Устройство трансляции мускульных усилий человека на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам трансляции мускульных усилий на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства. Устройство состоит из первичного вала с шатунами и кривошипами на своих торцах и одноступенчатого планетарного редуктора, корона которого посредством спиц или плоских дисков жестко связана с ободом колеса. Оба торца первичного вала выведены наружу за пределы боковых стенок корпуса редуктора сквозь его солнечное колесо тороидальной формы. Боковые стенки редуктора жестко закреплены на стойках рамы. Сателлиты консольно закреплены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей без самопроизвольного осевого смещения на водиле. Водило жестко закреплено на теле первичного вала в его средней части. Между внутренней стенкой цилиндрического корпуса ступицы и короной установлена обгонная муфта или трещотка с собачками. Достигается повышение КПД трансмиссии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к транспортному машиностроению и основной областью его использования является велостроение.
Цель настоящего технического решения (изобретения) - повышение коэффициента полезного действия (КПД) трансмиссии дорожно-транспортных средств на мускульной тяге своего наездника посредством отказа от использования системы передачи мускульных усилий посредством звезд, подпоясанных гирляндой из валиков, роликов и втулок пластинчатых цепей, окончательно утративших весь ресурс своей полезности для прогресса в этой отрасли машиностроения, а также радикальное снижение материалоемкости и габаритных параметров безмоторных дорожно-транспортных средств.
Среди достаточно большого множества известных устройств трансмиссий, в которых нет элементов цепной передачи, известен привод для велосипеда с внутренним расположением системы взаимодействия двух валов по патенту РФ на изобретение №2637579 от 27.10.2016 г., который, как прототип, по всей совокупности своих существенных признаков и характеру решения аналогичной технической задачи наиболее близок к заявленному, чем аналогичный педальный привод по патенту РФ на изобретение №2493999 от 09.12.11 г. Однако, успешное решение обозначенной технической задачи и достижение указанной выше цели не обеспечивает ни один из них по причине своей необычайно конструктивной сложности, массы излишеств и избыточности задействованных средств.
В заявленном изобретение получение указанного результата происходит с наименьшими издержками и гораздо эффективнее за счет того, что внутрь цилиндрического корпуса ступицы ведущего колеса, посредством спиц или плоских конусообразных дисков образующий с его ободом единое целое, помещена единственная коронная шестерня одноступенчатого планетарного редуктора с внутренним зацеплением своих зубьев, опоясанная обгонной муфтой или венцом храпового колеса с собачками (трещотка), по обе стороны которой с небольшим удалением от нее на внутренней стенке ступицы располагаются две параллельные друг другу кольцевые дорожки качения с буртиками для обслуживания свободного вращения наружных колец опорных шарикоподшипников, общим числом не менее шести, оси вращения которых расположены равноудаленно от оси вращения ведущего колеса и консольно закреплены на теле боковых кронштейнов, жестко зафиксированных на раме дорожно-транспортного средства защищающими внутренности ступицы от попадания грязи и посторонних предметов. Первичный вал привода с педальными шатунами на своих торцах пропущен без касания сквозь тороидальную солнечную шестерню, жестко закрепленную на теле одного из боковых кронштейнов, и оснащен в центральной своей части водилом, например в форме массивного маховичного диска, к боковой поверхности которого консольно прикреплены торцы осей одного или нескольких сателлитов, кинематически связывающих солнечную шестерню с коронной. Описанные выше характерные особенности, свежесть и новизна их отличительных свойств наглядно и убедительно доказывают наличие изобретательского уровня в заявленном решение технической задачи о путях повышения КПД трансмиссии привода дорожно-транспортного средства на мускульной силе ездока.
На прилагаемом чертеже схематично показан поперечный разрез ступицы ведущего колеса, поясняющих структуру местонахождения элементов устройства трансляции мускульных усилий человека на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства и кинематику их взаимодействия. При том изображение шатунов с педалями и фрагменты рамы дорожно-транспортного средства, в которой располагается ведущее колесо, умышлено оставлено за кадром как избыточное, чтобы не загромождать чертеж.
Устройство трансляции мускульных усилий человека на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства состоит их цилиндрического корпуса ступицы (1), в котором на ее бортах имеются сквозные отверстия для посадки грибовидных головок спиц, связывающих ступицу с ободом ведущего колеса (на чертеже обод не показан, а места расположения упомянутых отверстий указаны). Внутри центральной части корпуса ступицы (1) установлена коронная шестерня (2), выполненная с внутренним зацеплением своих зубьев или в стиле цевочного барабана типа «беличье колесо» (на чертеже изображен именно такой вариант), опоясанная обгонной муфтой или храповым колесом с собачками (на чертеже отсутствуют), по обе стороны которого расположены дорожки качения и оконтуривающие их буртики (3), ограничивающие продольно осевое смещение оптимальной группировки из опорных шарикоподшипников (4,4*), наружные кольца которых с особым усердием, благодаря своим уникальным достоинствам, обслуживают предельно свободное вращение корпуса ступицы без радиально-лучевых и продольно-осевых биений - наследия от износа тел качения (шаров) в опорах валов под воздействием силовых нагрузок. Оси (5, 5*) шарикоподшипников (4,4*) числом не менее шести размещены на равном удалении от оси вращения обода ведущего колеса и его ступицы консольно закрепленными на внутренних стенках боковых кронштейнов (6,6*), состоящих из крышек картера (7,7*), платформ (8,8*) и опор первичного вала (9 и 9*), которые жестко и надежно крепятся к стойкам рамы дорожно-транспортного средства, например посредством подковообразных шпилек, укладываемых снаружи в канавки (10) на теле опор (9) и своими торцами с винтовой резьбой к своим посадочным местам на раме. Дополнительно в теле одного из боковых кронштейнов выполняются глухие отверстия (11) для посадки в них торцов цевок, расположенных на коаксиальной окружности вокруг оси колеса в стиле револьверно-карусельного барабана (12), или крепления тороидального тела солнечной шестерни (на чертеже изображен первый вариант), закрываемых от выпадения глухой крышкой (13).
Первичный вал (14), располагающийся в своих опорах (9,9*) на круглых телах качения (шарах или цилиндрах), оснащен водилом (15), выполненным в форме достаточно массивного и прочного диска, на периферии которого расположены и закреплены торцы осей (16) сателлитов (17) числом от одного и более, кинематически связывающих солнечное колесо (шестерню) (12) с короной (2).
Работает транслятор мускульных усилий человека следующим образом. Наездник, периодически исполняя сидя в седле или на сидение, стоя или лежа, процесс формата «бег на месте», поочередно нажимая стопой своей ноги на ту педаль, которая в данный момент находится на позиции рабочего цикла, генерирует своими мускульными усилиям на оси первичного вала (14) крутящий момент, вынуждающий его вращаться вокруг собственной оси с той или иной частотой и угловой скоростью, который далее эстафетой уходит через водило (15), исполняющего роль шатуна, к сателлитам (17), работающим в режиме двуплечих рычагов, а затем к коронной шестерне (2), которая и завершает эту операцию умножением исходных параметров. При этом весьма примечательно, что направление вращения первичного вала (14) и обода ведущего колеса совпадают и не противоречат естественной физиологии телодвижений человека.
1. Устройство трансляции мускульных усилий человека на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства, состоящее из первичного вала с шатунами и кривошипами на своих торцах, принимающими крутящий момент от источника тяги, и одноступенчатого планетарного редуктора, корона которого посредством спиц или плоских дисков жестко связана с ободом колеса, отличающееся тем, что оба торца первичного вала выведены наружу за пределы боковых стенок корпуса редуктора сквозь его солнечное колесо тороидальной формы, жестко и неподвижно закрепленное на одной из них консольно, сами боковые стенки редуктора жестко закреплены на стойках рамы транспортного средства исполняющими функции опор первичного вала и кронштейнов для неподвижного крепления торцов осей двух групп катков числом не менее трех каждая, расположенных в двух параллельных плоскостях опоясанными бесконечными кольцевыми дорожками качения, выполненными на внутренней поверхности тонкостенного пустотелого цилиндрического корпуса ступицы с окантовкой из буртиков по краям и с короной внутри, при этом сателлиты, в количестве от одного и более, консольно закреплены с возможностью своего свободного вращения вокруг своих осей без самопроизвольного радиального и/или продольно осевого смещения на водиле, жестко закрепленном на теле первичного вала в его средней части, а между внутренней стенкой цилиндрического корпуса ступицы и короной установлена обгонная муфта или трещотка с собачками.
2. Устройство трансляции тяговых усилий по п. 1, отличающееся тем, что солнечное колесо и корона выполнены в форме цевочных барабанов карусельно-револьверного типа, а сателлиты выполнены в виде ажурных звезд с зубьями, радиус цилиндрического профиля контура которых и промежутков между ними равен половине диаметра цевок.
