自行车二级变速后轴 本发明涉及一种非机动车辆的变速机构，尤其是一种自行车的变速后轴。
公知的自行车变速机构有内变速和外变速两类，其结构均较为复杂，制造困难。为了简化零件、降低成本，申请日为1996年8月27日、申请号为96230563.4的中国专利公开了一种自行车二级变速后轴，该变速后轴主要由支撑在外壳部件内的后轴辊、活套在后轴辊上的太阳齿轮、与太阳齿轮啮合并套装在行星齿轮销上的行星齿轮、与后轴辊相对固定的太阳齿轮座、与后轴辊同轴支撑在外壳部件内并与行星齿轮销固连的行星齿轮座组成，其中外壳部件内制有可以分别与太阳齿轮和行星齿轮啮合的大、小内齿轮，太阳齿轮座内制有可以与太阳齿轮啮合的内齿轮。其二级变速的工作原理是：当太阳齿轮与太阳齿轮座的内齿轮啮合而与外壳部件中的小内齿轮脱离啮合时，太阳齿轮相对于后轴辊固定不动，行星齿轮座的转动带动行星齿轮，结果外壳部件在行星齿轮的公转与自转同时作用下，产生转速高于行星齿轮座的增速旋转(参见图1)。当推移机构使太阳齿轮与外壳部件中的小内齿轮啮合而与太阳齿轮座的内齿轮脱离啮合时，外壳部件、行星齿轮以及太阳齿轮形同一体，行星齿轮座的转动经行星齿轮直接带动外壳部件同步转动(参见图2)。这种新型的自行车二级变速后轴虽然结构简单、成本经济，但在使用中存在需要跨越“空档”地问题，即在高、底速转换的变速过程中，存在一个过渡的空隙位置，此时必须停止驱动方能顺利变速，否则容易损伤零件，这样给使用带来不便。
本发明的首要目的在于：针对上述已有自行车二级变速后轴存在的“空档”问题，提出一种不必停止驱动即可顺利变速的自行车二级变速后轴。
本发明进一步的目的在于：提出一种可以确保在自行车惯性行进(不踩脚踏)以及车轮倒转(例如倒推)情况下均不发生运动干涉的自行车二级变速后轴。
为了达到上述首要目的，本发明的自行车二级变速后轴主要由支撑在外壳部件内的后轴辊、活套在后轴辊上的太阳齿轮、与后轴辊相对固定的太阳齿轮座、与太阳齿轮啮合并套装在行星齿轮销上的行星齿轮、与后轴辊同轴支撑在外壳部件内并与行星齿轮销固连的行星齿轮座组成，外壳部件内制有与行星齿轮啮合的大内齿，外壳部件内还制有超越离合机构从动轮，所述超越离合机构的主动轮(本发明中超越离合机构的主动轮定义为，当其转速高于对应的超越离合机构从动轮时，将带动从动轮同步转动；当其转速低于对应的从动轮时，相互之间打滑。按此定义，本发明所述的超越离合机构可以是棘轮、棘爪机构，平面棘轮机构，无声棘轮机构，等等)套装在后轴辊上，其一端制有与太阳齿轮常啮合的小内齿，所述太阳齿轮一侧制有端面离合机构可转轮；所述太阳齿轮座一侧制有相应的端面离合机构制动轮。
这样，当太阳齿轮与太阳齿轮座通过端面离合机构啮合时，无论其是否与超越离合机构的小内齿脱离啮合，太阳齿轮均相对于后轴辊固定不动，行星齿轮座的转动带动行星齿轮，结果外壳部件在行星齿轮的公转与自转同时作用下，产生转速高于行星齿轮座的增速旋转。由于外壳部件与后轴辊之间的超越离合机构存在“超越离合”关系，即当外壳部件的转速高于超越离合主动轮时，从动轮与主动轮间“打滑”，因此相互不存在运动干涉。当推移机构使太阳齿轮与太阳齿轮座的端面离合机构脱离啮合时，外壳部件、行星齿轮以及太阳齿轮形同一体，行星齿轮座的转动经行星齿轮直接带动外壳部件同步转动。由此可见，本发明的自行车二级变速后轴在使用中不存在需要跨越“空档”的问题，即在高、底速转换的变速过程中，不存在过渡的空隙位置，因此不必停止驱动便能顺利变速，这样给使用带来方便。
为了达到本发明进一步的目的，上述自行车二级变速后轴中的端面离合机构为单向端面离合机构，即太阳齿轮一侧制有正向运转与对应件啮合、反向运转与对应件打滑的单向端面离合机构可转轮，所述太阳齿轮座一侧制有相应的端面单向离合机构制动轮。
自行车惯性行驶时，与自行车链轮固连的行星齿轮座相对静止。在非增速状态下，太阳齿轮与太阳齿轮座脱离啮合位置，只要超越离合机构起打滑作用，便可保证没有运动干涉；而在增速运动状态下，太阳齿轮与太阳齿轮座的单向端面离合机构虽然没有脱离啮合位置，但由于其相互之间存在与超越离合器类似的单向打滑作用，因此也不会产生任何运动干涉。当自行车轮倒转时，外壳部件将带动行星齿轮、行星齿轮座以及太阳齿轮一起倒转，此时太阳齿轮与太阳齿轮座之间的单向端面离合机构的打滑切实保证了没有运动干涉的发生。
由此可见，本发明不仅妥善解决了避免跨越“空档”的问题，同时还保证了其在各种运行状态下的安全性和可靠性。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是现有专利中自行车二级变速后轴高速状态结构示意图。
图2是现有专利中自行车二级变速后轴低速状态结构示意图。
图3是本发明实施例一的结构示意图。
图4是图3实施例的A-A剖面图。
图5是图3实施例的高速传动原理图。
图6是本发明实施例二的结构示意图。
图7和图8是可以与图4等同替换的另二种超越离合机构示意图。
图9是图1实施例中太阳齿轮座的B向齿形放大图。
图3和图4中的主要零件如下：1——外壳 2——后轴辊 3——齿圈 4——行星齿轮 5——行星齿轮销 6——太阳齿轮 7——太阳齿轮座 10——摇臂 13——推销 16——行星齿轮座 19——横销 20——棘爪22——棘爪座 23——压簧
实施例一
图3中的压铸外壳1与制有内齿轮以及内棘轮的齿圈3压合构成整体外壳部件，后轴辊2通过轴承支撑在外壳部件内。太阳齿轮6活套在后轴辊2上，其左端抵靠在套装于后轴辊2并轴向限位的压簧23一端，其右端制有单向端面齿，并固定有横销19，该横销抵靠在推销13一端。太阳齿轮座7与后轴辊相对固定，其左端制有可以与太阳齿轮6右端单向端面齿对应啮合的单向端面齿(齿形参见图9)，在太阳齿轮座7与行星齿轮座16之间装有滚动轴承。行星齿轮座16与后轴辊2同轴支撑在外壳部件内，其周圈压铆有三只均布的行星齿轮销5。三只行星齿轮4分别插装在行星齿轮销5上，并同时与太阳齿轮6的外齿和齿圈3的内齿啮合。两只棘爪20均布安装在棘爪座22上，棘爪座22套座于齿圈3的内圆中且套装在后轴辊2上，装配时与外壳部件中的内棘轮啮合(参见图4)，其右端制有装配时与太阳齿轮6啮合的小内齿轮。摇臂10铰支在后轴辊的右端，其下端抵靠在推销13的右端。
其它零件装配关系均与现有自行车相似，不另赘述。
本实施例的自行车二级变速后轴应用在变速自行车(其应用范围不限于自行车，三轮车等其它非机动车也可采用)上后，可以产生高低二种骑行速度。当摇臂10位于图3虚线位置时，太阳齿轮6在压簧23的复位作用下与太阳齿轮座7通过端面齿啮合，无论其是否与棘爪座22的小内齿轮脱离啮合，太阳齿轮6均相对于后轴辊2固定不动，此时行星齿轮座16的转动带动三只行星齿轮4，使外壳部件在行星齿轮4的公转ω1与自转ω2同时作用下，产生转速高于行星齿轮座16的增速旋转ω(参见图5)，从而实现高速骑行。由于外壳部件的转速高于棘爪座22时，内棘轮与棘爪20打滑，因此其相互之间不存在运动干涉。而当摇臂10位于图3实线位置时，太阳齿轮6的侧面齿与太阳齿轮座7的侧面齿脱离啮合，外壳部件、行星齿轮4以及太阳齿轮6形同一个固连的整体，行星齿轮座16的转动经行星齿轮4直接带动外壳部件同步转动，从而实现低速骑行。由于棘轮棘爪机构与端面齿的啮合互不干涉，因此本实施例的自行车二级变速后轴可以随心所欲地随时变速，不必担心存在变速“空档”。同时，太阳齿轮座7左端单向端面齿以及与之对应啮合的太阳齿轮6右端单向端面齿，保证了采用本实施例变速结构的自行车在惯性运行、车轮倒转等各种情况下，均无运动干涉，十分安全可靠。这种自行车二级变速后轴的另一个突出优点是，绝大部分零件与原先通用，因此生产、装配工艺变化小，便于实施应用。实施例二
本实施例与实施例一的区别是外壳1通过压延连接件2’与制有内齿轮以及内棘轮的齿圈3压合构成整体外壳部件。这样，外壳部件的重量更轻，成本更经济。此外，本实施例太阳齿轮6右端的端面齿以及对应的太阳齿轮座7左端端面齿均为单向啮合端面齿。这样使得本实施例的变速更平稳可靠。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。例如，超越离合机构可以采用图7或图8所示的结构，即采用楔合滚珠20’或楔合块20”结构取代图4中的棘爪，主动轮、从动轮相应变化的技术方案。甚至可以采用平面棘轮机构(齿形参见图9)，即图3中的齿圈3改为与从动平面棘轮固连或制成一体，图3中的棘爪座改为一端制有可以与从动平面棘轮啮合的主动棘轮，这样，理论上同样可以实现本发明的目的，而且结构更为简化。此外，端面离合机构采用摩擦片离合机构，或者行星齿轮数量变化；等等。总之，凡采用等同替换或等变换形成的技术方案均为本发明的保护范围。