Велосипед-автомат
Изобретение относится к управлению автоматическим переключением передач велосипеда посредством центробежной силы вращающихся грузов с последующим подключением вспомогательного усилия от втулки вращающегося колеса для срабатывания заднего переключателя передач. Центробежные грузы (12) выполнены в виде одной пары элементов с возможностью скольжения по направляющим спицам (13) переднего колеса. При этом грузы (12) взаимодействуют между собой через подпружиненный промежуточный элемент (14), который выполнен с возможностью свободного скольжения по спице (16), перпендикулярной спицам (13). Подпружиненный промежуточный элемент (14) выполнен с возможностью взаимодействия через пружину (15) с элементом индивидуальной подстройки (17), который выполнен с возможностью принудительного перемещения вдоль вышеуказанной спицы (16), перпендикулярной направляющим спицам (13) центробежных грузов (12). Техническое решение направлено на обеспечение возможности индивидуальной подстройки момента переключения. 3 ил.
Предлагаемое изобретение относится к безрельсовому наземному транспортному средству, а именно к велосипедам для спорта.
Известно устройство автоматического переключения передач на велосипеде, содержащее ведомый кожух, приводную втулку, планетарный редуктор, смонтированный между приводной втулкой и ведомым кожухом, а также механизм автоматического переключения передач (см. патент Японии №3604136 В2, 2003026071 А, 7 В62М 11/16, 2002) - аналог.
Однако планетарный редуктор в составе автоматического переключателя состоит из многоступенчатых зубчатых передач, которые в силу физических свойств уступают цепной передаче по коэффициенту полезного действия. По этой причине велосипед тяжел на ходу и для большого спорта не годится.
Известно автоматическое устройство управления переключением передач для велосипеда, которое содержит электронный контроллер, систему датчиков, электрических приборов визуального наблюдения и регулировки (см. патент России №RU 0002253589 С2, 7 В62М 25/08, от 12.09.2001) - аналог.
Однако электронный контроллер с системой электрических приборов для российских климатических условий неприемлем. За зимний период гальванические элементы питания устройства выйдут из строя, а хранение велосипеда с известной автоматикой вне отапливаемого помещения приведет устройство в негодность.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является ВЕЛОСИПЕД БЫСТРОГО СТАРТА (см. патент России №2278056, МКИ 6 В62М 11/16, 2003) - прототип.
ВЕЛОСИПЕД БЫСТРОГО СТАРТА состоит из рамы. На раме установлен задний сбрасыватель приводной цепи и трос управления задним сбрасывателем. В состав заднего сбрасывателя входит относительно жесткая пружина возврата. Трос управления задним сбрасывателем проходит сквозь неподвижную относительно рамы ось заднего колеса. На оси заднего колеса подвижно смонтирована втулка заднего колеса. Внутри втулки заднего колеса установлено подпружиненное управляющее звено, которое соединено гибкой связью с центробежными грузами. Грузы выполнены в виде двух пар полуколец, которые подвижно установлены на осях и вмонтированы внутри кассеты из комплекта звездочек. Каждый из грузов снабжен зубчатым сектором, штифтом или пазом. Грузы в паре взаимодействуют между собой зубчатыми секторами, а пары повернуты относительно друг друга на угол 180 градусов и взаимодействуют между собой штифтами, подвижно входящими в пазы. Управляющее звено выполнено с возможностью поочередного сцепления с полумуфтой реверсивной и полумуфтой резьбовой. Полумуфта резьбовая через дополнительные элементы взаимодействует с тросом. Дополнительные элементы исключают скручивание троса.
ВЕЛОСИПЕД БЫСТРОГО СТАРТА при изготовлении по чертежам автора, которые выполнены в полном соответствии с ЕСКД (Единая Система Конструкторской Документации), действительно реализовал все задуманные параметры. Однако изготовление множества деталей увеличивает стоимость изготовления изделия в целом. Изготовление кассеты, которая содержит комплект оригинальных звездочек и обгонную муфту, усложняет конструкцию, а центробежные грузы внутри кассеты ограничены в своей массе, так как внешний диаметр полуколец грузов должен быть меньше внутреннего диаметра малой звездочки, а также центробежные грузы ограничены по величине расхождения от центробежных сил. Для увеличения скорости велосипеда, то есть для увеличения передаточного отношения между звездочкой ступицы и звездочкой кассеты, необходимо уменьшать диаметр звездочки кассеты. Но реально значимый вес каждого из четырех центробежных грузов ограничивает уменьшение диаметра звездочки. Реальный ход центробежного механизма от одного крайнего положения до другого также ограничен размерами звездочек. Ограниченный полный ход уменьшает чувствительность центробежного механизма к изменению скорости. Конфигурация каждого из четырех центробежных грузов оригинальна. Грузы между собой не взаимозаменяемы и сложны в изготовлении, так как эксцентричная форма полуколец, которые содержат зубчатые сектора, вынуждает применять специальное станочное оборудование при их изготовлении. Испытания пионерского образца показали следующее: изменение скорости сопровождается автоматическим переключением цепной передачи как в одну, так и в другую сторону, однако большое количество оригинальных деталей препятствует массовому тиражированию востребованного изделия.
Целью предложенного технического решения является Упрощение конструкции и повышение удобств индивидуальной Подстройки момента переключения по желанию конкретного велосипедиста.
Техническое решение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 представлен общий вид ВЕЛОСИПЕДА-АВТОМАТА. На фиг.2 представлено сечение по оси переднего колеса ВЕЛОСИПЕДА-АВТОМАТА в исходном положении элементов автоматики, когда скорость велосипеда равна нулю. На фиг.3 представлена совмещенная кинематическая схема работы центробежного механизма и элементов индивидуальной подстройки со шкалой параметров.
Поставленная цель достигается ВЕЛОСИПЕДОМ-АВТОМАТОМ, который содержит раму 1 с вилкой 2 переднего колеса. На раме 1 установлен задний сбрасыватель 3 и неподвижная ось 4 крепления втулки заднего колеса. На втулке через обгонную муфту установлена кассета 5 с комплектом разных звездочек. Вдоль рамы проходит трос 6 управления задним сбрасывателем 3. Трос 6 проходит сквозь ось 7, часть оси содержит резьбовой участок. Резьбовой участок выполнен из резьбы правой нарезки с нормальным шагом по ходовой посадке. На оси 7 подвижно установлена втулка 8. Внутри втулки 8 вмонтировано подпружиненное управляющее звено 9. Управляющее звено 9 выполнено в виде кольца, торцы которого содержат по зубу. Управляющее звено расположено между полумуфтой реверсивной 10 и полумуфтой резьбовой 11. Каждая из полумуфт 10 и 11 выполнена с возможностью периодического взаимодействия имеющимся зубом на своем торце с ответным зубом управляющего звена 9. Управляющее звено 9 постоянно взаимодействует известным способом с центробежными грузами 12. Полумуфта резьбовая 11 подвижна на резьбовом участке оси 7 с возможностью перемещения вдоль оси 7 на величину, равную перемещению троса 6 и достаточную для нормальной работы заднего сбрасывателя 3 приводной цепи. Полумуфта резьбовая 11 взаимодействует с тросом 6 через дополнительный элемент, который исключает скручивание троса 6. Трос 6 выходит из оси 7 налево по ходу движения велосипеда, в то время как кассета 5 и задний сбрасыватель 3 смонтированы справа. Управляющее звено 9 ограничено от вращения относительно втулки 8 известным способом, например шпонкой. Кассета 5 с комплектом звездочек установлена на втулке 4 заднего колеса, в то время как центробежные грузы 12 установлены в зоне втулки 8 переднего колеса. Отличается предложенное решение от известного тем, что центробежные грузы 12 выполнены в виде только одной пары взаимозаменяемых и конструктивно простых элементов, которая размещена противоположно от оси 7 с возможностью свободного скольжения по спицам 13 лучевого направления. Грузы 12 связаны между собой промежуточным элементом 14 малой массы для синхронности перемещения. Промежуточный элемент 14 подпружинен пружиной 15 и выполнен с возможностью свободного скольжения по лучевой спице 16, которая перпендикулярна спицам 13. Выбранная кинематическая схема взаимодействия грузов 12 с подпружиненным промежуточным элементом 14 исключает влияние вектора притяжения земли на натяжение гибких связей. Посредством гибких связей грузы 12 взаимодействуют с управляющим звеном 9. Пружина 15 размещена на лучевой спице 13 и упирается в элемент 17 индивидуальной подстройки, который выполнен с возможностью принудительного перемещения по желанию конкретного велосипедиста вдоль градуированной лучевой спицы 16, которая выполняет дополнительную функцию, то есть функцию шкалы параметров. Произвольное перемещение элемента 17 вдоль лучевой спицы 16 исключается.
ВЕЛОСИПЕД-АВТОМАТ работает следующим образом. В начальный момент все элементы велосипеда находятся в исходном положении, как представлено графическим материалом. Велосипедная цепь занимает самую большую звездочку на кассете 5 (см. фиг.1). Ось 7 жестко закреплена в вилке 2. С началом движения переднее колесо велосипеда и втулка 8 через шпонку постоянно вращает подпружиненное управляющее звено 9. Однако звено 9 вращается совершенно свободно на цилиндрической шейке полумуфты реверсивной 10, так как находится с постоянным зазором между торцами полумуфт 10 (см. фиг.2). Равновесное состояние звена 9 между торцами полумуфт 10 обеспечивается пружиной и гибкой связью, идущей от центробежных грузов 12. С увеличением скорости движения велосипеда увеличивается центробежная сила, действующая на грузы 12. Увеличенная центробежная сила нарушает равновесное состояние звена 9 и смещает последнее в направлении полумуфты резьбовой. Зубья торца полумуфты резьбовой 11 и управляющего звена 9 смыкаются. С этого момента вращение втулки 8 через шпонку и звено 9 передается полумуфте 11, которая по резьбовому участку оси 7 смещается и ослабляет подпружиненный трос 6. Трос 6 управляет задним сбрасывателем 3 и при ослаблении натяжения троса 6 велосипедная цепь сбрасывается с самой большой звездочки кассеты 5 на меньшую звездочку. Частота вращения педалей не увеличивается, однако велосипедист едет быстрее. Величина перемещения троса 6, полумуфты 11 по резьбовому участку оси 7, звена 9 по цилиндрической шейке полумуфты реверсивной 10 равны величине расхождения грузов 12. Величина расхождения грузов 12 на схеме обозначена размером L (см. фиг.3). Симметрия расположения грузов 12 относительно спицы 16 и промежуточный элемент 14 малой массы обеспечивает синхронность перемещения по спицам 13 на величину L. Элемент 17 индивидуальной подстройки может изменить график пределов скоростей, при которых происходит каждое из возможных переключений. Например, перемещение элемента 17 в направлении промежуточного элемента 14 изменяет предел в сторону уменьшения скорости, а перемещение элемента 17 в направлении от промежуточного элемента 14 повышает предел. Наружное размещение элемента 17 индивидуальной подстройки на спице 16 и наличие градуировки существенно облегчает установку. Пружина 15 обеспечивает натяжение гибких связей. При дальнейшем увеличении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается прежней в предварительно заданном пределе посредством элемента 14 и который удовлетворяет конкретного велосипедиста, идеален для физических параметров последнего.
Скорость движения велосипеда уменьшается, например, в случае подъема трассы или изменения грунтов. Уменьшается центробежная сила, которая действует на грузы 12. Грузы 12 от действия пружины через управляющее звено 9 и гибкие связи сходятся. Управляющее звено 9 под действием той же пружины смещается и выбирает зазор между полумуфтой реверсивной 10. Зубья торца полумуфты реверсивной 10 и управляющего звена 9 смыкаются. Полумуфта реверсивная 10 вращает полумуфту резьбовую 11 посредством сателлитов в противоположную сторону. Полумуфта резьбовая 11 смещается по резьбе и натягивает трос 6 управления задним сбрасывателем 3. Велосипедная цепь переводится с меньшей звездочки на большую звездочку кассеты 5. К заднему колесу подводится больший момент силы, и велосипедист, не меняя частоты педалирования и усилия приложения на педали, преодолевает трудный участок трассы. При установившемся режиме зазор между управляющим звеном 9 и торцами полумуфт 10 и 11 сохраняется. При дальнейшем уменьшении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается в комфортном для велосипедиста интервале. Любое изменение скорости сопровождается соответствующим переключением, которое поддерживает заранее установленную частоту педалирования. Предложенный велосипед идеально распределит мышечную энергию на трассе любой сложности и при минимально необходимых физических нагрузках велосипедист добьется лучшего результата, так как автоматика не подвержена эмоциям и момент переключения выберет исключительно точно. Велосипедисту не надо отвлекаться на переключения, он даже не заметит момента переключения, автоматика выполнит переключение четко и надежно. Конструкция центробежного механизма, который отслеживает скоростной режим, исключительно проста, однако при простоте конструкции обеспечивается наглядность установки выбранного режима и доступность к элементу 17 индивидуальной подстройки.
Велосипед-автомат, содержащий раму (1) с вилкой (2) переднего колеса, в состав которого входят спицы,
а также задний переключатель (3) скоростей,
ось крепления втулки заднего колеса с кассетой (5) из звездочек и ось крепления втулки переднего колеса, смонтированную в вилке (2) переднего колеса,
трос (6) управления задним переключателем (3) скоростей,
при этом автоматическое переключение скоростей обеспечивается посредством центробежных грузов (12), которые имеют гибкую связь с подпружиненным управляющим звеном (9), которое связано со втулкой (8) колеса и расположено внутри втулки (8) колеса между полумуфтой реверсивной (10) и полумуфтой резьбовой (11) с возможностью взаимодействия с этими полумуфтами (10, 11) при увеличении или уменьшении центробежной силы грузов (12) для перемещения троса (6) управления задним переключателем (3) скоростей,
при взаимодействии подпружиненного управляющего звена (9) с полумуфтой резьбовой (11) обеспечивается передача вращения полумуфте резьбовой (11) с ее смещением по резьбовому участку оси крепления втулки колеса в одну сторону,
а при взаимодействии подпружиненного управляющего звена (9) с полумуфтой реверсивной (10) обеспечивается передача вращения полумуфте реверсивной (10), которая через сателлиты обеспечивает вращение полумуфты резьбовой (11) с ее смещением по резьбовому участку оси крепления втулки колеса в противоположную сторону,
при установившемся скоростном режиме обеспечивается равновесие между усилием пружины управляющего звена (9) и центробежными силами от грузов (12) с обеспечением возможности свободного вращения подпружиненного управляющего звена (9) с зазором между торцами полумуфт (10, 11),
отличающийся тем, что центробежные грузы (12) выполнены в виде одной пары элементов с возможностью скольжения по направляющим спицам (13) переднего колеса и взаимодействуют между собой через подпружиненный промежуточный элемент (14), который выполнен с возможностью свободного скольжения по спице (16), перпендикулярной направляющим спицам (13) центробежных грузов (12),
при этом подпружиненный промежуточный элемент (14) выполнен с возможностью взаимодействия через пружину (15) с элементом индивидуальной подстройки (17), который выполнен с возможностью принудительного перемещения вдоль вышеуказанной спицы (16), перпендикулярной направляющим спицам (13) центробежных грузов (12),
соответственно втулка колеса, внутри которой расположено подпружиненное управляющее звено (9) между полумуфтами (10, 11), является втулкой (8) переднего колеса, закрепленной на оси (7) с резьбовым участком,
при этом трос (6) управления задним переключателем (3) скоростей проходит сквозь ось (7) крепления втулки (8) переднего колеса и вдоль рамы (1) велосипеда.
