УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДНОЙ ВТУЛКИ Российский патент 2000 года по МПК B62M11/16 

Изобретение относится к устройству преобразования мощности, размещенному в задней втулке велосипеда, в частности, к устройству преобразования мощности, содержащему передачу с одной стороны, устройство для вращения педалей в двух направлениях с другой стороны и сцепление между ними, которое передает мощность только в одном направлении, независимо от направления прилагаемой мощности и одновременно изменяет скорость вращения в соответствии с условиями движения велосипеда для привода в движение заднего колеса велосипеда.

Уровень техники
Обычно велосипеды разделяют на три вида: обычный велосипед как транспортное средство, горный велосипед, используемый исключительно для передвижения в горах, и велосипеды, используемые для спортивных занятий. Все указанные виды велосипеда содержат, в основном, переднее и заднее колеса, расположенные впереди и позади рамы велосипеда, и две педали между колесами в качестве источника мощности. Приводная сила для велосипеда образуется посредством вращения педалей и затем усилие передается на заднее колесо последовательно через ведущую звездочку, цепь и ведомую звездочку. Однако большинство велосипедов могут двигаться вперед только если педали вращаются вперед. Это означает, что велосипед не может двигаться вперед, если вращать педали назад. Такой тип однонаправленного велосипеда быстро вызывает усталость в ногах велосипедиста и приводит к неравномерному развитию мускулатуры при езде в течение нескольких часов.

Для решения этой проблемы многие изобретатели прилагали усилия к созданию устройства для вращения педалей в двух направлениях, которое было бы применимо для обычного однонаправленного велосипеда. Разработанные до настоящего времени устройства для вращения педалей в двух направлениях, которые позволяют двигаться велосипеду вперед при вращении педалей как вперед, так и назад, можно грубо разделить на три вида в зависимости от используемого в них способа. При этом используют три способа: вспомогательную передачу, коническую зубчатую передачу и планетарную передачу. Под устройством для вращения педалей в двух направлениях понимают устройство, с помощью которого велосипед может двигаться вперед при вращении педалей вперед или назад, при этом, при необходимости, возможен также холостой ход при соответствующем переключении рычага при вращении педалей назад, как в обычном велосипеде.

В качестве источников, относящихся к устройству для вращения педалей в двух направлениях, можно назвать следующие. Манрзоурзос и др. (Публикация EPO N 0369925) предлагают устройство для вращения педалей в двух направлениях, использующее вспомогательную передачу, Фостер (патент США N 5435583) описывает устройство для вращения педалей в двух направлениях, использующее коническую зубчатую передачу и сцепление, и настоящий заявитель (заявка N PCT/KP 96/00236) предлагает устройство для вращения педалей в двух направлениях, использующее планетарную передачу.

Вышеуказанные изобретения имеют общим наличие промежуточной передачи (вспомогательной передачи, конической зубчатой передачи и планетарной передачи) для изменения направления мощности, однако они имеют и различия в способе изменения направления мощности, степени распределения нагрузки на отдельные части во время изменения направления мощности, в точности частей и совместимости с обычным велосипедом. Однако, все изобретения предназначены для установки на оси педалей, а не на оси заднего колеса.

В частности, устройство для вращения педалей в двух направлениях (заявка N PCT/KP 96/00236), изобретенное заявителем, имеет несколько преимуществ в отношении точности деталей, плавности изменения мощности, совместимости с обычным велосипедом путем установки на оси педалей. Однако, форма ведущей звездочки и кривошипа отличаются от применяемых в обычном велосипеде, так что эти части подлежат замене при установке устройства на обычный велосипед.

Кроме того, так как устройство для вращения педалей в двух направлениях, изобретенное заявителем, устанавливается снаружи на оси педалей аналогично указанным выше устройствам, то установленное устройство выступает наружу рамы велосипеда. Выступающее устройство может мешать вращению педалей велосипедистом. Кроме того, трудно устанавливать выступающее наружу рамы велосипеда устройство для вращения педалей в двух направлениях на новые разработанные велосипеды, которые можно складывать для транспортировки.

Таким образом, вышеуказанные проблемы привели к необходимости разработки нового устройства для вращения педалей в двух направлениях, которое можно устанавливать на оси заднего колеса.

С другой стороны для уменьшения усталости ног во время вращения педалей и более эффективного использования энергии, прикладываемой к педалям, ритм вращения педалей и прилагаемая к педалям сила должны быть постоянными. Разработана передача для велосипеда, которая удовлетворяет этим условиям, которая регулирует передаточное число между ведущей и ведомой звездочками, правильно прикладывая действующую на педали силу в соответствии с сопротивлением движению велосипеда.

В качестве передачи можно использовать передачи внешнего и внутреннего типа. Внешняя передача непосредственно изменяет передаточное число, накладывая цепь последовательно на множество звездочек с различными диаметрами, которые установлены на педальной оси и на корпусе задней втулки. Внутренняя передача может быть намного компактней по сравнению с внешней передачей и защищенной от внешнего влияния потока пыли и посторонних веществ, так как внутренняя передача размещается внутри корпуса втулки. Из-за ее преимуществ, внутренняя передача широко используется в обычных велосипедах. В качестве примера изобретения, относящегося к внутренней передаче, можно здесь назвать японский опубликованный патент N Хейсей 5-65094 (от 3 марта 1993 г.).

Имеются также другие изобретения, относящиеся к внутренней передаче, установленной в задней втулке, которые имеют целью повысить эффективность самой передачи или улучшить управление передаточным числом. Однако, не известна внутренняя передача, включающая в себя устройство для вращения педалей в двух направлениях для изменения направления мощности.

Как указывалось выше, большинство устройств для вращения педалей в двух направлениях устанавливались на педальную ось, а не на ось втулки заднего колеса. Кроме того, большинство изобретений, касающихся оси втулки, ограничиваются лишь передачей, и трудно найти разработку для универсального велосипеда, которая содержит как передачу, так и устройство для вращения педалей в двух направлениях.

Поэтому существует необходимость в универсальном велосипеде с устройством для вращения педалей в двух направлениях для сбалансированного развития мускул ног и передачей для эффективного использования прикладываемой к педалям энергии, и одновременно в велосипеде, который обеспечивает высокую безопасность и простоту в обращении.

Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является создание универсального устройства для велосипеда, которое обеспечивает оптимальную эффективность движения и равномерное развитие мускулатуры ног во время езды на велосипеде.

Характерным для настоящего изобретения является то, что устройство для вращения педалей в двух направлениях и улучшенная передача установлены на оси втулки заднего колеса. Соответственно, устройство для вращения педалей в двух направлениях помогает сбалансированному развитию ног велосипедиста, и передача может оптимизировать эффективность занятий велосипедиста.

Основная конструкция устройства преобразования мощности для втулки велосипеда согласно изобретению состоит в следующем. Во-первых, секция передачи установлена на одном конце оси втулки, и секция устройства для вращения педалей в двух направлениях установлена на ее другом конце, а сцепление установлено в средней части. Затем, монтажный узел из указанных трех частей размещен в корпусе втулки и оба конца корпуса втулки закрыты крышкой на одном конце и ведомой звездочкой на другом конце.

Секция передачи устройства преобразования мощности включает в себя солнечное зубчатое колесо, водило и кольцевое зубчатое колесо. Секция передачи с указанной выше конструкцией получает мощность со сцепления или от секции устройства для вращения педалей в двух направлениях, как будет показано ниже. Прикладываемая к секции передачи мощность передается на корпус втулки различными путями. Заднее колесо велосипеда в зависимости от пути передачи вращается с низкой, средней или высокой скоростью.

Сцепление согласно настоящему изобретению имеет форму полого цилиндра, имеющего шпонку с множеством наклонных язычков на одном конце внешней стороны и выступами на другом конце. Сцепление вышеуказанной конструкции разъемно соединено со стороны секции передачи с водилом и с другой стороны в направлении устройства для вращения педалей в двух направлениях соединено с кольцевым зубчатым колесом. Положение сцепления может быть изменено влево и вправо с помощью рычага, установленного в оси втулки. Сцепление не передает мощность к секции передачи совсем (на низкой скорости и средней скорости), или передает мощность на водило секции передачи при изменении своего положения.

Секция устройства для вращения педалей в двух направлениях включает в себя также кольцевое зубчатое колесо, храповое колесо и два водила. Секция устройства для вращения педалей в двух направлениях указанной конструкции получает мощность с приводного колеса, который будет описан ниже, и передает полученную мощность на сцепление и секцию передачи. Секция устройства для вращения педалей в двух направлениях передает мощность всегда в направлении часовой стрелки (если смотреть справа по отношению к направлению движения), независимо от направления мощности, передаваемой с приводного колеса. Таким образом, составляющие части (сцепление, секция передачи и корпус втулки, который будет еще описан), которые размещены с возможностью принимать мощность с устройства для вращения педалей в двух направлениях, вращаются только в направлении часовой стрелки.

С другой стороны, корпус втулки, имеющий форму цилиндра с несколькими уступами, служит корпусом для размещения составляющих частей настоящего изобретения. На внутренней стороне корпуса втулки предусмотрены два храповика для приема мощности от секции передачи. На обоих концах внешней стороны корпуса выполнены фланцы для соединения со спицами заднего колеса.

На оси втулки поворотно установлено также приводное колесо, которое неподвижно соединено с ведомой звездочкой. Таким образом, приводное колесо принимает мощность, развиваемую на педалях, через ведомую звездочку и передает полученную мощность на секцию устройства для вращения педалей в двух направлениях. В ось втулки вставлен стержневой рычаг для управления секцией устройства для вращения педалей в двух направлениях.

Обобщая приведенное выше описание, можно сказать, что устройство преобразования мощности для велосипеда согласно настоящему изобретению включает в себя секцию передачи, сцепление, секцию устройства для вращения педалей в двух направлениях, корпус втулки, крышку и ведомую звездочку, соединенные последовательно. Устройство согласно настоящему изобретению может быть установлено на конце задней вилки рамы обычного велосипеда и соединено с задним колесом велосипеда путем со единения фланцев корпуса втулки со спицами.

Путь передачи мощности устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению состоит в следующем. Во-первых, создаваемая мощность с педалей передается на ведомую звездочку последовательно через кривошип, ведущую звездочку и цепь. Ведомая звездочка подводит мощность к устройству согласно настоящему изобретению тем, что она вращается совместно с приводным колесом и передает мощность на секцию устройства для вращения педалей в двух направлениях независимо от направления вращения педалей. Секция устройства для вращения педалей в двух направлениях передает полученную мощность на сцепление и секцию передачи, а секция передачи, наконец, передает переданную мощность на корпус втулки. В результате подведенная к корпусу втулки мощность приводит во вращение заднее колесо велосипеда.

Как описано выше, в устройстве преобразования мощности для велосипеда согласно настоящему изобретению секция устройства для вращения педалей в двух направлениях, которое в соответствии с уровнем техники устанавливали на педальной оси и которое выступало наружу, теперь установлено в корпусе втулки заднего колеса, так что возможно движение вперед при вращении педалей назад без создания помех для вращения педалей, и одновременно вместе с секцией устройства для вращения педалей в двух направлениях в корпусе втулки установлена секция передачи для эффективного использования энергии, необходимой для движения велосипеда. Устройство преобразования мощности для велосипеда может быть легко установлено на заднем колесе обычного велосипеда, тем самым обеспечивая улучшение совместимости с деталями обычного велосипеда.

Краткое описание чертежей
Чертежи показывают:
Фиг. 1 - вид в разрезе устройства преобразования мощности для втулки велосипеда согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 - разнесенный вид в перспективе устройства преобразования мощности для втулки велосипеда по фиг. 1;
Фиг. 3A: 3B и 3C - соответственно, вид слева, вид спереди и вид справа первого водила секции передачи устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4A, 4B и 4C - соответственно, вид слева, вид спереди и вид справа первого кольцевого зубчатого колеса секции передачи устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 5A, 5B и 5C - соответственно, вид слева, разнесенный вид спереди в разрезе и вид справа второго кольцевого зубчатого колеса секции устройства для вращения педалей в двух направлениях устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 6A и 6B - соответственно, вид спереди в разрезе и вид в разрезе по линии a-a на фиг. 6A второго водила секции устройства для вращения педалей в двух направлениях устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 7A - разнесенный вид спереди в разрезе храпового колеса секции устройства для вращения педалей в двух направлениях устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 8A и 8B - соответственно, вид спереди в разрезе и вид в разрезе по линии a-a на фиг. 8A третьего водила секции устройства для вращения педалей в двух направлениях устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 9A, 9B и 9C - соответственно, вид слева, вид спереди в разрезе и вид справа приводного колеса секции устройства для вращения педалей в двух направлениях устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 10A, 10B и 10C - вид в разрезе по линии a-a на фиг. 1, соответственно, для режимов работы с приложением мощности при вращении педалей по часовой стрелке, против часовой стрелки и в режиме холостого хода;
Фиг. 11 - диаграмму рабочего состояния после включения первой скорости в устройстве преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 12 - диаграмму рабочего состояния после включения второй скорости в устройстве преобразования мощности согласно настоящему изобретению;
Фиг. 13 - диаграмму рабочего состояния после включения третьей скорости в устройстве преобразования мощности согласно настоящему изобретению.

Наиболее предпочтительный вариант выполнения изобретения
Устройство преобразования мощности согласно настоящему изобретению описывается ниже в общих чертах с помощью фиг. 1 и 2.

В устройстве преобразования мощности согласно настоящему изобретению секция передачи 1, сцепление 40 и секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях размещены, соответственно, в левой, средней и правой части фиг. 1 и 2 вдоль центральной оси 10 втулки. Монтажный узел, включающий секцию I передачи, сцепление 40 и секцию II устройства для вращения педалей в двух направлениях, размещен в корпусе втулки. Опорный стержень 2 и ведомая звездочка 94, соединенная с приводным колесом 90, соединены, соответственно, с левым и правым концом устройства преобразования мощности.

Правая и левая часть оси 10 втулки выполнены в виде полого цилиндра, в котором расположены, соответственно, слева и справа рычаг 3 и стержневой рычаг 4. Рычаг 3 управляет сцеплением 40, а стержневой рычаг 4 управляет третьим водилом 80 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях. Левая и правая части оси 10 втулки имеют поверхности с внешней резьбой, которые соединяют с рамой велосипеда при установке устройства преобразования мощности на обычном велосипеде. Для этого используют опорный стержень 2 в качестве вспомогательного средства для неподвижного соединения устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению с рамой велосипеда.

Ниже устройство преобразования мощности согласно настоящему изобретению поясняется подробно со ссылками на соответствующие чертежи.

Как указывалось выше, устройство преобразования мощности согласно настоящему изобретению включает, в основном, секцию I передачи, сцепление 40 и секцию II устройства для вращения педалей в двух направлениях. Эти три части соединены друг с другом концентрично к оси 10 втулки и размещены в корпусе 100 втулки, образуя монтажный узел. Обе стороны монтажного узла закрыты крышками 5 и 103, образуя готовый блок. Настоящее изобретение описывается ниже детально, начиная с оси 10 втулки, вокруг которой собраны все части, при этом главными компонентами являются секция I передачи, сцепление 40 и секция II устройства для вращения педалей в двух направлениях, и другие составляющие части.

Прежде чем приступить к подробному описанию, необходимо отметить следующее. Так как устройство преобразования мощности согласно настоящему изобретению относится к вращательному движению, то все основные части устройства имеют круглую, цилиндрическую или полую цилиндрическую форму. Кроме того, все храповики в устройстве преобразования мощности, кроме четвертого храповика 72, который является храповиком в обратном направлении, представляют собой храповики в прямом направлении.

Сперва будет описана ось 10 втулки устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению с помощью фиг. 1 и 2. Ось 10 втулки выполнена в виде полой оси с несколькими ступеньками, как показано на фиг. 2. На внешней стороне оси 10 втулки выполнены слева направо резьбовая часть, первая шпонка 11, первое солнечное зубчатое колесо 12, первое отверстие 13 под штифт, вторая шпонка 14, второе отверстие 15 под штифт и другая резьбовая часть. Внутри оси 10 втулки в левой и правой части выполнены цилиндрические отверстия, так что цилиндрическое отверстие не проходит через всю ось 10 втулки. Составляющие части устройства преобразования мощности, описание которых следует ниже, собраны последовательно на оси 10 втулки, имеющей вышеуказанную форму. Секция I передачи как один из главных компонентов описывается ниже с помощью фиг. 1 - 4C. Секция I передачи включает в себя первое солнечное зубчатое колесо 12, первое водило 20 и первое кольцевое зубчатое колесо 30, описание которых следует ниже.

Первое солнечное зубчатое колесо 12 секции I передачи выполнено как часть левой части оси 10 втулки без возможности поворота относительно нее.

Первое водило 20 секции I имеет форму полого цилиндра, как показано на фиг. 1, 2 и 3A - 3C. На внешней окружности левой части первого водила 20 выполнены два раскрыва 25 и четыре отверстия выполнены по окружности, и третьи шпоночные канавки 24 выполнены на внутренней части правой стороны. Первые собачки 21 расположены в раскрывах 25, выполненных на внешней окружности левой стороны. Множество планетарных зубчатых колес 22 установлено в отверстиях, выполненных по окружности первого водила 20, с возможностью вращения вокруг соответствующих осей 23 планетарных зубчатых колес, установленных в том же направлении, что и аксиальное направление первого водила.

В первом водиле 20, имеющем вышеуказанную форму, первые собачки 21 первого водила 20 находятся в зацеплении с первым храповиком 101 корпуса втулки 100, который будет описан позже, внутренняя сторона планетарных зубчатых колес 22 входит в зацепление с первым солнечным зубчатым колесом 12, и третьи шпоночные канавки 24 первого водила 20 входят в зацепление с третьими шпонками 41 сцепления 40, которое будет описано ниже.

Первое кольцевое зубчатое колесо 30 секции I передачи имеет форму полого цилиндра, как показано на фиг. 1, 2 и 4A - 4C. Первое зубчатое колесо 31 выполнено на внутренней стенке левой стороны и предусмотрены два отверстия на ее окружности, и третий храповик 32 выполнен на внутренней стенке правой стороны. Вторые собачки 33 установлены упруго в отверстиях первого кольцевого зубчатого колеса 30 с помощью пружин 34. При этом вторые собачки 33 имеют форму бумеранга и оси вторых собачек 33 расположены параллельно оси первого кольцевого зубчатого колеса 30.

В первом кольцевом зубчатом колесе 30, имеющем вышеуказанную форму, первое зубчатое колесо 31 находится в зацеплении с внешней стороной планетарного зубчатого колеса 22, а внешняя сторона вторых собачек 33 находится в зацеплении со вторым храповиком 102 корпуса 100 втулки, а их внутренняя сторона находится в зацеплении с выступами 42 сцепления 40, и третий храповик 32 находится в зацеплении с третьими собачками 35 второго кольцевого зубчатого колеса 50 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях, которое будет описано позже. Секция I передачи, имеющая вышеуказанную конструкцию, принимает мощность с секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях и затем передает мощность на корпус 100 втулки после изменения скорости вращения в низкую, среднюю или высокую ступень в зависимости от положения сцепления 40, которое будет описано ниже.

Как показано на фиг. 1 и 2, сцепление 40 устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению имеет форму полого цилиндра. Сцепление 40 имеет третьи шпонки 41, имеющие множество наклонных язычков на внешней части с левой стороны и два сквозных отверстия по окружности, и четыре выступа 42 на внешней части правой стороны. В сцеплении 40, имеющем вышеуказанную форму, третьи шпонки 41 находятся в зацеплении с третьими шпоночными канавками 24 первого водила 20 секции I передачи и четыре выступа 42 соединены с возможностью скольжения с четырьмя прорезями 52 второго кольцевого зубчатого колеса 50 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях, которое будет описано позже.

Для установки сцепления 40 концентрично оси 10 втулки предусмотрены вспомогательные части, включая фиксирующее кольцо 43, шпонку 44 сцепления, кольцо 45 сцепления, пружину 46 сцепления и т.д. Возможна различная форма вспомогательных частей для выполнения процесса установки, описание которого следует. При сборке сцепления 40 сперва устанавливают на оси 10 втулки фиксирующее кольцо 43 с двумя отверстиями над первыми штифтовыми отверстиями 13 и затем одевают сцепление 40 на фиксирующее кольцо 43. Затем первые штифтовые отверстия 13 оси 10 втулки, отверстия в фиксирующем кольце 43 и отверстия сцепления 40 совмещают друг с другом и шпонку 44 сцепления пропускают через каждую пару отверстий. Затем надевают кольцо 45 сцепления, имеющее две челюсти на левой стороне, на этот узел, в который уже вставлена шпонка 44, так что шпонка 44 сцепления фиксируется челюстями кольца 45 сцепления. Внешняя сторона собранного сцепления опирается на пружину 46 сцепления для обеспечения упругости управления сцеплением. Сцепление 40 управляется рычагом 3. Сцепление 40 перемещается вправо, если потянуть за рычаг 3, и сцепление 40 возвращается в исходное положение, если отпустить рычаг. Сцепление передает мощность, полученную от секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях к секции I передачи, если находится в левом положении для высокой скорости, и не передает мощность к секции I передачи, находясь в правом положении для средней и низкой скорости.

Секция II устройства для вращения педалей в двух направлениях описывается ниже с помощью фиг. 1, 2 и 5A - 8C. Секция II устройства для вращения педалей в двух направлениях включает второе кольцевое зубчатое колесо 50, второе водило 60, храповое колесо 70 и третье водило 80, последовательное описание которых следует.

Второе кольцевое зубчатое колесо 50 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях является монтажным узлом (фиг. 2), образованным, как показано на фиг. 5B, комбинацией трех частей, изготовляемых по отдельности. Монтажный узел рассматривается как одна часть, так как каждая часть, образующая монтажный узел, вращается совместно с другими частями при выполнении вращательного движения.

На левой стороне по окружности выполнены два отверстия 51 и на внутренней части левой стороны выполнены четыре прорези 52. На внутренней стенке средней части выполнено также второе зубчатое колесо 53 и на внутренней стенке правой стороны имеется пятый храповик 54. Третьи собачки 55 установлены в двух отверстиях 51, выполненных по окружности левой стороны.

Во втором кольцевом зубчатом колесе 50, имеющем вышеуказанную форму, третьи собачки 55 находятся в зацеплении с третьим храповиком 32 первого кольцевого зубчатого колеса 30 и четыре прорези 52 соединены с возможностью скольжения с четырьмя выступами 42 сцепления 40. Второе зубчатое колесо 53 находится в зацеплении с множеством двухступенчатых планетарных зубчатых колес 63 второго водила 60, которое будет описано ниже, и пятый храповик 54 находится в зацеплении с пятыми собачками 85 третьего водила 80, которое будет описано позже.

Как показано на фиг. 1, 2, 6A и 6B, второе водило 60 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях имеет форму, аналогичную форме полого цилиндра. На окружности левой стороны имеется резьбовое отверстие 61 и на внутренней части левой стороны образованы вторые шпоночные канавки 62. По окружности второго водила 60 имеются четыре отверстия и в соответствующих отверстиях установлены с возможностью вращения двухступенчатые планетарные зубчатые колеса 63 с помощью осей 64 соответствующих планетарных зубчатых колес. Второе водило 60, имеющее вышеуказанную форму, соединено со второй шпонкой 14 оси 10 втулки, и с помощью болта (не изображен), введенного в резьбовое отверстие 61, предотвращается соскальзывание второго водила 60 с оси 10 втулки, так что второе водило 60 соединено неподвижно с осью 10 втулки.

Как показано на фиг. 2, каждое малое зубчатое колесо двухступенчатых планетарных зубчатых колес 63 находится в зацеплении со вторым солнечным зубчатым колесом 71 и каждое большое зубчатое колесо находится в зацеплении со вторым зубчатым колесом 53 второго кольцевого зубчатого колеса 50. Второе водило 60 само не вращается, однако изменяет направление мощности, приложенной в направлении против часовой стрелки, в направление по часовой стрелке, когда вращаются только двухступенчатые планетарные зубчатые колеса 63.

Двухступенчатые планетарные зубчатые колеса 63 разработаны с возможностью замены другими двухступенчатыми планетарными зубчатыми колесами с другим соотношением диаметров спаренных зубчатых колес, так что секция II устройства для вращения педалей в двух направлениях, содержащая двухступенчатые планетарные зубчатые колеса, может служить также средством изменения скорости.

Храповое колесо 70 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях представляет собой монтажный узел (фиг. 2), образованный, как показано на фиг. 7, комбинацией двух отдельно изготавливаемых деталей. Второе солнечное зубчатое колесо 71 расположено на левой стороне храпового колеса 70 и четвертый храповик 72 выполнен на внутренней стенке правой стороны храпового колеса 70.

Второе солнечное зубчатое колесо 71 храпового колеса 70 находится в зацеплении с двухступенчатыми планетарными зубчатыми колесами 63 второго водила 60 и четвертый храповик 72 находится в зацеплении с четвертыми собачками 84 третьего водила 80. Храповое колесо 70, находящееся в зацеплении с периферийными частями, установлено с возможностью вращения вокруг оси 10 втулки и принимает только направленную против часовой стрелки мощность для передачи принятой мощности ко второму водилу 60. Соответственно, храповое колесо 70 вращается только против часовой стрелки.

Наконец, как показано на фиг. 1, 2, 8A и 8B, третье водило 80 секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях имеет форму полого цилиндра.

По окружности третьего водила 80 прорезаны две канавки 81, и четвертые и пятые собачки 84 и 85 установлены с возможностью поворота с помощью оси собачек 86 внутри канавок 81. При этом четвертые и пятые собачки 84 и 85 имеют треугольную форму с обрезанными двумя концами (фиг. 10) и диагонально соединены друг с другом посредством упругой пружины 87 (фиг. 1). На внутренней стенке третьего водила 80 выполнены четыре канавки 83 параллельно оси третьего водила 80. В третьем водиле 80, имеющем вышеуказанную форму, четвертые собачки 84 находятся в зацеплении с четвертым храповиком 72 храпового колеса 70 и пятые собачки 85 находятся в зацеплении с пятым храповиком 54 второго кольцевого зубчатого колеса 50. Выполненные на внутренней стенке третьего водила 80 канавки 83 надеты на каждый язычок 91 приводного колеса 90. При этом ширина канавок 83 вдвое или более больше, чем ширина язычка 91 (фиг. 10). Третье водило 80, соединенное с периферийными частями, в качестве распределителя мощности передает мощность, направленную по часовой стрелке, от приводного колеса 90 к второму кольцевому зубчатому колесу 50 с помощью собачек 85 и пятого храповика 52, и направленную против часовой стрелки мощность с приводного колеса 90 на храповое колесо 70 с помощью собачек 84 и четвертого храповика 72.

Приводное колесо 90 описывается ниже с помощью фиг. 1, 2, 9A-9C. Приводное колесо 90, имеющее форму полого цилиндра, имеет четыре язычка 91 на внешней части левой стороны, на окружности левой стороны выполнены два отверстия 92, через которые проходит штифт 98, и на окружности правой части выполнены два раскрыва 93. При этом ведомая звездочка 94 соединена неподвижно с раскрывами 93.

В приводном колесе 90, имеющем вышеуказанную форму, язычки 91 расположены под четвертыми собачками 84 и пятыми собачками 85 третьего водила 80. Соответственно, приводное колесо 90 передает мощность на секцию II устройства для вращения педалей в двух направлениях согласно направлению вращения ведомой звездочки 94.

С другой стороны, как показано на фиг. 1 и 2, держатель штифта для удерживания второго штифта 96 расположен под левой стороной приводного колеса 90, при этом второй штифт 96 ввинчен в среднюю часть и соединен резьбовым соединением с одним концом стержневого рычага 4. Внешняя сторона держателя 95 штифта суживается вправо для управления движением вверх и вниз штифта 98, вставленного с возможностью скольжения в отверстие 92 приводного колеса 90. Таким образом, если потянуть стержневой рычаг 4, то держатель 95 штифта перемещается вправо, поднимая штифт 98. В то же время, при отпускании стержневого стержня 4 держатель 95 штифта перемещается в исходное положение, возвращая штифт 98 в исходное положение.

Наконец, корпус 100 втулки устройства преобразования мощности имеет форму полого цилиндра с множеством ступенек, как показано на фиг. 1 и 2. Первый и второй храповики 101 и 102 выполнены на внутренних стенках, соответственно, левой и средней части корпуса. Корпус 100 втулки приводит в движение заднее колесо велосипеда, принимая мощность с первого кольцевого зубчатого колеса 30 (средняя или высокая скорости) или с первого водила (низкая скорость). Одновременно корпус 100 втулки выполняет роль кожуха для защиты частей, используемых в устройстве преобразования мощности согласно настоящему изобретению. Правый конец корпуса 100 втулки закрыт крышкой 103.

На фиг. 1 и 2 позицией 6 обозначены гайки для неподвижного соединения устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению с осью 10 втулки и позицией 7 - подшипники для обеспечения плавного вращения устройства преобразования мощности.

Функционирование устройства преобразования мощности согласно настоящему изобретению, имеющего вышеуказанную конструкцию, происходит следующим образом.

Устройство преобразования мощности согласно настоящему изобретению управляет направлением вращения мощности и одновременно соотношением входной и выходной мощности, так что функционирование устройства преобразования мощности целесообразно описывать применительно к направлению вращения прикладываемой мощности в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Случай приложения мощности в направлении по часовой стрелке приводится ниже. При этом после описания процесса до приложения мощности к секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях, последует описание процесса изменения скорости в первую ступень (низкая скорость), во вторую ступень (средняя скорость) и в третью ступень (высокая скорость).

Во-первых, при приложении мощности к устройству преобразования мощности в направлении по часовой стрелке, т.е. когда ведомая звездочка 94 вращается по часовой стрелке, приводное колесо 90, неподвижно соединенное с ведомой звездочкой 94, также вращается по часовой стрелке. При этом, как показано на фиг. 10A, язычки 91 приводного колеса 90 поднимают четвертые собачки 84 (изображены пунктирными линиями) третьего водила 80. В результате четвертые собачки 84 выходят из зацепления с четвертым храповиком 72 храпового колеса 70 и одновременно пятые собачки 85 (изображены сплошными линиями) третьего водила 80, которые не подняты, находятся в зацеплении с пятым храповиком 54 второго кольцевого зубчатого колеса 50 под действием упругих пружин 87 собачек (фиг. 1). Таким образом, приводное колесо 90, третье водило 80 и второе кольцевое зубчатое колесо 50 вращаются вместе по часовой стрелке.

Приложенная в направлении по часовой стрелке мощность достигает второе кольцевое зубчатое колесо 50 без изменения направления вращения и затем передается на секцию I передачи для изменения скорости вращения в первую, вторую или третью ступень.

С помощью фиг. 11 ниже описывается процесс изменения скорости вращения в первую ступень с помощью секции I передачи. Предварительным условием для изменения скорости вращения в первую ступень является то, что одни концы вторых собачек 33 первого кольцевого зубчатого колеса 30 должны быть подняты с помощью третьих шпонок 41 сцепления 40 натяжением рычага 3 для освобождения вторых собачек 33 из зацепления со вторым храповиком 102, корпуса 100 втулки.

При этом, при оттягивании одного конца рычага 3 другой конец рычага 3 толкается вправо по правилу рычага с опорой на ось 8, установленную на ось 10 втулки, так что, как показано на фиг. 11, сцепление 40 перемещается вправо. В соответствии с этим, шпонка 44 сцепления, соприкасающаяся с другим концом рычага 4, фиксирующее кольцо 43 и кольцо 45 сцепления прижимаются друг к другу, перемещая сцепление 40 вправо.

При скорости вращения первой ступени мощность, как показано на фиг. 11, передается последовательно на второе кольцевое зубчатое колесо 50, первое кольцевое зубчатое колесо 30, первое водило 20 и корпус 100 втулки. При передаче мощности с первого кольцевого зубчатого колеса 30 на планетарные зубчатые колеса 22 первого водила 20, скорость вращения снижается. При этом степень снижения скорости зависит от передаточного числа в соответствии с общим принципом изменения скорости вращения.

Процесс изменения скорости вращения во вторую ступень описывается ниже с помощью фиг. 12. Предварительным условием изменения скорости вращения во вторую ступень является то, что третьи шпонки 43 сцепления 40 должны быть расположены вблизи вторых собачек 33 первого кольцевого зубчатого колеса 30 путем натяжения рычага 3 на половину. В соответствии с этим, мощность, приложенная ко второму кольцевому зубчатому колесу 50 передается только на первое кольцевое зубчатое колесо 30, но не на первое водило 20. В то же время, так как сцепление 40 не достигает вторых собачек 33, вторые собачки 33 первого кольцевого зубчатого колеса 30 находятся в зацеплении со вторым храповиком 102 корпуса 100 втулки.

Как показано на фиг. 12, при скорости вращения второй ступени мощность передается последовательно на второе кольцевое зубчатое колесо 50, первое кольцевое зубчатое колесо 30 и на корпус 100 втулки. Когда мощность прикладывается к первому кольцевому зубчатому колесу 30 и затем передается на корпус 100 втулки, скорости прикладываемой и передаваемой мощности одинаковы вследствие одинакового передаточного числа. При этом, хотя первое водило 20, находящееся в зацеплении с первым кольцевым зубчатым колесом 30, вращается вместе с первым кольцевым зубчатым колесом 30, мощность не может передаваться на корпус 100 втулки, так как первое водило 20 вращается с пониженной скоростью.

Процесс изменения скорости вращения в третью ступень с помощью секции I передачи описывается ниже с помощью фиг. 13. Предварительным условием для перехода на третью ступень скорости вращения является то, что третьи шпонки 41 сцепления 40 должны находиться в зацеплении со шпоночными канавками 24 первого водила 20, когда рычаг остается в исходном положении без движения.

При третьей ступени скорости вращения мощность, как показано на фиг. 13, передается последовательно на второе кольцевое зубчатое колесо 50, сцепление 40, первое водило 20, первое кольцевое зубчатое колесо 30 и на корпус 100 втулки. Мощность, прикладываемая ко второму кольцевому зубчатому колесу 50, передается непосредственно на первое водило 20 через сцепление 40, минуя первое кольцевое зубчатое колесо 30, так как скорость вращения увеличивается, если мощность передается с первого водила 20 на первое кольцевое зубчатое колесо 30. Это означает, что так как первое кольцевое зубчатое колесо 30 вращается быстрее, чем второе кольцевое зубчатое колесо 50, то третьи собачки 55 не находятся в зацеплении с третьим храповиком 32.

Во-вторых, при приложении мощности к устройству преобразования мощности в направлении против часовой стрелки процесс передачи мощности на секцию II устройства для вращения педалей в двух направлениях происходит следующим образом. В этом случае ведомая звездочка 94 вращается против часовой стрелки, приводное колесо 90, соединенное неподвижно с ведомой звездочкой 94, также вращается против часовой стрелки вместе с ведомой звездочкой 94. При этом, как показано на фиг. 10B, язычки 91 приводного колеса 90 приподнимают пятые собачки 85 (изображены сплошными линиями) третьего водила 80. В результате пятые собачки 85 выходят из зацепления с пятым храповиком 54 второго кольцевого зубчатого колеса 50 и одновременно четвертые собачки 84 (изображены пунктирными линиями) третьего водила 80, которые не подняты, находятся в зацеплении с четвертым храповиком 72 храпового колеса 70 с помощью упругих пружин 87 собачек (фиг. 1). Таким образом, приводное колесо 90, третье водило 80 и храповик 70 совместно вращаются против часовой стрелки.

Когда мощность, передаваемая с приводного колеса 90 в направлении против часовой стрелки достигает храпового колеса 70 без изменения направления вращения, храповое колесо 70 передает мощность на малые зубчатые колеса двухступенчатых планетарных зубчатых колес второго водила 60. При этом двухступенчатые планетарные зубчатые колеса 63 изменяют направление вращения мощности в направление по часовой стрелке, вращаясь вокруг своих осей, так что мощность передается на второе кольцевое зубчатое колесо 50 через большие зубчатые колеса двухступенчатых планетарных зубчатых колес 63. Таким образом, направление вращения мощности, приложенной к приводному колесу 90, против часовой стрелки изменяется на направление по часовой стрелке при прохождении храпового колеса 70 и второго водила 60, так что второе кольцевое зубчатое колесо 50 вращается по часовой стрелке. Процесс передачи мощности на секцию I передачи после того, как мощность передана на секцию II устройства для вращения педалей в двух направлениях, тот же самый, что и при приложении мощности к приводному колесу 90 по часовой стрелке.

В двухступенчатых планетарных зубчатых колесах 63, используемых в устройстве преобразования мощности согласно настоящему изобретению, соотношение диаметров каждой пары зубчатых колес, образующих двухступенчатые планетарные зубчатые колеса 63, выбирают так, чтобы скорость передачи мощности со второго водила 60 на второе кольцевое зубчатое колесо 50 была постоянной. Однако, соотношение диаметров малого и большого зубчатых колес двухступенчатых планетарных зубчатых колес 63 может быть, при необходимости, переменным для увеличения или уменьшения скорости вращения в секции II устройства для вращения педалей в двух направлениях. Таким образом, скорость вращения может изменяться в комбинации с трехступенчатым изменением скорости в секции I передачи.

В-третьих, процесс изменения мощности в устройстве преобразования мощности при холостом ходе приводного колеса 90 описывается ниже с помощью фиг. 10C.

Холостой ход приводного колеса 90 возможен только при приложении мощности в направлении против часовой стрелки, и мощность передается тем же способом, что и при приложении мощности в направлении по часовой стрелке.

Предварительным условием холостого хода приводного колеса 90 является то, что штифт 98 (фиг. 1 и 2) должен быть извлечен из отверстий 92, выполненных по окружности левой стороны приводного колеса 90 посредством вытягивания стержневого рычага 4.

Это состояние показано на фиг. 10C, которое отличается от состояния по фиг. 10B тем, что четвертые собачки 84 также подняты штифтом 98. Это состояние означает, что четвертые и пятые собачки 84 и 85 третьего водила 80 выведены из зацепления, соответственно, с четвертым и пятым храповиками 72 и 54. В соответствии с этим мощность с приводного колеса 90 не может передаваться на секцию II устройства для вращения педалей в двух направлениях, так что приводное колесо 90 вращается в режиме холостого хода.

Как показано на фиг. 1, в дополнение к этому кольцо 88 для удержания третьего водила 80 размещено между третьим водилом 80 и храповым колесом 70 для предотвращения вращения третьего водила 80 при вращении приводного колеса 90 против часовой стрелки.

Промышленное применение
Как указывалось выше, устройство преобразования мощности для велосипедной втулки согласно настоящему изобретению позволяет свободно изменять направление и скорость прилагаемой мощности с помощью рычагов управления.

Настоящее устройство имеет отличную совместимость с частями обычного велосипеда, так что настоящее устройство может быть просто установлено на обычном велосипеде. Кроме того, настоящее устройство может перемещать велосипед вперед независимо от направления прикладываемой мощности и обеспечивает, при необходимости, холостой ход при вращении педалей в обратном направлении как у большинства велосипедов. Дополнительно к этому можно изменять скорость тремя ступенями. При этом изменение скорости тремя или более ступенями возможно при частичной смене используемых в устройстве деталей.

При езде на велосипеде с установленным на нем устройством согласно изобретению, мускулатура ног велосипедиста может развиваться равномерно и одновременно может эффективно использоваться мощность, прикладываемая к педалям. Кроме того, настоящее устройство является многоцелевым устройством для велосипеда, в котором все части настоящего устройства размещены внутри втулки, обеспечивая высокую безопасность и удобство применения. В дополнение к этому, высокая точность и эффективность вращения, срок службы и надежность в работе увеличены за счет увеличения точности деталей.

Устройство включает секцию передачи на одной стороне оси втулки заднего колеса, секцию устройства для вращения педалей в двух направлениях на другой стороне оси втулки и сцепление между секцией передачи и секцией устройства для вращения педалей в двух направлениях, обеспечивает передачу мощности все время с одним направлением независимо от направления прикладываемой к нему мощности и изменяет скорость в соответствии с условиями передвижения велосипеда. Кроме того, в левую часть оси втулки, имеющей отверстия с обеих сторон, введен рычаг для управления секцией передачи, а в правую часть оси втулки введен стержневой рычаг для управления секцией устройства для вращения педалей в двух направлениях. Устройство преобразования мощности может быть установлено на обычном велосипеде, совместимым с ним. Технический результат заключается в обеспечении оптимальной эффективности движения и равномерном развитии мускулатуры ног во время езды на велосипеде. 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство преобразования мощности для велосипедной втулки, включающее секцию передачи с использованием множества планетарных зубчатых колес, отличающееся тем, что содержит ось втулки для опоры всех компонентов в качестве центральной оси устройства преобразования мощности, при этом один конец оси соединен со средством передачи, средняя часть соединена с соединительным средством и другой конец соединен с устройством для вращения педалей в двух направлениях, средство передачи, осуществляющее изменение мощности, прикладываемой с соединительного средства и устройства для вращения педалей в двух направлениях, несколькими ступенями и передачу результирующей мощности на корпус втулки, соединительное средство для приема мощности с устройства для вращения педалей в двух направлениях и передачи принятой мощности на указанное средство передачи, устройство для вращения педалей в двух направлениях для изменения направления мощности, прикладываемой с входного средства по часовой стрелке или против часовой стрелки, в направлении по часовой стрелке для передачи мощности, прикладываемой с входного средства, и в направлении против часовой стрелки для блокирования мощности в зависимости от обстоятельств, входное средство для передачи развиваемой на двух педалях мощности на устройство для вращения педалей в двух направлениях и корпус втулки, установленный вокруг оси втулки для защиты средства передачи, соединительного средства и устройства для вращения педалей в двух направлениях в качестве кожуха и одновременно для привода в движение велосипеда при приеме мощности со средства передачи. 2. Устройство преобразования мощности по п.1, отличающееся тем, что ось втулки имеет форму полого цилиндра со множеством ступенек и резьбовой частью, первой шпонкой, первым солнечным зубчатым колесом, первым отверстием под штифт, второй шпонкой и вторым отверстием под штифт и другой резьбовой частью, выполненными слева направо на оси втулки. 3. Устройство преобразования мощности по п.1, отличающееся тем, что средство передачи содержит: первое солнечное зубчатое колесо, выполненное за одно целое на левой части оси втулки, без возможности вращения по отношению к оси; первое водило в форме полого цилиндра, имеющего, по меньшей мере, одно или более отверстий на внешней окружности левой стороны, в которых установлено то же количество первых собачек, соответствующее числу отверстий, по меньшей мере, одно или более отверстий по окружности, в которых установлено соответствующее числу отверстий количество планетарных зубчатых колес с возможностью вращения вокруг осей планетарных зубчатых колес, имеющих то же направление, что и ось втулки, и третьи шпоночные канавки на внутренней части правой стороны, в котором первые собачки находятся в зацеплении с первым храповиком оси втулки, внутренняя сторона планетарных зубчатых колес находится в зацеплении с первым солнечным зубчатым колесом и третьи шпоночные канавки находятся в зацеплении с третьими шпонками средства передачи; и первое кольцевое зубчатое колесо в форме полого цилиндра, имеющего первое зубчатое колесо на внутренней стенке левой стороны, по меньшей мере, одно или более отверстий по его окружности, в которых установлены упруго вторые собачки с помощью пружин, и третий храповик на внутренней стенке правой стороны, в котором первое зубчатое колесо находится в зацеплении с внешней стороной планетарных зубчатых колес, и внешняя сторона вторых собачек находится в зацеплении с осью втулки и внутренняя сторона вторых собачек находится в зацеплении со средством передачи и третий храповик находится в зацеплении с третьими собачками второго кольцевого зубчатого колеса. 4. Устройство преобразования мощности по п.3, отличающееся тем, что число планетарных зубчатых колес первого водила равно четырем. 5. Устройство преобразования мощности по п.3, отличающееся тем, что вторые собачки первого кольцевого зубчатого колеса имеют форму бумеранга. 6. Устройство преобразования мощности по п.1, отличающееся тем, что соединительное средство в форме полого цилиндра образовано сцеплением, имеющим третьи шпонки, имеющие множество наклонных язычков на внешней части левой стороны, два отверстия, выполненные на его окружности, и четыре выступа на внешней части правой стороны, в котором третьи шпонки находятся в зацеплении с третьими шпоночными канавками первого водила и четыре выступа соединены с возможностью скольжения с прорезями второго кольцевого зубчатого колеса. 7. Устройство преобразования мощности по п.6, отличающееся тем, что средство передачи изменяет скорость вращения посредством управления положением сцепления с помощью рычага, установленного в оси втулки. 8. Устройство преобразования мощности по п.1, отличающееся тем, что устройство для вращения педалей в двух направлениях содержит: второе кольцевое зубчатое колесо, имеющее, по меньшей мере, одно или более отверстий по окружности левой стороны, в которые введены третьи собачки, по меньшей мере, одну или более прорезей на внутренней части левой стороны, второе зубчатое колесо на внутренней стенке средней части и пятый храповик на внутренней стенке правой стороны, в котором третьи собачки находятся в зацеплении с третьим храповиком, прорези соединены с возможностью скольжения с выступами сцепления, второе зубчатое колесо находится в зацеплении с множеством двухступенчатых планетарных зубчатых колес и пятый храповик находится в зацеплении с пятыми собачками; второе водило в форме полого цилиндра, имеющего резьбовое отверстие на окружности левой части и вторые шпоночные канавки на внутренней части левой стороны, по меньшей мере, одно или более отверстий по окружности, в которых установлены двухступенчатые планетарные зубчатые колеса с возможностью вращения вокруг соответствующих осей планетарных зубчатых колес, в котором второе водило соединено со второй шпонкой оси втулки и соединено за одно целое с осью втулки посредством введения болта в резьбовое отверстие, малые зубчатые колеса двухступенчатых планетарных зубчатых колес находятся в зацеплении со вторым солнечным зубчатым колесом и большие зубчатые колеса двухступенчатых планетарных зубчатых колес находятся в зацеплении со вторым зубчатым колесом; храповое колесо в форме полого цилиндра с несколькими ступеньками, имеющего второе солнечное зубчатое колесо на левой стороне и четвертый храповик на внутренней стенке правой стороны, в котором храповое колесо установлено с возможностью вращения вокруг оси втулки, так что четвертый храповик находится в зацеплении с четвертыми собачками третьего водила; и третье водило в форме полого цилиндра, имеющего две канавки по окружности, в которых установлены четвертые и пятые собачки, соединенные с возможностью поворота с помощью оси собачек, и, по меньшей мере, одну или более канавок на внутренней стенке и в котором четвертые собачки находятся в зацеплении с четвертым храповиком, пятые собачки находятся в зацеплении с пятым храповиком и канавки, выполненные на внутренней стенке, надеты на каждый язычок приводного колеса. 9. Устройство преобразования мощности по п.1, отличающееся тем, что входное средство в форме полого цилиндра образовано приводным колесом, имеющим то же количество язычков, что и число канавок, выполненных на внутренней стенке третьего водила, на внешней части левой стороны, отверстия по окружности левой стороны, через которые проходят штифт, и отверстия по окружности правой стороны, с которыми неподвижно соединена ведомая звездочка, в котором язычки расположены под четвертыми собачками и пятыми собачками третьего водила. 10. Устройство преобразования мощности по п.9, отличающееся тем, что штифт введен в приводное колесо для толкания вверх четвертых собачек. 11. Устройство преобразования мощности по п.10, отличающееся тем, что перемещением штифта вверх и вниз управляет стержневой рычаг. 12. Устройство преобразования мощности по п.1, отличающееся тем, что корпус втулки в форме полого цилиндра с множеством ступенек имеет первый храповик на внутренней стенке левой стороны и второй храповик в средней части и в котором первый храповик находится в зацеплении с первыми собачками и второй храповик находится в зацеплении со вторыми собачками.