CN1135026A - 变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有从动箱，驱动轴和使驱动轴偏位的偏移装置的变速装置。在从动箱内并排地设置有三个滑动框。各滑动框具有齿相互面对的一对齿条和与齿条的节线平行的相面对的凸轮面。驱动轴具有小齿轮和凸轮盘。凸轮盘与凸轮面接触，确定各滑动框的位置。因各齿条与转动的各小齿轮啮合，起到一个假想内齿轮的作用，所以，从动箱绕转动中心线CL转动。又，变速比能随着因驱动轴的偏位使得从转动中心线CL到啮合位置的距离RM的改变而改变的。

Description

变速装置

本发明涉及一种改变输入后将其输出的变速装置。该变速装置例如最好可用作为自行车的减速机构。

本发明者已在日本特许公告昭和37年第5462号申请中提出了一种变速装置。这种变速装置如图29所示，备有可转动的从动箱a和配置成与该从动箱a的转动中心线c1平行的驱动轴c。该驱动轴c在偏移装置b作用下可朝与上述从动箱a的转动中心线c1正交的方向移动。

上述从动箱a可绕转动中心线c转动。另外，从动箱a具有位于转动中心线c1的两侧相互面对且彼此平行的两对导轨部d1、d1及d2、d2。上述导轨部d1、d2各自的中间线r1、r2相交成90度。

在上述导轨d1、d2上分别装着可移动的长方形滑动框e、f。两个滑动框e、f沿相互正交的方向移动。各个滑动框e、f具有开口部g。在该开口部g的内侧面上沿上下并排地形成齿条传动装置h和与该齿条传动装置h的节线平行的凸轮面i。齿条传动装置h和凸轮面i都面对上述各滑动框e、f的移动方向。

上述驱动轴c配置成贯通上述开口部g。另外，驱动轴c上固定着两个分别与各滑动框的齿条传动装置h啮合的小齿轮j、j。各小齿轮j、j不能同时与上述相对的齿条传动装置h、h的双方啮合。

再者，驱动轴c保持偏心的凸轮盘k。该凸轮盘k插在上述滑动框e、f的凸面轮i、i之间。凸轮盘k能同时与相对的凸轮面i、i接触。

上述偏移装置b具有随螺纹轴m的转动沿滑动轴o移动的滑动板p。该滑动板p可转动地保持着上述驱动轴c。此外，上述凸轮盘k被销n固定在滑动板p上。因此，凸轮盘k不能绕驱动轴c转动。

该变速装置的变速原理如下。

一旦将输入转矩输送给了上述驱动轴c，小齿轮j就转动。小齿轮j就朝节线方向推压与之啮合的齿条传动装置h。在该力产生的转矩比从动箱a的负荷转矩大时，滑动框e、f能使从动箱a转动。

而凸轮盘k不转动，仍保持在预定的位置上。因此，在从动箱a的转动过程中，齿条传动装置h和小齿轮的啮合位置沿与宛如假想的内齿轮的节圆相当的轨迹移动。

此处，变速装置的减速比可以用PD/RD的比来表示，其中，PD是小齿轮的节圆的半径，RD是从从动箱a的转动中心到齿条传动装置h和上述小齿轮的啮合位置之间的距离。另外，通过使上述偏移装置b的螺纹轴m转动，来改变凸轮盘的位置。此时，上述距离RD改变，因此，上述减速比就变化。

但是，目前的变速装置存在以下的问题。

(a)转动容易出现不稳，不能光滑地传递转矩。

(b)在齿条和小齿轮啮合之初，齿轮的齿向不一致时，在驱动轴上就会产生强力冲击或大扭矩。因此，这就是产生噪音，装置出现故障的原因。

(c)驱动轴停止过程中，不能从转动框上输出动力。

(d)因为在齿条与小齿轮的啮合部位上作用有大的力，容易使齿轮上的齿产生缺口。

(e)在减速比变化时，要求偏移装置的螺纹轴转动。

本发明的变速装置能够完全消除上述的几个问题。

本发明的目的在于提供一种转动平稳，能平滑地传递转矩的变速装置。

本发明的另外目的在于提供一种在齿条和小齿轮啮合之初，即使齿轮的齿向不一致，在驱动轴上不会产生强冲击力或大扭矩的变速装置。

本发明的还有一个目的在于提供一种即使在驱动轴停止过程中，也能从转动框上输出动力的变速装置。

本发明的还有一个目的在于提供一种能够防止齿条，小齿轮的齿出现缺口的变速装置。

本发明的还有一个目的在于提供一种能够根据作用于从动箱上的负荷和输入装置的输入，自动地改变减速比的变速装置。

本发明的还有一个目的在于提供一种最好能够用于自行车上的，而且，即使输入发生变化，也不必频繁地进行变速操作的变速装置。

本发明的其它的目的和效果从以下的详细说明中将会变得更加清楚。

根据本发明，变速装置具有可转动地支承在固定部件上的从动箱，与上述从动箱的转动中心线平行的驱动轴和使驱动轴朝与上述转动中心线正交的方向偏移的偏移装置；

在上述便条内设置了多个沿转动中心线方向排列的受导轨部导向而移动的滑动框；

上述各滑动框具有可供驱动轴通过的开口部、一对齿相互面对的平行齿条和与上述齿条的节线平行的相对的凸轮面；

上述导轨部在与转动中心线正的平面内，且朝与齿条的节线正交的方向引导上述滑动框；

上述驱动轴具有与上述齿条相啮合的多个小齿轮和与上述凸轮面接触、确定上述滑动框位置的凸轮盘；

由于上述各齿条起到了一个与转动的各小齿轮啮合的一个假想内齿轮的作用，因此，上述滑动框通过上述导轨部，使从动箱绕上述转动中心线转动，同时，因上述驱动轴的偏位，改变了从上述转动中心线到啮合位置的距离，从而改变了变速比；

其特征在于上述滑动框的数目是三个以一的奇数个，而且，各滑动框的移动方向分别以等角度相交；

上述凸轮盘的轮廓是交互连接圆弧R1和曲率半径比圆弧R1大的圆弧R2而成，平行的二根直线所夹持的该凸轮盘的廓的长度H(R1＋R2)保持相等；

该凸轮盘是这样地被设置在上述驱动轴，即，使上述小齿轮的中心基本与上述圆弧R1的中心保持一致。

图1表示沿本发明的变速装置的转动中心线的截面。

图2表示沿本发明的变速装置的转动中心线的截面。

图3是本发明的变速装置的局部立体图。

图4表示筒体2A的截面和从制动轮一侧所见的与转动中心线正交的截面。

图5是分解地表示驱动轴的立体图。

图6是导轨部、滑动框的放大立体图。图7是为了说明输入筒的立体图。图8是抵抗装置的截面图。图9是抵抗装置的另一个示例的截面图。图10是表示摩擦离合器之一例的立体图。图11是凸轮盘的平面图。图12是为了说明驱动轴的偏移装置的截面图。图13是为了说明驱动轴的偏移装置的截面图。图14是表示小齿轮12A和滑动框9A的相对关系的截面图。图15是表示小齿轮12B和滑动框9B的相对关系的截面图。图16是表示小齿轮12C和滑动框9C的相对关系的截面图。图17是使图13—图15重合后的假想截面图。图18是表示小齿轮12A和滑动框9A的相对关系的截面图。图19是表示小齿轮12B和滑动框9B的相对关系的截面图。图20是表示小齿轮12C和滑动框9C的相对关系的截面图。图21是使图17—图19重合后的假想截面图。图22表示将本发明的变速装置用于自行车上时的情况。图23是表示本发明的变速装置的另外实施例的截面图。图24是表示本发明的变速装置的另外实施例的截面图。图25是表示本发明的变速装置的另外实施例的截面图。图26是表示本发明的变速装置的另外实施例的截面图。图27是表示凸轮盘的另外实施例的平面图。图28是表示凸轮盘的另外实施例的平面图。图29是表示现有变速装置的立体图。

下面，参照附图说明本发明的实施例。

本发明的变速装置1具有可转动地被支承在固定部件S上的从动箱2，与上述从动箱2的转动中心线CL平行的驱动轴4，使上述驱动轴4朝与转动中心线CL正交的方向偏移的偏移装置3。

在本实施例中，如图22所示，固定部件S是固定在自行车车架F上的固定轴29。上述从动箱2用幅条31与轮毂连成一体，形成自行车后轮32的一部分。因此，本实施例对自行车用的变速装置(减速机)进行说明。但不限于此，也可用作为工作机械或汽车等各种转动力传送机构的变速装置。

使自行车向前行驶时，脚踏板P接受图22中箭头所指方向的转动力。此时的转矩使得图1所示的输入筒体20朝从图上方所视的顺时针方向转动。而在本说明书中，在没有特别指出的情况下，【顺时针方向】、【逆时针方向】这样定义：变速装置1朝着从图1的链轮43侧沿转动中心线CL看时，绕顺时针转动的方向为顺时针方向，反之为逆时针方向。

如图1及图2所示，上述从动箱2例如可形成为密闭的圆筒状。从动箱2由筒体2A和用螺栓固定在该筒体2A的两端上的圆形盖2B、2C。在上述筒体2A的外周两端上形成有成环状突出的凸缘2D、2D。在该凸缘2D上可安装如上述的幅条31之类的部件。

上述盖部2B通过输入筒体20可转动地支承在固定轴29上。输入筒体20也是支承在上述固定轴29上并可相对其转动。盖2C可转动地支承在固定轴29上。另外，可在盖2C上固定例如自行车的制动轮BD。

上述固定轴29、29的轴心(转动中心线)相互一致。因此，从动箱2能仅绕转动中心线CL转动。

如图1，图6所示，从动箱2内设置有多条相互独立的导轨5。使诸如导轨部件15类的部件面对在转动中心线CL的两侧来构成导轨部5。

上述导轨部件15，例如，通过弯折圆弧片16的直线部，能够形成导轨面14。该导轨面14相互平行地面对着。最好上述圆弧片16的圆弧与筒体2A的内周面的圆弧相同。但并不限于此。

图中示例性地表示了导轨部5具有沿转动中心线CL的方向排列的3个(5a，5b，5c)导轨。各导轨部5a，5b，5c被设置在与转动中心线正交的平面内。

上述导轨部5a，5b，5c配置成使相面对的导轨面14，14的中心线与上述转动中心线相交。各导轨部5a，5b，5c配置成使上述中心线相互以等角度相交。在本实施例中，相交角度为120度。

上述导轨部件15，15例如用螺栓固定在设于筒体2A内周面上的安装部T1、分隔件T2上。上述安装部T1、分隔件T2以60度的等分角分别设置在筒体2A的内周面上。

在本实施例中，在各5a，5b，5c上配设了三个滑动框9A，9B，9C。各滑动框9A，9B，9C受各导轨部5a，5b，5c引导，在与上述转动中心线CL正交的平面内移动。因此，各滑动框9A，9B，9C的移动方向相互交叉成120度的等角度。该角度是以交叉角度大的那一角为基准。

如图6所示，例如，在上述滑动框9的上下框板33，34之间的四个角上设置滚子35。滚子35沿上述导轨面14光滑地滚动。

在上述框板33，34上形成有使后述的驱动轴4穿通过的开口部6。这可以利用冲压等中空加工手段进行加工。在上述框板33、34之间设置一对彼此面对的齿条10、10。在上述开口部6的内侧边上形成有与齿条10的节线平行的一对凸轮面11。上述齿条10的节线是朝着与各滑动框9A，9B，9C移动的方向正交的方向。

例如，可以在上述齿条10的上下侧形成沿上下方向突出的突部37、37。该突部37可滑动地插在框板33、34上的斜槽39内。

在各齿条10的齿的相反侧上形成沟部40。环状弹簧41绕圆周嵌入在该沟部40内。因此，面对的齿条10、10经常地被朝着相互接近的方向顶着。此时，齿条10的齿顶从上述凸轮面11处更向内侧突出。

在本实施例中，齿条10在上述相互最接近的状态下，其节线的位置位于从上述凸轮面11处向内侧突出1.5mm的位置处。齿条10的节线可以与上述凸轮面11相一致，另外，当然也可以不相同，但，最终由与后述的凸轮盘13、小齿轮12相对的位置关系确定。

较好的是上述斜槽39随着从齿条10的齿顶向齿根侧移动朝着逆时针方向的位置倾。最好的是斜槽39在相对于齿条10的节线成锐角时以60—85度的角度倾斜。这样，齿条10在动力传送时使损失最小。即，变速装置1降低了动力损失。

在上述齿条10与各小齿轮12A，12B，12C啮合之初，出现齿的对接、啮合齿距不良、啮入等现象时，齿条10能够沿上述斜槽39从小齿轮中退让。即，齿条10能够与小齿轮12光滑地啮合。

在自行车顺坡下滑时，脚踏板P处于停止状态。此时，各小齿轮12A、12B、12C也处于停止状态。但，从动箱2接受来自于自行车车轮的顺时针方向的转动力。

即使在这种情况下，齿条10与停止的小齿轮12接触时，也能够沿上述斜槽39从小齿轮12中光滑地脱出。即，齿条10宛如具有了棘轮的功能，能够避免与小齿轮12A—12C啮合。

上述各框板33、34图示的是一种在滑动方向的两端成圆弧状的框板。它的圆弧基本与筒体2A的内径相等。另外，在上述两端也可以形成切口部36。在这种情况下，能够防止滑动框9A，9B，9C的上述两端和安装部T1的碰上，能够确保滑动框具有较大的滑动量。

上述框板33、34例如还可以形成鼓出部42。鼓出部42超出导轨面14，而且，从上下两面覆盖导轨面。这样，能够很好地防止各滑动框9脱出各导轨部以及防止它们彼此错位。

如图1，2，5所示，上述驱动轴4例如可使用花键轴。该驱动轴4上一体地固定驱动齿轮50、三个小齿轮12A、12B、12C。当各小齿轮12A、12B、12C的大小为：与面对的齿条10的一侧的齿啮合时，各小齿轮12A、12B、12C保持与另一侧的齿条10不接触的程度。

如图5所示，各小齿轮12A、12B、12C上形成圆形截面的凸环部86。凸轮盘13A、13B、13C可转动地支承在该凸环部86。在凸轮盘13D通过轴承93轴支在上述驱动轴4上。

各凸轮盘13也可以通过滚珠轴承等安装在上述凸环部86上。此外，能够省去小齿轮的凸环部86，可以通过轴承安装在上述驱动轴4上。在这种情况下，凸轮盘就能光滑地移动。

图5及图11表示了上述凸轮盘13A、13B、13C、13D。由图11可知，凸轮盘的轮廓，平行的两条直线所夹的长度H通常设计成相等。

上述凸轮盘13具体以如下方式确定。

如图11所示，首先，确定为基准的顶点P1，P2，P3。这些顶点等间隔地位于一个圆周上。在本实施例中，顶点P1，P2，P3为正三角形的顶点。

然后，从上述正三角形(P1—P2—P3)的各顶点，以曲率半径R1，R2(R1＜R2，R2比上述正三角形的边长)在对角的位置描绘出角度60度的大圆弧(曲率半径R2)和小圆弧(曲率半径R1)。接着，依次将它们连接起来。

上述曲率半径R1近似于上述小齿轮12的节圆半径。使上述曲率半径的总长度(R1＋R2)＝H与滑动框9的凸轮面11、11间的距离相等。

如图5所示，凸轮盘13A、13B、13C、13D上形成有轴孔87。轴孔87以上述基准的正三角形的一个顶点为中心。上述小齿轮12A、12B、12C的凸环部86同心地插在轴孔87内。

在本实施例中，安装在凸轮盘13上的小齿轮12的节距圆的位置在从凸轮盘的曲率半径R1的小圆弧进入内侧1.5mm。因此，在由凸轮盘13的轮廓引导凸轮面11、11，使滑动框9转动时，齿条10的节线常与小齿轮12的节线接触地移动。

这样，在滑动框9受凸轮盘13引导转动时，通过以小齿轮12和齿条10的节线相接地确定各个相对位置关系，所具有的优点是能够确实且光滑地进行齿轮的啮合。而目前的变速装置不能发挥出这样的效果。

如图1所示，凸轮盘13A可转动地支承上述摆动臂23。例如，摆动臂23的受筒部54插入在上述凸轮盘13A的轴孔87内。另外，此时，也可以借助于轴承。

凸轮盘13A、13B、13C、13D分别在相同位置上形成有孔部89。用螺栓90穿过孔部89将凸轮盘13A、13B、13C、13D的轮廓保持一致地固定成一体。

凸轮盘13A、1 3B、13C、13D通过与面对的凸轮面11接触，并与上述导轨5一起确定与各小齿轮12A、12B、12C相对的齿条10的移动轨迹。而且，上述滑动框9能使从动箱2转动，并沿导轨5移动。

在凸轮盘13A和13D上形成分别向上下鼓出的鼓出部92。上述鼓出部92具有相互平行的偏平面92A、92A和连接偏平面92A、92A两端的圆弧面92B、92B。

以上述方式确定凸轮盘13的轮廓，使上述小齿轮12和齿条10的节圆相接地确定相互安装位置的情况下，会有下列优点：

(a)齿条10和小齿轮12的啮合齿数增多；

(b)滑动框9的转动中心依次朝上述正三角形顶点移动。特别地，在凸轮盘13A、13B、13C、13D的中心与上述转动中心线CL一致的状态下，一对齿条10中的靠近小齿轮12侧的齿条的切向速度降低。即，齿条10开始光滑地与小齿轮12啮合。

(c)转动的不稳定现象减少。

其次，如图1，2，3，4，7，8所示，上述偏移装置3具有可转动的输入筒20(输入装置)、反转齿轮21(转动力传送装置)、转动框22、摆动臂23和阻尼装置25。

输入筒20，例如，在其输入端侧，通过轴承可转动地支承在上述固定轴29上。另外，其另一端可转动地安装在离合器外壳110上。

上述离合器外壳110，例如，如图7所示，具备圆筒部111和凸缘部112。圆筒部111通过单向啮合离合器30被安装上述固定轴29上。在本实施例中，离合器外壳110相对于固定轴29仅能朝顺时针方向转动。因此，不能沿反顺针方向转动。

输入筒20的一端固定着链轮43。该链轮43露出在从动箱2的外部。链轮43上装着由自行车的踏板P带动作循环转动的链条C。

如图7所示，上述输入筒20的一端侧上形成有齿轮部45。齿轮部45与上述转动框22的反转齿轮21(后述)啮合。

如图1所示，将外盖46和内盖47固定成一体形成上述转动框22。外盖46由轴承可转动地支承在盖体2B上。外盖46以安装部46B(图7所示)固定在上述离合器外壳110的凸缘112上。

因此，转动框22仅能作顺时针转动。另外，转动框作22作顺时针转动容许在变速装置出故障时自行车继续前进，并在防锁死方面起到了很好的作用。

如图3所示，内盖47，例如，可做成圆环体59。内盖47的内部形成有圆形开口部60。该内盖47上设置有向外盖46侧突出的销49，安装座65(三处有)及支轴69等。

外盖46的适当部位上设置有与上述销配合的孔插入上述安装座65内的安装轴66(图1所示)等。如图3所示，在内盖47的圆形开口部60上设凸部61该凸部61从上述圆形开口部60的内圆周面向内突出。另外，在内盖47的外周部上形成带圆弧面62A的配合凹部62。该圆弧面62A是以销49为中心的圆弧。

如图1，3，4所示，摆动臂23具有为摆动支点的凸起部57。该凸起部57可转动地支承在内盖47的销49上。在凸起部47的一端侧上形成臂53。图4是从制动轮BD侧所视筒部2A的截面的截面图。

在臂53的端部上突设朝向内盖47侧的配合销56。而在臂53的同一端部上例如突设朝向外盖46的支承销67。

上述配合销56沿圆弧面62A移动，与上述配合凹部62嵌合。此时，摆动臂23停止朝脱开方向的摆动(后述)。如图3所示，摆动臂23的配合销56插在辅助板27上的长孔99内。

上述支承销67支持一个小的弹簧常数一定的弹簧68的一端，而其另一端支承在上述支轴69上。因此，摆动臂23以凸部57为支点朝逆时针方向转动时，该弹簧68因伸长而产生较弱的复原力。不过，可省去该弹簧68。

在上述凸部57的另一端侧上设有扇状部件24，扇状部件24的端部上设有齿部26。该扇状部件24上形成支承筒部54。该支承筒部54可转动地支承驱动轴4。

上述齿部26是由以凸部57为中心的节圆形成的。凸部57、支承筒部54的轴中心与转动中心线CL平行。驱动轴4与从动箱2的转动中心线CL平行。

辅助板27，例如，是与上述内盖47同心地转动的环状体95。辅助板27的周围上的环状突起96嵌合到内盖47上的环状槽63内。长孔99形成在凸出片97上。

辅助板27具有带略呈长方形开口101的导向框100。导向框100由相互平行的引导片102和连接引导片两端的圆弧片103构成。

圆弧片103之间的最大外形尺寸是确保能插入到上述内盖47的圆形开口部60内的尺寸。在本实施例中，圆弧片103之间的最大外形尺寸与圆形开口部60的直径基本一致。

因而，辅助板27能够嵌入到圆形开口部60内，并能与转动框22同心地作光滑转动。引导片102、102能够引导上述凸轮盘13A的鼓出部92(图5所示)。

具体地说，在上述辅助板27的引导片102、102之间支持上述鼓出部92的偏平面92A、92A。因此，驱动轴4可沿该引导片在规定范围内作滑动。

如图6所示，凸轮盘13D的鼓出部92由安装板17的导向框104可转动地支承着。安装板17可相对于盖部2C转动地枢支着。但是，安装板17在单向啮合离合器30的作用下，与转动框22一样不能朝逆时针方向转动。

安装板17的导向框104具有相互平行的引导片105和位于引导片之间连接两引导片的圆弧片106。导向框104的内部形成一个空间109，并可滑动地支承上述凸轮盘13D的鼓出部92。

凸轮盘13A的鼓出部92由辅助板27的导向框101支承。另外，凸轮盘13D的鼓出部92由安装板17的导向框104支承。由于这些导向框，使得驱动轴4能够朝与从动箱2的转动中心线CL成直角的方向移动。这种移动是在摆动臂23的摆动作用(后述)下完成的。

上述反转齿轮21能够在输入筒20和驱动轴4之间传送转动力。反转齿轮21例如，如图1所示，由上述销49可转动地支承在外盖46和内盖47之间。如图3，图7所示，反转齿轮21形成一体的第一齿轮部51和第二齿轮部52。

第一齿轮部51与上述输入筒20的齿轮部45啮合(参照图7)。外盖46上形成有切口部46A，所以，使上述啮合成为可能。第二齿轮部52与驱动轴4的驱动齿轮50啮合。

如图3、8、10所示，上述阻尼装置25具有第一转动体70、单向转动凸轮71、第二转动体72和摩擦离合器73，例如，该阻尼装置25可被设在上述转动框22内。

如图4所示，第一转动体70，例如，由与摆动臂上的齿轮部26啮合的齿轮构成。因此，摆动臂23的摆动引起其转动。如图8所示，第一转动体70带着内衬可转动地装在轴74上。齿轮75与第一转动体70啮合。用键将齿轮75与转动轴76构成一体。

上述各转动体能够置换由皮带、链条等和三角皮带、链轮等组成的转动力传递机构。

第二转动体72，例如是经由单向转动凸轮71，接受第一转动体70的转动力的齿轮。该第二转动体72通过单向转动凸轮71安装在转动轴76上。

图例示出的单向转动凸轮71是在内轮71A和外轮71C之间夹装有凸轮71B。但是，并不限于此，也可以直接将凸轮设在转动轴上。在本实施例中，单向转动凸轮71仅将转动轴76的逆时针方向的转动力传递给第二转动体72。

因此，转动轴76的顺时针方向的转动力不传递给第二转动体72，转动轴只是空转。其作用是根据摆动臂的脱离摆动仅将第一转动体70的转动传递给上述第二转动体72。

提高第一转动体70的转数的齿轮组与第二转动体72啮合。该齿轮组的最后一级与摩擦离合器73接合。

齿轮组是与第一转动体70同轴的齿轮77，上下齿轮形成一体的空转齿轮79，与齿轮77同轴地被支承的齿轮80，可转动地支承在第二转动体72上的齿轮81(最后齿轮)。该齿轮组即使摆动臂仅微小的摆动，也能对微小的摆动量放大后传递给摩擦离合器73。这些齿轮也可省去，也可通过改变级数来作适当的变更。

图8，10示例性地示出了一种由固定轴114，二种类型的摩擦板115、116和转动外壳构成的摩擦离合器73，这是一种干式摩擦离合器。

固定轴114的截面是非圆的。固定轴114插在内盖47上的固定孔119内。该固定孔119的截面基本上与固定轴114的截面相同。因此，固定轴114不能转动。另外，固定轴上形成有一个螺栓孔114A。

先把弹簧107套在固定轴114上，然后将二种摩擦片115、116交替地套在固定轴114上。摩擦片分别用多块固定摩擦片115和转动摩擦片116。

固定摩擦片115具有与固定轴114的截面形状相同的开口115A。因此，固定摩擦片115不能相对于固定轴114转动。

转动摩擦片116具有圆形开口116A，因此，可相对于固定轴114转动，在摩擦片116的两侧上形成有突片116B、116B。

转动外壳117有齿轮部119。该齿轮部119与上述齿轮组的最后的齿轮81啮合。转动外壳117上开设有二条用于承插上述突片116B的槽120、120。因此，转动摩擦片116与转动外壳成一体。

利用螺栓121将转动外壳117安装在固定轴114上。固定摩擦片115和转动摩擦片116被弹簧和转动外壳117相互压紧着。该摩擦离合器73的动作如下。

将转动力传递给齿轮部119时，转动外壳117与转动摩擦片116一起转动。但是，因转动摩擦片116与固定摩擦片115之间存在的摩擦，所以，转动摩擦片116不能容易地转动。

当输入的转动力小于摩擦力时，转动外壳117保持静止。即，摩擦离合器73起到抵抗输入的作用。输入超过摩擦力时，二种摩擦片115、116相互开始滑动，转动外壳117就相对于固定轴114转动。

通过调节螺栓121的拧紧量，就能够改变摩擦力。为此，在外盖46及盖体2B上也设有调节孔122。因而，能很好地根据抵抗力来调节，而且作业方便。盖体2B上的调节孔122通常用盖等部件盖住，从而密闭了从动箱2。

图9表示上述阻尼装置25的另外一个实施例。该实施例中，第一转动体70由与摆动臂3的齿轮部26直接啮合的齿轮构成。第一转动体70与转动轴76一起转动。

第二转动体72是由通过单向转动凸轮71装在上述转动轴76上的齿轮构成。第二转动体72的齿轮部直接与摩擦离合器73的齿轮部119啮合。

单向凸轮71仅能将转动轴76的顺时针方向的转动力传递给上述第二转动体72。单向转动凸轮71不能将转动轴76的逆时针方向的转动力传递给上述第二转动体72。即，与上述实施例正好相反。

在本实施例中，没有设提高第一转动体转数的齿轮组。因此，第二转动体72的齿轮部采用了节圆比摩擦离合器73的齿轮部119的节圆大的齿轮部，直起到了增速的作用。在本实施例中，因为没有增速齿轮组，所以，能够实现装置的小型化，低价格化和结构简单化。

摩擦离合器73为干式时，可以是单板式的，还可以将摩擦面改成圆锥面形的。除了干式的以外，也可以采用湿式的。

下面对如上构成的本实施例的变速装置1的动作进行说明。

自行车M停止中，若从链轮43侧看，则摆动臂23位于图12所示的位置。在该状态下，驱动轴4的中心和从动箱2的转动中心轴CL位于同一根轴上。

为了使自行车前行，就要转动脚踏板P。施加在踏板P上的转矩通过链条C传递给链轮43。该输入转矩起到使链轮朝顺时针方向转动的作用。

接着，输入转矩被传递给反向齿轮21。然后，为使自行车从停止状态到使驱动齿轮转动，需要较大的转矩。

反向齿轮21接受由驱动齿轮50的大负荷产生的反力，使转动框22朝逆时针方向转动。转动框22因单向啮合离合器30的作用，不能朝逆时针方向转动。

摩擦离合器73阻止摆动臂23摆动，但，其阻力设定为比开始使驱动齿轮50转动的转矩(以下称为负荷)小。

因此，根据输入转矩，转动力超过摩擦离合器73的阻力时，反向齿轮21在停止的转动框22上与驱动齿轮50(驱动轴4)一起转动。其转动方向是以销49为支点的逆时针方向。

由此可知，摆动臂23也以销49为支点，朝逆时针方向摆动(从图12变化至图13)。这种摆动是使驱动轴4从上述转动中心线CL处偏开的脱开摆动。摆动臂23因配合销56的作用而使辅助板27朝逆时针方向转动。摆动臂23使上述弹簧68伸长。

如图12、13所示，驱动轴4受转动辅助板27的导向框100(及安装板17的导向框104)导向并朝与转动中心线CL正交的方向移动距离V。即，驱动轴4从上述转动中心轴CL处偏心。辅助板27、安装板17有助于平滑地进行这种偏心动作。

此时，如图13所示，因上述导向框100与上述圆形开口部60的配合部61接触，所以，辅助板27使上述转动停止。各凸轮盘13A、13B、13C、13D沿辅助板27。安装板17的导向框100、104向从动箱2的大体中心移动。

上述摆动臂23的摆动使第一转动体70朝顺时针方向转动。如图8所示，该转动力因齿轮75的作用而使转动轴76朝逆时针方向转动。

单向转动凸轮71将转动传递给第二转动体72。第二转动体72的转动力传递给摩擦离合器73。因此，摆动臂23的脱开摆动时作用有阻力。该阻力由于小的输入或输入的变化等能够防止摆动臂23频繁地作脱开摆动。

输入转矩大于负荷转矩时，驱动齿轮50(驱动轴4)在上述偏心位置上朝顺时针方向转动。因此，小齿轮12A仅能与成对的齿条10中的一条啮合。

如图14所示，顺时针转动的小齿轮12A朝节线方向推啮合的齿条10。滑动框9A因导轨部5a的原因不能朝齿条10的节线方向移动。滑动框9A因凸轮盘13A的作用也不能朝与节线正交的方向移动。因此，齿条10使滑动框9A绕凸轮盘13A转动。

滑动框9A通过导轨部5a给予从动箱2绕转动中心线CL的顺时针方向的转矩。因此，后轮32转动，自行车就向前进。

自行车M刚开始动时，从动箱2的转数成为以减速比Rr使驱动轴4的转数减速后的转数。此时的减速比Rr用下式表达。

              Rr＝PD/RM    …(1)

(其中，PD是小齿轮12的节圆半径，RM是从转动中心轴CL到小齿轮12和齿条10相啮合的位置之间的距离)

这样，自行车开始前进时，变速装置1因驱动轴偏位而自动地变速。这种变速通过增大上述距离RM，就能将输入转矩变成大的转矩输出。这种变速在自行车开始起动时为最好。

此时，在本实施例中，一个齿条10在从动箱2转过约60°范围内能够连续地以相互的节线啮合。此啮合结束后，从动箱2转过了120°时，成对的齿条10中的一根齿条10开始与小齿轮12A啮合。

因而，成对的齿条10分别在从动箱2每转动180°就开始与小齿轮12A啮合。一对齿条10在从动箱2每转过一周啮合角度总计为120°(deg)。

在本实施例中，成对的齿条10设有三对(合计6条)。三对齿条10设置成相互分别交叉120°角。因此，从动箱2每转60°，这些小齿轮12A、12B、12C依次与齿条10啮合。

即，从动箱2每转过一周，至少一组小齿轮和齿条10进行啮合。各齿条在本实施例中，在从动箱2每转动一周各分担60°。该动作与宛如存在的一个假想的内齿轮相同。

这样，变速装置1的转动平稳，而且能够可靠地传递转矩。

图14、图15、图16表示起动位置时的小齿轮12A、12B、12C与齿条10各自的相对位置关系。另外，图17用虚线表示这些位置关系相互重合的状态。对于各齿条10，根据安装的滑动框9A，9B，9C，用A、B、C的罗马字母加以区别。

从图17可知，在平面内重合的情况下，各齿条10A、10B、10C沿停止的凸轮盘13的外周起到了一个以转动中心轴CL为中心的假想内齿轮的功能。可以理解成各齿条10A、10B、10C开始依次与各小齿轮12A、12B、12C啮合。另外，各齿条10的节线相互交叉成120°角(交叉角以大的一个测定)。

自行车M起动后，从动箱2的转动数会有超过上述驱动轴4的转数。例如，自行车M是在下坡道上后轮处于空转的情况。此时，从动箱2的负荷减少直到为零。

从动箱2的负荷减少时，驱动齿轮50根据负荷的减少、转速差，使上述反向转齿轮21朝顺时针方向转动。该驱动齿轮50的动作伴随着以销49为支点的摆动臂23朝顺时针方向摆动。下面，将摆动臂23的这种摆动称作为【复原摆动】。

这种复原摆动在上述弹簧68收缩的微弱复原力的辅助作用下，不受轴承等机械摩擦的任何影响下光滑地进行。弹簧68的辅助力，即使没有设置，也能作复原摆动。上述复原摆动不受来自踏板P的输入左右，总之，取决于从动箱2的负荷。

上述驱动轴4因上述驱动齿轮50、摆动臂23的复原摆动而使偏心朝复原方向移动。在本实施例中，从动箱2的负荷转矩为零时，如图12所示，驱动轴4和转动中心线CL相互一致。

上述复原摆动使第一转动体70朝逆时针方向转动。第一转动体70通过齿轮75使转动轴76朝顺时针方向转动。转动轴76的顺时针方向的转动力由于单向凸轮71的原因，而不传递给第二转动体，仅作空转。

因此，在摆动臂23的复原摆动时，摩擦离合器73的阻尼不起作用。这样，摆动臂23一边接受弹簧68的微弱的辅助力，一边光滑地朝初始位置移动。

驱动轴4的偏心量变小时，从转动中心线CL到齿条10与小齿轮12相互啮合位置的距离RM也变小。这里，小齿轮12的节圆半径是一定的。因此，上述距离RM变小时，式(1)所示的减速比Rr也变小。从而，自行车M的后轮32的转数增加，进行了速度上升的变速过程。

目前，自行车的变速机构是这样工作的：骑车者必须有意识地操作把手，以机械方式改变齿轮的啮合。与之相对，本发明的变速装置1根据后轮32的上述负荷转矩的变化，能够自动地改变减速比。上述驱动轴4的偏心量V最小可为零。为零时，因为半径方向距离RM与小齿轮12的节圆半径RD相等，所以，减速比Rr基本上为【1】。此时，小齿轮12和凸轮盘13一起朝顺时针方向绕转动中心轴CL转动。

图18、图19、图20表示在变速到最高速侧位置时的小齿轮12A、12B、12C与齿条10各自的相对位置关系。另外，图21用虚线表示这些位置关系相互重合的状态。对于各齿条10，根据安装的滑动框9A，9B，9C，用A、B、C的罗马字母加以区别。

从图21可知，齿条10A与小齿轮12A保持啮合成一体地转动。此时，转动框22也朝顺时针方向转动。凸轮盘13A、13B、13C、13D受辅助板27导向，同样地转动。

在本实施例中，齿条10总共有6条。小齿轮12和这些齿条10光滑地啮合。6条齿条10起到了一个假想内齿轮的作用。而且，从如上述的描述中可以知道，该假想内齿轮因驱动轴4的偏位能够改变节圆。

在本实施例中，使小齿轮12的齿数为24T，模数为1时，上述假想内齿轮的与最大节圆时相当的齿数大体为54T。此时，更光滑地与小齿轮12啮合的假想内齿轮的齿数以6的倍数减少。把上述偏心量记载在括弧内。

假想内齿轮的齿数：小齿轮的齿数

                54T：24T(V＝15mm)

                48T：24T(V＝12mm)

                42T：24T(V＝9mm)

                36T：24T(V＝6mm)

                30T：24T(V＝3mm)

                24T：24T(V＝0mm)

另外，本例中，减速比Rr可以在0.444—1.000范围内变化，而更好的是如下方式。

                    Rr＝0.444

                    Rr＝0.500

                    Rr＝0.571

                    Rr＝0.667

                    Rr＝0.800

                    Rr＝1.000

然后，说明本发明的另外的实施例。图23、图24表示阻尼装置25的另外一个实施例。阻尼装置25具有使摆动臂23的上述脱开摆动朝复原方向回拉的弹簧装置。理想的是所采用的弹簧装置复原力为一定。

上述弹簧装置可以采用螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧等各种弹簧。在本实施例中，采用了负荷一定的弹簧141。但是，并不限于此种弹簧。

如图23所示，负荷一定的涡卷弹簧141在无负荷的自由状态下，弯成一定的曲率放在弹簧盒128内。图23是从制动轮BD侧所见的截面图。图24表示图23的A—A线的截面图。

该负荷一定的涡卷弹簧141不拘泥于从弹簧盒128内拉出的量，而只要能够大体上发挥一定的复原力即可。上述弹簧盒128固定在上述外盖46上。从该弹簧盒128内拉出的负荷一定的涡卷弹簧141借助于一根线142连接在转动轴136上。

上述转动轴136上设有螺旋槽136A，因转动，而将上述线142卷起。用键等部件把齿轮135固定在转动轴136上与其成一体。上述摆动臂23的齿轮部26经过齿轮组129与齿轮135联动。

上述齿轮组129提高摆动臂23的摆速，摆动臂的摆动传给齿轮组129。齿轮129例如可由一个齿轮130和四个齿轮131组合而成。

齿轮130与上述摆动臂23的齿轮部26啮合。齿轮130也与齿轮131的小齿轮132啮合。齿轮131形成一体的小齿轮132和大齿轮133。通过依次使这样的齿轮131啮合，可以将摆动臂23的摆速例如提高120倍。

上述齿轮129也具有抵抗摆臂23的功能。因此，能够防止摆动臂23急速复原动作。外盖46上配置了多个可转动的环状导滚139。导滚139能够光滑引导上述负荷一定的涡卷弹簧141的移动。

本实施例的动作如下地进行。摆动臂23的上述脱开摆动使齿轮130朝顺时针方向转动(从图23上看时，是逆时针方向)。该齿轮130的转动经过齿轮组129，使转动轴136朝逆时针方向增速转动(从图23上看时，是顺时针方向)。

转动轴136卷起线142，同时，从弹簧盒128内拉出负荷一定的涡卷弹簧141。由此，在负荷一定的涡卷弹簧141上产生了复原力。

上述负荷一定的涡卷弹簧141的复原力使上述转动轴136朝顺时针方向(从图23上看，是逆时针方向)转动。转动轴136的转动由齿轮组129减速，形成一个大的力传给齿轮130。

该齿轮130起到了使上述摆动臂23的脱开摆动复原的作用。此时，利用驱动轴4的负荷转矩、来自输入筒的输入转矩、上述负荷一定的涡卷弹簧141对齿轮130产生的转动力，能够确定摆动臂23的摆动位置。例如，从动箱2的负荷转矩小时，能够向高速侧变速。

下面，参照图25、26说明本发明另外一个实施例的形状。该实施例特征在于在驱动轴4的下方侧追加了辅助摆动臂146和辅助板27(见图25)。辅助板27的构成与前述实施例基本相同。因此，这里省略了说明。

如图25，图26所示，上述辅助摆动臂146具有为摆动支点的凸部150。该凸部150被安装板149上的销147可转动地支承着。销147被设置在与支承上述摆动臂23的销49相同的位置上。

在距上述凸部150的臂的一端侧上形成有可转动地支承上述驱动轴4的受筒部152。上述受筒部152内如装滚珠轴承151类的轴承。

在距上述凸部150的臂的另一端侧上突设指向上述辅助板27的嵌合销153。上述嵌合销153插在上述辅助板27的长孔99内。

在本例中，安装板149具有同心地保持上述辅助板27的筒形壁155。安装板149形成有与其成一体的离合器外壳156。因此，安装板149不能朝逆时针方向转动。安装板149形成有允许上述辅助板27转动的切口部157。

下面是本实施例的作用。

驱动轴4的上述脱开摆动、复原摆动伴随有辅助摆动臂146的摆动。该辅助摆臂146的摆动也伴随有上述辅助板27的转动。

因此，因为由同心地摆动的二根臂支承驱动轴4的两端，所以，几乎没有轴向弯曲和错位，通常以与上述转动中心线CL平行的状态偏位。又因为在辅助摆动臂146侧也设置有辅助板27，所以，能够在上下辅助驱动轴4偏位，凸轮也光滑地移动。

它的作用在防止沿轴向排列的各小齿轮12A、12B、12C和各齿条10之间扭歪或啮合不良方面特别好。

本发明可以设置3个以上的奇数个滑动框9。与之相对应，也可设置三对以上的齿条10(合计6条以上)。此时，齿条10的个数为滑动框9的个数的倍数。较好的是设3、5、7、9、11个滑动框9。其中，优选的是3、5、7、9个，更好的是3、5、7个。最好的是如前述实施例的3个。

凸轮盘13的轮廓必须椐此变化。滑动框9是5、7个时，凸轮盘13的轮廓应是如图25、26所示的那样。

图25所示的凸轮盘13，其大圆弧、小圆弧分别以36°的角度交替地连接。图26所示的凸轮盘13，其大圆弧、小圆弧分别以25.71°的角度交替地连接。一般来说，滑动框9越多，凸轮盘13越接近于圆形。

因此，假想重合的各齿条10的节线的交差角变大时，与小齿轮12的啮合变得平滑。例如，滑动框9为5个时，齿条10的节线的交差角是144°，滑动框9为7个时，齿条10的节线的交差角约为154.3°。

对应于滑动框9的数量增加，上述小齿轮12的数量也增加。虽然图中未示出，但滑动框9为9个时，大圆弧和小圆弧分别以20°的角度交互排列。

上面，详细地说明了本发明，但本发明并不限于上述的实施例。本发明在不超出其主要宗旨的范围内还可以其它的各种形式实施。例如，变速装置也可以在除自行车以外的各种工作机械、摩托车、汽车等上应用。此外，属于权利要求保护范围内的变形或变更不会越出本发明的范围。

本发明的变速装置具有以下效果。

1，齿条和小齿轮能够以节线啮合，从而，能够转动平稳，光滑地传递转矩。

2，齿条和小齿轮啮合开始时，齿轮的齿向即使不一致，在驱动轴上也不会产生强冲击或大扭矩。因此，能够防止齿条和小齿轮的齿缺口。

3，即使驱动轴在停止中，能够从转动框取出动力。

4，根据作用于从动箱上的负荷和输入装置的输入，能够自动地改变减速比。

5，能够很好地用于自行车上，而且，即使输入变化，也不必频繁地进行变速动作。

6，利用阻尼装置能够在向低速侧变速时提供阻力，能够防止因输入变化或输入很小而必须频繁地进行的齿轮减速操作。进一步地，向高速侧变速不受阻尼装置的阻力的影响，而是根据驱动轴的负荷进行变速。

Claims (14)

1，一种变速装置，该变速装置具有可转动地支承在固定部件上的从动箱，与上述从动箱的转动中心线平行的驱动轴和使驱动轴朝与上述转动中心线正交的方向偏移的偏移装置；

在上述从动箱内设置了多个沿转动中心线方向排列的受导轨部导向而移动的滑动框；

上述各滑动框具有可供驱动轴通过的开口部、一对齿相互面对的平行齿条和与上述齿条的节线平行的相对的凸轮面；

上述导轨部在与转动中心线正交的平面内，且朝与齿条的节线正交的方向引导上述滑动框；

上述驱动轴具有与上述齿条相啮合的多个小齿轮和与上述凸轮面接触、确定上述滑动框位置的凸轮盘；

由于上述各齿条起到了一个与转动的各小齿轮啮合的一个假想内齿轮的作用，因此，上述滑动框通过上述导轨部，使从动箱绕上述转动中心线转动，同时，因上述驱动轴的偏位，改变了从上述转动中心线到啮合位置的距离，从而改变了变速比；

其特征在于上述滑动框的数目是三个以上的奇数个，而且，各滑动框的移动方向分别以等角度相交；

上述凸轮盘的轮廓是交互连接圆弧R1和曲率半径比圆弧R1大的圆弧R2而成，平行的二根直线所夹持的该凸轮盘的轮廓的长度H(R1＋R2)保持相等；

该凸轮盘是这样地被设置在上述驱动轴，即，使上述小齿轮的中心基本与上述圆弧R1的中心保持一致。

2，根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于上述一对齿条能朝相互分离的方向移动，而且被朝着相互接近的方向顶着。

3，根据权利要求1或2所述的变速装置，其特征在于上述偏移装置包括可转动的输入装置；在该输入装置和上述驱动轴之间传递转动力的转动力传递装置；在与上述转动中心线不同的位置处可转动地轴支上述转动力传递装置，而且，可绕上述转动中心线作单向转动的转动框；与上述转动力传递装置同心地被轴支在该转动框上并可摆动的、在一端部可转动地支承上述驱动轴的摆动臂；

上述转动力传递装置通过接受由从动箱的负荷产生的反力和输入装置的输入与上述驱动轴一起转动，使上述摆动臂朝驱动轴偏离上述转动中心线的方向作脱开摆动。

4，根据权利要求3所述的变速装置，其特征在于上述变速装置具有阻尼装置，该阻尼装置提供阻止摆动臂的上述脱开摆动的阻力。

5，根据权利要求4所述的变速装置，其特征在于上述阻尼装置具有随摆动臂的摆动而转动的第一转动体；根据上述摆动臂的上述脱开摆动，仅能传递第一转动体的转动力的单向转动凸轮；通过该单向转动凸轮承受上述第一转动体的转动力的第二转动体；和提供阻止上述第二转动体转动的阻力的摩擦离合器。

6，根据权利要求3所述的变速装置，其特征在于上述阻尼装置是将上述摆动臂的上述脱开摆动朝复位方向回拉的弹簧装置。

7，根据权利要求3所述的变速装置，其特征在于上述摆动臂通过摆动使与上述转动框被同心地保持的辅助板转动，同时，该辅助板上形成有引导上述驱动轴作上述偏位的导向框，并且通过其转动来辅助上述驱动轴偏位。

8，根据权利要求3所述的变速装置，其特征在于上述转动框通过一单向啮合离合器被安装在上述固定部件上，仅能作单向转动。

9，根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于上述固定部件是固定在自行车车架上的固定轴。

10，根据权利要求5所述的变速装置，其特征在于上述固定部件是固定在自行车车架上的固定轴。

11，根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于上述从动箱组装在后轮上，以便于其与车轮一起转动。

12，根据权利要求5所述的变速装置，其特征在于上述从动箱组装在后轮上，以便于其与车轮一起转动。

13，根据权利要求12所述的变速装置，其特征在于上述输入装置从自行车的踏板P处获得转动力。

14，根据权利要求1所述的变速装置，其特征在于从上述凸轮面到上述齿条的节线位置的距离等于从构成上述凸轮盘的轮廓的曲率半径R1的圆弧到小齿轮的节线位置的距离。

Images