ПЕДАЛЬНЫЙ ПРИВОД ВЕЛОТЕХНИКИ Российский патент 1994 года по МПК B62M3/04 

Изобретение относится к велотехнике и может применяться на велосипедах, веломобилях, велотренажерах.

Известна конструкция педального привода велотехники, представляющая собой рычаг, один конец которого соединен с валом ведущей звездочки, а другой - с педалью. В ряде известных конструкций педального привода обеспечивают увеличение крутящего момента на ведущем колесе путем изменения длины рычага. Например, в конструкции [1] , позволяющей предварительно перед началом движения регулировать длину рычага, рычаг выполнен составным, где одна часть соединена с валом каретки, другая - с педалью. В удлинителе рычага выполнено несколько отверстий, что дает возможность устанавливать несколько фиксированных положений звеньев и соответственно длин рычага.

Наиболее близким к изобретению является конструкция, в которой длина рычага привода изменяется автоматически в зависимости от положения педали и направления действия силы на педали [2] . В этом приводе имеется основной длинный рычаг, передающий крутящий момент на вал каретки, и дополнительный короткий крутящий момент, несущий педаль. На конце основного рычага сделана выемка, в которую вставлен подшипник для связи с коротким рычагом.

Под действием усилия ноги короткий рычаг устанавливается в наружную сторону от оси педального механизма, тем самым увеличивая плечо приложения сил к нему. В режиме холостого хода этот рычаг занимает положение в сторону оси педального привода. Соотношение длин рычагов примерно 1: 10, это определяет незначительную величину приращения крутящего момента. Кроме того, в этой конструкции увеличение плеча действия приводной силы не пропорционально величине этой силы, что ограничивает приспосабливаемость тяговых свойств велотехники к дорожным условиям.

В известном педальном приводе в виде шарнирно сочлененных двух рычагов с педалью на конце одного из них (ведущего) применен упругий элемент связи рычагов, причем рычаги равной длины и в исходном положении располагаются в плоскости вращения перпендикулярно друг другу, а при силовом воздействии на педаль угол между ними может увеличиваться и достигать 180^о. Исходное и конечное взаимное расположение рычагов предопределяется наличием специальных ограничителей относительно положения рычагов. Упругий элемент обеспечивает изменение расстояния между осью вала ведущей звездочки (вала каретки) пропорционально приложенной к педали силе, а это приводит к пропорциональному увеличению плеча действия этой силы.

Поскольку крутящий момент на валу каретки равен произведению приводной силы на плечо действия этой силы, то данная конструкция при изменении (например, при увеличении) приводной силы обеспечивает изменение (например, увеличение) крутящего момента не по линейной, а по квадратичной зависимости от этой силы. Это облегчает преодоление и изменяющихся сил сопротивления движению велотехники. Применение рычагов равной длины, расположенных в исходном положении в плоскости вращения перпендикулярно друг другу, обеспечивает максимальное изменение плеча действия приводной силы, которое может увеличиться в 20,5 раз.

На фиг. 1 показан вариант конструкции данного педального привода с цилиндрической пружиной; на фиг. 2 - привод со спиральной пружиной; на фиг. 3 - привод с парой кулачок-упругая консоль; на фиг. 4 - графики изменения параметров рабочего процесса привода в зависимости от угла поворота вала каретки; на фиг. 5 - графики изменения параметров в функции от величины приводной силы.

Предлагаемый привод состоит (фиг. 1) из ведущего рычага 1, на котором закреплена педаль 2, ведомого рычага 3, соединенного с валом 4 каретки, цилиндрической пружины 5, размещенной в кольцевой канавке шарнирного соединения рычагов 1 и 3, крышки 6, втулки 7, шайб 8 скольжения и винта 9.

Кольцевая канавка образована поверхностями специальной выемки в расширенном конце ведущего рычага, головки ведомого рычага и крышки. Пружина 5 опирается одним концом на выступ 10 головки рычага 3, а другим - на выступ 11 в выемке рычага, являющийся одновременно ограничителем "складывания" рычагов 1 и 3. Выступ 12 ограничивает относительный поворот рычагов при раскладывании.

Вместо цилиндрической пружины в устройстве может быть применен иной упругий элемент: спиральная пружина, торсион, пара кулачок-упругая консоль гибкий рычаг и др.

Например, привод со спиральной пружиной имеет спиральную пружину 13, закрепленную наружным концом в пазу соединительной головки 14 ведущего рычага, а внутренним - в пазу центрального выступа 15 корпуса 16 шарнира, соединенного с ведомым рычагом 3. В корпусе 16 выполнена прорезь 17 для обеспечения поворота рычага относительно рычага 3. Прорезь 17 выполнена между ограничителем 18 исходного положения рычага 1 и ограничителем 19 максимального хода.

Привод с парой кулачок-упругая консоль (фиг. 3) содержит ось 20 соединительного шарнира, кулачок 21 с роликом 22, закрепленные на рычаге 1, и упругую консоль 23, правый (на чертеже), конец которой жестко связан с рычагом 3, а левый свободен в исходном положении (фиг. 3а).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сила, приложенная к педали 2 в тяговом режиме, создает крутящий момент на валу 4 каретки (вращение против часовой стрелки). Составляющая приложенного усилия, параллельная продольной оси рычага 3, обуславливает появление крутящего момента, являющегося частью общего момента на валу 4, на рычаге 1 относительно оси шарнирного соединения рычагов 1 и 3. Этот частный момент передается дна рычаг 3 за счет силы, действующей через выступ 11, пружину 5, которая при этом деформируется, и выступ 10 на головке рычага 3. Сжатие пружины приводит к повороту (на фиг. 1 против часовой стрелки) рычага 1 относительно рычага 3. Расстояние между осью педали 2 и осью вала 4 каретки увеличивается, обеспечивая возрастание плеча действия приводной силы и дополнительное приращение крутящего момента на валу 4. Причем, чем больше приводная сила, тем больше и плечо ее действия. Максимальная деформация пружины 5 ограничивается перемещением выступа 12 до соприкосновения с рычагом 13. Втулка 7 и шайба 8 выполняют роль подшипников скольжения, уменьшая трение и износ сопряженных поверхностей головок рычагов этом шарнире.

При уменьшении усилия, действующего на пружину 5, она восстанавливает первоначальное относительное положение рычагов, обеспечивая при прохождении педалью нижней мертвой точки наименьшее расстояние от оси педали до оси вала каретки. При осуществлении реверса (в тормозном режиме) выступ 11 препятствует складыванию рычагов, обеспечивая передачу на вал 4 тормозного момента, при этом пружина 5 не участвует в передаче приводных сил.

В приводе со спиральной пружиной (фиг. 2) при воздействии усилия ноги на педаль 2 происходит поворот рычага 1 относительно рычага 3 в пределах углового размера прорези 17 корпуса 16 соединительного шарнира. Плечо действия приложенного усилия, определяемое расстоянием от оси педали 2 до оси вала 4 каретки, увеличивается. Пружина 13 закручивается и создает реактивный момент, обеспечивающий возврат рычага 1 в исходное положение при уменьшении усилия.

В приводе с парой кулачок-упругая консоль (фиг. 3) воздействие усилия F_n на педаль приводит к повороту рычага 1 с кулачком 21 относительно рычага 3. Ролик 22 кулачка воздействует на свободный конец упругой консоли 23, которая изгибается, создавая реактивный момент на рычаге 1. Раскладывание рычагов 1 и 3 увеличивает плечо действия приводного усилия относительно оси вала 4.

Расчеты показывают, что если предположить изменение приводной силы F_n на педали от угла ϕ поворота вала каретки (рычаг 3) по кусочно-линейному закону (фиг. 2, кривая 24, где угол ϕ отсчитывается от положения рычага 3, соответствующего положению педали в верхней мертвой точке), то изменение расстояния R от оси педали до оси вала каретки будет характеризоваться зависимостью от угла ϕ , представленной графиком 25, где х= R/R_о; R_о - расстояние R при отсутствии силового воздействия на привод. Величина х увеличивается от 1 до 1,4. Соответственно возрастает крутящий момент на валу (график 26).

Кривая 27 характеризует изменение крутящего момента для привода, имеющего "жесткий" рычаг, длина которого равна при прочих равных условиях. Приведенные количественные оценки получены при следующих значениях: жесткость пружины 3750 Н/м; расстояние от оси пружины до оси шарнира 0,066 м; начальное расстояние от оси педали от оси вала 0,18 м; длина рычагов 0,128 м.

На фиг. 5 представлено сравнение максимальных крутящих моментов, создаваемых с помощью предлагаемого привода (график 28) и жестко однорычажного (график 29) в зависимости от максимальной силы на педали. Это свидетельствует о том, что предлагаемый привод обеспечивает больший крутящий момент, который плавно возрастает по квадратичной зависимости от приводной силы. Если представить предлагаемый педальный привод как механизм с бесступенчатым изменением передаточного числа, то диапазон изменения передаточного числа варьируется по зависимости от максимального усилия, показанной на графике 30. Максимальное его значение равно 1,4.

(56) Патент США N 14850245, кл. G 05 G 1/14, 1989.

Заявка Франции N 2623769, кл. В 62 М 3/04, 1989.

Использование: изобретение относится к велотехнике и может применяться на велосипедах, веломобилях, велотренажерах. Сущность изобретения: привод содержит педаль 2, два рычага равной длины, соединенных одними концами с помощью цилиндрического шарнира, а также упругий элемент 5 связи рычагов и ограничители 11 и 12 относительного положения рычагов. В исходном положении рычаги расположены перпендикулярно друг другу в плоскости их вращения. Второй конец ведущего рычага 1 связан с педалью, а второй конец ведомого рычага 3 - с валом 4 каретки. При нажатии на педаль ведущий рычаг поворачивается относительно ведомого на угол в пределах от 0 до 90. Величина плеча действия приводной силы пропорциональна этой силе, следовательно крутящий момент на валу пропорционален квадрату силы, что улучшает приспосабливаемость тяговых свойств велотехники к дорожным условиям. Упругий элемент может быть применен следующих видов: цилиндрическая пружина, спиральная пружина, пара упругая консоль - кулачок, торсион, листовая рессора. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ПЕДАЛЬНЫЙ ПРИВОД ВЕЛОТЕХНИКИ, состоящий из педали и двух рычагов, соединенных одними концами с помощью цилиндрического шарнира, один из рычагов свободным концом соединен с валом каретки и ведущей звездочкой, а свободный конец другого рычага - с осью педали, отличающийся тем, что он снабжен упругим элементом связи рычагов и ограничителями относительного положения рычагов, при этом рычаги выполнены равной длины и в исходном положении расположены перпендикулярно друг другу в плоскости их вращения. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде упругой консоли. 3. Привод по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде спиральной пружины. 4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде упругой консоли, размещенной на ведомом рычаге, свободный конец которой установлен с возможностью взаимодействия с кулачком, закрепленным на соединительной головке ведущего рычага. 5. Привод по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде торсиона. 6. Привод по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде листовой рессоры.