МНОГОСКОРОСТНОЙ БЕССТУПЕНЧАТЫЙ ПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК B62M9/08 

Изобретение относится к области велостроения, в частности к конструкции многоскоростного цепного привода, например для туристского велосипеда.

Известна конструкция многоскоростного цепного привода, содержащего набор из трех-пяти ведомых звездочек, переключателя скоростей, рычага с тросом управления, переключателя скоростей и компенсатора длины цепи при переключении [1] Переключатель обычно обеспечивает передаточное отношение в диапазоне 2,7-4,0. Переключатель и цепь работают в жестких условиях динамических нагрузок при переключениях и практически постоянной деформации цепи в плоскости вращения.

Недостаток известной конструкции привода ограниченное число скоростей, определенных числом ведомых звездочек. Увеличение числа ведомых звездочек приводит к значительной деформации цепи, ее ускоренному износу, а также требует частой регулировки переключателя, что характеризует конструкцию как сложную и имеющую низкую надежность. Поэтому надежность таких приводов обратно пропорциональна числу скоростей.

Известна конструкция бесступенчатого привода [2] выбранная в качестве прототипа, содержащая ведущее колесо переменного радиуса и ведомую звездочку, охваченную цепью. На раме установлено устройство натяжения цепи. Ведущее колесо выполняется в виде диска с поворотно установленными в плоскости диска рычагами, на которых расположены звездочки, охваченные цепью, а на других концах рычагов зубчатые колеса. Рычаги подпружинены через зубчатые колеса спиральной пружиной. Звездочки на концах рычагов связаны с ними через обгонные муфты. Привод работает следующим образом. Перед началом поездки велосипедист через устройство регулировки задает удовлетворяющую его нагрузку на педали. Во время поездки при увеличении нагрузки на цепь, последняя заставляет рычаги наклониться. Шестерни рычагов поворачивают барабан привода до тех пор, пока его не остановит сопротивление пружины, тем самым сохраняя нагрузку на педали неизменной. В случае необходимости велосипедист может гайкой зафиксировать определенное положение рычага. При этом привод не будет реагировать на изменение условий езды.

Недостатки известной конструкции: нефиксированное передаточное число, изменяющееся в процессе езды; необходимость настройки привода перед ездой и отсюда ограниченный диапазон изменения передаточного отношения; сложность конструкции привода, наличие обгонных муфт, шестерен, спиральной пружины и червячного регулятора; непостоянство передаточного числа за цикл оборота педалей из-за непостоянства крутящего момента ног при педалировании.

Цель изобретения расширение диапазона фиксируемых скоростей и упрощение конструкции многоскоростного привода.

Указанная цель достигается тем, что привод снабжен ведущим колесом переменного радиуса, обычным компенсатором длины цепи и рычажным механизмом с тросом для подготовки переключения передач, расположенном на руле велосипеда и раме.

Бесступенчатость переключения скоростей достигается за счет возможности велосипедиста изменять радиус ведущего колеса по отношению к постоянному радиусу единственной ведомой звездочки вследствие конструктивных особенностей ведущего колеса, состоящего, например, из шести подвижных зубчатых секторов, перемещающихся относительно корпуса ведущего колеса в пределах от максимально возможного радиуса до минимального радиуса, составляющего, например, 1/2 наружного радиуса, что и обеспечивает изменение передаточного числа привода в пределах 2-4, что сравнимо с характеристиками гоночного велосипеда в части обеспечения повышенной тяги в условиях движения вверх по подъему. Так как цепь привода постоянно находится на зубьях ведущего колеса, то для обеспечения работоспособности конструкции зубья подвижных секторов выполнены, например, в виде шести семизубых круглых звездочек, вращающихся вокруг своих осей в момент переключений и обкатывающихся зубьями по звеньям цепи в процессе увеличения или уменьшения расстояния между осями соседних подвижных секторов. По окончании процесса переключения скоростей после отпускания велосипедистом рычага управления переключением на руле велосипедиста диск с шестью стопорами возвращается под действием пружины в свое исходное положение, зафиксировав зубья звездочек и обеспечив вращение цепи при вращении велосипедистом педалей на выбранной скорости. Переключение скоростей осуществляется в следующей последовательности:
велосипедист рукой нажимает на рычаг управления скоростей при приостановке педалирования. Под действием тросика рычага перемещается втулка со шпилькой, фиксирующая ее от поворота относительно рамы. Второй своей шпилькой втулка фиксирует переключающий диск от проворота относительно рамы, при этом предварительно фиксирующий диск расстопаривается относительно переключающего. Одновременно перемещается стопорный диск и расстопоривает звездочки;
велосипедист вращает педали вперед при необходимости увеличить скорость или назад при необходимости увеличить тягу. Водила подвижных секторов звездочек перемещаются по криволинейным пазам переключающего диска, совершая в то же время радиальное перемещение в пазах ведущего колеса в сторону увеличения его радиуса или уменьшения. Расстопоренный фиксирующий диск повторяет движение водил подвижных секторов;
по окончании переключения велосипедист отпускает pукой рычаг управления переключением скоростей. Под действием пружины втулка со шпилькой расстопоривает от рамы переключающий диск. Под действием пружины перемещается стопорный диск подвижных звездочек и стопорит их. Под действием другой пружины фиксирующий диск со шпилькой входит в зацепление с переключающим диском, при этом фиксируя радиальными пазами водила подвижных секторов в положении установленной скорости, после чего переключающий диск, фиксирующий диск, водило, подвижные сектора с корпусом ведущего колеса и стопорный диск подвижных звездочек вращаются синхронно;
фиксация переключающего диска относительно рамы и фиксирующего диска относительно переключающего в любом производственном их взаимоположении осуществляется тремя коническими с направляющим цилиндром шпильки, входящими цилиндрической частью в три окружных паза переключающего диска немногим более широкими, чем диаметры цилиндрических частей шпилек и на конечном участке сближения фиксируется конической поверхностью шпильки с конической рассверловкой паза диска. Дуговая длина пазов составляет больше четверти оборота, например, 100^о. Количество конических рассверловок по длине дугового паза тем больше, чем больше диаметр паза и чем меньше диаметр шпильки, что соответствует наименьшей погрешности фиксации относительного положения. Передача быстродействующая, требующая для замены перехода через весь диапазон скоростей только нажатия на рычаг управления переключателя, движения вперед или назад педалями в пределах четверти оборота для всего диапазона скоростей и отпускания рычага управления скоростей, вследствие чего цикл переключения во времени, износ деталей и узлов уменьшается, а это повышает безопасность и надежность передачи, чему способствует также простота конструкции предлагаемого привода. Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый многоскоростной привод отличается тем, что диаметр ведущего колеса изменяется путем перемещения радиальных секторов с укрепленными на них звездочками по желанию велосипедиста вследствие движения водил подвижных секторов по криволинейным пазам переключающего диска с последующей фиксацией их положения фиксирующим диском в процессе езды. Таким образом, заявляемый многоскоростной привод соответствует критерию "новизна" При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема привода; на фиг.2 привод, осевой разрез в процессе езды; на фиг.3 то же, в процессе переключения передач; на фиг.4 разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.2.

Привод содержит ведущее колесо 1 переменного радиуса и ведомую звездочку 2, охваченную цепью 3. На раме установлено устройство 4 натяжения цепи и рычаг 5 с тросиком управления переключением скоростей. Ведущее колесо 1 выполнено в виде диска 6 с подвижными в радиальном направлении шестью секторами 7, на концах которых установлены вращающиеся при переключении, например, семизубые звездочки 8. В момент переключения скоростей стопорный диск 9 выводит из зацепления со звездочками 8 стопора 10. При езде звездочки 8 фиксируются стопорами 10, что обеспечивается отжатием диска 11 от диска 6 пружиной 12 и вводом стопоров 10, закрепленных на стопорном диске 9, который жестко связан с диском 11. Подвижные секторы 7 водилами 13 связаны с криволинейными пазами переключающего диска 14, с радиальными пазами фиксирующего диска 15. В процессе езды фиксация диска 15 с диском 14 осуществляется за счет вхождения его шпилек 16 в пазы диска 14 под действием пружины 17. При переключении скоростей фиксация переключающего диска 14 с рамой велосипеда осуществляется через шпильки 18 подвижной втулки 19, входящей в зацепление с пазами диска 14 от перемещения ее рычагом 20 при втягивании тросика 21 в оболочку от нажатия рычага 5. Втулка 19 фиксируется шпилькой 22 от проворота относительно корпуса каретки 23. В процессе езды под действием пружины 24 рычаг 20 возвращает втулки 19 в исходное положение, и шпильки 18 выходят из зацепления с переключающим диском 14, который начинает синхронно вращаться с фиксирующим диском 15, диском 6 ведущего колеса 1 и дисками 11 и 9. Механизм размещен в закрытой коробке 25.

Привод работает следующим образом. При движении велосипедиста (фиг.2) с выбранной скоростью рычаг 5 отпущен, пружиной 24 рычаг 20 прижимает втулку 19 к корпусу каретки 23, шпилька 18 не входит в зацепление с пазом переключающего диска 14.Фиксирующий диск 15 под действием пружины 17 через шпильки 16 жестко связан с диском 15 и своими радиальными пазами фиксирует от окружного перемещения водила 13 по криволинейным пазам диска 14, чем обеспечивается фиксация выбранной скорости. Одновременно под действием пружины 12 диск 11 отжимается от ведущего колеса 6 и связанный жестко с ним стопорный диск 9 стопором 10 фиксирует от вращения звездочки 8, обеспечивая через цепь 3 на выбранном велосипедистом радиусе ведущего колеса 1 крутящего момента от педалирования на ведомую звездочку 2.

При переключении скоростей велосипедист нажимает на рычаг 5, тросик 21 поворачивает рычаг 20 и перемещает втулку 19 с фиксирующим диском 15, в свою очередь он перемещает диск 11 и жестко связанный с ним стопорный диск 9. Происходит вывод шпильки 16 из зафиксированного водилами 13 переключающего диска 14 и вывод стопоров 10 из зацепления со звездочками 8, после чего шпилька 18 подвижной втулки 19 фиксирует переключающий диск относительно рамы. Механизм подготовлен для переключения скоростей. Велосипедист ногами совершает вращательное движение педалями вперед при желании увеличить скорость на прямом участке дороги или назад при желании увеличить тягу при движении на подъем. Весь диапазон скоростей перекрывается вращением педалей на четверть оборота. При переключении скоростей момент от движения ног передается на ведущее колесо 6, его подвижные сектора 7 и водила 13, концы которых под действием этого момента перемещаются в криволинейных пазах переключающего диска 14, при этом они совершают движение, поворачивая фиксирующий диск. Радиальная составляющая этого движения через другой конец водила 13 перемещает подвижный сектор 7 в пазу диска 6, изменяя радиус ведущего колеса. Звездочки 8 вращаются против часовой стрелки при увеличении радиуса колеса и по часовой стрелке при его уменьшении. При отпускании велосипедистом рычага 5 под действием пружины 24 рычаг 20 возвращает втулку 19 в исходное положение. Под действием пружины 17 фиксирующий диск 15 через шпильки 16 фиксируется с переключающим диском 14. При этом фиксирующий диск 15 своими радиальными пазами фиксирует водила 13 от окружного перемещения по криволинейным пазам переключающего диска 14, чем обеспечивается фиксация вновь выбранной скорости. Одновременно под действием пружины 12 диск 11 отжимается от ведущего колеса 6 и связанный жестко с ним стопорный диск 9 стопорами 10 фиксирует от вращения звездочки 8. Шпилька 18 подвижной втулки 19 выходит из зацепления с пазами переключающего диска 14, и далее он вращается синхронно с дисками 15, 11, 6 и 9, обеспечивая выбранную велосипедистом скорость.

Использование многоскоростной бесступенчатой передачи с переключением скоростей ногами обеспечивает надежность и простоту конструкции, дает велосипедисту возможность выбора нужной скорости и переключения ее быстрым движением ног в пределах не более четверти оборота, а также фиксации выбранной скорости и исключает по сравнению с прототипом сложные в изготовлении шестерни, обгонные муфты для фиксации от вращения при педалировании подвижных звездочек, спиральную пружину и червячный механизм регулировки индивидуальной нагрузки. Диапазон передаточных отношений 2-4, быстродействие передачи и простота конструкции обеспечивают высокие эксплуатационные качества, в том числе повышает безопасность и комфортабельность езды, т.к. передача ввиду ее быстродействия обеспечивает минимальное отвлечение велосипедиста от дорожной обстановки.

Использование: в конструкции многоскоростного цепного привода, например для туристского велосипеда. Многоскоростной бесступенчатый привод транспортного средства содержит ведущее колесо переменного радиуса, ведомую звездочку, охватываемую цепью, укрепленное на раме устройство натяжения цепи и укрепленный на руле рычаг управления переключением скоростей. Новыми в передаче являются ведущее колесо переменного радиуса, состоящее из подвижных в радиальном направлении секторов с закрепленными на их концах круглыми звездочками, охватываемыми цепью и зафиксированными от вращения стопорами при педалировании в процессе движения и подвижными относительно осей в момент переключения скоростей, что обеспечивает передаточное отношение в пределах 2-4. В передачу введены переключающий диск с криволинейными пазами дуговой длиной в четверть оборота ведущего колеса и входящие в них водила подвижных секторов ведущего колеса, фиксируемые от окружного перемещения относительно пазов при педалировании радиальными пазами введенного фиксирующего диска, имеющего свободу перемещения относительно криволинейных пазов переключающего диска в процессе переключения скоростей. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. МНОГОСКОРОСТНОЙ БЕССТУПЕНЧАТЫЙ ПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, преимущественно велосипеда, содержащий ведущее колесо переменного радиуса и ведомую звездочку, охваченную цепь, имеющей устройство ее натяжения, при этом ведущее колесо переменного радиуса представляет собой размещенный на педальном валу и жестко связанный с ним диск со свободно установленными на оси звездочками, охваченными цепью, отличающееся тем, что ведущее колесо выполнено составным в виде подвижных в радиальном направлении диска секторов с закрепленными на них звездочками, жестко соединенными со стопорным диском фиксаторов звездочек подвижных секторов, переключающего диска, соединенного водилами с подвижными секторами, фиксирующего диска, расположенного между переключающим диском и подвижными секторами, устройства фиксации переключающего диска с рамой и фиксирующим диском. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что звездочки подвижных секторов выполнены с возможностью свободного вращения в обоих направлениях при переключении скоростей и фиксации стопорами, жестко закрепленными на стопорном диске. 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что переключающий диск выполнен с криволинейными пазами и закрепленными в них водилами, соединенными с подвижными секторами ведущего колеса и стопорного диска. 4. Привод по п.1, отличающийся тем, что фиксирующий диск имеет радиальные пазы, в которых расположены водила и жестко закрепленные на нем фиксирующие шпильки. 5. Привод по п.1, отличающийся тем, что фиксирующее устройство переключающего диска выполнено в виде кольцевых пазов по обоим торцам с последовательно расположенными по пазу коническими расточками, входящими в коническую поверхность шпильки рамы или переключающего диска при его фиксации.