行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
自行車新型多速內變速器之設計理論研究
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC92-2212-E-110-026- 執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立中山大學機械與機電工程學系(所) 計畫主持人： 許正和 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 93 年 11 月 3 日
自行車新型多速內變速器之設計理論研究
Research on The Development of Design Theory of
Innovative Multi-speed Drive Hubs for Bicycles
計畫編號：NSC92-2212-E-110-026 執行期限：92 年 8 月 1 日~93 年 7 月 31 日 主 持 人：許正和 國立中山大學機械系教授 E-Mail：[email protected] 一、中文摘要(關鍵詞：自行車、內變速器、 創新設計方法、行星齒輪系) 多速內變速器是自行車的重要部件， 近年來陸續有創新的專利被提出。然而國 內仍缺乏內變速器的創新與設計相關的理 論，嚴重地阻礙國內自行車的研發與設計 知進展。本計畫之主要目的乃在於發展新 型多速內變速器的創新與設計理論，以做 為高品質自行車研發與創新的依據。本計 畫首先以加入聯結單元的構想提出新型多 速內變速的創新設計方法，以合成出緻密 且有競爭力的多速內變速器新構想；其次 以基本齒輪系單元的觀念發展內變速器的 解析性之檔位設計理論，建立可行的多速 內變速器之作動簡圖目錄；然後發展控制 作動順序的調速單元並加以實體化，最後 以電腦繪圖套裝軟體繪製內變速器的實體 圖。本計畫之研究成果將有利於建立我國 自行車在內變速系統之研發與創新設計的 能力。
英文摘要(Keywords：Bicycles, Drive hubs, Creative design method, Planetary gear trains).
Multi-speed drive hubs are the important key components for high-quality bicycles. The purpose of this project is to develop the basic design theory for the creation and development of novel multi-speed drive hubs. First, a systematic methodology is proposed to synthesize the atlas of new planetary gear trains for rear drive hubs by combining two or more fundamental geared entity with one connecting unit. Second, an efficient method
for the kinematic analysis is presented for the determination of the velocity ratios of drive hubs. Third, the algorithm is derived for the analytical synthesis of the design parameters of drive hubs and all possible alternatives of feasible clutching sequence are enumerated. Then, an approach is presented to design the speed-changing control unit of drive hubs. Finally, all novel drive hub systems are developed for the embodiment design and detail design. The results of this project could facilitate the further development and design of new high-quality bicycles. 二、計畫緣由與目的 內變速器通常是以行星齒輪系做為變 速機構的主體，且將變速機構安置於自行 車後輪輪轂中，故稱之為內變速器。以行 星齒輪系為變速機構主體的內變速器具有 下列優點：1.體積小且構造精密；2.換檔作 動穩定；3.具有輪轂的保護而提高使用壽 命；4.噪音小，這些優點正可適用於休閒 與運動等方面的自行車上。近年來，對於 非常熱門的電動助行車與電動自行車而 言，內變速器更已經成為其標準配備，因 此內變速器的需求量大有增加之趨勢。國 內的各大自行車廠也開始重視從事內變速 器的研究開發與設計，故內變速器的創新 設計理論與方法已逐漸成為國內各大自行 車廠亟欲建立的重點工作。 檢 視 自 行 車 內 變 速 機 構 的 專 利 可 知，自行車內變速器的研究在過去二十年 間大多侷限在三速、五速與七速內變速機 構[1-12]；而在多速(七速以上)內變速器方 面一直沒有很大的突破，直至 1996 年
Sachs 公司將三組基本行星齒輪系組合而 發展成一款十二速內變速器[17]，隨後在 2000 年有 Rohloff 公司也以類似的觀念推 出了十四速內變速器[18]以及 2002 年 Liu 提出以聯結單元將兩組基本行星齒輪系耦 合而開發出一種十三速內變速器[19]，才 得以大幅提升了變速比倍率與檔位數目。 綜觀自行車內變速器的現有專利文獻與研 究成果，有關自行車內變速器機構的專利 大致可分為下列三種類型：第一種類型屬 於三至七速內變速機構，通常為含有單一 行星齒輪之行星齒輪系的內變速機構分別 有：(1)以自由度為二之五桿基本行星齒輪 系的三速內變速機構 [1-7]；(2)以一個含 有複合行星齒輪之六桿行星齒輪系的五速 內變速機構 [8-9]；(3)以一個含三階複合 行星齒輪之七桿行星齒輪系的七速內變速 機構 [10-12]。第二種類型屬於多速內變速 機構，通常為兩組或以上基本行星齒輪系 耦合而成的內變速機構分別有：(1)兩組基 本行星齒輪系之七速內變速器變速機構 [13-16]；(2)三組基本行星齒輪系之十二與 十四速內變速機構 [17-18]。第三種類型屬 於多速內變速機構，通常以一聯結單元與 兩組五桿行星齒輪系耦合的方式而成的多 速內變速機構，如十三速內變速機構[19]。 綜觀前二種類型的自行車內變速器， 目前多速內變速器產品仍存在有檔位分佈 不均、構件數量過多、體積大和重量過重 等問題存在，因此如何設計出構造簡單、 重量輕且多速的自行車內變速器就成為一 個極為重要的研究課題。第三種類型多速 內變速器機構的設計構想可以創造出具有 新穎性的自行車內變速器，是達成這些需 求目標的理想途徑。其次自行車內變速機 構的專利並不涉及變速機構之設計理論， 雖然有關行星齒輪系為變速機構之運動與 構造設計的研究已經有不少成果被提出 [20-27]。 然而有關第三種類型的新型自行車內 變速器機構的構造與運動合成理論仍極為 缺乏系統化的設計方法與程序，因此本計 畫之主要目的在於發展一套可行且有效的 新型自行車內變速器設計理論與方法，做 為新型多速內變速器創造設計的依據，以 利於組合式多速內變速器的創新與開發。 三、研究方法與成果 自行車內變速器以行星齒輪系為變速 機構，藉著變換不同的固定桿、輸入桿與 輸出桿來得到不同的轉速比以達到變速的 目的。變速機構之合成包含了構造合成與 檔位合成。因此首先說明構造合成之程 序，先以基本行星齒輪系為基本元件，合 成出多行星齒輪式與含連接單元之內變速 器所有可用的行星齒輪系構造；其次針對 可用行星齒輪系初步配置離合器的相關位 置再進行檔位合成，得到可用之檔位作動 表；接著，進行內變速器調速系統之設計 與配置：最後將可行之設計結果具體化， 以完成多速變速機構之設計。 3.1 構造合成 本研究針對多行星齒輪式內變速器與 含連接元件之內變速器發展一系統化之合 成程序找出其所有可能之組合情形。 多行星齒輪式內變速機構是由數組 自由度為二之基本行星齒輪系所組成。以 兩組自由度為二之一階基本行星齒輪系為 例，由於行星齒輪變速機構之自由度需為 二，因此組合時需由兩基本行星齒輪系中 各選出兩個共軸構件做結合，其組合後的 行星齒輪系自由度才會為二。因此可以以 Hsieh 與 Tsai[24]所提之行星齒輪系圖畫 (FGE Diagram)表示出兩基本行星齒輪系 間之組合情形，如圖一所示。其中 FGE1 與 FGE2 表示基本行星齒輪系 1 與 2，節 點(node)1 和 2 則是兩基本行星齒輪系之共 同結合構件。 為找出所有可能之組合情形，故以下 述之合成步驟找出由基本行星齒輪系所組 成的行星齒輪變速機構。其合成步驟為： 1. 依欲組合之基本行星齒輪系數目繪出 其基本行星齒輪系圖畫(FGE Diagram)。2. 由各基本行星輪系中選定欲連接之共軸構 件，扣除違反原則與同構之結果。3. 分別 由所得之結果繪製出機構簡圖。 如圖二所示，以兩組一階基本行星齒 輪系為例，由上述步驟之結果共可得到五
種不同組合類型之多行星齒輪式變速機 構，如圖三(A)∼(E)所示，因其皆由一階 基本行星齒輪所組成，而當檔位需求增加 時，則可由上述五類型依需求增加行星齒 輪之階數，而得到所需的行星齒輪系。 連接單元(Connecting unit)之作用為 分別連接兩行星齒輪系間之行星臂與環齒 輪，利用超速作用之原理進行動力傳遞路 徑的切換，因此能提供較多的檔位數目， 但所需控制的離合器數也會因此增加。同 樣以兩組一階基本行星齒輪系為例，因加 入一組連接單元，可使其中的連接構件同 時達到 C1-C2 , C1-R2 , R1-R2, R1-C1四種可 能之組合情形，其基本行星齒輪系如圖四 所示。由圖三可分為三種類型將可用之機 構簡圖繪出，如圖五所示。 同理，也可將所得之三種類型依檔位 數目的需求適當的增加行星齒輪之階數以 達到多速內變速器之目的，如圖六所示為 兩組二階基本行星齒輪系搭配一連接單元 之可用機構簡圖。 3.2 檔位合成 檔位合成之主要目的為決定變速機構 各檔位的順序及其所對應的離合器作動順 序表，為了得到可行的變速機構，檔位設 計應符合下列原則： 原 則 一 N 速 內 變 速 器 之 檔 位 安 排 為 (N-1)/2 個超速檔，一個直接驅動 檔與(N-1)/2 個低速檔之組合。 原則二 太陽齒輪僅作為固定構件不作為 輸入件或輸出件。 原則三 為簡化調速元件之控制，相鄰檔 位以切換一個作動構件為宜，含 切換兩個作動構件之相鄰檔位 數目越少為越佳。 為了符合上述原則，多速檔位設計之 程序訂定如下： 步驟一、分析行星齒輪系的轉速比，列出 所有可用之轉速比計算式。 步驟二、針對行星齒輪系之環齒輪與行星 臂配置輸入與輸出離合器，扣除 發生干涉之構型，最後得到可用 之構型並予以分類。 步驟三、代入不同情況之齒數比至步驟一 所得之轉速比關係式中，求得所 有可能之轉速比順序。 步驟四、由步驟二所得之可用構型，搭配 步驟三之轉速比順序分別列出適 用的低速檔與超速檔轉速比。 步驟五、依照原則三之設計限制，由步驟 四所得轉速比中選出(N-1)/2 個低 速檔，再選出(N-1)/2 個超速檔， 最後再搭配輸入元件與輸出元件 相同的直接驅動檔，得到一個 N 速檔位安排。 所有可用行星齒輪系進行檔位合成， 將各類型可得之較佳結果整理如表一所 示。其中由兩組二階基本行星齒輪系所組 成之變速機構中，類型 A、D 與 CU-C 在 相同行星齒輪階數可提供較多之檔位數 目，為較佳之變速機構構型，其多速變速 機構之結果如下： 1.類型 A 之可用多速變速機構與檔位作動 表，如圖七∼圖九所示。 2.類型 D 之可用多速變速機構與檔位作動 表，如圖十∼圖十一所示。 3.類型 CU-C 之可用多速變速機構與檔位 作動表，如圖十二∼圖十四所示。 3.3 調速系統之設計 由變速機構之檔位合成結果可得到變 速機構與其所對應的檔位作動表，及各離 合器位置的初步配置。本文提出一個系統 化且具一般性的設計程序作為內變速器調 速系統之設計的依據，利用變速機構與其 所對應的檔位作動表，再搭配所選擇的調 速桿件，有系統的找出所對應之最簡單的 調速桿件解，其流程如圖十五所示，設計 步驟如下： 步驟一、選擇變速機構、檔位作動表與調 速桿件 調速系統可分為六個子系統，分別為 固定制動器、輸入離合器、輸出離合器、 輸入桿變換控制元件與輸出桿變換控制元 件，利用型態學矩陣來求出調速系統之可 行解，如表二所示。而一般選用的齒輪式
與棘輪式離合器只要在傳動時不造成干 涉，方便控制換檔，皆可兩者並用，因此 調速系統組合解從各控制元件中選取一個 組合即為其解。經型態學矩陣的配對可得 5¯4¯6＝120 種可能的組合，將其中無相 容性的組合解刪除，得到 55 個可行組合 解，依據調速桿的控制型式分為平移式調 速桿、旋轉式調速桿、平移－平移式調速 桿、平移－旋轉式調速桿與旋轉－平移式 調速桿。 步驟二、齒數與徑向設計 得到可用變速機構構型後，便可針對 每個構型進行其齒數設計，以及將設計結 果具體化。其步驟如下： 1.列出轉速比計算式：變速機構設計之結 果必須能達到設計限制中所訂定的各檔 位轉速比。此步驟即是將檔位安排中各 檔位之轉速比計算式列出，並依據設計 限制給定適當的轉速比。 2.列出幾何關係式：行星齒輪系中同一排 的太陽齒輪(s)、行星齒輪(p)與環齒輪(r) 之半徑(R)具有下列關係式 p s r
R
R
R
=
+
2
(1) 將上式以齒數比的形式表示，即可得其 幾何關係式為：2
=
+
sp rpγ
γ
(2) 3.求解齒數比：聯立轉速比計算式與幾何 關係式，求解各齒數比之正確解或齒數 比關係式。外嚙合齒數比須在-3~-0.33 之 間，如不符合則需修改各檔位之轉速比。 4.列出其餘關係式：利用部份行星齒輪系 中行星齒輪共軸之關係，可列出各排齒 輪齒數比間的關係式。 5.決定齒輪齒數與徑向長度：齒輪節圓直 徑 D 等於模數 m 與齒數 N 之乘積，因此 需適當選擇模數與齒數，以滿足設計限 制中對空間的限制。 依照上述步驟，針對圖七∼圖十四的 檔位合成結果進行齒數設計，其結果如圖 十六∼圖二十一所示。 步驟三、檔位的配置與排列 根據調速桿件的移動方式，可分為平 移式與旋轉式，平移式的檔位設計步驟為： 1.首先在調速桿與機構間置入一檔位作動 順序表，以確定調速系統能達到作動確 切的目的。 2.分別將輸入桿變換控制元件、太陽齒輪 制動控制元件與輸出桿變換控制元件作 結合。 3.考慮相鄰的兩個系統之關係，進行相異 系統的相互重合。 4.計算軸向的總格數，將軸向配置空間總 長度除以軸向總格數，即可得到每格的 寬度。 以七速變速機構編號 D1-2 檔位合成 結果為例，說明平移式檔位配置與排列之 程序。 1.放置檔位作動表。如圖二十二所示，將 求得的檔位作動順序逐一放置於固定主 軸的上方，與太陽齒輪、行星齒輪、行 星臂等構件的下方，由左而右依序排列。 2.同子系統相互結合。如圖二十三所示， 分別將輸入桿變換控制元件、太陽齒輪 制動控制元件與輸出桿變換控制元件之 作動順序表作結合，得到一組新的檔位 作動順序表。 3.相異系統相互重合。圖二十四(a)為同子 系統縮合後的結果，隨後進行相異子系 統間的相互重合，圖二十四(b)即為輸出 鏈輪與 輸出 桿端 、輸 出桿端 與太 陽齒 輪、太陽齒輪與輸入桿端、以及輸入桿 端與輸入鏈輪之相鄰兩子系統相互重合 的結果。 4.計算軸向格數大小。如圖二十五所示， 上下的格數相重合僅算一格，得到總格 數為 42 mm，又調速桿件之軸向可用空 間假設為 110mm，故單格格數大小為軸 向總長度除以軸向總格數，即為 110 ÷ 42 ≒ 2.62 (mm/格)。 旋轉式的設計直接由變速機構與檔位 作動表即可決定調速滑塊的導槽軌跡與棘 輪式離合器的調速孔位置，如圖二十六所 示，其導槽軌跡與調速孔為上下對稱，以 調速套筒旋轉的 1800為設計範圍，當調速套筒半徑越大，其可設計控制的檔位則越 多，但卻會使得內變速器徑向空間增大。 調速孔可使得棘輪式離合器嚙合太陽齒 輪，導槽軌跡則將調速套筒的旋轉運動轉 換成調速滑塊的平移運動，使得棘爪嚙合 與不嚙合。而要使調速套筒的旋轉運動轉 換成調速滑塊的平移運動。 3.4 具體化設計 根據軸向與徑向設計結果將內變速器 具體化，將標準的排列與縮合最後所求得 的檔位作動表對齊相對應桿件置入裝配空 間中。接著，將選定的調速系統分別帶入 輸入桿變換控制元件、太陽齒輪制動控制 元件與輸出桿變換控制元件之子系統解， 打叉叉記號部分即表示為調速桿件與行星 齒輪桿件需相互帶動或制動部分，故將檔 位作動表轉換成具體化的解，如圖二十七 所示，其中調速元件選定為平移式調速系 統，輸入桿變換控制元件的解為調速套筒 帶動調速環，太陽齒輪制動元件的解為棘 輪式調速套筒制動控制元件，輸出桿變換 控 制 元 件 的 解 為 調 速 套 筒 帶 動 棘 爪 。 依據上述步驟，針對其餘可用之變速機構 配置適合的調速系統，在此僅列出其中五 型具體化結果，如圖二十八∼圖三十二所 示。 而在含連接單元之變速器方面，其包 含一連接單元而增加兩組連接之棘輪式離 合器，分別類似輸入離合器與輸出離合 器，因此總共需有六個控制元件，因此僅 能選擇旋轉式、平移-旋轉、旋轉-平移之 調速桿進行配置，以編號 CU(C)2-2 與旋 轉式調速系統為例進行配置，其結果如圖 三十三所示。 3.5 研究成果 本計畫以基本行星齒輪系為基本組合 單元之觀念合成出可用構型，並進一步發 展自行車多速內變速器的設計理論，有系 統地進行內變速器之構造合成、檔位合 成、齒數設計、調速系統設計與具體化設 計。綜合本計畫之研究內容，可歸納下列 之具體成果： 1.以基本行星齒輪系圖畫提出內變速器的 合成理論，建立適用於自行車內變速器 之可用行星齒輪系，並將之分類作為選 用之依據。 2.將調速構件之干涉考慮納入內變速器之 檔位合成程序，得到行星齒輪系之可用 檔位作動表，並依據變速機構之運動合 成，完成變速機構之齒數設計。 3.進行內變速器調速系統設計，由型態學 矩陣法 得到 五十 五組 可行設 計之 組合 解，並提出一套調速系統的設計程序， 結合變速機構與其檔位作動表，使調速 元件設計系統化且得以電腦化。 4.根據所選的變速機構、調速桿件與變速 構件的尺寸設計，繪出內變速器的具體 化結果。
四、結論
以行星齒輪系為主體之內變速器具有 體積小、換檔作動平穩、具車輪輪轂保護 與高使用壽命等優點，逐漸成為自行車變 速器研發的重點。本計畫發展主要以基本 行星齒輪系搭配聯結單元為基礎，組合成 創新型多速內變速器機構，並進一步發展 自行車多速內變速器的設計理論，有系統 地進行內變速器之構造合成、檔位合成、 齒數設計、調速系統設計與內變速器系統 之總體設計，使得自行車多速內變速機構 的設計理論與設計程序更趨於完備。 五、參考文獻1. Schulz, H., and Schwerdhofer, H., 1974, "Multiple Speed Hub with Coaster Brake," U. S. Patent No. 3,809,195. 2. Schulz, H., 1976, "Multiple-Speed
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CU(A) CU(B) CU(C)
圖五 含連接單元之三種可用機構簡圖 圖六 編號 CU(C)2-2 之可用機構簡圖 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co6 Ci4 Co5 Ci6 Co4 7 8 檔位 離合器 Ci4 Ci6 CO4 IIIIII IVV CO6 Cf1 VIVII Cf2 CO5 Cf3 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co6 Ci4 Co5 Ci6 Co4 7 8 Ci5 檔位 離合器 Ci5 Ci4 Ci6 IIIIII IVV CO6 Cf1 VIVII Cf2 CO5 Cf3 圖七 編號 A1-2 檔位合成結果(I)與(II) 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co7 Ci5 Co6 Ci7 Co5 7 8 9 檔位 離合器 Ci5 Ci7 CO5 IIIIII IVV CO7 Cf1 VIVII Cf2 CO6 Cf3 Cf4 VIII IX 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co7 Ci5 Co6 Ci7 7 8 9 Ci6 檔位 離合器 Ci6 Ci5 Ci7 IIIIII IVV CO7 Cf1 VIVII Cf2 CO6 Cf3 Cf4 VIII IX 圖八 編號 A1-3 檔位合成結果(I)與(II) 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co7 Ci5 Co6 Ci7 Co5 7 8 9 檔位 離合器 Ci5 Ci7 CO5 III III IVV CO7 Cf1 VIVII Cf2 CO6 Cf3 Cf4 VIII IX 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co7 Ci5 Co6 Ci7 7 8 9 Ci6 檔位 離合器 Ci6 Ci5 Ci7 IIIIII IVV CO7 Cf1 VIVII Cf2 CO6 Cf3 Cf4 VIII IX 圖九 編號 A2-2 檔位合成結果(I)與(II) 2 3 4 6 5 7 1 Ci5 Ci4 Co5 Co4 車輪輪轂 離合器 檔位 Ci4 Ci5 Co4 Cf1 IIIIIIIVV Cf2 Co5 Cf3 VII VIII 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Ci5 Co6 Ci6 Co5 7 8 檔位 離合器 Ci5 Ci6 Co5 Cf1 IIIIII IVV Cf2 Co6 Cf3
VII VIII VIII IX
Cf4 圖十 編號 D1-2 與 D1-3 檔位合成結果 2 3 4 5 8 1 7 6 Co6 Co5 Ci5 Ci6 檔位 離合器 Ci5 Ci6 Co5 Cf1 I IIIII IV V Cf2 Co6 Cf3
VII VIII VIII IX
Cf4 FGE1 FGE2 C1-C2 , C1-R2 , R1-R2, R1-C1 S1、S2 0 S R C P I 1 1 1 1
+
0 S R C P II 2 2 2 2 FGE1 FGE2 3 1 2 4圖十一 編號 D2-2 檔位合成結果 5 1 3 2 4 10 6 11 9 8 A B 7 車輪輪穀 C D Ci5 Ci7 Co6 Co8 檔位 離合器 Ci5 Ci7 CO6 CU(A) IIIIII IVV CO8 Cf1 VI VII Cf2 CU(B) CU(C) CU(D) VIII IX XXI Cf3 Cf4 圖十二 編號 CU(C)2-2 檔位合成結果 5 1 3 2 4 10 6 9 8 A B 7 車輪輪穀 C D Ci4 Ci6 Co5 Co7 檔位 離合器 Ci4 Ci6 CO5 CU(A) I IIIII IV V CO7 Cf1 VI VII Cf2 CU(B) CU(C) CU(D) VIII IX Cf3 圖十三 編號 CU(C)1-2 檔位合成結果 5 1 3 4 10 6 11 9 8 A B 7 車輪輪穀 C D Ci5 Ci7 Co6 Co8 2 檔位 離合器 Ci5 Ci7 CO6 CU(A) IIIIII IVV CO8 Cf1 VI VII Cf2 CU(B) CU(C) CU(D) VIII IXXXI Cf3 Cf4 圖十四 編號 CU(C)1-3 檔位合成結果 圖十五 調速系統之系統化設計流程 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co6 Ci4 Co5 Ci6 Co4 7 8 45T 15T 75T 50T 14T 20T 15T 21T 檔位 離合器 Ci4 Ci6 CO4 III III IVV CO6 Cf1 VI VII Cf2 CO5 Cf3 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co7 Ci5 Co6 Ci7 Co5 7 8 9 60T 20T 100T 12T 30T 20T 30T 100T 48T 40T 檔位 離合器 Ci5 Ci7 CO5 IIIIII IVV CO7 Cf1 VIVII Cf2 CO6 Cf3 Cf4 VIII IX 圖十六 編號 A1-2 與 A1-3 齒數設計結果 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Co7 Ci5 Co6 Ci7 Co5 7 8 9 54T 45T 18T 27T 90T 44T 35T 33T 42T 110T 檔位 離合器 Ci5 Ci7 CO5 I IIIII IV V CO7 Cf1 VIVII Cf2 CO6 Cf3 Cf4 VIII IX 圖十七 編號 A2-2 齒數設計結果 車輪輪轂 Co3 Ci4 Ci3 Co4 1 2 3 4 5 6 24T 24T 16T 32T 72T 64T 檔位 離合器 Ci3 Ci4 Co3 Cf1 I II III IV V Cf2 Co4 2 3 4 6 5 7 1 Ci5 Ci4 Co5 Co4 車輪輪轂 21T 27T 84T 100T 42T 36T 20T 40T 檔位 離合器 Ci4 Ci5 Co4 Cf1 I IIIIIIVV Cf2 Co5 Cf3 VIVII 圖十八 編號 D1-1 與 D1-2 齒數設計結果 1 2 3 4 5 6 車輪輪轂 Ci5 Co6 Ci6 Co5 7 8 21T 28T 36T 112T 63T 48T 56T 96T 40T 16T 檔位 離合器 Ci5 Ci6 Co5 Cf1 IIIIII IVV Cf2 Co6 Cf3 VIVII VIII IX Cf4 2 3 4 5 8 1 7 6 Co6 Co5 Ci5 Ci6 30T 28T 21T 14T 12T 14T 21T 28T 56T 63T 檔位 離合器 Ci5 Ci6 Co5 Cf1 IIIIII IVV Cf2 Co6 Cf3 VI VII VIII IX Cf4 圖十九 編號 D1-3 與 D2-2 齒數設計結果 1 2 3 4 5 6 8 7 Ci5 Ci3 Co4 Co6 A B C D 9 40T 30T 30T 20T 80T 90T 檔位 離合器 Ci3 Ci5 CO4 CU(A) I IIIII IV V CO6 Cf1 VIVII Cf2 CU(B) CU(C) CU(D) 圖二十 編號 CU(C)1-1 齒數設計結果 圖二十一 編號 CU(C)2-2 齒數設計結果 2 3 4 6 5 7 1 Ci5 Ci4 Co5 Co4 車輪輪轂 21T 27T 84T 100T 42T 36T 20T 40T 檔位 離合器 Ci4 Ci5 Co4 Cf1 I II III IV V Cf2 Co5 Cf3 VI VII 圖二十二 行星齒輪系與檔位作動表之結合 輸出桿 太陽齒輪 輸入桿 輸出鏈輪 輸入鏈輪 X X X X X X X X X X X X X X X X X Cf3 Cf2 Cf1 4 5 6 7 3 2 1 XX X X X X X X X X X X XX X X X X 內變速器調速系統之設計 選擇變速機構、 檔位作動表 與調速桿件 齒數與徑向設計 檔位的排列與縮合 平移式 的排列與縮合 旋轉式 的排列與縮合 具體化
圖二十三 同子系統檔位縮合 圖二十四 異系統間相互重合 圖二十五 檔位縮合與排列後的新檔位作動圖 圖二十六 調速套筒之調速孔與導槽軌跡設計 圖二十七 變速機構 D1-2 與平移式調速系統 之具體化結果 圖二十八 變速機構 A1-2 與旋轉－平移式調速系 統之具體化結果 圖二十九 變速機構 A2-2 與旋轉式調速系統 之具體化結果 圖三十 變速機構 D1-2 與平移－平移式調速系統 之具體化結果 圖三十一 變速機構 D1-3 與旋轉－平移式調速系 統之具體化結果 圖三十二 變速機構 D2-2 與旋轉式調速系統 之具體化結果 圖三十三 變速機構 CU(C)2-2 與旋轉式調速系統 之具體化結果 輸入鏈輪 固定主軸 3 2 1 Ci4 6 7 4 5 輸出鏈輪 Co5 Co4 Ci5 輸出桿 太陽齒輪 輸入桿 輸出鏈輪 輸入鏈輪 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XX X X 3 2 1 5 4 6 7 輸出桿 太陽齒輪 輸入桿 輸出鏈輪 輸入鏈輪 (a) X X X X X X X X X X X X X X Cf3 X X Cf2 X X XX X Cf1 X X X Ci5 Ci4 X X X Co4 X Co5 (b) X X X X X X X X X X X X X X Cf3 X X Cf2 X X XX X Cf1 X X X Ci5 Ci4 X X X Co4 X Co5 X X 輸出桿 太陽齒輪 輸入桿 輸出鏈輪 輸入鏈輪 (a) (b) (c) X X X X X X X X X X X X X X Cf3 X X Cf2 X X X X X X XXX Cf1 X X X Ci5 Ci4 X X X Co4 X XXX Co5 X X X X X X X X X X X X X X X X X Cf3 Cf2 Cf1 XX X X X X X X X X X X XX X X X X Ci5 Ci4 Co4 Co5 X X X X X X X X X X X X X X Cf3 X X Cf2 X X XX X Cf1 X X X Ci5 Ci4 X X X Co4 X Co5
表一 檔位合成結果 編號 提 供 之 高 速 檔 提 供 之 低 速 檔 檔位合 成結果 編號 提 供 之 高 速 檔 提 供 之 低 速 檔 檔位合 成結果 A1-1 3 3 五速 A1-2 4 4 七速 A1-3 6 5 九速 A2-2 7 5 九速 B1-1 2 3 三速 B1-2 3 5 五速 B1-3 4 7 七速 B2-2 6 6 七速 C1-1 2 3 三速 C1-2 3 5 三速 C1-3 4 7 三速 C2-2 4 8 三速 D1-1 2 2 五速 D1-2 3 3 七速 D1-3 4 4 九速 D2-2 4 4 九速 E1-1 2 2 三速 E1-2 3 3 三速 E1-3 4 4 三速 E2-2 4 4 五速 CU(C)1-1 4 4 七速 CU(C)1-2 7 7 九速 CU(C)1-3 10 10 十一速 CU(C)2-2 12 12 十一速 表二 調速系統之型態學圖表 子系統 解法一 解法二 解法三 解法四 解法五 解法六 固定制動器 棘輪式 齒輪式 輸入離合器 棘輪式 齒輪式 輸出離合器 棘輪式 齒輪式 輸入桿變換 控制元件 平移調速 滑塊+調 速環 平移調速 套筒+調 速環 平移調速 套筒+棘 爪 旋轉調速 套筒+調 速滑塊+ 調速環 旋轉調速 套筒+調 速滑塊+ 棘爪 太陽齒輪制 動 控制元件 齒輪式調 速滑塊平 移 齒輪式調 速套筒平 移 棘輪式調 速套筒旋 轉 與輸入桿 變換控制 元件結合 輸出桿變換 控制元件 平移調速 滑塊+調 速環 平移調速 套筒+調 速環 平移調速 套筒+棘 爪 旋轉調速 套筒+調 速滑塊+ 調速環 旋轉調速 套筒+調 速滑塊+ 棘爪 與輸入桿 變換控制 元件結合
