ОДНОКОЛЕЙНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 1997 года по МПК B62M7/02 B62K11/14 

Изобретение относится к велотехнике, в частности, к конструкциям привода ведущих колес мотоцикла и системам управления поворотом этих колес.

Известно одноколейное транспортное средство, содержащее одно управляемое переднее ведущее колесо с цепным приводом от силовой передачи, установленное в консоли горизонтальным шарниром связанной с рамой, и рулевое управление поворотом этого колеса, включающее в себя расположенный в зоне переднего колеса руль, своим валом связанный с консолью, в которой смонтировано колесо (см. патент США N 4702340, кл. В 62 М 7/02, 180^oC224, 1987).

Данный мотоцикл имеет также приводное заднее колесо, вращение которого осуществляется от цепной передачи, идентичной передаче переднего колеса. Выполнение всех колес приводными повышает проходимость такого мотоцикла и позволяет его использовать в сложных дорожных условиях.

Недостатком такого мотоцикла является сложная кинематическая схема привода колес и их конструкция, а также передача мощности от силовой передачи на переднее колесо. Ввиду того, что в этом мотоцикле сохранена традиционная схема поворота переднего колеса за счет разворота передней вилки, использована карданная передача с шарниром в зоне передней вилки, относительно которого и происходит разворот передней вилки. Конструкция механизма поворота выполнена простой, а передача мощности к переднему колесу крайне сложной, компоновочно неудобной, требующей введения угловых конических передач, что не только усложняет конструкцию механизма в целом, но и существенно увеличивает его вес. При этом узлы мотоцикла не унифицированы, что говорит о низкой ремонтопригодности.

Следует также отметить, что в условиях бездорожья требуется повышенная маневренность. Это же требование предъявляется и к мотоциклам спортивного цикла. Различие схем установки переднего и заднего колес не позволяет выполнить рулевое управление для поворота обоих колес.

Настоящим изобретением решается задача создания мотоцикла повышенной проходимости с унифицированными схемами колесных узлов и универсальной системы управления колесами. Достигаемый при этом технический эффект выражается в повышении эксплуатационных свойств за счет возможности создания разных модификаций мотоциклов, в удобстве использования и ремонта, упрощении схемы и повышении надежности.

Указанный технический эффект достигается тем, что в одноколесном транспортном средстве, содержащем, по крайней мере, одно ведущее колесо с сцепным приводом от силовой передачи, установленное в консоли, шарнирно связанной с остовом одноколесного транспортного средства, и рулевое управление поворотом этого колеса, включающее в себя расположенный в зоне переднего колеса руль, кинематически связанный со своим валом с управляемым ведущим колесом, консоль связана с остовом одноколесного транспортного средства вертикальным шарниром, ось которого совмещена с осью вращения выходного вала силовой передачи или ведущей звездочки одной из ступеней цепной передачи, ведомая звездочка которой смонтирована на одном валу карданного шарнира равных угловых скоростей, другой вал которого связан со ступицей колеса, при этом указанный карданный шарнир размещен в поворотном кулаке с поворотным шкворневым узлом, одна корпусная часть которого жестко связана с консолью, а другая выполнена с сошкой, при этом рулевое управление включает в себя связанное с валом руля коромысло, установленное с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном продольной плоскости одноколейного транспортного средства, один конец которого шарнирно связан с одним концом имеющей возможность поворота вокруг своей оси П-образной тяги, другой конец которой шарнирно связан через штангу с сошкой поворотного кулака, причем П-образная тяга выполнена изменяемой длины или постоянной длины с расположением центра шарнира связи коромысла с П-образной тягой на оси шарнира связи консоли с остовом.

При этом ось поворотного шкворневого узла расположена в центральной плоскости консоли и продольной плоскости одноколейного транспортного средства.

Для управления поворота обоих ведущих колец, второе из которых по конструкции повторяет первое, рулевое управление дополнительно включает в себя расположенную вдоль остова одноколейного транспортного средства дополнительную П-образную тягу, концы которой шарнирно связаны с коромыслом и через поперечную штангу с П-образной тягой второго ведущего колеса для обеспечения разворота колес в противоположных относительно продольной плоскости одноколейного транспортного средства направлениях.

Целесообразно, чтобы дополнительная П-образная тяга была связана с коромыслом через муфту разъединения этой связи и фиксации этой тяги от угловых перемещений. Это позволяет выключать системы поворота заднего колеса, обеспечивая фиксированное положение этого колеса относительно продольной плоскости мотоцикла.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой неразрывной совокупности существенных признаков, однозначно характеризующих заявленное предложение и возможность достижения указанного технического эффекта.

Выполнение рулевого управления для каждого колеса связано с конструкцией колесного узла и установкой консоли на остове одноколейного транспортного средства. Выполнение связи консоли с остовом через вертикальный шарнир позволяет смонтировать на консоли поворотный кулак, положение частей которого однозначно определено, что позволяет использовать консоль в качестве базы для тяг. При этом облегчен монтаж тяг на консоли и связей с сошкой поворотного кулака. Увязка осей шарниров или выполнение П-образной тяги измеряемой длины определены положением тяг относительно консоли и остова.

Выполнение переднего и заднего колесных узлов унифицированными и одинаковыми по исполнению позволяет использовать механизм поворота одного колеса для другого при выполнении модификации мотоцикла со всеми управляемыми колесами.

Настоящее изобретение иллюстрируется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанного технического эффекта изложенный совокупности существенных признаков.

На фиг. 1 общий вид мотоцикла; на фиг. 2 привод ведущего колеса; на фиг. 3 кинематическая схема рулевого управления для мотоцикла со всеми управляемыми колесами; на фиг. 4 пример исполнения муфт разъединения П-образной тяги от коромысла.

Одноколейное транспортное средство, например мотоцикл (см. фиг. 1) содержит размещенную между передним 1 и задним 2 ведущими колесами силовую передачу 3 с двигателем, закрепленную на раме мотоцикла. Передние и задние колоса 1 и 2 смонтированы на пространственных консолях 4, опирающихся через систему подвески 5 на раму с целью удержания консоли в заданных границах качания и гашения передач нагрузок на раму. Конструкция подвески 5 не рассматривается, так как она может быть любой из традиционно использующихся на мотоциклах.

Силовая передача выполнена с двумя выходными валами 6 и 7, оси которых перпендикулярны продольной плоскости мотоцикла.

Консоли 4 посредством вертикальных шарниров 8 и 9 (см. фиг. 2) связана с рамой мотоцикла или картером силовой передачи. При этом продольная ось шарниров совмещена с осью соотвествующего выходного вала и одним из шарниров охватывает этот вал так, что последний выполняет роль оси этого шарнира. В итоге консоль 4 может поворачиваться относительно выходного вала.

Такое закрепление консолей относительно рамы или картера силовой передачи позволяет смонтировать ведущую звездочку 10 или 11 на выходном валу, соответственно 6 или 7, а ведомую звездочку 12 или 13 на валу консоли 4. Охватывающая звездочки цепь в этом случае находится в условиях работы, соответствующих ее конструкции: отсутствуют перекосы и заклинивания.

Цепная передача может быть выполнена и двухступенчатой, как это показано на фиг. 1, поскольку промежуточная звездочка или блок промежуточных звездочек также может располагаться на консоли 4.

В случае использования цепной передачи с несколькими ступенями возможно совмещение оси шарнира консоли не с ведущей звездочкой всей цепной передачи, а с промежуточной, паразитной, которая в свою очередь является ведущей для следующей ступени. В этом случае консоль может шарнирно связываться с рамой, а не с картером силовой передачи, как это предусмотрено в варианте использования одноступенчатой цепной передачи.

Передачи привода переднего и заднего ведущего колес выполняются одинаковыми, как это предусмотрено в варианте использования одноступенчатой цепной передачи.

Возможно выполнение привода выходных валов зависимо связанными между собой, что подразумевает наличие жесткой кинематической связи. В этом случае, естественно, будет проявляться перетекание паразитной мощности, отрицательно сказывающейся на движении мотоцикла и на долговечности трансмиссии. Введение межосевого дифференциала позволит исключить это явление и улучшить динамику движения полноприводного мотоцикла. Для исключения буксирования и повышения проходимости целесообразно снабдить этот дифференциал устройством блокирования, позволяющим осуществить жесткую кинематическую связь между выходными валами. Установка на выходных валах муфт отключения этих валов от подводящей крутящей момент кинематической цепи позволяет переходить от режима полного привода колес к приводу одного из колес, второе из которых становится ведомым. Система управления этими муфтами и устройством блокирования может быть выполнена по любой схеме и в данной заявке не рассматривается, так как не относится к существу заявленного предложения.

Каждый колесный узел (см. фиг. 2) включает в себя карданный шарнир равных угловых скоростей 14, один вал которого жестко связан со ступицей колеса, а другой служит для установки ведомой звездочки 12 цепной передачи. При этом карданный шарнир 14 смонтирован в подшипниках в поворотном кулаке, первая корпусная часть 15 которого жестко связана с консолью 4 или выполнена заодно с ней, а другая 16 связана с первой через поворотный шкворневый узел 17, позволяющий второй корпусной части 16 поворотного кулака поворачиваться вместе со ступицей 15 колеса вокруг оси, проходящей через шарниры шкворневого узла 17. При этом ось шарниров шкворневого узла расположена в центре колеса в плоскости параллельной и соосной центральной плоскости консоли. В идеальном случае эта плоскость совпадает с продольной плоскостью мотоцикла.

Поворот колеса осуществляется за счет взаимодействия на сошку 18 рулевого управления по типу автомобильного управления поворотом колес.

Система тяг обеспечивает связь этой сошки с рулем мотоцикла. Сошка может быть выполнена только на переднем колесе для управления его поворотом. В этом случае необходимо сблокировать корпусные части поворотного кулака заднего колеса с тем, чтобы обеспечить фиксированное положение его в продольной плоскости.

Если каждое колесо выполнено с сошкой на второй корпусной части поворотного кулака каждого колеса, то возможно осуществление одновременного поворота всех колес. Это позволит увеличить маневренность и стабилизацию положения мотоцикла на поворотах.

Рулевое управление, например, для переднего ведущего колеса 1 (см. фиг. 2 и 3) включает в себя руль 19, вал которого кинематически связан с коромыслом 20, расположенным поперек продольной плоскости мотоцикла и имеющим возможность осевого перемещения в этом направлении от поворота руля. Коромысло шарнирно связано с одним концом П-образной тяги 21, смонтированной на остове или на консоли 4 с возможностью вращения вокруг своей оси на некоторый угол. Другой конец этой тяги шарнирно связан со штангой, имеющей связь с сошкой 18 поворотного кулака колесного узла.

При повороте руля 19 происходит поперечное смещение коромысла 20, поворачивающего в направлении перемещения коромысла конец П-образной тяги 21, которая через штангу тянет сошку 18. Сошка осуществляет разворот корпусной части 16 поворотного кулака вокруг шкворневого узла 17. Ввиду того, что корпусная часть охватывает через подшипники вал карданного шарнира 14 происходит разворот колеса. Таким образом осуществляется поворот переднего колеса. Аналогичным образом можно повернуть и заднее ведущее колесо, конструкция которого в части установки привода и расположения элементов механизма поворота идентична рассмотренной.

Для осуществления поворота всех ведущих колес мотоцикла необходимо через дополнительную штангу и дополнительную П-образную тягу 22 связать тягу 21 заднего колеса с коромыслом 20, используя шарниры. При соединении, показанном на фиг. 3, переднее и заднее колеса будут поворачиваться в направлениях, противоположных продольной плоскости мотоцикла. В этом случае повышается маневренность мотоцикла и его устойчивость за счет взаимокомпенсации из-за разности знаков действующих на колеса сил.

Существенным для работы рулевого управления является расположение центров шарниров связи коромысла с П-образной тягой 21 для переднего колеса и П-образной тяги 21 с дополнительной штангой для заднего колеса на оси качания консолей. В этом случае возможно выполнение тяги 21 постоянной длины. На практике достижение совпадения центра с осью затруднительно, поэтому целесообразно говорить о максимальном приближении центра шарнира к оси качания консоли. Это определено еще тем, что при повороте тяги 21 происходит смещение коромысла в вертикальной плоскости и центр шарнира "гуляет" в некоторой зоне.

В связи с этим возможен вариант, когда центр шарнира указанной связи не располагается на оси или в зоне, близкой к оси качания консоли. При таком расположении консоль и тяга 21 совершают угловые колебания в вертикальных плоскостях по разным траекториям. Для компенсации несоответствия необходимо выполнить тягу 21 изменяемой длины, например, телескопической или состоящей из двух соединяемых по шлицам частей, имеющих возможность осевого перемещения при сохранении жесткой связи при вращении.

В связи с использованием тяг, имеющих загнутые концы, совершающие угловые перемещения, то связанные с ними звенья имеют некоторое небольшое поперечное смещение, которое должно компенсироваться установкой с зазором в направляющих или иным общепринятым средством.

Учитывая, что коромысло также совершает при поперечных передвижениях вертикальные смещения, то необходимо ввести конпенсатор в связь вала руля с коромыслом.

При установке муфты 23 в связь тяги 22 с коромыслом или на любом участке самой тяги возможно (см. фиг. 4) отключение механизма поворота заднего колеса от руля. При этом должна быть произведена фиксация тяги 22 относительно остова или картера силовой передачи 3 с тем, чтобы заднее колесо не имело возможности саморазворота.

На фиг. 4 представлен один из возможных примеров выполнения такой муфты. Муфта 23 представляет собой шлицевую втулку, имеющую первое фиксированное положение, при котором обе части тяги 22 связаны между собой, и второе фиксированное положение, при котором часть тяги 22 разъединены между собой, а втулка выступом 24 связана с картером силовой передачи 3. Положение выступа и отверстия в картере определяют правильное расположение заднего колеса относительно продольной плоскости мотоцикла. В качестве фиксаторов могут быть использованы обычные шариковые фиксаторы 25 или любые другие.

Следует отметить, что ось поворотного шкворневого узла 17 расположена в центральной плоскости 26 пространственной консоли 4, совпадающей с продольной плоскостью мотоцикла.

Выполнение всех колес управляемыми с их разворотом в разные стороны позволяет компенсировать действие боковой силы одного колеса той же силой, действующей на другом колесе, ввиду противоположности их знаков.

Мотоцикл эксплуатируется следующим образом.

При прямолинейном положении ведущих колес определяется положением руля, передача крутящего момента осуществляется через цепные передачи на все колеса или на одно из них, если другое выключено за счет муфты отключения 16. В последнем случае данный мотоцикл преобразован в стандартный задне- и переднеприводный.

Наличие межосевого дифференциала при полноприводном варианте позволяет улучшить динамику движения за счет исключения паразитных мощностей. При буксировании одного из колес достаточно включить устройство блокирование 15 и одновременно жестко кинематически связать выходные валы 6 и 7. В этом случае повышается проходимость, но появляются паразитные связи. Практика эксплуатации показывает, что, учитывая кратковременность режима буксирования, целесообразно пренебрегать этим вредным явлением в пользу повышения проходимости.

Поворот мотоцикла рассмотрен ранее. Следует обратить внимание на то, что функционально привод всех колес и управление поворотом этих колес являются независимыми устройствами, но работоспособность каждого из них в отдельности зависит от конструкции другого устройства.

Ввиду того, что консоли, колесные узлы и цепные передачи в данном мотоцикле унифицированы и взаимозаменяемы, мотоцикл имеет высокую ремонтопригодность и технологичен в изготовлении. Введенные конструктивные изменения не ухудшают положительные свойства традиционно эксплуатирующихся мотоциклов в части их компактности, весовых характеристик и габаритов. Однако, мотоцикл по данному изобретению имеет расширенные возможности по преобразованию его в различные модификации в зависимости от условий эксплуатации.

Предложенная конструкция полноприводного одноколейного транспортного средства обладает свойством промышленной применимости, так как не содержит узлов, изготовление которых требовало бы новых технологий или специального производства. Данный мотоцикл изготавливается из технологически отработанных узлов, хорошо освоенных автомобильной промышленностью.

Использование: изобретение относится к веломототехнике, в частности к конструкциям мотоциклов повышенной проходимости и со всеми управляемыми колесами. Сущность изобретения: каждое колесо 1 и 2 смонтировано в поворотном кулаке, одна часть которого выполнена с сошкой, а другая жестко связана с консолью 4, вертикальным шарниром соединенной с остовом мотоцикла. На консоли или на остове закреплена с возможностью углового перемещения П-образная тяга 24, концы которой шарнирно связаны с соответственно с коромыслом 23 и через штангу с сошкой 21. При этом необходимо выполнение условия по расположению центра шарнира связи этой тяги с коромыслом. При выполнении тяги 24 постоянной длины центр шарнира должен быть расположен на оси шарнира качания консоли или в зоне максимально приближенной к этой оси. А при выполнении тяги 24 изменяемой длины центр шарнира может располагаться в любом месте на остове. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Одноколейное транспортное средство, содержащее по крайней мере одно управляемое ведущее колесо с цепным приводом от силовой передачи, установленное в консоли, шарнирно связанной с остовом одноколейного транспортного средства, и рулевое управление поворотом этого колеса, включающее в себя расположенные в зоне переднего колеса руль, кинематически связанный своим валом с управляемым ведущим колесом, отличающееся тем, что консоль связана с остовом одноколейного транспортного средства вертикальным шарниром, ось которого совмещена с осью вращения выходного вала силовой передачи или ведущей звездочки одной из ступеней цепной передачи, ведомая звездочка которой смонтирована на одном валу карданного шарнира равных угловых скоростей, другой вал которого связан со ступицей колеса, при этом указанный карданнный шарнир размещен в поворотном кулаке с поворотным шкворневым узлом, одна корпусная часть которого жестко связана с консолью, а другая выполнена с сошкой, при этом рулевое управление включает в себя связанное с валом руля коромысло, установленное с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном продольной плоскости одноколейного транспортного средства, один конец которого шарнирно связан с одним концом имеющей возможность поворота вокруг своей оси П-образной тяги, другой конец второй шарнирно связан через штангу с сошкой поворотного кулака, причем П-образная тяга выполнена изменяемой длины или постоянной длины с расположением центра шарнира связи коромысла с П-образной тягой на оси шарнира связи консоли с остовом. 2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что ось поворотного шкворневого узла расположена в центральной плоскости консоли и продольной плоскости одноколейного транспортного средства. 3. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что для управления поворотом обоих ведущих колес, второе из которых по конструкции повторяет первое, рулевое управление дополнительно включает в себя расположенную вдоль остова одноколейного транспортного средства дополнительную П-образную тягу, концы которой шарнирно связаны с коромыслом и через поперечную штангу с П-образной тягой второго ведущего колеса для обеспечения разворота колес в противоположных относительно продольной плоскости одноколейного транспортного средства направлениях. 4. Транспортное средство по п.3, отличающееся тем, что дополнительная П-образная тяга связана с коромыслом через муфту разъединения этой связи и фиксации этой тяги от угловых перемещений.