本实用新型涉及自行车、摩托车或三轮车用机械变速装置领域，具体涉及无轴自动变速器。
背景技术：
目前使用的多挡自行车多为“指拨”换挡；多挡摩托车多为“踩踏板”换挡；人力三轮车一般不需要换挡，机动三轮车多为“摇换挡杆”换挡；“指拨”换挡、“踩踏板”换挡和“摇换挡杆”换挡的换挡过程依靠传动系统传递动力，上述换挡方式存在以下缺点：
1、“指拨”换挡、“踩踏板”换挡和“摇换挡杆”换挡的换挡系统中需要在车外部增设换挡控制机构、控制绳和杆等辅助装置，整个换挡系统复杂，自行车或摩托车的骑行过程中人为换挡的控制和操作难度较大；此外，人为控制来实现换挡的过程中，骑行者容易分散注意力，存在一定的安全隐患。
2、传递动力的链条和链轮直接暴露在空气中，经常会受到风吹、日晒、雨淋以及灰尘、泥泞、石块等障碍物的影响，运行环境差，因此换挡系统容易出现磨损或故障，从而影响传动系统的传动效率以及使用寿命。
3、链条传递动力的传动效率较低，在一定程度上增加骑行者的体力消耗。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是提供用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构及无轴自动变速器，取消换挡控制机构、控制绳和杆等辅助装置，实现自动换挡，避免分散骑行者骑行时的注意力，降低安全隐患；提高3％-5％的传动效率以及延长使用寿命。
本实用新型的目的是这样实现的，用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，包括棘齿座、棘齿机构和贯穿棘齿座且侧表面带有滑键、凹陷的传动套；棘齿机构包括连杆机构以及分别固定在连杆机构两端的棘齿ⅰ和滚轮，连杆机构活动设置在棘齿座内，棘齿ⅰ与变速器从动齿轮组的棘齿圈相对应，滚轮与凹陷相对应；传动套两端分别固定有支架ⅰ和支架ⅱ，支架ⅰ与棘齿座之间设置有弹簧ⅰ，支架ⅱ与棘齿座之间设置有弹簧ⅱ，弹簧ⅰ和弹簧ⅱ分别与棘齿座固定连接；棘齿ⅰ下端设置有弹簧ⅲ。
在本实用新型中，当传动套向左移动时，棘齿座受惯性作用不能与传动套同步左移，棘齿座相对传动套右移压缩弹簧ⅱ，棘齿机构的滚轮沿着传动套上的凹陷右侧斜面上抬，连杆机构运动，连杆机构运动带动棘齿ⅰ缩进棘齿座内与啮合的从动齿轮棘齿圈分开并压缩弹簧ⅲ；当传动套即将到达上一挡位时移动速度会逐渐减小，棘齿座在弹簧ⅱ的推力作用下会逐渐回到平衡点，即滚轮逐渐左移到凹陷中心位置，连杆机构运动，弹簧ⅲ推动棘齿ⅰ伸出棘齿座与上一挡位从动齿轮的棘齿圈啮合。
当传动套向右移动时，棘齿座受惯性作用不能与传动套同步右移，棘齿座相对传动套左移压缩弹簧ⅰ，棘齿机构的滚轮沿着传动套上的凹陷左侧斜面上抬，连杆机构运动，连杆机构运动带动棘齿ⅰ缩进棘齿座内与啮合的从动齿轮组上的棘齿圈分开并压缩弹簧ⅲ；当传动套即将到达下一挡位的位置时移动速度会逐渐减小，棘齿座在弹簧ⅰ的推力作用下逐渐回到平衡点，即滚轮逐渐右移到凹陷中心位置，连杆机构运动，弹簧ⅲ推动棘齿ⅰ伸出棘齿座与下一挡位从动齿轮组的棘齿圈啮合。
本实用新型的另一目的是这样实现的，无轴自动变速器，包括箱体、支撑轴和设置在箱体内的变速机构，变速机构包括输入端、换挡齿轮、离心传动机构、输出端和上述用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构；支撑轴通过轴承固定在箱体内；棘齿伸缩机构套设在支撑轴上；输入端包括带有输入轴和花键轴的传动机构；换挡齿轮包括主动齿轮组和带有通孔的从动齿轮组，主动齿轮组包括两个以上通过花键固定在花键轴上的主动齿轮，从动齿轮组包括两个以上与主动齿轮相对应且通过棘齿圈与棘齿i啮合的从动齿轮，从动齿轮和从动齿轮之间通过轴承ⅰ连接；棘齿伸缩机构设置在通孔内；离心传动机构包括两个方向相反的离心传动组件，离心传动组件包括弹簧ⅳ、轨道板、动力块、传动板、导轨和移动杆，弹簧ⅳ两端分别与动力块和轨道板固定，动力块与传动板固定连接，动力块滑动设置在轨道板上，传动板滑动设置在导轨上，传动板上固定有滚轮ⅰ和滚轮ⅱ，移动杆包括水平部、倾斜部和与支架ⅰ固定的连接部，倾斜部设置在滚轮ⅰ和滚轮ⅱ之间的空隙内；输出端包括输出座和一端固定在支架ⅰ上的弧形板，输出座通过滚针轴承固定在箱体上，弧形板与输出端通过位移传动组件固定，轨道板固定在输出座上。
在本实用新型中，脚踏板固定在输入轴上，后轮固定在输出座上，脚踏板与输入轴同步转动，后轮与输出座同步转动。
自动变速器在某低挡工作，当快速踏动脚踏板，输入轴快速转动并通过传动机构带动花键轴快速转动，从而带动主动齿轮、从动齿轮转动、棘齿伸缩机构、弧形板和输出座转动，当输出座转速略大于高一挡位的设定转速时，两个离心传动组件作离心运动，动力块在离心力的作用下沿着轨道板向外移动压缩弹簧ⅳ，动力块带动传动板向外移动，滚轮ⅰ拉动移动杆轴向左移，移动杆拉动传动套向左移动。传动套向左移动时，棘齿座受惯性作用不能与传动套同步左移，而是相对传动套右移，弹簧ⅱ压缩，棘齿机构的滚轮沿着传动套上的凹陷右侧斜面上抬，连杆机构运动带动棘齿ⅰ缩进棘齿座内与啮合的从动齿轮棘齿圈分开，同时棘齿i压缩弹簧ⅲ；当传动套即将到达高一挡位的位置时移动速度会逐渐减小，棘齿座受弹簧ⅱ的推力作用，滚轮在传动套凹陷右侧水平段运动，当滚轮运动到传动套凹陷右侧顶部高点边沿时，棘齿i已少量进入高一挡棘齿ⅱ啮合区，由于滚轮仍在传动套凹陷右侧高点水平段，棘齿i未外伸，当滚轮继续左移进入传动套凹陷中心位置，连杆机构运动的同时棘齿座带动棘齿i左移，与高一挡从动齿轮的棘齿圈轴向位置对齐；同时棘齿i在弹簧ⅲ推动下外伸，当高一挡棘齿圈大径点与棘齿i配合，棘齿i顺利外伸，可实现动力传递；如果此时棘齿ⅱ小径点与棘齿i配合，棘齿i少量外伸后受限；当高一挡棘齿圈转速大于棘齿座的转速，棘齿i沿棘齿ⅱ的棘齿斜面向后滑向大径点，同时棘齿i在弹簧ⅲ的推动下外伸，形成配合传递动力；如果此时高一挡棘齿圈转速小于棘齿座的转速，棘齿i受棘齿ⅱ的棘齿斜压缩，棘齿i推动压缩弹簧ⅲ，当棘齿座持续转动，弹簧ⅲ与棘齿i反复压缩、回位，直至踏动脚踏板使高一挡从动齿轮的棘齿圈转速大于棘齿座转速，棘齿圈带动棘齿座传递转矩；输入轴的速度不变，但自行车行驶速度将按照设定的高一挡速度行驶。
自动变速器在某高挡工作，当输出座转速略小于低一挡位的设定转速时，弹簧ⅳ推动动力块沿着轨道板向支撑轴方向移动，动力块带动传动板移动，滚轮ⅱ推动移动杆轴向右移，移动杆推动传动套轴向右移。传动套向右移动时，棘齿座受惯性作用不能与传动套同步右移，而是相对传动套左移，弹簧i压缩，棘齿机构的滚轮沿着传动套上的凹陷左侧斜面上抬，连杆机构运动带动棘齿ⅰ缩回棘齿座内与啮合的从动齿轮棘齿圈分开，同时棘齿i推动压缩弹簧ⅲ；当传动套即将到达低一挡位置时，运动速度减慢，棘齿座受弹簧i的推力作用，滚轮在传动套凹陷左侧水平段运动，当滚轮运动到传动套凹陷左侧顶部高点边沿时，棘齿i已少量进入棘齿ⅱ啮合区，由于滚轮仍在传动套凹陷左侧高点水平段，棘齿i未外伸，当滚轮继续右移进入传动套凹陷中心位置，连杆机构运动的同时棘齿座带动棘齿i右移，与低一挡从动齿轮棘齿圈轴向位置对齐，同时棘齿i在弹簧ⅲ推动下外伸，当低一挡棘齿圈大径点与棘齿i配合，棘齿i顺利外伸，可实现动力传递；如果此时棘齿ⅱ小径点与棘齿i配合，棘齿i少量外伸后受限；当低一挡棘齿圈转速大于棘齿座的转速，棘齿i沿棘齿ⅱ的棘齿斜面向后滑向大径点，同时棘齿i在弹簧ⅲ的推动下外伸，形成配合传递动力；如果此时低一挡棘齿圈转速小于棘齿座的转速，棘齿i在棘齿ⅱ的棘齿斜面向前滑移受压缩，棘齿i推动压缩弹簧ⅲ，当棘齿座持续转动，弹簧ⅲ与棘齿i反复压缩、回位，直至踏动脚踏板使低一挡从动齿轮的棘齿圈转速大于棘齿座转速，棘齿圈带动棘齿座传递转矩；输入轴的速度不变，但自行车行驶速度将按照设定的低一挡速度行驶。
由于采用了上述技术方案，不仅能实现自动换挡，避免分散骑行者骑行时的注意力，降低安全隐患；由于换挡系统设置在箱体内，可以加润滑油也不会直接暴露在空气中，因此还能提高3％-5％传动效率以及延长使用寿命。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1是本实用新型无轴自动变速器的一种剖面示意图。
图2是本实用新型用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构的另一种剖面示意图。
图3是本实用新型用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构的一种俯视示意图。
图4是本实用新型用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构的一种剖面示意图。
图5是本实用新型中其中一个离心传动组件中的传动板滑动设置在导轨上的爆炸示意图。
图6是本实用新型离心传动机构安装在输出端的再一种剖面示意图。
图7是图6中的一种局部示意图。
图8是图7中a-a处剖视图，展示挡位稳定组件延迟减挡、控制位移的轴向位置示意图。
图9是图7中b-b处剖视图，展示挡位稳定组件延迟升挡、控制位移的轴向位置示意图。
图10是本实用新型中棘齿座、传动套滚珠挡板的结构示意图。
图中：1.输入轴、2.连杆机构、3.齿轮ⅰ、4.输入端、5.花键轴、6.齿轮ⅱ、7.支撑座、8.离心传动机构、10.箱体ⅰ、11.主动齿轮组、12.从动齿轮组、13.弹簧ⅱ、14.动力块、15.5挡主动齿轮、16.4挡主动齿轮、17.3挡主动齿轮、18.2挡主动齿轮、19.1挡主动齿轮、20.位移传动组件、21.限位孔ⅱ、22.棘齿套、23.棘齿ⅰ、24.安装孔、25.弹簧ⅲ、26.杠杆、27.滚轮、28.弹簧ⅰ、29.传动套、30.滑键、31.限位孔ⅲ、32.滚珠ⅱ、33.滚珠、34.挡板、35.轴承ⅰ、36.5挡从动齿轮、37.4挡从动齿轮、38.3挡从动齿轮、39.2挡从动齿轮、40.1挡从动齿轮、41.限位孔ⅳ、42.定位座ⅳ、43.箱体ⅱ、44.导轨、45.导轨槽、46.移动杆、47.传动板、48.弹簧ⅴ、49.轨道槽、50.棘齿ⅱ、51.支撑轴、52.滚珠ⅰ、53.滚轮ⅱ、54.滚轮ⅰ、55.滚轮ⅲ、56.滚轮ⅳ、57.传动轴承、58.位移杆、59.弹簧座、60.轨道板、61.齿轮ⅳ、62.轴向槽、63.扭簧、64.凹陷、65.支架ⅰ、66.齿轮ⅲ、67.支架ⅱ、68.回位板、69.传动轴、71.限位块、72.限位槽、73.定位环、74.弹簧ⅳ、75.弧形板、77.输出座、78.定位座ⅱ、79.扭力弹簧ⅱ、80.扭力弹簧ⅳ、81.扭力弹簧ⅰ、82.定位座ⅰ、83.扭力弹簧ⅲ、84.定位座ⅲ、85.限位孔ⅰ、86.支座、87.棘齿圈、88.棘齿座、89.水平部、90.倾斜部、91.小径点、92.大径点、93.连接部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
在本实用新型中，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是根据说明书附图中的图1来进行描述的，并不是实际的方位。
如图1至图5所示，用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，包括棘齿座88、棘齿机构和贯穿棘齿座88且侧表面带有滑键30、凹陷64的传动套29；棘齿机构包括连杆机构2以及分别固定在连杆机构2两端的棘齿ⅰ23和滚轮27，连杆机构2活动设置在棘齿座88内，棘齿ⅰ23与变速器从动齿轮组12的棘齿圈87相对应，滚轮27与凹陷64相对应；传动套29两端分别固定有支架ⅰ65和支架ⅱ67，支架ⅰ65与棘齿座88之间设置有弹簧ⅰ28，支架ⅱ67与棘齿座88之间设置有弹簧ⅱ13，弹簧ⅰ28和弹簧ⅱ13分别与棘齿座88固定连接；棘齿ⅰ23下端设置有弹簧ⅲ25。
在本实用新型中，当传动套29快速向左移动时，棘齿座88受惯性作用不能与传动套29同步左移，棘齿座88相对传动套29右移压缩弹簧ⅱ13，棘齿机构的滚轮27沿着传动套29上的凹陷64右侧斜面上抬并沿水平轨道右移，连杆机构2运动，连杆机构2运动带动棘齿ⅰ23缩进棘齿座88内与啮合的从动齿轮棘齿圈87分开，同时棘齿ⅰ23压缩弹簧ⅲ25；当传动套29即将到达上一挡位的位置时移动速度逐渐减小，棘齿座88在弹簧ⅱ13的推力作用下相对传动套29左移回到平衡点，即滚轮27逐渐左移到凹陷64中心位置，连杆机构2运动，弹簧ⅲ25推动棘齿ⅰ23伸出棘齿座88与上一挡位从动齿轮的棘齿圈87啮合。
当传动套29快速右移时，棘齿座88受惯性作用不能与传动套29同步右移，棘齿座88相对传动套29左移压缩弹簧ⅰ28，棘齿机构的滚轮27沿着传动套29上的凹陷64左侧斜面上抬并沿水平轨道左移，连杆机构2运动，连杆机构2运动带动棘齿ⅰ23缩进棘齿座88内与啮合的从动齿轮棘齿圈87分开，同时棘齿ⅰ23压缩弹簧ⅲ25；当传动套29即将到达下一挡位时移动速度逐渐减小，棘齿座88在弹簧ⅰ28的推力作用下逐渐回到平衡点，即滚轮27逐渐右移到凹陷64中心位置，连杆机构2运动，弹簧ⅲ25推动棘齿ⅰ23伸出棘齿座88与下一挡位从动齿轮的棘齿圈87啮合。
在本实施例中，支架ⅰ65和支架ⅱ67分别通过卡环固定在传动套29两端，在另一实施例中，支架ⅰ65和支架ⅱ67还可以通过一体化设置、黏结固定、紧固件固定、焊接固定等方式与传动套29固定在一起。支架i65、支架ⅱ67在每2组滑键30之间的中心区，设置有2组以上凸起，限制棘齿座88的最大位移量，防止破坏弹簧i28和ⅱ13。
进一步地，传动套29和棘齿座88之间设置有一组以上滚珠33，每组滚珠包括1个以上的滚珠33。滚珠33的作用是减小传动套29与棘齿座88之间的轴向运动摩擦力。在本实施例中，传动套29和棘齿座88均在相互对应位置开设有滑键30、滑槽，传动套29上的滑键和棘齿座88上的滑槽形成容纳滚珠33的通道，滚珠33放置在通道内。为了进一步减小摩擦力的同时降低制造难度和加工成本，本实施例中容纳滚珠33的通道是在传动套29滑键30和棘齿座88滑槽对应位置设置的盲孔，滚珠33放置在盲孔内并与盲孔相匹配，盲孔的开口端设有挡板34，卡环定位。挡板34也可通过螺钉、销轴等紧固件固定在传动套29上，挡板34的作用是避免滚珠33从盲孔内滚出。挡板34上设置有3颗定位销，防止挡板34转动，避免挡板34的槽与传动套29上滑键接触，影响棘齿座88与传动套29之间的随动效果。
在本实施例中，传动套29的侧表面均匀分布有三条滑键30，另一实施例也可以是其它组数的滑键；传动套29和棘齿座88之间的每条滑键30的两侧各设置有一组滚珠33，每组滚珠33包括有五个滚珠33。其作用是进一步减小传动套29与棘齿座88之间的轴向摩擦力，同时保证传动套29和棘齿座88之间的转矩传递和轴向移动平衡。在其他实施例中，传动套29和棘齿座88之间设置有其它组数的滚珠33，每组滚珠33包括其它个数的滚珠33。
进一步地，如图2和图4所示，棘齿座88内设置有一个以上的棘齿机构。多个棘齿机构的作用是进一步保证棘齿座88通过棘齿ⅰ23与从动齿轮组12的棘齿圈87啮合后的转矩传递平衡和减小单个棘齿的受力。在本实施例中，棘齿座88内设置有3个棘齿机构，每个棘齿机构设置在传动套29侧表面的2组滑键30之间。在另一实施例中，棘齿座88内设置有其它个数的棘齿机构。
进一步地，如图2、图3和图4所示，在本实施例中，连杆机构2包括位移杆58、杠杆26和棘齿ⅰ23，位移杆58两端分别与滚轮27和杠杆26通过销轴转动连接，杠杆26通过销轴和扭簧63转动固定在棘齿座88内，棘齿ⅰ23上开设有限位槽72，杠杆26上固定有滑动设置在限位槽72内的限位块71，棘齿ⅰ23和弹簧ⅲ25之间设置有弹簧座59。该连杆机构2的成本低，传动效率高。在另一实施例中，连杆机构2还可以是四连杆机构等能够通过滚轮27上下移动，带动棘齿ⅰ23伸缩的其它连杆机构。扭簧63的作用是保证滚轮27与传动套29轨道面始终贴合，当滚轮27位于传动套64凹陷中心时，如棘齿座88转速大于棘齿圈87转速时，棘齿ⅰ23受棘齿ⅱ50棘齿斜面压缩，上、下运动，连杆机构2和滚轮27保持不动，进而减少噪音，提高连杆机构的可靠性和使用寿命。当滚轮27位于凹陷两边高位水平段时，弹簧ⅲ25和扭簧63均呈压缩状态，棘齿i23缩回棘齿座内。
进一步地，如图2和图3所示，为了降低制造难度和加工成本，棘齿座88内开设有安装孔24，连杆机构2还包括均通过定位环73固定在安装孔24内的棘齿套22和支座86，棘齿ⅰ23棘齿ⅰ23移动设置在棘齿套22内，杠杆26活动设置在支座86内。安装时，先将杠杆26穿过支座86，棘齿套22套设在棘齿ⅰ23棘齿ⅰ23上，然后通过定位环73将棘齿套22和支座86依次固定在安装孔24，从而在降低制造难度和加工成本的情况下达到将连杆机构2设置在棘齿座88内的目的。
如图1至图10所示，无轴自动变速器，包括箱体、支撑轴51和设置在箱体内的变速机构，变速机构包括输入端4、换挡齿轮、离心传动机构8、输出端和上述用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构；支撑轴51通过轴承固定在箱体内；棘齿伸缩机构套设在支撑轴51上；输入端4包括带有输入轴1和花键轴5的传动机构；换挡齿轮包括主动齿轮组11和带有棘齿圈87的从动齿轮组12，主动齿轮组11包括两个以上通过花键固定在花键轴5上的主动齿轮，从动齿轮组12包括两个以上与主动齿轮相对应的从动齿轮，从动齿轮和从动齿轮之间通过轴承ⅰ35连接；棘齿伸缩机构设置在通孔内；离心传动机构8包括两个方向相反的离心传动组件，每个离心传动组件均包括弹簧ⅳ74、轨道板60、动力块14、传动板47、导轨44和移动杆46，弹簧ⅳ74两端分别与动力块14和轨道板60固定，动力块14与传动板47固定连接，动力块14滑动设置在轨道板60上，传动板47滑动设置在导轨44上，传动板47上固定有滚轮ⅰ54和滚轮ⅱ53，移动杆46包括水平部89、倾斜部90和与支架ⅰ65固定的连接部93，倾斜部90设置在滚轮ⅰ54和滚轮ⅱ53之间的空隙内；输出端包括输出座77和与支架ⅰ65固定的弧形板75，输出座77通过滚针轴承固定在箱体上，弧形板75与输出座77通过位移传动组件20滑动连接，实现弧形板75和输出座77之间的轴向滑动和同步转动，轨道板60固定在输出座77上。
工作原理在于：脚踏板固定在输入轴1上，后轮固定在输出座77上，脚踏板与输入轴1同步转动，后轮与输出座77同步转动。
在本实施例中，输出座77上固定有轨道板60和导轨44，输出座转动带动轨道板60和导轨44同步转动。在另一实施例中，导轨44也可以固定在轨道板60上。
自动变速器在某低挡工作，当快速踏动脚踏板，输入轴1快速转动通过传动机构带动花键轴5快速转动，从而带动主动齿轮、从动齿轮转动、棘齿伸缩机构、弧形板75和输出座77转动，当输出座77转速略大于高一挡位的设定转速时，两个离心传动组件作离心运动，2组动力块14在离心力的作用下沿着轨道板60向外移动压缩弹簧ⅳ74，动力块14带动传动板47向外移动，滚轮ⅰ54推动移动杆46轴向左移，移动杆46拉动传动套29向左移动。传动套29向左移动时，棘齿座88受惯性作用不能与传动套29同步左移，而是相对传动套29右移，弹簧ⅱ13压缩，棘齿机构的滚轮27沿着传动套29上的凹陷64右侧斜面上抬后沿水平段继续右移，连杆机构2运动带动棘齿ⅰ23缩进棘齿座88内与啮合的从动齿轮棘齿圈87分开，同时棘齿i23通过弹簧座59压缩弹簧ⅲ25；当传动套29即将到达高一挡位的位置时移动速度会逐渐减小，棘齿座88受弹簧ⅱ13的推力和惯性作用，滚轮27在传动套29凹陷64右侧水平段向左运动，当滚轮27运动到传动套凹陷64右侧顶部边沿时，棘齿i23已少量轴向进入高一挡棘齿ⅱ50啮合区，由于滚轮27仍在传动套凹陷64右侧水平段，棘齿i23未外伸，当滚轮27继续左移进入传动套凹陷64中心位置，连杆机构2运动的同时棘齿座88带动棘齿i23左移，与高一挡从动齿轮的棘齿圈87轴向位置对齐；同时棘齿i23在弹簧ⅲ25推动下外伸，当高一挡棘齿圈87大径点92与棘齿i23配合，棘齿i23顺利外伸，可实现动力传递；如果此时棘齿ⅱ50小径点91与棘齿i23配合，棘齿i23少量外伸后受限；当高一挡棘齿圈87转速大于棘齿座88的转速，棘齿i23沿棘齿ⅱ50的棘齿斜面向后滑向大径点92，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25的推动下外伸，形成配合传递动力；如果此时高一挡棘齿圈87转速小于棘齿座88的转速，棘齿i23受棘齿ⅱ50的棘齿斜压缩，棘齿i23压缩弹簧ⅲ25，当棘齿座88持续转动，弹簧ⅲ25与棘齿i23反复压缩、回位，直至踏动脚踏板使高一挡从动齿轮的棘齿圈87转速大于棘齿座88转速，棘齿圈87带动棘齿座88传递转矩；输入轴1的速度不变，但自行车行驶速度将按照设定的高一挡速度行驶。棘齿座88上滚轮27在平衡位置时，弹簧i28和弹簧ⅱ13有适当预应力。
自动变速器在某高挡工作，当输出座77转速略小于低一挡位的设定转速时，2组弹簧ⅳ74推动动力块14沿着轨道板60向支撑轴51方向移动，动力块14带动传动板47移动，滚轮ⅱ53推动移动杆46轴向右移，移动杆46推动传动套29轴向右移。当传动套29向右移动时，棘齿座88受惯性作用不能与传动套29同步右移，而是相对传动套29左移，弹簧ⅰ28压缩，棘齿机构的滚轮27沿着传动套29上的凹陷64左侧斜面上抬后沿水平段继续左移，连杆机构2运动带动棘齿ⅰ23缩回棘齿座88内，与啮合的从动齿轮棘齿圈87分开，同时棘齿i23推动弹簧座59压缩弹簧ⅲ25；当传动套即将到达低一挡位置作减速运动，棘齿座88受弹簧i28的推力和惯性作用，滚轮27在传动套凹陷64左侧水平段向右运动，当滚轮27运动到传动套凹陷64左侧顶部边沿时，棘齿i23已少量轴向进入棘齿ⅱ50啮合区，由于滚轮27仍在传动套凹陷64左侧水平段，棘齿i23未外伸，当滚轮27继续右移进入传动套凹陷64中心位置，连杆机构2运动的同时棘齿座88带动棘齿i23右移，与低一挡从动齿轮棘齿ⅱ50轴向位置对齐，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25推动下外伸，当低一挡棘齿ⅱ50大径点92与棘齿i23配合，棘齿i23顺利外伸，可实现动力传递；如果此时棘齿ⅱ50小径点91与棘齿i23配合，棘齿i23少量外伸后受限；当低一挡棘齿圈87转速大于棘齿座88的转速，棘齿i23沿棘齿ⅱ50的棘齿斜面向后滑向大径点92，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25的推动下外伸，形成配合传递动力；如果此时低一挡棘齿圈87转速小于棘齿座88的转速，棘齿i23在棘齿ⅱ50的棘齿斜面向前滑移受压缩，棘齿i23推动弹簧座59压缩弹簧ⅲ25，当棘齿座88持续转动，弹簧ⅲ25与棘齿i23反复压缩、回位，直至踏动脚踏板使低一挡从动齿轮的棘齿圈87转速大于棘齿座88转速，棘齿圈87带动棘齿座88传递转矩；输入轴1的速度不变，但自行车行驶速度将按照设定的低一挡速度行驶。
在本实施例中，水平部89、倾斜部90和连接部93一体化设置，在另一实施例中，水平部89、倾斜部90和连接部93还可以通过紧固件固定、焊接固定等方式连接。
在本实施例中，各挡从动齿轮右端面设置有轴承内圈、左端面设置有轴承外圈，各挡从动齿轮之间通过轴承内圈、轴承外圈和滚子轴承安装配合，实现转动定位，从动齿轮与主动齿轮啮合转动时，从动齿轮按照各自的传动比转动。
如图1、图6和图7所示，位移传动组件20的作用是弧形板75随着支架ⅰ65左移或右移并带动输出座77同步周向转动。本实施例中，位移传动组件20的个数包括两个以上，每个位移传动组件20包括轴向槽62和通过销轴固定在弧形板75上的传动轴承57，轴向槽62开设在输出座77上，传动轴承57轴向滑动设置在轴向槽62内。在另一实施例中，位移传动组件20包括轴向槽62和固定在输出座77上并轴向滑动设置在轴向槽62内的凸起，轴向槽62开设在弧形板75上。在其他实施例中，位移传动组件20是能在弧形板75随回位板68、移动杆46和支架ⅰ65左移或右移时输出座77不轴向移动，又能在弧形板75周向转动时带动输出座77周向转动的其他结构。在本实施例中，轴向槽62长度满足1至5挡弧形板75上安装的传动轴承57位移需要。
在本实施例中，从动齿轮组12的两侧分别通过滚针轴承固定在箱体ⅱ43和输出座77上。
在本实施例中，两个离心传动组件以支撑轴51为中心对称设置。输出座77上开设有2个孔，4条导轨44的8个端部与输出座77上的孔壁面固定连接；另一实施例中，4条导轨44的8个端部也可与输出座77的其它部位连接；2组传动板47穿过输出座77开孔分别反向安装在各自2条导轨44中间。
在本实施例中，如图1所示，主动齿轮组11从左至右依次包括5挡主动齿轮15、4挡主动齿轮16、3挡主动齿轮17、2挡主动齿轮18和1挡主动齿轮19，从动齿轮组12从左至右依次与主动齿轮组11对应的5挡从动齿轮36、4挡从动齿轮37、3挡从动齿轮38、2挡从动齿轮39和1挡从动齿轮40。在另一实施例中，主动齿轮组11包括的主动齿轮个数是其它个，被动齿轮组12包括的被动齿轮个数是其它个，其原理以此类推。
进一步地，如图1、图6、图7、图8和图9所示，输出端还设置有挡位稳定组件，挡位稳定组件包括减挡稳定组件和升挡稳定组件；减挡稳定组件包括扭力弹簧ⅰ81、扭力弹簧ⅱ79、定位座ⅰ82、定位座ⅱ78、限位孔ⅱ21和开设在输出座77上的两个以上的限位孔ⅰ85，限位孔ⅱ21开设在弧形板75上，扭力弹簧ⅰ81固定在定位座ⅰ82上并与限位孔ⅰ85相对应，扭力弹簧ⅱ79固定在定位座ⅱ78上并与限位孔ⅱ21相对应，定位座i82固定在输出座77上，定位座ⅱ78固定在弧形板75上；升挡稳定组件包括扭力弹簧ⅲ83、扭力弹簧ⅳ80、定位座ⅲ84、定位座ⅳ42、限位孔ⅳ41和开设在输出座77上的两个以上的限位孔ⅲ31，限位孔ⅳ41开设在弧形板75上，扭力弹簧ⅲ83固定在定位座ⅲ84上并与限位孔ⅲ31相对应，扭力弹簧ⅳ80固定在定位座ⅳ42上并与限位孔ⅳ41相对应，定位座ⅲ84固定在输出座77上，定位座ⅳ42固定在弧形板75上；扭力弹簧ⅰ81与扭力弹簧ⅲ83安装方向相反，扭力弹簧ⅱ79与扭力弹簧ⅳ80安装方向相反。扭力弹簧ⅰ81与扭力弹簧ⅱ79部分接触；扭力弹簧ⅲ83与弹簧ⅳ80部分接触。挡位稳定组件的作用是使输出座77在某一设定转速范围内，无轴自动变速器能够稳定在某一挡位持续工作，保持挡位相对稳定，即使得棘齿ⅰ23与某一挡位从动齿轮的棘齿圈87保持啮合。在本实施例中，弧形板75外与输出座77内周向间隔120°对应位置设置有3组挡位稳定组件。
挡位稳定组件包括1组以上。在本实施例中，如图6和图7所示，挡位稳定组件的组数有3组，3组挡位稳定组件周向均匀分布。如图8和图9所示，限位孔ⅰ85和限位孔ⅲ31均包括有四个，扭力弹簧ⅰ81和扭力弹簧ⅲ83均包括有四个，限位孔ⅱ21和限位孔ⅳ41均包括有1个，扭力弹簧ⅱ79和扭力弹簧ⅳ80均包括有1个。图8、图9中限位孔ⅱ21、限位孔ⅳ41在弹簧ⅱ79、弹簧ⅳ80虚线位置为2挡时限位孔ⅱ21、限位孔ⅳ41所在位置，弹簧ⅱ79、弹簧ⅳ80虚线位置为2挡时，弹簧ⅱ79、弹簧ⅳ80所在位置。图8中1挡位置无扭力弹簧i81，也无限位孔i85，扭力弹簧i81和限位孔i85从右至左分别位于2挡、3挡、4挡和5挡位置；图9中5挡位置无扭力弹簧ⅲ83也无限位孔ⅲ31，扭力弹簧ⅲ83和限位孔ⅲ31从右至左分别位于1挡、2挡、3挡和4挡位置。当扭力弹簧ⅱ79位于2挡、3挡、4挡和5挡位置时，扭力弹簧ⅱ79接触部位始终处于各挡扭力弹簧i81左边，如图8中扭力弹簧ⅱ79虚线位置与2挡扭力弹簧i81的位置关系；当扭力弹簧ⅳ80位于1挡、2挡、3挡和4挡位置时，扭力弹簧ⅳ80接触部位始终处于各挡扭力弹簧ⅲ83右边，如图9中1挡、2挡虚线扭力弹簧ⅳ80与1挡、2挡扭力弹簧ⅲ83的位置关系。
在其他实施例中，主动齿轮、从动齿轮、减挡稳定组件、升挡稳定组件、限位孔ⅰ85、限位孔ⅱ21、限位孔ⅲ31、限位孔ⅳ41、扭力弹簧ⅰ81、扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅲ83和扭力弹簧ⅳ80的个数还可以是与主、从动齿轮数量相匹配的其它个。在本实施例中，5挡从动齿轮36、4挡从动齿轮37、3挡从动齿轮38、2挡从动齿轮39和1挡从动齿轮40上对应的棘齿圈87分别是5挡棘齿圈、4挡棘齿圈、3挡棘齿圈、2挡棘齿圈和1挡棘齿圈参数结构相同，如图4。
在本实用新型中，棘齿圈87上有多个棘齿ⅱ50，棘齿圈87小径点91是指棘齿ⅱ50棘齿面距棘齿圈87中心最近的位置；棘齿圈87大径点92是指棘齿ⅱ50棘齿面距棘齿圈87中心最远的位置。
进一步地，如图1所示，还包括与移动杆46和弧形板75固定的回位板68，回位板68和输出座77之间设置有弹簧ⅴ48。弹簧ⅴ48两端分别抵接在回位板68和输出座77内端面，弹簧ⅴ48的作用是配合传动板47、滚轮ⅱ53，推动棘齿伸缩机构在设定条件下向右及时回位，将换挡机构推动到设定的挡位位置，当换挡系统处于1挡位置时弹簧ⅴ48有适当的预紧力。
在本实施例中，回位板68套设在支撑轴51上，回位板68和支撑轴51之间设置有滚珠ⅰ52。滚珠ⅰ52的作用是减小回位板68与支撑轴51之间的摩擦力。进一步地，作为优选方案，回位板68和支撑轴51之间设置有3组滚珠，每组1只滚珠ⅰ52；布置方式同滚珠ⅱ32；在其它实施例中，滚珠ⅰ52也可以是其它组数，每组滚珠也可以是2只以上。
进一步地，在本实施例中，如图1、图6、图7和图5所示，轨道板60上开设有轨道槽49，动力块14滑动设置在轨道槽49内，传动板47两侧分别转动固定有滚轮ⅲ55和滚轮ⅳ56，传动板47两侧均设置有带导轨槽45的导轨44，滚轮ⅲ55和滚轮ⅳ56分别滑动设置在相应的导轨槽45内。导轨44共4根，导轨44的8个端部与输出座77上开孔端面焊接固定。该设置方式的目的是在节约加工成本、保证无轴自动变速器的结构强度、不影响移动杆46移动的情况下保证动力块14和传动板47的运行轨迹正确。在另一实施例中，还可以是动力块14通过其它方式滑动设置在轨道板60上，传动板47通过其它方式滑动设置在导轨44上。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，传动机构包括传动轴69和分别设置在传动轴69两端的输入轴1和花键轴5，输入轴1和花键轴5平行；传动轴69两端分别通过花键固定有齿轮ⅱ6和齿轮ⅲ66，输入轴1上通过花键固定有与齿轮ⅱ6啮合的齿轮ⅰ3、花键轴5上通过花键固定有与齿轮ⅲ66啮合的齿轮ⅳ61。传动机构的作用是将输入轴1的动力传递到花键轴5上，从而使得花键轴5上的主动齿轮组11转动。进一步地，输入轴1和花键轴5上均通过轴承套设有支撑座7。支撑座7用于支撑传动轴69。在另一实施例中，传动机构还可以是其它能在输入轴1转动的情况下带动花键轴5转动的其它传动机构。
进一步地，棘齿伸缩机构的传动套29套设在支撑轴51上，传动套29和支撑轴51之间设置有滚珠ⅱ32。在本实施例中，包括有3组间隔120°布置的滚珠ⅱ32，每组滚珠ⅱ32包括2只以上。
在本实施例中，弹簧ⅰ28、弹簧ⅱ13和弹簧ⅲ25、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48均是塔形弹簧，在其它实施例中，弹簧ⅰ28、弹簧ⅱ13、弹簧ⅲ25、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48还可以是其它在本实用新型中与塔形弹簧作用相同的其它形式弹簧。
进一步地，在本实施例中，为了节省空间、减小整体自动变速器的体积，箱体包括安装输入轴1、齿轮ⅰ3和齿轮ⅱ6的箱体ⅰ10和安装固定主、从动齿轮及换挡机构等部分的箱体ⅱ43。
为了保证换挡时棘齿ⅰ23先轴向进入即将配对的某挡棘齿圈87，滚轮27后在凹陷64左侧或右侧的最高位置向凹陷处运动，在保证3组棘齿ⅰ23满足接触强度要求和凹陷64斜面角度保持不变的前提下，可适当缩短棘齿ⅰ23的外伸长度，即通过减小凹陷64深度，使凹陷64的宽度减小，延缓棘齿ⅰ23外伸位置；亦可保证连杆各项功能实现的前提下，适当增加销轴左侧杠杆26和销轴右侧杠杆26的比例，以减小凹陷64深度，达到减小凹陷64宽度，以延缓棘齿ⅰ23的外伸位置。
本实施例中整体的无轴自动变速器的工作原理如下；
换挡机构组成：弹簧ⅳ74，动力块14，传动板47，导轨44、滚轮ⅱ53、滚轮ⅰ54、滚轮ⅲ55、滚轮ⅳ56、移动杆46、弧形板75均为2组，传动轴承57和扭力弹簧i81、扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅲ83、扭力弹簧ⅳ80各3组，回位板68、弹簧ⅴ48、传动套29和棘齿座88及组件，弹簧i28，弹簧ⅱ13，支架i65和支架ⅱ67各为1组。弹簧ⅳ74在初始位置有适当的预紧力，当输出座77停止转动，弹簧ⅳ74能够将动力块14推回初始位置，动力块14与连接板47通过焊接等方式连接，连接板47与滚轮i54、滚轮ⅱ53、滚轮ⅲ55、滚轮ⅳ56通过销轴固定，滚轮i54、滚轮ⅱ53通过轮上凹槽和合适的间距与移动杆46实现动配合，滚轮i54、滚轮ⅱ53通过销轴安装固定在传动板47侧面，滚轮ⅲ55、滚轮ⅳ56与导轨槽45动配合，滚轮ⅲ55、滚轮ⅳ56通过销轴安装在传动板凹槽内，回位板68、传动套29通过3组滚珠与支撑轴51动配合，可实现转动和轴向移动，弹簧ⅴ48弹性安装在回位板68和输出座77之间，回位板68、支架i65之间安装固定有2组移动杆46和2块弧形板75，支架i65、支架ⅱ67套装在传动套29的左、右端，卡环定位，传动套29与棘齿座88通过滑键30与滑槽配合，并通过滚珠33连接实现周向定位，再通过固定在棘齿座88上的弹簧i28、弹簧ⅱ13使棘齿座88实现轴向弹性定位。
如图9、图8升挡稳定组件工作方式：当棘齿座88转速高于高一挡的设定转速，动力块14离心力大于弹簧ⅳ74弹力，动力块14压缩弹簧ⅳ74，动力块14向远离支撑轴51方向运动，动力块14带动传动板47通过滚轮i54推动移动杆46和弧形板75等换挡机构左移，弧形板上的扭力弹簧ⅳ80受扭力弹簧ⅲ83阻挡，2组动力块14的离心力在轴向上的分力能够克服3组扭力弹簧ⅲ83阻挡并压缩弹簧ⅴ48，扭力弹簧ⅳ80依靠限位孔ⅳ41孔壁支撑，推动扭力弹簧ⅲ83绕安装销顺时针转动一定角度，扭力弹簧ⅳ80穿过扭力弹簧ⅲ83，进入高一挡区域，扭力弹簧ⅲ83随即回位贴合在限位孔ⅲ31孔壁；当即将完成位移前，扭力弹簧ⅱ79遇扭力弹簧ⅰ81，扭力弹簧ⅰ81依靠限位孔ⅰ85孔壁支撑，推动扭力弹簧ⅱ79绕安装销顺时针转动一定角度，扭力弹簧ⅱ79进入扭力弹簧ⅰ81左侧少量位移后停止，扭力弹簧ⅱ79随即回位贴合在限位孔ⅱ21孔壁，升挡稳定组件完成1次增挡。
减挡稳定组件工作过程：当棘齿座88转速略低于低一挡设定转速，弹簧ⅳ74弹力大于动力块14离心力，弹簧ⅳ74推动动力块14向支撑轴51方向运动，动力块14带动传动板47、滚轮ⅱ53配合弹簧ⅴ48推动移动杆46和弧形板等换挡机构右移，弧形板上的扭力弹簧ⅱ79受扭力弹簧i81阻挡，2组弹簧ⅳ74推力在轴向上的分力配合弹簧ⅴ48能够克服3组扭力弹簧i81阻挡，扭力弹簧ⅱ79依靠限位孔ⅱ21孔壁支撑，推动扭力弹簧i81绕安装销逆时针转动一定角度，扭力弹簧ⅱ79穿过扭力弹簧i81，进入低一挡区域，扭力弹簧i81随即回位贴合在限位孔i85孔壁；当即将完成位移前，扭力弹簧ⅳ80遇扭力弹簧ⅲ83，扭力弹簧ⅲ83依靠限位孔ⅲ31孔壁支撑，推动扭力弹簧ⅳ80绕安装销逆时针转动一定角度，扭力弹簧ⅳ80穿过扭力弹簧ⅲ83少量右移后停止，扭力弹簧ⅳ80随即回位贴合在限位孔ⅳ41孔壁，减挡稳定组件完成一次减挡。
为了减小扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅳ80反向运动阻力，设定该3组扭力弹簧的扭力小于3组扭力弹簧i81、扭力弹簧ⅲ83的扭力，同时为了提高扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅳ80“l”刚度，可采用刚度较大的钢片做成形状与扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅳ80“l”段相同的形状，将扭力弹簧与钢片连接成一体，以满足扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅳ80小扭矩和大刚度的要求，从而依靠限位孔ⅱ21和限位孔ⅳ41孔壁，推动扭力弹簧i81、扭力弹簧ⅲ83转动。
当输出座77转速不大于高一挡设定转速，动力块14离心力增大压缩弹簧ⅳ74，动力块14向远离支撑轴51方向运动，动力块14带动传动板47和滚轮i54推动移动杆46和弧形板75等换挡机构左移并压缩弹簧ⅴ48，扭力弹簧ⅳ80少量左移与扭力弹簧ⅲ83接触，此时扭力弹簧ⅳ80不能推动扭力弹簧ⅲ83转动，棘齿i23少量左移与棘齿ⅱ50啮合区轴向少量错位，不影响棘齿i23和棘齿ⅱ50传递扭矩；当输出座77转速不低于低一挡设定转速，弹簧ⅳ74弹力大于动力块14离心力，弹簧ⅳ74推动动力块14向支撑轴51方向运动，动力块14带动传动板47和滚轮ⅱ53配合弹簧ⅴ48推动移动杆46和弧形板75等换挡机构右移，扭力弹簧ⅱ79少量右移与扭力弹簧i81接触，此时扭力弹簧ⅱ79不能推动扭力弹簧i81转动，棘齿i23少量右移与棘齿ⅱ50啮合区轴向少量错位，不影响棘齿i23和棘齿ⅱ50传递扭矩，因此通过该4组扭力弹簧的设置，可以保证自行车在每一个挡位有一个转速范围，不超过某挡转速上、下限不会换挡,为变速器稳定工作创造了条件。挡位稳定组件的另一个作用是：当棘齿座88转速略大于高一挡设定转速或略小于低一挡设定转速时，动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力克服某挡扭力弹簧ⅲ83或扭力弹簧i81的阻挡后，带动转动套29快速向左或向右移动，为棘齿伸缩机构产生随动效果创造了条件。
棘齿伸缩机构受力、运动分析：当动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力带动传动套29快速向左或向右移动时，棘齿座88受惯性作用不能跟随传动套29同步左移或右移，而是相对传动套29右移或左移，棘齿座88上的滚轮27沿传动套29凹陷64的右侧或左侧斜面上抬并继续沿水平段右移或左移压缩弹簧ⅱ13或弹簧i28，当弹簧ⅱ13或弹簧i28压缩至设定极限位置时，棘齿座88与传动套29实现同步左移或右移；即：棘齿座88同时相对支撑轴51的相对运动速度变化：棘齿座88的滚轮27沿传动套29凹陷64的右侧或左侧斜面上抬过程中，受斜面对棘齿座88的作用力影响，棘齿座88开始产生向左或向右的运动趋势，并开始向左或向右运动，当棘齿座88继续沿水平轨道右移或左移压缩弹簧ⅱ13或弹簧i28，受弹簧ⅱ13或弹簧i28的持续反作用力，棘齿座88相对支撑轴51的左移或右移速度逐渐增加，当弹簧ⅱ13或弹簧i28压缩至设定极限位置时，棘齿座88左移或右移速度与传动套29相等。由于动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力在换挡运行全过程，其矢量合力由开始脱离弹簧ⅲ83或弹簧i81时最大，到达下一挡位时动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力为0，即重新达到力量平衡。因此传动套29在换挡全过程中是匀减速运动过程；当棘齿座88将弹簧ⅱ13或弹簧i28压缩至设定极限位置时，棘齿座88的左移或右移速度与传动套29的左移或右移速度相等，随后棘齿座88在弹簧ⅱ13或弹簧i28的推力和传动套29减速运动产生的惯性力共同作用下，棘齿座88相对传动套29和支撑轴51向左或向右运动，棘齿座88上滚轮27回到平衡点，由于棘齿座88处于平衡点时，弹簧ⅱ13、弹簧i28有适当的预应力，同时由于凹陷64斜面对滚轮27的阻力作用，使棘齿座88稳定在平衡点传递转矩。
在越级减挡过程中，由于运动过程相对较长，如出现棘齿座88带动滚轮27在传动套29减速运动过程中，回到凹陷64低点位置，棘齿i23外伸，由于传动套29仍在移动过程中，棘齿i23外伸后如与要穿过的某挡棘齿ⅱ50大径点相遇，棘齿i23将穿过该挡棘齿圈87；如果棘齿i23与非棘齿ⅱ50大径点相遇，棘齿i23受棘齿ⅱ50阻挡，棘齿座88再次相对传动套29左移，滚轮27沿凹陷64左侧斜面上抬并左移，棘齿i23再次缩回棘齿座88内，当传动套29达到某挡位时停止移动，棘齿座88再次回到平衡点，棘齿i23与该挡棘齿ⅱ50配合传递转矩。
1、齿轮传动比计算公式：
n1/n2＝n主/n被＝d被/d主＝z2/z1＝i
n主:主动齿轮转速；n被：动齿轮转速；d主：主动齿轮直径；d被：从动齿轮直径；z2：从动齿轮齿数；z1：主动齿轮齿数；i：传动比。
2、离心力计算公式：
f＝mω2r
f：离心力；m:物体质量；ω：物体圆周运动的角速度；r：物体圆周运动半径。
3、弹簧ⅳ74弹力或动力块14离心力在移动杆46上产生的轴向分力计算公式：
tgθ＝f轴÷f
f轴＝ftgθ
θ：为移动杆46与传动板47的夹角；f轴：动力块14的离心力、弹簧ⅳ74弹力矢量和作用在移动杆46上产生的轴向推力；f：动力块14拉力和弹簧ⅳ74推力矢量和。
4、f扭力弹簧扭力计算公式；
f＝(ed4)ψ/(3670nd)l
e:弹性模量；d：线径；ψ：扭转角度；n：有效圈数；d：中径；l：扭臂长度。
自动变速器实施例如下：
增挡过程
开始骑行自行车，踏动踏板带动输入轴1转动，输入轴1通过花键带动齿轮ⅰ3，齿轮ⅰ3与齿轮ⅱ6啮合，齿轮ⅱ6通过花键驱动传动轴69，传动轴69通过花键带动齿轮ⅲ66，齿轮ⅲ66与齿轮ⅳ61啮合，齿轮ⅳ61通过花键安装在花键轴5上，花键轴5通过花键带动1挡主动齿轮19、2挡主动齿轮18、3挡主动齿轮17、4挡主动齿轮16和5挡主动齿轮15同步转动，从而带动1挡从动齿轮40、2挡从动齿轮39、3挡从动齿轮38、4挡从动齿轮37和5挡从动齿轮36按照各自传动比转动；自动变速器的换挡系统在工作前处于1挡位置，棘齿i23与1挡从动齿轮40棘齿ⅱ50配合，棘齿i23通过棘齿套22推动棘齿座88，棘齿座88与传动套29通过滚珠33配合连接，实现周向同步转动，传动套29与支架i65通过滑键、槽连接卡环定位，支架i65带动弧形板75上安装的传动轴承57与输出座77上的轴向槽62配合带动输出座77同步转动，同时输出座77上安装固定的轨道板60、导轨44带动离心传动机构8同步转动；输出座77外设花键安装自行车后轮，1挡从动齿轮40推动换挡系统带动后轮转动，实现1挡行驶。
自动变速器在1挡工作，需要升至2挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速，通过1挡从动齿轮40棘齿ⅱ50与棘齿i23配合，使换挡系统转速达到略高于2挡设定转速，2个动力块14的离心力各自压缩弹簧ⅳ74的同时拉动对应的传动板47，滚轮ⅰ54推动移动杆46左移，通过回位板68压缩弹簧ⅴ48，弧形板75上安装的传动轴承57和扭力弹簧ⅳ80同步左移，扭力弹簧ⅳ80外端依靠限位孔ⅳ41孔壁支撑推动1挡扭力弹簧ⅲ83绕安装销顺时针转动一定角度，3组扭力弹簧ⅳ80穿过1挡3组扭力弹簧ⅲ83，进入2挡区域并继续左移，当棘齿i23即将与2挡棘齿ⅱ50对齐时，扭力弹簧ⅱ79受2挡扭力弹簧ⅰ81阻挡，扭力弹簧ⅰ81依靠限位孔ⅰ85孔壁支撑，推动扭力弹簧ⅱ79绕安装销顺时针转动一定角度，3组扭力弹簧ⅱ79穿过2挡3组扭力弹簧ⅰ81少量左移后停止，图8、图9中虚线形成的扭力弹簧ⅱ79、ⅳ80位置为自动变速器工作在2挡时的位置，换挡前输出座77转速已略高于2挡设定转速，2个动力块14的离心力克服2组弹簧ⅳ74、弹簧ⅴ48弹力、扭力弹簧ⅳ80和扭力弹簧ⅱ79进入2挡，同时换挡系统带动传动套29快速左移，由于棘齿座88与传动套29采用滚珠33连接配合，当传动套29快速左移棘齿座88受惯性作用，不能跟随传动套29同步快速左移，而是相对传动套29右移，棘齿座88右侧安装的弹簧ⅱ13受支架ⅱ67压缩，滚轮27由凹限64的最低点向右滚动到凹限64最高点后继续右移，滚轮27推动位移杆58、杠杆26压缩扭簧63，同时杠杆26还通过限位块71推动棘齿i23和弹簧座59压缩弹簧ⅲ25，棘齿i23全部缩入棘齿套22内，棘齿i23顶部与棘齿座88外圆平齐，当棘齿座88将弹簧ⅱ13压缩至极限位置时，棘齿座88在弹簧ⅱ13的推力和惯性作用下相对传动套29向左移动，当滚轮27到达凹限64右边斜面顶部边沿，棘齿i23已少量轴向进入2挡棘齿ⅱ50内，弹簧ⅱ13继续推动棘齿座88回到平衡点，即：滚轮27回到凹陷64的低点，杠杆26受扭簧63推动回到初始位置如图2，当棘齿ⅱ50的大径点92与棘齿i23配合，即：图4中棘齿i23所在棘齿ⅱ50的配合位置，棘齿i23顺利伸出棘齿套22，可实现动力传递；当棘齿ⅱ50的小径点91与棘齿i23配合，受2挡棘齿ⅱ50小径点限制，棘齿i23在弹簧ⅲ25推动下少量外伸后顶部受棘齿ⅱ50限制，停止外伸；当2挡棘齿圈87转速大于棘齿座88转速，棘齿i23将沿棘齿ⅱ50斜面向后滑移进入棘齿ⅱ50大径点92，弹簧ⅲ25推动棘齿i23外伸与棘齿ⅱ50大径点92配合，可实现动力传递；当2挡棘齿圈87不转动或低于棘齿座88转速转动，棘齿i23持续沿2挡棘齿ⅱ50斜面向前滑动，弹簧ⅲ25在棘齿i23推动下反复压缩、回位，直至2挡从动齿轮39转速大于棘齿座88的转速，棘齿i23与2挡棘齿ⅱ50配合传递动力，输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为2挡转速。
自动变速器在2挡工作，需要升至3挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速，该升挡过程与上述自动变速器在1挡工作，需要升至2挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速时的升挡过程类同，最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为3挡转速。
自动变速器在3挡工作，需要升至4挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速，该升挡过程与上述自动变速器在1挡工作，需要升至2挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速时的升挡过程类同，最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为4挡转速。
自动变速器在4挡工作，需要升至5挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速，该升挡过程与上述自动变速器在1挡工作，需要升至2挡时，快速踏动踏板提高输入轴1的转速时的升挡过程类同，最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为5挡转速。
减挡过程
当自动变速器在5挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于4挡设定转速时，2组弹簧ⅳ74推动动力块14沿着轨道板60向支撑轴51方向移动，动力块14带动传动板47移动，由于移动杆46与回位板68、支架i65和弧形板75为一个整体，传动板47通过滚轮ⅱ53配合弹簧ⅴ48推动换挡系统右移，弧形板75上安装固定的3组传动轴承57，在输出座77上设置的轴向槽62内轴向右移并同步转动，弧形板75上安装的3组扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅳ80同步右移，扭力弹簧ⅱ79依靠限位孔ⅱ21孔壁支撑，推动5挡3组扭力弹簧i81绕安装销逆时针转动一定角度，扭力弹簧ⅱ79进入4挡区域，同时传动套29向右快速移动，棘齿座88受惯性作用不能与传动套29同步右移，而是相对传动套29左移，棘齿座88压缩弹簧i28，同时带动滚轮27沿着传动套29上的凹陷64左侧斜面上抬后继续左移，连杆机构2运动带动棘齿i23缩入棘齿座88内与啮合的5挡从动齿轮棘齿ⅱ50分开，同时棘齿i23推动弹簧座59压缩弹簧ⅲ25；当棘齿i23即将与4挡棘齿ⅱ50对齐时，输出座77上安装的4挡扭力弹簧ⅲ83依靠限位孔ⅲ31孔壁支撑，推动弧形板75上安装的扭力弹簧ⅳ80绕安装销逆时针转动一定角度，3组扭力弹簧ⅳ80穿过4挡3组扭力弹簧ⅲ83少量右移后停止；当棘齿座88将弹簧i28压缩至极限位置时，棘齿座88受弹簧i28的推力和惯性共同作用，滚轮27在传动套凹陷64左侧水平段右移，当滚轮27运动到传动套凹陷64左侧顶部边沿时，棘齿i23已轴向少量进入4挡棘齿ⅱ50啮合区，由于滚轮27仍在传动套凹陷64左侧水平段，棘齿i23未外伸，当滚轮27继续右移到达传动套29凹陷64中心位置，连杆机构2运动的同时棘齿座88带动棘齿i23右移，与4挡从动齿轮棘齿ⅱ50轴向位置对齐，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25推动下外伸，当4挡棘齿ⅱ50大径点92与棘齿i23配合，即：图4所示的棘齿i23和棘齿ⅱ50位置，棘齿i23顺利外伸，可实现动力传递；如果此时棘齿ⅱ50小径点91与棘齿i23配合，棘齿i23少量外伸后受限；当4挡棘齿圈87转速大于棘齿座88的转速，棘齿i23沿棘齿ⅱ50的棘齿斜面向后滑向大径点92，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25的推动下外伸，形成配合传递动力；如果此时4挡棘齿圈87不转动或转速小于棘齿座88的转速，棘齿i23在棘齿ⅱ50的棘齿斜向前运动受压，当棘齿座88持续转动，弹簧ⅲ25与棘齿i23反复压缩、回位，直至踏动脚踏板使4挡从动齿轮的棘齿圈87转速大于棘齿座88转速，棘齿圈87带动棘齿座88传递动力；输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为4挡转速。
当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时，2组弹簧ⅳ74推动动力块14沿着轨道板60向支撑轴51方向移动，动力块14带动传动板47移动，由于移动杆46、弧形板75与回位板68和支架i65连接成一个整体，传动板47通过滚轮ⅱ53配合弹簧ⅴ48推动回位板68右移，弧形板75上安装固定的3组传动轴承57，在输出座上设置的轴向槽62内轴向右移并与输出座77同步转动，弧形板75上安装的3组扭力弹簧ⅱ79、扭力弹簧ⅳ80同步右移，减挡稳定组件：由于动力块14离心力减小较多，动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力推动弧形板75和扭力弹簧ⅱ79，分次与5挡、4挡各3组扭力弹簧i81接触，分次推动扭力弹簧i81逆时针转动，扭力弹簧ⅱ79进入3挡区域；升挡稳定组件：错开减挡稳定组件扭力弹簧ⅱ79推动扭力弹簧i81的时间，利用动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力推动弧形板75和扭力弹簧ⅳ80，分次与4挡、3挡3组扭力弹簧ⅲ83接触，使扭力弹簧ⅳ80逆时针转动，穿过4挡、3挡3组弹簧ⅲ83，动力块14、弹簧ⅳ74和弹簧ⅴ48的矢量合力在3挡位置重新达到平衡，换挡系统保持稳定，其它各挡越级减挡受力分析过程相同。同时传动套29向右快速移动，棘齿座88受惯性作用不能与传动套29同步右移，而是相对传动套29左移，棘齿座88压缩弹簧i28，同时带动滚轮27沿着传动套29上的凹陷64左侧斜面上抬后继续左移，连杆机构2运动带动棘齿i23缩进棘齿座88内与啮合的5挡从动齿轮棘齿ⅱ50分开，同时棘齿i23推动弹簧座59压缩弹簧ⅲ25，当棘齿i23到达4挡位置时由于动力块14的离心力减小较多，换挡系统右移速度快，棘齿座88在传动套29凹陷64左侧水平段，弹簧i28呈压缩状态，棘齿i23保持在棘齿座88内不外伸，棘齿i23顺利通过4挡棘齿圈，当棘齿座88即将到到3挡位置时，棘齿座88受弹簧i28和惯性共同作用，滚轮27在传动套凹陷64左侧水平段向右运动，当滚轮27运动到传动套凹陷64左侧顶部边沿时，棘齿i23已轴向少量进入棘齿ⅱ50啮合区，由于滚轮27仍在传动套凹陷64左侧水平段，棘齿i23未外伸，当滚轮27相对传动套29继续右移进入传动套凹陷64中心位置，连杆机构2运动的同时棘齿座88带动棘齿i23右移，与3挡从动齿轮棘齿ⅱ50轴向位置对齐，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25推动下外伸，当3挡棘齿ⅱ50大径点92与棘齿i23配合，即：图4所示的棘齿i23和棘齿ⅱ50配合位置，棘齿i23顺利外伸，可实现动力传递；如果此时棘齿ⅱ50小径点91与棘齿i23配合，棘齿i23少量外伸后受限；当3挡棘齿圈87转速大于棘齿座88的转速，棘齿i23沿棘齿ⅱ50的棘齿斜面向后滑向大径点92，同时棘齿i23在弹簧ⅲ25的推动下外伸，形成配合传递动力；如果此时3挡棘齿圈87不转动或转速小于棘齿座88的转速，棘齿i23在棘齿ⅱ50的棘齿斜面向前运动受压，当棘齿座88持续转动，弹簧ⅲ25与棘齿i23反复压缩、回位，直至踏动脚踏板使3挡从动齿轮的棘齿圈87转速大于棘齿座88转速，棘齿圈87带动棘齿座88传递转矩；输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为3挡转速。
当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于2挡设定转速时，该越级自动换挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时的越级自动换挡过程类同，最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为2挡转速。
当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于1挡设定转速或转速为0时，该越级自动减挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时的越级自动减挡过程类同；最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为1挡转速或停止。
当自动变速器在4挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时，该自动减挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于4挡设定转速时的自动减挡过程类同；最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为3挡转速。
当自动变速器在4挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于2挡设定转速时，该越级自动换挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时的越级自动换挡过程类同；输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为2挡转速。
当自动变速器在4挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于1挡设定转速或转速为0时，该越级自动换挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时的越级自动换挡过程类同；最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为1挡转速或停止。
当自动变速器在3挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于2挡设定转速，该自动减挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于4挡设定转速时的自动减挡过程类同；最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为2挡转。
当自动变速器在3挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于1挡设定转速或转速为0时，该越级自动换挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况制动减速行驶，换挡系统转速略小于3挡设定转速时的越级自动换挡过程类同；最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为1挡转速或停止。
当自动变速器在2挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于1挡设定转速或转速为0时，该自动减挡过程与上述当自动变速器在5挡运行，遇情况减速行驶，换挡系统转速略小于4挡设定转速时的自动减挡过程类同；最终输入轴1的速度不变，但自动变速器输出转速为1挡转速或停止。
自行车在各挡行驶，遇情况停车，弹簧ⅳ74、弹簧ⅴ48推动推动换挡系统运动过程如前各挡减为1挡的过程，由于换挡系统停止转动，棘齿i23进入1挡棘齿ⅱ50后，棘齿i23遇棘齿圈87的任意位置，均停留在其中处于配合状态，为即将或下次行车做好准备。
建议：
1、轴承ⅰ35的内、外圈加工精度决定从动齿轮运行的平稳性和可靠性。
2、动力块14、棘齿座88质量和各弹簧的弹力配合准确度是实现自动换挡的关键，运用于不同轮径和用途车型，应重新配置。
3、换挡系统应满足动平衡试验要求。
4、各组弹簧在保证功能实现的前提下，其弹力或扭矩尽可能小。
1.用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：包括棘齿座（88）、棘齿机构和贯穿棘齿座（88）且侧表面带有滑槽（30）、凹陷（64）的传动套（29）；棘齿机构包括连杆机构（2）以及分别固定在连杆机构（2）两端的棘齿ⅰ（23）和滚轮（27），连杆机构（2）活动设置在棘齿座（88）内，棘齿ⅰ（23）与变速器从动齿轮组（12）的棘齿圈（87）相对应，滚轮（27）与凹陷（64）相对应；传动套（29）两端分别固定有支架ⅰ（65）和支架ⅱ（67），支架ⅰ（65）与棘齿座（88）之间设置有弹簧ⅰ（28），支架ⅱ（67）与棘齿座（88）之间设置有弹簧ⅱ（13），弹簧ⅰ（28）和弹簧ⅱ（13）分别与棘齿座（88）固定连接；棘齿ⅰ（23）下端设置有弹簧ⅲ（25）。
2.根据权利要求1所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：传动套（29）和棘齿座（88）之间设置有1组以上的滚珠，每组滚珠包括1个以上的滚珠（33）。
3.根据权利要求1或2所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：连杆机构（2）包括依次转动连接的位移杆（58）、杠杆（26）和棘齿ⅰ（23），位移杆（58）两端分别与滚轮（27）和杠杆（26）通过销轴转动连接，杠杆（26）通过销轴和扭簧（63）转动固定在棘齿座（88）内，棘齿ⅰ（23）上开设有限位槽（72），杠杆（26）上固定有滑动设置在限位槽（72）内的限位块（71），棘齿ⅰ（23）和弹簧ⅲ（25）之间设置有弹簧座（59）。
4.无轴自动变速器，其特征在于：包括箱体、支撑轴（51）和设置在箱体内的变速机构，变速机构包括输入端（4）、换挡齿轮、离心传动机构（8）、输出端和如权利要求1-3所述的棘齿伸缩机构；支撑轴（51）通过轴承固定在箱体内；棘齿伸缩机构套设在支撑轴（51）上；输入端（4）包括带有输入轴（1）和花键轴（5）的传动机构；换挡齿轮包括主动齿轮组（11）和带有棘齿圈（87）的从动齿轮组（12），主动齿轮组（11）包括两个以上通过花键固定在花键轴（5）上的主动齿轮，从动齿轮组（12）包括两个以上与主动齿轮相对应的从动齿轮，从动齿轮和从动齿轮之间通过轴承ⅰ（35）连接；棘齿伸缩机构设置在通孔内；离心传动机构（8）包括两个方向相反的离心传动组件，每个离心传动组件均包括弹簧ⅳ（74）、轨道板（60）、动力块（14）、传动板（47）、导轨（44）和移动杆（46），弹簧ⅳ（74）两端分别与动力块（14）和轨道板（60）固定，动力块（14）与传动板（47）固定连接，动力块（14）滑动设置在轨道板（60）上，传动板（47）滑动设置在导轨（44）上，传动板（47）上固定有滚轮ⅰ（54）和滚轮ⅱ（53），移动杆（46）包括水平部（89）、倾斜部（90）和与支架ⅰ（65）固定的连接部（93），倾斜部（90）设置在滚轮ⅰ（54）和滚轮ⅱ（53）之间的空隙内；输出端包括输出座（77）和一端固定在支架ⅰ（65）上的弧形板（75），输出座（77）通过滚针轴承固定在箱体上，弧形板（75）与输出座（77）通过位移传动组件（20）滑动连接，实现弧形板（75）和输出座（77）之间的轴向滑动和同步转动；轨道板（60）固定在输出座（77）上。
5.根据权利要求4所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：位移传动组件（20）的个数包括两个以上，每个位移传动组件（20）包括轴向槽（62）和通过销轴固定在弧形板（75）的传动轴承（57），轴向槽（62）开设在输出座（77）上，传动轴承（57）轴向滑动设置在轴向槽（62）内。
6.根据权利要求4或5所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：输出端还设置有两个以上的挡位稳定组件，每个挡位稳定组件包括减挡稳定组件和升挡稳定组件；减挡稳定组件包括扭力弹簧ⅰ（81）、扭力弹簧ⅱ（79）、定位座ⅰ（82）、定位座ⅱ（78）、限位孔ⅱ（21）和开设在输出座（77）上的两个以上的限位孔ⅰ（85），限位孔ⅱ（21）开设在弧形板（75）上，扭力弹簧ⅰ（81）固定在定位座ⅰ（82）上并与限位孔ⅰ（85）相对应，扭力弹簧ⅱ（79）固定在定位座ⅱ（78）上并与限位孔ⅱ（21）相对应，定位座i82固定在输出座77上，定位座ⅱ78固定在弧形板75上；升挡稳定组件包括扭力弹簧ⅲ（83）、扭力弹簧ⅳ（80）、定位座ⅲ（84）、定位座ⅳ（42）、限位孔ⅳ（41）和开设在输出座（77）上的两个以上的限位孔ⅲ（31），限位孔ⅳ（41）开设在弧形板（75）上，扭力弹簧ⅲ（83）固定在定位座ⅲ（84）上并与限位孔ⅲ（31）相对应，扭力弹簧ⅳ（80）固定在定位座ⅳ（42）上并与限位孔ⅳ（41）相对应，定位座ⅲ84固定在输出座77上，定位座ⅳ42固定在弧形板75上；扭力弹簧ⅰ（81）与扭力弹簧ⅲ（83）安装方向相反，扭力弹簧ⅱ（79）与扭力弹簧ⅳ（80）安装方向相反。
7.根据权利要求4或5所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：还包括与移动杆（46）和弧形板（75）固定的回位板（68），回位板（68）和输出座（77）之间设置有弹簧ⅴ（48）。
8.根据权利要求6所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：还包括与移动杆（46）和弧形板（75）固定的回位板（68），回位板（68）和输出座（77）之间设置有弹簧ⅴ（48）。
9.根据权利要求7所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：回位板（68）套设在支撑轴（51）上，回位板（68）和支撑轴（51）之间设置有滚珠ⅰ（52）。
10.根据权利要求8所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：回位板（68）套设在支撑轴（51）上，回位板（68）和支撑轴（51）之间设置有滚珠ⅰ（52）。
11.根据权利要求4、5、8、9或10所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：轨道板（60）上开设有轨道槽（49），动力块（14）滑动设置在轨道槽（49）内，传动板（47）两侧分别转动固定有滚轮ⅲ（55）和滚轮ⅳ（56），传动板（47）两侧均设置有带导轨槽（45）的导轨（44），滚轮ⅲ（55）和滚轮ⅳ（56）分别滑动设置在相应的导轨槽（45）内。
12.根据权利要求4、5、8、9或10所述的用于无轴自动变速器的棘齿伸缩机构，其特征在于：传动套（29）套设在支撑轴（51）上，传动套（29）和支撑轴（51）之间设置有滚珠ⅱ（32）。
技术总结