ПЕРЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА ВЕЛОСИПЕДА Российский патент 1996 года по МПК B62M9/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, в частности в велосипедах, велотренажерах и других подобных устройствах.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является передача для велосипеда, содержащая ведущую овальную звездочку, соединенную с шатунами педалей при помощи промежуточного устройства, позволяющего регулировать угловое положение между осями овальной звездочки и линией шатунов в пределах ±40^o и, следовательно, подстpаивать передачу в соответствии со вкусом и желаниями велосипедиста.

Ведущая овальная звездочка может быть установлена эксцентрично по отношению к оси педалей, что позволяет регулировать нагрузку между левой и правой ногами велосипедиста. Фиксация шатунов относительно овальной звездочки осуществляется при помощи болтов и шайб с эксцентрическими отверстиями (патент Франции N 2371906, кл. 5 B 62 M 3/46, 1979).

Недостатками такой передачи являются:
ограниченность области изменения передаточного числа (в пределах ± 40^o);
невозможность оперативного изменения передаточного числа;
компенсация удлинения цепи требует дополнительного устройства (например, суппера) и, следовательно, не позволяет использовать данную передачу для дорожных велосипедов с ножным тормозом.

Цель изобретения повышение надежности передачи и удобства в эксплуатации.

Для этого в передаче для велосипеда, содержащей ведомую звездочку, ведущую звездочку переменного диаметра, связанную с педалями, шатуны с педалями, цепь, обхватывающую ведомую и ведущую звездочки, и элементы переключения передачи, механизм переключения выполнен в виде муфты, размещенной на шатуне. Муфта может быть выполнена в виде подпружиненного пальца, а в ведущей звездочке выполнены по окружности отверстия для фиксации указанного пальца.

Для компенсации удлинения цепи во всех положениях шатунов педалей ведомая звездочка имеет число зубьев, равное половине числа зубьев ведущей звездочки, и выполнена с эксцентриситетом, равным половине максимального удлинения цепи.

На фиг.1 представлена переменная передача для велосипеда; на фиг.2 - кинематическая схема для расчета максимального удлинения цепи; на фиг.3 - график локальных передаточных чисел передачи для велосипеда в зависимости от углового положения ведущей звездочки; на фиг.4 кинематическая схема компенсации удлинения цепи при помощи паразитной звездочки с половинным числом зубьев, установленной с эксцентриситетом; на фиг.5 конструкция муфты.

Передача для велосипеда (фиг. 3) содержит бесконечную цепь 1, ведомую звездочку 2, овальную (эллиптическую) ведущую звездочку 3, педали 4, шатуны 5, ось 6 педалей, ось 7 втулки ведущего колеса и муфту 8.

Передача для велосипеда работает следующим образом.

Сила F, действующая на педаль 4, создает через шатун 5 вращающий момент на оси 6 педалей, который передается через муфту 8 на овальную ведущую звездочку 3, создающую натяжение бесконечной цепи 1, передающей усилие на ведомую звездочку 2, расположенную на оси 7 втулки ведущего колеса велосипеда, что в конечном счете вызывает движение велосипеда.

Диапазон локальных передаточных чисел (i) передачи велосипеда лежит в пределах от 2r/d до 2R/d (фиг.2). Реально передаточное число ощущается велосипедистом в течение рабочего (с усилием) хода педали 4, поэтому переключение передач можно осуществлять изменением ориентации овала ведущей звездочки 3 относительно шатунов 5 с помощью муфты 8.

Реальное передаточное число (фиг.3) будет получаться как среднее в течение рабочего хода педалей, так для положения А (взаимное расположение овала ведущей звездочки и шатунов педалей изображено рядом) среднее передаточное число большое, а для положения В малое (заштрихованные прямоугольники с буквами "л" и "п" на фиг.3 обозначают рабочих ход левой и правой педалей соответственно). Кроме того, для положения А передаваемое на цепь тяговое усилие оказывается более равномерным, чем для обычной круглой ведущей звездочки, и, следовательно, это даст увеличение скорости, что важно для гоночных велосипедов. Таким образом, возможно применение предложенной передачи и без муфты 8.

Овальность ведущей звездочки приводит к необходимости иметь запас длины (удлинение) бесконечной цепи 1, который можно приближенно определить для симметричного овала (эллипса) по формуле, непосредственно следующей на фиг.2:

где: l расстояние между осями педалей и заднего колеса;
d диаметр звездочки заднего колеса;
r малая полуось эллипса ведущей звездочки;
R большая полуось эллипса ведущей звездочки.

Например, для эллиптической ведущей звездочки со стандартным для дорожного велосипеда количеством в 48 зубьев с выбранным соотношением R/r 1,5 имеем следующие исходные данные: R 11,5 см, r 7,7 см, d 6 см, l 50 см, тогда.

Очевидно, что для малых овальностей, т.е. когда удлинение цепи не превышает 2 3 мм, его не требует компенсировать. Большие удлинения (свыше 3 мм) необходимо компенсировать, что может осуществляться:
на гоночных велосипедах (например, типа "Спутник") компенсатором натяжения цепи будет являться натяжной ролик механизма переключения скоростей;
на велосипедах с ножным тормозом (дорожных и др.) компенсатором натяжения цепи может служить круглая (овальная) звездочка заднего колеса с количеством зубьев равным ровно половине числа зубьев ведущей звездочки и установленной с эксцентриситетом, равным половине максимального удлинения цепи, например, для упомянутой эллиптической ведущей звездочки 48 зубьями, звездочка заднего колеса (круглая) с 24 зубьями, установленная на оси заднего колеса с эксцентриситетом 4 мм, компенсирует удлинение цепи до величины 1 мм (измерения с шагом 15^o поворота ведущей звездочки проведены на модели передачи в натуральную величину);
на велосипедах с ножным тормозом (дорожных и др.) при обеспечении произвольного передаточного числа компенсатором натяжения цепи может служить дополнительная круглая (овальная) паразитная звездочка 9 (фиг.4) с количеством зубьев равным ровно половине количества зубьев ведущей звездочки 3, установленная с соответствующим эксцентриситетом вблизи звездочки заднего колеса. Проверка проведена на аналогичной модели в натуральную величину и дала такой же результат.

Конструктивно муфта 8 может быть выполнена различными способами. Одна из возможных конструкций муфты представлена на фиг.5. Муфта состоит из пальца 10, пружины 11, шплинта 12. Палец 10 установлен в приливе шатуна 5 правой педали, пружина 11 удерживает палец в левом крайнем положении, шплинг 12 фиксирует пружина 11. Ведущая звездочка 3 установлена на оси 6 педалей и имеет, например, 16 отверстий, расположенных по окружности на одинаковых расстояниях. Муфта работает следующим образом: при необходимости изменения положения ведущей звездочки 6 относительно шатунов 5 педалей необходимо оттянуть в сторону палец 10 муфты 8 и освободить ведущую звездочку 6, провернуть шатуны 5 педалей на нужный угол и отпустить палец 10 муфты 8, палец 10 фиксируется в соответствующем новом отверстии звездочки 3 и передача с новым средним передаточным числом готова к работе.

Использование: изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в велосипедах, велотренажерах. Сущность изобретения: повышение надежности и удобства в эксплуатации. Для достижения цели механизм переключения выполнен в виде муфты 8, расположенной на шатуне 5, а ведомая звездочка 2 имеет число зубьев равное половине числа зубьев ведущей звездочки 3 и выполнена с эксцентриситетом равным половине максимального удлинения цепи. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Переменная передача велосипеда, содержащая ведомую звездочку, ведущую звездочку переменного диаметра, связанную с педалями, шатуны с педалями, цепь, охватывающую ведомую и ведущую звездочки и элементы переключения передачи, отличающаяся тем, что механизм переключения выполнен в виде муфты, размещенной на шатуне. 2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что муфта выполнена в виде подпружиненного пальца, а в ведущей звездочке выполнены по окружности отверстия для взаимодействия с указанным пальцем. 3. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что ведомая звездочка имеет число зубьев, равное половине числа зубьев ведущей звездочки, и выполнена с эксцентриситетом, равным половине максимального удлинения цепи.