Многоскоростной привод вращения велосипедного колеса с автоматически бесступенчато изменяемым передаточным отношением

Авторы патента:

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована при создании многоскоростных колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, в частности, велосипедов. Более конкретно она относится к приводам вращения велосипедного колеса с изменяемым передаточным отношением. Достигаемым результатом полезной модели является упрощение и повышение эксплуатационной надежности многоскоростного привода велосипедного колеса путем обеспечения автоматической бесступенчатой установки оптимального передаточного отношения между ведущей и ведомой звездочками привода с исключением необходимости установки нескольких пар звездочек и механизма переброса велосипедной цепи. Согласно полезной модели каждая из ведущей и ведомой звездочек велосипедного привода выполнена составной по меньшей мере из трех сегментов. Указанные сегменты каждой звездочки имеют свободу криволинейно-радиального перемещения в пазах между двумя - внутренним и наружным дисками, причем внутренний диск жестко соединен со втулкой звездочки, а наружный диск имеет свободу подпружиненного поворота относительно внутреннего диска на угол, обеспечивающий перемещение сегмента звездочки вдоль пазов под действием радиальной составляющей передаваемого велосипедной цепью усилия от максимального до минимального значения у ведущей звездочки и от минимального до максимального значения у ведомой звездочки. 1 нез., 2 зав. п. ф-лы, 8 ил.

Общеизвестен односкоростной мускульный цепной привод велосипедного колеса с неизменяемым передаточным отношением между ведущей и ведомой звездочками [1] - аналог. Велосипеды с таким приводом конструктивно просты, но недостаточно удобны в эксплуатации, так как требуют значительных мускульных усилий при езде по дороге даже с небольшим подъемом.

Известны многоскоростные приводы вращения велосипедного колеса, содержащие соединенные велосипедной цепью ведущую и ведомую звездочки, а также устройство натяжения цепи [2] - аналог. Для переключения скоростей в такого рода приводах предусматривается установка нескольких (по необходимому дискретному числу скоростей) пар ведущей и ведомых звездочек, причем все ведущие и все одноименные звездочки установлены на одной из соответствующих осей, а каждая односкоростная пара ведущей и ведомой звездочек расположены в одной плоскости. Переключение на требуемую скорость осуществляется с помощью механизма бокового сдвига цепи в плоскость расположения соответствующей пары звездочек. Механизм сдвига цепи может быть ручным или автоматическим с использованием пневматики или электропривода.

Известен один из вариантов многоскоростного привода велосипедного колеса с пневматическим механизмом бокового сдвига цепи между парами ведущей и ведомой звездочек для ступенчатого изменения их передаточного отношения [3] - ближайший аналог. Недостатком привода согласно [3] так же, как и всех других известных вариантов многоскоростных приводов велосипедного колеса является сложность механизма переключения скоростей, а также низкая эксплуатационная надежность из-за возможности схода и заклинивания цепи в процессе ее сдвига между соседними парами ведущей и ведомой звездочек.

Достигаемым результатом полезной модели является упрощение и повышение эксплуатационной надежности многоскоростного привода велосипедного колеса путем обеспечение автоматической бесступенчатой установки оптимального передаточного отношения между ведущей и ведомой звездочками привода с исключением необходимости установки нескольких пар звездочек и механизма сдвига цепи.

Указанный результат обеспечивается тем, что в многоскоростном приводе вращения велосипедного колеса, содержащем соединенные цепью ведущую и ведомую звездочки, а также устройство натяжения цепи, согласно полезной модели каждая из указанных звездочек выполнена составной по меньшей мере из трех сегментов, каждый из которых на одной из своих боковых поверхностей снабжен одним, а на другой - двумя направляющими шипами и помещен между двумя - внутренним и наружным дисками с ответными по отношению к указанным шипам пазами, радиальным или криволинейно-радиальным - на диске, примыкающем к поверхности сегмента с одним шипом, и криволинейно-радиальными - на диске, примыкающем к поверхности того же сегмента с двумя шипами, причем внутренние диски жестко соединены один со втулкой ведущей звездочки, другой - со втулкой колеса, каждый из наружных дисков имеет свободу поворота относительно соответствующего внутреннего диска на угол, обеспечивающий при повороте наружного диска перемещение сегмента звездочки под действием радиальной составляющей усилия цепи вдоль указанных пазов от максимального до минимального значения у ведущей звездочки и от минимального до максимального значения у ведомой звездочки, и каждый поворотный наружный диск подпружинен относительно соответствующей неподвижной втулки с помощью спиральной пружины для автоматического возврата поворотного наружного диска в исходное положение после снятия с привода мускульной нагрузки. Привод может быть снабжен устройством регулирования натяжения пружины возврата поворотного наружного диска. При этом спиральная пружина возврата поворотного наружного диска в исходное положение может иметь пространственное расположение витков, а устройство регулирования натяжения указанной пружины может быть выполнено в виде установленной с помощью крепящего элемента на каждой из втулок ведущей звездочки и вращаемого колеса внешней крышки, имеющей свободу осевого перемещения в направлении к наружному диску и подпружиненной пространственными витками пружины возврата наружного диска, причем один из концов этой пружины закреплен на указанной крышке, а последняя при осевом отжатии пространственных витков пружины имеет свободу поворота относительно крепящего элемента на соответствующей втулке, и устройство натяжения указанной пружины снабжено фиксаторами поворота в виде выступов или пазов с внутренней стороны крышки и ответных пазов или выступов на крепящем элементе.

На фиг.1 схематически изображена часть рамы велосипеда с многоскоростным приводом вращения колеса согласно полезной модели; на фиг.2 - продольный разрез по втулке колеса велосипеда, снабженного приводом согласно полезной модели; на фиг.3 - разрез по А-А фиг.2 с видом на пружину возврата в исходное положение поворотного диска и на устройство натяжения указанной пружины; на фиг.4 - разрез по Б-Б фиг.2 с видом на поворотный диск со стороны сегментов ведомой звездочки; на фиг.5 - то же со стороны сегментов ведущей звездочки; на фиг.6 - разрез по В-В фиг.2 с видом на неподвижный диск со стороны сегментов ведомой звездочки в примере с радиальным пазом в поворотом диске и расположением ответного выступа в средней части сегмента; на фиг.7 - то же в примере с криволинейно-радиальным пазом; на фиг.8 - то же в примере с радиальным пазом и расположением ответного выступа напротив первого по ходу вращения звездочки выступа с обратной стороны сегмента.

Многоскоростной привод вращения велосипедного колеса 1 (фиг.1), установленного в велосипедной раме 2, согласно полезной модели содержит соединенные цепью 3 ведущую звездочку 4 и ведомую звездочку 5, а также устройство 6 натяжения цепи. Каждая из указанных звездочек 4, 5 выполнена составной в данном примере из трех одинаковых сегментов 7 (фиг.2, 4-8), каждый из которых на одной из своих боковых поверхностей снабжен одним направляющим шипом 8, а на другой - двумя направляющими шипами 9 и 10 (фиг.5, 6). Сегменты 7 помещены между двумя - внутренним и наружным дисками соответственно 11 (фиг.2, 6-8) и 12 (фиг.2, 4, 5). В каждом из этих дисков предусмотрены ответные по отношению к шипам 8, 9, 10 пазы. В представленных примерах фиг.2, 4, 5, 6 по одному для каждого из сегментов 7 радиальному пазу 13 выполнено в наружных дисках 12 и по два для каждого из сегментов 7 криволинейно-радиальных паза 14, 15 - во внутренних дисках 11. В примерах фиг.7, 8 паз 13 имеет соответственно криволинейно-радиальную и радиальную форму. При этом соответствующий пазу 13 ответный выступ 8 расположен в примере фиг.7 в средней части сегмента 7, а в примере 8 - напротив выступа 9 с обратной стороны сегмента 7. Внутренние диски 11 жестко соединены один со втулкой ведущей звездочки 4, другой - со втулкой колеса 1 (фиг.1). Каждый из наружных дисков 12 имеет свободу поворота относительно соответствующего внутреннего диска 11 на угол а (фиг.4-8), обеспечивающий при повороте под действием тангенциальной составляющей F_T диска 12 усилия F от звена 16 цепи 3 перемещение под действием радиальной составляющей F_p сегмента 7 соответствующей звездочки вдоль пазов 13, 14, 15 (фиг.4-8) от максимального до минимального значения у ведущей звездочки 3 и от минимального до максимального значения у ведомой звездочки 4. Профилирование криволинейно-радиальных пазов 14, 15 в диске 11 производится из условия, чтобы при перемещения сегмента 7 в пазах 13-15 сохранялась симметрия его первоначального расположения на максимальном у ведущей и минимальном у ведомой звездочек. Каждый поворотный наружный диск 12 подпружинен относительно соответствующей неподвижной втулки (ведущей звездочки 3 и колеса 1) с помощью спиральной пружины 17 (фиг.2, 3) для автоматического возврата поворотного наружного диска 12 в исходное положение после снятия с привода мускульной нагрузки.

Привод согласно полезной модели снабжен также устройством регулирования натяжения пружины 17 возврата поворотного наружного диска 11 в исходное положение, выполненным следующим образом. Пружина 17 возврата поворотного наружного диска 12 в исходное положение имеет пространственное расположение витков (фиг.3), на каждой из втулок ведущей звездочки 3 и вращаемого колеса 1 установлена с помощью крепящего элемента (гайки) 18 внешняя крышка 19, имеющая свободу осевого перемещения в направлении к наружному диску 12 и подпружиненная пространственными витками пружины 17 возврата указанного диска в исходное положение, причем один из концов пружины 17 закреплен на крышке 19 (фиг.2, 3), а последняя при осевом отжатии пространственных витков пружины 17 имеет свободу поворота относительно гайки 18. При этом указанное устройство снабжено фиксаторами поворота крышки 19 в виде выступов 20 в данном примере с внутренней стороны крышки 19 и ответных пазов 21 на гайке 18. В дисках 11. 12 и крышке 19 для облегчения веса могут быть предусмотрены сквозные окна 22 и 23 (фиг.3-5). В крышке 19 окна 23 (фиг.3) удобно использовать для ее захвата при регулировке натяжения пружины 17.

Работа привода вращения велосипедного колеса согласно полезной модели осуществляется следующим образом. В исходном состоянии под действием спиральной пружины 17 внутренний и наружный диски соответственно 11 и 12 совмещены так, что угол а (фиг.6-8) равен нулю. При этом сегменты 7 ведущей звездочки 4 устанавливаются на максимальном, а ведомой звездочки 5 - на минимальном расстоянии от их осей, что соответствует максимальному значению передаточного отношения привода и соответственно максимальной скорости перемещения велосипеда. При мускульном вращении ведущей звездочки 4, передаваемого на ведомую звездочку 5 при помощи цепи 3, наружные диски 12 обеих звездочек стремятся повернуться относительно внутренних неподвижных дисков 11, преодолевая сопротивление спиральных пружин 17, что под действием радиальной составляющей F_p силы F натяжения цепи 3 (фиг.4-8) приводит к перемещению сегментов 7 в пазах 13, 14, 15 указанных дисков от периферии к центру у ведущей звездочки 4 и от центра к периферии у ведомой звездочки 5. Степень радиального перемещения сегментов 7 в обеих звездочках определяет устанавливающееся автоматически бесступенчато передаточное отношение привода и скорость перемещения велосипеда, оптимальное для конкретных условий езды. Возможность регулирования с помощью внешней крышки 19 натяжения спиральной пружины 17 позволяет оптимизировать мускульную нагрузку велосипедиста в соответствии с его запросами и физическими данными. Максимальное облегчение мускульной нагрузки достигается при полной выборке максимального значения угла а возможного поворота подпружиненного наружного диска 12 относительно неподвижного внутреннего диска 11. Рекомендуемое максимальное значение угла а для трехсегментных звездочек составляет (35÷50)°. Придание пазу 13 в поворотном диске 12 криволинейно-радиальной формы (фиг.7) позволяет уменьшить риск заедания в нем шипа 8. Расположение этого шипа напротив шипа 9 с обратной стороны сегмента 7 (фиг.8) уменьшает риск заедания шипа 9 благодаря снижению на него нагрузки. Дело в том, что именно этот шип несет максимальную нагрузку, поскольку ему приходится за одно и то же время проходить значительно больше расстояние, по сравнению с шипом 10 из-за существенной разницы длин соответствующих пазов 14, 15.

Источники информации:

1. Велосипед. История // Энциклопедия «Википедия», 12.03.2010 http:ru//.wikipedia.org/wiki/Велосипед

2. Велосипед. Передачи // Энциклопедия «Википедия», 12.03.2010 http:ru.wikipedia.org/wiki/Велосипед

3. Патент RU 2155141, 7 В62М 25/08, 1999.

1. Многоскоростной привод вращения велосипедного колеса, содержащий соединенные цепью ведущую и ведомую звездочки, а также устройство натяжения цепи, отличающийся тем, что каждая из указанных звездочек выполнена составной по меньшей мере из трех сегментов, каждый из которых на одной из своих боковых поверхностей снабжен одним, а на другой - двумя направляющими шипами и помещен между двумя - внутренним и наружным дисками с ответными по отношению к указанным шипам пазами, радиальным или криволинейно-радиальным - на диске, примыкающем к поверхности сегмента с одним шипом, и криволинейно-радиальными - на диске, примыкающем к поверхности того же сегмента с двумя шипами, причем внутренние диски жестко соединены один со втулкой ведущей звездочки, другой - со втулкой колеса, каждый из наружных дисков имеет свободу поворота относительно соответствующего внутреннего диска на угол, обеспечивающий при повороте наружного диска перемещение сегмента звездочки под действием радиальной составляющей усилия цепи вдоль указанных пазов от максимального до минимального значения у ведущей звездочки и от минимального до максимального значения у ведомой звездочки, и каждый поворотный наружный диск подпружинен относительно соответствующей неподвижной втулки с помощью спиральной пружины для автоматического возврата поворотного наружного диска в исходное положение после снятия с привода мускульной нагрузки.

2. Многоскоростной привод вращения велосипедного колеса по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством регулирования натяжения пружины возврата поворотного наружного диска.

3. Многоскоростной привод вращения велосипедного колеса по п.2, отличающийся тем, что спиральная пружина возврата поворотного наружного диска в исходное положение имеет пространственное расположение витков, а устройство регулирования натяжения указанной пружины выполнено в виде установленной с помощью крепящего элемента на каждой из втулок ведущей звездочки и вращаемого колеса внешней крышки, имеющей свободу осевого перемещения в направлении к наружному диску и подпружиненной пространственными витками пружины возврата наружного диска, причем один из концов этой пружины закреплен на указанной крышке, а последняя при осевом отжатии пространственных витков пружины имеет свободу поворота относительно крепящего элемента на соответствующей втулке, и устройство натяжения указанной пружины снабжено фиксаторами поворота в виде выступов или пазов с внутренней стороны крышки и ответных пазов или выступов на крепящем элементе.