КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B60B27/04 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и преимущественной областью его использования являются мотовеломашины: велосипеды, веломобили, мопеды, инвалидные коляски, мотороллеры.

Известны ведущие колеса с педально-шатунными приводами и опорными катками ступицы, которые принято именовать моноциклами (см., например, журнал "Наука и жизнь", 1 за 1980 г., стр.114-117). Характерным для колес с установленным внутрь редуктором является их большая габаритность и массивность, отпугивающие большинство потенциальных потребителей.

Прототипом заявляемого колеса транспортного средства является ведущее колесо транспортного средства по патенту США 2072611, кл. 115-19, опубликованный в 1937 г. В известном колесе имеются опорные катки и валы мультипликатора, установленные внутрь ступицы. Недостатком колеса по патенту США 2072611 является громоздкость, исключающая использование мускульной силы ног ездока, высокая материалоемкость, требующая больших затрат на обслуживание и эксплуатацию.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение - создание малогабаритного колеса транспортного средства с высокими ходовыми качествами и эксплуатационными характеристиками, работающего с переключением скоростей.

Предлагаемое колесо транспортного средства содержит обод и ступицу со встроенными взаимодействующими валами редуктора-мультипликатора. Новым является то, что корпус ступицы снабжен большим цевочным барабаном, в боковых кронштейнах установлены первичный вал и взаимодействующий с ним второй вал редуктора. При этом первичный вал зафиксирован в боковых кронштейнах с возможностью вращения на опорных подшипниках, выполнен полым и имеет сквозное овальное отверстие, перпендикулярное оси вращения. На первичном валу на шлицах, расположенных на наружной поверхности, в месте нахождения овального отверстия насажен свободно плавающий вдоль оси вала диск с пазами, например в виде цилиндрических отверстий. Также на первичном валу установлена с возможностью вращения безосевого смещения ажурная звездочка, зафиксированная винтами на шайбе.

На первичный вал насажен центральный подшипник, имеющий на наружной поверхности звездочку, зафиксированную между двумя половинами катка. На одной из половин катка зафиксирован установленный коаксиально первичному валу первый малый цевочный барабан. Внутри первичного вала установлен стержень, связанный с переключателем скоростей. Стержень наделен возможностью продольно-осевого смещения, ограниченного длиной сквозного овального отверстия, и на нем жестко закреплен штифт, торцы которого выступают из овального отверстия и жестко закреплены на свободно плавающем диске. Пазы в теле свободно плавающего диска соосны торцам винтов, фиксирующих звездочку катка, и винтов, фиксирующих ажурную звездочку. Второй вал редуктора также выполнен полым и с помощью опорных подшипников установлен на шпильке, скрепляющей боковые кронштейны. На втором валу жестко посажены: обгонная муфта, на венце которой установлена звездочка муфты, центральный подшипник с дорожкой качения и второй малый цевочный барабан.

Взаимное расположение элементов конструкции выполнено таким образом, что звездочка катка первичного вала своими зубьями взаимодействует с цевками большого цевочного барабана, ажурная звездочка - со вторым малым цевочным барабаном, звездочка обгонной муфты - с первым малым цевочным барабаном, а центральный подшипник второго вала - внутренними торцами щек большого цевочного барабана.

Наличие указанных конструктивных элементов, связи между ними и их взаимное расположение позволили создать легкое, малогабаритное колесо с компактным расположением передающих элементов, обеспечивающее надежное переключение режимов передачи тягового усилия.

С целью обеспечения надежного зацепления элементов механизма, плавного хода колеса и легкого переключения скоростей каждая из звездочек ступицы выполнена с цилиндрическим профилем зубьев и промежутков между ними, эквивалентным диаметру цевок взаимодействующих с ними цевочных барабанов и шагу между ними.

С целью облегчения переключения и повышения надежности фиксации выбранного режима передачи, на одном из концов стержня, расположенного внутри первичного вала, шарнирно закреплен кулачковый флажок. Кулачковый флажок установлен перпендикулярно оси первичного вала с возможностью взаимодействия своей наружной поверхностью с торцом первичного вала. При этом наружная полуцилиндрическая поверхность флажка эксцентрична по отношению к оси поворота флажка.

На чертеже колесо транспортного средства показано в разрезе по осям вращения валов. Конструктивные элементы колеса находятся при включенной повышенной передаче.

Колесо транспортного средства состоит из обода 1 и ступицы 2, коаксиально заблокированных одно в другом, например с помощью радиальных спиц. Внутри ступицы 2 установлены два вала редуктора: первичный вал 3 и второй вал 4, которые взаимодействуют друг с другом посредством плоских ажурных звездочек и цевочных барабанов. Оба вала не имеют возможности бокового или иного пространственного смещения, так как корпусы их опорных подшипников 5, 6, 7, 8 прочно зафиксированы боковыми кронштейнами 9 и 10. Боковые кронштейны 9, 10 жестко связаны между собой шпилькой 11. По оси вращения первичного вала 3 выполнен сквозной цилиндрический канал, в котором расположен стержень 12, имеющий возможность линейно-осевого смещения под воздействием на его выступающие торцы внешней силы от переключателя скоростей. Величина смещения стержня 12 лимитирована длиной овального сквозного отверстия, перпендикулярного оси вращения первичного вала. В овальном отверстии установлен штифт 13, жестко и неподвижно закрепленный на стержне 12 перпендикулярно его оси. При этом торцы штифта 13 выступают из овального отверстия и жестко закреплены на боковой стенке свободно плавающего диска 14, который установлен на первичном валу на шлицах в створе овального отверстия. Шлицы позволяют перемещаться диску 14 вдоль оси вала при перемещении стержня 12, но препятствуют его самопроизвольному проворачиванию на первичном валу 3. Диск 14 имеет пазы или сквозные отверстия, например, цилиндрической формы, расположенные осесимметрично на одинаковом расстоянии от оси вращения первичного вала 3. На первичном валу размещена также шайба 15, на которой с помощью винтов 16 зафиксирована ажурная звездочка 17 с цилиндрическим профилем зубьев и промежутков между ними. Ажурная звездочка 17 имеет возможность свободного вращения без осевого смещения. В центре первичного вала 3 установлен без возможности осевого смещения подшипник 18, опоясанный снаружи фасонным катком, состоящим из двух половин 19 и 20, между которыми размещена звездочка катка 21. Звездочка катка 21 зафиксирована с помощью винтов 22 и также имеет цилиндрический профиль зубьев и промежутков между ними, но число зубьев меньше, чем у ажурной звездочки. На половине 19 катка зафиксирован первый малый цевочный барабан 23, который установлен коаксиально первичному валу без соприкосновения с ним и на противоположной стороне от свободно плавающего диска 14. Второй полый вал 4 опоясан в центре радиальным подшипником 24 с дорожкой качения на наружной поверхности. Дорожка качения имеет буртики, препятствующие осевому смещению большого цевочного барабана 25, который жестко закреплен внутри корпуса ступицы 2 в плоскости симметрии и выполнен по типу "беличьего колеса". Сбоку от подшипника 24 на одной стороне второго вала 4 жестко зафиксированы щеки второго малого цевочного барабана 26, образующего с зубьями ажурной звездочки 17 кинематическую пару. На другой стороне установлена обгонная муфта 27, на венце которой без возможности осевого смещения посажена звездочка муфты 28. Ажурная звездочка 28 также имеет цилиндрический профиль зубьев. Звездочка муфты 28 и первый малый цевочный барабан 23 образуют кинематическую пару второй ступени передачи тягового усилия с первичного вала 3 на зубья звездочки катка 21. Зубья звездочки катка 21 установлены во взаимодействие с цевками 29 большого цевочного барабана 25. Для обеспечения жесткой фиксации осей вращения валов, катков, барабанов и ступицы внутрь ее может быть дополнительно установлена и закреплена в боковых кронштейнах 9 и 10 как минимум еще одна шпилька, опоясанная в центре катком с дорожкой качения (на чертеже не показана), по которой перемещается торцевая поверхность щек большого цевочного барабана 25. Для удобства и повышения надежности фиксации выбранного режима передачи на одном из торцов штока 12 шарнирно установлен кулачковый флажок 30. Флажок имеет эксцентричную полуцилиндрическую боковую поверхность относительно оси своего вращения и маятниковую систему крепления на стержне 12. К стойкам 31 рамы (шасси, кузова) транспортного средства колесо прикрепляется посредством, например, обычных и широко известных разъемных соединений типа "болт - гайка", пропускаемых сквозь отверстия в кронштейнах 9 и 10. Для защиты от попадания грязи и посторонних предметов полость ступицы закрыта с боков тонкостенными тарелкообразными крышками 32, которые также закрепляются, например посредством винтов на кронштейнах 9 и 10 так, чтобы наружу выступали только торцы первичного вала 3.

Работает колесо транспортного средства следующим образом. Конструкцией колеса предусмотрено два режима его эксплуатации: или на прямой пониженной передаче, или на повышенной передаче. В случае работы на прямой пониженной передаче тяговое усилие от первичного вала 3 передается посредством звездочки катка 21 непосредственно на большой цевочный барабан 25 после блокировки вала 3 и звездочки катка 21 в единый монолитный агрегатный узел с помощью свободно плавающего диска 14, смещаемого штифтом 13 и стержнем 12 в крайнее левое положение относительно плоскости чертежа. При этом диск 14 нанизывается своими пазами на выступающие торцы крепежных винтов 22. В режиме пониженной передачи ажурная звездочка 17 и полый вал 4 с закрепленными на нем элементами остаются неподвижными относительно осей своего вращения, а масса звездочки муфты 28 используется в качестве накопителя кинетической энергии и гироскопического стабилизатора устойчивости колеса, так как под воздействием цевок первого малого цевочного барабана 23, жестко связанного со звездочкой катка 21, звездочка муфты 28 вынуждена вращаться вокруг венца обгонной муфты 27. Звездочка муфты 28, первый малый цевочный барабан 23 и звездочка катка 21, взаимодействуя с большим цевочным барабаном 25, целиком и полностью находятся в зависимости от того, вращается оно или нет даже тогда, когда тяговое усилие от первичного вала 3 не поступает на колесо и вал 3 не вращается. Режим повышенной передачи отвечает традиционному ритму и стилю езды того транспортного средства, в котором используется колесо. В этом режиме тяговое усилие от первичного вала 3 посредством блокировки свободно плавающего диска 14 и шайбы 15 с помощью быстрооперационного нанизывания пазов диска 14 на торцы крепежных винтов 16 через ажурную звездочку 17 и второй малый цевочный барабан 26 поступает на второй вал 4 (первая ступень передачи). Далее венец обгонной муфты 27 через размещенные в ней цилиндрические тела (ролики) (на чертеже не показаны), наделенные способностью выходить из своих гнезд под воздействием центробежных сил и вдавливаться во внутреннюю торцевую поверхность звездочки муфты 28, полученный вращающий момент передает (вторая ступень передачи) первому цевочному барабану 23. В результате звездочка катка 21 и большой цевочный барабан 25 завершают (третья ступень передачи) преобразование тяги во вращение ступицы колеса. Вместо роликов и обгонной муфты может быть использован любой другой известный механизм, например, храповое колесо с подпружиненными кулачками - собачками или трещотка.

Как показали проведенные дорожные испытания колеса, оно обладает целым рядом полезных качеств по сравнению с базовыми аналогами.

Колесо содержит обод, ступицу с двумя встроенными взаимодействующими валами, зафиксированными в боковых кронштейнах. Первичный вал выполнен полым со сквозным овальным отверстием, на котором насажен свободноплавающий диск с пазами. На первичном валу установлены ажурная звездочка, зафиксированная винтами на шайбе, центральный подшипник со звездочкой, зафиксированной винтами между двух половинок катка, на одной из которых установлен первый малый цевочный барабан. Внутри первичного вала установлен стержень, связанный с переключателем скоростей, на котором жестко закреплен штифт, чьи выступающие торцы жестко закреплены на свободноплавающем диске. Пазы диска соосны торцам винтов, фиксирующих звездочку катка, и винтов, фиксирующих ажурную звездочку. Второй вал редуктора выполнен полым и установлен на шпильке, скрепляющей боковые кронштейны. На этом валу жестко посажены обгонная муфта, на венце которой установлена звездочка, центральный подшипник с дорожкой качения и второй малый цевочный барабан. Все элементы редуктора установлены таким образом, что звездочка катка взаимодействует с цевками большого цевочного барабана, ажурная звездочка - со вторым малым цевочным барабаном, звездочка обгонной муфты - с первым малым цевочным барабаном, а центральный подшипник - с внутренними торцами щек большого цевочного барабана. Технический результат - создание малогабаритного колеса транспортного средства с высокими ходовыми качествами и эксплуатационными характеристиками, работающего с переключением скоростей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Колесо транспортного средства, содержащее обод, ступицу со встроенными взаимодействующими валами редуктора, отличающееся тем, что корпус ступицы снабжен большим цевочным барабаном, взаимодействующие валы редуктора установлены в боковых кронштейнах, причем первичный вал зафиксирован в них с возможностью вращения на опорных подшипниках, выполнен полым, имеющим сквозное овальное отверстие, перпендикулярное оси вращения, на нем на шлицах насажен свободно плавающий диск с пазами, установлена с возможностью вращения без осевого смещения ажурная звездочка, зафиксированная винтами на шайбе, а также насажен центральный подшипник первичного вала, имеющий на наружной поверхности звездочку, зафиксированную винтами между половинами катка, на одной из которых зафиксирован установленный коаксиально первичному валу первый малый цевочный барабан, причем внутри первичного вала установлен с возможностью ограниченного осевого смещения связанный с переключателем скоростей стержень с жестко закрепленным штифтом, чьи выступающие из овального отверстия торцы жестко закреплены на свободно плавающем диске, пазы которого выполнены соосными торцам винтов, фиксирующих звездочку катка, и винтов, фиксирующих ажурную звездочку, а второй вал редуктора выполнен полым и с помощью опорных подшипников установлен на шпильке, скрепляющей боковые кронштейны, на нем жестко посажены обгонная муфта, на венце которой установлена звездочка муфты, центральный подшипник с дорожкой качения и второй малый цевочный барабан, при этом звездочка катка первичного вала установлена с возможностью взаимодействия с цевками цевочного барабана, ажурная звездочка установлена с возможностью взаимодействия со вторым малым цевочным барабаном, звездочка обгонной муфты установлена с возможностью взаимодействия с первым малым цевочным барабаном, а центральный подшипник второго вала - с внутренними торцами щек большого цевочного барабана. 2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что на одном из концов установленного внутри первичного вала стержня шарнирно закреплен маятником кулачковый флажок, установленный перпендикулярно оси первичного вала с возможностью взаимодействия своей наружной поверхностью с торцом первичного вала, причем наружная полуцилиндрическая поверхность флажка эксцентрична по отношению к оси поворота флажка. 3. Колесо по п. 1 или 2, отличающееся тем, что каждая из звездочек ступицы выполнена с цилиндрическим профилем зубьев и промежутков между ними, эквивалентным диаметру цевок взаимодействующих с ними цевочных барабанов и шагу между ними.