒輪。另選的設(shè)計(jì)是在如圖12中所示通過使用雙直徑小齒輪34a來減小總體直徑的同時(shí)獲得該較小比值。
設(shè)定PTC24的棘爪彈簧60，從而對(duì)于每個(gè)之后的PTC24，彈簧的彈簧系數(shù)或由于其彈簧在棘爪同步臂55上的不同連接閂59上的不同栓系導(dǎo)致不同的杠桿(lever)，需要用于棘爪56的更高的離心力且因此更高的接合速度(如上限定)，以向外擺動(dòng)并變成接合。在相鄰PTC 24之間的彈簧系數(shù)比值或連接閂59位置被設(shè)計(jì)為對(duì)應(yīng)于它們的變速比，即，如果PTC的變速比為1.X，則之后的PTC24的棘爪彈簧60的彈簧系數(shù)就比當(dāng)前PTC高1.X，或者連接閂59的杠桿將產(chǎn)生相對(duì)于之前的PTC的杠桿率的1.X的杠桿率。
回到圖10A和圖10B，現(xiàn)在討論棘爪56在它們的接合位置和脫離位置之間的滯后作用。該滯后作用是所希望的，以避免某些負(fù)面影響，例如與當(dāng)在棘爪上的離心力的較小改變時(shí)在換高速檔和換低速檔之間來回迅速切換相關(guān)聯(lián)的共振，這可能會(huì)產(chǎn)生顛簸的騎行、難以預(yù)料的自行車狀態(tài)和齒輪部件上不適當(dāng)?shù)哪p。另外，棘爪56與它們相應(yīng)的小齒輪架50以接近于閾值點(diǎn)(“零”點(diǎn))的離心力接合/脫離，這可能導(dǎo)致棘爪56在中間狀態(tài)的漂浮，從而引起緩慢或不完全的接合/脫離，且這還可能導(dǎo)致磨損增加。
為了排除上述負(fù)面現(xiàn)象，對(duì)于各PTC24，接合轉(zhuǎn)換點(diǎn)(棘爪56向外擺動(dòng)以與之后的PTC24接合時(shí)棘爪56上的離心力)被設(shè)計(jì)為略微高于脫離轉(zhuǎn)換點(diǎn)(棘爪56被推開從而與之后的PTC24脫離時(shí)的離心力)。在第一棘爪架68的情況下，該棘爪架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度導(dǎo)致了在其棘爪56上的離心力，而在第一棘爪架68之后的PTC24中，棘爪56連接到冠齒輪32從而它們的轉(zhuǎn)動(dòng)速度影響了棘爪56上的離心力。
當(dāng)相反力足夠遠(yuǎn)離“零”點(diǎn)時(shí)上述轉(zhuǎn)換點(diǎn)會(huì)按期望地出現(xiàn)，從而以足夠的(棘爪56的)力和加速度發(fā)生轉(zhuǎn)換。
獲得該效果的機(jī)構(gòu)的一個(gè)示例是通過滯后感應(yīng)機(jī)構(gòu)70。該機(jī)構(gòu)應(yīng)被設(shè)計(jì)為致使用于使得棘爪56在超過閾值點(diǎn)時(shí)接合或脫離轉(zhuǎn)換的阻力R為當(dāng)離心力減去在棘爪56上的反彈簧負(fù)載時(shí)為距離零點(diǎn)的量R。
為此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例(圖10A和圖10B)，機(jī)構(gòu)70包括球76和適于裝配在連接件57a(其也可以與連接件57相同)的孔74中的彈簧72。另外在該實(shí)施例中，設(shè)有棘爪56a，該棘爪具有缺口，例如較淺的凹坑78，其中凹坑78與球76對(duì)準(zhǔn)。彈簧72將該球偏壓至與棘爪56a的凹坑78接觸，從而在其上產(chǎn)生“增量(delta)”力以及希望的滯后作用。
應(yīng)該理解，所需的力可以由多種機(jī)構(gòu)及其改型(例如，通過靜摩擦機(jī)構(gòu))所產(chǎn)生。
操作在加速期間的變速當(dāng)自行車10從靜止?fàn)顟B(tài)加速時(shí)，鏈輪16將通過自行車鏈條被驅(qū)動(dòng)，并將運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩傳遞至輪轂18，并且從該處通過輻條14傳遞至后輪12。在該位置，整套PTC24處于怠速?gòu)亩⒉恍D(zhuǎn)，因而自行車10猶如其是單速變速自行車那樣運(yùn)行，變速比等于“初始比值”(或“第一檔位”)。
當(dāng)自行車速度增加且達(dá)到閾值離心力時(shí)，會(huì)發(fā)生第一棘爪架68的棘爪56向外擺動(dòng)并與之后的PTC24的小齒輪架50的凹槽54接合。從以上描述應(yīng)回憶出第一棘爪架68由鏈輪16通過其驅(qū)動(dòng)連接件42接合，該驅(qū)動(dòng)連接件42與相應(yīng)的接合件46接合。
第一棘爪架68的棘爪56與之后的PTC24的小齒輪架50的接合使得小齒輪架50接受來自第一棘爪架68的動(dòng)力輸入從而轉(zhuǎn)動(dòng)。小齒輪架50圍繞太陽(yáng)輪40的轉(zhuǎn)動(dòng)使得三個(gè)小齒輪34(圍繞太陽(yáng)輪40)轉(zhuǎn)動(dòng)，且由于它們的齒被嚙合，因此小齒輪34將圍繞它們自身的軸線旋轉(zhuǎn)。這會(huì)將動(dòng)力傳遞至冠齒輪32而致使其轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)達(dá)到輪轂18的速度時(shí)，單向離合器26將與相關(guān)的PTC24(當(dāng)前PTC)一起被鎖定到輪轂18。
當(dāng)該(第一)PTC24與輪轂18鎖定時(shí)，產(chǎn)生了1.X*(初始比值)的總體變速比(即，“第二檔位”)。
檔位三到n隨著轉(zhuǎn)速且由此離心力的增加，上述過程(logic)自身重復(fù)，導(dǎo)致更多PTC24的串聯(lián)，致使總體變速比增量地增加。因此，按這種方式，當(dāng)達(dá)到恰當(dāng)?shù)妮^高離心力時(shí)，當(dāng)前PTC24的棘爪56就向外擺動(dòng)并與其之后的PTC24的小齒輪架50接合，從而該之后的PTC的冠齒輪32通過其單向離合器26與輪轂18鎖定。
在當(dāng)前PTC24的單向離合器26與輪轂18鎖定時(shí)，之前的PTC24就會(huì)比輪轂18慢1.X地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而之前的PTC24的單向離合器26就會(huì)與輪轂18解鎖，由此比當(dāng)前PTC24(和輪轂18)慢1.X倍地滾動(dòng)。
由于棘爪彈簧60的彈簧系數(shù)或串聯(lián)的PTC24的棘爪連接閂59的杠桿率被設(shè)計(jì)為與由PTC24的接合/脫離產(chǎn)生的總體變速比的增量增加/減小相對(duì)應(yīng)的增量，因此當(dāng)保證了更高/更低的總體變速比時(shí)，棘爪56將在合適的離心力下接合/脫離。
換言之，對(duì)于各PTC24，其棘爪彈簧60具有不同的彈簧(或連接閂59)，使得各彈簧60提供比之前的PTC24的棘爪彈簧60更大的阻力。各PTC24的棘爪56具有其彈簧系數(shù)(或連接閂59)對(duì)應(yīng)于離心力或轉(zhuǎn)速的彈簧60，PTC的棘爪56在該離心力或轉(zhuǎn)速趨于向外擺動(dòng)并接合之后的PTC。彈簧的彈簧系數(shù)(或連接閂59)在PTC及其之后的PTC之間的增量直接對(duì)應(yīng)于變速比在那些PTC之間的增量。因此，若當(dāng)前PTC24實(shí)現(xiàn)1.X的變速比，則其棘爪彈簧60和之后的PTC24的棘爪彈簧60之間的比值為1.X。結(jié)果，任何給定的兩個(gè)PTC24之間的接合總是發(fā)生在鏈輪16的特定轉(zhuǎn)速(即，踩踏板速度)。
在減速期間的變速當(dāng)自行車10從相對(duì)高的速度且因此較高檔位慢下來時(shí)，作用在棘爪56上的離心力將下降。當(dāng)離心力降低到低于對(duì)于當(dāng)前接合的PTC 24的棘爪56的閾值時(shí)，那些棘爪56將由它們相關(guān)的棘爪彈簧60被向內(nèi)推動(dòng)，從而當(dāng)前PTC24將變成脫離而導(dǎo)致總體變速比的相應(yīng)降低。
盡管可能已經(jīng)理解，但值得注意的是本發(fā)明自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)將導(dǎo)致踩踏板的節(jié)奏處于在對(duì)于致使第一PTC接合的速度與致使最后PTC接合的速度之間所有的自行車速度來說相當(dāng)恒定的范圍內(nèi)。然而，一旦處于最高檔位，騎車人就能夠更快地踩踏板以更快地騎行。
檔位/傳動(dòng)狀態(tài)PTC可處于3種狀態(tài)中的一種1.脫離-當(dāng)輪轂/輪的轉(zhuǎn)速低于之前的PTC的接合速度時(shí)；即，當(dāng)PTC在當(dāng)前PTC24之后(更遠(yuǎn)離鏈輪16)且其沒有與之前的PTC24接合時(shí)。另外，冠齒輪32為靜止或自由轉(zhuǎn)動(dòng)-或者，在其配備了具有偏壓方面的單向離合器，諸如單向離合器26a的情況下，其由于在輪轂18與離合器26a的軸承銷28之間因其彈簧82的偏壓產(chǎn)生的摩擦而沿著輪轂18的方向滾動(dòng)(見圖11)，但比輪轂18慢。
在該狀態(tài)下，PTC24與之前和之后的PTC脫離。
2.主動(dòng)-與輪轂18鎖定并將轉(zhuǎn)矩傳遞給輪轂18；并且與之前的PTC24接合。只有當(dāng)前PTC24為“主動(dòng)”。在之前PTC的冠齒輪32的轉(zhuǎn)速以產(chǎn)生離心力的速度轉(zhuǎn)動(dòng)從而其棘爪56將擺動(dòng)并栓在當(dāng)前PTC的小齒輪架凹槽54上時(shí)實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)，由此當(dāng)前PTC24變?yōu)橹鲃?dòng)。
當(dāng)主動(dòng)(處于狀態(tài)2)時(shí)，之前的PTC的冠齒輪32(“棘爪架”)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過其棘爪56將轉(zhuǎn)矩(通過連接到該冠齒輪32上的棘爪56)通過當(dāng)前PTC24的小齒輪架50傳遞到小齒輪34，前進(jìn)至當(dāng)前PTC的冠齒輪32，并從那里傳遞到其冠齒輪32，且如上所述，當(dāng)其單向離合器26或26a與輪轂18鎖定時(shí)，從那里傳遞到輪轂18。此時(shí)，該(當(dāng)前)PTC24將轉(zhuǎn)矩從鏈輪16傳遞到輪轂18從而是主動(dòng)PTC24、或當(dāng)前PTC24。
3.被動(dòng)-與之前和之后的PTC接合并接收動(dòng)力且將轉(zhuǎn)矩(分別)傳遞給之前和之后的PTC；這樣的PTC是比當(dāng)前(主動(dòng))PTC24更靠近鏈輪16的PTC24從而不會(huì)鎖定到輪轂18。
這是當(dāng)前PTC24之前的PTC24的狀態(tài)。如上所述，PTC的冠齒輪32可以達(dá)到產(chǎn)生離心力的轉(zhuǎn)速，從而其棘爪56將擺動(dòng)并栓在之后的PTC的小齒輪架凹槽54上而將該(之后的)PTC24轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2(主動(dòng)，因此是當(dāng)前PTC24)。所有在當(dāng)前PTC之前的PTC24也都處于被動(dòng)狀態(tài)。
這樣，當(dāng)達(dá)到PTC的接合速度時(shí)，其連接到下一個(gè)PTC24。此時(shí)，該下一個(gè)PTC24是當(dāng)前(主動(dòng))PTC，而之前的PTC已變成了被動(dòng)PTC(狀態(tài)3；類似于在其之前的任何PTC)。下一個(gè)/之后的PTC24的接合致使總體變速比以1.X的因數(shù)增加。
在任何速度，以下都成立僅有一個(gè)PTC24為主動(dòng)-狀態(tài)2(被稱為PTCn)
1.PTC1至PTCn-1為a.相互接合(串聯(lián))但為被動(dòng)(狀態(tài)3)且滾動(dòng)得比輪轂18慢。
b.接收來自于在其之前的PTC24(更靠近鏈輪16的PTC)的轉(zhuǎn)矩并向之后的PTC24傳動(dòng)；并不從鏈輪16向輪轂18傳遞轉(zhuǎn)矩。
c.在它們的小齒輪架50以與之前的PTC24的棘爪56相同的速度回轉(zhuǎn)的情況下。小齒輪架50通過小齒輪34驅(qū)動(dòng)冠齒輪32，冠齒輪32通過其棘爪56驅(qū)動(dòng)之后的PTC24，且這些冠齒輪32比輪轂18更慢地轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.PTCn+1至PTC最后為a.與之后/之前的PTC24脫離(狀態(tài)1)。
b.不接收或傳遞轉(zhuǎn)矩。
c.冠齒輪32為靜態(tài)或以輪轂18的轉(zhuǎn)速滾動(dòng)(由于單向離合器的摩擦，如上所述)。
從以上描述應(yīng)理解，本變速器組件可以自動(dòng)地進(jìn)行希望的直接換低速檔至“非相鄰的”PTC24。例如，如果騎車人正在快速騎行，從而處于相對(duì)高的檔位(總體變速比)，比如第8檔，而騎車人要突然減速至慢得多的速度(或者甚至是完全停止)，變速器組件將自動(dòng)地直接換低速檔至合適的低(得多的)檔位(比如第3檔)而沒有在達(dá)到第3檔之前的從第8檔換檔至第7檔、第6檔等等的過程。
根據(jù)本發(fā)明的改型，該變速器可包括加倍(“倍增”)結(jié)構(gòu)變速器，如參照?qǐng)D13A至圖16所示。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，總體以100表示的輪轂具有類似于結(jié)合之前實(shí)施例(圖2A至圖2C)所示的外觀，而且其大部分內(nèi)部部件與結(jié)合之前實(shí)施例所述的內(nèi)部部件類似，因此類似的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。在圖13B中，共同用102表示的部件針對(duì)的是類似于在之前附圖中所述的變速器，如前所述，而共同用104表示的部件涉及將在下面變得清楚的倍增組件。
倍增組件104包括呈套筒108形式的力矩拾取件，該套筒108具有類似于輪轂18的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以允許用于由各PTC的單向離合器26中的任何一個(gè)(例如如圖5所示)轉(zhuǎn)動(dòng)接合。類似的是，套筒108在其外周上包括多個(gè)單向外部離合器112(同軸設(shè)置在形成于在外表面上的凹槽內(nèi))，用于轉(zhuǎn)動(dòng)接合在外部輪轂殼體18’內(nèi)，為此，外部輪轂殼體18’具有稍大些的直徑以容納套筒108。
套筒108的前端包括容納小齒輪板組件120的帶輪齒的冠狀環(huán)116，該小齒輪板組件120可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到軸22上。冠狀環(huán)116向組裝在小齒輪板120上的小齒輪122(在本示例中為4個(gè))傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，每個(gè)小齒輪122又與相應(yīng)的反向齒輪124嚙合。反向齒輪124又與齒輪板132的中央太陽(yáng)輪130嚙合。倍增比值由小齒輪板組件的變速比限定(即，由冠齒輪、小齒輪和太陽(yáng)輪限定的總體變速比)。
齒輪板132在其周邊形成有多個(gè)嚙合凹口136(還可參見圖16)。倍增輸出從齒輪板132傳遞到倍增器接合件140，該倍增器接合件通過螺栓142固定到輪轂18’，螺栓142擰入倍增器接合件140的孔144中。倍增器接合件140包括一對(duì)在148處可樞轉(zhuǎn)地鉸接在環(huán)140內(nèi)的彈簧偏壓棘爪146(在圖16中最佳可見)，每個(gè)彈簧偏壓棘爪146包括接合叉150，用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地使齒輪板132制動(dòng)抵靠任何一個(gè)肩部136，如圖16所示。應(yīng)注意，棘爪146通常通過螺旋拉伸彈簧154被偏壓至脫離位置，從而棘爪146沿箭頭158方向的角度樞轉(zhuǎn)移動(dòng)將只在達(dá)到引發(fā)了發(fā)生該移動(dòng)的離心力的接合速度(預(yù)定角速度)之后才發(fā)生，最終導(dǎo)致棘爪146的叉150與所述肩部136接合，如圖16所示，從而可轉(zhuǎn)動(dòng)地制動(dòng)齒輪板132。
在操作過程期間，各PTC24以與結(jié)合之前實(shí)施例所述相同的方式依次與套筒108接合，從而之后轉(zhuǎn)動(dòng)輸出通過單向外部離合器112傳遞到輪轂18’。然而，當(dāng)達(dá)到接合速度(最后PTC24的最大標(biāo)稱速度)時(shí)，元件倍增器接合件140的角速度導(dǎo)致棘爪146圍繞軸銷148成角度地傾斜成與齒輪板132接合，從而倍增器組件的小齒輪板組件120使得套筒108慢下來。在該狀態(tài)，此時(shí)總體變速比由倍增器組件的實(shí)際機(jī)械倍增比值倍增，PTC變速比隨之連續(xù)下降(由于小齒輪板組件120)。鏈輪16(例如通過踩踏板)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)將必然伴隨如結(jié)合之前實(shí)施例所述的自動(dòng)檔位變換，但是以倍增的比值。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，根據(jù)另一改型(未示出)，可以設(shè)置第二倍增組件，從而可更加提高變速比。
在倍增檔位組件中，設(shè)計(jì)了單輸出級(jí)檔位以允許由PTC產(chǎn)生的變速狀態(tài)的倍增。假定該檔位包含N個(gè)PTC和一個(gè)倍增檔位，則總體變速狀態(tài)的數(shù)量將為2*(N+1)。在該結(jié)構(gòu)中，倍增齒輪(116、122、124和130)變速比將總體提高(1.X)**N，且在一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中將為(1.X)**(N+1)。棘爪146的接合速度將高于PTC N的接合速度，而在一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中高1.X倍。在加速過程中，PTC將一個(gè)接一個(gè)地接合。當(dāng)齒輪N接合且速度增加1.X時(shí)，倍增棘爪146將接合，導(dǎo)致變速比突然增加了(1.X)**(N+1)。由于PTC隊(duì)列正通過套筒108驅(qū)動(dòng)倍增齒輪，并由于被驅(qū)動(dòng)力矩(車體)通常比驅(qū)動(dòng)力矩(發(fā)動(dòng)機(jī)力矩)大得多，因此該接合將導(dǎo)致套筒108和所有的PTC減慢(1.X)**(N+1)且所有的PTC將立即脫離。當(dāng)速度進(jìn)一步增加1.X時(shí)，第一PTC將接合，導(dǎo)致總體變速比增長(zhǎng)至1.X**(N+2)，并一直這樣直到達(dá)到(1.X)**(2N+1)。
反向檔位結(jié)構(gòu)的操作本發(fā)明的另選操作形式是實(shí)現(xiàn)反向檔位。常規(guī)檔位實(shí)現(xiàn)固定的輸入和增加的輸出。反向檔位實(shí)現(xiàn)增加的輸入和固定的輸出。該功能可應(yīng)用于這樣的裝置，該裝置由變化很大的動(dòng)力源提供動(dòng)力(power)，但最佳需要的是固定的輸入RPM。一個(gè)示例應(yīng)用可以是但不限于汽車中的空調(diào)壓縮機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)通過帶提供動(dòng)力。由于發(fā)動(dòng)機(jī)RPM可能在1000和6000RPM之間變化，因此這在壓縮機(jī)的入口處產(chǎn)生了極寬的輸入速度范圍，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)動(dòng)力不足，而在發(fā)動(dòng)機(jī)處于高RPM時(shí)壓縮機(jī)超載。反向檔位會(huì)在任何發(fā)動(dòng)機(jī)輸入RPM的情況下將壓縮機(jī)RPM穩(wěn)定至較小的限定的范圍。
可通過使用具有其它行星結(jié)構(gòu)的齒輪來實(shí)現(xiàn)反向檔位。然而為了簡(jiǎn)潔和簡(jiǎn)單，如下的表現(xiàn)就足夠了，即如果使用當(dāng)前實(shí)施例從而獲得來自輪轂18的動(dòng)力輸入，從鏈輪16得出動(dòng)力輸出，并假定轉(zhuǎn)動(dòng)方向與在此之前描述的方向相反，那么結(jié)果就是上段所述的反向檔位。在以上所用的示例中，現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)輸入軸的相同的帶可通過形成在輪轂外部上的帶介面而連接到輪轂上，而輸出從輪轂側(cè)通過驅(qū)動(dòng)連接件42獲得，該驅(qū)動(dòng)連接件42在這種情況下將直接連接到壓縮機(jī)軸(而不是鏈輪)。
已經(jīng)結(jié)合自行車描述了本發(fā)明的自動(dòng)變速器。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，該變速器在作必要修正后可用在許多其它應(yīng)用中，例如(按領(lǐng)域分組)●電動(dòng)車輛(例如用于殘疾人士的電動(dòng)車輛或輪椅，電動(dòng)自行車或小型摩托車，叉車，列車，高爾夫車，機(jī)動(dòng)自行車等)；●內(nèi)燃機(jī)車輛(例如小型摩托車，機(jī)動(dòng)自行車，摩托車，汽車，全地形車，摩托雪橇，噴射滑水車)。這包括使用反向檔位來在較大幅度變化的發(fā)動(dòng)機(jī)RPM下穩(wěn)定壓縮機(jī)、交流發(fā)電機(jī)等的輸入RPM；●人力驅(qū)動(dòng)的車輛(例如自行車，輪椅，船)；●絞盤，滑輪，千斤頂和卷軸(例如帆船絞盤，吉普車絞盤，伸縮簾，汽車提升千斤頂，釣魚桿卷軸)；●渦輪機(jī)和推進(jìn)器(例如風(fēng)力渦輪機(jī)等)；●升降機(jī)和自動(dòng)扶梯；●家用輔助設(shè)備(例如洗衣機(jī)，干衣機(jī)，攪拌器，風(fēng)扇，食品加工機(jī)，研磨機(jī)，縫紉機(jī)，車床和鉆床等)；●玩具(例如，摩托化玩具車、船和飛機(jī))；●工業(yè)和民用工程應(yīng)用(例如傳送帶，起重機(jī)和升降機(jī))。
盡管顯示并描述了一些實(shí)施例，但應(yīng)理解，并不是意圖因此而限制公開，而是意圖涵蓋經(jīng)必要修正后落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有實(shí)施例、改型和結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件，該內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件用于對(duì)于向前行駛不連續(xù)地轉(zhuǎn)換變速比，該變速器組件包括多個(gè)可相互連接的變速比產(chǎn)生單元，這些變速比產(chǎn)生單元由并排設(shè)置的行星變速器盒構(gòu)成，并且相鄰的所述行星變速器盒可與由輸入到所述變速器組件的力矩所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速相關(guān)地串聯(lián)接合和脫離，每個(gè)所述行星變速器盒被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)一變速比從而在所述變速器組件上產(chǎn)生總體變速比；該變速器還包括內(nèi)裝有所述行星變速器盒的輪轂，所述行星變速器盒可逆地鎖定到所述輪轂上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其特征在于，所述組件被設(shè)計(jì)為當(dāng)所述變速器換高速檔至較高的變速比時(shí)，至所述變速器的輸入轉(zhuǎn)動(dòng)的節(jié)奏保持在相對(duì)較窄的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其特征在于，所述行星變速器盒為這樣的行星變速器盒其通過棘輪機(jī)構(gòu)與之前和/或之后的行星變速器盒可逆地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變速器組件，其特征在于，所述行星變速器盒的棘輪機(jī)構(gòu)包括之前的行星變速器盒的至少一個(gè)棘爪，所述至少一個(gè)棘爪可與之后的行星變速器盒的棘輪接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其特征在于，所述行星變速器盒包括行星齒輪子系統(tǒng)和棘輪機(jī)構(gòu)，該行星齒輪子系統(tǒng)包括中央的太陽(yáng)輪、設(shè)置在所述太陽(yáng)輪周圍的至少兩個(gè)小齒輪、以及圍繞所述小齒輪的冠齒輪，所述小齒輪的齒與所述太陽(yáng)輪的齒嚙合，所述冠齒輪的齒與所述小齒輪的齒嚙合，所述太陽(yáng)輪正交通過行星齒輪架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，所述小齒輪可樞轉(zhuǎn)地保持在所述行星齒輪架上；所述棘輪機(jī)構(gòu)包括可與所述行星齒輪架上的凹槽接合的至少一個(gè)棘爪。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速器組件，其特征在于，所述冠齒輪包括至少一個(gè)單向離合器機(jī)構(gòu)，所述單向離合器機(jī)構(gòu)用于將當(dāng)前行星變速器盒的冠齒輪鎖定到輪轂，以將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到該輪轂，并允許對(duì)該鎖定解鎖以允許所述輪轂相對(duì)于所述冠齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器組件，其特征在于，所述至少一個(gè)單向離合器機(jī)構(gòu)包括用于在所述離合器和所述輪轂之間提供較小摩擦力接觸的結(jié)構(gòu)，從而未接合的行星變速器盒的冠齒輪將沿著所述輪轂的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但所述輪轂可以比所述未接合的行星變速器盒的冠齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)得更快。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速器組件，其特征在于，所述棘爪可樞轉(zhuǎn)地連接到所述冠齒輪，并適于在超過所述冠齒輪的一轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)獲得閾值離心力，以使得所述棘爪擺動(dòng)離開所述冠齒輪并與所述凹槽接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變速器組件，其特征在于，該變速器組件還包括與每個(gè)行星變速器盒的各棘爪相關(guān)的彈簧，所述彈簧適于沿著與施加到每個(gè)棘爪的任何離心力相反的方向偏壓所述棘爪。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變速器組件，其特征在于，與每個(gè)之后的行星變速器盒的各棘爪相關(guān)的所述彈簧適于通過各連續(xù)的行星變速器盒產(chǎn)生增量增大的反作用力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變速器組件，其特征在于，所述彈簧適于使其增量增大的反作用力與由所述行星變速器盒的串聯(lián)導(dǎo)致的總體變速比的增加相對(duì)應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變速器組件，其特征在于，由所述彈簧產(chǎn)生的所述增量增大的反作用力是這些彈簧的彈簧系數(shù)的相應(yīng)增量差異的結(jié)果。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器組件，其特征在于，當(dāng)所述輪轂的轉(zhuǎn)速降低超過閾值時(shí)，由于至少之前的行星變速器盒的所述至少一個(gè)棘爪與所述當(dāng)前行星變速器盒的小齒輪架脫離，從而與所述輪轂鎖定的所述當(dāng)前行星變速器盒的所述單向離合器與所述輪轂脫離。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器組件，其特征在于，當(dāng)所述輪轂轉(zhuǎn)速的相對(duì)突然降低的大小導(dǎo)致?lián)Q低速檔時(shí)，其中所述當(dāng)前行星變速器盒與多于一個(gè)串聯(lián)的之前的行星變速器盒脫離，所述總體變速比直接換低速檔至較低的非相鄰總體變速比。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器組件，其特征在于，當(dāng)在所述當(dāng)前行星變速器盒的一個(gè)或多個(gè)棘爪上的離心力降低超過閾值時(shí)，至少之前的行星變速器盒的一個(gè)或多個(gè)棘爪與所述當(dāng)前行星變速器盒的小齒輪架脫離。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器組件，其特征在于，當(dāng)在所述當(dāng)前行星變速器盒和至少兩個(gè)之前的行星變速器盒的一個(gè)或多個(gè)棘爪上的離心力降低的大小為使得至少那些棘爪與它們相應(yīng)的行星齒輪架脫離時(shí)，所述總體變速比直接換低速檔至較低的非相鄰變速比。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其特征在于，每個(gè)行星變速器盒重復(fù)單元的幾何形狀和結(jié)構(gòu)都相同，從而每個(gè)所述行星變速器盒重復(fù)單元適于實(shí)現(xiàn)相同的變速比。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其特征在于，每個(gè)行星變速器盒的變速比在1.08和3.0之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速器組件，其特征在于，在每個(gè)行星變速器盒中有至少兩個(gè)棘爪，且每個(gè)行星變速器盒還包括用于結(jié)合其至少兩個(gè)棘爪的結(jié)合件，從而抵銷了在每個(gè)行星變速器盒的所述至少兩個(gè)棘爪上的非對(duì)稱力的作用。
20.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速器組件，其特征在于，該變速器組件還包括在變速比之間的換高速檔與換低速檔之間產(chǎn)生換檔滯后作用的機(jī)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的變速器組件，其特征在于，產(chǎn)生換檔滯后作用的機(jī)構(gòu)是彈簧偏壓機(jī)構(gòu)，該彈簧偏壓機(jī)構(gòu)在每個(gè)行星變速器盒的至少一個(gè)棘爪上產(chǎn)生摩擦力。
22.一種行星變速器盒，該行星變速器盒包括行星齒輪子系統(tǒng)和棘輪機(jī)構(gòu)，該行星齒輪子系統(tǒng)包括中央的太陽(yáng)輪、設(shè)置在所述太陽(yáng)輪周圍的至少兩個(gè)小齒輪、以及圍繞所述小齒輪的冠齒輪，所述小齒輪的齒與所述太陽(yáng)輪的齒嚙合，所述冠齒輪的齒與所述小齒輪的齒嚙合，所述太陽(yáng)輪正交通過行星齒輪架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，所述小齒輪可樞轉(zhuǎn)地保持在所述行星齒輪架上；所述棘輪機(jī)構(gòu)包括可與所述行星齒輪架上的凹槽接合的至少一個(gè)棘爪。
23.一種輪，該輪包括裝配有根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件的輪轂。
24.一種機(jī)械裝置，該機(jī)械裝置包括一動(dòng)力源，該動(dòng)力源連接到根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其特征在于，該變速器組件還包括倍增組件，該倍增組件包括力矩拾取件，該力矩拾取件設(shè)計(jì)成用于與當(dāng)前行星變速器盒可轉(zhuǎn)動(dòng)地接合并將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳遞至所述輪轂；倍增器接合件，該倍增器接合件可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到所述輪轂上并形成有用于與倍增行星齒輪組件接合的一個(gè)或多個(gè)徑向接合件，該倍增行星齒輪組件又與所述力矩拾取件的冠齒輪接合；從而力矩套筒以超過所述接合件的接合速度的速度的轉(zhuǎn)動(dòng)必然伴隨所述倍增行星齒輪組件的接合，由此降低了所述力矩套筒且相應(yīng)地所述行星變速器盒的速度。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的變速器組件，其特征在于，所述倍增行星齒輪組件包括多個(gè)小齒輪，每個(gè)小齒輪又與相應(yīng)的反向齒輪嚙合，各所述反向齒輪又與可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定有所述倍增器接合件的齒輪板的中央太陽(yáng)輪嚙合。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的變速器組件，其特征在于，所述力矩拾取件是通過形成在所述力矩套筒周邊上的單向滾柱軸承或棘輪機(jī)構(gòu)而可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定到所述輪轂上的套筒。
28.一種反向檔位組件，該反向檔位組件包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器組件，其中增加的輸入產(chǎn)生出減小的輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件，該內(nèi)部機(jī)械自動(dòng)變速器組件用于對(duì)于向前行駛不連續(xù)地轉(zhuǎn)換變速比，該變速器組件包括多個(gè)可相互連接的變速比產(chǎn)生單元，這些變速比產(chǎn)生單元由并排設(shè)置的行星變速器盒構(gòu)成，并且相鄰的所述行星變速器盒可與由輸入到所述變速器組件的力矩所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速相關(guān)地串聯(lián)接合和脫離，每個(gè)所述行星變速器盒被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)一變速比從而在所述變速器組件上產(chǎn)生總體變速比。根據(jù)本發(fā)明的變速器還可以包括一個(gè)或多個(gè)倍增組件。
文檔編號(hào)B62M11/18GK101022992SQ200580027240
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者埃蘭·斯塔里克 申請(qǐng)人:摩諾托克有限公司