一种内变速轮毂及其前轮驱动自行车的制作方法

1.本发明涉及一种内变速轮毂及其前轮驱动自行车，主要应用在自行车、三轮车、摩托车、汽车，及其他使用内变速的装置中。


背景技术：

2.自行车、三轮车作为环保节能的交通工具，应用广泛，社会及经济意义重大，但也有缺陷，需要不断改进，现有自行车、三轮车、摩托车的驱动轮大多采用链条来传递动力和改变转速，靠链传动机构来驱动后轮，链条等暴露在外，有不易润滑、容易生锈腐蚀、可靠性差、传动效率低等缺陷，很容易掉链子。也有部分自行车采用了带有行星齿轮变速机构的内变速轮毂，该内变速轮毂把变速机构集成在轮毂内，但该内变速轮毂和普通轮毂一样，处于轴线位置的轮轴是固定在叉架中不动的，也不传递动力，该内变速轮毂只能安装在后轮，用链条把动力传输给该内变速轮毂的输入轮，而不是传输给轮轴，这种内变速轮毂和普通轮毂一样还需要用到链条，链传动的不易润滑、容易生锈等缺陷依然存在，同时行星齿轮变速机构成本昂贵，是普通轮毂的十几倍，并且安装布置不灵活，只能安装在后轮，不能实现前轮驱动。


技术实现要素：

3.为解决前述技术的不足，本发明一种内变速轮毂,通过在轮毂壳体内集成齿轮变速机构和棘轮机构，实现转速经轮轴输入，通过变速机构变速后带动轮毂以合适的转速转动，整个传动系统结构紧凑，传动机构都内置在轮毂内，动力由轮轴(说明中称输入轴)输入，既经济又可靠，本发明的内变速轮毂安装位置灵活，即可以安装在后轮，也可以安装在前轮，实现前轮驱动，前轮驱动时不用链条传递动力，通过内变速轮毂直接驱动前轮组转动，进而使自行车前行，既克服了链条传动暴露在外不易润滑、容易生锈、可靠性差、传动效率低等缺陷，实现永远不会掉链子，又简化了结构节省了成本。
4.以内变速轮毂为核心的一种前轮驱动自行车是所述内变速轮毂的一种具体应用，这种自行车省掉了链条和三角架，结构简单可靠、易于维护，还可以做得很短，容易放置在轿车后备箱内，方便旅行使用，前轮驱动时不用链条传递动力，通过内变速轮毂直接驱动前轮组转动，进而使自行车前行，更重要的，相比普通自行车踏脚布置在座垫的下方，本前轮驱动自行车踏脚布置在前轮，处在座垫的前下方，骑手的身体可以向后微倾，实行半躺式骑行，不像普通自行车骑手只有屁股承力，趴着骑行，本发明前轮驱动自行车在骑行时，脚是往前下方蹬踏，由于身体向后微倾，使得背部同时也能承力，就像开汽车一样姿势，骑手大腿内胯很少和座垫接触，可以使用面积较大的座垫，骑行舒适耐久，体验完全和骑普通自行车不一样，而且，由于脚是往前下方踩踏，座垫位置比较低，骑手停车小息或紧急停车时不用下车，可以继续跨坐在车上，脚触地方便，很容易触地停车小息，在上坡骑不动时，也不用下车，可以跨立在车上，推车上行即可，安全又方便。
5.本发明是这样实现的：
6.为便于说明，以下叙述转动方向时，逆时针转动或顺时针转动是从左往右看或从前往后看获得。
7.一种内变速轮毂，包括输入轴、输出齿轮、轮毂壳体、双联齿轮轴、双联齿轮、棘爪、棘轮座、输入齿轮、轴承座、叉架、棘爪弹簧，所述轴承座固定在叉架上，轴承座加工有轴承孔，所述输入轴通过轴承安装在轴承座的轴承孔内，输入轴周向转动而轴向固定，所述棘轮座固定在输入轴上，或棘轮座和输入轴做成一体；
8.所述轮毂壳体一端通过轴承安装在输入轴上，所述轮毂壳体另一端通过轴承安装在轴承座大端外圆柱上，轴承座大端外圆柱和所述输入轴同轴线，轮毂壳体可绕输入轴转动；
9.所述输入齿轮通过轴承空套在输入轴上，输入齿轮轴向固定、周向可转动；
10.所述双联齿轮通过轴承安装在双联齿轮轴上，双联齿轮可绕双联齿轮轴转动，所述双联齿轮轴固定在所述轴承座中，双联齿轮轴轴线和输入轴轴线平行；
11.所述双联齿轮包括同轴连体的右端齿轮和左端齿轮，双联齿轮的右端齿轮和输入齿轮啮合，双联齿轮的左端齿轮和输出齿轮啮合，所述输出齿轮固定在轮毂壳体中，输出齿轮加工有通孔，输入轴穿过输出齿轮的通孔，输出齿轮轴线和输入轴轴线同轴；
12.所述棘爪处在棘轮座与输入齿轮之间，棘爪加工有圆柱面和棘齿；
13.所述输入齿轮加工有齿槽或半圆柱孔，所述棘轮座加工有半圆柱孔或齿槽，棘轮座半圆柱孔或输入齿轮上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，所述棘爪绕半圆柱孔轴线转动，所述棘爪装有棘爪弹簧，在棘爪弹簧作用下棘爪上的棘齿有插入棘轮座的齿槽或输入齿轮上的齿槽的趋势；
14.所述棘轮座、棘爪、输入齿轮形成棘轮机构，当所述输入轴相对所述输入齿轮逆时针转动时，所述棘爪始终嵌在齿槽中，输入轴通过棘轮座及棘爪带动输入齿轮逆时针转动，输入齿轮带动双联齿轮转动，双联齿轮带动输出齿轮和轮毂壳体绕输入轴转动；当所述输入轴相对输入齿轮顺时针转动时，所述棘爪滑出齿槽，棘爪的棘齿和齿槽处于脱离状态，输入轴不能带动轮毂壳体转动。
15.优选地，所述叉架是自行车、三轮车、汽车等车体上的部件，包括前叉、后叉架、车体等。
16.优选地，所述棘轮座加工有方形孔，该方形孔和输入轴上的方形轴颈配合。
17.优选地，所述棘轮座加工有花键孔，该花键孔和输入轴上的花键轴颈配合。
18.优选地，所述棘轮座加工有圆孔，通过过盈配合固定在输入轴。
19.优选地，所述棘轮座加工有圆孔，棘轮座紧套在输入轴中，并通过焊接固定在输入轴。
20.优选地，所述棘轮座和输入轴做成一体。
21.为改善构件受力情况，优选地，所述双联齿轮布置2至4个，相对于输入轴成周向均布或中心对称分布。
22.为加强双联齿轮轴的刚度，优选地，所述双联齿轮轴在其自由端用加强环把所有的双联齿轮轴都联结起来，加强环加工有和双联齿轮轴相同数量的内孔，所有双联齿轮轴的自由端插入加强环对应的内孔。
23.优选地，所述棘爪周向均匀分布，个数2至4个，所述棘爪有1至5个棘齿。
24.优选地，所述棘轮座加工有齿槽，输入齿轮加工有半圆柱孔，所述棘爪处在齿槽的外侧，输入齿轮上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，棘爪轴向伸出于输入齿轮，在棘爪伸出输入齿轮的部分安装有棘爪弹簧，在弹簧作用下棘爪上的棘齿有插入棘轮座上的齿槽的趋势。
25.优选地，所述棘爪弹簧为带开口的弹簧圈，所述弹簧圈的两端呈勾状，弯勾向内，弹簧圈有向内收缩的趋势，弹簧圈由外向内压着棘爪，使棘爪有向内旋转趋势。
26.优选地，所述棘爪左端的棘齿面凸出，棘爪的棘齿面轴向长度比棘爪的圆柱面轴向长度要大。
27.优选地，所述输入齿轮加工有齿槽，棘轮座加工有半圆柱孔，所述棘爪处在齿槽的内侧，棘轮座上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，棘爪轴向伸出于输入齿轮，在棘爪伸出输入齿轮的部分安装有棘爪弹簧，在弹簧作用下棘爪上的棘齿有插入输入齿轮上的齿槽的趋势。优选地，所述棘爪弹簧为带开口的弹簧圈，弹簧圈有外张开的趋势，所述弹簧圈由内向外压着棘爪，使棘爪产生向外旋转趋势，弹簧圈的两端呈勾状，弯勾向外。优选地，所述棘爪左端的棘齿面凸出，棘爪的棘齿面轴向长度比棘爪的圆柱面轴向长度要大。
28.优选地，所述输入齿轮加工有齿槽，棘轮座加工有半圆柱孔，所述棘爪处在齿槽的内侧，棘轮座上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，所述棘爪左端的圆柱面凸出，棘爪的圆柱面轴向伸出于输入齿轮，伸出输入齿轮的棘爪圆柱面上安装有棘爪弹簧，伸出输入齿轮的棘爪圆柱面加工有斜面。
29.所述斜面使棘爪弹簧和圆柱面的接触点上的弹簧作用力偏离圆柱面的圆心，在弹簧作用下棘爪产生向外旋转趋势。
30.优选地，所述棘爪弹簧为带开口的弹簧圈，所述弹簧圈有向内收缩的趋势，所述弹簧圈由外向内压着棘爪，使棘爪上的棘齿有插入输入齿轮上的齿槽的趋势。
31.为限制所述棘爪轴向移动，优选地，所述棘轮座加工有环槽，所述弹簧圈卡入所述环槽。
32.为限制所述弹簧圈绕输入轴转动，优选地，所述弹簧圈的两端呈勾状，弯勾向内，棘轮座加工有凹槽，弹簧圈两端勾状弹簧丝卡入所述凹槽。
33.优选地，所述轮毂壳体加工有固定输出齿轮的连接内孔，所述输出齿轮采用过盈配合压入轮毂壳体的连接内孔。
34.优选地，所述输出齿轮左端圆柱面加工有外螺纹，轮毂壳体的连接内孔加工有内螺纹，输出齿轮拧在轮毂壳体的螺孔中，螺纹的旋向与输入轴的动力输入转向相同，保证输出齿轮在工作中越拧越紧牢牢固定在轮毂壳体中。
35.优选地，所述输出齿轮作为轮毂壳体的嵌件，在轮毂壳体压铸成型时一体固定在轮毂壳体中。
36.优选地，所述输出齿轮一端加工螺纹孔，用螺钉连接来加强输出齿轮在轮毂壳体的固定，结合其他连接方法把输出齿轮更加可靠地固定在轮毂壳体中。
37.优选地，所述的一种内变速轮毂，还包括左制动片、右制动片、制动定轴、摇臂、制动转轴，所述制动定轴固定在叉架上，所述叉架加工有转轴内孔，制动转轴与叉架的转轴内孔间隙配合，所述制动转轴一段安装在叉架的转轴内孔中，制动转轴一端固定所述摇臂，当摇臂受刹车线拉力作用转动，摇臂带动制动转轴转动，制动转轴和制动片接触的部分是方
轴，截面形状近似为矩形，当制动转轴转动时，制动转轴通过方轴带动左制动片和右制动片绕制动定轴转动，使左制动片和右制动片涨开并压紧轮毂壳体，进而使轮毂壳体减速或停止转动，左、右制动片拉有弹簧，当刹车线不加拉力时左、右制动片复位。
38.一种前轮驱动自行车是所述内变速轮毂的一种具体应用，这种自行车省掉了链条和三角架，结构简单可靠、易于维护，车身还可以做得很短，容易放置在轿车后备箱内，方便旅行使用，更重要的，相比普通自行车踏脚布置在座垫的下方，本前轮驱动自行车踏脚布置在前轮，处在座垫的前下方，骑手的身体可以向后微倾，实行半躺式骑行，不像普通自行车骑手只有屁股承力，趴着骑行，本发明前轮驱动自行车在骑行时，脚是往前下方蹬踏，由于身体向后微倾，使得背部同时也能承力，就像开汽车一样姿势，骑手大腿内胯很少和座垫接触，可以使用面积较大的座垫，骑行舒适耐久，体验完全和骑普通自行车不一样，而且，由于脚是往前下方踩踏，座垫位置比较低，骑手停车小息或紧急停车时不用下车，可以继续跨坐在车上，脚触地方便，很容易触地停车小息，在上坡骑不动时，也不用下车，可以跨立在车上，推车上行即可，安全又方便。
39.前轮驱动时不用链条传递动力，通过内变速轮毂直接驱动前轮组转动，进而使自行车前行，既克服了链条传动暴露在外不易润滑、容易生锈、可靠性差、传动效率低等缺陷，实现永远不会掉链子，又简化了结构节省了成本。
40.所述前轮驱动自行车包括前轮组、踏脚、前叉、把手、车架、座垫、靠背、后叉、后轮组，前轮组包括辐条、轮圈和所述内变速轮毂，辐条把轮圈和轮毂壳体联结固定起来，所述前轮组通过轴承座安装在前叉，所述轴承座固定在前叉，所述踏脚固定在所述内变速轮毂的输入轴两端，前叉和把手相连并通过轴承安装在车架上，座垫安装在车架上，座垫后方安装有靠背，后叉处在车架后方，后轮组安装在后叉上；
41.踩动踏脚时带动所述输入轴转动，输入轴转速经过内变速轮毂变速后带动所述轮毂壳体转动，轮圈通过辐条和轮毂壳体联结固定，整个前轮组随着踏脚的踩动而转动，前轮组转动时驱动自行车运动。
42.优选地，所述前叉形状类似普通自行车前叉的单侧叉架，所述前叉的下部加工有通孔，输入轴穿过该通孔，该通孔周围布置有安装螺栓的螺栓孔，轴承座通过螺栓连接固定在前叉上。
43.优选地，所述前叉的杆身为中空结构，下部中空结构开口向左，上部中空结构开口向右。
44.优选地，前叉的上端有竖直内孔。
45.优选地，所述制动定轴作为前叉的嵌件，在前叉压铸成型时一体固定在前叉中。
46.优选地，所述车架的横档类似普通自行车三脚架上的横档，位于普通自行车三脚架上的上部，车架的横档的后部固定有后叉，横档和后叉等一起组成了车架的整体。
47.优选地，所述车架的横档为方形截面，横档上安装有座垫，座垫带有锁紧卡箍，锁紧卡箍套在横档中，座垫可沿横档移动，移到合适位置后夹紧锁紧卡箍以固定座垫。
48.优选地，所述车架的横档为半方形截面，其与座垫接触的部分为平面，其与卡箍锁紧面配合的横档截面为圆弧面。
49.优选地，所述车架的横档上装有靠背，所述靠背在座垫的后方，靠背带有锁紧卡箍，该锁紧卡箍套在横档中，靠背和座垫一起可沿横档移动，移到合适位置后夹紧锁紧卡箍
以固定靠背。
50.本发明的有益效果在于：
51.本发明内变速轮毂集成了棘轮机构、齿轮变速机构和制动机构，通过齿轮变速机构使轮毂获得合适的转速和转向，通过棘轮机构使输入轴逆时针单向带动轮毂，整个结构都内置在轮毂壳体里面，紧凑简捷；
52.本发明内变速轮毂克服了链条传动暴露在外不易润滑、容易生锈腐蚀、可靠性差、传动效率低等缺陷，达到了不会掉链子、方便润滑、紧凑可靠等效果。
53.本发明前轮驱动自行车省掉了链条和三角架，结构简单可靠、易于维护，收纳方便，容易放置在轿车后备箱内，方便旅行使用，可半躺式骑行，改善骑手受力状况，骑行舒适耐久，安全便捷。
附图说明
54.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下述附图，仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他不付出创造性劳动的附图。
55.图1是本发明的装配示意图；
56.图2是本发明安装有2个双联齿轮的轴承座的装配主视示意图；
57.图3是本发明带齿槽的输入齿轮的左视示意图；
58.图4是本发明带半圆柱孔的输入齿轮的左视示意图；
59.图5是本发明带齿槽的棘轮座的左视示意图；
60.图6是本发明带半圆柱孔的棘轮座的左视示意图；
61.图7是本发明带花键孔的棘轮座的左视示意图；
62.图8是本发明棘轮座和输入轴做成一体时的输入轴的断面示意图；
63.图9是本发明棘轮座和输入轴做成一体时的输入轴的主视示意图；
64.图10是本发明棘爪左视示意图；
65.图11是本发明棘爪俯视示意图；
66.图12是本发明圆柱面加工有斜面的棘爪左视示意图；
67.图13是本发明圆柱面加工有斜面的棘爪俯视示意图；
68.图14是本发明外啮合棘轮机构左视示意图；
69.图15是本发明内啮合棘轮机构左视示意图；
70.图16是本发明外啮合棘轮机构中一种弹簧圈安装示意图；
71.图17是本发明外啮合棘轮机构中一种弹簧圈形状示意图；
72.图18是本发明内啮合棘轮机构中外弯弹簧圈安装示意图；
73.图19是本发明内啮合棘轮机构中外弯弹簧圈形状示意图；
74.图20是本发明内啮合棘轮机构中内弯弹簧圈安装示意图；
75.图21是本发明内啮合棘轮机构中内弯弹簧圈形状示意图；
76.图22是本发明棘轮机构的局部放大示意图；
77.图23是本发明输出齿轮的另一种结构主视示意图；
78.图24是本发明安装有输出齿轮的轮毂壳体的主视示意图；
79.图25是本发明带制动机构的装配主视示意图；
80.图26是本发明制动机构的装配左视示意图；
81.图27是本发明前轮驱动自行车的示意图；
82.图28是本发明前轮驱动自行车的前叉的主视示意图；
83.图29是本发明前轮驱动自行车的前叉的左视示意图；
84.图30是本发明轮毂和前叉的装配左视示意图；
85.图31是本发明座垫安装的示意图；
86.图32是本发明横档截面为半方的座垫安装的示意图。
87.图中，1-输入轴，2-输出齿轮，3-轮毂壳体，4-双联齿轮轴，5-双联齿轮，6-棘爪，7-棘轮座，8-输入齿轮，9-轴承座，10-叉架，11-棘爪弹簧，18-制动片，19-制动定轴，20-摇臂，21-制动转轴，24-加强环，25-前轮组，26-踏脚，27-前叉，28-把手，29-车架，30-座垫，靠背-31，32-后叉，33-后轮组，201-外螺纹，202-螺钉，601-棘爪上棘齿，602-棘爪上的圆柱面，603-棘爪圆柱面的斜面，701-带齿槽的棘轮座，702-带半圆柱孔的棘轮座，7011-棘轮座上的齿槽，7022-棘轮座上的半圆柱孔，703-棘轮座上的方形孔，704-环槽，705-凹槽，707-棘轮座上的花键孔，801-带齿槽的输入齿轮，802-带半圆柱孔的输入齿轮，8011-输入齿轮上的齿槽，8022-输入齿轮上的半圆柱孔，901-轴承座大端外圆柱，111-外啮合弹簧圈，113-外弯内啮合弹簧圈，114-内弯内啮合弹簧圈，272-前叉下部的通孔，273-前叉下部的螺栓孔，274-转轴内孔，291-横档方形截面，292-方形锁紧卡箍，293-横档半方形截面，294-半方形锁紧卡箍。
具体实施方式
88.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，本发明所保护的范围并不局限于此，凡采用等效变化和变形皆属于本发明的保护范围。
89.实施例一
90.如图1、图25所示，一种内变速轮毂，包括输入轴1、输出齿轮2、轮毂壳体3、双联齿轮轴4、双联齿轮5、棘爪6、棘轮座7、输入齿轮8、轴承座9、叉架10、棘爪弹簧11，所述轴承座9固定在叉架10，所述轴承座9的中心加工有轴承孔，所述输入轴1通过轴承安装在轴承座9的轴承孔内，所述输入轴1周向转动而轴向固定，所述棘轮座7固定在输入轴1上，或棘轮座7和输入轴1做成一体；
91.所述轮毂壳体3一端通过轴承安装在输入轴1上，所述轮毂壳体3另一端通过轴承安装在轴承座大端外圆柱901上，轴承座9大端外圆柱901和所述输入轴1同轴线(如图2)，轮毂壳体3可绕输入轴1转动，轴承轴向定位可用轴肩、挡圈等来实现；
92.所述输入齿轮8通过轴承空套在输入轴1上，输入齿轮8轴向固定、周向可转动；
93.所述双联齿轮5通过轴承安装在双联齿轮轴4上，双联齿轮5可绕双联齿轮轴4转动，所述双联齿轮轴4固定在所述轴承座9中，双联齿轮轴4的轴线和输入轴1的轴线平行；
94.所述双联齿轮5包括同轴连体的右端齿轮和左端齿轮，双联齿轮5的右端齿轮和输入齿轮8啮合，双联齿轮5的左端齿轮和输出齿轮2啮合，所述输出齿轮2固定在轮毂壳体3中，输出齿轮2的中心加工有通孔，输入轴1穿过该通孔，输出齿轮2的轴线和输入轴1的轴线同轴；
95.为改善构件受力情况，优选地，所述双联齿轮5布置为2至4个，相对于输入轴1成周向均布或中心对称分布，如图2所示；
96.在实际使用中，由于内变速轮毂结构尺寸较小，双联齿轮轴的尺寸也受到限制，单个双联齿轮轴又为悬臂结构，容易变形，为加强双联齿轮轴的刚度和强度，又满足小尺寸的要求，优选地，所述双联齿轮轴4在其自由端用加强环24把所有的双联齿轮轴4都联结起来，如图2所示，加强环24加工有和双联齿轮轴相同数量的内孔，所有双联齿轮轴4的自由端插入加强环对应的内孔，双联齿轮轴4的另一端固定在轴承座9，加强环24及双联齿轮5轴向可用挡圈等来限制。当布置的双联齿轮较少，如只有1个或2个时，可以在轴承座9中增加若干个类似双联齿轮轴4的加强圆轴，把双联齿轮轴4的自由端和加强圆轴的自由端都插入加强环对应的内孔，所述加强圆轴上没有安装齿轮，只用来增强结构的刚度和强度。
97.如果输入齿轮8不是空套在输入轴1上，而是固定在输入轴1上，则输入轴1始终带着输入齿轮8一起转动，进而始终带着双联齿轮5、输出齿轮2及轮毂壳体3转动；
98.图1中，为了实现输入轴1单向带动输入齿轮8，进而单向带动轮毂壳体3，在输入轴1和输入齿轮8之间需要有能单向传动的棘轮机构；
99.为此，如图1所示，在棘轮座7与输入齿轮8之间设置棘爪6，如图10所示棘爪6加工有圆柱面602和棘齿601，棘爪6的棘齿601和输入齿轮8的齿槽8011(如图3)或棘轮座7的齿槽7011(如图5)配合使用；
100.所述输入齿轮8加工有齿槽8011(如图3)，或加工有半圆柱孔8022(如图4),加工有齿槽8011的输入齿轮8标识为801，加工有半圆柱孔8022的输入齿轮8标识为802，之所以取名半圆柱孔，主要是指加工的圆孔不是完整的圆孔；
101.所述棘轮座7加工有半圆柱孔7022(如图6)，或加工有齿槽7011(如图5)，加工有半圆柱孔7022的棘轮座7标识为702，加工有齿槽7011的棘轮座7标识为701，所述棘轮座7固定在输入轴1上，或棘轮座7和输入轴1做成一体，棘轮座7和输入轴1一起周向转动；
102.如图1、图14、图15所示，所述棘轮座7、棘爪6、输入齿轮8形成棘轮机构，所述棘轮座7的半圆柱孔7022或输入齿轮8上的半圆柱孔8022和所述棘爪6上的圆柱面间隙配合，所述棘爪6绕半圆柱孔轴线转动，所述棘爪6装有棘爪弹簧11，在弹簧作用下棘爪6上的棘齿有插入棘轮座7的齿槽7011或插入输入齿轮8上的齿槽8011的趋势，当所述输入轴1相对所述输入齿轮8逆时针转动时，所述棘爪6上的棘齿始终嵌在棘轮座7或输入齿轮8的齿槽中，输入轴1通过棘轮座7及棘爪6带动输入齿轮8逆时针转动，输入齿轮8带动双联齿轮5转动，双联齿轮5带动输出齿轮2和轮毂壳体3绕输入轴1逆时针转动；当所述输入轴1相对输入齿轮8顺时针转动时，所述棘爪6的棘齿滑出棘轮座7或输入齿轮8的齿槽，输入轴1不能带动输入齿轮8转动，从而实现从输入轴1到轮毂壳体3的单向传动。
103.考虑零件受力状况和加工及安装工艺等情况，棘轮座7可以采用不同的方法固定在输入轴1，优选地，棘轮座7在中心加工方形孔(如图5)，该方形孔和输入轴1上的方形轴颈配合，以传递动力；或优选地，所述棘轮座7加工有花键孔707，如图7所示，该花键孔707和输入轴上的花键轴颈配合；或优选地，所述棘轮座7加工有圆孔，棘轮座7套在输入轴1中，并通过焊接固定在输入轴；或优选地，棘轮座7和输入轴1做成一体，合成为一个零件，图8为做成一体后输入轴1的断面图，图9为做成一体后输入轴1的主视图；或优选地，棘轮座7中心加工有圆孔，通过过盈配合方式把棘轮座7固定在输入轴1。
104.输入轴1带动轮毂壳体3的转速，与各齿轮的齿数有关，应用在自行车中一般为增速传动，应用在机动车中一般为减速传动，齿轮具体的齿数需根据应用场景、速比要求及结构尺寸合理确定。
105.下面进一步说明棘轮机构，如图14、图5所示，当所述棘轮座7加工有齿槽7011，棘爪6处在齿槽7011的外侧，此棘轮机构简称为外啮合棘轮，此时输入齿轮8加工有半圆柱孔8022(如图4所示)，输入齿轮8的半圆柱孔8022和棘爪6上的圆柱面间隙配合。
106.如图15、图3所示，当所述输入齿轮8加工有齿槽8011，棘爪6处在齿槽8011的内侧，此棘轮机构简称为内啮合棘轮，此时棘轮座7加工有半圆柱孔7022(如图6所示)，棘轮座7的半圆柱孔7022中和棘爪6上的圆柱面间隙配合。
107.如图1、图5、图14所示，在外啮合棘轮中，所述棘轮座7加工有齿槽7011，所述棘爪6处在齿槽7011的外侧，输入齿轮8上的半圆柱孔8022和棘爪6上的圆柱面602间隙配合，优选地，棘爪6轴向伸出于输入齿轮8，在棘爪6伸出输入齿轮8的部分安装有棘爪弹簧11，在弹簧作用下棘爪6上的棘齿有插入棘轮座7上的齿槽7011的趋势。
108.优选地，所装棘爪弹簧11为如图16、图17所示的带开口的圆形弹簧圈111，弹簧圈111的两端呈勾状，弯勾向内，弹簧圈111有向内收缩的趋势，弹簧圈111由外向内压着棘爪，使棘爪6有向内旋转趋势，向内的弯勾碰到棘爪6后可限制弹簧圈111相对棘爪6转动，由于弹簧圈111并非始终和棘轮座7一起转动，只有当输入轴1逆时针转动时，棘爪6上的棘齿有插入棘轮座7上的齿槽7011，弹簧圈111及输入齿轮8才随棘爪6一起转动，因此弹簧圈111的勾状弯勾大小要适当，勾状弯勾不能插入齿槽7011。
109.优选地，在外啮合棘轮中，如图11所示，所述棘爪6左端的棘齿面凸出，棘爪6的棘齿面轴向长度比棘爪的圆柱面轴向长度要大。
110.如图1、图15所示，在内啮合棘轮中，输入齿轮8加工有齿槽8011，所述棘爪6处在齿槽8011的内侧，棘轮座7上的半圆柱孔7022和棘爪6上的圆柱面602间隙配合，棘爪6轴向伸出于输入齿轮8，在棘爪6伸出输入齿轮8的部分安装有棘爪弹簧11，在弹簧作用下棘爪6上的棘齿601有插入输入齿轮8上的齿槽8011的趋势。优选地，所述棘爪弹簧11为如图18、图19所示的带开口的外弯内啮合用的弹簧圈113，弹簧圈113有外张开的趋势，如图18、图15所示，所述弹簧圈113由内向外压着棘爪，使棘爪6有向外旋转趋势。优选地，弹簧圈113的两端呈勾状，弯勾向外，向外的弯勾可限制弹簧圈相对棘爪6转动。优选地，在所述内啮合棘轮中，如图11所示，所述棘爪6左端的棘齿面凸出，棘爪6的棘齿面轴向长度比棘爪的圆柱面轴向长度要大。
111.在内啮合棘轮中，另一种棘爪和棘爪弹簧组合形式，如图15所示，输入齿轮8加工有齿槽8011，所述棘爪6处在齿槽8011的内侧，棘轮座7上的半圆柱孔7022和棘爪6上的圆柱面间隙配合，如图13、图22所示，所述棘爪6左端的圆柱面凸出，棘爪6的圆柱面轴向伸出于输入齿轮8，在伸出输入齿轮8的该棘爪6圆柱面上安装有棘爪弹簧11。
112.伸出输入齿轮8的棘爪6圆柱面加工有斜面603(如图12所示)，该斜面使弹簧圈114和圆柱面的接触点上的弹簧作用力偏离圆柱面的圆心，弹簧作用力产生使棘爪6向外旋转的趋势，棘爪6的棘齿601有插入输入齿轮8上的齿槽8011的趋势。
113.优选地，所述棘爪弹簧11为如图20、图21所示的带开口的内弯内啮合用的弹簧圈114，弹簧圈114有向内收缩的趋势，所述弹簧圈114由外向内压着棘爪6的圆柱面。
114.为限制弹簧圈114绕轴线转动，优选地，如图21所示，弹簧圈114的两端呈勾状，弯勾向内，输入轴1加工有凹槽705(如图8、图20所示)，弹簧圈114端部勾状弹簧丝卡入所述凹槽705(如图20所示)，勾状弹簧丝卡入凹槽705松紧程度会影响弹簧圈114的弹力，需要根据棘爪旋转的顺滑程度合理选择的力度，在图20中棘轮座7和输入轴1做成一体，图9是棘轮座7和输入轴1做成一体时输入轴的主视图,图20中棘爪6的个数为3个，具体实施中棘爪6的个数可以根据结构尺寸和受力要求等因素进行合理选择。
115.为限制棘爪6及套在棘爪6上的弹簧的轴向移动，如图22、图8、图9所示，输入轴1加工有环槽704(当棘轮座7和输入轴1不做成一体，而是分开加工时，环槽704加工在棘轮座7上)，所述弹簧圈114卡入环槽704，弹簧圈114和安装在输入齿轮8内孔的轴承一起限制棘爪6的轴向移动。
116.当棘轮座7和输入轴1分开加工时，棘轮座7固定在输入轴1上，也可以依据以上原理，实现在弹簧圈114作用下使棘爪上6的棘齿601有插入输入齿轮8上的齿槽8011的趋势，区别在于，棘轮座7和输入轴1分开加工时，半圆柱孔7022、环槽704和凹槽705是加工在棘轮座上，零件加工工艺简单、而零件强度变小；棘轮座7和输入轴1做成一体时，把棘轮座功能融合到输入轴，则半圆柱孔7022、环槽704和凹槽705加工在输入轴上，零件加工工艺等相对复杂、而零件强度更容易满足要求。
117.考虑棘爪的受力分布、结构尺寸、弹簧着力位置等因素，为改善受力情况，所述棘爪6的个数一般为2至4个，优选地，棘爪6绕输入轴轴线周向均匀分布，棘爪6上的棘齿个数一般为1至5个，棘齿个数越多传动的力矩相对越大。
118.下面进一步说明输出齿轮2和轮毂壳体3的连接，如图1所示，轮毂壳体3加工有固定输出齿轮2的连接内孔，所述输出齿轮2固定在轮毂壳体3的所述连接内孔中，该内孔与轮毂壳体3的轴线同轴，优选地，输出齿轮2一端加工有圆柱，通过过盈配合把输出齿轮2的圆柱压入到轮毂壳体3的连接内孔中，输出齿轮2的圆柱可以用滚花等工艺增加轮毂壳体3和输出齿轮2之间的摩擦力和传动力矩；优选地，如图23所示，所述输出齿轮2一端圆柱面加工有外螺纹201，轮毂壳体3的连接内孔加工有内螺纹，把输出齿轮2拧在轮毂壳体3的螺孔中，螺纹的旋向与输入轴1的动力输入转向相同，保证输出齿轮2在脚踏驱动时越拧越紧牢牢固定在轮毂壳体3中；优选地，所述输出齿轮2作为轮毂壳体的嵌件，在轮毂壳体3压铸成型时一体固定在轮毂壳体3中；优选地，为了增加输出齿轮2固定在轮毂壳体3中的可靠性，如图24所示，所述输出齿轮2左端端面加工有螺纹孔，螺钉211拧在对应的输出齿轮2的端面螺纹孔中，由于结构限制，其螺纹孔尺寸较小，主要配合其他连接方式来加固输出齿轮2和轮毂壳体3的连接，增加连接可靠性。
119.为了提高集成度，方便使用、安装、维护，本发明还能把制动机构集成在轮毂内，如图25、图26所示，所述的一种内变速轮毂，还包括左制动片18、右制动片22、制动定轴19、摇臂20、制动转轴21，以上部件和所述轮毂壳体3一起形成制动机构，制动机构集成在轮毂内，所述制动定轴19固定在叉架10上，所述叉架10加工有转轴内孔274，所述制动转轴21与叉架10的转轴内孔274间隙配合，所述制动转轴21有一段安装在叉架10的转轴内孔274中(如图28、图29)，制动转轴21一端固定所述摇臂20，当摇臂20受刹车线拉力作用转动，摇臂20带动制动转轴21转动，制动转轴21和制动片接触的部分是方轴，截面形状近似矩形，当制动转轴21转动时，制动转轴21通过方轴结构带动左制动片18和右制动片22绕制动定轴转动，使左
制动片18和右制动片22涨开并压紧轮毂壳体3，进而使轮毂壳体3减速或停止转动，左、右制动片拉有弹簧，当刹车线不加拉力时左、右制动片复位，此时轮毂壳体3和制动片脱开。
120.实施例二
121.一种前轮驱动自行车是所述内变速轮毂的一种具体应用，这种自行车省掉了链条和三角架，结构简单可靠、易于维护，车身还可以做得很短，容易放置在轿车后备箱内，方便旅行使用，更重要的，相比普通自行车踏脚布置在座垫的下方，本前轮驱动自行车踏脚布置在前轮，处在座垫的前下方，骑手的身体可以向后微倾，实行半躺式骑行，不像普通自行车骑手只有屁股承力，趴着骑行，本发明前轮驱动自行车在骑行时，脚是往前下方蹬踏，由于身体向后微倾，使得背部同时也能承力，就像开汽车一样姿势，骑手大腿内胯很少和座垫接触，可以使用面积较大的座垫，骑行舒适耐久，体验完全和骑普通自行车不一样，而且，由于脚是往前下方踩踏，座垫位置比较低，骑手停车小息或紧急停车时不用下车，可以继续跨坐在车上，脚触地方便，很容易触地停车小息，在上坡骑不动时，也不用下车，可以跨立在车上，推车上行即可，安全又方便。
122.如图27、图1所示，所述前轮驱动自行车包括前轮组25、踏脚26、前叉27、把手28、车架29、座垫30、靠背31、后叉32、后轮组33，前轮组25包括辐条、轮圈和所述内变速轮毂，辐条把轮圈和轮毂壳体3联结固定起来，轴承座9固定在前叉27，所述前轮组通过轴承座9安装在自行车前叉27，踏脚26固定在所述内变速轮毂的输入轴1两端，前叉27和把手28相连并通过轴承安装在车架29上，座垫30安装在车架29上，座垫30后方安装有靠背31，后叉32处在车架29后方，后轮组33安装在后叉32上；
123.踩动踏脚26时所述输入轴1转动，输入轴1转速经过内变速轮毂变速后带动所述轮毂壳体3转动，轮圈通过辐条和轮毂壳体3联结固定，整个前轮组25随着踏脚26的踩动而转动，前叉27通过轴承安装在车架上，前轮组25转动时驱动自行车运动。
124.优选地，如图28、图29、图30所示，所述前叉27形状类似普通自行车前叉的单侧叉架，所述前叉的下部加工有通孔272，输入轴1穿过通孔272，通孔272周围布置有安装螺栓的螺栓孔273，轴承座9通过螺栓连接固定在前叉27上。
125.优选地，如图29所示，为减轻重量，前叉27的杆身为中空结构，下部中空结构开口向左，上部中空结构开口向右，中空结构的位置和开口方向要综合考虑模具脱模形式和产品的外观及强度要求，以适合压铸成型脱模。
126.优选地，如图29所示，前叉27的上端有竖直内孔271，竖直内孔271用来固定竖管，竖管用来连接把手和安装轴承。在普通自行车中，竖管和叉架一般是用焊接固定，组成前叉整体，本发明在前叉27的上部加工竖直内孔271，则还可以通过铆接等方式来固定竖管。
127.优选地，如图29所示，所述前叉27为压铸成型件，优选地，所述制动定轴19作为前叉27的嵌件，在前叉27压铸成型时一体固定在前叉27中。
128.所述车架29的横档类似普通自行车三脚架上的横档，在普通自行车三脚架上的上部，车架29的横档的后部固定有后叉，横档和后叉等一起组成了车架的整体。
129.优选地，如图31所示，所述车架29的横档为方形截面291，横档上安装有座垫30，横档为方形截面是考虑到自行车座垫30能更平稳地放置在横档上，使自行车座垫不容易发生绕横档转动，比圆形截面横档更加可靠安全。
130.优选地，如图31所示，座垫30带有锁紧卡箍292，锁紧卡箍292套在横档中，座垫30
可沿横档移动，移到合适位置后夹紧该锁紧卡箍292，合适位置一般指能和身高、腿长相适应的位置。
131.优选地，如图32所示，所述车架29的横档为半方形截面293，其与座垫30接触的部分为平面，其与卡箍锁紧面配合的横档截面为圆弧面，这样既有利座垫30稳固放置，也有利于结构受力、产品制造、卡箍锁紧等，如图32所示，半方形截面293对应的卡箍为锁紧卡箍294。
132.优选地，锁紧卡箍类似公共自行车座管的快拆夹。
133.优选地，如图27所示，所述车架的横档上装有靠背31，该靠背31在座垫30的后方，靠背31带有锁紧卡箍，该锁紧卡箍套在横档中，靠背31和座垫30一起可沿横档移动，移到合适位置后夹紧锁紧卡箍。

技术特征：
1.一种内变速轮毂，其特征在于，包括输入轴、输出齿轮、轮毂壳体、双联齿轮轴、双联齿轮、棘爪、棘轮座、输入齿轮、轴承座、叉架、棘爪弹簧，所述轴承座固定在叉架上，轴承座加工有轴承孔，所述输入轴通过轴承安装在轴承座的轴承孔内，输入轴周向转动而轴向固定，所述棘轮座固定在输入轴上，或棘轮座和输入轴做成一体；所述轮毂壳体一端通过轴承安装在输入轴上，所述轮毂壳体另一端通过轴承安装在轴承座大端外圆柱上，轴承座大端外圆柱和所述输入轴同轴线，轮毂壳体可绕输入轴转动；所述输入齿轮通过轴承空套在输入轴上，输入齿轮轴向固定、周向可转动；所述双联齿轮通过轴承安装在双联齿轮轴上，双联齿轮可绕双联齿轮轴转动，所述双联齿轮轴固定在所述轴承座中，双联齿轮轴轴线和输入轴轴线平行；所述双联齿轮包括同轴连体的右端齿轮和左端齿轮，双联齿轮的右端齿轮和输入齿轮啮合，双联齿轮的左端齿轮和输出齿轮啮合，所述输出齿轮固定在轮毂壳体中，输出齿轮加工有通孔，输入轴穿过输出齿轮的通孔，输出齿轮轴线和输入轴轴线同轴；所述棘爪处在棘轮座与输入齿轮之间，棘爪加工有圆柱面和棘齿；所述输入齿轮加工有齿槽或半圆柱孔，所述棘轮座加工有半圆柱孔或齿槽，棘轮座的半圆柱孔或输入齿轮上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，所述棘爪绕半圆柱孔轴线转动，所述棘爪装有棘爪弹簧，在棘爪弹簧作用下棘爪上的棘齿有插入棘轮座的齿槽或输入齿轮上的齿槽的趋势；所述棘轮座、棘爪、输入齿轮形成棘轮机构，当所述输入轴相对所述输入齿轮逆时针转动时，所述棘爪始终嵌在齿槽中，输入轴通过棘轮座及棘爪带动输入齿轮逆时针转动，输入齿轮带动双联齿轮转动，双联齿轮带动输出齿轮和轮毂壳体绕输入轴转动；当所述输入轴相对输入齿轮顺时针转动时，所述棘爪滑出齿槽，棘爪的棘齿和齿槽处于脱离状态，输入轴不能带动轮毂壳体转动。2.如权利要求1所述的一种内变速轮毂，其特征在于，所述双联齿轮轴在其自由端用加强环把所有的双联齿轮轴都联结起来，加强环加工有和双联齿轮轴相同数量的内孔，所有双联齿轮轴的自由端插入加强环对应的内孔。3.如权利要求1所述的一种内变速轮毂，其特征在于，所述棘轮座加工有齿槽，输入齿轮加工有半圆柱孔，所述棘爪处在齿槽的外侧，输入齿轮上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，棘爪轴向伸出于输入齿轮，在棘爪伸出输入齿轮的部分安装有棘爪弹簧，在棘爪弹簧作用下棘爪上的棘齿有插入棘轮座上的齿槽的趋势。4.如权利要求1所述的一种内变速轮毂，其特征在于，所述输入齿轮加工有齿槽，棘轮座加工有半圆柱孔，所述棘爪处在齿槽的内侧，棘轮座上的半圆柱孔和棘爪上的圆柱面间隙配合，所述棘爪左端的圆柱面凸出，棘爪的圆柱面轴向伸出于输入齿轮，伸出输入齿轮的棘爪圆柱面上安装有棘爪弹簧，伸出输入齿轮的棘爪圆柱面加工有斜面。5.如权利要求4所述的一种内变速轮毂，其特征在于，所述棘爪弹簧为带开口的圆形弹簧圈，所述弹簧圈有向内收缩的趋势，所述弹簧圈由外向内压着棘爪，使棘爪上的棘齿有插入输入齿轮上的齿槽的趋势，所述棘轮座加工有环槽，所述弹簧圈卡入所述环槽。6.如权利要求1所述的一种内变速轮毂，其特征在于，所述输出齿轮作为轮毂壳体的嵌件，在轮毂壳体压铸成型时一体固定在轮毂壳体中。7.如权利要求1所述的一种内变速轮毂，其特征在于，还包括左制动片、右制动片、制动
定轴、摇臂、制动转轴，所述制动定轴固定在叉架上，所述叉架加工有转轴内孔，制动转轴与叉架的转轴内孔间隙配合，所述制动转轴一段安装在叉架的转轴内孔中，制动转轴一端固定所述摇臂，当摇臂受刹车线拉力作用转动，摇臂带动制动转轴转动，制动转轴和制动片接触的部分是方轴，截面形状近似为矩形，当制动转轴转动时，制动转轴通过方轴带动左制动片和右制动片绕制动定轴转动，使左制动片和右制动片涨开并压紧轮毂壳体，进而使轮毂壳体减速或停止转动，左、右制动片拉有弹簧，当刹车线不加拉力时左、右制动片复位。8.一种前轮驱动自行车，包括前轮组、踏脚、前叉、把手、车架、座垫、靠背、后叉、后轮组，其特征在于，所述前轮组包括辐条、轮圈和权利要求1-7任意之一所述内变速轮毂，辐条把轮圈和所述轮毂壳体联结固定起来，所述前轮组通过轴承座安装在前叉，所述轴承座固定在前叉，所述踏脚固定在所述内变速轮毂的输入轴两端，前叉和把手相连并通过轴承安装在车架上，座垫安装在车架上，座垫后方安装有靠背，后叉处在车架后方，后轮组安装在后叉上。9.如权利要求8所述的一种前轮驱动自行车，其特征在于，所述车架的横档为方形截面，横档上安装有座垫，座垫带有锁紧卡箍，锁紧卡箍套在横档中，座垫可沿横档移动，移到合适位置后夹紧锁紧卡箍以固定座垫。10.如权利要求8所述的一种前轮驱动自行车，其特征在于，所述前叉的杆身为中空结构，下部中空结构开口向左，上部中空结构开口向右，所述前叉的上端有竖直内孔。

技术总结
本实用新型公开了一种内变速轮毂，包括输入轴、输出齿轮、轮毂壳体、双联齿轮轴、双联齿轮、棘爪、棘轮座、输入齿轮、轴承座、叉架、棘爪弹簧，当所述输入轴相对所述输入齿轮逆时针转动时，带动轮毂壳体绕输入轴转动，当所述输入轴相对输入齿轮顺时针转动时，输入轴不能带动轮毂壳体转动。同时公布了以所述内变速轮毂为核心的一种前轮驱动自行车，所述前轮驱动自行车，是所述内变速轮毂的一种应用，包括前轮组、踏脚、前叉、把手、车架、座垫、靠背、后叉、后轮组，前轮驱动，带有靠背，半躺式骑行，结构简单，安全可靠，骑行方便舒服。骑行方便舒服。骑行方便舒服。


技术研发人员：陈雪妍
受保护的技术使用者：陈雪妍
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/9/1