CN102205867B - 用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构。具体地，一种用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构包括至少一个步进行星齿轮。步进行星齿轮具有多个第一斜齿轮齿和多个第二斜齿轮齿，所述第一斜齿轮齿具有第一外径，所述第二斜齿轮齿具有大于第一外径的第二外径。第一斜齿轮齿具有第一螺旋角，第二斜齿轮齿具有第二螺旋角，第一螺旋角和第二螺旋角的角度使得对于步进行星齿轮的给定旋转量，第一和第二斜齿轮齿上的对应的行程点相对于步进行星齿轮的旋转轴线移动相同的轴向量。

Description

用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构

技术领域

本发明总体上涉及一种用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构。更具体地，本发明涉及包括步进行星齿轮的行星齿轮机构。

背景技术

骑自行车正在成为日益流行的娱乐方式和交通手段。而且，对于业余爱好者和专业选手来说，骑自行车已经变成了非常流行的竞技性运动。无论自行车是用于娱乐、交通还是竞赛，自行车工业都在不断地改进着自行车的各种部件。

发明内容

一个方面是提供一种具有步进行星齿轮的行星齿轮机构，所述步进行星齿轮包括两组斜齿轮齿。

另一个方面是提供一种包括两组斜齿轮齿的步进行星齿轮，其中所述斜齿轮齿具有相对的螺旋角，其使得以更少的制造步骤更低廉地制造所述行星齿轮。

考虑到现有技术的情况，提供一种用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构，其具有至少一个步进行星齿轮，所述步进行星齿轮具有多个第一斜齿轮齿和多个第二斜齿轮齿，所述第一斜齿轮齿具有第一外径，所述第二斜齿轮齿具有大于第一外径的第二外径。所述第一斜齿轮齿具有第一螺旋角，并且所述第二斜齿轮齿具有第二螺旋角。所述第一螺旋角和所述第二螺旋角的角度使得对于步进行星齿轮的给定旋转量，所述第一斜齿轮齿和所述第二斜齿轮齿上的对应的行程点相对于步进行星齿轮的旋转轴线移动相同的轴向量。

附图说明

现在参考形成该原始公开的一部分的附图，其中：

图1为装配有具有根据一个实施例的行星齿轮机构的内轮毂传动装置的自行车的侧面正视图；

图2为自行车的内轮毂传动装置的剖视图，示出了具有根据一个实施例的步进行星齿轮的行星齿轮机构；

图3为根据一个实施例的示出为从内轮毂传动装置和行星齿轮机构移除的步进行星齿轮的侧面正视图，示出了多个第一斜齿轮齿和多个第二斜齿轮齿；

图4为根据一个实施例的示出为从内轮毂传动装置和行星齿轮机构移除的步进行星齿轮的透视图；

图5为根据一个实施例的沿着图3的线5-5截取的步进行星齿轮的一部分的剖视图；

图6为根据一个实施例的沿着图3的线6-6截取的步进行星齿轮的一部分的侧视图和局部剖视图；

图7为根据一个实施例的内轮毂传动装置的固定轴的侧面正视图，示出了与步进行星齿轮的第一斜齿轮齿啮合的恒星齿轮；

图8为根据一个实施例的内轮毂传动装置的行星齿轮机构的环形齿轮的透视图，示出了与步进行星齿轮的第二斜齿轮齿啮合的内斜齿轮齿；

图9为步进行星齿轮的端部正视图，示出了两个行程点，一个行程点在一个第一斜齿轮齿上，一个行程点在一个第二斜齿轮齿上，这些行程点位于延伸通过步进行星齿轮的旋转轴线的平面内；以及

图10为根据一个实施例的与图3相似的步进行星齿轮的另一侧面正视图，示出了行程点相对于第一斜齿轮齿、第二斜齿轮齿和旋转轴线的移动。

具体实施方式

现在将参考附图说明所选择的实施例。通过本公开，对本领域技术人员来说显而易见的是，对实施例的以下描述仅为说明目的提供，其目的并非限制本发明，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

首先参考图1，自行车10示出为具有根据第一实施例的内轮毂传动装置12。

如图2所示，内轮毂传动装置12包括具有步进行星齿轮16的行星齿轮机构14，其在下面更详细地描述。

再次参考图1，自行车10除了别的之外，包括车架20、曲柄组件22、链条24、后轮26和内轮毂传动装置12。当曲柄组件22由骑车者(未示出)旋转时，曲柄组件22的旋转变成转矩，该转矩通过链条24传递到内轮毂传动装置12的元件，并且经过内轮毂传动装置12到达后轮26。车架20、曲柄组件22、链条24、后轮26全部都是常规的自行车部件。由于这些常规部件是公知的，因此为了简洁目的省略了对其进一步的描述。

如图2最佳所示，内轮毂传动装置12除了别的之外，包括固定轴30、链环32、驱动器34、第一棘爪机构36、换档部38、行星齿轮机构14、单向离合机构40、第二行星齿轮机构42、第二棘爪机构44和轮毂壳46。固定轴30包括固定恒星齿轮50(在图2和图7中示出)。链环32与链条24啮合并且以常规方式将转矩从链条24传递到驱动器34。

第一棘爪机构36设置在驱动器34的部分上，并且起到选择性地将转矩传递到行星齿轮机构14的单向离合器的作用。

换档部38是常规的换档机构，其以与在美国专利No.5928103和/或6607464(都受让给Shimano Inc.)中的换档机构相同的方式来工作。换档部38啮合和脱离内轮毂传动装置12内的某些元件，以便选择多个转矩传递路径的其中一个。具体而言，当驱动器34旋转时，驱动器34以常规方式将转矩传递到第一棘爪机构36或直接传递到行星齿轮机构14的一部分。由于换档部38的操作和内轮毂传动装置的各种转矩传递路径是常规的，因此为了简洁目的省略了对其进一步的描述。

行星齿轮机构14包括环形齿轮54，该环形齿轮54具有包括与第一棘爪机构36啮合的内齿轮齿58(图2)的第一端部56(图8)和包括内斜齿轮齿62的第二端部60，如图8最佳所示。如下面更详细地描述的那样，行星齿轮机构14还包括多个步进行星齿轮16。在此通过附图和说明书应该理解，包括在行星齿轮机构14内的步进行星齿轮16的数量取决于各种设计标准，例如转矩传递路径的数量以及内轮毂传动装置12的期望的转矩容量。例如，人力自行车(由骑车者提供动力)可以包括2、3或4个步进行星齿轮16。如果自行车10设计为由儿童、或体型较小的成年人操作，那么步进行星齿轮16的数量可以较少。然而，如果自行车包括电动机和用于由体型较大的成年人操作的装置，那么可以增加步进行星齿轮16的数量。

第二行星齿轮机构42是常规的行星齿轮机构，因此为了简洁目的省略了对其进一步的描述。

根据哪个转矩传递路径已经由换档部38啮合，第二棘爪机构44以常规方式将转矩从第二行星齿轮机构42传递到轮毂壳46。

现在通过特别参考图3-图6、图9和图10提供步进行星齿轮16的描述。

步进行星齿轮16包括多个第一斜齿轮齿70和多个第二斜齿轮齿72。第一斜齿轮齿70构造成与恒星齿轮50啮合。第二斜齿轮齿72与环形齿轮54的第二端部60的内斜齿轮齿62啮合。

如图3最佳所示，多个第一斜齿轮齿70具有第一外径D₁，并且多个第二斜齿轮齿72具有大于第一外径D₁的第二外径D₂。在描述的实施例中，具有十四(14)个第一斜齿轮齿70和二十(20)个包括20个齿轮齿的斜齿轮齿。然而，在此通过附图和说明书应该理解，齿轮齿的数量可以根据特定应用而改变，并不被固定为附图所示的齿数。

如图3所示，第一斜齿轮齿70具有第一螺旋角α₁，并且第二斜齿轮齿72具有第二螺旋角α₂。在描述的实施例中，第一螺旋角α₁等于20度，并且第二螺旋角α₂等于30.2315度。

如图7所示，恒星齿轮50的斜齿轮齿也形成为具有第一螺旋角α₁。如图8所示，环形齿轮54的内斜齿轮齿62形成为具有第二螺旋角α₂。

每个第一斜齿轮齿70具有带斜边缘的轴向端部74。如图4所示，轴向端部74的斜边缘从垂直于步进行星齿轮16的旋转轴线A的线有角度地偏离。更具体来说，第一斜齿轮齿70的轴向端部74以角度α₃从垂直于旋转轴线A的线偏离。

相似地，每个第二斜齿轮齿72具有带斜边缘的轴向端部76。如图4所示，轴向端部76的斜边缘也从垂直于步进行星齿轮16的旋转轴线A的线有角度地偏离。更具体来说，第二斜齿轮齿72的轴向端部76以角度α₄从垂直于旋转轴线A的线偏离。

在此通过附图和说明书应该理解，第一螺旋角α₁和第二螺旋角α₂可以是其中第一螺旋角α₁在15到30度之间的角度范围的任何角度。第二螺旋角α₂基于下面更详细描述的标准来确定。

具体来说，图3中标记的第一螺旋角α₁和第二螺旋角α₂的角度使得对于步进行星齿轮16的给定旋转量，第一斜齿轮齿70和第二斜齿轮齿72上的一对对应的行程点P₁和P₂(图9和图10)相对于旋转轴线A移动相同的轴向量β。

为了更好地理解第一螺旋角α₁和第二螺旋角α₂之间的关系，提供下面的解释。图9中由线L₁表示的静止平面穿过旋转轴线A，并且还穿过一个第一斜齿轮齿70上的行程点P₁和一个第二斜齿轮齿72上的行程点P₂。行程点P₁和P₂基本上是第一斜齿轮齿70和第二斜齿轮齿72与由线L₁表示的静止平面之间的交叉点。

因此，当步进行星齿轮16旋转时，行程点P₁和P₂沿着第一斜齿轮齿70和第二斜齿轮齿72的对应的斜齿轮齿移动，并且最终从齿移动到齿。

如图10所示，当步进行星齿轮16以例如小角度α₅旋转时，行程点P₁和P₂(与平面L₁的交叉点)都沿着第一斜齿轮齿70和第二斜齿轮齿72的相应的斜齿轮齿移动相同的距离β到达行程位置P₁′和P₂′。换句话说，当步进行星齿轮16旋转特定的角距离，例如角度α₅时，交叉点、或行程点P₁和P₂都沿着轴向方向移动相同的距离β。

更具体来说，对于角位移角度α₅，行程点P₁与行程位置P₁′之间的距离等于距离β。同样，对于角位移角度α₅，行程点P₂与行程位置P₂′之间的距离也等于距离β。

因此，对于步近行星齿轮16，确定第一螺旋角α₁和第二螺旋角α₂之间的关系、对应的直径D₁和D₂、以及每个第一和第二斜齿轮齿70和72上的齿轮齿的数量，使得第一斜齿轮齿70和第二斜齿轮齿72上的一对对应的行程点P₁和P₂相对于旋转轴线A移动相同的轴向量β。

术语的一般解释

在理解本发明的范围时，如在此使用的术语“包括”及其派生词意指开放式的术语，其明确说明了所述特征、元件、部件、组、整体、和/或步骤的存在，但不排除其他未述特征、元件、部件、组、整体、和/或步骤的存在。上述也应用于具有相似意思的词，例如术语“包含”、“具有”和它们的派生词。而且，术语“部”、“段”、“部分”、“构件”或“元件”当以单数使用时，可以具有单个零件或多个零件的双重意思。如在此使用来描述上述实施例时，以下方向术语“向前”、“向后”、“之上”、“向下”、“竖直”、“水平”、“之下”和“横向”以及任何其它类似的方向术语是指装配有用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构的自行车的那些方向。因而，这些术语当用来描述用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构时，应当相对于装配有用于以通常骑坐位置使用的自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构的自行车来解释。最后，在此使用的程度术语，例如“基本上”、“大约”、“近似”意味着被修饰词的合理偏离量而最终结果不被显著改变。

虽然仅已经选择了选定的实施例来例示本发明，但是本领域的技术人员从本公开应当明白，在不脱离如所附权利要求限定的本发明范围的情况下可以作出各种改变和变更。例如，各种部件的大小、形状、位置或方向可以根据需要和/或期望来改变。显示为互相直接连接或接触的部件可以具有设置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个来实施，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。不需要所有优点都同时出现在特定实施例中。对于区别于现有技术的、单独或与其他特征相结合的每个特征，还应该考虑在申请人的另外发明中的单独描述，包括通过一个或多个此类特征实施的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述描述仅提供用于例示目的，而不是为了限制本发明的目的，本发明由所述权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于自行车内轮毂传动装置的行星齿轮机构，包括：

至少一个步进行星齿轮，其具有多个第一斜齿轮齿和多个第二斜齿轮齿，所述第一斜齿轮齿具有第一外径，所述第二斜齿轮齿具有大于所述第一外径的第二外径，所述步进行星齿轮为一体式元件，

其中所述第一斜齿轮齿具有第一螺旋角，并且所述第二斜齿轮齿具有第二螺旋角，其中所述第一螺旋角和所述第二螺旋角的角度使得对于步进行星齿轮的给定旋转量，所述第一斜齿轮齿和所述第二斜齿轮齿上的对应行程点相对于所述步进行星齿轮的旋转轴线移动相同的轴向量。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮机构，其中所述多个第一斜齿轮齿的每个具有包括斜边缘的轴向端部。

3.根据权利要求1所述的行星齿轮机构，其中所述多个第二斜齿轮齿的每个具有包括斜边缘的轴向端部。

4.根据权利要求1所述的行星齿轮机构，其中所述多个第一斜齿轮齿包括14个齿轮齿。

5.根据权利要求4所述的行星齿轮机构，其中所述第一螺旋角等于20度。

6.根据权利要求1所述的行星齿轮机构，其中所述多个第二斜齿轮齿包括20个齿轮齿。

7.根据权利要求2所述的行星齿轮机构，其中所述第一螺旋角等于20度。

8.根据权利要求3所述的行星齿轮机构，其中所述第二螺旋角等于30.2315度。

9.根据权利要求4所述的行星齿轮机构，其中所述第二螺旋角等于30.2315度。