專利名稱：自行車輪轂動(dòng)力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在自行車后輪轂上的動(dòng)力變換裝置，尤其涉及一種在一側(cè)具有變速器，在另一側(cè)具有雙向腳踏板機(jī)構(gòu)，并且在這兩者之間設(shè)有一個(gè)離合器的裝置，為了驅(qū)動(dòng)自行車的后輪，該裝置無論輸入動(dòng)力的方向如何僅向一個(gè)方向輸出動(dòng)力，同時(shí)根據(jù)自行車的運(yùn)行狀態(tài)改變其轉(zhuǎn)速。
通常，將自行車劃分為三種一種作為運(yùn)輸裝置的普通自行車，一種特別用于山地運(yùn)動(dòng)的山地自行車和用于體育運(yùn)動(dòng)的自行車?；旧?，上述所有的自行車都包括設(shè)在自行車的前后車架上的前后輪和一對設(shè)在兩輪之間作為動(dòng)力供應(yīng)源的腳踏板。通過蹬踏腳踏板來獲得自行車的驅(qū)動(dòng)力，然后，順序通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪、一根鏈條和一個(gè)被動(dòng)鏈輪將動(dòng)力傳輸給后輪。但是，絕大多數(shù)自行車只能在向前蹬踏腳踏板的時(shí)候向前運(yùn)行，也就是說，在向后蹬踏腳踏板的時(shí)候自行車不能向前運(yùn)行。這種單方向的自行車容易使騎行者的腿疲勞，并且在騎行數(shù)小時(shí)之后也不能均衡地鍛煉騎行者的腿部肌肉。
因此，為了解決這些問題，許多發(fā)明人已經(jīng)做了很多努力來發(fā)展一種可以用于普通的單向自行車的雙向蹬踏裝置。迄今為止所發(fā)展的雙向蹬踏裝置允許在向前后兩個(gè)方向蹬踏的時(shí)候向前驅(qū)動(dòng)自行車，并且根據(jù)其所適于的方法可以粗略地將其分成三類。即使用一個(gè)輔助齒輪、一個(gè)傘齒輪和一個(gè)行星輪的方法。這里的雙向蹬踏裝置是指這樣一種裝置，在這種裝置中無論何時(shí)在向前后蹬踏腳踏板的時(shí)候都向前驅(qū)動(dòng)自行車，并且假如需要象普通自行車那樣向后空轉(zhuǎn)自行車的時(shí)候也可以通過一根桿來有選擇地控制允許空轉(zhuǎn)。
正如本發(fā)明所涉及的雙向蹬踏裝置一樣，Manrzoursos等(EPO公開號0,369,926)中也公開了適用于輔助齒輪的雙向蹬踏裝置，F(xiàn)oster(US-5,435,583)中公開了一種適用于傘齒輪和離合器的雙向蹬踏裝置，本申請(PCT/KR 96/00236)則公開一種適用于行星輪的雙向蹬踏裝置。
通常為了改變動(dòng)力的方向，上述發(fā)明均設(shè)有一個(gè)中間輪(輔助齒輪，傘齒輪和行星輪)，但是，在改變動(dòng)力方向的方法中，在改變動(dòng)力的時(shí)候作用于每一個(gè)部件上的載荷的分布情況以及與普通自行車的互換性和零部件的精度方面均差異。但是，所有這些發(fā)明都是針對腳踏板軸做出的，而不涉及后輪軸。
由本申請人所發(fā)明的雙向蹬踏裝置(PCT/KR 96/00236)在零件的精度、動(dòng)力變換的平穩(wěn)性和可以直接連接在普通自行車的腳踏板軸上的互換性方面均具有諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，驅(qū)動(dòng)鏈輪和曲柄部分的形狀與普通自行車的不同，這樣在將這些部分連接到一輛普通的自行車上的時(shí)候就要改變這些部分。
由于象上述的裝置一樣，本申請所發(fā)明的雙向蹬踏裝置也是連接于腳踏板軸的外側(cè)，所以連接裝置就要向自行車的框架的外側(cè)凸出。這種凸出的裝置會(huì)影響騎行者蹬踏。另外，將這種向著自行車框架的外側(cè)凸出的雙向蹬踏裝置連接于最近新發(fā)展的為搬運(yùn)可以折疊的自行車上是很困難。
因此，上述問題要求發(fā)展一種新的雙向蹬踏裝置，這種裝置可以連接于后輪軸上。
另一方面，為了減少在蹬踏的時(shí)候?qū)ν鹊膫σ约坝行У乩檬┘佑谀_踏板上的能量，施加于腳踏板上的蹬踏節(jié)律和蹬踏力應(yīng)該是恒定的。為了滿足上述條件，發(fā)展了一種用于自行車的變速器，該變速器控制主動(dòng)鏈輪和被動(dòng)鏈輪之間的傳動(dòng)比，因而根據(jù)驅(qū)動(dòng)自行車的阻力來適當(dāng)?shù)厥┘拥盘ちΑ?br> 變速器分內(nèi)置式和外置式。外置式變速器直接改變傳動(dòng)比，并在許多鏈輪上使用一根鏈條，這些鏈輪按順序安裝在腳踏板軸和輪轂軸上并具有不同的直徑；而內(nèi)置式變速器則通過設(shè)置于后輪轂體內(nèi)的行星輪來改變傳動(dòng)比。內(nèi)置式變速器可以明顯地小于外置式并且由于是安裝于輪轂殼體中，所以可以防止由于塵土或外界物質(zhì)進(jìn)入而造成的沖擊。由于這些優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)置式變速器被廣泛地用于普通自行車。日本公開專利No.5-65094(1993年3月3日)給出了一種這些發(fā)明所涉及的內(nèi)置式變速器的例子。
還有一些涉及安裝在后輪轂中的變速器的發(fā)明，這些發(fā)明用于增加其變速器的效率或控制傳動(dòng)比。但是，包括一個(gè)用于改變動(dòng)力方向的雙向蹬踏裝置的內(nèi)置式變速器并未公知。
如上所述，絕大多數(shù)的雙向蹬踏裝置均安裝在腳踏板軸上，而不是安裝在后輪的輪轂軸上。絕大多數(shù)涉及輪轂軸的發(fā)明僅限于變速器，并且要研究包括變速器和順序蹬踏裝置的多功能自行車是非常困難的。
因而，對于一種自行車的多功能裝置的需求已經(jīng)增加。在這種自行車中具有用于平衡發(fā)展人腿肌肉的雙向蹬踏結(jié)構(gòu)以及有效地利用施加于腳踏板上的能量的變速器，同時(shí)需要一種非常安全且其所有的零件均易于制造的自行車。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種涉及自行車的多功能附屬裝置，這種裝置可以優(yōu)化驅(qū)動(dòng)效率并且在騎自行車的時(shí)候均衡地發(fā)展人腿的肌肉。
本發(fā)明的特征是一個(gè)雙向蹬踏裝置和一個(gè)改進(jìn)的變速器安裝在一個(gè)后輪輪轂軸上。這樣，這種雙向蹬踏裝置可以平衡地發(fā)展騎行者腿部的肌肉并且這種變速器可以優(yōu)化騎行者的鍛煉效果。
根據(jù)本發(fā)明的自行車輪轂動(dòng)力改變裝置的基本結(jié)構(gòu)如下。首先，變速段安裝在一根輪轂軸的一端，一個(gè)雙向蹬踏裝置(BDPA)段安裝輪轂軸的另一端，離合器安裝在中間部位。然后，在輪轂殼體中插入以上三個(gè)部分的組合件，在一端用一個(gè)蓋，另一端用一個(gè)被動(dòng)鏈輪將輪轂殼體的兩端封閉。
動(dòng)力變換裝置的變速段包括一個(gè)太陽輪、一個(gè)行星架和一個(gè)齒圈。具有上述結(jié)構(gòu)的變速段從離合器或BDPA段接受動(dòng)力，關(guān)于BDPA段將在下面描述。作用在變速段上的動(dòng)力通過各種路徑傳給輪轂殼體。根據(jù)傳輸動(dòng)力的路徑不同，自行車的后輪以低、中和高速行駛。
本發(fā)明的離合器具有一個(gè)中空的圓柱形狀，和在外側(cè)一端上具有許多傾斜的榫舌的花鍵，而在另一端具有凸起。具有上述結(jié)構(gòu)的離合器可離合地在向著變速段的一端與行星架連接，并在向著雙向蹬踏裝置的另一端與齒圈連接。用一根安裝于輪轂軸中的杠桿使離合器的位置向左右移動(dòng)。通過移動(dòng)離合器的位置，使其完全不將動(dòng)力傳遞給變速段(低速和中速)，或?qū)?dòng)力傳遞給變速段的行星架(高速)。
本發(fā)明的雙向蹬踏裝置包括一個(gè)齒圈，一個(gè)棘輪和兩個(gè)行星架。具有這種結(jié)構(gòu)的雙向蹬踏裝置段從一個(gè)將在下面描述的主動(dòng)輪接收動(dòng)力，并將所接收的動(dòng)力傳遞給離合器和變速段。雙向蹬踏裝置段無論從主動(dòng)輪傳來的動(dòng)力是什么方向，在任何時(shí)候均沿著順時(shí)針的方向傳輸動(dòng)力(相對自行車的運(yùn)動(dòng)方向以從右看的視圖為基礎(chǔ))。這樣，被設(shè)置成可以從雙向蹬踏裝置接收動(dòng)力的結(jié)構(gòu)件(離合器，變速段和將描述的輪轂軸)只能順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
另一方面，多階圓柱形輪轂軸作為容納本發(fā)明結(jié)構(gòu)件的殼體。在輪轂殼體的內(nèi)壁上設(shè)置兩個(gè)棘齒，用于從變速段接收動(dòng)力。在其外側(cè)的兩端設(shè)有法蘭，用于與后輪的輻條連接。
本發(fā)明的一個(gè)主動(dòng)輪與輪轂軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，并與被動(dòng)鏈輪整體地連為一體。這樣，主動(dòng)輪通過被動(dòng)鏈輪接收腳踏板產(chǎn)生的動(dòng)力并將其傳遞給雙向蹬踏裝置段。將一根銷軸桿插入輪轂軸中，用于控制雙向蹬踏裝置段。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的自行車動(dòng)力變換裝置包括變速段，離合器，雙向蹬踏裝置段，輪轂軸，蓋和被動(dòng)鏈輪，這些零件順序連接。利用輪轂軸的法蘭與輻條的連接，本發(fā)明的裝置可以連接于普通自行車架的后叉端部，從而與自行車的后輪連接。
下面將簡要描述根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的動(dòng)力傳輸路線。首先，順序通過曲柄，主動(dòng)鏈輪和鏈條將腳踏板產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給被動(dòng)鏈輪。被動(dòng)鏈輪將動(dòng)力傳給本發(fā)明的裝置，同時(shí)與主動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)并且無論轉(zhuǎn)動(dòng)方向如何均將動(dòng)力傳給雙向蹬踏裝置段。雙向蹬踏裝置段將所接收的動(dòng)力傳給離合器和變速段，變速段將所傳遞的動(dòng)力傳給輪轂殼體。這樣，傳給輪轂殼體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)自行車的后輪。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的自行車的動(dòng)力變換裝置中，在現(xiàn)有技術(shù)中安裝在腳踏板軸上并從其上凸出的雙向蹬踏裝置段被安裝在后輪的輪轂殼體中，這樣在反向蹬踏的時(shí)候可以向前驅(qū)動(dòng)而不妨礙蹬踏，同時(shí)變速段與雙向蹬踏裝置段一起安裝在輪轂殼體中，從而有效地利用驅(qū)動(dòng)自行車所需的動(dòng)力。這種自行車動(dòng)力變換裝置可以很容易地連接于普通自行車的后輪上，因而改進(jìn)了與普通自行車的互換性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的自行車輪轂的動(dòng)力變換裝置的剖視圖；圖2是圖1所示的自行車輪轂的動(dòng)力變換裝置的分解透視圖；圖3A，3B，3C分別是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的變速段的第一行星架的左、前和右視圖；圖4A，4B，4C分別是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的變速段的第一齒圈的左、前和右視圖；圖5A，5B，5C分別是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的雙向蹬踏裝置(BDPA)段的第二齒圈的左、前分解和右視圖；圖6A，6B分別是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的雙向蹬踏裝置的第二行星架正剖視圖和沿圖6A中的a-a線剖開的剖視圖；圖7是是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的雙向蹬踏裝置段的棘輪的分解正視圖；圖8A，8B分別是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的雙向蹬踏裝置的第三行星架正剖視圖和沿圖8A中的a-a線剖開的剖視圖；圖9A，9B，9C分別是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的主動(dòng)輪的左、前剖視和右視圖；圖10A，10B，10C是沿著圖1中a-a線的剖視圖，分別表示當(dāng)動(dòng)力沿順時(shí)針方向、逆時(shí)針方向作用時(shí)的工作狀態(tài)和空轉(zhuǎn)時(shí)的工作狀態(tài)；圖11表示根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置中速度變換到第一檔時(shí)的工作狀態(tài)；圖12表示根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置中速度變換到第二檔時(shí)的工作狀態(tài)；圖13表示根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置中速度變換到第三檔時(shí)的工作狀態(tài)。
下面參考圖1和2粗略描述本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置。
在本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置中，變速段I，離合器40和雙向蹬踏裝置(BDPA)段II分別安裝在圖1和2的左、中和右部分，相對輪轂軸10定心。由一個(gè)輪轂殼體將包括變速段I，離合器40和雙向蹬踏裝置(BDPA)段II的組合件封閉。支承桿2和與主動(dòng)輪90連接的被動(dòng)鏈輪94分別連接在與動(dòng)力變換裝置的左右端。
輪轂軸10的左右部分為中空的圓柱體，杠桿3和銷軸桿4分別安裝在其左右部分中。杠桿3控制離合器40，銷軸桿4控制雙向蹬踏裝置(BDPA)段II的第三行星架80。輪轂軸10的左右部分具有外螺紋表面，在將動(dòng)力變換裝置連接于一輛普通自行車上的時(shí)候該表面與自行車的車架連接。支承桿2用作將本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置牢固地連接于自行車架上的輔助裝置。
下面將參照所涉及的附圖描述本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置。
如上所述，本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置基本上包括變速段I，離合器40和雙向蹬踏裝置(BDPA)段II。這三個(gè)部分與輪轂軸10對中地連接并由輪轂殼體100封閉，從而形成一個(gè)組合件。然后，用蓋5和103將組合件的兩側(cè)封閉，形成一個(gè)最終的單元。下面將按照輪轂軸10的順序描述本發(fā)明，所有的部件均圍繞著輪轂軸10連接，主要部件包括變速段I，離合器40和雙向蹬踏裝置(BDPA)段II，以及其他結(jié)構(gòu)部件。
在詳細(xì)描述之前，作以下澄清。即，由于本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置涉及一種轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，該裝置主要部件均為圓形、圓柱形或中空圓柱體形狀。除去第四棘齒72是一個(gè)反向棘齒以外，所有用在動(dòng)力變換裝置中的棘齒都是向前的棘齒。
首先，參考圖1和2描述根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的輪轂軸10。輪轂軸10是一個(gè)如圖2所示的多階中空軸。在輪轂軸10的外側(cè)，從左至右設(shè)有一個(gè)螺紋部分、第一花鍵11、第一太陽輪12、第一銷軸孔13、第二花鍵14、第二銷軸孔15和另一個(gè)螺紋部分。在輪轂軸10的內(nèi)側(cè)，于左右部分設(shè)有一個(gè)圓柱形的孔，也就是說，圓柱形的孔不穿透輪轂軸10。在下面將要描述的動(dòng)力變換裝置的結(jié)構(gòu)件安裝在按順序具有上述形狀的輪轂軸10上。
下面將結(jié)合圖1至4C描述作為動(dòng)力變換裝置的主要結(jié)構(gòu)之一的變速段I。變速段I包括第一太陽輪12，第一行星架20和第一齒圈30，下面將按順序描述。
變速段I的第一太陽輪12不可轉(zhuǎn)動(dòng)地整體設(shè)在輪轂軸10的左部。
變速段I的第一行星架20具有如圖1，2和3A至3C所示的中空圓柱體的形狀。在第一行星架20左側(cè)的外圓周上設(shè)有兩個(gè)開口25，在圓周上設(shè)有四個(gè)孔，在右側(cè)內(nèi)部設(shè)有第三花鍵槽24。第一棘爪21安裝在沿著左側(cè)外圓周形成的開口25中。許多行星輪22安裝在設(shè)置于第一行星架20的圓周上的孔中，每一個(gè)相應(yīng)的行星輪軸3均相對相第一行星輪架20對中，從而能夠在與第一行星架20的軸向相同的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的第一行星架20中，第一行星架20的第一棘爪21與下面將描述的輪轂殼體100的第一棘齒101嚙合，行星輪22的內(nèi)側(cè)與第一太陽輪12嚙合，第一行星架20的第三花鍵槽24與下面將要描述的離合器40的第三花鍵41嚙合。
變速段I的第一齒圈30具有如圖1，2和4A至4C所示的中空圓柱體形狀。在左側(cè)的內(nèi)壁上設(shè)有第一齒輪31，在其圓周上設(shè)有兩個(gè)孔，在右側(cè)的內(nèi)壁上設(shè)有第三棘齒32。第二棘爪33由彈簧34彈性地安裝在第一齒圈30的孔中。第二棘爪33的形狀象一個(gè)飛去來器，第二棘爪33的中心線與第一齒圈30的軸線平行設(shè)置。
在具有上述結(jié)構(gòu)的第一齒圈30中，第一齒輪31與行星輪22的外側(cè)嚙合，第二棘爪33的外側(cè)與輪轂殼體100的第二棘齒102嚙合，其內(nèi)側(cè)則與離合器40的凸起42嚙合，第三棘齒32與下面將要描述的雙向蹬踏裝置段II的第二齒圈50的第三棘爪55嚙合。
具有上述結(jié)構(gòu)的變速段I從雙向蹬踏裝置段II接受動(dòng)力，然后在根據(jù)下面將描述的離合器40的位置將速度變換為低、中和高以后，將動(dòng)力傳到給輪轂軸100。
根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的離合器40具有如圖1和2所示的中空圓柱體的形狀。離合器40具有第三花鍵41，花鍵41的左側(cè)外部具有許多傾斜的榫舌和兩個(gè)鉆入其圓周面的孔，在其右側(cè)外部設(shè)有四個(gè)凸起42。在具有上述結(jié)構(gòu)的離合器40中，第三花鍵41與變速段I的第一行星架20的第三花鍵槽24嚙合，四個(gè)凸起42可滑動(dòng)地與下面將要描述的雙向蹬踏裝置段II的第二齒圈50的四條縫52連接。
為了與輪轂軸10對中地安裝離合器40，需要包括固定環(huán)43、離合鍵44、離合環(huán)45、離合彈簧46等等在內(nèi)的輔助部件。輔助部件的每一個(gè)的形狀均可以根據(jù)對現(xiàn)在將要描述的組裝過程的理解來想象。在組裝離合器40的時(shí)候，將其圓周表面上具有兩個(gè)孔的固定環(huán)43首先套在輪轂軸10上，從而與第一銷軸孔13接觸，將離合器40放在固定環(huán)43上。然后，使輪轂軸10的第一銷軸孔13、固定環(huán)43的孔和離合器40的孔相互對應(yīng)，再通過兩個(gè)孔將離合鍵44插入。然后，將左側(cè)具有一對卡爪的離合環(huán)45套在上述已經(jīng)插入離合鍵44的組件上，這樣利用離合環(huán)45的卡爪將離合鍵44固定。用離合彈簧46支承這種組裝好的離合器部件的外側(cè)，從而彈性地控制離合器40。用杠桿3控制離合器40，也就是說，在推杠桿3的時(shí)候，將離合器40的位置移動(dòng)到右側(cè)；在放開杠桿的時(shí)候離合器40返回初始位置。保持在左側(cè)高速位置的離合器40將從雙向蹬踏裝置段II來的動(dòng)力傳遞給變速段I，并且在被移動(dòng)到中速和低速的右側(cè)時(shí)不將動(dòng)力傳遞給變速段I。
下面將參照圖1，2和5A至8C描述雙向蹬踏裝置段II。雙向蹬踏裝置段II包括第二齒圈50，第二行星架60，棘輪70和第三行星架80，下面將按順序描述。
雙向蹬踏裝置段II的第二齒圈50是一個(gè)由三個(gè)零件組合而成的組合件(見圖2)，所述的三個(gè)零件分別如圖5B所示。所述的零件被看作是一個(gè)部件，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候該組合件是整體轉(zhuǎn)動(dòng)的。
在左側(cè)的圓周表面上所設(shè)有兩個(gè)開口51，而在左側(cè)的內(nèi)部設(shè)有四條槽52。第二齒輪53設(shè)在中部的內(nèi)壁上，第五棘齒54設(shè)在右側(cè)的內(nèi)壁上。第三棘爪55安裝在左側(cè)圓周表面上的兩開口51中。
在具有上述形狀的第二齒圈50中，第三棘爪55與第一齒圈30的第三棘齒32嚙合，第四槽52可滑動(dòng)地與離合器40的四個(gè)凸起42連接。第二齒輪53與下面將描述的第二行星架60的許多雙階行星輪63嚙合，第五棘齒54與下面將描述的第三行星架80的第五棘爪85嚙合。
雙向蹬踏裝置段II的第二行星架60的形狀與圖1，2，6A和6B所示的中空圓柱體一樣。在左側(cè)圓周表面上設(shè)有一個(gè)螺紋孔61，在左側(cè)內(nèi)部設(shè)有第二花鍵槽62。在第二行星架60的圓周表面上設(shè)有四個(gè)孔，在各個(gè)相應(yīng)的孔中由相應(yīng)的行星齒輪軸64可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定雙階行星齒輪63。具有上述形狀的第二行星架60與輪轂軸10的第二花鍵14相連，將一根螺栓(未表示)插入螺紋孔60中，以便防止第二行星架60從輪轂軸10上滑脫，從而使第二行星架60與輪轂軸10連成一體。
如圖2所示，雙階行星輪63的每一個(gè)小齒輪均與第二太陽輪71相嚙合，而每一個(gè)大行星輪則與第二齒圈50的第二齒輪53連接。第二行星架60本身并不轉(zhuǎn)動(dòng)，但是只有在雙階行星輪63轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，才將動(dòng)力的作用方向從逆時(shí)針轉(zhuǎn)換到順時(shí)針的方向。
將雙階行星輪63設(shè)計(jì)成可以由具有不同直徑比的齒輪對的其他雙階行星輪來代替，這樣包括雙階行星輪63的雙向蹬踏裝置段II也可以用作變速裝置。
雙向蹬踏裝置段II的棘輪70是一個(gè)組合件(如圖2所示)，該組合件由兩個(gè)如圖7所示的零件構(gòu)成。第二太陽輪71位于棘輪70的左側(cè)，第四棘齒72設(shè)置于棘輪70的右側(cè)的內(nèi)壁上。
棘輪70的第二太陽輪71與第二行星架60的雙階行星輪63嚙合，第四棘齒72與第三行星架80的第四棘爪84嚙合。與圓周部件嚙合的棘輪70可旋轉(zhuǎn)地圍繞輪轂軸10固定并且僅接收逆時(shí)針的動(dòng)力，以便將所接收的動(dòng)力傳遞給第二行星架60。這樣，棘輪70僅沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
最后，雙向蹬踏裝置段II的第三行星架80具有一個(gè)如圖1，2，8A和8B所示的中空圓柱體形狀。
在第三行星架80的圓周表面上切出兩道槽81，在槽81中用棘爪軸86可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接第四和第五棘爪84，85。第四和第五棘爪84和85具有三角形的形狀，其兩端被切去(如圖10所示)，并且利用棘爪彈簧87(圖1)將其相互對角地連接。在第三行星架80的內(nèi)壁上與第三行星架80的軸線平行地設(shè)置四道槽83。在具有上述形狀的第三行星架80中，第四棘爪84與棘輪70的第四棘齒72相嚙合，第五棘爪85則與第二齒圈50的第五棘齒54相嚙合。將設(shè)在第三行星架80的內(nèi)壁上的槽83放在驅(qū)動(dòng)輪90的每一個(gè)榫舌91上。槽83的寬度比榫舌91(圖10)的寬度寬兩倍或更多。與圓周部件相連接的第三行星架80用作一個(gè)動(dòng)力分配器，并使用第五棘爪85和第五棘齒54將從主動(dòng)輪90接收的順時(shí)針動(dòng)力傳遞給棘輪70，而使用第四棘爪84和第四棘齒72將從主動(dòng)輪90來的逆時(shí)針動(dòng)力傳遞給棘輪70。
下面將參照附圖1，2，9A至9C描述動(dòng)力變換裝置的主動(dòng)輪90。具有中空圓柱形的主動(dòng)輪90的左側(cè)外部具有四個(gè)榫舌91，在其左側(cè)的圓周表面上設(shè)有兩個(gè)孔92，銷軸98穿過這些孔，在其右側(cè)的圓周表面上設(shè)有開口93。被動(dòng)鏈輪94與開口93緊固連接。
在具有上述形狀的主動(dòng)輪90中，將榫舌91設(shè)置于第三行星架80的第四棘爪84和第五棘爪85之后。這樣，根據(jù)被動(dòng)鏈輪94的旋轉(zhuǎn)方向有選擇地將動(dòng)力傳遞給雙向蹬踏裝置段II。
另一方面，如圖1和2所示，用于保持第二鍵96的鍵保持器95位于主動(dòng)輪90的左側(cè)之后，中部帶螺紋的第二鍵96與銷軸桿4的一個(gè)端部螺紋連接。鍵保持器95外側(cè)左端逐漸變尖，以便控制銷98上下運(yùn)動(dòng)從而可滑動(dòng)地插入主動(dòng)輪90的孔92中。也就是說，當(dāng)拉銷軸桿4的時(shí)候，鍵保持器95向右移動(dòng)，將銷98抬起。同時(shí)，在釋放銷軸桿40的時(shí)候，鍵保持器95返回原位，這樣也使銷98返回其初始位置。
最后，動(dòng)力變換裝置的輪轂殼體100為中空圓柱形，其上設(shè)有如圖1和2所示的多階臺(tái)階。在輪轂殼體100的左側(cè)和中部分別設(shè)有第一和第二棘齒101和102。輪轂殼體100從第一齒圈30(中或高速)或第一行星架(低速)取得動(dòng)力并以此驅(qū)動(dòng)自行車的后輪。輪轂殼體100還可以作為一個(gè)殼體用以保護(hù)本發(fā)明的動(dòng)力保護(hù)裝置的部件。輪轂殼體100的右側(cè)由蓋103封閉。
如圖1和2所示，序號6表示螺母，這些螺母用于將本發(fā)明的動(dòng)力保護(hù)裝置緊緊地連接于輪轂軸10上，序號7表示使本發(fā)明動(dòng)力保護(hù)裝置平滑轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承。
下面將描述具有上述結(jié)構(gòu)的、根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力保護(hù)裝置的工作過程。
本發(fā)明的動(dòng)力保護(hù)裝置控制動(dòng)力的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及動(dòng)力的輸入和輸出比，這樣將根據(jù)順時(shí)針和逆時(shí)針傳遞動(dòng)力來對其分別予以描述。
首先，將描述沿著順時(shí)針施加動(dòng)力的情況。即驅(qū)動(dòng)鏈輪94按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的情況，與被動(dòng)鏈輪94為一體的主動(dòng)輪90與被動(dòng)鏈輪94一起順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如圖10A所示，主動(dòng)輪90的榫舌91抬起第三行星架80的第四棘爪84(以虛線表示)。結(jié)果，第四棘爪84從棘輪70的第四棘齒72上松開，同時(shí)沒有被抬起的第三行星架80的第五棘爪85(圖中以實(shí)線表示)由于棘爪彈簧87的彈性作用而與第二齒圈50的第五棘齒54嚙合(參見圖1)。因此，主動(dòng)輪90、第三行星架80和第二齒圈50整體地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
順時(shí)針作用的動(dòng)力方向不變地傳遞到第二齒圈50，然后傳遞到變速段I，從而將轉(zhuǎn)速變?yōu)榈谝?、第二或第三檔。
下面將參照附圖11描述利用變速段I將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成第一檔的過程。作為使轉(zhuǎn)速為第一檔的初始條件，通過拉杠桿3用離合器40的第三花鍵41使第一齒圈30的第二棘爪33的一端抬起，從而將第二棘爪33與輪轂殼體100的第二棘齒102上脫開。
在將杠桿3的一端拉出的時(shí)候，由一根定心于固定在輪轂軸10上的固定銷8上的杠桿將杠桿3的另一端推起，這樣如圖11所示，離合器40向右移動(dòng)。與杠桿3的另一端接觸的離合鍵44、固定環(huán)43和離合圈45一起被推開，從而使離合圈40向右移動(dòng)。
在轉(zhuǎn)速為第一檔的時(shí)候，動(dòng)力按照圖11所示的順序被傳遞到第二齒圈50、第一齒圈30、第一行星架20和輪轂殼體100。在將動(dòng)力從第一齒圈30傳遞到第一行星架20的行星輪22的時(shí)候，轉(zhuǎn)速降低。速度降低的比率取決于齒數(shù)比，其原理與普通的速度變化裝置相同。
下面將根據(jù)圖12描述利用變速段I將速度變到第二檔的轉(zhuǎn)速變化過程。作為獲得第二檔轉(zhuǎn)速的初始條件，要將杠桿3拉開一半從而使離合圈40的第一齒圈41位于第二棘爪33的附近。這樣，從第二齒圈50來的動(dòng)力僅被傳遞給第一齒圈30，而不會(huì)傳遞到第一行星架20。同時(shí)，由于離合圈40沒有到達(dá)第二棘爪33，第一齒圈30第二棘爪33便與輪轂殼體100的第二棘齒102嚙合。
在第二檔轉(zhuǎn)速上，將動(dòng)力按順序如圖12所示傳遞給第二齒圈50、第一齒圈30和輪轂殼體100。當(dāng)動(dòng)力從第一齒圈30來然后再傳遞給輪轂殼體100的時(shí)候，由于齒數(shù)比相同所以動(dòng)力和傳遞速度是一樣的。即使是與第一齒圈30嚙合的第一行星架20與第一齒圈30一起轉(zhuǎn)動(dòng)，也不會(huì)將動(dòng)力傳遞給輪轂殼體100，因?yàn)榈谝恍行羌?0是以減速轉(zhuǎn)動(dòng)的。下面將參照圖13描述由變速段I將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌龣n的過程。作為獲得第三檔轉(zhuǎn)速的初始條件，離合離合器40的第三花鍵41應(yīng)該與第一行星架20的第三花鍵槽24嚙合，而杠桿3保持在初始狀態(tài)不動(dòng)。
在第三檔轉(zhuǎn)速中，按照圖13所示的順序，將動(dòng)力傳遞給第二齒圈50，離合器40，第一行星架20，第一齒圈30和輪轂殼體100。從第二齒圈50來的動(dòng)力通過跳過第一齒圈30的離合器40直接傳遞給第一行星架20，因?yàn)樵趯?dòng)力從第一行星架20傳遞到第一齒圈30上的時(shí)候，轉(zhuǎn)速降低。也就是說，由于第一齒圈30轉(zhuǎn)的比第二齒圈50快，所以第三棘爪55不與第三棘齒32嚙合。
其次，描述當(dāng)沿著逆時(shí)針的方向?qū)?dòng)力傳輸給該動(dòng)力變換裝置的時(shí)候，將動(dòng)力傳輸給雙向蹬踏裝置段II的過程。在這種情況下，被動(dòng)鏈輪94逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與被動(dòng)鏈輪94制成一體的主動(dòng)輪90也隨著被動(dòng)鏈輪94一起逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖10B所示，主動(dòng)輪90的榫舌91將第三行星架80的第五棘爪85(圖中以實(shí)線表示)抬起。結(jié)果，第五棘爪85從第二齒圈50的第五棘齒54上松開，同時(shí)沒有抬起的第三行星架80的第四棘爪84(以虛線表示)在棘爪彈簧87(見圖1)的彈性力的作用下與棘輪70的第四棘齒72嚙合。這樣，主動(dòng)輪90，第三行星架80和棘輪70一起逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
在不改變方向的情況下從主動(dòng)輪90來的逆時(shí)針動(dòng)力到達(dá)棘輪70，棘輪70將動(dòng)力傳遞給第二行星架60的雙階行星輪的小齒輪上。這里，雙階行星輪63將動(dòng)力的方向轉(zhuǎn)變?yōu)轫槙r(shí)針繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，通過雙階行星輪63的大齒輪將動(dòng)力傳遞到第二齒圈50。因此，逆時(shí)針施加在主動(dòng)輪90上的動(dòng)力的轉(zhuǎn)動(dòng)方向經(jīng)棘爪70和第二行星架60改變?yōu)轫槙r(shí)針，從而使第二齒圈50順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在將動(dòng)力傳遞到雙向蹬踏裝置上之后再將動(dòng)力傳遞到變速段I上的過程與將動(dòng)力順時(shí)針施加于主動(dòng)輪90上的過程是一樣的。
在用于根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力變換裝置的雙階行星輪63中，控制形成雙階行星輪63的每一對齒輪的直徑比，從而保持從第二行星架60至第二齒圈50的動(dòng)力傳輸速度恒定。但是，如果需要的話，雙階行星輪63的大小齒輪的直徑比是可以變化的，由此增加或減少雙向蹬踏裝置段II中的速度比。由此，在變速段I中結(jié)合三檔的速度變化就可以將轉(zhuǎn)速變化為各種轉(zhuǎn)速。
第三，參考圖10C描述在主動(dòng)輪90空轉(zhuǎn)的時(shí)候動(dòng)力變換裝置的動(dòng)力傳輸過程。
只有在逆時(shí)針傳輸動(dòng)力的時(shí)候才可以使主動(dòng)輪90空轉(zhuǎn)，并且在順時(shí)針施加動(dòng)力的時(shí)候象上述那樣傳輸動(dòng)力。作為主動(dòng)輪90空轉(zhuǎn)的傳輸條件，將銷軸桿4拉起，使銷軸98(見圖1和2)從孔92上升起，孔92設(shè)在主動(dòng)輪90的左側(cè)的圓周表面上。
這種狀態(tài)表示在圖10C中，除去第四棘爪84也由銷軸98抬起之外，圖10C與圖10B相同。這種狀態(tài)意味著，第五棘爪84和第三行星架80分別從第四和第五棘齒72和54上分開。這樣，主動(dòng)輪90的動(dòng)力就不能傳遞到雙向蹬踏裝置II，從而使主動(dòng)輪90空轉(zhuǎn)。
另外，如圖1所示，將用于保持第三行星架80的圈88插在第三行星架80和棘輪70之間，以此防止第三行星架80在主動(dòng)輪90順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的自行車動(dòng)力變換裝置能夠通過杠桿自由地變換所施加的動(dòng)力的速度和方向。
該裝置與普通自行車的部件具有很好的互換性，這樣就可以將本發(fā)明的裝置很容易地連接于普通的自行車上。本裝置還可以在如何時(shí)候，即不管動(dòng)力施加的方向均驅(qū)動(dòng)自行車向前移動(dòng)，還可以在需要的時(shí)候在象普通自行車一樣地向后蹬踏腳踏板的時(shí)候形成空轉(zhuǎn)。另外，所施加的動(dòng)力速度也可以分三檔變化。通過局部地變換本裝置中的部件可以將三檔變成三檔或更多的檔。
當(dāng)一位騎行者騎著裝有根據(jù)本發(fā)明的裝置的自行車的時(shí)候，其腿部的肌肉可以得到均勻的鍛煉，同時(shí)其施加于腳踏板上的動(dòng)力可以得到充分的利用。本裝置是一個(gè)多用途附屬裝置，在該裝置中包括本裝置的所有部件，這種多用途附屬裝置可以提供很高的安全性并且制造方便。另外，由于提高了部件的精度，所以改善了部件的精度、轉(zhuǎn)動(dòng)效率、抗磨度和操作的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種自行車輪轂的動(dòng)力變換裝置，所述輪轂包括一個(gè)裝有許多行星輪的變速段，該裝置包括一根輪轂軸，用于支承所有作為所述的動(dòng)力變換裝置的中心軸的部件，該輪轂軸具有與變速裝置連接的一端，與連接裝置連接的中部和另一個(gè)與雙向蹬踏裝置連接的另一端；變速裝置，用于將從連接裝置和雙向蹬踏裝置來的動(dòng)力變成多檔并將所得到的動(dòng)力傳遞給輪轂殼體；連接裝置，用于接收從雙向蹬踏裝置來的動(dòng)力并將所接收的動(dòng)力傳遞給所述的變速裝置；雙向蹬踏裝置，用于將從輸入裝置來的順時(shí)針和逆時(shí)針施加的動(dòng)力改變?yōu)轫槙r(shí)針方向，以便將方向變化的動(dòng)力傳遞給所述的變速裝置，并根據(jù)情況切斷從輸入裝置來的逆時(shí)針的動(dòng)力；輸入裝置，用于將一對腳踏板所產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給所述的雙向蹬踏裝置；和圍繞著所述的輪轂軸設(shè)置的輪轂殼體，用于作為一個(gè)殼體保護(hù)所述的變速裝置，所述的連接裝置和所述的雙向蹬踏裝置，同時(shí)通過從所述的變速裝置接收動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)自行車。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的輪轂軸為均勻多階的中空圓柱體形狀，在所述的輪轂軸上從左至右設(shè)有一個(gè)螺紋部分，第一花鍵，第一太陽輪，第一銷軸孔，第二花鍵和第二銷軸孔和另一個(gè)螺紋部分。
3.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的變速裝置包括第一太陽輪，不可轉(zhuǎn)動(dòng)地整體地設(shè)在所述的輪轂軸的左端上；第一行星架具有中空圓柱體的形狀，并且在其左側(cè)的外圓周表面上有至少一個(gè)或更多的開口，在這些開口中設(shè)有與其數(shù)量相同的第一棘爪，在圓周上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)孔，在這些孔中可轉(zhuǎn)動(dòng)地與確定行星輪的每一根軸的中心的輪轂軸的方向相同地設(shè)有與所述的孔數(shù)量相同的行星輪，在右側(cè)的內(nèi)部設(shè)有第三花鍵槽，第一棘爪與所述的輪轂軸的對應(yīng)棘齒嚙合，行星輪的內(nèi)側(cè)與所述的第一太陽輪嚙合，第三花鍵槽與所述的連接裝置的第三花鍵嚙合；和第一齒圈為中空圓柱體形狀，并且在其左側(cè)內(nèi)壁上具有第一齒輪，在其圓周上設(shè)有至少一個(gè)或多個(gè)孔，在這些孔中用彈簧彈性地安裝由第二棘爪，在右側(cè)內(nèi)壁上設(shè)有第三棘齒，其中第一齒輪與行星輪的外側(cè)嚙合，第二棘爪的外側(cè)與所述的輪轂殼體嚙合，第二棘爪的內(nèi)側(cè)與所述的連接裝置嚙合，第三棘齒與第二齒圈的第三棘爪嚙合。
4.如權(quán)利要求3所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的第一行星架的行星輪的數(shù)量為四個(gè)。
5.如權(quán)利要求3所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的第一齒圈的第二棘爪為飛去來器形。
6.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的具有中空圓柱體形狀的連接裝置由一個(gè)離合器構(gòu)成，該離合器具有第三花鍵，該花鍵左側(cè)外部具有許多傾斜的榫舌，在其圓周上設(shè)有兩個(gè)孔，在右側(cè)的外部設(shè)有四個(gè)凸起，其中第三花鍵與所述的第一行星架的第三花鍵槽嚙合，四個(gè)凸起可滑動(dòng)地與第二齒圈的槽連接。
7.如權(quán)利要求6所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的變速裝置改變轉(zhuǎn)速，同時(shí)由一根安裝在所述的輪轂軸中的杠桿來控制所述的離合器的位置。
8.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的雙向蹬踏裝置包括第二齒圈，其左側(cè)圓周上具有至少一個(gè)或多個(gè)開口，第三棘爪插入其中，在其左側(cè)內(nèi)壁具有至少一條或多條槽縫，一個(gè)設(shè)在中部內(nèi)壁上的第二齒輪和一個(gè)設(shè)在右側(cè)內(nèi)壁上的第五棘齒，其中第三棘爪與第三棘齒嚙合，槽可滑動(dòng)地與所述離合器的凸起連接，第二齒輪與許多雙階行星輪嚙合，第五棘齒與第五棘爪嚙合；第二行星架為中空圓柱體形，其左側(cè)圓周上具有一個(gè)螺紋孔，在左側(cè)內(nèi)部設(shè)有第二花鍵槽，在圓周上有至少一個(gè)或多個(gè)孔，由每一根相應(yīng)的行星輪的軸將雙階行星輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定于這些孔中，所述的第二行星架與所述的輪轂軸第二花鍵連接，并由插入螺紋孔中的螺栓將其與所述的輪轂軸連成一體，雙階行星輪的小齒輪與第二太陽輪嚙合，其大齒輪與第二齒輪嚙合；一個(gè)多階中空圓柱體形狀的棘輪，在其左側(cè)具有第二太陽輪，在右側(cè)的內(nèi)壁上設(shè)有第四棘齒，其中所述棘輪圍繞著所述的輪轂軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定，從而使第四棘齒與所述的第三行星架的第四棘爪嚙合；和一個(gè)中空圓柱體形狀的第三行星架，其圓周上具有兩道槽，由棘爪軸將第四和第五棘爪可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接與該槽中，在內(nèi)壁上設(shè)有至少一個(gè)或多個(gè)槽，其中第四棘爪與第四棘齒嚙合，第五棘爪與第五棘齒嚙合，內(nèi)壁上的槽位于主動(dòng)輪的各個(gè)榫舌之上。
9.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的中空圓柱體形狀的輸入裝置包括一個(gè)主動(dòng)輪，該輪左側(cè)外部上具有與所述的第三行星架內(nèi)壁上槽數(shù)量相同的榫舌，在左側(cè)的圓周上有銷軸穿過的孔，以及右側(cè)圓周上的開口，被動(dòng)鏈輪與這些開口緊密連接，其中榫舌位于第四棘爪和所述的第三行星架的第五棘爪之下。
10.如權(quán)利要求9所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，在所述的主動(dòng)輪中插入一根銷軸，用于向上推第四棘爪。
11.如權(quán)利要求10所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，由銷軸杠桿控制銷軸的上下移動(dòng)。
12.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力變換裝置，其特征在于，所述的多階中空圓柱體形狀的輪轂殼體的左側(cè)內(nèi)壁上具有第一棘輪，中部具有第二棘齒，其中第一棘齒與第一棘爪嚙合，第二棘齒與第二棘爪嚙合。
全文摘要
一種自行車輪轂動(dòng)力變換裝置，包括設(shè)于后輪輪轂殼體一端上的變速段，設(shè)于另一端上的雙向蹬踏裝置段和位置變速段和雙向蹬踏裝置段之間的離合器。該裝置無論作用在其腳踏板上的動(dòng)力的方向如何在任何時(shí)候均向一個(gè)方向提供動(dòng)力并根據(jù)自行車的期待狀態(tài)改變速度。在輪轂軸的左側(cè)插入一根杠桿，輪轂軸的兩端是設(shè)有用于控制變速段的孔，在輪轂軸的右側(cè)插入用于控制雙向蹬踏裝置的銷軸桿。該自行車動(dòng)力變換裝置可以用于普通自行車。
文檔編號B62M11/16GK1166815SQ96191309
公開日1997年12月3日 申請日期1996年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月30日
發(fā)明者劉文洙 申請人:世界產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社