Трансмиссия велосипеда или мотоцикла (варианты)
Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к трансмиссиям. Трансмиссия велосипеда или мотоцикла содержит первичный вал и трансмиссионный вал. Первичный вал соединен с трансмиссионным валом. Трансмиссионный вал соединен с осью ведущего колеса. Указанная передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и ведущие шестерни. Наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте. Другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. По первому варианту управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором. По второму варианту управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом. По третьему варианту управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и толкателем. По четвертому варианту управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом, водилом и выдвижным фиксатором. По пятому варианту управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и управляющей втулкой. Достигается снижение трения в элементах управления муфтами. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 42 ил.
Область техники.
Заявляемая группа технических решений относится к области трансмиссий велосипедов, моторизованных велосипедов, мотоциклов и предназначена для передачи крутящего момента от точки приложения мускульной силы ездока или двигателя на ведущее колесо или ведущие колеса с переменным передаточным отношением.
Предшествующий уровень техники.
Среди трансмиссий велосипедов или мотоциклов известно, например, устройство переключения передач для велосипедов (патент США на изобретение № 624964, 1899). Как и в заявляемых технических решениях указанный аналог содержит вращающуюся полую втулку (трансмиссионный вал), внутри которой размещен перемещаемый вдоль полой втулки шток управления выбором передачи. На полой втулке установлены свободно вращающиеся конические зубчатые колеса (ведущие шестерни), входящие в постоянное зацепление с двойным коническим зубчатым колесом (колесным дисковым элементом), установленным на оси заднего (ведущего) колеса.
Также указанный аналог содержит неподвижное плечо задней вилки колеса, размещенное внутри вращающейся полой втулки. Внутри плеча размещен вышеупомянутый шток управления выбором передачи. Плечо имеет прорезь, через которую шток соединен с короткой втулкой, установленной снаружи плеча и охватывающей его. Короткая втулка и шток при этом имеют возможность движения вдоль плеча. Короткая втулка снабжена на торцах фланцами, удерживающими вращающуюся на ней вторую втулку с двумя зубьями, входящими в зацепление с соответствующими продольными разрезами полой втулки. Зубья второй втулки выполнены также с возможностью входить в зацепление с одним из зубчатых колес при перемещении второй втулки с короткой втулкой и штоком вдоль полой втулки.
Недостатком указанного аналога является соединение полой втулки с одним из зубчатых колес при горизонтальном перемещении зубьев вдоль полой втулки. Такое конструктивное исполнение требует увеличенного пространства между зубчатыми колесами по крайней мере на ширину зубьев для обеспечения свободного хода всех зубчатых колес при переключении передачи с одной на другую. Также это приводит к высокой энергоемкости переключения передач, связанной с необходимостью механически перемещать вдоль полой втулки массивные короткую и вторую втулку с зубьями.
Также известна муфта велосипеда (патент США № 8015892, МПК F16H 59/00, 2011). Как и в заявляемых технических решениях муфта велосипеда содержит трансмиссионный вал, на котором с возможностью свободного вращения установлены шестерни (ведущие шестерни), входящие в постоянное зацепление с ведомым диском, установленным на заднем колесе велосипеда. Механизм управления передачами выполнен с возможностью соединения одной шестерни с трансмиссионным валом (блокирования одной шестерни на валу).
В отличие от заявленных решений шестерни муфты-аналога с внутренней стороны содержат гладкую разделительную часть и зубчатую часть зацепления. Соединение одной шестерни с трансмиссионным валом осуществляется с помощью скользящего блока, размещенного в прорези трансмиссионного вала. Один скользящий блок приходится на одну шестерню. При перемещении скользящего блока вдоль трансмиссионного вала его зубья входят в зацепления с зубчатой частью шестерни. Перемещение скользящих блоков осуществляется поворотом вала переключения, размещенного внутри трансмиссионного вала.
Недостатком указанного аналога является включение передач путем перемещения скользящих блоков вдоль трансмиссионного вала. При обеспечении компактности муфты, то есть близкого расположения шестерен друг к другу, это приводит к необходимости иметь гладкую разделительную часть на ширине шестерни для обеспечения «парковки» скользящего блока, когда шестерня отключена от трансмиссионного вала. При этом ширина зацепления скользящего блока не превышает половины ширины шестерни, что снижает площадь контакта скользящего блока (а, следовательно, трансмиссионного вала) с шестерней.
Недостатком аналога по патенту № 8015892 также является размещение неподвижного вала переключения внутри вращающегося трансмиссионного вала. Это приводит к наличию энергетических потерь на трение в этой паре, а также к повышенному износу скользящего блока.
Аналог по патенту № 8015892 является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение энергопотерь в конструктивных элементах включения и выключения управляемых муфт.
Техническим результатом, обеспечиваемым каждым из заявленных технических решений, является снижение трения в элементах управления включением и выключением управляемых муфт в выключенном состоянии этих муфт.
Сущность заявленного технического решения по варианту 1 состоит в том, что в трансмиссия велосипеда или мотоцикла содержит первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который в свою очередь соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением. Эта передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе. Отличается тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. Управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, выполненным с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз ведущей шестерни при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 1, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 1 следующим образом.
Трансмиссия может иметь три конические ведущие шестерни. Наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на обгонной муфте. Фиксатор управляемой муфты представляет собой шарик, цилиндр или закрепленный на трансмиссионном валу кулачок, прижимаемый к первому штоку кольцевой возвратной пружиной. Первый шток снабжен канавкой, длина которой выбрана такой, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается либо отключение всех управляемых муфт, либо включение одной из них. Первый шток шарнирно соединен с рычагом.
Первичный и трансмиссионный валы могут быть соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
Первичный и трансмиссионный валы целесообразно соединять передачей с переменным передаточным отношением, которая включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе. Ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
Сущность заявленного технического решения по варианту 2 состоит в том, что в трансмиссия велосипеда или мотоцикла содержит первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который в свою очередь соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением. Эта передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе. Отличается тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и выполнена с возможностью блокирования ведущей шестерни на трансмиссионном валу при вращении трансмиссионного вала относительно ведущей шестерни с большей угловой скоростью. Управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, выполненным с возможностью:
- либо частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала;
- либо частичного выдвижения из заклинивающего элемента в соответствующий паз трансмиссионного вала при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала;
- либо частичного выдвижения из одной части заклинивающего элемента в соответствующий паз другой части заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 2, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 2 следующим образом.
Трансмиссия может иметь три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. Ведущие шестерни и заклинивающие элементы попарно снабжены смежными фрикционными поверхностями. Заклинивающие элементы установлены на трансмиссионном валу на винтовых передачах и снабжены на резьбовой поверхности пазами под фиксатор.
При этом:
- фиксатор управляемой муфты может представлять собой пару шариков или цилиндр и выполнен с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала;
- фиксатор управляемой муфты допустимо размещать в заклинивающем элементе и выполнять в виде подпружиненного цилиндра. Фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из заклинивающего элемента в соответствующий паз трансмиссионного вала при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала. Паз трансмиссионного вала под фиксатор представляет собой отверстие, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в первый шток.
Первый шток в этих случаях снабжен канавками, длина и расположение которых выбраны такими, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается включение только одной из управляемых муфт. Первый шток шарнирно соединен с рычагом
Заклинивающий элемент допустимо выполнять составным. Он может содержать дисковые первую и вторую части. Первая часть выполнена заодно с ведущей шестерней и установлена на винтовой передаче на второй части, которая свободно вращается на трансмиссионном валу между зафиксированными на нем упорными пластинами. Торцы первой и второй частей заклинивающего элемента и смежные с ними поверхности упорных пластин являются фрикционными. Фиксатор управляемой муфты размещен в первой части заклинивающего элемента и представляет собой подпружиненный цилиндр. Фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из первой части заклинивающего элемента в соответствующий паз второй части заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала. Паз под фиксатор второй части заклинивающего элемента представляет собой отверстие, в котором размещен второй толкатель, упирающийся в пружинное кольцо, размещенное в кольцевой канавке трансмиссионного вала. В этой канавке трансмиссионный вал снабжен отверстием, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в первый шток. Первый шток снабжен продольной канавкой. Заклинивающий элемент снабжен также возвратным механизмом, представляющим собой пару упирающихся в бортики второй части заклинивающего элемента одинаковых подпружиненных возвратных толкателей. Возвратные толкатели выполнены в форме шариков и установлены в одинаковых несквозных отверстиях в первой части заклинивающего элемента. Эти отверстия параллельны оси вращения первой части и симметричны относительно плоскости симметрии первой части, перпендикулярной оси ее вращения.
Дисковая первая часть заклинивающего элемента может быть установлена с возможностью поворота на полке второй части, которая свободно вращается на трансмиссионном валу между зафиксированными на нем упорными пластинами. Вторая часть снабжена дисковым упором для первой части. Смежные поверхности дискового упора и первой части выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга. Противоположные их поверхности и смежные с ними поверхности упорных пластин являются фрикционными. Фиксатор управляемой муфты размещен в первой части заклинивающего элемента и представляет собой подпружиненный цилиндр. Фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из первой части в соответствующий паз второй части при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала. Паз под фиксатор представляет собой отверстие, в котором размещен второй толкатель, упирающийся в трансмиссионный вал. В зоне контакта со вторым толкателем в трансмиссионном валу выполнено отверстие, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в первый шток. Первый шток снабжен продольной канавкой, на дне которой уложена пружинная скоба. Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, представляющим собой упирающийся в бортик второй части заклинивающего элемента подпружиненный возвратный толкатель.
Указанные выше смежные волнистые поверхности первой части заклинивающего элемента и дискового упора допустимо выполнять с несимметричными волнами или зубцами с обеспечением возможности взаимного зацепления соприкасающихся первой части заклинивающего элемента и дискового упора при их относительном вращении в одну сторону и осевого смещения друг относительно друга при их относительном вращении в другую сторону.
Первичный и трансмиссионный валы могут быть соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
Первичный и трансмиссионный валы целесообразно соединять передачей с переменным передаточным отношением, которая включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе. Ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
Сущность заявленного технического решения по варианту 3 состоит в том, что в трансмиссия велосипеда или мотоцикла содержит первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который в свою очередь соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением. Эта передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе. Отличается тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и толкателем, выполненным с возможностью приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с трансмиссионным валом и ведущей шестерней при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 3, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 3 следующим образом.
Трансмиссия может иметь три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на обгонных управляемых муфтах. Каждая управляемая муфта содержит множество заклинивающих элементов, выполненных в виде собачек, закрепленных на трансмиссионном валу. С внутренней сторону ведущие шестерни снабжены несимметричными зубцами. Снаружи язычки собачек прижимаются кольцевыми пружинами к пружинному кольцу, установленному на трансмиссионном валу. Толкатели установлены в отверстиях трансмиссионного вала между пружинным кольцом и первым штоком. Первый шток выполнен с плавно изменяющимся диаметром так, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается включение только одной из управляемых муфт.
Управляемые муфты желательно выполнять обгонными, содержащими множество заклинивающих элементов, выполненных в виде собачек, закрепленных на ведущей шестерне. Собачки могут иметь упорный рычаг и язычок. Трансмиссионный вал снабжен несимметричными зубцами и на нем размещено пружинное кольцо, к которому прижимаются упорные рычаги собачек под действием пружин, установленных между ведущей шестерней и этими рычагами. Язычки снабжены прорезями под пружинное кольцо. Толкатели установлены в отверстиях трансмиссионного вала между пружинным кольцом и первым штоком. Управляемая муфта дополнительно содержит защитные ролики, соединенные пружинами с ведущей шестерней и толкаемые этими пружинами в сторону пружинного кольца. Каждый защитный ролик размещен между упорным рычагом и защитным выступом на ведущей шестерне.
Обгонная управляемая муфта может содержать два заклинивающих элемента, внутри каждого из которых размещен подпружиненный фиксатор. Фиксатор выполнен с возможностью частично выдвигаться за пределы заклинивающего элемента под действием своей пружины. Трансмиссионный вал снабжен несимметричными V-образными в профиле вырезами под заклинивающие элементы, имеющими стенку и полку. Стенка имеет уклон относительно радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения трансмиссионного вала. Полка снабжена отверстием под толкатель, в котором размещен толкатель, упирающийся в первый шток. Заклинивающие элементы прижимаются кольцевыми пружинами к месту соединения стенки и полки, где:
- глубина выреза больше высоты заклинивающего элемента;
- фиксатор попадает в отверстие под толкатель.
Управляемая муфта может быть не обгонной и содержать два заклинивающих элемента, внутри каждого из которых размещен подпружиненный фиксатор, выполненный с возможностью частично выдвигаться за пределы заклинивающего элемента под действием своей пружины. Трансмиссионный вал снабжен дугообразными в профиле проточками под заклинивающие элементы, снабженными отверстием под толкатель. В отверстии размещен толкатель, упирающийся в первый шток. Заклинивающие элементы прижимаются кольцевыми пружинами к середине проточки, где заклинивающий элемент не касается ведущей шестерни и фиксатор попадает в отверстие под толкатель.
Управляемая муфта может содержать множество заклинивающих элементов, выполненных в виде роликов, свободно размещенных на полках несимметричных зубцов трансмиссионного вала. Ролики прижимаются кольцевыми пружинами к пружинному кольцу, установленному на трансмиссионном валу. Толкатели установлены в отверстиях трансмиссионного вала между пружинным кольцом и первым штоком.
Первичный и трансмиссионный валы могут быть соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
Первичный и трансмиссионный валы целесообразно соединять передачей с переменным передаточным отношением, которая включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе. Ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
Сущность заявленного технического решения по варианту 4 состоит в том, что в трансмиссия велосипеда или мотоцикла содержит первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который в свою очередь соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением. Эта передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе. Отличается тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом, водилом и выдвижным фиксатором. Фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз водила при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала. Водило в свою очередь выполнено с возможностью поджатия заклинивающего элемента одновременно к трансмиссионному валу и ведущей шестерне при вращении трансмиссионного вала и попадании фиксатора в паз водила.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 4, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 4 следующим образом.
Трансмиссия может иметь три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на обгонных управляемых муфтах. Заклинивающие элементы представляют собой ролики, размещенные в пространстве между трансмиссионным валом и ведущей шестерней. Внутренняя поверхность ведущей шестерни выполнена с несимметричными зубцами. Ролики в средней части имеют сужение под пружинное кольцо и вилку или зацеп кольцеобразного водила. Пружинное кольцо прижимает ролики к ведущей шестерне. Водило свободно вращается на трансмиссионном валу. Фиксатор размещен между водилом и первым штоком в отверстии трансмиссионного вала и прижимается к указанному штоку кольцевой возвратной пружиной, установленной на трансмиссионном валу. Первый шток снабжен канавками с уложенными в них пружинными скобами с обеспечением возможности включения только одной из управляемых муфт при продольном перемещении первого штока. В области наибольшего размера зубцов ведущая шестерня снабжена подпружиненными стопорами, упирающимися в водило, а поверхность водила под стопорами снабжена выемкой в позиции водила, соответствующей размещению роликов в области наибольшей глубины зубцов.
Управляемую муфту желательно выполнять обгонной. При этом внутренняя поверхность ведущей шестерни в профиле может быть выполнена овальной. В пространстве между ведущей шестерней и трансмиссионным валом размещены два заклинивающих элемента, каждый из которых выполнен в профиле в форме части сегмента упомянутого овала. Заклинивающие элементы в средней части имеют вырезы под пружинный элемент, прижимающий заклинивающие элементы к ведущей шестерне, и под кольцеобразное водило, свободно вращающееся на трансмиссионном валу. Два фиксатора размещены между водилом и первым штоком в отверстиях трансмиссионного вала и прижимаются к указанному штоку кольцевой возвратной пружиной, установленной на трансмиссионном валу. Первый шток снабжен канавками с уложенными в них пружинными скобами. Ведущая шестерня снабжена подпружиненными стопорами, упирающимися в водило.
Паз водила под фиксатор целесообразно снабжать защитной и обгонной фасками. Защитная фаска выполнена с обеспечением возможности срыва зацепления фиксатора с водилом при повышенной нагрузке на фиксатор со стороны трансмиссионного вала. Обгонная фаска выполнена с обеспечением возможности выхода фиксатора из паза с наименьшим сопротивлением со стороны расположения этой фаски. На поверхности водила вблизи обгонной фаски может быть выполнен защитный выступ.
Управляемая муфта может содержать четыре заклинивающих элемента, выполненных в виде роликов. Каждый ролик размещен в профиле между двумя симметричными зубцами на поверхности ведущей шестерни. Ролики размещены своими торцевыми сужениями в проточках трубообразного водила и прижаты пружинами к ведущей шестерне. Управляющая муфта снабжена по крайней мере двумя фиксаторами. Фиксаторы расположены между водилом и первым штоком в отверстиях трансмиссионного вала. Фиксаторы прижаты к первому штоку кольцевыми возвратными пружинами, установленными на трансмиссионном валу. Соответствующие фиксаторам пазы расположены на разных концах водила и снабжены обгонной фаской, выполненной с обеспечением возможности выхода фиксатора из паза с наименьшим сопротивлением со стороны расположения этой фаски. Обгонные фаски в пазах на разных концах водила расположены по разные в профиле стороны этих пазов, обеспечивая возможность выхода фиксаторов из пазов с наименьшим сопротивлением в разные стороны. Первый шток снабжен канавкой с уложенной в нее пружинной скобой.
Первичный и трансмиссионный валы могут быть соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
Первичный и трансмиссионный валы целесообразно соединять передачей с переменным передаточным отношением, которая включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе. Ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
Сущность заявленного технического решения по варианту 5 состоит в том, что в трансмиссия велосипеда или мотоцикла содержит первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который в свою очередь соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением. Эта передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе. Отличается тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах. Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и управляющей втулкой, выполненной с возможностью поворота при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала и приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с трансмиссионным валом и ведущей шестерней.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 5, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 5 следующим образом.
Трансмиссия может иметь составной трансмиссионный вал, состоящий из средней и оконечной частей, соединенных винтовой передачей. Три конические ведущие шестерни свободно вращаются на управляющих втулках, установленных на оконечной части трансмиссионного вала с возможностью поворота. Каждая управляющая втулка и установленная на ней ведущая шестерня размещены между двух частей заклинивающего элемента, установленных на оконечной части трансмиссионного вала с возможностью осевого перемещения. Ведущие шестерни и части заклинивающих элементов имеют смежные фрикционные поверхности. Каждая управляющая втулка снабжена на торцах зубьями, а части заклинивающего элемента снабжены ответными пазами. Каждая управляющая втулка снабжена управляющим отверстием, в которое входит рычаг поворота, закрепленный в первом штоке и проходящий через прорезь в оконечной части трансмиссионного вала. Конфигурация управляющих отверстий и крепление рычагов поворота в первом штоке выполнены с обеспечением возможности включения только одной из управляемых муфт при продольном перемещении первого штока.
Первичный и трансмиссионный валы могут быть соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
Первичный и трансмиссионный валы целесообразно соединять передачей с переменным передаточным отношением, которая включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе. Ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
Автором технических решений заявленной группы изготовлены опытные образцы этих решений, испытания которых подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема трансмиссии по всем заявленным вариантам; на фиг. 2 — схематично продольный разрез трансмиссии в области ведущих шестерен и дискового колесного элемента (оконечной части трансмиссии) по примеру 1 варианта 1; на фиг. 3 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 2 варианта 1; на фиг. 4 - схематично поперечный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 2 варианта 1; на фиг. 5 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 3 варианта 1; на фиг. 6 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 4 варианта 1;
на фиг. 7 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 1 варианта 2; на фиг. 8 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 2 варианта 2; на фиг. 9 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 3 варианта 2; на фиг. 10 - схематично продольный ведущей шестерни по примеру 4 варианта 2; на фиг. 11 и 12 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 5 варианта 2; на фиг. 13 и 14 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 6 варианта 2; на фиг. 15 и 16 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 7 варианта 2;
на фиг. 17 и 18 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 3; на фиг. 19 и 20 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 2 варианта 3; на фиг. 21 и 22 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 3 варианта 3; на фиг. 23 — схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 3 варианта 3 при включенной управляемой муфте, на фиг. 24 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 4 варианта 3; на фиг. 25 и 26 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 5 варианта 3;
на фиг. 27 и 28 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 1 варианта 4; на фиг. 29 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 2 варианта 4; на фиг. 30, 31, 32 - схематично продольный и поперечные разрезы ведущей шестерни по примеру 3 варианта 4; на фиг. 33 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 4 варианта 4; на фиг. 34 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 5 варианта 4; на фиг. 35 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 6 варианта 4; на фиг. 36 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 7 варианта 4; фиг. 37 - схематично поперечный разрез ведущей шестерни по примеру 8 варианта 4; фиг. 38, 39 - схематично продольный и поперечный разрезы ведущей шестерни по примеру 9 варианта 4;
на фиг. 40 - схематично продольный разрез оконечной части трансмиссии по примеру 1 варианта 5; на фиг. 41 - схематично поперечный разрез в области втулки по примеру 1 варианта 5; на фиг. 42 - схематично вид втулки сбоку (пример 1 варианта 5).
Перечень ссылочных обозначений:
1 - первичный вал;
2 - трансмиссионный вал;
| 201 - средняя часть трансмиссионного вала; | |
| 202 - оконечная часть трансмиссионного вала; | |
| 203 - втулка трансмиссионного вала; | |
| 204 - зубцы; | |
| 205 - стенка выреза; | |
| 206 - полка выреза; |
3 - ось ведущего колеса;
4 - дисковый колесный элемент;
5 - ведущая шестерня;
| 501 - зубцы; | |
| 502 - защитный выступ; |
6 - управляемая муфта ведущей шестерни;
7 - неуправляемая обгонная муфта;
8 - первый шток;
9 - фиксатор;
| 901 - цилиндр фиксатора; | |
| 902 - ролик фиксатора; | |
| 903 - стакан фиксатора; | |
| 904 - пружина; | |
| 905 - собачка фиксатора; | |
| 906 - толкатель собачки фиксатора; | |
| 907 - вырез фиксатора; |
10 - канавка первого штока;
| 101 - стенка канавки; | |
| 102 - пружинная скоба; | |
| 103 - выступ на дне канавки; | |
| 104 - дополнительная канавка; | |
| 105 - зацеп канавки; |
11 - возвратная пружина фиксатора;
12 - подшипник;
13 - рычаг управления первым штоком;
14 - прорезь;
15 - дисковый первичный элемент;
16 - ведомые шестерни;
17 - фаска;
18 - стягивающая гайка;
19 - выталкивающее пружинное кольцо;
20 - упорные пластины;
21 - заклинивающий элемент;
| 211 - первая часть заклинивающего элемента; | |
| 212 - вторая часть заклинивающего элемента; | |
| 213 - паз под фиксатор; | |
| 214 - бортик заклинивающего элемента; | |
| 215 - полка заклинивающего элемента; | |
| 216 - дисковый упор заклинивающего элемента; | |
| 217 - возвратный толкатель заклинивающего элемента; | |
| 218 - возвратная пружина заклинивающего элемента; | |
| 219 - профилированная выемка заклинивающего элемента; | |
| 220 - язычок собачки; | |
| 221 - упорный рычаг собачки; | |
| 222 - пружина собачки; |
23 - цилиндрическая поверхность;
24 - фрикционная накладка;
25 - подтормаживатель;
26 - толкатель заклинивающего элемента;
27 - фрикционная поверхность;
29 - первый толкатель фиксатора;
30 - второй толкатель фиксатора;
31 - пружина фиксатора;
32 - сквозное отверстие для управления подтормаживателем;
33 - дополнительная канавка первого штока;
34 - толкатель подтормаживателя;
35 - промежуточное пружинное кольцо (управление подтормаживателем);
36 - шарик управления подтормаживателем;
37 - пружины управления подтормаживателем;
38 - радиальный подшипник ведущей шестерни;
39 - гайка винтовой передачи;
41 - управляющая втулка;
44 - рычаг поворота управляющей втулки;
45 - управляющее отверстие;
46 - упор;
47 - пружинный элемент заклинивающего элемента;
48 - кольцевая пружина заклинивающего элемента;
49 - пружинное кольцо заклинивающего элемента;
51 - водило;
| 511 - паз водила; | |
| 512 - защитная фаска; | |
| 513 - обгонная фаска; | |
| 514 - защитный выступ; | |
| 515 - вилка водила; | |
| 516 - зацеп водила; |
52 - стопор водила;
53 - толкатель стопора;
55 - защитный ролик;
Осуществление технического решения по варианту 1.
Трансмиссия велосипеда или мотоцикла по варианту 1 содержит первичный вал (1) (фиг. 1). Первичный вал приводится во вращение мускульной силой ездока при помощи педалей или тяговой силой двигателя велосипеда или мотоцикла. Первичным валом для велосипеда или моторизованного велосипеда является, обычно, кривошипный вал педалей. Для мотоцикла первичным валом является либо непосредственно выходной вал двигателя, либо вал, соединенный с двигателем через редуктор.
Первичный вал (1) соединен с трансмиссионным валом (2) обычно зубчатой передачей с пересекающимися или перекрещивающимися валами.
Трансмиссионный вал (2) в свою очередь соединен с осью (3) ведущего колеса зубчатой передачей с пересекающимися или перекрещивающимися валами с переменным передаточным отношением. При этом на оси ведущего колеса закреплен дисковый колесный элемент (4), снабженный двумя или более наборами зубьев или отверстий. На фиг. 1 условно показано три набора зубьев. Каждый набор размещен по окружности с центром на оси ведущего колеса. Зубья или отверстия каждого набора на дисковом колесном элементе (4) лежат в плоской или конической поверхности. Дисковый колесный элемент может быть выполнен как в виде единой детали, так и в виде соединенных друг с другом шестерен винтовым, заклепочным, сварным или клеевым соединением.
На трансмиссионном валу (2) установлены ведущие шестерни (5) по количеству наборов зубьев или отверстий на дисковом колесном элементе (4), при этом зубья каждой ведущей шестерни (5) находятся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового колесного элемента (4). Соответственно, зубья ведущих шестерен лежат в цилиндрической или конической поверхности.
Ведущие шестерни (5) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). При этом наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7). Такая ведущая шестерня обеспечивает наибольшее передаточное отношение от трансмиссионного вала к оси ведущего колеса (отношение угловой скорости трансмиссионного вала к угловой скорости оси колеса).
Управление муфтами (6) ведущих шестерен (5) осуществляется перемещением первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) (фиг. 2). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью трансмиссионного вала, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в трансмиссионном валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта ведущих шестерен выполнена с выдвижным фиксатором (9). Фиксатор (9) выполнен с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала (2) в соответствующий паз ведущей шестерни (5) при перемещении первого штока (8) внутри трансмиссионного вала.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 1.
Пример 1 варианта 1. Трансмиссия содержит три конические ведущие шестерни (5), установленные на подшипниках (12) (фиг. 2). В частности, на фиг. 2 условно показаны упорные подшипники (12). Соответственно, зубья трех наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Наиболее удаленная от вала ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу (2) на неуправляемой обгонной муфте (7).
Фиксаторы (9) управляемых муфт двух других ведущих шестерен выполнены в виде шариков, которые прижимаются к штоку (8) кольцевыми возвратными пружинами (11). Для включения и отключения этих муфт первый шток (8) снабжен продольной профилированной канавкой (10). Длина канавки (10) выбрана такой, что при продольном перемещении первого штока (8) обеспечивается либо отключение всех управляемых муфт, либо включение одной из них. Для перемещения первого штока (8) вдоль трансмиссионного вала (2) используют рычаг (13), шарнирно соединенный с первым штоком.
При отключенных управляемых муфтах ведущих шестерен шарики-фиксаторы (9) усилием возвратных кольцевых пружин (11) находятся в канавке (10) в пределах внешних границ трансмиссионного вала (2), соответствующие ведущие шестерни (5) свободно вращаются на трансмиссионном валу (2). Вращение трансмиссионного вала при этом передается дисковому колесному элементу (4) через ведущую шестерню, установленную на обгонной муфте (7). Первый шток (8) вращается вместе с трансмиссионным валом (2).
Для включения управляемой муфты первый шток (8) перемещают рычагом (13) вдоль оси так, что шарик-фиксатор (9) вытесняется из канавки (10) и выдвигается из трансмиссионного вала. Попадая в паз ведущей шестерни (средней на фиг. 2) шарик-фиксатор блокирует эту шестерню на трансмиссионном валу. После этого вращение трансмиссионного вала передается через эту шестерню на дисковый колесный элемент. Выполнение фиксатора в виде шарика обеспечивает уверенное включение управляемой муфты даже при небольшой нагрузке на трансмиссионном валу. В частных случаях реализации трансмиссии по этому примеру фиксатор (9) может быть выполнен в виде нескольких шариков, например, двух.
Когда одна из управляемых муфт (6) включена, обгонная муфта (7) работает в режиме обгона. Это происходит ввиду того, что передаточное отношение к колесному дисковому элементу ведущей шестерни, установленной на включенной управляемой муфте, меньше передаточного отношения ведущей шестерни, установленной на обгонной муфте (7).
Для включения другой управляемой муфты первый шток (8) перемещают вдоль оси в обратную сторону, снимая нагрузку с трансмиссионного вала (2). Сначала шарик-фиксатор (9) включенной муфты попадает в канавку (10), выключая при этом включенную управляемую муфту. При этом фиксатор (9) выводится из паза ведущей шестерни и прижимается к первому штоку (8) возвратной пружиной (11) и ведущей шестерней, увлекаемой дисковым колесным элементом (4). Затем шарик-фиксатор другой управляемой муфты вытесняется из канавки (10) и выдвигается из трансмиссионного вала (2), включая таким образом другую управляемую муфту.
Пример 2 варианта 1. Аналогичен примеру 1, но фиксаторы (9) управляемых муфт ведущих шестерен выполнены цилиндрическими со скругленными торцами (фиг. 3). При этом каждая управляемая муфта содержит два таких фиксатора. Соответственно, первый шток (8) снабжен двумя продольными канавками (10). Фиксаторы (9) прижимаются к штоку (8) возвратными кольцевыми пружинами (11). Каждая установленная на управляемой муфте ведущая шестерня снабжена кольцевой канавкой под кольцевую пружину (11) (фиг. 4).
Для надежного выдвижения фиксатора (9) при включении управляемой муфты паз ведущей шестерни (5), в который выдвигается фиксатор, выполнен с пологой фаской (17) со стороны захода фиксатора при вращении трансмиссионного вала (2).
В частных случаях реализации трансмиссии по этому примеру количество фиксаторов (9) может быть отлично от двух, например, один или четыре. Количество канавок (10) в этом случае соответствует количеству фиксаторов. Фиксатор (9) может быть выполнен подпружиненным посредством вкладывания пружины в его тело, либо установкой, например, пружинной скобы в канавках (10).
Пример 3 варианта 1. Аналогичен примеру 1, но фиксаторы (9) управляемых муфт ведущих шестерен выполнены в виде кулачков, закрепленных на трансмиссионном валу (фиг. 5).
Возвратные пружины (11), прижимающие фиксаторы (9) к первому штоку (8), установлены на трансмиссионном валу (2).
Каждая установленная на управляемой муфте ведущая шестерня снабжена кольцевой канавкой, в которой размещено выталкивающее пружинное кольцо (19). Это кольцо предназначено для выталкивания фиксатора (9) из паза ведущей шестерни и контактирует с фиксатором только во включенном состоянии управляемой муфты.
Пример 4 варианта 1. Трансмиссия содержит две ведущие конические шестерни (5), установленные на подшипниках (12) (фиг. 6). Соответственно, зубья двух наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Наиболее удаленная от вала ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу (2) на неуправляемой обгонной муфте (7).
Для включения и отключения управляемой муфты другой ведущей шестерни первый шток (8) снабжен прорезью (14), в которую вставлен фиксатор (9), выполненный в виде плоского кулачка, закрепленного на трансмиссионном валу (2). Для перемещения первого штока (8) вдоль трансмиссионного вала (2) используют рычаг (13), шарнирно соединенный с первым штоком.
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в прорези трансмиссионного вала (2) в пределах его внешних границ. При этом соответствующая ведущая шестерня свободно вращается на трансмиссионном валу (2). Вращение трансмиссионного вала при этом передается дисковому колесному элементу (4) через ведущую шестерню, установленную на обгонной муфте (7). Первый шток (8) вращается вместе с трансмиссионным валом (2).
Для включения управляемой муфты первый шток (8) перемещают рычагом (13) вдоль оси так, что фиксатор (9), поворачиваясь, выдвигается из трансмиссионного вала (2). Попадая при этом в паз ведущей шестерни, фиксатор блокирует ее на трансмиссионном валу. После этого вращение трансмиссионного вала передается через эту шестерню на дисковый колесный элемент. При этом обгонная муфта (7) работает в режиме обгона.
Для ускорения защелкивания фиксатора желательно применять пружинистое давление для его перемещения. Для этого, например, может использоваться пружина (не показана), установленная в прорези (14) внутри первого штока (8) слева от фиксатора (9) и поджимающая его в сторону ведущей шестерни (5).
Кулачок-фиксатор (9) имеет значительные размеры и блокирует ведущую шестерню (5) на трансмиссионном валу (2) с двух сторон, поэтому может выдерживать значительные крутящие моменты.
Для выключения управляемой муфты первый шток (8) перемещают вдоль оси в обратную сторону, снимая нагрузку с трансмиссионного вала (2). При этом кулачок-фиксатор (9) задвигается в прорезь трансмиссионного вала (2), размыкая ведущую шестерню от этого вала.
Пример 5 варианта 1. Механическая передача между первичным валом (1) и трансмиссионным валом (2) выполнена косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением. При этом одна такая шестерня установлена на первичном валу, а другая — на трансмиссионном валу.
Пример 6 варианта 1. Механическая передача между первичным валом (1) и трансмиссионным валом (2) выполнена с переменным передаточным отношением. При этом на первичном валу (1) установлен дисковый первичный элемент (15), снабженный двумя и более наборами зубьев или отверстий, каждый набор размещен по окружности с центром на оси первичного вала. На фиг. 1 условно показано два набора зубьев. Поверхность, в которой лежат зубья каждого набора, может быть плоской или конической. Дисковый первичный элемент может быть выполнен в виде соединенных друг с другом шестерен винтовым, заклепочным соединением или другим соединением.
На трансмиссионном валу (2) установлены ведомые шестерни (16) по количеству наборов зубьев на дисковом первичном элементе. Зубья каждой ведомой шестерни (16) находятся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового первичного элемента (15). Соответственно, зубья ведомых шестерен лежат в цилиндрической или конической поверхности.
Ведомые шестерни (16) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). При этом ближайшая к первичному валу ведомая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7). Такая ведомая шестерня обеспечивает наибольшее передаточное отношение от первичного вала (1) к трансмиссионному валу (2).
Управление муфтами (6) ведомых шестерен (16) осуществляется перемещением второго штока, размещенного внутри трансмиссионного вала (2) в области ведомых шестерен (их управляемых муфт). Управляемая муфта ведомых шестерен выполнена аналогично управляемой муфте ведущих шестерен (5). Управление муфтами ведомых шестерен осуществляется вторым штоком аналогично тому, как осуществляется управление муфтами ведущих шестерен первым штоком.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 1 не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, первичный (1) и трансмиссионный (2) валы могут быть соединены цепной или ременной передачей, или зубчатой передачей с параллельным расположением валов. Трансмиссионный вал может быть составным или выполнен в виде системы соединенных друг с другом валов. Количество применяемых в данной трансмиссии элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов и др. может быть различным, их форма также может быть разнообразной. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах.
Описание работы трансмиссии по варианту 1.
При работе трансмиссии первичный вал (1) приводится во вращение мускульной силой ездока или тяговой силой двигателя. Вращение первичного вала (1) через механическую передачу передается трансмиссионному валу (2).
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих шестерен (5) вращение трансмиссионного вала (2) передается на дисковый колесный элемент (4) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от трансмиссионного вала (2) к дисковому колесному элементу (4) перемещают первый шток (8) внутри трансмиссионного вала (2) при снятой нагрузке на первичный вал (1). При этом сначала фиксатор (9) включенной управляемой муфты задвигается в трансмиссионный вал (2) и эта муфта выключается. Затем, при дальнейшем перемещении первого штока, фиксатор другой управляемой муфты выдвигается из трансмиссионного вала, блокируя ведущую шестерню (5) на этом валу и включая таким образом управляемую муфту (6) этой шестерни.
Если наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведущей шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведущих шестерен выключены, то вращение трансмиссионного вала передается к дисковому колесному элементу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
При выполнении соединения первичного (1) и трансмиссионного (2) валов с переменным передаточным отношением (пример 6), передача вращения между указанными валами производится с отношением, соответствующим включенной управляемой муфте ведомой шестерни (16). Изменение передаточного отношения производится перемещением второго штока внутри трансмиссионного вала. Если при этом ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведомой шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведомых шестерен выключены, то вращение первичного вала передается к трансмиссионному валу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
Осуществление технического решения по варианту 2.
Трансмиссия велосипеда или мотоцикла по варианту 2 аналогично трансмиссии по варианту 1 содержит первичный вал (1), соединенный с трансмиссионным валом (2) (фиг. 1).
Трансмиссионный вал (2) соединен с осью (3) ведущего колеса зубчатой передачей с пересекающимися или перекрещивающимися валами с переменным передаточным отношением. На оси ведущего колеса закреплен дисковый колесный элемент (4), выполненный аналогично этому элементу в трансмиссии по варианту 1.
Также аналогично трансмиссии по варианту 1 на трансмиссионном валу (2) установлены ведущие шестерни (5), находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового колесного элемента (4).
Ведущие шестерни (5) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). Аналогично трансмиссии по варианту 1 наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7).
Управление муфтами (6) ведущих шестерен (5) осуществляется перемещением первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) (фиг. 7). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью трансмиссионного вала, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в трансмиссионном валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом (21). При этом управляемая муфта выполнена так, что во включенном состоянии заклинивающий элемент (21) блокирует шестерню (5) на валу (2) по крайней мере при вращении трансмиссионного вала (2) относительно ведущей шестерни (5) с большей угловой скоростью (под нагрузкой на трансмиссионный вал). Для этого управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором (9), который при перемещении первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2):
- или частично выдвигается из вала (2) в соответствующий паз заклинивающего элемента (21);
- или частично выдвигается из заклинивающего элемента (21) в соответствующий паз вала (2).
- или частично выдвигается из из одной части заклинивающего элемента в паз другой части заклинивающего элемента.
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 2.
Пример 1 варианта 2. Трансмиссия содержит три ведущие конические шестерни (5), установленные на подшипниках (12) (фиг. 7). В частности, на фиг. 7 условно показаны радиально-упорные подшипники (12). Соответственно, зубья трех наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Все ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах, которые выполнены обгонными. Во включенном состоянии управляемая муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от трансмиссионного вала (2) к ведущей шестерне (5) и дисковому колесному элементу (4). В отключенном состоянии управляемая муфта (6) обеспечивает свободное вращение ведущей шестерни (5) на трансмиссионном валу. Упорные шайбы подшипников (12) закреплены на трансмиссионном валу (2) шпонками или шариками, либо размещены на этом валу на шлицах или на резьбе. Для сокращения размеров узла ведущих шестерен подшипники соседних ведущих шестерен используют одну упорную шайбу.
Трансмиссионный вал (2) выполнен составным. Средняя (201) и оконечная (202) части трансмиссионного вала соединены шлицевым соединением. В частных случаях реализации трансмиссии по этому примеру трансмиссионный вал (2) может быть выполнен и цельным.
Заклинивающий элемент (21) каждой управляемой муфты и соответствующая ведущая шестерня (5) содержат смежные конические фрикционные поверхности (27). Шестерня (5) установлена на оконечной части (202) трансмиссионного вала (2) на подшипнике (12) с возможностью свободного вращения. Заклинивающий элемент (21) установлен на оконечной части (202) трансмиссионного вала (2) на винтовой передаче и снабжен на резьбовой поверхности пазом (213) под фиксатор (9). В указанной винтовой передаче трансмиссионный вал (2) является винтом, а заклинивающий элемент (21) — гайкой. Для технологических целей резьба упомянутой винтовой передачи размещена не непосредственно на трансмиссионном валу, а на втулке (203), которая закреплена на трансмиссионном валу шпонкой или шариком, либо размещена на этом валу на шлицах. Для целей дальнейшего описания подразумевается, что втулка (203) является частью трансмиссионного вала (2). Паз (213) выполнен пологим со стороны захода и выхода фиксатора (9) в/из него. Этим обеспечивается снижение силы, необходимой для выталкивания фиксатора (9) из паза (213) при включении управляемой муфты.
Все шайбы подшипников (12) и втулки (203) на трансмиссионном валу во избежание возможности их перемещения надежно закреплены стягивающей гайкой (18), накрученной на резьбу на конце оконечной части (202) трансмиссионного вала.
Фиксатор (9) представляет собой пару шариков и выполнен с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз (213) заклинивающего элемента при перемещении первого штока вдоль оси вала, включая и отключая управляемую обгонную муфту ведущей шестерни (5). Для этого первый шток (8) снабжен продольными канавками (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания фиксатора эти канавки имеют пологие стенки (101) со стороны их торцов. Длина и расположение канавок (10) выбраны такими, что при продольном перемещении первого штока (8) обеспечивается включение только одной управляемой обгонной муфты. Для перемещения первого штока (8) вдоль трансмиссионного вала (2) используют шарнирно соединенный с ним рычаг (13).
Заклинивающий элемент снабжен подтормаживателем (25), выполненным с возможностью замедления вращения заклинивающего элемента (21) относительно вращения трансмиссионного вала (2) при подаче на него нагрузки. Подтормаживатель предпочтительно выполнен в виде пружины (не показано), один конец которой закреплен на заклинивающем элементе, а другой соприкасается с шестерней, при этом пружина находится в сжатом состоянии и ее сила упругости направлена под углом к нормали поверхностей заклинивающего элемента и шестерни. В области контакта пружины с шестерней пружина может быть снабжена наконечником. При вращении муфты в режиме обгона (когда угловая скорость шестерни больше угловой скорости заклинивающего элемента) сила трения пружины и шестерни стремится растянуть пружину подтормаживателя. При этом сила упругости пружины имеет составляющую, направленную против указанной силы трения, что приводит к снижению трения. При обратном относительном вращении шестерни и заклинивающего элемента сила трения стремится сжать пружину подтормаживателя, увеличивая трение.
Форма фрикционных поверхностей (27) шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Шестерня (5) и заклинивающий элемент (21) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
Фиксатор (9) может быть также выполнен в виде цилиндра со скругленными торцами.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) находится вне области канавки (10) и входит в паз заклинивающего элемента (21), блокируя его перемещение вдоль трансмиссионного вала (2) по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями шестерни (5) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
При работе трансмиссии первый шток вращается вместе с трансмиссионным валом.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая рычагом (13) первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2). При этом фиксатор (9) попадает в область канавки (10). Вращение трансмиссионного вала (2) под нагрузкой за счет силы действия подтормаживателя (25) приводит к выталкиванию фиксатора (9) из паза (213) заклинивающего элемента (21). Это происходит, когда угловая скорость вращения трансмиссионного вала (2) превышает угловую скорость вращения ведущей шестерни (5). Освобожденный заклинивающий элемент (21) за счет меньшей скорости его вращения относительно трансмиссионного вала перемещается по винтовой передаче в сторону шестерни (5). При этом фрикционные поверхности (27) соприкасаются и увеличивают силу торможения заклинивающего элемента (21) при его вращении на трансмиссионном валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент (4).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции заклинивающего элемента (21), ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента (4) заклинивающий элемент (21) проворачивается на винтовой передаче с трансмиссионным валом и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения, позволяя ведущей шестерне (5) свободно вращаться на трансмиссионном валу. Для увеличения сил, способствующих упомянутому проворачиванию заклинивающего элемента (21), могут применяться дополнительные элементы, например, пружины кручения (не показаны), установленные на торце заклинивающего элемента и соединенные с ним и трансмиссионным валом или конструктивным элементом, закрепленным к этому валу. Пружины кручения целесообразно устанавливать со стороны заклинивающего элемента, противоположной той стороне, на которой размещена фрикционная поверхность. При этом подтормаживатель (25) и пружина кручения при ее наличии увлекают заклинивающий элемент (21) за шестерней (5), увеличивая расстояние между фрикционными поверхностями. Таким образом, управляемая муфта работает в режиме обгона. Фрикционные поверхности также выходят из соприкосновения, если ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом (4), начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). Перемещение штока могут производить либо одновременно со снятием нагрузки, либо заблаговременно. При снятии нагрузки заклинивающий элемент (21) перемещается по винтовой передаче в сторону от шестерни (5). При этом первый шток (8) выталкивает фиксатор (9) из канавки (10) в паз (213), обеспечивая фиксацию заклинивающего элемента (21) на трансмиссионном валу (2). При подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающий элемент (21) удерживается фиксатором (9) на расстоянии от шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Пример 2 варианта 2. Трансмиссия содержит три ведущие конические шестерни (5), установленные на подшипниках (12) (фиг. 8). В частности, на фиг. 8 условно показаны упорные подшипники (12). Соответственно, зубья трех наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Все ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых обгонных муфтах. Упорные шайбы подшипников (12) закреплены на трансмиссионном валу (2) шпонками или шариками, либо размещены на этом валу на шлицах или на резьбе. Для сокращения размеров узла ведущих шестерен подшипники соседних ведущих шестерен используют одну упорную шайбу.
Трансмиссионный вал (2) выполнен составным. Средняя (201) и оконечная (202) части трансмиссионного вала соединены шлицевым соединением. Трансмиссионный вал может быть выполнен и цельным.
Заклинивающий элемент (21) каждой управляемой муфты и соответствующая ведущая шестерня (5) содержат смежные конические фрикционные поверхности (27) и цилиндрические поверхности (23). Шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу на подшипнике (12) с возможностью свободного вращения. Заклинивающий элемент (21) установлен на оконечной части (202) трансмиссионного вала (2) на винтовой передаче. В указанной винтовой передаче трансмиссионный вал (2) является винтом, а заклинивающий элемент (21) — гайкой. Для технологических целей резьба упомянутой винтовой передачи размещена не непосредственно на трансмиссионном валу, а на втулке (203), которая закреплена на трансмиссионном валу шпонкой или шариком, либо размещена на этом валу на шлицах. Для целей дальнейшего описания подразумевается, что втулка (203) является частью трансмиссионного вала (2).
На цилиндрической поверхности (23) заклинивающего элемента (21) выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25), выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в заклинивающем элементе (21) для увеличения трения между шестерней (5) и заклинивающим элементом при включении управляемой муфты. На смежной цилиндрической поверхности (23) шестерни в области контакта с подтормаживателем (25) закреплена фрикционная накладка (24) из фрикционного материала. В других реализациях этого примера исполнения фрикционная накладка может быть выполнена на подтормаживателе или подтормаживатель может быть весь выполнен из фрикционного материала.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) заклинивающий элемент (21) снабжен радиальным сквозным отверстием для фиксатора (9).
Фиксатор (9) представляет собой подпружиненный цилиндр. Пружина (31) установлена между фиксатором (9) и подтормаживателем (25) и поджимает фиксатор к трансмиссионному валу (2). Пружина (31) является также пружиной управления подтормаживателем (25).
В определенной позиции заклинивающего элемента (21), соответствующей разведенным фрикционным поверхностям (27), напротив его отверстия для фиксатора (9) трансмиссионный вал (2) со втулкой (203) снабжены соответствующим радиальным отверстием, в котором размещен первый толкатель (29) фиксатора. Указанное радиальное отверстие является пазом под фиксатор. Первый толкатель (29) представляет собой цилиндр со скругленными торцами, его длина соответствует толщине стенки трансмиссионного вала (2) с учетом втулки (203). Фиксатор (9) имеет скругленный торец на стороне, соприкасающейся с первым толкателем (29).
Фиксатор (9) выполнен с возможностью частичного выдвижения из заклинивающего элемента (21) в упомянутое радиальное отверстие трансмиссионного вала (2) при перемещении первого штока (8) вдоль оси вала, включая и отключая управляемую обгонную муфту ведущей шестерни (5). Для этого первый шток (8) снабжен продольными канавками (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания фиксатора эти канавки имеют пологие стенки (101) со стороны их торцов. Длина и расположение канавок (10) выбраны такими, что при продольном перемещении первого штока (8) обеспечивается включение только одной управляемой обгонной муфты. Для перемещения первого штока (8) вдоль трансмиссионного вала (2) используют шарнирно соединенный с ним рычаг (13).
Форма фрикционных поверхностей (27) шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Шестерня (5) и заклинивающий элемент (21) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни ее первый толкатель (29) фиксатора (9) находится в канавке (10). При этом фиксатор (9) находится одновременно в радиальных отверстиях заклинивающего элемента (21) и трансмиссионного вала, блокируя перемещение заклинивающего элемента вдоль трансмиссионного вала (2) по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями шестерни (5) и заклинивающего элемента (21) обеспечивается некоторое расстояние, при котором ведущая шестерня свободно вращается на трансмиссионном валу (2). Подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью шестерни (5). При работе трансмиссии первый шток вращается вместе с трансмиссионным валом.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая рычагом (13) первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2). При этом первый шток (8) выталкивает первый толкатель (29) фиксатора из канавки (10), обеспечивая выталкивание фиксатора (9) из отверстия трансмиссионного вала (2) и втулки (203). Действуя через пружину (31) фиксатор (9) поджимает подтормаживатель (25) к смежной цилиндрической поверхности (23) шестерни (5). Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) превысит частоту вращения заклинивающего элемента (21), заклинивающий элемент (21) за счет действия подтормаживателя (25) перемещается по винтовой передаче в сторону шестерни (5). При этом фрикционные поверхности (27) соприкасаются и увеличивают силу торможения заклинивающего элемента (21) при его вращении на трансмиссионном валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент (4).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции заклинивающего элемента (21), ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента (4) заклинивающий элемент (21) проворачивается на винтовой передаче с трансмиссионным валом и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения, позволяя ведущей шестерне (5) свободно вращаться на трансмиссионном валу. При этом подтормаживатель (25) увлекает заклинивающий элемент (21) за шестерней (5), увеличивая расстояние между фрикционными поверхностями. Таким образом, управляемая муфта работает в режиме обгона. Фрикционные поверхности также выходят из соприкосновения, если ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом (4), начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). Перемещение штока могут производить либо одновременно со снятием нагрузки, либо заблаговременно. При указанном перемещении первого штока первый толкатель (29) фиксатора попадает в область канавки (10). При снятии нагрузки заклинивающий элемент (21) перемещается по винтовой передаче в сторону от шестерни (5). Когда при этом движении фиксатор (9) оказывается напротив первого толкателя (29), он за счет действия пружины (31) входит в соответствующее отверстие трансмиссионного вала (2), обеспечивая фиксацию заклинивающего элемента (21) на трансмиссионном валу (2). Одновременно снижается действие пружины (31) на подтормаживатель (25) и он выходит из соприкосновения с шестерней (5). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающий элемент (21) удерживается фиксатором (9) на расстоянии от шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Пример 3 варианта 2. Трансмиссия содержит две ведущие конические шестерни, установленные на подшипниках. Одна ведущая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте. Другая ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на управляемой обгонной муфте.
Заклинивающий элемент (21) управляемой муфты и соответствующая ведущая шестерня (5) содержат смежные конические фрикционные поверхности (27) и цилиндрические поверхности (23) (фиг. 9). Ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу на подшипнике (12) с возможностью свободного вращения. Заклинивающий элемент (21) установлен на трансмиссионном валу (2) на винтовой передаче и снабжен на резьбовой поверхности пазом (213) под фиксатор (9). Для технологических целей резьба упомянутой винтовой передачи размещена не непосредственно на трансмиссионном валу, а на втулке (203), которая закреплена на трансмиссионном валу шпонкой или шариком, либо размещена на этом валу на шлицах. Для целей дальнейшего описания подразумевается, что втулка (203) является частью трансмиссионного вала (2).
Фиксатор (9) представляет собой цилиндрический толкатель с шариком и выполнен с возможностью частичного выдвижения шарика из трансмиссионного вала в соответствующий паз заклинивающего элемента (21) при перемещении первого штока вдоль оси вала, включая и отключая управляемую обгонную муфту ведущей шестерни (5). Для этого первый шток (8) снабжен продольной канавкой (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания фиксатора эта канавка имеет пологую переходную ступень (101). Для перемещения первого штока вдоль трансмиссионного вала используют шарнирно соединенный с ним рычаг.
На цилиндрической поверхности (23) заклинивающего элемента (21) выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25), выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в заклинивающем элементе (21) для увеличения трения между шестерней (5) и заклинивающим элементом (21) при включении управляемой муфты.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) заклинивающий элемент (21) снабжен двумя или четырьмя радиальными сквозными отверстиями (32) для размещения элементов управления подтормаживателем. Отверстиям (32) соответствуют отверстия в трансмиссионном валу (2). Для управления подтормаживателем (25) на первом штоке (8) выполнены дополнительные канавки (33). Элементами управления подтормаживателем (25) являются:
- цилиндрические толкатели (34), упирающиеся одним торцом в первый шток (8) и размещенные в отверстиях трансмиссионного вала (2);
- промежуточное пружинное кольцо (35), установленное в канавке втулки (203) трансмиссионного вала (2). В кольцо (35) упираются толкатели (34) другим торцом;
- шарики (36), размещенные в отверстиях (32) в заклинивающем элементе (21) и контактирующие с промежуточным пружинным кольцом (35);
- пружины (37), установленные в отверстиях (32) между шариками (36) и подтормаживателем (25).
Форма фрикционных поверхностей (27) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Шестерня (5) и заклинивающий элемент (21) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) находится на высокой ступени канавки (10) и шарик фиксатора входит в паз (213) заклинивающего элемента (21), блокируя его перемещение вдоль трансмиссионного вала (2) по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями шестерни и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2). Толкатели (34) подтормаживателя (25) находятся в дополнительных канавках (33) и подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью шестерни (5).
При отключенной управляемой обгонной муфте передача крутящего момента от трансмиссионного вала к дисковому колесному элементу осуществляется через ведущую шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
При работе трансмиссии первый шток вращается вместе с трансмиссионным валом.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая рычагом первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2). При этом фиксатор (9) попадает в область низкой ступени канавки (10) первого штока (8). Одновременно толкатели (34) подтормаживателя (25) выходят из дополнительных канавок (33), прижимая подтормаживатель (25) к шестерне (5) через промежуточное пружинное кольцо (35), шарики (36) и пружины (37).
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) превысит частоту вращения заклинивающего элемента (21), заклинивающий элемент (21) за счет действия подтормаживателя (25) перемещается по винтовой передаче в сторону шестерни (5). При этом фрикционные поверхности (27) соприкасаются и увеличивают силу торможения заклинивающего элемента (21) при его вращении на трансмиссионном валу. При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент (4).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции заклинивающего элемента (21), ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента заклинивающий элемент (21) проворачивается на винтовой передаче с трансмиссионным валом и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения, позволяя ведущей шестерне (5) свободно вращаться на трансмиссионном валу. При этом подтормаживатель (25) увлекает заклинивающий элемент (21) за шестерней (5), увеличивая расстояние между фрикционными поверхностями. Таким образом, управляемая муфта работает в режиме обгона. Фрикционные поверхности также выходят из соприкосновения, если ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом (4), начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При снятии нагрузки заклинивающий элемент (21) перемещается по винтовой передаче в сторону от шестерни (5). При этом первый шток (8) выталкивает цилиндрический толкатель фиксатора (9) из глубокой ступени канавки (10), обеспечивая попадание шарика фиксатора (9) в паз (213) и фиксацию заклинивающего элемента (21) на трансмиссионном валу (2). Одновременно толкатели (34) подтормаживателя (25) попадают в область дополнительных канавок (33), приводя к снижению действия пружин (37) на подтормаживатель (25), который выходит из соприкосновения с шестерней (5). При подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающий элемент (21) удерживается фиксатором (9) на расстоянии от шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Пример 4 варианта 2. Для целей выполнения ведущих шестерен (5) с минимальным диаметром в примерах 1-3 фрикционная поверхность (27) на них выполнена на торце шестерни (фиг. 10). При этом ведущая шестерня (5) размещена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (38) и одном упорном подшипнике (12). Подшипники (12, 38) могут быть игольчатыми подшипниками или подшипниками скольжения.
Пример 5 варианта 2. Коническая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на управляемой муфте, заклинивающий элемент которой выполнен составным (фиг. 11, 12). Первая (211) и вторая (212) части заклинивающего элемента дисковые, на их торцах выполнены плоские фрикционные поверхности (27). При этом ведущая шестерня (5) выполнена заодно с первой частью (211) заклинивающего элемента. Первая часть (211) заклинивающего элемента установлена на второй его части (212) на винтовой передаче. Вторая часть (212) заклинивающего элемента свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Заклинивающий элемент размещен на трансмиссионном валу (2) между двумя упорными пластинами (20), закрепленными на этом валу шпонками или шариками. Обращенные к заклинивающему элементу поверхности упорных пластин (20) являются фрикционными поверхностями (27), смежными с соответствующими фрикционными поверхностями частей (211, 212) заклинивающего элемента.
В несквозном отверстии первой части (211) заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частичного выдвижения в соответствующий паз (213), расположенный на резьбовой поверхности второй части (212) заклинивающего элемента.
Управление фиксатором (9) выполнено следующим образом:
- вторая часть (212) заклинивающего элемента в области паза (213) снабжена сквозным отверстием, в котором размещен второй толкатель (30). В частном случае, показанном на фиг. 11 и 12, второй толкатель выполнен в виде пары шариков;
- под второй частью (212) заклинивающего элемента в соответствующей канавке трансмиссионного вала (2) размещено пружинное кольцо (49), прижимающееся к валу (2). Второй толкатель (30) при этом упирается в пружинное кольцо (49);
- в отверстии трансмиссионного вала (2) размещен первый толкатель (29), упирающийся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае первый толкатель (29) выполнен в виде цилиндра со скругленным со стороны штока торцом. Первый шток (8) снабжен продольной канавкой (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания толкателя (29) эта канавка имеет пологую переходную ступень (101).
Со стороны трансмиссионного вала (2) вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена канавкой под пружинное кольцо (49), имеющей ширину, большую ширины этого кольца на величину зазора между второй частью (212) заклинивающего элемента и упорными пластинами (20).
Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, предназначенным для позиционирования частей заклинивающего элемента так, чтобы фиксатор (9) располагался напротив паза (213) при отсутствии нагрузок на вторую часть (212) со стороны трансмиссионного вала (2).
Возвратный механизм представляет собой пару одинаковых подпружиненных возвратных толкателей (217) в форме шариков, установленных в одинаковых несквозных отверстиях, расположенных в первой части (211) заклинивающего элемента параллельно оси ее вращения и симметрично относительно плоскости симметрии, перпендикулярной этой оси. Возвратные толкатели (217) упираются в бортики (214) второй части (212) заклинивающего элемента. Отверстия могут быть расположены под углом к оси вращения первой части соответственно направлению резьбы винтового соединения первой и второй частей. Бортики (214) в этом случае содержат выемки под возвратные толкатели (217), чтобы обеспечить нормальный контакт толкателя (217) с бортиком (214), перпендикулярный направлению движения толкателя.
На трансмиссионном валу (2) в области второй части (212) заклинивающего элемента выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25), выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в трансмиссионном валу (2) для увеличения трения между ним и второй частью (212) заклинивающего элемента при включении управляемой муфты.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) трансмиссионный вал (2) снабжен радиальным сквозным отверстием (32) для размещения подпружиненного толкателя (34) подтормаживателя. Для управления подтормаживателем (25) на первом штоке (8) выполнена дополнительная канавка (33).
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) расположен в отверстии первой части (211) заклинивающего элемента и в пазу (213) второй части (212) заклинивающего элемента, блокируя перемещение частей заклинивающего элемента друг относительно друга по винтовой передаче. Между фрикционными поверхностями упорных пластин (20) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором заклинивающий элемент с ведущей шестерней (5) свободно вращаются на трансмиссионном валу (2). Первый толкатель (29) находится в области канавки (10) и прижимается к штоку (8) пружинным кольцом (49). Толкатель (34) подтормаживателя (25) находится в дополнительной канавке (33) и подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью второй части (212) заклинивающего элемента.
При работе трансмиссии первый шток вращается вместе с трансмиссионным валом.
Включение управляемой муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2). При этом первый толкатель (29) выталкивается из канавки (10) и через пружинное кольцо (49) и второй толкатель (30) выталкивает фиксатор (9) из паза (213). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) выходит из дополнительной канавки (33), прижимая подтормаживатель (25) ко второй части (212) заклинивающего элемента.
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) не совпадает с частотой вращения первой части (211) заклинивающего элемента, две части (211, 212) заклинивающего элемента за счет действия подтормаживателя (25) перемещаются по винтовой передаче друг относительно друга в одну или другую сторону. При этом фрикционные поверхности (27) частей заклинивающего элемента и упорных пластин соприкасаются и увеличивают силу, направленную на выравнивание угловых скоростей вращения трансмиссионного вала (2) и шестерни (5). При этом за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента от трансмиссионного вала (2) на дисковый колесный элемент (4), либо в обратном направлении.
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом первый толкатель (29) оказывается в области канавки (10) и прижимается к ней пружинным кольцом (49). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) попадает в область дополнительной канавки (33), приводя к снижению его действия на подтормаживатель (25), который выходит из соприкосновения со второй частью (212) заклинивающего элемента.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента первая часть (211) заклинивающего элемента проворачивается на винтовой передаче со второй его частью (212) и выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения. При этом вторая часть (212) заклинивающего элемента оказывается свободной от любой нагрузки (за исключением трения скольжения по трансмиссионному валу и трения в винтовой передачи). В таких условиях возвратные толкатели (217) продвигают части (211, 212) заклинивающего элемента в положение, при котором фиксатор (9) располагается напротив паза (213). Так как второй толкатель (30) в этом положении уже не подпирается первым толкателем (29), то фиксатор (9) входит в паз (213) и блокирует последующее движение частей (211, 212) заклинивающего элемента друг относительно друга по винтовой передаче.
Одновременно с фиксацией частей заклинивающего элемента друг относительно друга с момента разведения фрикционных поверхностей (27) ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу.
При подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающий элемент удерживается фиксатором (9) от расклинивания, обеспечивая свободное вращение шестерни (5).
Пример 6 варианта 2. Коническая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на управляемой муфте, заклинивающий элемент которой выполнен составным (фиг. 13, 14). Первая (211) часть заклинивающего элемента дисковая, выполнена заодно с ведущей шестерней (5) и установлена с возможностью поворота на полке (215) второй части (212) заклинивающего элемента. Вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена также дисковым упором (216) для первой части (211) заклинивающего элемента. Смежные торцевые поверхности первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга. На противоположных торцах первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены плоские фрикционные поверхности (27). Вторая часть (212) заклинивающего элемента свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Смежные волнистые поверхности первой части (211) и упора (216) выполнены так, что поворот этих элементов друг относительно друга вокруг оси приводит к их осевому смещению друг относительно друга. В частном случае, показанном на фиг. 13, гребни и впадины волновых поверхностей расположены вдоль радиусов первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216).
Заклинивающий элемент размещен на трансмиссионном валу (2) между двумя упорными пластинами (20), закрепленными на этом валу шпонками или шариками. Обращенные к заклинивающему элементу поверхности упорных пластин (20) являются фрикционными поверхностями (27), смежными с соответствующими фрикционными поверхностями частей (211, 212) заклинивающего элемента. Расстояние между фрикционными поверхностями (27) упорных пластин (20) меньше суммарной толщины первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) в наиболее широких местах. Такое исполнение обеспечивает суммарный зазор между фрикционными поверхностями (27), не превышающий высоту неровностей волновых поверхностей первой части (211) и упора (216). Это, в свою очередь, предотвращает проскакивание неровностей волновых поверхностей указанных элементов при их взаимном повороте друг относительно друга.
В несквозном отверстии первой части (211) заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частичного выдвижения в соответствующий паз (213), расположенный на полке (215) второй части заклинивающего элемента.
Управление фиксатором (9) выполнено следующим образом:
- вторая часть (212) заклинивающего элемента в области паза (213) снабжена сквозным отверстием, в котором размещен второй толкатель (30). В частном случае, показанном на фиг. 13, второй толкатель выполнен в виде цилиндра;
- под второй частью (212) заклинивающего элемента в соответствующей канавке трансмиссионного вала (2) размещено пружинное кольцо (49), прижимающееся к валу (2). Второй толкатель (30) при этом упирается в пружинное кольцо (49);
- в отверстии трансмиссионного вала (2) размещен первый толкатель (29), упирающийся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае первый толкатель (29) выполнен в виде цилиндра со скругленным со стороны штока торцом. Первый шток (8) снабжен продольной канавкой (10). Для увеличения нормальной составляющей силы выталкивания толкателя (29) эта канавка имеет пологую переходную ступень (101).
Со стороны трансмиссионного вала (2) вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена канавкой под пружинное кольцо (49), имеющей ширину, большую ширины этого кольца на величину зазора между второй частью (212) заклинивающего элемента и упорными пластинами (20).
Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, предназначенным для позиционирования частей заклинивающего элемента так, чтобы фиксатор (9) располагался напротив паза (213) при отсутствии нагрузок на вторую часть (212) со стороны трансмиссионного вала (2).
Возвратный механизм представляет собой тарельчатую возвратную пружину (218), установленную между первой частью (211) заклинивающего элемента и бортиком (214) второй части (212) заклинивающего элемента.
На трансмиссионном валу (2) в области второй части (212) заклинивающего элемента выполнена кольцевая канавка для размещения подтормаживателя (25), выполненного в виде разрезного пружинного кольца. Один конец этого кольца может быть зафиксирован в трансмиссионном валу (2) для увеличения трения между ним и второй частью (212) заклинивающего элемента при включении управляемой муфты.
В области кольцевой канавки для подтормаживателя (25) трансмиссионный вал (2) снабжен радиальным сквозным отверстием (32) для размещения подпружиненного толкателя (34) подтормаживателя. Для управления подтормаживателем (25) на первом штоке (8) выполнена дополнительная канавка (33).
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) расположен в отверстии первой части (211) заклинивающего элемента и в пазу (213) второй части (212) заклинивающего элемента, блокируя перемещение частей заклинивающего элемента друг относительно друга. Между фрикционными поверхностями упорных пластин (20) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором заклинивающий элемент с ведущей шестерней (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2). Первый толкатель (29) находится в области канавки (10) и прижимается к штоку (8) пружинным кольцом (49). Толкатель (34) подтормаживателя (25) находится в дополнительной канавке (33) и подтормаживатель (25) не контактирует с поверхностью второй части (212) заклинивающего элемента.
При работе трансмиссии первый шток вращается вместе с трансмиссионным валом.
Включение управляемой муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2). При этом первый толкатель (29) выталкивается из канавки (10) и через пружинное кольцо (49) и второй толкатель (30) выталкивает фиксатор (9) из паза (213). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) выходит из дополнительной канавки (33), прижимая подтормаживатель (25) ко второй части (212) заклинивающего элемента.
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) не совпадает с частотой вращения первой части (211) заклинивающего элемента, две части (211, 212) заклинивающего элемента за счет действия подтормаживателя (25) перемещаются друг относительно друга в одну или другую сторону. За счет наличия волнистых поверхностей эти части раздвигаются (перемещаются также вдоль оси вращения). При этом фрикционные поверхности (27) частей заклинивающего элемента и упорных пластин соприкасаются и увеличивают силу, направленную на выравнивание угловых скоростей вращения трансмиссионного вала (2) и шестерни (5). При этом за счет волнистых поверхностей частей заклинивающего элемента фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента от трансмиссионного вала (2) на дисковый колесный элемент, либо в обратном направлении.
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом первый толкатель (29) оказывается в области канавки (10) и прижимается к ней пружинным кольцом (49). Одновременно толкатель (34) подтормаживателя (25) попадает в область дополнительной канавки (33), приводя к снижению его действия на подтормаживатель (25), который выходит из соприкосновения со второй частью (212) заклинивающего элемента.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента первая часть (211) заклинивающего элемента проворачивается относительно второй его части (212), а действие возвратной пружины (218) выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения. При этом вторая часть (212) заклинивающего элемента оказывается свободной от любой нагрузки (за исключением трения скольжения по трансмиссионному валу). В таких условиях возвратная пружина (218) продвигает части (211, 212) заклинивающего элемента в положение, при котором фиксатор (9) располагается напротив паза (213). Так как второй толкатель (30) в этом положении уже не подпирается первым толкателем (29), то фиксатор (9) входит в паз (213) и блокирует последующее движение частей (211, 212) заклинивающего элемента друг относительно друга.
Одновременно с фиксацией частей заклинивающего элемента друг относительно друга с момента разведения фрикционных поверхностей (27) ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу.
При подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающий элемент удерживается фиксатором (9) от расклинивания, обеспечивая свободное вращение шестерни (5).
Пример 7 варианта 2. Коническая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на управляемой обгонной муфте, заклинивающий элемент которой выполнен составным (фиг. 15, 16). Первая (211) часть заклинивающего элемента дисковая, выполнена заодно с ведущей шестерней (5) и установлена с возможностью поворота на полке (215) второй части (212) заклинивающего элемента. Вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена также дисковым упором (216) для первой части (211) заклинивающего элемента. Смежные торцевые поверхности первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга. На противоположных торцах первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) выполнены плоские фрикционные поверхности (27). Вторая часть (212) заклинивающего элемента свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Смежные волнистые поверхности первой части (211) и упора (216) выполнены с несимметричными волнами или зубцами. Такое несимметричное выполнение волн обеспечивает взаимное зацепление соприкасающихся элементов (211, 216) при их относительном вращении в одну сторону. При вращении одного элемента относительно другого в другую сторону происходит также их осевое смещение друг относительно друга.
Заклинивающий элемент размещен на трансмиссионном валу (2) между двумя упорными пластинами (20), закрепленными на этом валу шпонками или шариками. Обращенные к заклинивающему элементу поверхности упорных пластин (20) являются фрикционными поверхностями (27), смежными с соответствующими фрикционными поверхностями частей (211, 212) заклинивающего элемента. Расстояние между фрикционными поверхностями (27) упорных пластин (20) меньше суммарной толщины первой части (211) заклинивающего элемента и упора (216) в наиболее широких местах с учетом волнистой поверхности их смежных поверхностей. Такое исполнение обеспечивает суммарный зазор между фрикционными поверхностями (27), не превышающий высоту неровностей волновых поверхностей первой части (211) и упора (216). Это, в свою очередь, предотвращает проскакивание неровностей волновых поверхностей указанных элементов при их взаимном повороте друг относительно друга.
В несквозном отверстии первой части (211) заклинивающего элемента размещен подпружиненный фиксатор (9), выполненный с возможностью частичного выдвижения в соответствующий паз (213), расположенный на полке (215) второй части заклинивающего элемента.
Управление фиксатором (9) выполнено следующим образом:
- вторая часть (212) заклинивающего элемента в области паза (213) снабжена сквозным отверстием, в котором размещен второй толкатель (30). В частном случае, показанном на фиг. 15 и 16, второй толкатель выполнен в виде короткого цилиндрического стержня;
- в отверстии трансмиссионного вала (2) напротив второго толкателя (30) размещен первый толкатель (29), выполненный в форме стержня со шляпкой;
- пружинное кольцо (49), воздействуя на край шляпки первого толкателя (29), прижимает его к первому штоку (8);
- первый шток (8) в зоне контакта с первым толкателем (29) снабжен продольной канавкой (10), на дне которой уложена пружинная скоба (102).
Со стороны трансмиссионного вала (2) в зоне второго толкателя (30) вторая часть (212) заклинивающего элемента снабжена профилированной выемкой (219) под шляпку первого толкателя (29).
Заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, предназначенным для позиционирования частей заклинивающего элемента так, чтобы фиксатор (9) располагался напротив паза (213) при отсутствии нагрузок на вторую часть (212) со стороны трансмиссионного вала (2).
Возвратный механизм представляет собой подпружиненный возвратный толкатель (217), установленный в несквозном отверстии, расположенном в первой части (211) заклинивающего элемента параллельно оси ее вращения. Возвратный толкатель (217) упирается в бортик (214) второй части (212) заклинивающего элемента.
При отключенной управляемой муфте ведущей шестерни ее фиксатор (9) расположен в отверстии первой части (211) заклинивающего элемента и в пазу (213) второй части (212) заклинивающего элемента, блокируя перемещение частей заклинивающего элемента друг относительно друга. Между фрикционными поверхностями упорных пластин (20) и заклинивающего элемента обеспечивается некоторое расстояние, при котором заклинивающий элемент с ведущей шестерней (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2). Первый толкатель (29) прижимается пружинным кольцом (49) к той части пружинной скобы (102), которая непосредственно прилегает ко дну канавки (10) (в этом месте скоба не воздействует упруго на толкатель).
При работе трансмиссии первый шток вращается вместе с трансмиссионным валом.
Включение управляемой муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2). При этом первый толкатель (29) выталкивается из канавки (10) пружинной скобой (102). При вращении трансмиссионного вала (2) относительно второй части (212) заклинивающего элемента первый толкатель (29) попадает в профилированную выемку (219) и увлекает за собой вторую часть (212) заклинивающего элемента, одновременно выталкивая фиксатор (9) из паза (213) с помощью второго толкателя (30).
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) не совпадает с частотой вращения первой части (211) заклинивающего элемента, две части (211, 212) заклинивающего элемента перемещаются друг относительно друга. За счет наличия волнистых поверхностей эти части раздвигаются (перемещаются также вдоль оси вращения). При этом фрикционные поверхности (27) частей заклинивающего элемента и упорных пластин соприкасаются и увеличивают силу, направленную на выравнивание угловых скоростей вращения трансмиссионного вала (2) и шестерни (5). При этом за счет волнистых поверхностей частей заклинивающего элемента фрикционные поверхности (27) прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента от трансмиссионного вала (2) на дисковый колесный элемент, либо в обратном направлении. При возрастании нагрузки на трансмиссионный вал (2) сверх критического значения обеспечивается защита от поломки управляемой муфты за счет проскальзывания заклинивающего элемента по фрикционным поверхностям и срыва зацепления шляпки первого толкателя (29), подпружиненного скобой (102), с профиля выемки (219).
В случае, когда шестерня (5), обычно увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться быстрее трансмиссионного вала (2), первая часть (211) заклинивающего элемента освобождается от заклинивания. Под действием возвратного толкателя (217) расстояние между фрикционными поверхностями (27) увеличивается. При дальнейшем движении первая часть (211) заклинивающего элемента увлекает за собой вторую его часть (212) за счет несимметричной формы их смежных волновых поверхностей. Благодаря пологой форме профилированной выемки (219) с соответствующей стороны вторая часть (212) с легкостью выходит из зацепления со шляпкой первого толкателя (29). Передача крутящего момента от шестерни (5) к валу (2) не происходит. Муфта работает в режиме обгона.
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом первый толкатель (29) оказывается в области той части пружинной скобы (102), которая непосредственно прилегает ко дну канавки (10). Первый толкатель (29) прижимается к скобе (102) пружинным кольцом (49).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента первая часть (211) заклинивающего элемента проворачивается относительно второй его части (212), а действие возвратного толкателя (217) выводит фрикционные поверхности (27) из соприкосновения. При этом вторая часть (212) заклинивающего элемента оказывается свободной от любой нагрузки (за исключением трения скольжения по трансмиссионному валу). В таких условиях возвратный толкатель (217) продвигает части (211, 212) заклинивающего элемента в положение, при котором фиксатор (9) располагается напротив паза (213). Так как второй толкатель (30) в этом положении уже не подпирается первым толкателем (29), то фиксатор (9) входит в паз (213) и блокирует последующее движение частей (211, 212) заклинивающего элемента друг относительно друга.
Одновременно с фиксацией частей заклинивающего элемента друг относительно друга с момента разведения фрикционных поверхностей (27) ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу.
При подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающий элемент удерживается фиксатором (9) от расклинивания, обеспечивая свободное вращение шестерни (5).
Пример 8 варианта 2. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением. При этом одна такая шестерня установлена на первичном валу, а другая — на трансмиссионном валу.
Пример 9 варианта 2. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена с переменным передаточным отношением (фиг. 1). При этом на первичном валу (1) установлен дисковый первичный элемент (15), снабженный двумя и более наборами зубьев или отверстий, каждый набор размещен по окружности с центром на оси первичного вала. На фиг. 1 условно показано два набора зубьев. Поверхность, в которой лежат зубья каждого набора, может быть плоской или конической. Дисковый первичный элемент может быть выполнен в виде соединенных друг с другом шестерен винтовым, заклепочным или другим соединением.
На трансмиссионном валу (2) установлены ведомые шестерни (16) по количеству наборов зубьев на дисковом первичном элементе. Зубья каждой ведомой шестерни (16) находятся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового первичного элемента (15). Соответственно, зубья ведомых шестерен лежат в цилиндрической или конической поверхности.
Ведомые шестерни (16) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). При этом ближайшая к первичной оси ведомая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7). Такая ведомая шестерня обеспечивает наибольшее передаточное отношение от первичного вала (1) к трансмиссионному валу (2).
Управление муфтами (6) ведомых шестерен (16) осуществляется перемещением второго штока, размещенного внутри трансмиссионного вала (2) в области ведомых шестерен (их управляемых муфт). Управляемая муфта ведомых шестерен выполнена аналогично любому варианту управляемой муфты ведущих шестерен заявляемой группы технических решений. Управление муфтами ведомых шестерен осуществляется вторым штоком аналогично тому, как осуществляется управление муфтами ведущих шестерен первым штоком.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 2 не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, первичный (1) и трансмиссионный (2) валы могут быть соединены цепной или ременной передачей, или зубчатой передачей с параллельным расположением валов. Трансмиссионный вал может быть составным или выполнен в виде системы соединенных друг с другом валов. Ведущие шестерни могут быть установлены на трансмиссионном валу на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах.
Описание работы трансмиссии по варианту 2.
При работе трансмиссии первичный вал (1) приводится во вращение мускульной силой ездока или тяговой силой двигателя. Вращение первичного вала (1) через механическую передачу передается трансмиссионному валу (2).
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих шестерен (5) вращение трансмиссионного вала (2) передается на дисковый колесный элемент (4) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от трансмиссионного вала (2) к дисковому колесному элементу (4) перемещают первый шток (8) внутри трансмиссионного вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет либо закрепления заклинивающего элемента (21) фиксатором (9) на трансмиссионном валу (2) (фиг. 7), либо закрепления фиксатором (9) частей (211, 212) заклинивающего элемента между собой (фиг. 11). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет освобождения заклинивающего элемента.
Если наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведущей шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведущих шестерен выключены, то вращение трансмиссионного вала передается к дисковому колесному элементу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
При выполнении соединения первичного (1) и трансмиссионного (2) валов с переменным передаточным отношением (пример 9), передача вращения между указанными валами производится с отношением, соответствующим включенной управляемой муфте ведомой шестерни (16). Изменение передаточного отношения производится перемещением второго штока внутри трансмиссионного вала. Если при этом ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведомой шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведомых шестерен выключены, то вращение первичного вала передается к трансмиссионному валу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
Осуществление технического решения по варианту 3.
Трансмиссия велосипеда или мотоцикла по варианту 3 аналогично трансмиссии по варианту 1 содержит первичный вал (1), соединенный с трансмиссионным валом (2) (фиг. 1).
Трансмиссионный вал (2) соединен с осью (3) ведущего колеса зубчатой передачей с пересекающимися или перекрещивающимися валами с переменным передаточным отношением. На оси ведущего колеса закреплен дисковый колесный элемент (4), выполненный аналогично этому элементу в трансмиссии по варианту 1.
Также аналогично трансмиссии по варианту 1 на трансмиссионном валу (2) установлены ведущие шестерни (5), находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового колесного элемента (4).
Ведущие шестерни (5) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). Аналогично трансмиссии по варианту 1 наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7).
Управление муфтами ведущих шестерен (5) осуществляется перемещением первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) (фиг. 17). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью трансмиссионного вала, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в трансмиссионном валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта (6) снабжена заклинивающим элементом (21), размещенным в пространстве между трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5). Также муфта снабжена толкателем (26), который при перемещении первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) стремится привести заклинивающий элемент в контакт одновременно с валом (2) и шестерней (5).
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 3.
Пример 1 варианта 3. Трансмиссия содержит три ведущие конические шестерни (5), установленные на подшипниках (12) (фиг. 17, 18). В частности, на фиг. 17 условно показаны радиальные подшипники (12). Соответственно, зубья трех наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Все ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах, которые выполнены обгонными храповыми. Во включенном состоянии управляемая муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от трансмиссионного вала (2) к ведущей шестерне (5) и дисковому колесному элементу (4). В отключенном состоянии управляемая муфта обеспечивает свободное вращение ведущей шестерни (5) на трансмиссионном валу.
Управляемая муфта содержит множество заклинивающих элементов (21), представляющих собой собачки, закрепленные на трансмиссионном валу (2) между подшипниками (12). Снаружи язычки (220) собачек прижимаются к трансмиссионному валу (2) кольцевыми пружинами (48). С внутренней стороны язычки (220) собачек опираются на пружинное кольцо (49), прижимающееся к трансмиссионному валу (2). Для кольцевых пружин (48) и пружинного кольца (49) заклинивающие элементы - собачки (21) снабжены соответствующими вырезами. В отверстиях трансмиссионного вала (2) размещены толкатели (26), упирающиеся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае толкатели (26) выполнены в виде цилиндров со скругленным со стороны штока торцом. Толкатели (26) упираются в пружинное кольцо (49) предпочтительно на середине расстояния между точками соприкосновения пружинного кольца (49) с язычками (220) собачек. Количество собачек (21) может быть в два раза больше количества толкателей (26).
Первый шток (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) из трансмиссионного вала (2) при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
С внутренней стороны (со стороны собачек (21)) ведущая шестерня (5) снабжена несимметричными зубцами (501), имеющими с одной стороны упор для собачек.
Вместо двух кольцевых пружин (48) по краям собачек (21) может быть установлена одна такая пружина по центру собачек.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатели (26) находятся в области малого диаметра первого штока (8). Пружинное кольцо (49) прижато к трансмиссионному валу (2). Язычки собачек (21) прижаты кольцевыми пружинами (48) к трансмиссионному валу (2) и не касаются зубцов (501). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на толкатели (26) своей областью большого диаметра и частично выдвигает их из трансмиссионного вала (2). Толкатели (26) поднимают пружинное кольцо (49), а с ним и язычки собачек (21) до контакта с зубцами (501) на ведущей шестерне (5). Затем прикладывают нагрузку к трансмиссионному валу (от двигателя или педалей). Когда частота вращения трансмиссионного вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5) собачки (21) упрутся в зубья (501) ведущей шестерни (5). В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент (4).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал останавливается. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента (4) ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом язычки (220) собачек скользят по поверхности зубцов (501), перескакивая с одного на другой — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом (4), начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При указанном перемещении первого штока толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра первого штока (8), пружинное кольцо (49) прижимает толкатели к первому штоку (8) и прижимается само к трансмиссионному валу (2). При снятии нагрузки язычки (220) собачек перестают упираться в зубцы (501) и под действием кольцевых пружин (48) прижимаются к пружинному кольцу (49) и, вслед за ним,- к трансмиссионному валу (2). При этом собачки (21) перестают контактировать с зубцами (501). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) собачки (21) удерживаются кольцевыми пружинами (48) на расстоянии от зубцов (501), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 2 варианта 3. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 19, 20). Управляемая обгонная муфта этой ведущей шестерни является храповой. Она содержит множество заклинивающих элементов (21), представляющих собой собачки, закрепленные на ведущей шестерне (5) между подшипниками (12). Собачки (21) выполнены в виде коромысел, плечи которых уравновешены. Упорный рычаг (221) каждой собачки (21) подпружинен с двух сторон. Пружина (222) двигает упорный рычаг (221) от ведущей шестерни (5) в сторону трансмиссионного вала (2) и прижимает рычаг (221) к пружинному кольцу (49). Таким образом, действие пружины (222) стремится повернуть язычок (220) собачки к ведущей шестерне (5). Пружинное кольцо (49) прижимается к трансмиссионному валу (2). Язычки (220) собачек снабжены прорезью под пружинное кольцо (49), чтобы оно не препятствовало движению язычков к трансмиссионному валу (2).
В отверстиях трансмиссионного вала (2) размещены толкатели (26), упирающиеся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае каждый толкатель (26) выполнен в виде цилиндра со скругленным со стороны штока торцом. Толкатели (26) упираются в пружинное кольцо (49) вблизи места контакта этого кольца с упорным рычагом (221) собачки, когда язычок (220) собачки уперт в зубец на трансмиссионном валу (2). Это необходимо для обеспечения работы пружинного кольца (49) при включенной управляемой муфте в режиме обгона (когда скорость вращения ведущей шестерни (5) превышает скорость вращения трансмиссионного вала (2)). Вместо выбора места размещения толкателей (26) относительно зубцов возможно применить подпружиненный толкатель. Тогда он будет позволять сжатие пружинного кольца и место его установки неважно.
Первый шток (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) из трансмиссионного вала (2) при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
С внешней стороны трансмиссионный вал (2) снабжен несимметричными зубцами (204), имеющими с одной стороны упор для язычков (220) собачек.
Управляемая муфта также снабжена защитным механизмом предотвращения ударного включения управляемой муфты, что целесообразно, например, в трансмиссии мотоцикла, у которого возможна большая разница в скорости вращения трансмиссионного вала и ведущей шестерни при включении муфты. Указанный защитный механизм представляет собой подпружиненный защитный ролик (55), закрепленный к ведущей шестерне (5) между собачками (21) и толкаемый своей пружиной в сторону пружинного кольца (49). При этом внутренняя поверхность ведущих шестерен (5) снабжена защитными выступами (502) на участке между роликом (55) и язычком (220) собачки.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатели (26) находятся в области малого диаметра первого штока (8). Пружинное кольцо (49) прижато к трансмиссионному валу (2). Упорные рычаги (221) собачек, прижимаемые к пружинному кольцу (49) удерживают язычки (220) собачек вблизи ведущей шестерни (5). Язычки (220) собачек разведены с зубцами (204) трансмиссионного вала (2). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Под действием своих пружин защитный ролик (55) проталкивается в зазор между пружинным кольцом (49) и защитным выступом (502). Вращение трансмиссионного вала (2) с пружинным кольцом (49) способствует этому процессу. На фиг. 20 изображена конфигурация, при которой рабочим направлением вращения трансмиссионного вала (2) является вращение по часовой стрелке.
Действие пружины защитного ролика (55) может быть рассчитано так, чтобы направление ее силы упругости изменялось на противоположное при достижении роликом пружинного кольца (49) в отключенном состоянии управляемой муфты. В этом случае пружинное кольцо (49) прижато к трансмиссионному валу (2). Когда ведущая шестерня (5) и трансмиссионный вал (2) не вращаются, защитный ролик (55) прижимается своей пружиной к пружинному кольцу (49) и после этого сила действия пружины ролика (55) прекращается. В дальнейшем, когда трансмиссионный вал (2) приходит в движение (по часовой стрелке на фиг. 20), вращающееся вместе с ним пружинное кольцо (49) увлекает за собой ролик (55) (за счет сил трения и вязкости окружающей среды). При этом пружина ролика (55) растягивается и начинает стремиться сжаться, возвратив ролик обратно.
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на толкатели (26) своей областью большого диаметра и частично выдвигает их из трансмиссионного вала (2). Толкатели (26) поднимают пружинное кольцо (49) над поверхностью вала (2). Если разность скоростей вращения ведущей шестерни (5) и трансмиссионного вала (2) большая, то защитный ролик (55) препятствует выдвижению толкателей и подъему пружинного кольца (49), так как сила, с которой действует толкатель, недостаточна для преодоления сил, действующих на ролик и прижимающих пружинное кольцо (49). После выравнивания скоростей вращения ведущей шестерни (5) и трансмиссионного вала (2) сила прижатия роликами (55) пружинного кольца (49) уменьшается и толкатели становятся способными поднять пружинное кольцо (49).
Поднимающееся пружинное кольцо (49) прижимает упорные рычаги (221) собачек к ведущей шестерне (5) и опускает язычки (220) этих собачек до соприкосновения с трансмиссионным валом (2). Одновременно пружинное кольцо (49) продвигает защитные ролики (55) вдоль выступов (502) к их основанию.
Затем прикладывают нагрузку к трансмиссионному валу (от двигателя или педалей). Когда частота вращения трансмиссионного вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5), язычки (220) собачек (21) упрутся в зубья (204) трансмиссионного вала (2). В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал останавливается. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента (4) ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом язычки (220) собачек скользят по поверхности зубцов (204), перескакивая с одного на другой — управляемая муфта работает в режиме обгона. Благодаря выбору расположения толкателей (26) относительно зубцов (204) пружинное кольцо (49) слегка опускается при прохождении язычками (220) области упоров (ступеней) зубцов (204). Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) при снятой нагрузке с трансмиссионного вала (2). При указанном перемещении первого штока толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра первого штока (8), пружинное кольцо (49) прижимает толкатели к первому штоку (8) и прижимается само к трансмиссионному валу (2). При снятии нагрузки язычки (220) собачек (21) перестают упираться в зубцы (204) и под действием пружин (222) собачек прижимаются к ведущей шестерне (5). При этом собачки (21) перестают контактировать с зубцами (204). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) язычки (220) собачек удерживаются на расстоянии от зубцов (204), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 3 варианта 3. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 21, 22).
Участок трансмиссионного вала (2) между подшипниками (12) выполнен в профиле с несимметричными вырезами под заклинивающие элементы. Каждый вырез V-образный и образован в сущности двумя поверхностями — небольшого размера стенкой (205) и большего размера полкой (206). Целесообразно поверхность полки (206) выреза выполнять цилиндрической, то есть в профиле дугообразной, выпуклой в сторону от оси вала (2).
В вырезах трансмиссионного вала (2) размещены заклинивающие элементы (21), выполненные с возможностью скольжения по поверхности полки (206) трансмиссионного вала (2) в пределах выреза.
Кольцевые пружины (48) прижимают заклинивающие элементы (21) к трансмиссионному валу (2) и одновременно стремятся передвинуть их ближе к стенке (205) выреза. Для кольцевых пружин (48) заклинивающие элементы (21) снабжены соответствующими вырезами.
В профиле стенка (205) по всей длине или на участке, граничащем с внешней поверхностью вала (2), имеет уклон относительно радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения трансмиссионного вала (2). При работе муфты в режиме обгона это позволяет заклинивающему элементу (21) устремляться вдоль стенки (205) в сторону оси трансмиссионного вала (2), снижая силу, с которой заклинивающий элемент (21) взаимодействует с ведущей шестерней (5).
Внутри заклинивающего элемента (21) размещен подпружиненный фиксатор (9). В свободном состоянии пружины (11), закрепленной к фиксатору и заклинивающему элементу (21), фиксатор (9) выходит за пределы поверхности заклинивающего элемента (21), соприкасающейся с полкой (206) трансмиссионного вала (2), и приподнимает элемент (21) над полкой.
Трансмиссионный вал (2) снабжен отверстием, в которое может попадать фиксатор (9) под действием кольцевых пружин (48) на заклинивающий элемент (21). В этом отверстии размещен толкатель (26), преимущественно выполненный подпружиненным. Толкатель (26) упирается в первый шток (8) и выполнен с возможностью выталкивания фиксатора (9) из отверстия в трансмиссионном валу (2) при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала и приведения таким образом заклинивающего элемента в контакт с шестерней (5).
В частном случае толкатель (26) и фиксатор (9) выполнены в виде цилиндров со скругленными торцами.
Первый шток (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) до границы отверстия трансмиссионного вала (2), в котором они находятся, при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
Ведущая шестерня (5) с внутренней стороны (со стороны трансмиссионного вала (2)) и заклинивающие элементы (21) с наружной стороны могут быть снабжены неровностями для увеличения трения между ними.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатель (26) находится в области малого диаметра первого штока (8). Кольцевые пружины (48) прижимают заклинивающие элементы (21) к стенкам (205) и полкам (206), выступающая за пределы заклинивающего элемента (21) часть фиксатора (9) входит в отверстие вала (2) над толкателем (26). Заклинивающие элементы (21) не касаются ведущей шестерни (5). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на толкатель (26) своей областью большого диаметра и выдвигает его на границу отверстия в трансмиссионном валу (2). Толкатели (26) выталкивают из указанного отверстия фиксаторы (9). При этом фиксаторы (9) приподнимают заклинивающие элементы (21) до их соприкосновения с внутренней поверхностью ведущих шестерен (5). Затем прикладывают нагрузку к трансмиссионному валу (от двигателя или педалей). Когда частота вращения трансмиссионного вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5), заклинивающие элементы (21), увлекаемые ведущими шестернями (5), переместятся к концу полок (206) и заблокируют ведущую шестерню на трансмиссионном валу (2) (фиг. 23). При этом будет обеспечена передача крутящего момента на дисковый колесный элемент.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал останавливается. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2), расклинивая заклинивающие элементы (21). Под действием кольцевых пружин (48) заклинивающие элементы (21) прижимаются к стенке (205), фиксаторы (9) устанавливаются на толкатель (26). Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2). При таком вращении шестерни (5) дополнительно к вышесказанному заклинивающий элемент (21), увлекаемый потоком среды в пространстве между ведущей шестерней (5) и трансмиссионным валом (2), прижимается к стенке (205) и скользит вдоль нее в сторону оси вала (2) благодаря размещению стенки под углом к радиальному направлению, снижая силу взаимодействия заклинивающего элемента (21) и ведущей шестерни (5).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) при снятой нагрузке с трансмиссионного вала (2). При указанном перемещении первого штока толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра первого штока (8). Кольцевые пружины (48) прижимают заклинивающие элементы (21) к стенкам (205), позиционируя фиксатор (9) над толкателем (26) и прижимая их к первому штоку (8). При этом заклинивающие элементы (21) перестают контактировать с ведущими шестернями (5). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) заклинивающие элементы (21) удерживаются кольцевыми пружинами (48) на расстоянии от ведущей шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Пример 4 варианта 3. Если управляемая муфта по примеру 3 не должна быть обгонной, то она выполнена следующим образом (фиг. 24).
Участок трансмиссионного вала (2) между подшипниками выполнен в профиле с выборками под заклинивающие элементы, представляющими собой дугообразные в профиле проточки вала, выгнутые в сторону от центра вала (2).
В проточках трансмиссионного вала (2) размещены заклинивающие элементы (21), выполненные с возможностью скольжения по поверхности проточки.
Кольцевые пружины (не показаны), прижимающие заклинивающие элементы (21) к трансмиссионному валу (2), одновременно стремятся передвинуть их таким образом, чтобы фиксатор (9) располагался напротив отверстия, в котором размещен толкатель (26).
При работе такой управляемой муфты во включенном состоянии заклинивающий элемент (21) фиксирует трансмиссионный вал (2) и ведущую шестерню (5) независимо от направления их относительного вращения.
Пример 5 варианта 3. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 25, 26). Заклинивающими элементами (21) являются ролики, свободно размещенные в пространстве между трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5). С внешней стороны трансмиссионный вал (2) снабжен несимметричными зубцами (204), имеющими с одной стороны упор для заклинивающих элементов - роликов (21). На полке каждого зубца (204) размещен один ролик (21). При этом диаметр каждого ролика имеет промежуточное значение между наименьшим и наибольшим расстояниями между полкой зубца (204) и ведущей шестерней (5).
Под роликами (21) со стороны трансмиссионного вала (2) в соответствующей канавке размещено пружинное кольцо (49), прижимающееся к валу (2).
Ролики (21) прижимаются к трансмиссионному валу (2) и пружинному кольцу (49) кольцевыми пружинами (48). Ведущая шестерня (5) с внутренней стороны снабжена канавкой под кольцевые пружины (48).
В радиальных отверстиях трансмиссионного вала (2) размещены толкатели (26), упирающиеся с одной стороны в кольцо (49), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае толкатели (26) выполнены в виде цилиндров со скругленным со стороны штока торцом. Толкатели (26) целесообразно располагать в месте наибольшей высоты зубцов трансмиссионного вала (2). Первый шток (8) выполнен с плавно изменяющимся диаметром для управления выдвижением толкателей (26) из трансмиссионного вала (2) при перемещении штока (8) вдоль вала (2).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни толкатели (26) находятся в области малого диаметра первого штока (8). Пружинное кольцо (49) прижато к трансмиссионному валу (2). Ролики (21), прижимаемые к трансмиссионному валу (2) кольцевыми пружинами (48), удерживаются на полках зубцов (204) вала (2) в области наибольшего расстояния между этим валом и ведущей шестерни (5). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на толкатели (26) своей областью большого диаметра и частично выдвигает их из трансмиссионного вала (2). Толкатели (26) поднимают пружинное кольцо (49) над поверхностью вала (2). Поднимающееся пружинное кольцо (49) прижимает ролики (21) к ведущей шестерне (5). При этом кольцевые пружины (48), оттесняемые роликами, входят в соответствующую канавку в ведущей шестерне (5). Затем прикладывают нагрузку к трансмиссионному валу (от двигателя или педалей). Когда частота вращения трансмиссионного вала (2) сравнится или превысит частоту вращения ведущей шестерни (5) ролики, увлекаемые ведущей шестерней (5), будут смещаться вдоль пологой части зубцов трансмиссионного вала (2) до самого узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал останавливается. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом ролики (21) расклиниваются и смещаются в противоположную сторону зубцов — в сторону упоров для роликов. С этой стороны ролики (21) не заклиниваются и не препятствуют вращению ведущей шестерни (5) с отличной от трансмиссионного вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой обгонной муфты производят путем перемещения первого штока (8) при снятой нагрузке с трансмиссионного вала (2). При указанном перемещении первого штока толкатель (26) попадает в область меньшего диаметра первого штока (8), пружинное кольцо (49) прижимает толкатели к первому штоку (8) и прижимается само к трансмиссионному валу (2). При снятии нагрузки ролики (21) расклиниваются и под действием кольцевых пружин (48) прижимаются к трансмиссионному валу (2) в области упоров для роликов. При этом ролики (21) перестают контактировать с ведущей шестерней (5). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от ведущей шестерни (5), обеспечивая ее свободное вращение.
Пример 6 варианта 3. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением. При этом одна такая шестерня установлена на первичном валу, а другая — на трансмиссионном валу.
Пример 7 варианта 3. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена с переменным передаточным отношением (фиг. 1). При этом на первичном валу (1) установлен дисковый первичный элемент (15), снабженный двумя и более наборами зубьев или отверстий, каждый набор размещен по окружности с центром на оси первичного вала. На фиг. 1 условно показано два набора зубьев. Поверхность, в которой лежат зубья каждого набора, может быть плоской или конической. Дисковый первичный элемент может быть выполнен в виде соединенных друг с другом шестерен винтовым, заклепочным или другим соединением.
На трансмиссионном валу (2) установлены ведомые шестерни (16) по количеству наборов зубьев на дисковом первичном элементе. Зубья каждой ведомой шестерни (16) находятся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового первичного элемента (15). Соответственно, зубья ведомых шестерен лежат в цилиндрической или конической поверхности.
Ведомые шестерни (16) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). При этом ближайшая к первичной оси ведомая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7). Такая ведомая шестерня обеспечивает наибольшее передаточное отношение от первичного вала (1) к трансмиссионному валу (2).
Управление муфтами (6) ведомых шестерен (16) осуществляется перемещением второго штока, размещенного внутри трансмиссионного вала (2) в области ведомых шестерен (их управляемых муфт). Управляемая муфта ведомых шестерен выполнена аналогично любому варианту управляемой муфты ведущих шестерен заявляемой группы технических решений. Управление муфтами ведомых шестерен осуществляется вторым штоком аналогично тому, как осуществляется управление муфтами ведущих шестерен первым штоком.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 3 не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, первичный (1) и трансмиссионный (2) валы могут быть соединены цепной или ременной передачей, или зубчатой передачей с параллельным расположением валов. Трансмиссионный вал может быть составным или выполнен в виде системы соединенных друг с другом валов. Ведущие шестерни могут быть установлены на трансмиссионном валу на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах.
Описание работы трансмиссии по варианту 3.
При работе трансмиссии первичный вал (1) приводится во вращение мускульной силой ездока или тяговой силой двигателя. Вращение первичного вала (1) через механическую передачу передается трансмиссионному валу (2).
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих шестерен (5) вращение трансмиссионного вала (2) передается на дисковый колесный элемент (4) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от трансмиссионного вала (2) к дисковому колесному элементу (4) перемещают первый шток (8) внутри трансмиссионного вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет прижатия заклинивающего элемента (21) либо к трансмиссионному валу (2) (фиг. 18), либо к ведущей шестерне (5) (фиг. 20). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет выдвижения толкателя (26), который приводит заклинивающий элемент (21) в контакт одновременно с трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5).
Если наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведущей шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведущих шестерен выключены, то вращение трансмиссионного вала передается к дисковому колесному элементу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
При выполнении соединения первичного (1) и трансмиссионного (2) валов с переменным передаточным отношением (пример 7), передача вращения между указанными валами производится с отношением, соответствующим включенной управляемой муфте ведомой шестерни (16). Изменение передаточного отношения производится перемещением второго штока внутри трансмиссионного вала. Если при этом ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведомой шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведомых шестерен выключены, то вращение первичного вала передается к трансмиссионному валу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
Осуществление технического решения по варианту 4.
Трансмиссия велосипеда или мотоцикла по варианту 4 аналогично трансмиссии по варианту 1 содержит первичный вал (1), соединенный с трансмиссионным валом (2) (фиг. 1).
Трансмиссионный вал (2) соединен с осью (3) ведущего колеса зубчатой передачей с пересекающимися или перекрещивающимися валами с переменным передаточным отношением. На оси ведущего колеса закреплен дисковый колесный элемент (4), выполненный аналогично этому элементу в трансмиссии по варианту 1.
Также аналогично трансмиссии по варианту 1 на трансмиссионном валу (2) установлены ведущие шестерни (5), находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового колесного элемента (4).
Ведущие шестерни (5) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). Аналогично трансмиссии по варианту 1 наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7).
Управление муфтами ведущих шестерен (5) осуществляется перемещением первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) (фиг. 27). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью трансмиссионного вала, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в трансмиссионном валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом (21) и водилом (51), размещенными в пространстве между трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5) (фиг. 28). Также управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором (9), который при перемещении первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) выдвигается из этого вала в паз (511) водила (51). Водило (51), в свою очередь, выполнено с возможностью поджатия заклинивающего элемента (21) одновременно к валу (2) и шестерне (5).
Управляемая муфта (6) в отключенном состоянии обеспечивает свободное вращение ведущей шестерни (5) на трансмиссионном валу (2).
Во включенном состоянии управляемая муфта работает в одном из следующих режимов:
- обеспечивает передачу крутящего момента от трансмиссионного вала к ведущей шестерне в обе стороны вращения;
- обеспечивает передачу крутящего момента от трансмиссионного вала к ведущей шестерни только в одну сторону вращения (обгонная муфта);
- обеспечивает передачу крутящего момента от трансмиссионного вала к ведущей шестерни только в одну сторону вращения, которая задается при включении муфты (обгонная реверсивная муфта);
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 4.
Пример 1 варианта 4. Трансмиссия содержит три ведущие конические шестерни (5), установленные на подшипниках (12) (фиг. 27, 28). В частности, на фиг. 27 условно показаны радиальные подшипники (12). Соответственно, зубья трех наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Все ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах, которые выполнены обгонными. Во включенном состоянии управляемая муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в направлении от трансмиссионного вала (2) к ведущей шестерне (5) и дисковому колесному элементу (4). В отключенном состоянии управляемая муфта обеспечивает свободное вращение ведущей шестерни (5) на трансмиссионном валу.
Управляемая муфта содержит три или более заклинивающих элемента (21), представляющих собой ролики, размещенные в пространстве между трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5). На фиг. 28 показано 4 ролика, обеспечивающие равномерность воздействия управляемой муфты на шестерню (5) при ее работе во включенном состоянии. Поверхность шестерни (5) в этом пространстве снабжена несимметричными зубцами (501), имеющими с одной стороны упор для заклинивающих элементов - роликов (21). На каждом зубце (501) размещен один ролик (21). При этом диаметр каждого ролика имеет промежуточное значение между наименьшим и наибольшим расстояниями между полкой зубца (501) и трансмиссионным валом (2). Ролики (21) в средней части снабжены сужением, которое расположено в вилке (515) кольцеобразного водила (51), расположенного на трансмиссионном валу (2). В области указанного сужения под роликами (21) со стороны трансмиссионного вала (2) размещено также пружинное кольцо (49), прижимающее ролики к ведущей шестерне (5).
Водило (51) со стороны трансмиссионного вала (2) имеет профилированный паз (511) под фиксатор (9). Пазов (511) может быть несколько. Форма паза (511) соответствует форме шляпки фиксатора (9), но имеет две фаски, расположенные на противоположных сторонах паза,— защитную (512) и обгонную (513). Защитная фаска (512) расположена на той стенке паза (511), которая воспринимает давление фиксатора (9) во время работы управляемой муфты во включенном состоянии. Наличие этой фаски (512) обеспечивает срыв фиксатора (9) с зацепления с пазом (511) при превышении нагрузки на трансмиссионном валу (2) сверх некоторого проектного значения. Обгонная фаска (513) расположена на противоположной стороне паза (511) и предназначена для того, чтобы фиксатор (9) с наименьшим сопротивлением выходил из паза (511) в режиме обгона, то есть при вращении водила (51) на валу (2) с большей скоростью.
На поверхности водила (51) вблизи обгонной фаски (513) выполнен защитный выступ (514), выполняющий роль трамплина для фиксатора (9) и защищающий муфту от ударного включения при значительной разнице в скоростях вращения трансмиссионного вала (2) и водила (51).
Фиксатор (9) размещен в отверстии трансмиссионного вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со скругленными торцами. Фиксатор (9) прижимается к первому штоку (8) кольцевой возвратной пружиной (11), размещенной в канавке на трансмиссионном валу.
Первый шток (8) в зоне контакта с фиксатором (9) снабжен канавкой (10). Область канавки (10) может быть снабжена дополнительной более узкой канавкой (104) для размещения пружинной скобы (102). В области расположения центральной части скобы (102) канавка (10) снабжена выступом (103) на своем дне.
В области наибольшего размера зубцов (501) шестерня (5) снабжена сквозными отверстиями с заглушками, в которых размещены подпружиненные стопоры (52), упирающиеся в водило (51). Стопоры выполнены в виде шариков. При этом поверхность водила (51) под стопором (52) в позиции водила, соответствующей размещению роликов (21) в области наибольшей глубины зубцов (501), снабжена выемкой.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в глубокой ступени канавки (10) первого штока (8). Возвратная пружина (11) прижимает фиксатор (9) к штоку (8). Ролики (21), прижимаемые к ведущей шестерне (5) пружинным кольцом (49) и силами инерции, удерживаются на полках зубцов (501) этой шестерни в области наибольшего расстояния между шестерней и трансмиссионным валом (2). Дополнительно положение водила (21) зафиксировано стопорами (52). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на фиксатор (9) выступом (103) канавки (10) и частично выдвигает его из трансмиссионного вала (2). Фиксатор (9) поднимает и сдвигает вбок возвратную пружину (11), а далее выдвижение фиксатора обеспечивается пружинным действием скобы (102).
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) превышает частоту вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51). При этом если частота вращения трансмиссионного вала (2) большая и значительно превышает частоту вращения водила (51), то фиксатор (9), попадая на защитный выступ (514), отбрасывается к трансмиссионному валу (2) и не попадает в паз (511), «перелетая» через него. Этим достигается защита от ударного включения муфты при указанной разнице в скоростях вращения вала (2) и водила (51) (шестерни (5)).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) при достаточной нагрузке освобождается от фиксирующего эффекта стопоров (52) и увлекает за собой заклинивающие элементы - ролики (21). Ролики смещаются вдоль зубцов (501) до узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент (4). Если трансмиссионный вал испытывает значительную нагрузку, то фиксатор (9) благодаря защитной фаске (512) и пружинной скобе (102) выходит из зацепления с пазом (511) и прокручивается в водиле (51) до повторного зацепления с таким пазом (511).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента (4) ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом ролики (21) расклиниваются и смещаются к той части зубцов, расстояние в которой до трансмиссионного вала (2) больше диаметра роликов (в сторону упоров для роликов). С этой стороны ролики (21) не заклиниваются. Увлекаемое роликами (21) водило (51) благодаря обгонной фаске (513) выходит из зацепления с фиксатором (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от трансмиссионного вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом (4), начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области глубокой ступени канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102). Фиксатор (9) прижимается к канавке (10) возвратной пружиной (11).
При снятии нагрузки ролики (21) расклиниваются и под действием пружинного кольца (49) прижимаются к ведущей шестерне (5) в области упоров для роликов. При этом ролики (21) перестают контактировать с трансмиссионным валом (2). Одновременно положение водила (21) фиксируется стопорами (52). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 2 варианта 4. Аналогичен примеру 1. Но вместо вилки водило (51) снабжено зацепом (516) (фиг. 29). Как и вилка в примере 1, зацеп (516) предназначен для поджатия роликов (21) в ту область зубцов (501), которая имеет наименьшее расстояние до трансмиссионного вала (2).
Фиксатор представляет собой цилиндр (901) с роликом (902), упирающимся в водило (51).
Пример 3 варианта 4. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (12) (фиг. 30, 31, 32). Управляемая обгонная муфта этой ведущей шестерни является клиновой. Внутренняя поверхность шестерни (5) в пространстве между подшипниками (12) в профиле овальная и в этом пространстве между шестерней (5) и валом (2) размещены два заклинивающих элемента (21). Овальная в профиле внутренняя форма поверхности шестерни (5) имеет две области неравномерности, в которых расстояние между шестерней (5) и валом (2) меняется. Эти области и позволяют реализовать управление муфтой по принципу заклинивания. В общем случае внутренняя поверхность шестерни (5) может иметь больше областей неравномерности. Например, для треугольной в профиле формы внутренней поверхности шестерни областей неравномерности три. Следовательно, в управляемой муфте может быть три заклинивающих элемента. Заклинивающие элементы (21) выполнены, в сущности, повторяющими форму области неравномерности и при этом имеют зазоры к этой области со всех сторон или только с одной стороны — со стороны вала (2) или со стороны шестерни (5).
В средней части со стороны вала (2) заклинивающие элементы (21) имеют вырезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на трансмиссионном валу (2). Водило снабжено зацепом (516) для поджатия заклинивающих элементов (21) в область наименьшего расстояния между валом (2) и шестерней (5). Пружинным элементом (47), установленным между водилом (51) и заклинивающим элементом (21), последний поджимается к ведущей шестерне (5).
Аналогично примеру 1 водило (51) со стороны трансмиссионного вала (2) имеет профилированный паз (511) с защитной и обгонной фасками, а также защитный выступ.
Фиксатор (9) размещен в отверстии трансмиссионного вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со шляпкой. Фиксатор (9) прижимается к первому штоку (8) кольцевой возвратной пружиной (11), размещенной в канавке на трансмиссионном валу.
Первый шток (8) в зоне контакта с фиксатором (9) снабжен канавкой (10), в которой уложена пружинная скоба (102).
Шестерня (5) снабжена сквозными радиальными отверстиями с заглушками, в которых размещены подпружиненные стопоры (52), упирающиеся в водило (51). Стопоры выполнены в виде шариков. При этом поверхность водила (51) под стопором (52) в позиции водила, соответствующей выключенной управляемой муфте, снабжена выемкой.
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится полностью в трансмиссионном валу (2). Возвратная пружина (11) прижимает фиксатор (9) к штоку (8). Заклинивающие элементы (21), прижимаемые к ведущей шестерне (5) пружинными элементами (47) и силами инерции, удерживаются от контакта с трансмиссионным валом (2). Дополнительно положение водила (21) зафиксировано стопорами (52). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом пружинная скоба (102) начинает воздействовать на фиксатор (9) и частично выдвигает его из трансмиссионного вала (2). Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) превышает частоту вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51). При этом если частота вращения трансмиссионного вала (2) большая и значительно превышает частоту вращения водила (51), то фиксатор (9), попадая на защитный выступ (514), отбрасывается к трансмиссионному валу (2) и не попадает в паз (511), «перелетая» через него. Этим достигается защита от ударного включения муфты при указанной разнице в скоростях вращения вала (2) и водила (51) (шестерни (5)).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) при достаточной нагрузке освобождается от фиксирующего эффекта стопоров (52) и увлекает за собой заклинивающие элементы (21). Заклинивающие элементы смещаются до узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент. Если трансмиссионный вал испытывает значительную нагрузку, то фиксатор (9) благодаря защитной фаске и пружинной скобе (102) выходит из зацепления с пазом (511) и прокручивается в водиле (51) до повторного зацепления с таким пазом (511).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента (4) ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом заклинивающие элементы (21) расклиниваются и под действием центробежных сил и пружинных элементов (47) смещаются так, что перестают контактировать с валом (2). Увлекаемое заклинивающими элементами (21) водило (51) благодаря обгонной фаске выходит из зацепления с фиксатором (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от трансмиссионного вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102). Фиксатор (9) прижимается к канавке (10) возвратной пружиной (11).
При снятии нагрузки заклинивающие элементы (21) расклиниваются и перестают контактировать с трансмиссионным валом (2). Одновременно положение водила (21) фиксируется стопорами (52). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 4 варианта 4. Аналогичен примеру 3. Но выемки в водиле (51) под стопоры (52) выполнены более глубокими и снабжены толкателями (53) (фиг. 33).
При включении управляющей муфты фиксатор (9) воздействует на толкатель (53), освобождающий водило (51) от стопора (52).
Пример 5 варианта 4. Аналогичен примеру 3. Но стопоры (52) выполнены не радиальными, а наклонены так, что их действие направлено в сторону возврата водила в положение выключенной управляющей муфты (фиг. 34). В этом исполнении стопор постоянно воздействует на водило как при выключенной управляемой муфте, так и при включенной.
Вместо наличия пружинной скобы фиксатор сам выполнен пружинным. При этом он содержит закрепленную на трансмиссионном валу (2) собачку (905), подпираемую вложенным в стакан (903) толкателем (906). Между стаканом и толкателем размещена пружина (904).
Пример 6 варианта 4. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (не показаны) (фиг. 35). Управляемая муфта этой ведущей шестерни является клиновой и обгонной. Внутренняя поверхность шестерни (5) в пространстве между подшипниками в профиле четырехугольная со скругленными углами и в этом пространстве между шестерней (5) и валом (2) размещены четыре заклинивающих элемента (21). Четырехугольная в профиле форма поверхности шестерни (5) имеет четыре области неравномерности, в которых расстояние между шестерней (5) и валом (2) меняется. Эти области и позволяют реализовать управление муфтой по принципу заклинивания. Заклинивающие элементы (21) выполнены, в сущности, повторяющими форму области неравномерности и при этом имеют зазоры к этой области со всех сторон или только с одной стороны — со стороны вала (2) или со стороны шестерни (5).
В средней части со стороны вала (2) заклинивающие элементы (21) имеют вырезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на трансмиссионном валу (2). Водило снабжено зацепом (516) для поджатия заклинивающих элементов (21) в область наименьшего расстояния между валом (2) и шестерней (5). Пружинным элементом (47), установленным между водилом (51) и заклинивающим элементом (21), последний поджимается к ведущей шестерне (5).
Аналогично примеру 1 водило (51) со стороны трансмиссионного вала (2) имеет профилированный паз (511) с защитной и обгонной фасками, а также защитный выступ.
Фиксатор (9) размещен в отверстии трансмиссионного вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со скругленным торцом. Фиксатор (9) прижимается к первому штоку (8) возвратной пружиной (11), размещенной в канавке (10) первого штока (8). Канавка (10) расположена в зоне контакта с фиксатором (9) и в ней также уложена пружинная скоба (102).
Работа управляемой муфты аналогична примеру 3.
Пример 7 варианта 4. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (не показаны) (фиг. 36). Управляемая муфта этой ведущей шестерни является храповой и не является обгонной. На внутренней поверхности шестерни (5) в пространстве между подшипниками закреплены четыре заклинивающих элемента (21) выполненные в виде собачек. Каждая собачка имеет два язычка (220) для обеспечения возможности упора в соответствующие зубцы (не показаны) трансмиссионного вала.
В средней части язычки (220) имеют разрезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на трансмиссионном валу (2). Водило снабжено вилками (515) для поджатия язычков (220) заклинивающих элементов - собачек (21) к валу (2).
Оба язычка по крайней мере одной собачки подпружинены к ведущей шестерне так, чтобы в отсутствии внешних сил водило и собачки возвращались в положение, при котором никакие язычки собачек не контактируют с трансмиссионным валом.
Водило (51) со стороны трансмиссионного вала (2) имеет профилированный паз (511), соответствующий форме шляпки фиксатора (9).
Фиксатор (9) размещен в отверстии трансмиссионного вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в первый шток (8). Фиксатор (9) прижимается к первому штоку (8) возвратной пружиной (не показана), размещенной в канавке трансмиссионного вала (2).
Первый шток (8) в зоне контакта с фиксатором (9) снабжен канавкой (10), в которой размещена пружинная скоба (102).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в той области канавки (10), в которой на него не действует пружинная скоба (102). Возвратная пружина прижимает фиксатор (9) к штоку (8). Язычки собачек не контактируют с трансмиссионным валом (2). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на фиксатор (9) той частью, где на него начинает действовать пружинная скоба (102). Скоба (102) частично выдвигает фиксатор из трансмиссионного вала (2).
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) не совпадает с частотой вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) увлекает за собой заклинивающие элементы - собачки (21). При этом какой-либо из язычков (220) каждой собачки соприкасается с валом (2) и заклинивается в его зубцах. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом язычки (220) освобождаются от нагрузки вала (2) и возвращаются своими пружинами в нейтральное положение, при котором никакие язычки не контактируют с валом (2). Если замедление вала (2) продолжается и шестерня (5) начинает его обгонять, то увлекаемые водилом (51) собачки приводятся в контакт с валом (2) своими другими язычками (220). Эти другие язычки входят в зацепление с зубцами и вновь блокируют шестерню (5) на трансмиссионном валу (2). В этом случае вращательный момент передается от шестерни (5) к валу (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102). Фиксатор (9) прижимается к канавке (10) возвратной пружиной.
При снятии нагрузки и отсутствии воздействия на водило (51) со стороны вала (2) собачки (21) выходят из зацепления с валом (2) и остаются в таком положении. При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 8 варианта 4. Цилиндрическая ведущая шестерня (5) установлена на трансмиссионном валу (2) на двух радиальных подшипниках (не показаны) (фиг. 37). Управляемая муфта этой ведущей шестерни является храповой обгонной. На внутренней поверхности шестерни (5) в пространстве между подшипниками закреплены четыре заклинивающих элемента (21) выполненные в виде собачек. Каждая собачка имеет язычок (220) для обеспечения возможности упора в соответствующие зубцы (не показаны) трансмиссионного вала.
В средней части язычки (220) имеют разрезы под кольцеобразное водило (51), расположенное на трансмиссионном валу (2). Водило снабжено вилками (515) для поджатия язычков (220) заклинивающих элементов - собачек (21) к валу (2).
Стопоры могут быть выполнены аналогично примеру 5. Либо вместо стопоров язычки (220) собачек могут быть подпружинены.
Аналогично примеру 1 водило (51) со стороны трансмиссионного вала (2) имеет профилированный паз (511) с защитной и обгонной фасками, а также защитный выступ.
Фиксатор (9) размещен в отверстии трансмиссионного вала (2) и упирается с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в первый шток (8). Находящийся в канавке (10) первого штока (8) конец фиксатора (9) снабжен вырезом (907), входящим в зацеп (105), что позволяет фиксатору удерживаться в отверстии вала (2).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни фиксатор (9) находится в той области канавки (10), в которой на него не действует пружинная скоба (102). Стопоры или пружины собачек удерживают водило (51) в положении, при котором язычки (220) собачек не контактируют с трансмиссионным валом (2). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает на фиксатор (9) той частью, где на него начинает действовать пружинная скоба (102). Скоба (102) частично выдвигает фиксатор из трансмиссионного вала (2).
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) не совпадает с частотой вращения водила (51), фиксатор (9) попадает в профилированный паз (511) и увлекает за собой водило (51).
Движущееся вслед за фиксатором (9) водило (51) увлекает за собой заклинивающие элементы - собачки (21). При этом язычок (220) каждой собачки соприкасается с валом (2) и заклинивается в его зубцах. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент.
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом язычки (220) освобождаются от нагрузки вала (2) и за счет центробежной силы возвращаются в нейтральное положение, при котором никакие язычки не контактируют с валом (2). Водило (51) благодаря обгонной фаске выходит из зацепления с фиксатором (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от трансмиссионного вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом фиксатор (9) оказывается в области канавки (10), где на него не действует пружинная скоба (102).
При снятии нагрузки и отсутствии воздействия на водило (51) со стороны вала (2) собачки (21) выходят из зацепления с валом (2) и остаются в таком положении. При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
Пример 9 варианта 4. Управляемая муфта ведущей шестерни (5) содержит четыре заклинивающих элемента (21), представляющих собой ролики, размещенные в пространстве между трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5) (фиг. 38, 39). Поверхность шестерни (5) в этом пространстве снабжена симметричными зубцами (501). Между каждой парой зубцов (501) в профиле размещен один ролик (21). При этом диаметр каждого ролика имеет промежуточное значение между наименьшим и наибольшим расстояниями между полкой зубца (501) и трансмиссионным валом (2).
Ролики (21) с торцов снабжены сужениями и размещены в водиле (51). Водило (51) представляет собой трубу с проточками под ролики (21). Торцы роликов (21) пружинами (47) прижимаются к ведущей шестерне (5). Проточки в водиле (51) выполнены так, что ролики (21) могут двигаться относительно водила (51) в радиальном направлении. Водило (51) расположено на трансмиссионном валу (2).
Водило (51) со стороны трансмиссионного вала (2) на каждом из своих концов имеет профилированные пазы (511) под фиксаторы (9). Пазов (511) может быть несколько на каждом конце. На фиг. 38, 39 показано по два паза с каждого конца. Форма паза (511) соответствует форме шляпки фиксатора (9), но имеет две фаски, расположенные на противоположных сторонах паза, как описано в примере 1. На поверхности водила (51) вблизи обгонной фаски выполнен защитный выступ.
Размещение фасок на разных концах водила (51) в разных направлениях обхода позволяет реализовать управляемую муфту с выбираемым направлением обгона (реверсивная обгонная муфта).
Фиксаторы (9) размещены в отверстиях трансмиссионного вала (2) и упираются с одной стороны в водило (51), а с другой стороны — в первый шток (8). В частном случае каждый фиксатор (9) выполнен в виде цилиндра со шляпкой. Фиксатор (9) прижимается к первому штоку (8) возвратной пружиной (11), размещенной в канавке на трансмиссионном валу.
Первый шток (8) в зоне контакта с фиксаторами (9) снабжен канавкой (10), в которой уложена пружинная скоба (102).
В области наибольшего размера зубцов (501) и краев водила (51) шестерня (5) снабжена сквозными отверстиями с заглушками, в которых размещены подпружиненные стопоры (52), упирающиеся в водило (51). Стопоры выполнены в виде цилиндров со скругленными торцами. При этом поверхность водила (51) под стопорами (52) в позиции водила, соответствующей размещению роликов (21) в области между зубцов (501), снабжена выемкой. Выемки имеют несимметричные заходы для стопоров (52). Это выполнено для того, чтобы каждый стопор препятствовал повороту водила только в одну сторону. При этом стопоры (52), размещенные на одном конце водила (51) (правом на фиг. 38), препятствуют повороту водила (51) против часовой стрелки (см. фиг. 39). А стопоры (52), размещенные на другом конце водила (51) (левом на фиг. 38), препятствуют повороту водила (51) по часовой стрелки (см. фиг. 39). Выемки в водиле (51) под стопоры (52) снабжены толкателями (53).
При отключенной управляемой обгонной муфте ведущей шестерни все фиксаторы (9) находятся в области канавок (10) первого штока (8), где на них не действуют пружинные скобы (102). При этом возвратные пружины (11) прижимают фиксаторы (9) к штоку (8). Ролики (21), прижимаемые к ведущей шестерне (5) пружинами (47) и силами инерции, удерживаются между зубцов (501) этой шестерни в области наибольшего расстояния между шестерней и трансмиссионным валом (2). Дополнительно положение водила (51) зафиксировано стопорами (52). При этом ведущая шестерня (5) свободно вращается на трансмиссионном валу (2).
Включение управляемой обгонной муфты производят, перемещая первый шток (8) вдоль трансмиссионного вала (2) предпочтительно при снятой с него нагрузке. При этом первый шток (8) наезжает пружинной скобой (102) на фиксаторы (9), расположенные у какого-то одного конца водила (51), и частично выдвигает их из трансмиссионного вала (2). Для изображенной на фиг. 38, 39 муфты, чтобы передавать вращение от трансмиссионного вала (2) к шестерне (5) по часовой стрелке, первый шток (8) необходимо сместить влево.
Когда под нагрузкой частота вращения трансмиссионного вала (2) превышает частоту вращения водила (51), выдвигаемые из вала (2) фиксаторы (9) попадают в профилированный паз (511). Воздействуя на толкатель (53), фиксаторы (9) освобождают водило (51) от стопоров (52) и увлекают водило за собой. При этом если частота вращения трансмиссионного вала (2) большая и значительно превышает частоту вращения водила (51), то фиксатор (9), попадая на защитный выступ, отбрасывается к трансмиссионному валу (2) и не попадает в паз (511), «перелетая» через него. Этим достигается защита от ударного включения муфты при указанной разнице в скоростях вращения вала (2) и водила (51) (шестерни (5)).
Движущееся вслед за фиксаторами (9) водило (51) увлекает за собой заклинивающие элементы - ролики (21). Ролики смещаются вдоль зубцов (501) до узкого места, где они заклиниваются. В результате ведущая шестерня (5) блокируется на трансмиссионном валу (2) и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент. Если трансмиссионный вал испытывает значительную нагрузку, то фиксатор (9) благодаря защитной фаске и пружинной скобе (102) выходит из зацепления с пазом (511) и прокручивается в водиле (51). При этом вся нагрузка передается заклинивающими элементами (21), а не фиксатором (9).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) этот вал замедляется. За счет инерции ведущей шестерни (5) и дискового колесного элемента ведущая шестерня проворачивается на трансмиссионном валу (2). При этом ролики (21) расклиниваются и смещаются к той части зубцов, расстояние в которой до трансмиссионного вала (2) больше диаметра роликов. В этой области ролики (21) не заклиниваются и удерживаются центробежными силами, пружинами (47) и стопорами (52) с той стороны водила (51), где фиксаторы (9) выключены (находятся в пределах вала (2)). Увлекаемое роликами (21) водило (51) благодаря обгонной фаске пазов (511) выходит из зацепления с фиксаторами (9) и не препятствует вращению ведущей шестерни (5) с отличной от трансмиссионного вала (2) скоростью — управляемая муфта работает в режиме обгона. Это происходит также в случае, когда ведущая шестерня (5), увлекаемая дисковым колесным элементом, начинает вращаться с угловой скоростью, превышающей скорость вращения трансмиссионного вала (2).
Отключение управляемой муфты производят путем перемещения первого штока (8) и снятия нагрузки с трансмиссионного вала (2). При этом все фиксаторы (9) оказываются в области канавки (10), где на него не действуют пружинные скобы (102). Фиксаторы (9) прижимаются к канавке (10) возвратной пружиной (11).
При снятии нагрузки ролики (21) расклиниваются и под действием пружин (47) прижимаются к ведущей шестерне (5) в области между зубцов (501). При этом ролики (21) перестают контактировать с трансмиссионным валом (2). Одновременно положение водила (21) фиксируется стопорами (52). При последующей подаче нагрузки на трансмиссионный вал (2) ролики (21) удерживаются на расстоянии от вала (2), обеспечивая свободное вращение ведущей шестерни (5).
В зависимости от того, в какую сторону необходимо обеспечить вращение ведущей шестерни, муфта подключается фиксаторами (9) на одной или на другой стороне водила (51). Как упоминалось выше, для передачи вращения от вала (2) к шестерне (5) по часовой стрелке первый шток (8) изображенной на фиг. 38, 39 муфты необходимо сместить влево. Для передачи вращения от вала (2) к шестерне (5) против часовой стрелки первый шток (8) необходимо сместить вправо.
Очевидно, что изменением конфигурации канавки (10) и/или пружинной скобы (102) возможно осуществить работу муфты по этому примеру в режиме блокировки в обе стороны, когда муфта перестает быть обгонной.
Пример 10 варианта 4. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением. При этом одна такая шестерня установлена на первичном валу, а другая — на трансмиссионном валу.
Пример 11 варианта 4. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена с переменным передаточным отношением. При этом на первичном валу (1) установлен дисковый первичный элемент (15), снабженный двумя и более наборами зубьев или отверстий, каждый набор размещен по окружности с центром на оси первичного вала. На фиг. 1 условно показано два набора зубьев. Поверхность, в которой лежат зубья каждого набора, может быть плоской или конической. Дисковый первичный элемент может быть выполнен в виде соединенных друг с другом шестерен винтовым, заклепочным или другим соединением.
На трансмиссионном валу (2) установлены ведомые шестерни (16) по количеству наборов зубьев на дисковом первичном элементе. Зубья каждой ведомой шестерни (16) находятся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового первичного элемента (15). Соответственно, зубья ведомых шестерен лежат в цилиндрической или конической поверхности.
Ведомые шестерни (16) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). При этом ближайшая к первичной оси ведомая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7). Такая ведомая шестерня обеспечивает наибольшее передаточное отношение от первичного вала (1) к трансмиссионному валу (2).
Управление муфтами (6) ведомых шестерен (16) осуществляется перемещением второго штока, размещенного внутри трансмиссионного вала (2) в области ведомых шестерен (их управляемых муфт). Управляемая муфта ведомых шестерен выполнена аналогично любому варианту управляемой муфты ведущих шестерен заявляемой группы технических решений. Управление муфтами ведомых шестерен осуществляется вторым штоком аналогично тому, как осуществляется управление муфтами ведущих шестерен первым штоком.
Реализация заявляемого технического решения по варианту 4 не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, первичный (1) и трансмиссионный (2) валы могут быть соединены цепной или ременной передачей, или зубчатой передачей с параллельным расположением валов. Трансмиссионный вал может быть составным или выполнен в виде системы соединенных друг с другом валов. Ведущие шестерни могут быть установлены на трансмиссионном валу на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Толкатели могут быть выполнены в виде цилиндров, шариков, грибков различной формы, прямоугольников, а также могут быть выполнены составными из двух или более частей. Толкатель может быть выполнен пружинным, содержащим в своем теле пружину. Количество применяемых элементов, например, пружин, толкателей, фиксаторов, может быть различным. Их форма и расположение также может быть разнообразной. Муфты могут иметь дополнительные различные детали для улучшения их функционирования, например, механизмы блокировки включения или выключения, различные дополнительные фиксаторы, пружины, подшипники. Фрикционные поверхности могут быть гладкими, рифлеными для увеличения трения, а также иметь другие форму и качество. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах.
Описание работы трансмиссии по варианту 4.
При работе трансмиссии первичный вал (1) приводится во вращение мускульной силой ездока или тяговой силой двигателя. Вращение первичного вала (1) через механическую передачу передается трансмиссионному валу (2).
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих шестерен (5) вращение трансмиссионного вала (2) передается на дисковый колесный элемент (4) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от трансмиссионного вала (2) к дисковому колесному элементу (4) перемещают первый шток (8) внутри трансмиссионного вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет прижатия заклинивающего элемента (21) либо к трансмиссионному валу (2), либо к ведущей шестерне (5). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет выдвижения фиксатора (9), который увлекает за собой водило (51). Водило (51), в свою очередь, поджимает заклинивающий элемент (21) между трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5), что приводит к их взаимной блокировке.
Если наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведущей шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведущих шестерен выключены, то вращение трансмиссионного вала передается к дисковому колесному элементу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
При выполнении соединения первичного (1) и трансмиссионного (2) валов с переменным передаточным отношением (пример 7), передача вращения между указанными валами производится с отношением, соответствующим включенной управляемой муфте ведомой шестерни (16). Изменение передаточного отношения производится перемещением второго штока внутри трансмиссионного вала. Если при этом ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведомой шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведомых шестерен выключены, то вращение первичного вала передается к трансмиссионному валу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
Осуществление технического решения по варианту 5.
Трансмиссия велосипеда или мотоцикла по варианту 5 аналогично трансмиссии по варианту 1 содержит первичный вал (1), соединенный с трансмиссионным валом (2) (фиг. 1).
Трансмиссионный вал (2) соединен с осью (3) ведущего колеса зубчатой передачей с пересекающимися или перекрещивающимися валами с переменным передаточным отношением. На оси ведущего колеса закреплен дисковый колесный элемент (4), выполненный аналогично этому элементу в трансмиссии по варианту 1.
Также аналогично трансмиссии по варианту 1 на трансмиссионном валу (2) установлены ведущие шестерни (5), находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового колесного элемента (4).
Ведущие шестерни (5) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). Аналогично трансмиссии по варианту 1 наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7).
Управление муфтами (6) ведущих шестерен (5) осуществляется перемещением первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) (фиг. 40). Предпочтительным является управление за счет перемещения штока, вращающегося со скоростью трансмиссионного вала, вдоль этого вала. Однако допускается управление и за счет относительного поворота штока в трансмиссионном валу или за счет комбинации поворота и продольного перемещения.
Управляемая муфта (6) снабжена заклинивающим элементом (21). В выключенном состоянии муфты заклинивающий элемент (21) удерживается управляющей втулкой (41), которая поворачивается при перемещении первого штока (8) внутри трансмиссионного вала (2) и стремится привести заклинивающий элемент в контакт одновременно с валом (2) и шестерней (5).
Примеры конкретного выполнения технического решения по варианту 5.
Пример 1. Трансмиссия содержит три ведущие конические шестерни (5) (фиг. 40). Соответственно, зубья трех наборов дискового колесного элемента (4) лежат в конических поверхностях. Все ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых обгонных муфтах.
Трансмиссионный вал (2) выполнен составным. Средняя (201) и оконечная (202) части трансмиссионного вала соединены винтовой передачей. При этом средняя часть (201) трансмиссионного вала соединена шлицевым соединением с гайкой (39) винтовой передачи, резьба которой входит в зацепление с резьбой на оконечной части (202) трансмиссионного вала.
Ведущая шестерня (5) свободно вращается на управляющей втулке (41) управляемой муфты. Ведущая шестерня (5) и управляющая втулка (41) размещены между двух частей заклинивающего элемента (21), установленными на оконечной части (202) трансмиссионного вала на шлицах. Каждая часть заклинивающего элемента (21) снабжена подпружиненным возвратным толкателем (217), выполненным в виде шарика. Оконечная часть (202) снабжена канавкой под этот шарик (217). Части заклинивающего элемента (21) и шестерня (5) снабжены фрикционными поверхностями (27). Для сокращения размеров блока ведущих шестерен смежные части заклинивающего элемента (21) соседних управляемых муфт выполнены заодно.
Управляющая втулка (41) установлена на оконечной части (202) трансмиссионного вала с возможностью поворота относительно этого вала. В частном случае управляющая втулка (41) установлена на оконечной части (202) трансмиссионного вала на прореженных через один шлицах, на которых установлены части заклинивающего элемента (21) (фиг. 41). Угол поворота управляющей втулки (41) на оконечной части (202) трансмиссионного вала задается рычагом поворота (44), закрепленным в первом штоке (8) и через прорези в оконечной части (202) трансмиссионного вала входящим в управляющее отверстие (45) в управляющей втулке (41) (фиг. 42).
На торцах управляющая втулка (41) снабжена зубьями. Ответными пазами под эти зубья снабжены части заклинивающего элемента (21). Управляющая втулка (41) выполнена так, что при ее положении, соответствующем совпадению ее зубьев с ответными пазами заклинивающего элемента (21), обеспечивается контакт фрикционных поверхностей (27), а при несовпадении указанных зубьев и пазов втулка препятствует контакту фрикционных поверхностей (27) и обеспечивает зазор между частями заклинивающего элемента (21) и шестерней (5).
Конфигурация управляющего отверстия (45) и крепление рычага поворота (44) на первом штоке (8) для разных управляемых муфт выполнены так, что при определенном положении первого штока (8) обеспечивается возможность включения только одной из управляемых муфт (только для одной из этих муфт обеспечивается соответствие положения зубьев управляющей втулки (41) и ответных пазов заклинивающего элемента (21)).
Все управляемые обгонные муфты размещены между гайкой (39) винтовой передачи и упором (46).
Форма фрикционных поверхностей (27) может быть конусообразной, криволинейной или другой. Фрикционные поверхности могут быть выполнены рифлеными для целей увеличения сил трения. Части заклинивающего элемента (21) и шестерни (5) в частном случае могут быть выполнены в форме дисков. Тогда фрикционные поверхности (27), в сущности, плоские.
При снятой нагрузке с трансмиссионного вала возвратные шарики (217) обеспечивают нейтральное положение всех частей заклинивающего элемента (21), при котором фрикционные поверхности (27) не соприкасаются, а пазы этих частей заклинивающего элемента (21) выведены из зацепления с зубьями управляющих втулок (41). Ведущие шестерни (5) свободно вращаются.
При помощи рычага (13) перемещением первого штока (8) вдоль оконечной части (202) трансмиссионного вала обеспечивают включение выбранной управляемой муфты. При этом перемещение первого штока (8) и рычага поворота (44) обеспечивает поворот управляющей втулки (41) заданной управляемой муфты в положение, при котором зубья втулки (41) находятся напротив соответствующих пазов заклинивающего элемента (21).
При приложении нагрузки к трансмиссионному валу (от двигателя или педалей) частота вращения средней части (201) трансмиссионного вала начинает превышать частоту вращения его оконечной части (202). Это приводит к затягиванию гайки (39) винтовой передачи и стягиванию пакета управляемых муфт, размещенных между гайкой (39) и упором (46).
Для включенной управляемой муфты это приводит к вхождению зубьев управляющей втулки (41) в пазы заклинивающего элемента (21). При этом фрикционные поверхности (27) этой муфты соприкасаются и увеличивают силу торможения оконечной части (202) трансмиссионного вала.
Для отключенных управляемых муфт это приводит к тому, что зубья управляющей втулки (41) упираются в части заклинивающего элемента (21) и не попадают в их пазы. Фрикционные поверхности (27) отключенных муфт не соприкасаются и соответствующие ведущие шестерни (5) свободно вращаются на валу (2).
Далее за счет винтовой передачи фрикционные поверхности (27) включенной управляемой муфты прижимаются друг к другу с большей силой. В результате описанного процесса ведущая шестерня (5) включенной управляемой муфты блокируется на оконечной части (202) трансмиссионного вала и обеспечивается передача крутящего момента на дисковый колесный элемент (4).
При снятии нагрузки с трансмиссионного вала (2) его средняя часть (201) стремится останавливаться. За счет инерции оконечной части (202), заклинивающего элемента (21), ведущих шестерен (5) и дискового колесного элемента (4) оконечная часть (202) проворачивается на винтовой передаче с гайкой (39) и выводит фрикционные поверхности (27) включенной управляемой муфты из соприкосновения, позволяя соответствующей ведущей шестерне (5) свободно вращаться на оконечной части (202) трансмиссионного вала. Возвратные шарики (217) обеспечивают перемещение всех частей заклинивающего элемента (21) в нейтральное положение.
Пример 2. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением. При этом одна такая шестерня установлена на первичном валу, а другая — на трансмиссионном валу.
Пример 3. Механическая передача между первичным валом и трансмиссионным валом выполнена с переменным передаточным отношением. При этом на первичном валу (1) установлен дисковый первичный элемент (15), снабженный двумя и более наборами зубьев или отверстий, каждый набор размещен по окружности с центром на оси первичного вала. На фиг. 1 условно показано два набора зубьев. Поверхность, в которой лежат зубья каждого набора, может быть плоской или конической. Дисковый первичный элемент может быть выполнен в виде соединенных друг с другом шестерен винтовым, заклепочным или другим соединением.
На трансмиссионном валу (2) установлены ведомые шестерни (16) по количеству наборов зубьев на дисковом первичном элементе. Зубья каждой ведомой шестерни (16) находятся в постоянном зацеплении с соответствующим набором зубьев или отверстий дискового первичного элемента (15). Соответственно, зубья ведомых шестерен лежат в цилиндрической или конической поверхности.
Ведомые шестерни (16) установлены на трансмиссионном валу (2) на управляемых муфтах (6). При этом ближайшая к первичной оси ведомая шестерня вместо управляемой муфты может быть установлена на неуправляемой обгонной муфте (7). Такая ведомая шестерня обеспечивает наибольшее передаточное отношение от первичного вала (1) к трансмиссионному валу (2).
Управление муфтами (6) ведомых шестерен (16) осуществляется перемещением второго штока, размещенного внутри трансмиссионного вала (2) в области ведомых шестерен (их управляемых муфт). Управляемая муфта ведомых шестерен выполнена аналогично любому варианту управляемой муфты ведущих шестерен заявляемой группы технических решений. Управление муфтами ведомых шестерен осуществляется вторым штоком аналогично тому, как осуществляется управление муфтами ведущих шестерен первым штоком.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
В частности, первичный (1) и трансмиссионный (2) валы могут быть соединены цепной или ременной передачей, или зубчатой передачей с параллельным расположением валов. Трансмиссионный вал может быть составным или выполнен в виде системы соединенных друг с другом валов. Ведущие шестерни могут быть установлены на трансмиссионном валу на радиально-упорных шариковых подшипниках качения, подшипниках скольжения или подшипниках другого типа. Также допускается компоновка в одно устройство конструктивных элементов, описанных в разных примерах.
Описание работы трансмиссии по варианту 5.
При работе трансмиссии первичный вал (1) приводится во вращение мускульной силой ездока или тяговой силой двигателя. Вращение первичного вала (1) через механическую передачу передается трансмиссионному валу (2).
При включенной одной из управляемых муфт (6) ведущих шестерен (5) вращение трансмиссионного вала (2) передается на дисковый колесный элемент (4) и через него — на колесо.
Для изменения передаточного отношения от трансмиссионного вала (2) к дисковому колесному элементу (4) перемещают первый шток (8) внутри трансмиссионного вала. При этом сначала обеспечивается отключение включенной управляемой муфты за счет поворота ее управляющей втулки (41) враспор частей заклинивающего элемента (21). Затем обеспечивается включение другой управляемой муфты за счет поворота ее управляющей втулки, которая приводит заклинивающий элемент (21) в контакт одновременно с трансмиссионным валом (2) и ведущей шестерней (5).
Если наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведущей шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведущих шестерен выключены, то вращение трансмиссионного вала передается к дисковому колесному элементу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
При выполнении соединения первичного (1) и трансмиссионного (2) валов с переменным передаточным отношением (пример 7), передача вращения между указанными валами производится с отношением, соответствующим включенной управляемой муфте ведомой шестерни (16). Изменение передаточного отношения производится перемещением второго штока внутри трансмиссионного вала. Если при этом ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на неуправляемой обгонной муфте, то при включенной управляемой муфте другой ведомой шестерни она работает в режиме обгона. Если при таком исполнении все управляемые муфты ведомых шестерен выключены, то вращение первичного вала передается к трансмиссионному валу через шестерню, установленную на неуправляемой обгонной муфте.
Промышленная применимость.
Заявляемые технические решения реализованы с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, могут быть изготовлено на любом промышленном предприятии и найдут широкое применение в трансмиссий велосипедов, моторизованных велосипедов, мотоциклов.
1. Трансмиссия велосипеда или мотоцикла, содержащая первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением, при этом указанная передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе, отличающаяся тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, при этом управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, выполненным с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз ведущей шестерни при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала.
2. Трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет три конические ведущие шестерни, наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на обгонной муфте, фиксатор управляемой муфты представляет собой шарик, цилиндр или закрепленный на трансмиссионном валу кулачок, прижимаемый к первому штоку кольцевой возвратной пружиной, при этом первый шток снабжен канавкой, длина которой выбрана такой, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается либо отключение всех управляемых муфт, либо включение одной из них, при этом первый шток шарнирно соединен с рычагом.
3. Трансмиссия по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
4. Трансмиссия по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены передачей с переменным передаточным отношением, эта передача включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе, ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
5. Трансмиссия велосипеда или мотоцикла, содержащая первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением, при этом указанная передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе, отличающаяся тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, при этом управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и выполнена с возможностью блокирования ведущей шестерни на трансмиссионном валу при вращении трансмиссионного вала относительно ведущей шестерни с большей угловой скоростью, при этом управляемая муфта снабжена выдвижным фиксатором, выполненным со следующей возможностью при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала:
- либо частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз заклинивающего элемента;
- либо частичного выдвижения из заклинивающего элемента в соответствующий паз трансмиссионного вала;
- либо частичного выдвижения из одной части заклинивающего элемента в соответствующий паз другой части заклинивающего элемента.
6. Трансмиссия по п. 5, отличающаяся тем, что она имеет три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, ведущие шестерни и заклинивающие элементы попарно снабжены смежными фрикционными поверхностями, заклинивающие элементы установлены на трансмиссионном валу на винтовых передачах и снабжены на резьбовой поверхности пазами под фиксатор, фиксатор управляемой муфты представляет собой пару шариков или цилиндр и выполнен с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала, первый шток снабжен канавками, длина и расположение которых выбраны такими, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается включение только одной из управляемых муфт, при этом первый шток шарнирно соединен с рычагом.
7. Трансмиссия по п. 5, отличающаяся тем, что она имеет три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, ведущие шестерни и заклинивающие элементы попарно снабжены смежными фрикционными поверхностями, заклинивающие элементы установлены на трансмиссионном валу на винтовых передачах, фиксатор управляемой муфты размещен в заклинивающем элементе и представляет собой подпружиненный цилиндр, фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из заклинивающего элемента в соответствующий паз трансмиссионного вала при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала, при этом паз трансмиссионного вала под фиксатор представляет собой отверстие, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в первый шток, первый шток снабжен канавками, длина и расположение которых выбраны такими, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается включение только одной из управляемых муфт, при этом первый шток шарнирно соединен с рычагом.
8. Трансмиссия по п. 5, отличающаяся тем, что заклинивающий элемент содержит дисковую первую часть, выполненную за одно с ведущей шестерней и установленную на винтовой передаче на дисковой второй части, которая свободно вращается на трансмиссионном валу между зафиксированными на нем упорными пластинами, при этом торцы упомянутых частей заклинивающего элемента и смежные с ними поверхности упорных пластин являются фрикционными, фиксатор управляемой муфты размещен в первой части заклинивающего элемента и представляет собой подпружиненный цилиндр, фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из первой части заклинивающего элемента в соответствующий паз второй части заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала, при этом паз под фиксатор второй части заклинивающего элемента представляет собой отверстие, в котором размещен второй толкатель, упирающийся в пружинное кольцо, размещенное в кольцевой канавке трансмиссионного вала, в которой трансмиссионный вал снабжен отверстием, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в первый шток, снабженный продольной канавкой, при этом заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, представляющим собой пару упирающихся в бортики второй части заклинивающего элемента одинаковых подпружиненных возвратных толкателей, выполненных в форме шариков, установленных в одинаковых несквозных отверстиях, расположенных в первой части заклинивающего элемента параллельно оси ее вращения и симметрично относительно плоскости симметрии, перпендикулярной этой оси.
9. Трансмиссия по п. 5, отличающаяся тем, что заклинивающий элемент содержит дисковую первую часть, выполненную за одно с ведущей шестерней и установленную с возможностью поворота на полке второй части, которая свободно вращается на трансмиссионном валу между зафиксированными на нем упорными пластинами, вторая часть заклинивающего элемента снабжена дисковым упором для первой его части, смежные поверхности дискового упора и первой части заклинивающего элемента выполнены волнистыми, повторяющими форму друг друга, а противоположные их поверхности и смежные с ними поверхности упорных пластин являются фрикционными, фиксатор управляемой муфты размещен в первой части заклинивающего элемента и представляет собой подпружиненный цилиндр, фиксатор выполнен с возможностью частичного выдвижения из первой части заклинивающего элемента в соответствующий паз второй части заклинивающего элемента при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала, при этом паз под фиксатор второй части заклинивающего элемента представляет собой отверстие, в котором размещен второй толкатель, упирающийся в трансмиссионный вал, в котором в зоне контакта со вторым толкателем выполнено отверстие, в котором размещен первый толкатель, упирающийся в первый шток, снабженный продольной канавкой, на дне которой уложена пружинная скоба, при этом заклинивающий элемент снабжен возвратным механизмом, представляющим собой упирающийся в бортик второй части заклинивающего элемента подпружиненный возвратный толкатель.
10. Трансмиссия по п. 9, отличающаяся тем, что смежные волнистые поверхности первой части заклинивающего элемента и дискового упора выполнены с несимметричными волнами или зубцами с обеспечением возможности взаимного зацепления соприкасающихся первой части заклинивающего элемента и дискового упора при их относительном вращении в одну сторону и осевого смещения друг относительно друга при их относительном вращении в другую сторону.
11. Трансмиссия по любому из пп. 5-10, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
12. Трансмиссия по любому из пп. 5-10, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены передачей с переменным передаточным отношением, эта передача включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе, ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
13. Трансмиссия велосипеда или мотоцикла, содержащая первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением, при этом указанная передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе, отличающаяся тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, при этом управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и толкателем, выполненным с возможностью приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с трансмиссионным валом и ведущей шестерней при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала.
14. Трансмиссия по п. 13, отличающаяся тем, что она имеет три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на обгонных управляемых муфтах, каждая из которых содержит множество заклинивающих элементов, выполненных в виде собачек, закрепленных на трансмиссионном валу, с внутренней стороны ведущие шестерни снабжены несимметричными зубцами, снаружи язычки собачек прижимаются кольцевыми пружинами к пружинному кольцу, установленному на трансмиссионном валу, при этом толкатели установлены в отверстиях трансмиссионного вала между пружинным кольцом и первым штоком, первый шток выполнен с плавно изменяющимся диаметром так, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается включение только одной из управляемых муфт.
15. Трансмиссия по п. 13, отличающаяся тем, что управляемые муфты являются обгонными и каждая из них содержит множество заклинивающих элементов, выполненных в виде собачек, закрепленных на ведущей шестерне, и имеющих упорный рычаг и язычок, при этом трансмиссионный вал снабжен несимметричными зубцами и на нем размещено пружинное кольцо, к которому прижимаются упорные рычаги собачек под действием пружин, установленных между ведущей шестерней и этими рычагами, причем язычки снабжены прорезями под пружинное кольцо, при этом толкатели установлены в отверстиях трансмиссионного вала между пружинным кольцом и первым штоком, первый шток выполнен с плавно изменяющимся диаметром так, что при продольном перемещении первого штока обеспечивается включение только одной из управляемых муфт, при этом управляемая муфта дополнительно содержит защитные ролики, соединенные пружинами с ведущей шестерней и толкаемые этими пружинами в сторону пружинного кольца, причем каждый защитный ролик размещен между упорным рычагом и защитным выступом на ведущей шестерне.
16. Трансмиссия по п. 13, отличающаяся тем, что управляемые муфты являются обгонными и каждая из них содержит два заклинивающих элемента, внутри каждого из которых размещен подпружиненный фиксатор, выполненный с возможностью частично выдвигаться за пределы заклинивающего элемента под действием своей пружины, а трансмиссионный вал снабжен несимметричными V-образными в профиле вырезами под заклинивающие элементы, имеющими стенку и полку, причем стенка имеет уклон относительно радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения трансмиссионного вала, а полка снабжена отверстием под толкатель, в котором размещен толкатель, упирающийся в первый шток, при этом заклинивающие элементы прижимаются кольцевыми пружинами к месту соединения стенки и полки, где глубина выреза больше высоты заклинивающего элемента и фиксатор попадает в отверстие под толкатель, первый шток выполнен с плавно изменяющимся диаметром.
17. Трансмиссия по п. 13, отличающаяся тем, что управляемая муфта содержит два заклинивающих элемента, внутри каждого из которых размещен подпружиненный фиксатор, выполненный с возможностью частично выдвигаться за пределы заклинивающего элемента под действием своей пружины, а трансмиссионный вал снабжен дугообразными в профиле проточками под заклинивающие элементы, снабженными отверстием под толкатель, в котором размещен толкатель, упирающийся в первый шток, при этом заклинивающие элементы прижимаются кольцевыми пружинами к середине проточки, где заклинивающий элемент не касается ведущей шестерни и фиксатор попадает в отверстие под толкатель, первый шток выполнен с плавно изменяющимся диаметром.
18. Трансмиссия по п. 13, отличающаяся тем, что управляемая муфта содержит множество заклинивающих элементов, выполненных в виде роликов, свободно размещенных на полках несимметричных зубцов трансмиссионного вала и прижимаемых кольцевыми пружинами к пружинному кольцу, установленному на трансмиссионном валу, при этом толкатели установлены в отверстиях трансмиссионного вала между пружинным кольцом и первым штоком, первый шток выполнен с плавно изменяющимся диаметром.
19. Трансмиссия по любому из пп. 13-18, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
20. Трансмиссия по любому из пп. 13-18, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены передачей с переменным передаточным отношением, эта передача включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе, ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
21. Трансмиссия велосипеда или мотоцикла, содержащая первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением, при этом указанная передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе, отличающаяся тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, при этом управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом, водилом и выдвижным фиксатором, выполненным с возможностью частичного выдвижения из трансмиссионного вала в соответствующий паз водила при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала, при этом водило выполнено с возможностью поджатия заклинивающего элемента одновременно к трансмиссионному валу и ведущей шестерне при вращении трансмиссионного вала и попадании фиксатора в паз водила.
22. Трансмиссия по п. 21, отличающаяся тем, что она имеет три конические ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу на обгонных управляемых муфтах, заклинивающие элементы представляют собой ролики, размещенные в пространстве между трансмиссионным валом и ведущей шестерней, внутренняя поверхность которой выполнена с несимметричными зубцами, ролики в средней части имеют сужение под пружинное кольцо, прижимающее ролики к ведущей шестерне, и под вилку или зацеп кольцеобразного водила, свободно вращающегося на трансмиссионном валу, фиксатор размещен между водилом и первым штоком в отверстии трансмиссионного вала и прижимается к указанному штоку кольцевой возвратной пружиной, установленной на трансмиссионном валу, первый шток снабжен канавками с уложенными в них пружинными скобами с обеспечением возможности включения только одной из управляемых муфт при продольном перемещении первого штока, при этом в области наибольшего размера зубцов ведущая шестерня снабжена подпружиненными стопорами, упирающимися в водило, а поверхность водила под стопорами снабжена выемкой в позиции водила, соответствующей размещению роликов в области наибольшей глубины зубцов.
23. Трансмиссия по п. 21, отличающаяся тем, что управляемая муфта выполнена обгонной, внутренняя поверхность ведущей шестерни в профиле овальная и в пространстве между ведущей шестерней и трансмиссионным валом размещены два заклинивающих элемента, каждый из которых выполнен в профиле в форме части сегмента упомянутого овала, заклинивающие элементы в средней части имеют вырезы под пружинный элемент, прижимающий заклинивающие элементы к ведущей шестерне, и под кольцеобразное водило, свободно вращающееся на трансмиссионном валу, два фиксатора размещены между водилом и первым штоком в отверстиях трансмиссионного вала и прижимаются к указанному штоку кольцевой возвратной пружиной, установленной на трансмиссионном валу, первый шток снабжен канавками с уложенными в них пружинными скобами, при этом ведущая шестерня снабжена подпружиненными стопорами, упирающимися в водило.
24. Трансмиссия по любому из пп. 21-23, отличающаяся тем, что паз водила под фиксатор имеет защитную и обгонную фаски, защитная фаска выполнена с обеспечением возможности срыва зацепления фиксатора с водилом при повышенной нагрузке на фиксатор со стороны трансмиссионного вала, а обгонная фаска выполнена с обеспечением возможности выхода фиксатора из паза с наименьшим сопротивлением со стороны расположения этой фаски, при этом на поверхности водила вблизи обгонной фаски выполнен защитный выступ.
25. Трансмиссия по п. 21, отличающаяся тем, что управляемая муфта содержит четыре заклинивающих элемента, выполненных в виде роликов, каждый из которых размещен в профиле между двумя симметричными зубцами на поверхности ведущей шестерни, при этом ролики размещены своими торцевыми сужениями в проточках трубообразного водила и прижаты пружинами к ведущей шестерне, при этом управляющая муфта снабжена по крайней мере двумя фиксаторами, расположенными между водилом и первым штоком в отверстиях трансмиссионного вала и прижатыми к указанному штоку кольцевыми возвратными пружинами, установленными на трансмиссионном валу, а соответствующие фиксаторам пазы расположены на разных концах водила и снабжены обгонной фаской, выполненной с обеспечением возможности выхода фиксатора из паза с наименьшим сопротивлением со стороны расположения этой фаски, при этом обгонные фаски в пазах на разных концах водила расположены по разные в профиле стороны этих пазов, обеспечивая возможность выхода фиксаторов из пазов с наименьшим сопротивлением в разные стороны, при этом первый шток снабжен канавкой с уложенной в нее пружинной скобой.
26. Трансмиссия по любому из пп. 21-23, 25, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
27. Трансмиссия по любому из пп. 21-23, 25, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены передачей с переменным передаточным отношением, эта передача включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе, ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
28. Трансмиссия велосипеда или мотоцикла, содержащая первичный вал, соединенный с трансмиссионным валом, который соединен с осью ведущего колеса передачей с переменным передаточным отношением, при этом указанная передача включает в себя закрепленный на оси ведущего колеса дисковый колесный элемент и две или более ведущие шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом колесном элементе, отличающаяся тем, что наиболее удаленная от оси ведущего колеса ведущая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведущие шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах, при этом управляемая муфта снабжена заклинивающим элементом и управляющей втулкой, выполненной с возможностью поворота при перемещении первого штока внутри трансмиссионного вала и приведения заклинивающего элемента в контакт одновременно с трансмиссионным валом и ведущей шестерней.
29. Трансмиссия по п. 28, отличающаяся тем, что она имеет составной трансмиссионный вал, состоящий из средней и оконечной частей, соединенных винтовой передачей, и три конические ведущие шестерни, свободно вращающиеся на управляющих втулках, установленных на оконечной части трансмиссионного вала с возможностью поворота, при этом каждая управляющая втулка и установленная на ней ведущая шестерня размещены между двух частей заклинивающего элемента, установленных на оконечной части трансмиссионного вала с возможностью осевого перемещения, ведущие шестерни и части заклинивающих элементов имеют смежные фрикционные поверхности, каждая управляющая втулка снабжена на торцах зубьями, а части заклинивающего элемента снабжены ответными пазами, каждая управляющая втулка снабжена управляющим отверстием, в которое входит рычаг поворота, закрепленный в первом штоке и проходящий через прорезь в оконечной части трансмиссионного вала, при этом конфигурация управляющих отверстий и крепление рычагов поворота в первом штоке выполнены с обеспечением возможности включения только одной из управляемых муфт при продольном перемещении первого штока.
30. Трансмиссия по п. 28 или 29, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены косозубыми шестернями с постоянным передаточным отношением.
31. Трансмиссия по п. 28 или 29, отличающаяся тем, что первичный и трансмиссионный валы соединены передачей с переменным передаточным отношением, эта передача включает в себя закрепленный на оси первичного вала дисковый первичный элемент и две или более ведомые шестерни, установленные на трансмиссионном валу и входящие в постоянное зацепление с зубьями или отверстиями на дисковом первичном элементе, ближайшая к первичному валу ведомая шестерня установлена на трансмиссионном валу на обгонной муфте или на управляемой муфте, а другие ведомые шестерни установлены на трансмиссионном валу на управляемых муфтах.
