Велосипед быстрого старта
Изобретение относится к управлению автоматическим переключением передач велосипеда посредством центробежной силы вращающихся грузов с последующим подключением вспомогательного усилия от втулки вращающегося заднего колеса для срабатывания заднего переключателя передач. Центробежные грузы (7) соединены гибкой связью с подпружиненным управляющим звеном (6), установленным внутри втулки заднего колеса. Управляющее звено (6) имеет возможность вращения вместе со втулкой заднего колеса, и при изменении центробежной силы грузов имеет возможность сцепления с полумуфтой резьбовой (9) мелкого шага или с полумуфтой реверсивной (8). При сцеплении управляющего звена (6) с полумуфтой резьбовой (9) обеспечивается ее перемещение по резьбе с мелким шагом для взаимодействия с гайкой (10) крупного шага привода троса управления переключения скоростей в одном направлении, а также размыкание зацепления полумуфты резьбовой (9) с управляющим звеном (6). При сцеплении управляющего звена (6) с полумуфтой реверсивной (8) через полумуфту резьбовую (9) обеспечивается переключение скоростей в другом направлении, а также размыкание зацепления полумуфты реверсивной 8 с управляющим звеном (6). При этом управляющее звено (6) имеет возможность осевого перемещения относительно ограничительного кольца (12) в пределах зазора между упорными кольцами (15), и при этом ограничительное (12) и упорные (15) кольца зафиксированы во втулке заднего колеса. Подпружиненные упоры (13) размещены попарно симметрично относительно ограничительного кольца (12) и крайние из них относительно ограничительного кольца (12) ограничены упорными кольцами (15). Толщина каждого из подпружиненных упоров (13) соответствует осевому перемещению управляющего звена (6), достаточному для включения последующей передачи. При этом управляющее звено (6) имеет возможность воздействия своим выступом (11) на одни подпружиненные упоры (13) с их сдвигом на некоторый угол до упора своего выступа (11), находящегося в пропиле ограничительного кольца (12), и при этом осевое смещение управляющего звена (6) ограничено другими подпружиненными упорами (13). Техническое решение направлено на достижение четкости и надежности срабатывания механизма с обеспечением строгой последовательности при переключении скоростей. 5 ил.
Предлагаемое изобретение относятся к транспорту, а именно к велосипедам для спорта и прогулок.
Известен велосипед "Аннушка" с автоматическим переключением скоростей, содержащий привод с переменным передаточным отношением, в осях которого установлены внутренние и внешние пары зацепления ведущих и ведомых элементов, центробежный элемент и гибкая связь (см. патент России 2059507, МКИ 6 В 62 М 11/16, 1993 г.) - аналог.
Однако многоступенчатые зубчатые передачи в силу физических свойств уступают цепной передаче по коэффициенту полезного действия. Пониженный КПД - критерий не в пользу известного велосипеда.
Известна автоматическая трансмиссия для велосипеда, содержащая масляный бачок, полую ось, подвижное зубчатое колесо с турбинными лопатками и плунжеры с тросом переключения передач (см. заявка WO 39/20519, В 62 М 25/08, 1/00, 9/13, 1997 г.) - аналог.
Однако подвижное зубчатое колесо создает давление масла от турбинных лопаток при фактической скорости вращения полой оси столь незначительное, что ожидать достаточное для переключения скоростей усилие проблематично. Трение в системе гидравлических уплотнений между масляным бачком и плунжерами сводит на нет усилие, возникающее при вращении турбинных лопаток.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является автоматическая трансмиссия - прототип, содержащая размещенный во втулке вал с осевым отверстием, исполнительное звено, которое связано с тросом переключения передач, пропущенным через отверстие вала, управляющее звено с гибкими связями, роликами и грузами. Трос переключения передач связан с кареткой направления цепи и пружиной возврата (см. заявка WO 99/21752, МКМ В 62 М 25/02, 9/04, 9/12, 1997 г.) - прототип.
Однако предложенное техническое решение обладает существенным недостатком, который заключается в неопределенности положения каретки направления цепи, низкой чувствительности к изменениям скорости. Переключение может происходить с нарушением очередности. Например с 1-й передачи переключится не на 2-ю, а на 3-ю и обратно. Явление нестабильности объясняется физически. До начала переключения грузы находятся в состоянии устойчивого равновесия. Изменение скорости должно привести к изменению положений грузов. Однако сразу этого не происходит. Трение покоя превосходит трение движения. Грузы как бы зависают. Только при намного большем изменении скорости происходит скачкообразное смещение грузов. Также отсутствует точная остановка каретки против соответствующей звездочки, на которую необходимо перевести цепь.
Цель предложенного технического решения - достижение четкости и надежности срабатывания механизма, а также обеспечение строгой последовательности при переключении скоростей. При этом усилие для переключения скорости обеспечивается вращающимся задним колесом.
Велосипед оснащен устройством переключения скоростей, содержащим центробежные грузы, соединенные гибкой связью с подпружиненным управляющим звеном, установленным внутри втулки заднего колеса и воздействующим на трос управления переключением скоростей. Велосипед характеризуется тем, что управляющее звено имеет возможность вращения вместе со втулкой заднего колеса, и при изменении центробежной силы грузов имеет возможность сцепления с полумуфтой резьбовой мелкого шага или с полумуфтой реверсивной. При сцеплении управляющего звена с полумуфтой резьбовой обеспечивается ее перемещение по резьбе с мелким шагом для взаимодействия с гайкой крупного шага привода троса управления переключения скоростей в одном направлении, а также размыкание зацепления полумуфты резьбовой с управляющим звеном. При сцеплении управляющего звена с полумуфтой реверсивной через полумуфту резьбовую обеспечивается переключение скоростей в другом направлении, а также размыкание зацепления полумуфты реверсивной с управляющим звеном. При этом управляющее звено имеет возможность осевого перемещения относительно ограничительного кольца в пределах зазора между упорными кольцами, и при этом ограничительное и упорные кольца зафиксированы во втулке заднего колеса. Подпружиненные упоры размещены попарно симметрично относительно ограничительного кольца и крайние из них относительно ограничительного кольца ограничены упорными кольцами. При этом управляющее звено имеет возможность воздействия своим выступом на одни подпружиненные упоры с их сдвигом на некоторый угол до упора своего выступа, находящегося в пропиле ограничительного кольца, и при этом осевое смещение управляющего звена ограничено другими подпружиненными упорами.
Техническое решение поясняется графическим материалом, где на Фиг.1 представлен общий вид "ВЕЛОСИПЕДА БЫСТРОГО СТАРТА". На фиг.2 представлена втулка заднего колеса в сборе и каретка переброса цепи. На фиг.3 представлено сечение втулки заднего колеса в зоне установки подпружиненного управляющего звена. На фиг.4 показано конструктивное исполнение вновь введенных элементов. На фиг.5 представлена кинематическая схема поэтапного взаимодействия вновь введенных элементов с подпружиненным управляющим звеном при переключении скоростей, этапы взаимодействия от "а" до "ж".
Велосипед быстрого старта состоит из рамы 1. На раме установлена втулка 2 заднего колеса и каретка 3 для перевода цепи 4. Втулка 2 содержит жестко установленную кассету из звездочек разного диаметра. Кассета взаимодействует с неподвижной осью втулки 2 посредством трещотки (обгонной муфты) известным способом. Трещотка обеспечивает вращение втулки 2 при неподвижности цепи 4. В оси втулки 2 проходит трос 5 управления кареткой 3. Ось неподвижна относительно рамы 1 и содержит два резьбовых участка: участок с резьбой мелкого шага и участок с резьбой крупного шага. Внутри втулки 2 установлено подпружиненное управляющее звено 6. Пружина достаточно чувствительна, так как имеет большой диаметр и выполнена из относительно тонкой пружинной проволоки. На фиг.2 пружина показана в продольном сечении точками вдоль гибкой связи. Управляющее звено 6 выполнено в виде кольца, противоположные торцы которого зубчатые. Управляющее звено 6 соединено гибкой связью с грузами 7 и выполнено с возможностью поочередного сцепления с полумуфтой реверсивной 8 и полумуфтой резьбовой 9. Гибкая связь от груза 7 к управляющему звену 6 для изменения направления тяги перекинута через блок (см. фиг.2). Грузы 7 выполнены в виде двух пар полуколец, которые подвижно установлены на осях, вмонтированных во внешний цилиндр втулки, и имеют возможность расходиться под действием центробежных сил. Полумуфта резьбовая 9 установлена на резьбовом участке мелкого шага неподвижной оси. Торец полумуфты резьбовой 9, обращенный к управляющему звену 6, зубчатый. Полумуфта реверсивная 8 установлена подвижно на цилиндрической шейке полумуфты резьбовой 9. Управляющее звено 6 размещено подвижно на цилиндрической шейке полумуфты реверсивной 8. На цилиндрической шейке полумуфты реверсивной 8 установлено подвижно управляющее звено 6. Торец полумуфты реверсивной 8, обращенный к управляющему звену 6, - зубчатый. Полумуфта реверсивной потому названа, что взаимодействует с полумуфтой резьбовой 9 посредством сателлитов. При любом вращении полумуфты резьбовой 9 полумуфта реверсивная 8 вращается в противоположную сторону. Полумуфта резьбовая 9 подвижно соединена с гайкой 10. Гайка 10 имеет крупный шаг и установлена на участке оси с крупным шагом. С целью технологичности сборки участок оси с крупным шагом выполнен отдельной деталью, которая напрессована на ось. Гайка 10 соединена с тросом 5 через промежуточный элемент, который исключает скручивание троса при вращении гайки. Трос 5 управляет кареткой 3, которая конструктивно известна и обеспечивает постоянное натяжение троса собственной встроенной пружиной. Управляющее звено 6 выполнено в виде кольца с выступом 11 (см. фиг.3). Выступ 11 входит в пропил ограничительного кольца 12 и исключает осевое вращение управляющего звена 6. Попарно симметрично относительно ограничительного кольца 12 размещены упоры 13, которые подпружинены пружинами 14 и замыкаются упорными кольцами 15. Ограничительные кольца 12 от разворота удерживаются шпонкой 16 (см. фиг.4), а упорные кольца 15 фиксируются от осевого смещения кольцами запорными 17.
К началу движения все элементы велосипеда находятся в положении, представленном на фиг.1, 2, 3 и 5"а". При нарастании скорости движения велосипеда втулка 1 с грузами 7 вращается все быстрее. Под действием центробежных сил грузы 7 отклонились от оси вращения. Центробежная сила от грузов 7 через гибкую связь и отклоняющий блок передалась подпружиненному управляющему звену 6. Пружина сжалась. Зубчатые торцы полумуфты резьбовой 9 и управляющего звена 6 сомкнулись. Момент вращения от втулки 2 через выступ 11 передался полумуфте резьбовой 9. Полумуфта резьбовая 9 по резьбе с мелким шагом переместилась в направлении кассеты и вышла из зацепления с управляющим звеном 6. Однако полумуфта резьбовая 9 постоянно находится в подвижном зацеплении с гайкой 10. При незначительном по величине перемещении полумуфты резьбовой 9 гайка 10 по резьбе с крупным шагом переместится в направлении кассеты на значительную величину, достаточную для перемещения троса 5, чтобы каретка 3 сместилась и перебросила велосипедную цепь 4 на меньшую звездочку. При дальнейшем возрастании скорости и центробежных сил грузы 7 разойдутся еще больше. Вторично управляющее звено 6 сцепится с полумуфтой резьбовой 9. Незначительное перемещение полумуфты резьбовой 9 при ее вращении передается в еще большее перемещение гайки 10. Незначительная по величине центробежная сила через выступ 11 передает от втулки 2 момент вращения, достаточный для вращения гайки 10 и перемещения каретки 3. Многократное переключение будет происходить до тех пор, пока каретка 3 не встанет напротив самой маленькой звездочки, а грузы 7 не займут своего конечного положения.
Велосипедист едет с неизменной скоростью. Управляющее звено 6 с зазором вращается между полумуфтой резьбовой 9 и полумуфтой реверсивной 8. Однако с падением скорости движения, например при подъеме, центробежная сила грузов 7 уменьшается. Под действием пружины управляющее звено 6 мгновенно сцепляется с полумуфтой реверсивной 8 и разворачивает полумуфту резьбовую 9 в противоположную сторону через сателлиты. Полумуфта резьбовая 9 смещается в сторону от кассеты, при этом полумуфта реверсивная 8 и управляющее звено 6 размыкаются. Однако гайка 10 вслед за полумуфтой резьбовой 9 также развернулась и сместилась по резьбе с крупным шагом в сторону от кассеты. Трос 5 натянулся, преодолев усилие пружины возврата, которая вмонтирована в известную каретку 3. Каретка 3 перебросила велосипедную цепь 4 с меньшей звездочки на большую. При дальнейшем снижении скорости переключение происходит в том же порядке и цепь 4 перебрасывается с большой звездочки на более крупную. Таким образом, незначительное осевое перемещение управляющего звена 6 в одну и противоположную сторону от действия относительно слабых центробежных сил вращающихся грузов 7 генерируется в большое перемещение троса 5 с большим усилием. При этом обеспечивается четкая пропорция между величинами перемещений.
Однако при внедрении технического решения с конструктивными признаками, которые перечислены в двух предыдущих абзацах настоящего текста, выявилась нестабильность работы механизма. При сцеплении зубчатого торца управляющего звена 6 с соответствующей полумуфтой происходит как бы прилипание, и по завершении переключения скорости полумуфта вовремя не расцепляется. Вместо перехода на одну ступень передачи происходит перескок на две ступени. Например, с 1-й передачи переключится не на 2-ю, а на 3-ю, так как полумуфта после переключения на 2-ю передачу не разомкнулась. Или с 5-й передачи переключается на 3-ю передачу, и только затем происходит возврат на 4-ю передачу. Периодически возникающий перескок при переключении скоростей объясняет физика. Контакт управляющего звена с соответствующей полумуфтой происходил по плоскости зуба с уклоном 15 градусов, что для трения стали по стали соответствует термину "неопределенность", то есть не заклинивание и не соскальзывание. Однако трение покоя больше чем трение движения, отсюда эффект прилипания. Сила трения, удерживающая в контакте полумуфты, превосходит силу размыкания, и только тряска, сопровождающая движение велосипеда, прилипание устраняет.
С целью устранения эффекта прилипания введены ограничительное кольцо 12, упоры 13, пружины 14, упорные кольца 15, шпонка 16 и кольца запорные 17. С момента зацепления с полумуфтой 9 управляющее звено 6 стремится развернуться вокруг своей оси, однако, повернувшись на некоторый угол, упирается выступом 11 в подпружиненные упоры 13 и ограничительное кольцо 12. Ограничительное кольцо 12 и шпонка 16 препятствуют развороту управляющего звена 6 относительно втулки 2. Управляющее звено 6 оказывается заблокированным и от разворота вокруг своей оси и от смещения вдоль оси, так как ограничено с двух сторон торцами упоров 13. Однако передаваемый момент от управляющего звена 6 перемещает полумуфту резьбовую 9 по резьбе с мелким шагом на ход, равный S, т.е. толщину упора 13. Заблокированное управляющее звено 6 обеспечивает гарантированное размыкание с полумуфтой резьбовой 9. Эффект прилипания управляющего звена 6 с полумуфтой резьбовой исключен. Величина смещения управляющего звена 6 при каждом из перемещений не превышает толщины упора S. Очередное смыкание любой из полумуфт с управляющим звеном 6 разворачивает последнее, при этом выступ 11 нажимает на часть подпружиненных упоров, смещается вдоль оси на величину S, равную толщине одного упора 13 из группы. Каждое изменение скорости происходит в строгой последовательности. Вся последовательность переключений поясняется графическим материалом, представленным на фиг.5. Например, сечение Г-Г позиции "а", "в", "д", "ж" до сцепления полумуфты, при этом сечение В-В поясняет, что выступ 11 на тех же позициях не взаимодействует с группой упоров 13. Переключение скоростей (см. позиции "б", "г", "е"), выступ 11 взаимодействуют с группами упоров 13. Осевое смещение управляющего звена 6 ограничено торцами упоров 13. В то время как управляющее звено 6 от перемещения заблокировано торцами упоров 13, полумуфты продолжают перемещаться по резьбе и таким образом принудительно размыкаются. Эффект прилипания исключен.
Велосипед с устройством переключения скоростей посредством центробежных грузов, соединенных гибкой связью с подпружиненным управляющим звеном, установленным внутри втулки заднего колеса и воздействующим на трос управления переключения скоростей, отличающийся тем, что управляющее звено (6), имеющее возможность вращения вместе со втулкой заднего колеса при изменении центробежной силы грузов имеет возможность сцепления с полумуфтой резьбовой (9) мелкого шага или с полумуфтой реверсивной (8), при сцеплении управляющего звена (6) с полумуфтой резьбовой (9) обеспечивается ее перемещение по резьбе с мелким шагом для взаимодействия с гайкой (10) крупного шага привода троса управления переключения скоростей в одном направлении, а также размыкание зацепления полумуфты резьбовой (9) с управляющим звеном (6), а при сцеплении управляющего звена (6) с полумуфтой реверсивной (8) через полумуфту резьбовую (9) обеспечивается переключение скоростей в другом направлении, а также размыкание зацепления полумуфты реверсивной (8) с управляющим звеном (6), при этом управляющее звено (6) имеет возможность осевого перемещения относительно ограничительного кольца (12) в пределах зазора между упорными кольцами (15), при этом ограничительное (12) и упорные (15) кольца зафиксированы во втулке заднего колеса, подпружиненные упоры (13) размещены попарно симметрично относительно ограничительного кольца (12) и крайние из них относительно ограничительного кольца (12) ограничены упорными кольцами (15), при этом управляющее звено (6) имеет возможность воздействия своим выступом (11) на одни подпружиненные упоры (13) с их сдвигом на некоторый угол до упора своего выступа (11), находящегося в пропиле ограничительного кольца (12), и при этом осевое смещение управляющего звена (6) ограничено другими подпружиненными упорами (13).
