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TW201831803A - 離合器控制機構及其應用的內變速器 - Google Patents

離合器控制機構及其應用的內變速器 Download PDF

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TW201831803A
TW201831803A TW106142339A TW106142339A TW201831803A TW 201831803 A TW201831803 A TW 201831803A TW 106142339 A TW106142339 A TW 106142339A TW 106142339 A TW106142339 A TW 106142339A TW 201831803 A TW201831803 A TW 201831803A
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Abstract

本發明公開了一種離合器控制機構及其應用的內變速器，透過軸上裝配的控制座、控制杆和控制套筒控制離合器，不需要在軸上加工其他的結構，降低了軸零件的加工難度，同時控制座和控制杆之間、控制杆和控制套筒之間的裝配方式更加方便，降低了使用該離合器控制機構的內變速器成本，在內變速器中，該離合器同時控制行星架和內齒圈之間以及內齒圈和花鼓之間的離合控制，簡化了變速器內部構造，進一步提高了內變速器的輕便化，有利於內變速器的推廣應用。

Description

離合器控制機構及其應用的內變速器
本發明屬於變速器，具體涉及一種離合器控制機構及其應用的內變速器。
內變速器透過離合器控制傳動系統內部和花鼓之間的離合傳動，實現不同擋位的速比控制。由於內變速器全部封裝在花鼓內部，其要求的裝配結構更複雜，導致零部件的加工難度大，生產成本高。並且變速控制端位於變速器外側端部，容易被外力破壞。
如申請號為03204051.2的中國專利申請案中公開的一種改進的內變速器輪轂軸及其具有其輪轂的內變速器，其中採用的離合器的控制包括套裝在輪轂軸上的內、外套件，透過在套件上加工異形的透空路徑，透過配合的定位銷一同實現離合器的軸向離合運動，套件的加工方式複雜，在裝配過程中需要將定位銷和套件一同裝配好再套裝在輪轂軸上，裝配困難，定位銷的傳動方式容易磨損，導致內變速器的使用壽命有限。
隨著內變速器在自行車上的應用越來越廣泛，如何降低內變速器的生產成本和裝配難題顯得越發重要。
本發明解決的技術問題是：針對習知的內變速器離合器控制結構存在的加工複雜、生產成本高的缺陷，提供一種新型的離合器控制機構及其應用的內變速器。
本發明採用如下技術方案實現：離合器控制機構，離合器轉動和滑動套裝在軸上，所述離合器上設有兩組離合結構，其中一組離合結構與一傳動部件傳動連接，另一組離合結構與另一傳動部件可離合連接，所述控制機構包括控制套筒、控制杆和控 制座，所述控制套筒和控制座分別套裝在軸上，所述控制套筒與離合器之間軸向定位連接，並且控制套筒和離合器之間自由旋轉裝配，所述控制座旋轉裝配在軸上，並與實現沿軸的周向旋轉的控制執行元件連接，所述控制杆沿軸的軸線方向滑動設置，一端與控制套筒之間軸向定位連接，另一端與控制座的轉動圓周上設置的控制凸輪面接觸。
進一步地，所述控制套筒嵌裝在離合器內孔，所述控制套筒的外壁設有凸緣，所述凸緣的一側與離合器內壁的軸向定位臺階抵接，另一側和軸向定位臺階之間透過軸向定位件實現軸向定位連接。
進一步地，所述控制套筒上設有定位孔，所述控制杆上設有嵌入定位孔中的定位凸塊，所述定位孔和定位凸塊之間嵌合裝配，實現控制杆和控制套筒之間的軸向定位連接。
進一步的，所述控制套筒連接控制杆的遠端透過壓縮的彈簧與軸上的軸肩連接。
進一步地，所述軸上設有軸向的滑槽，所述控制杆滑動嵌裝在滑槽內。
內變速器，包括封裝在花鼓內部的行星輪系、以及設置在動力輸入座和行星輪系的行星架之間的離合器，所述離合器應用了本發明上述的離合器控制機構；另外，所述行星輪系的內齒圈透過第一棘爪和花鼓內壁配合，並且，所述內齒圈還透過第二棘爪與動力輸入座配合，所述行星架透過第三棘爪和花鼓內壁配合；所述第一棘爪、第二棘爪和第三棘爪透過壓簧保持彈起狀態，所述離合器上設有控制第一棘爪壓下的斜坡結構。
進一步地，所述行星輪系的中心輪與軸為一體結構。
進一步地，所述離合器一端與動力輸入座之間透過滑動牙嵌式結構形成常結合傳動狀態，所述離合器另一端與行星架之間透過牙嵌式離合結構形成離合配合；所述斜坡結構在離合器與行星架分離過程中與第一棘爪接觸，控制第一棘爪彈起後與花鼓內壁配合。
進一步地，所述第一棘爪的中間位置透過銷軸設置在內齒圈上，第一棘爪的外端透過壓簧彈起與花鼓內壁的棘槽嵌合，另一端與穿過內齒圈與離合器的斜坡結構接觸。
在本發明中，所述離合器控制機構的控制執行元件包括設置在花鼓外端的拉繩座，所述拉繩座轉動套裝在軸端部，並與控制座同軸旋轉傳動裝配，所述控制座透過安裝套筒旋轉安裝在軸上。
進一步地，所述控制執行元件還包括拉繩導向板，所述拉繩導向板透過導向板安裝座固定安裝在軸上，所述導向板安裝座透過固定螺母軸向固定在軸上，所述導向板安裝座位於拉繩座的安裝內圈中，所述拉繩導向板與導向板安裝座周向固定，並透過軸向卡環軸向固定，所述拉繩座轉動安裝在導向板安裝座上，連接擋位元控制動力元件的拉繩透過拉繩導向板與拉繩座連接。
本發明採用軸上裝配的控制座、控制杆和控制套筒控制離合器，不需要在軸上加工其他的結構，降低了軸零件的加工難度，同時控制座和控制杆之間、控制杆和控制套筒之間的裝配方式更加方便，降低了使用該離合器控制機構的內變速器成本，在內變速器中，該離合器同時控制行星架和內齒圈之間以及內齒圈和花鼓之間的離合控制，簡化了變速器內部構造，進一步提高了內變速器的輕便化，有利於內變速器的推廣應用。
以下結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。
1‧‧‧離合器
101‧‧‧第一離合結構
102‧‧‧第二離合結構
103‧‧‧斜坡結構
1031‧‧‧低位元面
1032‧‧‧高位面
104‧‧‧軸向定位臺階
11‧‧‧控制套筒
111‧‧‧凸緣
112‧‧‧定位孔
12‧‧‧控制杆
121‧‧‧推動端部
122‧‧‧定位凸塊
13‧‧‧控制座
131‧‧‧控制凸輪面
14‧‧‧彈簧
15‧‧‧軸向定位件
21‧‧‧內齒圈
211‧‧‧第一棘爪
212‧‧‧第二棘爪
213‧‧‧第三棘爪
22‧‧‧行星架
23‧‧‧中心輪
3‧‧‧軸
301‧‧‧軸肩
302‧‧‧軸向滑槽
303‧‧‧旋轉安裝段
4‧‧‧花鼓
401‧‧‧棘槽
41‧‧‧珠架組件
5‧‧‧動力輸入座
6‧‧‧控制執行組件
61‧‧‧拉繩座
62‧‧‧拉繩導向板
63‧‧‧導向板安裝座
64‧‧‧控制扭簧
65‧‧‧安裝套筒
66‧‧‧軸向卡環
67‧‧‧固定螺母
圖1為實施例中的離合器控制機構的裝配示意圖。
圖2為實施例中的離合器控制機構分解示意圖。
圖3為實施例中的離合器控制機構及離合器的軸上裝配示意圖。
圖4為實施例中的軸結構示意圖。
圖5為實施例中應用的內變速器裝配示意圖。
圖6為實施例中內變速器的第一擋位元狀態示意圖。
圖7為實施例中內變速器在第一擋位元時的第一棘爪狀態示意圖。
圖8為實施例中的內變速器的第二擋位元狀態示意圖。
圖9為實施例中的內變速器在第二擋位元時的第一棘爪狀態示意圖。
圖10為實施例中內變速器的第三檔位元狀態示意圖。
圖11為實施例中的內變速器的控制執行元件分解示意圖。
圖中標號：
1-離合器，101-第一離合結構，102-第二離合結構，103-斜坡結構，1031-低位元面，1032-高位面，104-軸向定位臺階，11-控制套筒，111-凸緣，112-定位孔，12-控制杆，121-推動端部，122-定位凸塊，13-控制座，131-控制凸輪面，14-彈簧，15-軸向定位件，21-內齒圈，211-第一棘爪，212-第二棘爪，213-第三棘爪，22-行星架，23-中心輪，3-軸，301-軸肩，302-軸向滑槽，303-旋轉安裝段，4-花鼓，401-棘槽，41-珠架組件，5-動力輸入座，6-控制執行組件，61-拉繩座，62-拉繩導向板，63-導向板安裝座，64-控制扭簧，65-安裝套筒，66-軸向卡環，67-固定螺母。
實施例1
參加圖1、圖2和圖3，本實施例中的離合器1為裝配在軸上的牙嵌式離合器，離合器1旋轉裝配在軸3上，在離合器1的內圈裝配有控制套筒11、控制杆12、控制座13、彈簧14和軸向定位件15等部件，用於控制離合器1沿軸3的軸線方向直線動作，實現離合動作，同時不影響離合器在兩個傳動部件直接傳遞旋轉動力。
具體的，控制套筒11與離合器1同軸套裝在軸3，控制套筒11可相對軸3以及離合器1之間軸向滑移，控制套筒11為一具有臺階結構凸緣111的套筒構件，控制套筒11裝配在離合器1內圈和軸3之間，透過凸緣111的一個臺階端面與離合器1內圈的軸向定位臺階104接觸，實現離合器1和控制套筒11之間一個軸向方向的定位，在離合器1內圈還設置用於裝配軸向定位件15的槽，該軸向定位件15可為軸向定位卡環，透過裝配軸向定位件15與凸緣111的另一個端面接觸，實現離合器1和控制套筒11之間另一個軸向方向的定位，最終一同實現離合器1和控制套筒11直接的可靠軸向定位，即控制套筒11能夠控制離合器1沿軸3的軸向左右滑移。同時，控制套筒11的外圈和離合器1的內圈之間、以及凸緣111和離合器1的軸向定位臺階104及軸向定位件15之間採用間隙配合，實現離合器1和控制套筒11之間的自由轉動裝配，即控制套 筒11不會影響離合器1本身的旋轉傳動。
控制座13為一旋轉套裝在軸3上的回轉構件，在控制座13的轉動圓周上設有具備高度差的控制凸輪面131，該控制凸輪面131設置在與控制套筒11相對的回轉端面上，控制凸輪面131上的點到控制套筒11之間的垂直距離透過控制凸輪面131上的高度差進行變化，控制座13透過在軸3上軸向滑移定位的控制杆12推動控制套筒11軸向滑移，進而帶動離合器1軸向動作。
控制杆12為一杆狀構件，兩端分別連接控制套筒11和控制座13。具體的，控制杆12靠近控制座13的端部為圓頭的推動端部121，該推動端部121與控制座13的控制凸輪面131接觸，與控制座13之間形成一個凸輪副配合，控制杆12靠近控制套筒11的端部設置定位凸塊122，對應的，在控制套筒11的內圈設有一定位孔112，定位凸塊122與定位孔112嵌合，將控制杆12和定位套筒11之間實現軸向定位連接，控制凸輪面131隨著控制座13的轉動，推動控制杆12軸向動作，驅動控制套筒11軸向直線滑移。
結合參見圖4，軸3上設有用於旋轉裝配控制套筒11的旋轉安裝段303，該旋轉安裝段303的直徑要大於一端安裝控制座13的軸段外徑，在該旋轉安裝段303上沿軸向開設軸向滑槽302，控制杆12滑動嵌裝在該軸向滑槽302內，實現控制杆12沿軸3的軸線方向滑移限位，同時將控制杆12部分嵌入軸3內安裝，避免控制杆12過多地佔用控制套筒11內圈的空間，可有效降低控制內圈的徑向尺寸。
控制套筒11、控制杆12和控制座13配合實現圖3中從右向左推動離合器，壓縮的彈簧14則用於從左向右推動離合器軸向回位。控制套筒11遠離控制座13一端的軸3上設有軸肩301，在該軸肩301和控制套筒11之間設有壓縮的彈簧14，該壓縮的彈簧14的作用是在控制座13將控制套筒11向左推動後，驅動控制套筒11向右回位。
結合參見圖5和圖1-4，圖示中的內變速器為採用本實施例的離合器及離合器控制機構的優選實施方案，包括行星輪系、離合器1、軸3、花鼓4、動力輸入座5以及控制執行元件6，軸3為車輪軸，行星輪系封裝在軸3和花鼓4之間，動力輸入座5透過離合器1與行星輪系的動力輸入端透過離合器1連接，控制動力輸入座5和行星輪系的動力輸入端之間以及行星輪系的棘爪離合控制，控制執行元件6則用於控制離合器控制機構中的控制座13.
具體的，本實施例中的行星輪系包括內齒圈21、第一棘爪211、第二棘爪212、行星架22、中心輪23和若干行星輪。其中內齒圈21的內圈透過第二棘爪212與動力輸入座5之間單傳動裝配，動力輸入座5與內變速器外部連接的動力輸入傳動件連接，如飛輪，內齒圈21透過第一棘爪211與花鼓4的內壁單向傳動配合，行星架22的外圈透過第三棘爪213與花鼓4的內部單向傳動配合，本實施例中所指的單向傳動配合均是至驅動花鼓4連接的車輪向前轉動的傳動方向。在這裡，第一棘爪211、第二棘爪212和第三棘爪213均透過壓簧裝配，並保持初始狀態為彈起狀態(即單向傳動的狀態)，具體如何透過壓簧裝配棘爪為內變速器中常用的技術手段，本實施例在此不做贅述。
行星輪系的動力輸入端根據擋位元的不同，可以為內齒圈21或是行星架22，本實施例中的離合器1設置在動力輸入座5和行星架22之間，再次參見圖2，本實施例的離合器1在兩端分別設有第一離合結構101和第二離合結構102，其中，第一離合結構101為設置在離合器端面圓周的若干凸起，與行星架22的內圈端面設置的若干凹槽相互嵌合，能過分離和結合的牙嵌式離合結構，第二離合結構102為設置在離合器另一端面外圓周的若干凸起，與動力輸入座5內圈設置的若干軸向凹槽滑動嵌合，形成常結合狀態的滑動牙嵌式結構，第一離合結構101與行星架22分離或結合的過程中，第二離合結構102始終與動力輸入座5保持動力傳動狀態。
本實施例的離合器1穿過內齒圈21與行星架離合動作，在離合器1的外圈還設有沿周向設置的斜坡結構103，斜坡結構103的一側的離合器外徑大於另一側的外徑，相互之間透過斜坡結構103連接，在斜坡結構103的兩側分別形成低位面1031(較大的離合器外徑)和高位面1032(較小的離合器外徑)，該斜坡結構103與設置在內齒圈21和花鼓4之間的第一棘爪211接觸，可控制第一棘爪211從彈起狀態變換為壓下狀態。
如圖7和圖9所示，第一棘爪211的中間位置透過銷軸轉動設置在內齒圈21上，第一棘爪211的外側棘齒端透過壓簧彈起與花鼓內壁的棘槽嵌合，形成單向傳動，內側則穿過內齒圈21與離合器的外徑接觸，經過斜坡結構103兩端的高位面和低位元面之間的變換，透過杠杆作用將第一棘爪211的外側壓下，使內齒圈21和花鼓4分離。
本實施例為三速內變速器，不需要控制中心輪23，中心輪23與軸3之間 固定裝配，為了節省裝配成本，可將中心輪23在軸3上一體加工成型。
以下結合圖6-圖10詳細說明本實施例的三速內變速器的擋位元傳動狀態。
當控制座13的控制凸輪面的低位與控制杆接觸時，控制套筒11及離合器1在彈簧14的作用下向右推動推動，此時離合器1與行星架22之間為動力分離狀態，並且離合器的斜坡結構103的高位面1032與第一棘爪211的內側接觸，將第一棘爪211控制為壓下狀態，使內齒圈21與花鼓4之間為動力分離狀態，此時動力由動力輸入座5進入，透過第二棘爪212傳遞至內齒圈21，內齒圈21將旋轉動力傳入行星輪系進行減速傳動，然後由行星架22經第三棘爪輸出至花鼓4，帶動花鼓連接的車輪轉動，該擋位為低速檔，動力傳遞路線如圖6中的箭頭所示，第一棘爪211的狀態如圖7所示。
當控制座13的控制凸輪面的中間位置與控制杆接觸時，控制座13透過控制杆12推動控制套筒11向左側的行星架靠近，此時離合器1與行星架22之間仍為分離狀態，但是在離合器1向左移動的過程中，離合器1的外圈與第一棘爪211內側接觸的位置由高位面1032經斜坡結構103變換至低位元面1031，第一棘爪211的內側失去離合器的限制，在自身壓簧的作用下彈起，變換內齒圈21與花鼓4之間為單向動力傳動狀態，此時，動力由動力輸入座5進入，直接透過第一棘爪211傳遞至花鼓4輸出，帶動花鼓連接的車輪轉動，該擋位為直接擋，花鼓4的轉速超過行星架22的轉速，第三棘爪213被超越，動力傳遞路線如圖8中的箭頭所示，第一棘爪211的狀態如圖9所示。
擋控制座13的控制凸輪面的高位與控制杆接觸，控制座13繼續透過控制杆12推動控制套筒11向左側的行星架靠近，將離合器1與行星架22之間變換為結合狀態，此時第一棘爪211的內側保持與離合器1外圈的低位面接觸，內齒圈21與花鼓4之間為單向動力傳遞狀態，此時，動力由動力輸入座5進入，透過離合器1傳遞至行星架22，行星架22將旋轉動力傳入行星輪系進行增速傳動，然後由內齒圈22由第一棘爪211輸出至花鼓4，帶動花鼓連接的車輪轉動，該擋位為增速擋，花鼓4及內齒圈21的轉速超過動力輸入座5的轉速，第二棘爪212被超越，動力傳遞路線如圖10中的箭頭所示，第一棘爪211的狀態仍然如圖9所示。
如圖11所示，在內變速器中，離合器控制機構的控制執行元件6包括拉 繩座61、拉繩導向板62、導向板安裝座63、控制扭簧64、安裝套筒65、軸向卡環66和固定螺母67。其中拉繩座61及控制座13均透過安裝套筒65轉動安裝在軸3的端部，並與花鼓之間透過珠架元件41轉動裝配，拉繩座61和安裝套筒65之間以及安裝套筒65和控制座13之間分別透過周向定位結構連接，拉繩座61與內變速器外部的拉繩系統連接，透過拉繩驅動拉繩座61相對于軸3周向轉動，進而驅動離合器控制機構的控制座13轉動，同時，拉繩座61和軸3之間透過控制扭簧64連接，實現拉繩座61的彈性回位元。拉繩導向板62透過導向板安裝座63周向定位裝配在拉繩座61的外側，用於拉繩座的軸向定位同時，還用於對拉繩引入拉繩座進行導向，導向板安裝座63透過與軸3之間透過非圓扁位周向定位裝配，拉繩導向板62和導向板安裝座63之間透過周向嵌合的凸起和凹槽實現定位裝配，同時，在導向板安裝座63的外側設置軸向卡環66，作為拉繩導向板62的軸向定位裝配，導向板安裝座63外側的軸3上螺接固定螺母67，實現整個離合器控制機構及控制執行元件在軸3的軸向鎖緊。導向板安裝座63嵌裝在拉繩座61的內圈中，在更換飛輪時：取掉軸向卡環66即可取出拉繩導向板62和拉繩座61，實現不拆取螺母的情況下進行內變速器的動力輸入座連接的飛輪更換，而不會影響內部結構裝配。
本發明所應用的內變速器可應用在包括自行車、電動助力自行車或摩托車的輪轂上，並且也不僅限於本實施中所述的三速內變速器，本領域技術人員可根據傳動速比的不同，採用以上實施例在本申請專利範圍內的各種相似實施方式，本實施例在此不一一列舉。
本申請要求於2017年02月27日提交中國專利局、申請號為201710108815.5、發明名稱為“離合器控制機構及其應用的內變速器”的專利申請，其全部內容透過引用結合在本申請中。

Claims (10)

  1. 一種離合器控制機構，離合器係轉動和滑動地套裝在軸上，所述離合器上設有兩組離合結構，其中一組離合結構與一傳動部件傳動連接，另一組離合結構與另一傳動部件可離合連接，其中，所述控制機構包括控制套筒、控制杆和控制座，所述控制套筒和控制座分別套裝在軸上，所述控制套筒與離合器之間軸向定位連接，並且控制套筒和離合器之間自由旋轉裝配，所述控制座旋轉裝配在軸上，並與實現沿軸的周向旋轉的控制執行元件連接，所述控制杆沿軸的軸線方向滑動設置，一端與控制套筒之間軸向定位連接，另一端與控制座的轉動圓周上設置的控制凸輪面接觸。
  2. 如請求項1所述的離合器控制機構，其中所述控制套筒嵌裝在離合器內孔，所述控制套筒的外壁設有凸緣，所述凸緣的一側與離合器內壁的軸向定位臺階抵接，另一側和軸向定位臺階之間透過軸向定位件實現軸向定位連接。
  3. 如請求項2所述的離合器控制機構，其中所述控制套筒上設有定位孔，所述控制杆上設有嵌入定位孔中的定位凸塊，所述定位孔和定位凸塊之間嵌合裝配，實現控制杆和控制套筒之間的軸向定位連接。
  4. 如請求項3所述的離合器控制機構，其中所述控制套筒連接控制杆的遠端透過壓縮的彈簧與軸上的軸肩連接。
  5. 如請求項4所述的離合器控制機構，其中所述軸上設有軸向的滑槽，所述控制杆滑動嵌裝在滑槽內。
  6. 一種內變速器，包括封裝在花鼓內部的行星輪系、以及設置在動力輸入座和行星輪系的行星架之間的離合器，其中，所述離合器應用如請求項1-5中任一項所述的離合器控制機構；所述行星輪系的中心輪與軸固定連接，所述行星輪系的內齒圈透過第 一棘爪和花鼓內壁配合，所述內齒圈還透過第二棘爪與動力輸入座配合，所述行星架透過第三棘爪和花鼓內壁配合；所述第一棘爪、第二棘爪和第三棘爪透過壓簧保持彈起狀態，所述離合器上設有控制第一棘爪壓下的斜坡結構。
  7. 如請求項6所述的內變速器，其中所述離合器一端與動力輸入座之間透過滑動牙嵌式結構形成常結合傳動狀態，所述離合器另一端與行星架之間透過牙嵌式離合結構形成離合配合；所述斜坡結構在離合器與行星架分離過程中與第一棘爪接觸，控制第一棘爪彈起後與花鼓內壁配合。
  8. 如請求項7所述的內變速器，其中所述第一棘爪的中間位置透過銷軸設置在內齒圈上，第一棘爪的外端透過壓簧彈起與花鼓內壁的棘槽嵌合，另一端與穿過內齒圈與離合器的斜坡結構接觸。
  9. 如請求項6-8中任一項所述的內變速器，其中所述離合器控制機構的控制執行元件包括設置在花鼓外端的拉繩座，所述拉繩座轉動套裝在軸端部，並與控制座同軸旋轉傳動裝配，所述控制座透過安裝套筒旋轉安裝在軸上。
  10. 如請求項9所述的內變速器，其中所述控制執行元件還包括拉繩導向板，所述拉繩導向板透過導向板安裝座固定安裝在軸上，所述導向板安裝座位於拉繩座的安裝內圈中，所述導向板安裝座透過固定螺母軸向固定在軸上，所述拉繩導向板與導向板安裝座周向固定，並透過軸向卡環軸向固定，所述拉繩座轉動安裝在導向板安裝座上，連接擋位元控制動力元件的拉繩透過拉繩導向板與拉繩座連接。
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