Привод велосипеда

 

Изобретение относится к трансмиссиям с колесами, перемещаемыми при переключении. Двухступенчатая передача содержит промежуточный вал (5), на котором с возможностью осевого перемещения для переключения передач расположен блок ведущих звездочек (6) второй ступени. При этом цепь (7) сохраняет свое положение в плоскости ведомой звездочки (8) колеса посредством ограничителя (13). Первая ступень может содержать две цепные передачи, в которых ведущие звездочки (1) установлены эксцентрично на валах кривошипов и каждая связана со своим кривошипом для независимого вращения друг от друга. Предлагаемое техническое решение направлено на обеспечение надежности переключения передач и эффективности мускульных затрат велосипедиста. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам с мускульным приводом и может быть использовано в производстве велосипедов и веломобилей.

Известна конструкция велосипеда с двухступенчатым приводом, который состоит из цепной передачи первой ступени, связывающей закрепленную на валу кривошипов ведущую звездочку с ведомой звездочкой, и цепной передачи второй ступени, связывающей ведущую звездочку, установленную на валу ведомой звездочки первой ступени, с ведомой звездочкой, установленной на втулке колеса (Mechanical Engineering, 1993, 115, 2, 56-59). Для изменения передаточного отношения привода имеется несколько различающихся количеством зубьев ведомых звездочек на втулке колеса с механизмом перекладки цепи.

Использование двух ступеней позволяет при ограничении числа наименований звездочек увеличить количество передач и диапазон передаточных отношений, а также повысить общее передаточное отношение привода без увеличения размера ведущей звездочки.

В такой конструкции количество звездочек на втулке ведущего колеса ограничено 6-7, чтобы с одной стороны не увеличивать длину оси колеса, что вызывает рост изгибающих ось сил и габаритов, а с другой стороны не уменьшать расстояние между спицевыми фланцами, что приводит к снижению жесткости колеса. Для дальнейшего увеличения передаточного числа и количества передач требуется устанавливать дополнительные ведущие звездочки и второй механизм перекладки цепи. В этом случае переключение передачи сопровождается перебором комбинаций перекладок цепи на ведомые и ведущие звездочки с помощью обоих переключателей, что усложняет управление велосипедом и затягивает процесс переключения передач. При наличии ведомых звездочек в количестве больше 6 и ведущих более двух из-за продольного перекоса цепи, связывающей расположенные в разных плоскостях звездочки, становится затруднительным осуществить все варианты их возможного зацепления. Кроме того, диапазоны передаточных отношений на каждой из ведущих звездочек, получаемые перебором ведомых звездочек, в значительной степени перекрываются, поэтому фактическое число ступеней передаточного отношения привода всегда меньше количества комбинаций расположения цепи на ведущих и ведомых звездочках.

Механизм перекладки цепи на ведомые звездочки втулки колеса вместе с ведомой ветвью цепи располагаются в непосредственной близости от поверхности дороги, что повышает их уязвимость механическим повреждениям и способствует интенсивному воздействию на них пыли, грязи и влаги с поверхности земли. Так как в общем случае ведущая и ведомая звездочки находятся в разных плоскостях, то возникающий при этом продольный перекос цепи в совокупности с абразивным износом ее звеньев и звездочек обуславливают низкую долговечность и надежность всего привода. Поперечные перемещения цепи при переключениях передач и значительные габариты цепной передачи по высоте затрудняют выполнение ограждения и защиты привода.

В известной конструкции двухступенчатого привода велосипеда ведомая звездочка первой ступени выполнена с переменным радиусом (а.с. 1316904, В 62 М 1/02). При передаточном отношении первой ступени, равном двум, это позволяет изменять величину передаточного отношения привода в течение одного оборота кривошипов с тем, чтобы уменьшать угловую скорость кривошипов при росте нагрузки на педали и увеличивать при ее снижении. В результате повышается КПД привода за счет увеличения во времени доли активного хода педалей. Однако в данной конструкции привода угловое ускорение кривошипа за оборот изменяется по знаку четыре раза, дважды при разгибании и столько же при сгибании ноги, что не позволяет в полной мере реализовать функциональные возможности опорно-двигательного аппарата из-за ограничения диапазона изменения передаточного отношения привода и угловой скорости кривошипа в течение оборота величиной ускорений.

Изобретение решает задачу исключения продольного перекоса цепи, позволяет обойтись одним механизмом перекладки цепи для перебора 8-10 передач, вынести устройство переключения передач за пределы колеса, снизив тем самым его уязвимость повреждениям, а также получить возможность переключения передач без вращения кривошипов и повысить эффективность преобразования мускульных затрат в движение велосипеда.

Это достигается тем, что в приводе велосипеда, содержащем двухступенчатую передачу, состоящую из ведущей звездочки первой ступени, установленной на валу кривошипов и связанной цепью с ведомой звездочкой, на валу которой закреплена ведущая звездочка многоскоростной цепной передачи второй ступени с механизмами натяжения, перекладки цепи и свободного хода, вторая ступень содержит одну ведомую звездочку на втулке колеса, блок ведущих звездочек, установленный на валу ведомой звездочки первой ступени с возможностью осевого перемещения, устройства для осуществления такого перемещения, фиксации блока в определенном положении и ограничения поперечного смещения цепи от положения в плоскости ведомой звездочки второй ступени, при этом механизм свободного хода размещен на втулке колеса или на валу ведомой звездочки первой ступени.

Кроме того, первая ступень может содержать две цепные передачи с механизмами натяжения цепи, соединяющие закрепленные на промежуточном валу ведомые звездочки с ведущими звездочками, жестко связанными каждая со своим кривошипом, с возможностью вращения независимо друг от друга и установленными эксцентрично.

В таком приводе переключение передач осуществляется путем перекладки цепи второй ступени на ведущие звездочки, которые установлены в блоке на валу промежуточной передачи на раме велосипеда вне колеса. Перестановка цепи с одной звездочки на другую происходит в результате перемещения блока относительно цепи, сохраняющей с помощью ограничителя поперечного смещения положение в плоскости звездочки на втулке колеса, что исключает продольный перекос цепи на всех передачах.

Перенос блока звездочек с механизмом перекладки цепи за габариты колеса на раму позволяет увеличить число звездочек в блоке и, следовательно, количество передач и диапазон передаточных отношений привода, перекрываемый с помощью одного механизма перекладки цепи, а также уменьшить неподрессоренные массы при наличии задней подвески и сократить длину коммуникаций для управления переключением передач.

В случае переноса муфты свободного хода с втулки колеса на вал промежуточной передачи допускается переключение передач при движении велосипеда накатом без вращения кривошипов.

Первая ступень из двух цепных передач с ведомыми звездочками, закрепленными на валу промежуточной передачи, и ведущими звездочками, связанным каждая со своим кривошипом и установленными эксцентрично таким образом, чтобы приложенному к звездочке максимальному крутящему моменту соответствовало наибольшее передаточное отношение, дает возможность повысить эффективность педалирования за счет увеличения во времени доли активного хода при движении педали, обусловленном разгибанием ноги.

На фиг. 1 показана схема привода, на фиг.2 - схема привода с обгонной муфтой на промежуточном валу, на фиг.3 - схема привода с двумя цепными передачами первой ступени, на фиг.4 - график изменения угловой скорости кривошипа за оборот.

Привод содержит ведущую звездочку 1 первой ступени, закрепленную на валу кривошипов 2 и связанную цепью 3 с ведомой звездочкой 4, на валу 5 которой расположен с возможностью осевого перемещения блок ведущих звездочек 6 второй ступени, одна из которых соединена цепью 7 с ведомой звездочкой 8, установленной через обгонную муфту 9 на втулке 10 ведущего колеса 11. Вторая ступень включает в себя также переключатель передач 12, ограничитель поперечного смещения цепи 13 и натяжитель цепи 14.

В схеме на фиг.2 блок звездочек 6 установлен на промежуточном валу 5 через обгонную муфту 9, а ведомая звездочка 8 второй ступени жестко связана с втулкой 10 колеса 11.

В схеме на фиг.3 привод содержит в первой ступени две цепные передачи 3 с натяжными механизмами 15, которые связывают ведомые звездочки 4, закрепленные на промежуточном валу 5, с ведущими звездочками 1, соединенными каждая со своим кривошипом 2 и установленными эксцентрично.

Привод работает следующим образом.

При переключении передач перемещается блок звездочек 6 по валу 5 относительно цепи 7, положение которой в плоскости ведомой звездочки 8 сохраняется с помощью ограничителя 13. В результате происходит перекладка цепи на другую звездочку с компенсацией изменения провиса цепи натяжителем 14. На всех передачах ведущая и ведомая звездочки второй ступени располагаются в одной плоскости, благодаря чему исключается продольный перекос цепи.

Такая схема привода позволяет расположить промежуточный вал 5 с блоком звездочек 6 вне окружности, описываемой кривошипами 2. Ограничения на ширину узла промежуточной передачи при этом определяются только расстоянием между ногами велосипедиста, что позволяет довести число звездочек подвижного блока до 10, превышающее количество звездочек в блоке, размещенном на втулке ведущего колеса. Это дает возможность в ряде случаев обойтись одним переключающим устройством и, как следствие, упростить и ускорить процесс переключения передач, повысить его надежность и четкость. Наличие одной звездочки на втулке колеса позволяет сократить длину оси и уменьшить действующие на нее силы изгиба. Благодаря отсутствию механизма перекладки цепи вблизи втулки ведущего колеса цепная передача второй ступени располагается преимущественно выше оси колеса, существенно сокращаются ее габариты по высоте. Наряду с исключением поперечного смещения цепи это позволяет предусмотреть легкое и компактное ограждение передачи, свести к минимуму загрязнение и абразивный износ цепи и, как следствие, увеличить долговечность всего привода.

В случае размещения обгонной муфты 9 между промежуточным валом 5 и блоком звездочек 6 (фиг.2) процесс переключения передач можно осуществлять без вращения кривошипов при движении велосипеда накатом.

При наличии двух цепных передач 3 в первой ступени привода с установленными эксцентрично звездочками 1 (фиг.3) моменты, развиваемые ногами, передаются двумя силовыми потоками, которые суммируются на промежуточном валу 5 через закрепленные на нем звездочки 4. В этом случае при равномерном вращении колеса 11 и, следовательно, вала 5 кривошипа 2 будут поворачиваться с непостоянной угловой скоростью, обусловленной эксцентричной установкой ведущих звездочек 1. Причем каждый из кривошипов за оборот испытывает одно ускорение и одно замедление с различными законами движения при перемещении педали вниз и вверх благодаря отсутствию жесткой связи между ними. Фиг.4 иллюстрирует изменение во времени относительной угловой скорости одного кривошипа (кривая б) такого привода в сравнении со схемой, в которой цепная передача первой ступени с передаточным отношением два имеет ведомую звездочку, установленную эксцентрично (кривая а), при одинаковом общем передаточном отношении приводов.

Двухразовая смена углового ускорения кривошипа за один оборот вместо четырехразовой позволяет значительно увеличить диапазон его изменения, а вместе с ним и передаточного отношения первой ступени за цикл педалирования одной ногой. Кроме того, доля активного хода при движении педали вниз составляет более половины полного оборота кривошипа, то есть рабочий ход совершается медленнее, а возврат педали в исходное положение, соответствующее началу следующего активного хода, - быстрее. Даже в случае активного подтягивания педали вверх распределение скоростей кривошипа в течение оборота благоприятно с точки зрения биомеханики, так как максимум мощности, развиваемый сгибательными мышцами, соответствует большей частоте вращения, чем для разгибательных мышц.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет улучшить функциональные возможности велосипеда и поднять эффективность использования мускульных затрат велосипедиста.

Формула изобретения

1. Привод велосипеда, содержащий двухступенчатую передачу, состоящую из ведущей звездочки первой ступени, установленной на валу кривошипов и связанной цепью с ведомой звездочкой, на валу которой закреплена ведущая звездочка многоскоростной цепной передачи второй ступени с механизмами натяжения, перекладки цепи и свободного хода, отличающийся тем, что вторая ступень содержит одну ведомую звездочку на втулке колеса, блок ведущих звездочек, установленный на валу ведомой звездочки первой ступени с возможностью осевого перемещения, устройства для осуществления такого перемещения, фиксации блока в определенном положении и ограничения поперечного смещения цепи от положения в плоскости ведомой звездочки второй ступени, при этом механизм свободного хода размещен на втулке колеса или на валу ведомой звездочки первой ступени.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что первая ступень содержит две цепные передачи с механизмами натяжения цепи, соединяющие закрепленные на промежуточном валу ведомые звездочки с ведущими звездочками, жестко связанными каждая со своим кривошипом, с возможностью вращения независимо друг от друга и установленными эксцентрично.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4