ПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК B62M1/04 

Изобретение относится к приводу транспортных средств, преимущественно к велосипедам, веломобилям и другим транспортным средствам, приводимым мускульной силой.

Известен привод транспортного средства, приводимый в движение мускульной силой, выполненный в виде четырехвалентного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма, содержащий раму, колесо, педали, кривошип, шатун, коромысло, передающего возвратно-поворотные усилия на колесо.

Недостатки известного привода низкий КПД по причине несоответствия параметров четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма оптимальным, отсутствие возможности быстрой езды на транспортном средстве с применением известной конструкции ввиду отсутствия ведущей и ведомой передачи, отсутствие возможности передачи сил вдоль шатуна.

Цель изобретения повышение эффективности (увеличение КПД) приводов транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой, а также расширение функциональных возможностей приводов транспортных средств, содержащих четырехзвенники с педалями.

Цель изобретения достигается выполнением длины шатуна и коромысла больше в 1,1-3,0 длины кривошипа, а расстояния от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа в 1,1-3,5 раз больше длины кривошипа. Расширение функциональных возможностей привода достигается выполнением привода с возможностью жесткой связи кривошипа с ведущим звеном передачи внутреннего зацепления, кинематически связанной через ведущую передачу с колесом, а также выполнением шарнирного четырехзвенника с возможностью передачи мускульных сил вдоль шатуна.

Повышение КПД при передаче сил F, направленных вдоль шатуна, на вращательное движение кривошипа характеризуется увеличением момента М на оси вращения кривошипа и определяется углом давления ϕ:
M=Σ F·r·cosϕ где: М сумма моментов на оси кривошипа,
F сила, действующая вдоль шатуна,
r длина кривошипа,
ϕ угол давления. После преобразований и сложного вывода формула момента примет выражениe
i(е
при F 1, где λ относительная величина шатуна,
P относительная величина коромысла,
δ относительная величина рас-
стояния от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа,
Ψ угол поворота кривошипа от верхнего положения до нижнего положения педали. В случае предлагаемой конструкции привода транспортного средства характер величины момента М имеет нелинейные формы (фиг. 2) и при постоянном значении силы F зависит только от относительных размеров шарнирного четырехзвенника.

Доказательство повышенного КПД, предложенного устройства. (Артоболевский А. А. Теория механизмов и машин. М. Наука, 1975, с. 318, формула 14.13):
η=1
где А_Т работа непроизводственных сопротивлений,
А_D работа движущих сил. А_Т для прототипа и предложенного приводов можем принять одинаковой.

А_D=N_D ˙t, где N_D мощность,
t время (в общем случае N_D): в то же время N_D=M ˙ω, где: М момент известного привода, ω угловая скорость. При обозначении М_п момент предложенного привода из области показанной на фиг. 2, работа движущих сил привода равна: А_Dп=М_п˙ ω˙t; при обозначении
η КПД прототипа (или известного четырехзвенника),
η_п КПД предложенного привода повышенных моментов и сравнении выражений КПД:
η= 1 и η_п=1 Учитывая что значение ω для известной конструкции и предложенного привода одинаковы, тогда:
> где: М_п>М; η_п>η и на основании вышеизложенного можно утверждать о повышении КПД в предложенном приводе.

Доказательство предельных значений относительных параметров предложенного привода приведено на фиг. 2. Исходя из вывода λ P Р, длина шатуна и коромысла принятa больше 1,1 длины кривошипа, так как меньше этой величины кривошип не проворачивается, т. е. не выполняется существование четырехзвенника с проворачиваемым кривошипом. Величины шатуна и коромысла более 3,0 значений кривошипа невозможны ввиду предельных перемещений двигательных органов велосипедиста. Предельные значения расстояния от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа больше 3,5 значений кривошипа невозможны, так как при δ больше 3,5 не обеспечивается повышение моментов на оси кривошипа и повышение КПД привода транспортного средства. Меньшее значение δ, чем 1,1, неприемлемо ввиду заклинивания четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма при обратном (возвратном) ходе педали. Использование четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма с повышенными значениями КПД возможно только при выполнении его с возможностью передачи мускульных сил велосипедиста вдоль шатуна. Расширение функциональных возможностей привода по сравнению с известным обеспечивается тем, что кривошип жестко связан с ведущей передачей внутреннего зацепления, передающей вращение на ведомую (звездочку) передачу, которая жестко или через обгонную муфту связана с колесом. М_о=114,6 при F=1, это значения единичного момента, который обеспечивают все механизмы кривошипно-шатунный, кривошипный и др. На фиг. 2 показано расчетное поле параметров четырехзвенника при воздействии сил, направленных вдоль шатуна.

На фиг. 1 представлен предлагаемый привод транспортного средства.

Привод содержит раму 1, колесо 2, педали 3, кривошип 4,шатун 5, коромысло 6, ведущее звено 7 передачи, ведомое звено 8 передачи, ось 9 вращения колеса и ведомой передачи.

На фиг. 2 представлена зависимость единичного момента от параметров четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма при действии сил вдоль шатуна; на фиг. 3 возможный вариант исполнения конструкции соединения ведущей и ведомой передач с рамой и колесом.

Привод транспортного средства имеет четырехзвенный шарнирный кривошипно-коромысловый механизм на обе ноги велосипедиста, содержащий шатун 5, кривошип 4, коромысло 6 и педали 3, шарнирно связанные с рамой 1. Одновременно кривошип жестко связан с ведущим 7 звеном передачи, передающим вращательное движение ведомому звену 8 передачи, вращающемуся на оси 9, как и колесо 2, на подшипниках 13. Ведомая передача связана с колесом через обгонную муфту 10. Крепление колеса к раме осуществляется с помощью ступицы 11 посредством гайки 12. Четырехзвенник размещен на раме с возможностью передачи сил вдоль шатуна.

Велосипедист попеременно нажимает на педали привода транспортного средства, которые, совершая возвратно-поворотные перемещения, передают усилия вдоль шатуна на кривошип. Вращательное движение кривошипа через ведущую и ведомую передачи передаются на колесо посредством обгонной муфты.

Возможность передачи мускульных сил вдоль шатуна четырехзвенного шарнирного кривошипно-коромыслового механизма и выполнение длины шатуна и коромысла больше в 1,1-3,0 длины кривошипа, а расстояния от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа в 1,1-3,5 больше длины кривошипа, жестко связанного с ведущей передачей внутреннего зацепления, сообщающей вращение через ведомую передачу на колесо, обеспечивают повышение КПД и расширение функциональных возможностей привода транспортного средства.

Использование: в приводах мускульных транспортных средств. Сущность изобретения: привод содержит четырехзвенный шарнирный кривошипно - шатунный механизм, который выполнен с возможностью передачи сил вдоль шатуна. Длина шатуна и коромысла больше в 1,1 - 3,0 длины кривошипа. Расстояние от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа в 1,1 - 3,5 больше длины кривошипа, жестко связанного с ведущей передачей внутреннего зацепления, сообщающей вращение через ведомую передачу на колесе. 3 ил.

ПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащий четырехзвенный шарнирный кривошипно-коромысловый механизм, установленный на раме транспортного средства, отличающийся тем, что длина шатуна и коромысла больше в 1,1 3,0 раза длины кривошипа, а расстояние от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа больше в 1,1 3,5 раза длины кривошипа, жестко связанного с ведущей передачей внутреннего зацепления, при этом четырехзвенник выполнен с возможностью передачи сил вдоль шатуна с параметрами следующего соотношения:
M_o(λ, ρ, δ) = const,
где M момент на оси кривошипа;
λ относительная величина шатуна;
r относительная величина коромысла;
d относительная величина расстояния от оси соединения коромысла с рамой до центра вращения кривошипа.