Колесо транспортного средства
Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к велостроению, связанное с массовым выпуском индивидуальных транспортных средств на мускульной тяге. Устройство колеса содержит двухступенчатый планетарный редуктор внутри своей ступицы, где кроме единственного водила с двумя группировками сателлитов в форме плоских зубчатых колес и пары солнечных колес в форме цевочных барабанов карусельно-револьверного типа размещены еще единственная корона в стиле ажурного цевочного барабана типа «беличьего колеса» и единственный полый вал отбора мощности физических усилий от их внешнего источника со штоком внутри, обеспечивающим на выбор один из двух возможных режимов работы колеса в качестве ведущего. Технический результат - улучшение ходовых качеств колеса, а также уменьшение его материалоемкости и снижение себестоимости изготовления. 1 ил.
Изобретение относится к транспортному машиностроению и преимущественной областью его использования являются велосипеды, веломобили, инвалидные коляски и мотороллеры.
Известно множество изобретений и полезных моделей устройства ведущих колес велосипедов на основе планетарных передач и зубчатых колес, компактно размещенных внутри корпуса ступицы вместе с валом отбора мощности мускульных усилий от ног или рук наездника, каждое из которых характеризуется наличием своих достоинств и особенностей, а также скрытых от глаз врожденных пороков, нередко остающихся вне поля зрения конструкторов и технологов. Большинство устройств известных колес с планетарными передачами, широко представленные на потребительском рынке стран Азии и Европы, имеют низкие показатели прочности своих структурных элементов и находятся в кабале у бесконечной пластинчатой роликовтулочной цепи, обеспечивающей трансмиссию тяговых усилий наездника с педального привода, размещенного за пределами ступицы ведущего колеса на торцах вала отбора мощности в своей персональной каретке, что делает индивидуальное транспортное средство громоздким и весьма неуклюжим. Более того, траектория перемещения звеньев цепи, если таковой оснащен велосипед, всегда имеет не менее четырех очагов утрат и потерь физических усилий наездника при совершении им круговых вращений вала отбора у него его мощности, в которых вектор тяги перпендикулярен касательным цилиндрических поверхностей тел вращения (катков, валиков и роликов, из которых собрана гирлянда звеньев цепи, обреченная героически преодолевать эти очаги не только на крутых подъемах вплоть до полной остановки транспортного средства). В качестве аналога можно упомянуть патент РФ №2204490 от 06.12.2001 г. МПК В60В 27/02 на изобретение «Колесо транспортного средства», в котором отсутствуют скрытые неизлечимые внутренние пороки известной миру велосипедной цепи, функционирующей в режиме скольжения тесно прижатых друг к другу поверхностей своих элементов под растягивающей нагрузкой. Прискорбно, но для основной массы пользователей современное материаловедение и металлокерамика пока не могут обеспечить переход отрасли на массовое использование подшипников качения в щелевых зазорах между валиками, катками и роликами, дружно посаженными с шагом в полдюйма пирамидой на одну ось и зажатыми с торцов тонкими прочными пластинками в форме арабской цифры восемь.
Известно также «Устройство трансляции мускульных усилий человека на обод ведущею колеса дорожно-транспортного средства» по патенту РФ на изобретение №2739642 МПК В62В 11/14 от 14.04.2020 г., опубл. 28.12.20 г. Бюл. №1, которое по совокупности своих существенных признаков вполне можно признать прототипом. Однако и оно страдает набором небольших недостатков, потому что конструктивно весьма сложно в сборке и чрезмерно массивно.
Приводить развернутый широко критический анализ технических решений других аналогов нет смысла (каждый эксперт может это выполнить самостоятельно, исходя из имеющегося багажа знаний и опыта), поэтому особо отмечу лишь, что целью изобретения является повышение ходовых качеств колес, уменьшение их материалоемкости и снижение трудозатрат на их изготовление за счет максимального использования ограниченного количества средств холодной штамповки листового металлопроката, исключающего чрезмерную загрузку станочного парка фрезерного, токарного и металлорежущего оборудования с лазерами и цифровой электроникой.
Раскрытие сущности изобретения.
Суть и новизна существенных отличительных признаков технического решения устройства колеса транспортного средства заключена в позиционном размещение внутри его ступицы двухступенчатого планетарного редуктора, состоящего из двух центральных солнечных колес в форме цевочных барабанов карусельно-револьверного типа, вокруг которых на консольных осях и шарикоподшипниках дислоцированы на своих персональных кольцевых орбитах с возможностью своего свободного вращения, находясь по разные стороны единственного водила, две группировки разновеликих сателлитов численностью от одного и более каждая, наделенные способностью передавать тяговые усилия от вала отбора мощности на обод колеса и выполненные в форме зубчатых колес с цилиндрическим профилем своих зубьев и промежутков между ними, равным диаметру цевок и помещенных внутрь общей для них короны, венчающей своим телом, выполненным в стиле «беличьего колеса» зубья сателлитов в своем независимом свободном вращение; при этом водило неподвижно и жестко закреплено на внутренней стенке одной из торцевых опор вала отбора мощности, а на наружной поверхности тел каждой из этих двух опор установлены шарикоподшипники, помещенные каждый в свою корзину с головками спиц, соединяющих обод и две корзины в единое монолитное целое, именуемое ступицей; в теле вала отбора мощности выполнен сквозной канал, куда помещен шток с кулачковым эксцентричным флажком на своем торце, наделенный возможностью своей строгой фиксации при избирательном продольно-осевом сдвиге вместе с крючковатым крабообразным диском, имеющим центральное шестигранное отверстие, позволяющее ему свободно скользить по телу вала отбора мощности вдоль его оси без потери неразрывности жесткой связи с шестигранным участком тела вала отбора мощности в одном из двух крайних положений формата «или-или», отвечающих или нормальной скоростной езде, или прямой передаче тяговых усилий от вала отбора мощности непосредственно на ступицу колеса.
На прилагаемом чертеже изображен (схематично и без подробностей деталировки конструкции) поперечный разрез колеса транспортного средства, смещенный по плоскостям в створах осей сателлитов. Обод и защитные крышки ступицы оставлены за рамкой чертежа как несущественные и второстепенные компоненты заявленного колеса. При этом шток с крючковатым крабообразным диском изображены в позиции работы основного режима трансмиссии тяги.
Предложенное к промышленному использованию техническое решение устройства колеса транспортного средства содержит вал отбора мощности (1), выполненный полым с центральным сквозным отверстием, в котором размещен шток (2) с кулачковым флажком (3) в форме эксцентрика, маятником помещенного хотя бы на одном из своих торцов, находящиеся в тесном физическом взаимодействие с крючковатым крабообразным диском (4), имеющим в центре сквозное шестигранное отверстие, позволяющее ему свободно перемещаться под силовым воздействием рук водителя-наездника избирательно-принудительно вдоль оси вала отбора мощности в лимитированном диапазоне на шестигранном участке тела вала отбора мощности (1) в пределах сквозного овального отверстия (5) с последующей надежной фиксацией в одной из двух крайних позиций по схеме «или-или», обеспечивая тем самым желаемый режим езды: или нормальный скоростной, или режим прямой передачи тяговых усилий с вала отбора мощности физических усилий от наездника непосредственно на ступицу колеса, состоящую из двух корзин (6 и 7) с головками спиц (8). Торцы вала отбора мощности выведены наружу сквозь опоры (9 и 10) и оснащены посадочными местами (11) для установки и крепления любым известным способом классических стандартных кривошипных шатунов с педальным приводом (на чертеже не показаны по причине своей несущественности). С внешней стороны опор (9 и 10) имеются кольцевые канавки (12 и 13) для посадки в них двух подковообразный шпилек (на чертеже отсутствуют), посредством который колесо прочно закрепляется в стойках рамы транспортного средства для своего успешного использования по прямому назначению. Кроме того, на опорах (8 и 9) помещены тела шарикоподшипников (14 и 15), избавленные от любой возможности самопроизвольного продольно-осевого смещения и помещенные в корзины (6 и 7) с головками спиц, при этом на внутренней стороне одной из этих корзин закреплено храповое колесо обгонной муфты (16) в сборе с солнечным колесом (17), выполненным в стиле цевочного карусельно-револьверного барабана, а на противоположной внутренней стороне корзины (7) закреплен плоский диск (18) со сквозными отверстиями (19), ориентированными центрами своих осей на жесткую стыковку с крюками (20) крабообразного диска (4) при его смещение в их сторону. На теле вала отбора мощности (1) между водилом (21), жестко закрепленным вместе с консольно закрепленными на нем по обе стороны сателлитами (26 и 27) на внутреннем торце опоры (9), например, посредством известных винтовых соединений, и крабообразным диском (4) размещено с возможностью своего свободного вращения без какого-либо самопроизвольного радиального и продольно-осевого, смещения солнечное колесо (22) выполненное в форме цевочного барабана карусельно-револьверного типа с группировкой орбитальных сквозных отверстий (23), соосных крюкам (20) крабообразного диска (4) и осям отверстий (19) в плоском диске (18). Снаружи периферия зубьев всех сателлитов подпоясано окружена телом общей для них короны (24), выполненной в форме ажурного цевочного барабана типа «беличье колесо» с возможностью своего независимо свободного вращения на оси вала отбора мощности (1) без каких-либо касаний с другими структурными элементами колеса транспортного средства за исключением цевок (25).
Цилиндрическая форма всех цевок (25) ступенчатая, но при этом длина цевок в короне (24) раза в три и/или более больше чем в солнечных колесах (17 и 22).
Работает устройство колеса транспортного средства в одном из двух режимов, выбираемых наездником-водителем исходя из оценки картины местности и состояния реальной дорожной обстановки. Основной режим езды скоростной. Он создается за счет преобразования и последующей трансляции крутящего момента от вала отбора мощности (1), принявшего затраты физических усилий наездника, на вращение обода колеса транспортного средства. Для этого шток (2) поворотом кулачкового флажка (3) выставляется на свою позицию внутри вала отбора мощности (1) (на чертеже она находится на левом фланге) и тем самым устанавливает тело крабообразного диска (4) в жесткое зацепление своими крюками (20) с телом солнечного колеса (22), имеющего форму цевочного барабана карусельно-револьверного типа, цевки (25) которого при своем вращение вынуждают принимать полученный ими крутящий сателлитам (26), оси которых консольно закреплены на водиле (21). Далее зубья этих сателлитов (26) транслируют крутящий момент на цевки (25) короны (24), которая затем отдает его сателлитам (27), размещенным на обратной стороне водила (21) и консольно жестко закрепленных на нем без возможности какого-либо самопроизвольного продольно-осевого смещения. При этом водило (21), находясь в жесткой сцепке с опорой (9) вала отбора мощности (1), постоянно находится в неподвижном состоянии, потому что опоры (9 и 10) жестко закреплены на стойках рамы транспортного средства посредством подковообразных шпилек (на чертеже отсутствуют, но указаны места их посадки на тела опор (9 и 10), выполненные в форме кольцевых канавок (12 и 13). Финиширует трансляция передачи тяговых усилий на цевках (25) солнечного колеса (17), установленного с храповым колесом (16) обгонной муфтой на теле корзины (6) головок спиц (8), жестко связывающих через обод обе корзины (6 и 7) с преобразованием их в единое монолитное целое, именуемое ступицей колеса транспортного средства.
Перевод работы колеса на прямой режим передачи тяговых усилий от наездника, соизволившего сменить режим вращения вала отбора мощности (1), производится смещением штока (2) одновременно с крючковатым крабообразным диском (4) на противоположный фланг (на чертеже направо), в результате чего зубья (20) крабообразного диска (4) вступают во взаимодействие с корзиной (7) и отдают ей приобретенный ранее крутящий момент непосредственно с вала отбора мощности (1) практически без потерь, причем без какого-либо участия всегда присутствующих по соседству на своих позициях солнечных колес, сателлитов и короны (24).
Колесо транспортного средства, содержащее обод, спицы и ступицу с помещенной внутрь нее планетарной трансмиссией передачи тяговых усилий ободу от вала отбора мощности, отличающееся тем, что опоры торцов оси вращения вала отбора мощности жестко зафиксированы и неподвижно закреплены на раме транспортного средства, сам вал отбора мощности выполнен в форме трубы полым со сквозным цилиндрическим каналом в центре и установлен между своими опорами коаксиально оси вращения колеса с возможностью своего свободного вращения без допуска каких-либо продольно-осевых смещений, снаружи каждая опора опоясана шарикоподшипником, установленным без возможности какого-либо самопроизвольного продольно осевого смещения внутрь корпуса своей персональной корзины с пучком спиц, объединяющих их свое прочностью с ободом колеса в монолитное единое целое, при этом на внутренней торцевой стенке одной из опор жестко закреплено единственное водило в форме плоской шайбы с двумя орбитальными группировками сателлитов в форме плоских зубчатых колес, числом от одного и более каждая, позиционно дислоцированных и консольно закрепленных торцами своих параллельных осей вращения на обеих сторонах водила наделенными способностью свободно вращаться без каких-либо продольно осевых смещений в тесном взаимодействие с цилиндрическими телами цевок, поштучно расфасованных с шагом, равным их диаметру в двух солнечных колесах и одной общей для них короны на своих персональных круговых орбитах, при этом одно солнечное колесо оснащено трещоткой или обгонной муфтой и жестко закреплено на корпусе одной из корзин с половиной общего пучка спиц, а другое размещено с возможностью своего свободного вращения без допуска каких-либо радиальных и продольно-осевых смещений на теле вала отбора мощности вблизи центра его массы между водилом и передвижным крючковатым крабообразным диском с шестигранным отверстием в центре, позволяющим совершать ему лимитированное границами овального отверстия в теле вала отбора мощности продольно-осевое перемещение по поверхности его равновелико фрагментированного шестигранного участка под воздействием штока, находящегося внутри вала свободно скользящими с выведенным наружу торцами шкворня, закрепленного на штоке перпендикулярно оси колеса с возможностью своей надежно стабильной фиксации заранее выбранной по схеме «или-или» посредством кулачкового эксцентрикового флажка, подвешенного качающимся маятником хотя бы на одном из торцов штока, одной их двух крайних позиций крючковатого крабообразного диска: или обеспечивающей режим жесткой кинематической связи солнечного колеса первой ступени с валом отбора мощности, или прямое непосредственное силовое взаимодействие вала отбора мощности с противоположной корзиной спиц, оснащенной для этого специальной посадочной площадкой с входными гнездами в форме сквозных отверстий, соосных аналогичным отверстиям в солнечном колесе первой ступени и гарантирующих жесткую стыковку крючковатого крабообразного диска с корзиной второй половины пучка спиц.
