[发明专利]自行车轴传动多级内变速装置

权利要求书

1.一种自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，该变速装置包含：

花键轴，其一端传动连接自行车动力源；

变速圆柱齿轮，其同轴套设在花键轴上，变速圆柱齿轮可沿花键轴轴向滑动；

同轴套设在自行车后轴上、且依次排列的第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮；变速圆柱齿轮通过滑动在第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮之间切换啮合；

调节装置，其机械连接变速圆柱齿轮，由外力驱动变速圆柱齿轮在花键轴滑动并将变速圆柱齿轮限位在与第一圆锥齿轮、或第二圆锥齿轮、或第三圆锥齿轮啮合的位置；

所述第一圆锥齿轮的齿轮数大于第二圆锥齿轮的齿轮数，第二圆锥齿轮的齿轮数大于第三圆锥齿轮的齿轮数。

2.如权利要求1所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述变速装置还包含防护罩，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、第三圆锥齿轮、变速圆柱齿轮、花键轴设置有变速圆柱齿轮的部分、以及自行车后轴设置有第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮的部分设置于防护罩内。

3.如权利要求1所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮与自行车后轴之间分别设有滚针轴承。

4.如权利要求1所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮的分度锥角、齿宽、相邻齿轮间隔距离、相邻齿轮的齿轮数差相等。

5.如权利要求1或5所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮结构的关系式如下：

△z＝z_i+2-z_i+1＝z_i+1-z_i (1)

或者

2AI_i+1＝AI_i+AI_i+2 (2)

其中，δ为第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮的分度锥角，B为相邻齿轮的齿宽、K为相邻齿轮之间的距，第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮的零变位截面到大端面的距离分别为AI_i、AI_i+1、AI_i+2，分圆半径分别为r_i、r_i+1、r_i+2，△z为相邻齿轮的齿数差，m_t为齿轮的端面模数。

6.如权利要求1所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述花键轴依次通过传动轴和自行车中轴传动连接自行车动力源；花键轴与传动轴传动连接的一端设有第一后螺旋锥齿轮，传动轴对应设有与第一后螺旋锥齿轮啮合的第二后螺旋锥齿轮；

所述传动轴传动连接自行车中轴，传动轴与自行车中轴传动连接的一端设有第一前螺旋锥齿轮，自行车中轴对应设有与第一前螺旋锥齿轮啮合的第二前螺旋锥齿轮。

7.如权利要求6所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述传动轴上套设有若干传动轴轴承，传动轴轴承分别固定在自行车车架上。

8.如权利要求6所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述第一前螺旋锥齿轮和第二前螺旋锥齿轮的轴交角范围在0至180度之间可调。

9.如权利要求6所述的自行车轴传动多级内变速装置，其特征在于，所述第一后螺旋锥齿轮、第二后螺旋锥齿轮、第一前螺旋锥齿轮和第二前螺旋锥齿轮的结构特征，其中第一后螺旋锥齿轮、第一前螺旋锥齿轮为从动齿轮，第二后螺旋锥齿轮、第二前螺旋锥齿轮为主动齿轮：

齿数比如式(3)

u＝z₂/z₁＝sinδ₂/sinδ₁ (3)

式(3)中z₁为主动齿轮的齿数，z₂为从动齿轮的齿数；δ₁为主动齿轮节锥角，δ₂为从动齿轮节锥角；

当δ₁+δ₂＜π/2时，

轴交角如式(4)

Σ＝δ₁+δ₂ (4)

节锥角如式(5)

δ₁＝arctan[sinΣ/(u+cosΣ)]

δ₂＝arctan[sinΣ/(u^-1+cosΣ] (5)

当δ₁+δ₂＞π/2时，

轴交角如式(6)

Σ＝π-(δ₁+δ₂) (6)

节锥角如式(7)

δ₁＝arctan[sinΣ/(u-cosΣ)]

δ₂＝arctan[sinΣ/(u^-1-cosΣ] (7)

锥距如式(8)

R＝d₁/sinδ₁ (8)

式(8)中d₁为主动齿轮大端分度圆直径；

根据齿根疲劳强度校核式(9)：

式(9)中σ_H为接触疲劳极限，Z_E为弹性系数，k为载荷系数，T₁为主动齿轮传递的转矩，ψ_L为齿宽系数，[σ_H]为许用接触疲劳极限；

得到齿面强度设计式(10)：