велосипед "аннушка"

Формула изобретения

Велосипед, содержащий привод с переменным передаточным отношением, в осях которого установлены внутренние и внешние пары зацепления ведущих и ведомых элементов, отличающийся тем, что он снабжен центробежным элементом, гибкой связью, подпружиненными поводками и полумуфтами, причем подпружиненный поводок внешней пары зацепления гибкой связью соединен с центробежным элементом, выполнен с возможностью осевого смещения и периодического взаимодействия с полумуфтой, имеющей наклонные выступы, возможность вращения и постоянного взаимодействия с наклонными впадинами полумуфты, которая ограничена в осевом смещении и подвижно соединена с полумуфтой, периодически взаимодействующей с внутренней парой зацепления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к велосипедам, применяемым для гонок на время и в горных условиях.

Известен гоночный велосипед, содержащий раму с двумя колесами, ведущую звездочку, бесконечную цепь и блок ведомых звездочек, а также механизм перевода цепи велосипеда (заявка Франции N 2483349, кл. В 62 К 3/00, 1981).

Однако у известного гоночного велосипеда, принятого в качестве аналога, переключение передач осуществляется вручную. При переключении нарушается согласованность работы мышц (ритм), происходит сдвиг их работы по фазе. Резко падает эффективность биологического двигателя. Утомительно многократно переключать передачу при быстро меняющемся рельефе. Варьировать параметрами передачи в процессе гонки не всегда представляется возможным. Например, во время трековых гонок переключение передач запрещено; отвлечение рук на переключение отрицательно сказывается на равновесии гонщика и может привести к падению или невольной помехе соперникам. Трудно одновременно переключать руками передачу и, не сбиваясь с темпа, крутить педалями. Трудно уловить оптимальный момент начала переключения в быстро меняющейся обстановке. Переключатель скоростей элемент снижения надежности. Надежность снижается при вводе звеньев цепи в зацепление с зубьями звездочки трещетки. При приложении усилия на педали в полную меру в момент переключения передачи возможно соскакивание цепи.

Имеется ряд конструктивных решений переключателя скоростей, исключающих соскакивание цепи, то есть более надежных, содержащих планетарный редуктор, в оси которого встроен толкатель, взаимодействующий через рычаг и гибкую связь с ручным приводом переключения (патент Англии N 2186515, кл. В 62 М 11/16, 1986).

Недостатком известных аналогов является трудность уловить оптимальный момент для переключения при быстро меняющейся обстановке, необходимость постоянно следить за правильностью выбранной передачи. Трудно одновременно переключать руками передачу и, не сбиваясь с темпа, крутить педалями.

Известна автоматическая планетарная передача для велосипеда, содержащая заднюю ось, шестерню, два шатуна на зубчатках и вал (заявка ФРГ N 3444140, кл. В 62 М 11/14, 1986).

Недостатком известного аналога является необходимость менять направление вращения шатунов, следовательно, нарушается привычная и согласованная работа мышц. Сдвиг работы мышц в противофазу равнозначен сбою биодвигателя.

Также известна двухступенчатая передача для велосипеда, содержащая звездочку, охватывающую цепь, механизм переключения, размещенный на оси заднего колеса, и управляющие элементы в виде втулок с фигурными поверхностями (авт. св. N 768691, кл. В 62 М 9/06, 1980).

Недостатком известной передачи-аналога, является необходимость вращать педали назад при каждом из переключений. Сбивается ритм движения, так как в этот момент мышечная энергия расходуется не на преодоление дистанции, что отрицательно сказывается на результатах заезда.

Известен цепной привод, позволяющий автоматически менять передаточное отношение в зависимости от нагрузки, содержащий упругие элементы, зацепы, бесконечную цепь и систему натяжения цепи (см. авт.св. N 1643307, кл. В 62 М 9/06, 1988).

Недостатком известного устройства-аналога является резкость работы, движение сопровождается сильными толчками, которые происходят вследствие схода звена цепи свободной ветви с зацепа на деформированном упругом элементе. Каждое изменение передаточного отношения также сопровождается толчком. Плавное изменение диаметра вращения зацепов невозможно, а расстояние между зацепами, находящимися в соединении, изменяться не может, так как цепь практически не растягивается, и дискретно.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является велосипед, на задней оси которого установлена система с внутренней и внешней парами зубчатого зацепления и механизмом переключения последних, а ручной привод механизма переключения расположен на раме велосипеда (заявка Великобритании N 2166502, кл. В 62 М 11/16, 1986).

Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является необходимость постоянной слежки за правильностью выбранной передачи. Трудно уловить оптимальный момент для переключения, которое производится ручным приводом. Трудно одновременно переключать руками передачу и, не сбиваясь с темпа движения, крутить педалями. Многократное переключение передач при быстро меняющейся ситуации и рельефе трассы утомляет. Отвлечение рук на переключение передач отрицательно сказывается на равновесии гонщика.

Цель обеспечение комфортных условий путем мгновенного, многократного прямого и обратного автоматического многоступенчатого переключения скоростей в зависимости от условий на трассе заезда без вмешательства велосипедиста, при сохранении высокой надежности и безопасности, а также обеспечение простой, плавной и точной установки каждой из скоростей, при достижении которой происходит переключение без влияния велосипедиста, то есть автоматическое переключение.

Поставленная цель достигается велосипедом "Аннушка", в осях которого установлены системы с внутренней и внешней парами зацепления с приводом от ведущего элемента, который, согласно изобретению, снабжен системой подпружиненных поводков, центробежным элементом и системой зубчатых муфт, притом ведущий элемент выполнен с возможностью опережающего зацепления над расцеплением внутренней пары, а система подпружиненных поводков и зубчатых муфт выполнена с возможностью обеспечения задержки в передаче момента внешней пары до прекращения передачи момента внутренней пары зацепления, центробежный механизм выполнен с возможностью взаимодействия с подпружиненным поводком. В представленной совокупности признаков отдельно взятый необходим, а все вместе находятся в функционально-конструктивном единстве, достаточном для проявления положительного эффекта.

На фиг.1 представлен общий вид велосипеда "Аннушка"; на фиг.2 и 3 механизмы автоматического переключения, сечение.

Велосипед "Аннушка" содержит три варианта исполнения системы автоматического переключения передач, которые связаны между собой бесконечной цепью. Каждый из вариантов обеспечивает мгновенное прямое и обратное автоматическое переключение передач при каждом изменении скорости движения. Скорость, при которой происходит каждое переключение, регулируемая, устанавливается по желанию велосипедиста. Первый вариант представлен сечением А-А (фиг.1 и 2), в котором ведущий элемент звездочка 1, а ведомый втулка заднего колеса 2. Неподвижным элементом является ось заднего колеса 3, которая неподвижна относительно рамы велосипеда 4. Второй вариант представлен сечением Б-Б (фиг.1 и 3), в котором ведущим элементом является ось приводных шатунов 5, ведомым звездочка 6, а неподвижным корпус, он же рама велосипеда 4. Взаимодействие двух вариантов обеспечивает многоступенчатость переключений.

По первому варианту: на оси заднего колеса 3 размещена неподвижная зубчатая полумуфта 7 и подвижная зубчатая полумуфта 8. Полумуфты 7 и 8 выполнены с возможностью периодического зацепления. Полумуфта 8 является элементом внутренней пары зацепления с сателлитами 9. Сателлиты 9 смонтированы на ведущем элементе, которым является звездочка 1. Сателлиты сцеплены с втулкой заднего колеса 2, которая является элементом внешней пары зацепления. На звездочке подвижно с возможностью продольного перемещения смонтирован поводок 10. Поводок 10 подпружинен пружиной 11 и связан гибкой связью с центробежным элементом 12, который выполнен в виде грузиков, установленных, например, в расточке звездочки 1. Поводок 10 содержит зубчатый торец и выполнен с возможностью периодического зацепления с зубчатой полумуфтой 13. Зубчатая полумуфта 13 подвижно смонтирована во втулке заднего колеса и имеет возможность вращения. Полумуфта 13 имеет косозубый торец с углом наклона зубьев 45^о. Полумуфта 13 сцеплена с косозубым торцом шлицевого поводка 14, который размещен в шлицах втулки заднего колеса 2. Шлицевой поводок 14 и подвижная зубчатая полумуфта 8 подпружинены пружиной 15. Пружина 11 заневолена регулировочным винтом 16.

По второму варианту: на оси приводных шатунов 5 посредством обгонной муфты установлена солнечная шестерня 17, которая сцеплена с сателлитом 18. Шестерня 17 и сателлиты 18 являются элементами внутренней пары зацепления. На солнечной шестерне 17 подвижно установлена зубчатая полумуфта 19, которая постоянно сцеплена с солнечной шестерней, однако имеет возможность продольного перемещения. Торец звездочки 6 зубчатый и выполнен с возможностью периодического сцепления с подвижной зубчатой полумуфтой 19. Сателлиты 18 смонтированы на водиле, которым является ведомая звездочка 6. Сателлиты 18 сцеплены с зубчатой полумуфтой 21. Зубчатая полумуфта 21 и сателлиты 17 элементы внешней пары зацепления. Зубчатая полумуфта 21 установлена подвижно в расточке рамы 4, имеет возможность вращения и продольного смещения вдоль расточки. На зубчатой полумуфте 21 с возможностью вращения установлен поводок 22. Одновременно поводок 22 состыкован со звездочкой 6, относительно которой имеет продольное перемещение и подпружинен пружиной 23. Поводок 22 связан гибкой связью с центробежным элементом, который установлен на звездочке 6. Зубчатая полумуфта 21 выполнена с возможностью периодического сцепления с зубчатой полумуфтой 25 имеющимися на торцах зубьями. Зубчатая полумуфта 25 установлена в расточке рамы 4 с возможностью вращения и содержит косозубый торец, которым сцеплена с косозубым торцом шлицевого поводка 26. Шлицевой поводок 26 размещен в шлицевом участке расточки рамы 4. Шлицевой поводок 26 и зубчатая полумуфта 19 подпружинены пружиной 27. Пружина 23 заневолена регулировочным винтом 28. Регулировочный винт 28 размещен в звездочке 6.

Велосипед "Аннушка" обеспечивает автоматическое переключение в зависимости от условий на трассе заезда без какого-либо вмешательства со стороны велосипедиста. В момент старта к заднему колесу необходимо подводить наибольший момент вращения. Данное требование в полной мере реализуется велосипедом "Аннушка", при этом максимально эффективно используется биоэнергетика гонщика, так как все механизмы велосипеда находятся в положении "Понижающая передача". На фиг. 3 представлен механизм ступицы в положении "Понижающая передача". Гонщик вращает педали, при этом вращается ось приводных шатунов в прямом направлении. Обгонная муфта, которая установлена на оси приводных шатунов 5, замкнута и передает момент вращения солнечной шестерне 17, т.е. элементу внутренней пары зацепления. Вращаются сателлиты 18 и водило, т.е. ведомая звездочка 6. Однако зубчатая полумуфта элемент внешней пары зацепления 21 не вращается по причине сцепления с зубчатой полумуфтой 25. От передаваемого момента зубчатая полумуфта 25 повернута вокруг своей оси до упора в косозубый торец шлицевого поводка 6. Благодаря осевой составляющей от взаимодействия косозубых торцов, шлицевой поводок 26 сдвинут по шлицам расточки рамы 4 в крайнее положение до упора. Если сдвинут шлицевой поводок 26, то сжата пружина 27 и разомкнуты зубья зубчатой полумуфты 19 с зубчатым торцом звездочки 6. Зубчатая полумуфта 21 удерживается в данном положении пружинами 23 через поводок 22. Описанное выше положение обеспечивает двукратное увеличение момента при передаче вращения от солнечной шестерни 17 ведомой звездочки 6 при неподвижной зубчатой полумуфте 21. Как только велосипед набрал необходимую скорость, произойдет переключение, при котором гонщик без увеличения частоты педалирования увеличивает скорость движения в три раза. Необходимый предел скорости, при котором происходит данное переключение, устанавливает сам гонщик предварительной регулировкой винта 28.

Данное переключение происходит следующим образом. При движении велосипеда по инерции даже при прекращении педалирования ведомая звездочка 6 вращается. Данное вращение обеспечивается обгонной муфтой, которая установлена между осью 5 и солнечной шестерней 17. Снабжение механизма ступицы обгонной муфтой отличает предложенную конструкцию велосипеда от известных. Отличается предложенная конструкция велосипеда от известных технических решений также и тем, что при движении велосипеда накатом по инерции, когда велосипедист прекратил педалирование, все звездочки вращаются, т.е. вращается ведомая звездочка 6 и звездочка 1. Скорость движения четко отслеживается центробежным элементом 24, который встроен в ведомую звездочку 6. Центробежный элемент через гибкую связь действует на поводок 22, заставляя сжиматься пружины 23. Поводок смещает зубчатую полумуфту 21 и выводит последнюю из зацепления с зубчатой полумуфтой 25. Освобождается зубчатая полумуфта 25, а также шлицевой поводок 26. Шлицевой поводок совместно с зубчатой полумуфтой 19 смещаются пружиной 27. Сместившаяся зубчатая полумуфта 19 замыкает зубчатый торец ведомой звездочки 6 и солнечной шестерни 17. Таким образом ведомая звездочка 6 и солнечная шестерня 17 вращаются совместно как единое целое. Произведенное двукратное увеличение передаточного отношения еще не все. Частота педалирования, а также скорость продолжают увеличиваться. Безусловно, хочется под горку или на очень хорошей дорожке ехать еще быстрее. Но очень быстро на обычном велосипеде ноги не успевают крутить. Однако предложенный велосипед такую ужасную проблему снимает. Автоматически и мгновенно, без увеличения частоты педалирования в два раза увеличивается скорость, т.е. происходит следующее двукратное увеличение передаточного отношения, которое в общем итоге становится четырехкратным. Данное переключение обеспечивается механизмом, который встроен во втулку заднего колеса 2. Центробежный элемент четко отслеживает установленный самим гонщиком момент переключения, который устанавливается регулировочным винтом 16 по желанию до начала заезда. Как раз этому положению соответствует представленное сечение (фиг.2). Пружина 11 сжата, так как поводок 10 от взаимодействия центробежного элемента 12 через гибкую связь сместился.

Зубчатый торец поводка 10 вышел из зацепления с зубчатой полумуфтой 13. Зубчатая полумуфта 13 разворачивается в исходное положение. Освобождается давление зубчатой полумуфты 13 на косозубый торец шлицевого поводка 14. Шлицевой поводок совместно с зубчатой полумуфтой 8 под действием пружины 15 смещаются. Подвижная зубчатая полумуфта 8 сцепляется с неподвижной зубчатой полумуфтой. Таким образом подвижная зубчатая полумуфта 8 относительно оси заднего колеса 3 становится неподвижной, а втулка заднего колеса 2 и само колесо делает два оборота вокруг своей оси за один оборот звездочки 1.

Как только скорость движения уменьшилась, например, при подъеме трассы или при сыпучем грунте, происходит обратное автоматическое переключение передач в обратном порядке взаимодействия элементов. При незначительном снижении скорости движения переключение произойдет во втулке заднего колеса. Это позволит, не снижая темпа педалирования, увеличить подводимый к заднему колесу момент вращения в два раза. Если трасса изменится существенно, то есть встречается крутой подъем или вязкий грунт, и скорость продолжает падать, мгновенно в ступице произойдет следующее автоматическое переключение. То же самое, в момент старта. Момент вращения, подводимый к заднему колесу, возрастет в четыре раза. Гонщик, не снижая темпа вращения педалями, легко преодолевает трудный участок, объезжая соперников, которые тянут велосипеды на себя. Как только улучшается трасса, автоматически увеличивается скорость, которая тут же сопровождается увеличением передаточного отношения в механизмах ступицы и заднего колеса. Любое из переключений не сопровождается толчками и ударами. Цепь при переключении передач не перебрасывается, а следовательно, повышается безопасность и комфортность езды. При прекращении педалирования и движении велосипеда накатом механизмы не возвращаются в исходное положение, а остаются включенными именно в том положении, которое определяется скоростью движения. Такая работа механизмов исключает излишне частые переключения. Очередность срабатывания механизма ступицы и механизма заднего колеса между собой может изменяться по желанию велосипедиста и определяется настройкой регулировочных винтов 28 и 16.

Велосипед "Аннушка" позволит наилучшим образом реализовать биоэнергетику гонщика. При этом отпадает забота о переключении передач, которые включаются автоматически, мгновенно при каждом изменении на трассе. Однако исключается излишнее переключение в момент прекращения педалирования и движения велосипеда накатом. Переключение без шума и толчков, мгновенно и строго по необходимости, без перебрасывания цепи, без задержки педалирования на момент переключения, простая и точная регулировка момента переключения, который устанавливается предварительно по желанию гонщика, отсутствие внешних признаков, отличающих велосипед от трековых, все это существенно выделяет велосипед системы "Аннушка" над известными. По предварительным расчетам внедрение велосипеда "Аннушка" принесет колоссальный доход.