Привод ведущего колеса дорожно-транспортного средства
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к приводам ведущих колес дорожно-транспортного средства. Привод состоит из первичного вала, помещенного внутрь его ступицы, пары шатунов с кривошипами, двух ползунов, двух маятником качающихся кулис и двух педалей или рукояток. Кулисы выполнены в виде укороченного пустотелого короба. Кулисы шарнирно закреплены консольно с возможностью свободного маятникового качения на общей для кулис горизонтальной оси, параллельной оси вращения ведущего колеса и неподвижно жестко зафиксированной на стойках рамы. Ползуны выполнены в виде коромысел по образу двуплечих рычагов, центральная часть которых без возможности самопроизвольного продольно осевого смещения шарнирно закреплена на цилиндрическом теле кривошипов. Половина каждого ползуна своей тыльной стороной вставлена внутрь своей персональной кулисы, а на противоположных им фронтальных концах коромысел консольно закреплены педали или функционально аналогичные им эргономичные рукоятки. Достигается упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Описание изобретения
Изобретение относится к машиностроению транспортных средств на мускульной тяге ездоков и преимущественной областью его использования является велостроение, а также производство колясок для лиц с ограниченными физическими возможностями.
Известно большое множество устройств кривошипно-коромысловых и кривошипно-кулисных механизмов (см. стр. 181-182, Крайнев А.Ф. «Словарь-справочник по механизмам» - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987 г.), служащих для преобразования качательного движения кулисы или коромысла во вращательно движение кривошипа, некоторые из которых давно уже заслужили успех, востребованы промышленностью и нашли свое достойное применение в отечественных и зарубежных изобретениях.
Целью изобретения является снижение материалоемкости дорожно-транспортных средств на мускульной тяге, придание им большей комфортабельности и аскетически достойной лояльности к объектам окружающей их бытовой среды одновременно с повышением коэффициента полезного действия (КПД) привода ведущего колеса за счет отказа от использования в трансмиссиях колясок и веломашин пластинчатых ролико-втулочных цепей, окончательно исчерпавших весь ресурс своей полезности для селекции, эволюции и прогресса транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой своих пользователей.
В качестве аналогов настоящему техническому решению, предельно полно отвечающих по большинству параметров, целям и задачам достижения конечного результата, выбраны Компактный велосипед с эллипсным приводом по патенту РФ №2492096 от 19.04.2012 г. и Кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм повышенной точности и привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека (патент РФ №2664852 от 19.09.2017 г.). Однако, что весьма вероятно, прототипом необходимо признать большую часть описания изобретения велосипед по патенту РФ №2463194 от 25.04.2011 г., хотя автор не исключает существование других.
Главной и основной характерной особенностью каждого из вышеупомянутых изобретений является их чрезмерно неуклюжая громоздкость, переполненная избыточностью большого количества шарнирных узлов в комплекте с навязчиво сопутствующим и второстепенными деталями, которые спровоцировали утрату реально существующей непритязательности и лояльности у этих средств передвижения на мускульной тяге и тем заведомо обусловили гнетущий дискомфорт своему наезднику синхронно с массой других неприятностей в процессе своего обслуживания, содержания и эксплуатации.
Предлагаемый к промышленному использованию привод ведущего колеса транспортного средства в качестве основного варианта своего исполнения для одноколейных веломашин содержит первичный вал, установленный внутрь ступицы ведущего колеса с выведенными наружу торцами, на которых жестко закреплены зеркально с разворотом на 180 угловых градусов пара шатунов с кривошипами, шарнирно помещенными с возможностью своего свободного качения в цилиндрический корпус опор без допуска им какого-либо самопроизвольного продольно осевого и/или радиального смещения. При этом сами опоры жестко и неподвижно закреплены на теле коромысел, выполненных в виде двуплечих рычагов, предпочтительно в районе их центральной части, на фронтальной стороне которых вблизи торца установлены педали в своем популярно известном классическом исполнение, а тыльная сторона каждого коромысла наделена функциями ползуна, способного совершать принудительное возвратно-поступательное перемещение в ограниченном диапазоне под воздействием физических мускульных усилие наездника, и вставлена линейно ориентированной внутрь полого тела кулисы укороченной коробчатой формы, подвешенной шарнирно маятником на цилиндрическом теле горизонтальной оси, жестко и неподвижно зафиксированной на раме дорожно-транспортного средства. Такая компоновка структурных элементов привода, преобразующего и транслирующего физические усилия мышц седока на обод ведущего колеса посредством создания крутящего момента сил на первичном валу, позволяет формировать циклично замкнутую по бесконечному контуру в форме серповидно изогнутого эллипса траекторию перемещения осей педалей, практически идеально совпадающую с траекторией перемещения центров подошв обуви пешехода во время ходьбы и/или бега. Вариант исполнения привода для колясок с двумя ведущими колесами, находящимися на одной оси параллельно друг другу по обе стороны седока между его туловищем и руками, отличается тем, что шатуны с кривошипами устанавливаются лишь с внешней стороны первичных валов, а вместо велосипедных педалей и коромысел задействованы по типу известных лыжных палок пара трубчатых рычагов с рукоятками, характер траектории перемещения которых также имеет серповидно изогнутую форму приплюснутого эллипса с ориентацией на персональные физические возможности основного контингента пользователей, т.е. тот факт, что в предлагаемом техническом решение привода наглядно присутствует такое принципиальное качество, как целеустремленность на достижение гармонии и предельно полное удовлетворение максимального соответствия динамики и композиции структурных элементов привода естественным требованиям физиологии человека, способного самостоятельно и по своей воле выполнять стопошагательный процесс в стиле «ходьба на месте» собственными ногами или посредством рук, убедительно доказывает и достоверно свидетельствует о его новизне и явном наличие изобретательского уровня. Точное указание местонахождения опор на теле двуплечих рычагов и описание способов фиксации осей маятникового качения кулис на раме транспортного средства, размер длины шатунов с кривошипами, геометрические параметры рамы транспортного средства и особенности внутреннего устройство ступиц его ведущих колес или единственного колеса составляют предмет ноу-хау и/или являются дополнительной темой и потому выходят за рамки настоящего технического решения, т.е. разрушают его единство и целостность.
В прилагаемых чертежах на фиг.1 показан схематично с соблюдением приемлемых пропорций вид сбоку на ведущее колесо транспортного средства с фрагментом абстрактной рамы такового и со всеми структурными элементами привода, зафиксированными в позиции езды слева направо при нахождении педалей вблизи точек траектории их перехода с рабочего на холостой ход.
На фиг.2 показан вид на поперечное сечение одного из вариантов узла крепления оси маятниковой подвески кулисы и рекомендуемое нахождение в нем тел шаров подшипников.
На фиг.3 показан схематично и в слегка искаженных пропорциях вид сверху на принципиальное структурное расположение всех элементов привода снаружи несущих стоек фрагмента рамы транспортного средства.
Привод ведущего колеса дорожно-транспортного средства (Фиг. 1 и 2), копировально воспринимающий мускульные физические усилия человека посредством педалей 1 (или рукояток, если он используется в раздвоенной паре соосно параллельных ведущих колес инвалидной коляски), горизонтальные оси вращения которых консольно зафиксированы на фронтальных торцах коромысел 2 и 3, функционально выполненных по образу и подобию двуплечих рычагов с оптимальной длиной каждого, например, в пределах от 400 мм до 700 мм, шарнирно опирающихся точками своей опоры 4 и 5, расположенными примерно посредине их длины, на кривошипы 6 и 7 шатунов 8 и 9, рекомендуемая длина которых по результатам проведенных экспериментов и исследований находится в пределах 70-90 см, консольно закрепленных зеркально с разворотом на 180 угловых градусов на торцах первичного вала 10 трансмиссии ведущего колеса 11. Тыльная сторона коромысел (на фиг.1 она находится левее оси вращения колеса) выполнена исполняющими роль и функции ползунов, имеющих достаточно необходимую прочность и достаточное множество дорожек качения на своем теле, обеспечивающих им свободное скольжения с участием монолитных шаров или цилиндров (часть их условно показана на фиг.3) без разрушающих винтовых и изгибающих деформаций внутри периметра гладко отшлифованных стен укороченных коробчатых корпусов кулис 12 и 13, тела которых с возможностью свободного маятникового качения без утраты ими своего единства и целостности консольно посажены на торцы тел горизонтальных осей 14 и 15, жестко и неподвижно закрепленных на стойках рамы 16 дорожно-транспортного средства, оснащенного ведущим колесом 11, внутри ступицы которого размещен первичный вал 10 трансмиссии крутящего момента сил на обод ведущего колеса, выполненной например на основе планетарного редуктора или по любой другой известной схеме.
Работает привод ведущего колеса дорожно-транспортного средства следующим образом. Наездник, поочередно нажимая силой своих ног под нагрузкой от собственного веса на ту педаль, которая в данный момент позиционно находится на эллипсной траектории 17 впереди другой (на фиг.1 она изображена выше, а на фиг.2 показано, что она действительно впереди), коромысло, на котором она закреплена, вынужденно, вследствие своей прочности, насильно тянет за собой кривошип и тем самым создает крутящий момент на торце шатуна, длящийся в течение всего рабочего хода на внешнем участке его траектории от верха до нижнего края серповидного эллипса. В это же самое время вторая педаль совершает холостой ход и форсировано поднимает стопу другой ноги человека в крайне верхнее положение на исходную стартовую позицию. При этом обращают на себя внимание такие факты: а) длина холостого хода намного короче трассы рабочего хода; б) величина крутящего момента на первичном валу трансмиссии привода, изначально равная результату умножения числовых значений длины шатуна на силу, приложенную к его кривошипу, достигает своего значительного и существенно большого максимума в тот момент, когда ось качения кулисы, ось вращения первичного вала и ось вращения педали располагаются на одной и общей для них прямой; в) привод полностью избавлен от присутствия «мертвых точек» на круговой орбите вращения шатунов и эллипсной орбите педалей. Именно эти свежие качества существенно влияют на КПД привода. В случае использования привода для вращения ведущих колес инвалидных колясок, когда педали заменяются эргономичными рукоятками на торцах пары рычагов, целесообразно дополнительно организовывать крепление шатунов с использованием свойств обгонных муфт, трещоток или храповых колес с собачками, что раскрывает оперативный простор возможного использования различных комбинаций костей и усилий мышц рук для успешного выполнения поездки по извилистой трассе со сложным рельефом местности.
1. Привод ведущего колеса дорожно-транспортного средства, состоящий из первичного вала, помещенного внутрь его ступицы, пары установленных на его торцах шатунов с кривошипами, двух ползунов, двух маятником качающихся кулис и двух педалей или рукояток,
отличающийся тем, что каждая кулиса выполнена равной одна другой в виде укороченного пустотелого короба с гладкими внутренними стенками и поперечным сечением в форме четырехугольника, например ромба, квадрата или прямоугольника, и шарнирно закреплена консольно с возможностью свободного маятникового качения на общей для них горизонтальной оси, параллельной оси вращения ведущего колеса и неподвижно жестко зафиксированной на стойках рамы дорожно-транспортного средства, ползуны выполнены в виде коромысел по образу двуплечих рычагов, центральная часть которых без возможности самопроизвольного продольно-осевого смещения шарнирно закреплена на цилиндрическом теле кривошипов, половина каждого ползуна своей тыльной стороной вставлена внутрь своей персональной кулисы, а на противоположных им фронтальных концах коромысел консольно закреплены педали или функционально аналогичные им эргономичные рукоятки.
2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что при его использовании для вращения каждого из двух первичных валов, размещенных внутри ступиц одной пары параллельных ведущих колес, например инвалидной коляски или велорикши, каждый шатун фиксируется на наружном торце первичного вала посредством обгонной муфты или трещотки с собачками.
