велосипедная втулка с внутренним переключением передач

Классы МПК:B62M25/02 с механической передачей, например с помощью тросов, рычагов 
B62M11/16 встроенными или примыкающими к ступице колеса 
Автор(ы):
Патентообладатель(и):ШИМАНО ИНК. (JP)
Приоритеты:
подача заявки:
1998-05-06
публикация патента:

Изобретение относится к рычажным устройствам для переключения встроенной в ступицу колеса велосипеда планетарной трансмиссии. Велосипедная втулка (10) с внутренним переключением передач содержит ось (21) для закрепления передачи на раме велосипеда. Ведущий элемент (22), связанный со звездочкой (32), и выходной элемент (23), связанный с фланцами (37) колеса, установлены с возможностью вращения относительно оси (21) втулки. Планетарный механизм (24) установлен между ведущим элементом (22) и выходным элементом (23) для передачи вращающего усилия от ведущего элемента (22) к выходному элементу (23) через множество трактов силовой трансмиссии. Приводной механизм (25) предназначен для перемещения вдоль оси втулки для выбора одного из множества трактов силовой передачи и размещен, по меньшей мере, частично внутри оси (21) втулки. Элементы исполнительного механизма (26) установлены на несущем кронштейне, который установлен на оси (21) втулки между задним упором (2а) каркаса рамы велосипеда и втулкой без возможности поворота и смещения вдоль оси (21) втулки. Предлагаемое техническое решение направлено на предотвращение повреждений исполнительного механизма при сохранении простой рычажной конструкции исполнительного механизма. 13 з.п.ф-лы, 10 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к велосипедной втулке с внутренним переключением передач, и в частности, к втулке с внутренним переключением передач, которая может быть смонтирована на раме велосипеда и передает мощность от входного элемента выходному элементу с определенным выбранным передаточным отношением зубчатой передачи.

Уровень техники

Велосипеды, и особенно прогулочные велосипеды, которые называют также городскими, недороги и очень легки в управлении, и поэтому их широко используют для поездок на работу, в школу, за покупками. В велосипедах такого типа на заднем колесе иногда используется велосипедная втулка с внутренним переключением передач для того, чтобы ездить с большой скоростью по ровной местности или подниматься по склону с минимальной затратой усилий.

Велосипедная втулка с внутренним переключением передач обычно включает укрепленную на раме велосипеда ось втулки, корпус втулки, механизм планетарной передачи (планетарный механизм), приводной механизм и исполнительный механизм (см. , например, патент РФ 2019467, опубл. 15.04.94, МПК В 62 М 11/16). Эта конструкция является наиболее близкой и принята в качестве прототипа. Корпус втулки может вращаться вокруг оси втулки и имеет на своей наружной поверхности отверстия для спиц колеса. Ведущий элемент установлен с возможностью вращения на оси втулки и связан со звездочкой втулки. Механизм планетарной передачи расположен во внутренней полости корпуса втулки и имеет центральную шестерню, размещенную на оси втулки, несколько сателлитов, входящих в зацепление с центральной шестерней, кольцевую шестерню (обойму или эпицикл), которая входит в зацепление с сателлитами, и водило, на котором установлены оси сателлитов и которое может вращаться вокруг оси втулки. Для трехскоростного велосипеда этот механизм планетарной передачи имеет три тракта передачи мощности: прямую передачу, которая не проходит через планетарный механизм, повышенную передачу, в которой обойма приводится во вращение через сателлиты, и пониженную передачу, в которой сателлиты приводятся во вращение через обойму механизма планетарной передачи. Приводной механизм имеет управляющий шток, расположенный внутри оси втулки с возможностью перемещения вдоль оси, и муфту сцепления, которая перемещается при движении управляющего штока; эта муфта используется для выбора одного из множества трактов передачи мощности механизма планетарной передачи.

Существуют два типа механизмов для смещения приводного механизма в осевом направлении: кривошипного типа с коленчатым рычагом или по типу прямой тяги от троса или цепи (см., например, патент РФ 2043242, опубл. 10.09.95, МПК В 62 М 25/04). Механизм с коленчатым рычагом включает укрепленный на конце оси втулки несущий (опорный) элемент и установленное на нем с возможностью вращения поворотное звено. Одно плечо поворотного звена выполнено с упором в трос переключения, который другим своим концом связан с рычагом переключения. Другое плечо поворотного звена соединено посредством ударного воздействия со штоком управления, который выступает из торца оси втулки, и переключение производится толканием штока управления в поворотное звено. Механизм прямой тяги выполнен в виде троса или цепи, связанных с удаленным концом штока управления. При этом трос или цепь установлены выступающими из торца оси втулки, затем изогнуты с разворотом и соединены с тросом переключения, а переключение производится передачей на шток тягового усилия.

В велосипедной втулке с внутренним переключением передач данного типа при приведении в действие рычага переключения, так что трос управления натягивается или отпускается, шток управления смещается, и тракт передачи мощности (тракт силовой передачи) переключается муфтой сцепления.

Механизм прямой тяги имеет по сравнению с механизмом с коленчатым рычагом более простую конструкцию и более низкую стоимость. Однако механизм прямой тяги предусматривает непосредственное смещение штока управления посредством тягового усилия, так что его эффективность в эксплуатации ниже, чем в конструкции с коленчатым рычагом, где шток управления смещается поворотом поворотного звена. Под эффективностью здесь подразумевается соотношение получаемого усилия смещения к приложенной силе. Кроме того, поскольку в механизме прямой тяги предусмотрено соединение штока управления с цепью или тросом внутри оси втулки, работы по сборке, замене штока управления и т.д. более затруднены, чем в механизме с коленчатым рычагом. Соответственно, исполнительный механизм с коленчатым рычагом чаще используется в велосипедных втулках с внутренним переключением передач, и особенно в трехскоростных втулках.

Кроме того, независимо от типа применяемого исполнительного механизма из-за того, что исполнительный механизм выступает из торца оси втулки, он подвержен повреждениям при падении велосипеда. В некоторых случаях такие повреждения могут сделать невозможным переключение передач. Имеется также опасность того, что во время езды выступающий исполнительный механизм может удариться о посторонний предмет или ободраться об него.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является предотвращение повреждения механизма переключения и его защита от ударов и обдирания во время контакта с посторонними предметами.

Велосипедная втулка с внутренним переключением передач в соответствии с изобретением выполнена в виде втулки, установленной на раме велосипеда и передающей мощность от входного элемента на выходной элемент с определенным выбранным передаточным отношением, при этом втулка включает ось втулки, ведущий элемент, трубчатый ведомый элемент, механизм силовой передачи, приводной механизм и исполнительный механизм. Ось втулки фиксируется на раме велосипеда. Ведущий элемент установлен с возможностью вращения вокруг оси втулки и связан с входным элементом. Ведомый трубчатый элемент выполнен с внутренней полостью, установлен с возможностью вращения вокруг оси втулки и связан с выходным элементом. Механизм силовой передачи размещен во внутренней полости ведомого элемента, имеет множество трактов силовой передачи и передает мощность от ведущего элемента к ведомому через тракт, выбранный из указанного множества трактов силовой передачи. Приводной механизм расположен внутри оси втулки с возможностью смещения в осевом направлении и служит для выбора посредством этого смещения одного из множества трактов силовой передачи. Исполнительный механизм смонтирован на оси втулки с введением внутрь торцевого свободного конца оси втулки в положении, в котором он установлен на раме, и служит для перемещения приводного механизма в осевом направлении.

При таком исполнении втулки с внутренним переключением передач, когда исполнительный механизм приводится в действие дистанционно, например с помощью троса управления, приводной механизм смещается в осевом направлении, выбирают один из трактов силовой передачи, и мощность передается от входного элемента на выходной элемент через ведущий элемент и далее через ведомый. Благодаря тому, что исполнительный механизм смонтирован со смещением внутрь от конца оси втулки, он не выступает наружу за ось, что защищает его от поломок и создает меньшую вероятность ударов и обдирания во время контакта с посторонними предметами.

Велосипедная втулка с внутренним переключением передач, относящаяся ко второму исполнению изобретения, та же, что описанная в первом исполнении, включающая также силовой прижимной элемент, прижимающий наружную поверхность приводного механизма в осевом направлении, в которой исполнительный механизм выполнен с возможностью смещения наружной поверхности другим образом в осевом направлении. В данном случае исполнительный механизм должен толкать приводной механизм только в одном направлении, что упрощает конструкцию приводного механизма.

В соответствии с третьим исполнением изобретения в велосипедной втулке с внутренним переключением передач, как она описана в первом или втором исполнении, исполнительный механизм толкает и смещает приводной механизм посредством своего поворотного движения. В данном случае поворотное движение позволяет осуществлять линейное смещение приводного механизма в более узком пространстве. Кроме того, использование указанного принципа позволяет смещать приводной механизм с меньшим усилием.

В соответствии с четвертым исполнением изобретения в велосипедной втулке с внутренним переключением передач, как она описана в третьем исполнении, исполнительный механизм выполнен в виде несущего элемента, смонтированного на оси втулки со смещением внутрь от ее конца и поворотно установленного своей средней частью на несущем элементе звена, конец основания которого выполнен с упором для троса управления переключением, а его удаленный конец предназначен для передачи ударного усилия на приводной механизм. В этом случае благодаря тому, что звено совершает поворотное движение с внутренней стороны от конца оси втулки, оно также не выступает за конец оси в состоянии сборки, когда несущий элемент установлен на оси и трос управления переключением соединен со звеном.

В соответствии с пятым вариантом исполнения приводной механизм размещен, по меньшей мере, частично внутри оси втулки, а элементы исполнительного механизма установлены на несущем кронштейне, который установлен на оси втулки между задним упором каркаса рамы велосипеда и втулкой без возможности поворота и смещения вдоль оси втулки.

Кроме того, в соответствии с пятым исполнением изобретения в велосипедной втулке с внутренним переключением передач, как она описана в четвертом исполнении, несущий элемент смонтирован на оси втулки с внутренней стороны рамы. В этом случае благодаря тому, что несущий элемент смещен внутрь дальше от конца оси, несущий элемент и звено защищены рамой, что более надежно предохраняет исполнительный механизм от повреждения.

В соответствии с шестым исполнением изобретения в велосипедной втулке с внутренним переключением передач, как она описана в четвертом или пятом исполнении, трос управления переключением выполнен в виде внутреннего троса и внешнего троса (внешней оболочки), при этом внутренний трос связан со звеном, а внешняя оболочка связана с несущим элементом. В этом случае движение внутреннего троса относительно внешней оболочки вызывает поворот звена и смещение приводного механизма в осевом направлении.

В соответствии с седьмым исполнением изобретения в велосипедной втулке с внутренним переключением передач, как она описана в любом из исполнений от четвертого до шестого, в оси втулки выполнена прорезь для доступа к концу приводного механизма, а удаленный конец звена установлен с возможностью передачи ударного усилия на приводной механизм внутри прорези. В этом случае выполнение прорези в оси втулки позволяет звену надежно передавать удар на приводной механизм даже при установке несущего элемента со смещением внутрь от конца оси втулки.

В соответствии с восьмым исполнением изобретения в велосипедной втулке с внутренним переключением передач, как она описана в любом из исполнений от первого до седьмого, приводной механизм снабжен расположенным внутри оси втулки элементом в виде штока и муфтой сцепления, которая переключает тракт силовой передачи при своем перемещении совместно со штоком. В этом случае при передаче удара от исполнительного механизма на шток муфта сцепления смещается в осевом направлении и надежно переключает тракт передачи мощности.

Перечень фигур

На фиг. 1 показан вид сбоку велосипеда, в котором используется пример исполнения изобретения;

На фиг.2 показана конструкция втулки с внутренним переключением передач в вертикальном поперечном сечении;

На фиг. 3 показан с увеличением вид втулки с внутренним переключением передач в позиции включения пониженной передачи;

На фиг.4 показан вид в изометрии приводного механизма;

На фиг. 5 схематически показано относительное положение переключателя и кулачковой поверхности;

На фиг.6 показано продольное сечение толкающего штока;

На фиг.7 показано схематичное изображение коленчатого рычага;

На фиг.8 - коленчатый рычаг в поперечном боковом разрезе;

На фиг. 9 схематично показан вид втулки с внутренним переключением передач, как на фиг.3, в позиции прямой передачи;

На фиг. 10 схематично показан вид втулки с внутренним переключением передач, как на фиг.3, в позиции повышенной передачи.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Общая компоновка

Велосипед, в котором применено изобретение, показан на фиг.1 в виде прогулочного велосипеда, который содержит раму 1, включающую каркас 2 из двух элементов и переднюю вилку 3, рулевой узел 4, узел привода 5, переднее колесо 6, заднее колесо 7, на котором смонтирована трехскоростная втулка 10 с внутренним переключением передач, переднее тормозное устройство 8 и устройство 9 управления переключением передач для удобного ручного управления втулкой с внутренним переключением.

На раме 1 смонтированы различные узлы, включая седло 11, рулевой узел 4, переднее колесо 6 и заднее колесо 7.

Рулевой узел 4 имеет стойку 14, закрепленную в верхней части передней вилки 3, и рулевую поперечину 15, зафиксированную на стойке 14. Тормозной рычаг 16, который составляет часть переднего тормозного устройства 8, ручка 17 и устройство 9 управления переключением передач смонтированы на правом конце рулевой поперечины 15. Устройство 9 управления переключением передач смонтировано на тормозном рычаге 16 с его внутренней стороны и связано со втулкой 10 с внутренним переключением с помощью троса 73 управления переключением, состоящего из внутреннего троса и внешней оболочки. Устройство 9 управления переключением передач имеет обычную конструкцию, включающую рычаг намотки для наматывания внутреннего троса и рычаг освобождения, который освобождает намотку, выполненную рычагом намотки, и отпускает внутренний трос; устройство как таковое не описывается здесь подробно.

Узел привода 5 включает зубчатый рычаг (звездочку) 18 с педалями, установленный в нижней части каркаса 2 рамы, цепь 19, которая огибает звездочку с педалями, и втулку 10 с внутренним переключением передач.

Конструкция втулки с внутренним переключением передач

Втулка 10 с внутренним переключением передач представляет собой снабженную тормозом инерционного движения втулку с трехступенчатой трансмиссией, включающей тракты силовой передачи для пониженной передачи, прямого привода и повышенной передачи. Как показано на фиг.2, втулка 10 с внутренним переключением передач имеет ось 21 втулки, зафиксированную на заднем упоре 2а каркаса 2 рамы велосипеда, ведущий элемент 22, охватывающий внешнюю поверхность на одном конце оси 21 втулки, корпус 23 втулки, также охватывающий внешнюю поверхность оси 21 втулки и ведущий элемент 22, механизм 24 планетарной передачи (планетарный механизм), приводной механизм 25 для выбора траста силовой передачи, коленчатый рычаг 26 для приведения в действие приводного механизма 25 и тормоз 27 инерционного движения.

Как показано на фиг.2 и 3, ось 21 втулки представляет собой элемент в форме круглого стержня, имеющего больший диаметр в средней части и два конца меньшего диаметра с нанесенной на них резьбой. В оси 21 втулки выполнен внутренний осевой рабочий канал 21а, который проходит от ее правого конца до середины, как показано на фиг.2. Первая сквозная прорезь 21b, которая проходит через ось по всей ее длине, выполнена в правой концевой части оси 21 втулки до внутренней части заднего упора 2а, когда она установлена на каркасе 2 рамы. По обеим сторонам от первой сквозной прорези 21b в той части, где она сформирована, на наружной поверхности оси образованы две противолежащие лыски 21с, служащие для установки коленчатого рычага 26 (см. фиг.7). Вторая сквозная прорезь 21d, которая проходит через ось, выполнена вблизи от глухого конца внутреннего рабочего канала 21а. Вторая сквозная прорезь 21d проходит через ось 21 втулки наклонно под определенным углом велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 к ее оси (см. фиг. 5) и выполнена по спирали с ходом спирали в сторону, противоположную переднему направлению вращения, то есть справа налево на фиг.5. Эту вторую сквозную прорезь 21d выполняют путем применения сверла определенного диаметра для сверления через ось сквозных отверстий, а затем сверло подают к центру в осевом направлении, одновременно медленно поворачивая ось 21 втулки в переднем направлении вращения. В результате вторая сквозная прорезь 21d имеет форму непрерывной спирали, в которой пересекающиеся на обоих концах сквозные отверстия постепенно поворачиваются по мере смещения в осевом направлении. Угол велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона прорези должен лежать в пределах от 10 до 50o.

Один конец ведущего элемента 22 поворотно установлен на оси 21 втулки посредством шариков 30 и внутреннего конуса 31 втулки, а звездочка 32 втулки укреплена на одном конце ведущего элемента. На другом конце ведущего элемента 22 на его внутренней поверхности выполнено множество проходящих в осевом направлении внутренних соединительных зубьев 22а.

Корпус 23 втулки выполнен в виде трубчатого элемента, и в его внутренней полости 23а размещены ведущий элемент 22 и планетарный механизм 24. Корпус 23 втулки установлен с возможностью вращения вокруг оси 21 втулки с опорой на шарики 33 и 34 и внутренний конус 35. Фланцы 36 и 37 для крепления спиц 7а (см. фиг.1) укреплены вблизи обоих концов наружной поверхности корпуса 23 втулки.

Конструкция планетарного механизма

Планетарный механизм 24 содержит центральную (солнечную) шестерню 40, которая выполнена заодно с осью 21 втулки коаксиально с ней, водило 41, установленное на наружной поверхности оси 21 втулки, три сателлита 42 (на чертеже показан только один сателлит), входящих в зацепление с центральной шестерней 40, и обойму 43.

Водило 41 представляет собой трубчатый элемент, установленный с возможностью вращения на оси 21 втулки. В водиле 41 выполнены три гнезда 41а, расположенных по окружности, и в них на пальцах 44 установлены с возможностью вращения сателлиты 42. На одном конце водила 41 на его внутренней поверхности выполнены внутренние пилообразные зубья 41b, а на другом конце на наружной поверхности выполнены наружные пилообразные зубья 41с (см. фиг. 2).

Обойма (эпицикл) 43 имеет близкую к цилиндрической форму и размещена от сателлитов 42 до наружной поверхности ведущего элемента 22. Внутренние зубья 43b выполнены на внутренней поверхности обоймы на ее конце, удаленном от ведущего элемента 22. Сателлиты 42 входят в зацепление с центральной шестерней 40, как уже было упомянуто, а также с внутренними зубьями 43b обоймы 43.

У одного конца обоймы 43 выполнено гнездо 43а, и в этом гнезде 43а на пальце 54 установлена поворотная собачка 53, которая образует часть первой односторонней муфты 50, как показано на фиг.4. Собачка 53 прижимается в поднятое положение спиральной пружиной 55. Первая односторонняя муфта 50 передает приводное усилие вращения от планетарного механизма 24 на корпус 23 втулки только при прямом направлении вращения. Собачка 53 входит в зацепление с зубьями 23Ь храповика, расположенными на внутренней поверхности корпуса 23 втулки только тогда, когда планетарный механизм 24 вращается в прямом направлении. Даже в положении передачи приводного усилия, при котором планетарный механизм 24 вращается в прямом направлении, эта первая односторонняя муфта 50 может переключаться из положения замыкания трансмиссии, при котором собачка 53 введена в зацепление с зубьями 23b храповика, в положение размыкания трансмиссии с отведением от зубьев 23b храповика путем перемещения муфты сцепления, как будет описано далее.

Вторая односторонняя муфта 51, которая передает приводное усилие вращения от ведущего элемента 22 на планетарный механизм 24 только в прямом направлении вращения, установлена между ведущим элементом 22 и планетарным механизмом 24. Третья односторонняя муфта 52, которая передает приводное усилие вращения от водила 41 на корпус 23 втулки только в прямом направлении вращения, расположена между водилом 41 и корпусом 23 втулки. Третья односторонняя муфта 52 содержит трубчатый, охватывающий корпус 56 с внутренними пилообразными зубьями 56а, расположенными на внутренней поверхности с одного конца. Эти внутренние пилообразные зубья 56а входят в зацепление с наружными пилообразными зубьями 41с на водиле 41, и охватывающий корпус 56 муфты сцепления вращается вместе с водилом 41 как одно целое. Две указанные односторонние муфты 51 и 52, в отличие от первой односторонней муфты 50, не могут переключаться в положении замыкания трансмиссии (передачи приводного усилия).

Конструкция приводного механизма

Приводной механизм 25 используется для выбора тракта силовой трансмиссии и включает муфту 45 сцепления и элемент 46 управления сцеплением.

Муфта 45 сцепления переключает ведущий элемент 22 и водило 41 в позиции зацепления и расцепления, а также переключает первую одностороннюю муфту 50 в положения передачи мощности и разрыва тракта передачи мощности. Муфта 45 сцепления установлена на внешней поверхности оси 21 втулки с возможностью вращения и смещения в осевом направлении. Как показано на фиг.4, муфта 45 сцепления выполнена в виде трубчатого элемента, имеющего на одном конце наружные пилообразные зубья 45а, которые могут входить в зацепление с внутренними пилообразными зубьями 22а. На другом конце муфты 45 переключения выполнена часть 45b увеличенного диаметра с наружными соединительными зубьями 45с на наружной поверхности. Наружные соединительные зубья 45с имеют возможность входа в зацепление с внутренними соединительными зубьями 41b на водиле 41. У одного конца части 45b увеличенного диаметра выполнена конусная поверхность 45d. Эта конусная поверхность 45d предусмотрена для того, чтобы опускать собачку 53 первой односторонней муфты 50 из поднятой позиции (позиции передачи мощности), показанной на фиг.4 сплошными линиями, в нерабочую позицию отвода (позицию разрыва тракта передачи мощности), показанную штрих-пунктиром. Когда муфта 45 сцепления смещается слева направо в позицию пониженной передачи, собачка 53 следует по конусной поверхности 45d вверх на часть 45b увеличенного диаметра и опускается (разворачивается) в нерабочую позицию.

Как показано на фиг.3, на внутренней поверхности муфты 45 сцепления выполнены два уступа 45е и 45f, отстоящих друг от друга в осевом направлении. Как показано на фиг.4, на левом уступе 45f выполнены несколько кулачковых поверхностей 47, разнесенных по окружности. Как показано на фиг.5, кулачковые поверхности 47 имеют плоскую поверхность 47а, понижающуюся на одном конце, криволинейную поверхность 47b, идущую вниз в направлении А от плоской поверхности 47а, и наклонную поверхность 47с, идущую вверх (к плоской поверхности 47а в том же направлении). Угол велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона наклонной поверхности 47с к оси составляет от 20 до 70o и должен быть больше угла велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона второй сквозной прорези 21d.

Элемент 46 управления смещает муфту 45 сцепления вдоль оси 21 втулки и взаимодействует с муфтой 45 сцепления для преобразования вращающего усилия муфты 45 сцепления в смещение в осевом направлении. Элемент 46 управления имеет толкающий шток 48, который смещается в рабочем канале 21а вдоль его оси, и переключатель 49, который прижимается толкающим штоком 48 к боковой стороне водила 41, как показано на фиг.3.

Как показано на фиг.6, толкающий шток 48 имеет управляющий элемент 65 определенной длины, исполнительный элемент 66, установленный на удаленном конце управляющего элемента 65 таким образом, что может смещаться в осевом направлении, и первую винтовую пружину 60 между управляющим элементом 65 и исполнительным элементом 66. Управляющий элемент 65 содержит стержень 68 и толкатель 69, установленный с помощью резьбового соединения на стержень 68. Резьбовой хвостовик 68а образован на основном конце стержня 68, а на другом его конце выполнена головка 68b увеличенного диаметра. Резьбовой хвостовик 68а ввинчен в толкатель 69. Головка 68b размещена с возможностью скольжения в направляющей проточке 66а внутри исполнительного элемента 66. Направляющая проточка 66а выполнена с уменьшенным диаметром в торце исполнительного элемента 66, что препятствует его соскальзыванию. Первая винтовая пружина 60 установлена в напряженном состоянии между торцевыми поверхностями исполнительного элемента 66 и толкателя 69 и отодвигает друг от друга исполнительный элемент 66 и управляющий элемент 65, так что когда исполнительный элемент 66 нажимает на переключатель 49, муфта 45 сцепления прижимается к торцу водила 41.

Как показано на фиг.4, переключатель 49 выполнен в виде стержня треугольного поперечного сечения. Когда на него передается усилие, он перемещается через вторую сквозную прорезь 21d с одновременным поворотом в окружном направлении, то есть с кручением. Движение переключателя 49 наружу ограничивается внутренней полостью муфты 45 сцепления с помощью упорного кольца 63, установленного на внутренней поверхности другого конца муфты 45 сцепления. Соответственно, переключатель 49 не может выйти наружу из муфты 45 сцепления, как это показано на фиг.4. В результате этого переключатель 49 под действием толкающего штока 48 смещает муфту 45 сцепления влево на фиг.3.

Переключатель 49 может также упираться в кулачковые поверхности 47 внутри муфты 45 сцепления. Когда муфта 45 сцепления вращается в прямом направлении в положении, при котором переключатель 49 упирается в плоскую поверхность 47а кулачковой поверхности 47, то при этом переключатель 49 прижимается наклонной поверхностью 47с кулачковой поверхности 47 к направляющей поверхности лыски 21с со стороны второй сквозной прорези 21d, и его движение влево в осевом направлении ограничивается, что вызывает смещение муфты 45 сцепления вправо в осевом направлении. Таким образом, вращающее усилие муфты 45 сцепления преобразуется в перемещение в осевом направлении для осуществления управления переключением.

На обоих концах переключателя 49 выполнены канавки 49а для упора второй винтовой пружины 61, которая другим своим концом опирается на ось 21 втулки. Эта вторая винтовая пружина 61 постоянно прижимает переключатель 49 к боковой стороне муфты 45 сцепления. Третья винтовая пружина 62 размещена между переключателем 49 и муфтой 45 сцепления. Третья винтовая пружина 62 ограничена до определенной длины и при сжатии удаляет переключатель 49 и муфту 45 сцепления друг от друга до того, как первый ударит по второй. За счет этого муфта 45 сцепления остается на постоянном расстоянии от переключателя 49 во время перемещения и имеет точную позиционную установку.

В данном примере усилия винтовых пружин 60, 61 и 62 от первой до третьей не равны и уменьшаются в указанном порядке. Следует подчеркнуть, что усилия пружин уменьшаются именно в этом порядке. Так, если усилие первой винтовой пружины 60 будет меньше, чем усилие второй винтовой пружины 61, то, даже если на переключатель 49 будет передаваться усилие толкающего штока 48, первая винтовая пружина 60 согнется и переключатель 49 не сдвинется. Если усилие второй винтовой пружины 61 будет меньше усилия третьей винтовой пружины 62, то, даже если переключатель 49 будет прижиматься второй винтовой пружиной 61, он не попадет на кулачковую поверхность 47 и управление переключением не может осуществиться.

Первая винтовая пружина 60 размещена в относительно большом пространстве между управляющим элементом 65 и исполнительным элементом 66 внутри рабочего канала 21а, так что можно увеличить число витков пружины и таким образом снизить усилие и жесткость пружины. Соответственно, усилие и жесткость второй и третьей винтовых пружин 61 и 62 могут быть последовательно снижены, что позволит уменьшить усилие давления на толкающий шток 48 во время управления, то есть рабочее усилие на рычаг намотки в устройстве 9 управления переключением передач. В результате натяжение внутреннего троса будет меньше, и он реже будет рваться.

Конструкция коленчатого рычага

Коленчатый рычаг 26 установлен с внутренней стороны от заднего упора 2а в положении, при котором ось 21 втулки установлена на каркасе 2 рамы, как это показано на фиг.3, 7 и 8. Коленчатый рычаг 26 включает несущий кронштейн 70, установленный на лысках 21с, и звено 71, установленное на несущем кронштейне 70 с возможностью поворота. Несущий кронштейн 70 содержит установочную часть 70а, которая охватывает лыски 21с, опорную часть 70b, которая поддерживает с возможностью поворота звено 71 в его середине, и упорную часть 70с, в которую упирается внешняя оболочка 73а троса 73 управления переключением на его удаленном конце. Несущий кронштейн 70 установлен на оси 21 втулки таким образом, что он не может поворачиваться и смещаться вдоль оси за счет того, что он охватывает ось 21 втулки своей установочной частью 70а, и за счет установочной полосы 72, зафиксированной одним концом на установочной части 70а. На опорной части 70b установлен стержень 74 для установки с возможностью поворота звена 71 (фиг.8). На упорной части 70с установлена с помощью резьбы наружная упорная гайка 76 в качестве упора для внешней оболочки 73а; гайка 76 позволяет регулировать установочное поворотное положение звена 71.

Звено 71 выполнено из листового элемента, согнутого с образованием поперечного профиля в форме скобы, и имеет основание 71а, исполнительное плечо 71b, которое отходит от одного конца основания 71а к оси 21 втулки (фиг.9), и упорное плечо 71с связи с внутренним тросом, которое отходит от другого конца основания 71а во внутреннюю сторону вдоль оси 21 втулки в направлении, перпендикулярном направлению исполнительного плеча 71b. Стержень 74 установки звена размещен вдоль основания 71а и установлен на опорной части 70b несущего кронштейна 70 со сквозным проходом через основание исполнительного плеча 71b и упорного плеча 71с связи с внутренним тросом. На удаленном конце исполнительного плеча 71b выполнена закругленная ударная часть 71d для передачи удара заднему концу толкающего штока 48. На удаленном конце упорного плеча 71с поворотно установлена тросовая подвеска 75. Внутренний трос 73b троса 73 управления переключением упирается в эту подвеску 75, и когда внутренний трос73b подтягивается устройством 9 управления переключением передач, звено 71 поворачивается и осуществляется переключение передач.

Конструкция тормоза инерционного движения

Тормоз 27 инерционного движения смонтирован на корпусе 56 (см. фиг.2). Тормоз 27 инерционного движения включает установленный на корпусе 56 тормозной ролик 57, наружную кулачковую поверхность 41d на другом конце водила 41 и тормозную колодку 58, которая передает торможение на внутреннюю поверхность на другом конце корпуса 23 втулки. Конструкция устройства такова, что при вращении ведущего элемента 22 в обратном направлении тормозной ролик 57 смещается радиально наружу кулачковой поверхностью 41d. В результате этого смещения тормозная колодка 58 прижимается к внутренней поверхности корпуса 23 втулки и осуществляет торможение.

При затягивании тормоза 27 инерционного движения возникает тенденция его заклинивания. Это явление вызывается тем, что, когда первая односторонняя муфта 50 находится в положении передачи мощности, а велосипедист вращает педали назад, чтобы затормозить, приводное усилие будет передаваться в том режиме, который вызывает срабатывание тормоза, и он не может быть отпущен. В данном примере выполнения для предотвращения этого явления на первой односторонней муфте 50 смонтирован корпус 59 для собачки.

Корпус 59 для собачки обеспечивает создание определенного угла свободного хода между зубьями 23b храповика на корпусе 23 втулки и собачкой 53 первой односторонней муфты 50 и позволяет отпустить тормоз, пока обойма 43 поворачивается на этот угол свободного хода. В частности, корпус 59 собачки либо препятствует подъему собачки 53 в течение поворота на определенный угол, либо, даже если она поднимается, допускает ее подъем в позицию, где она не может заблокировать зубья 23b храповика в течение поворота на определенный угол, и при первоначальном включении привода обеспечивает выдержку времени до момента, когда собачка 53 упрется в зубья 23b храповика в начальный момент привода.

Переключение передач

Благодаря наличию планетарного механизма 24 и односторонних муфт 50, 51 и 52 велосипедная втулка 10 с внутренним переключением передач имеет:

тракт пониженной силовой передачи, включающий ведущий элемент 22, обойму 43, планетарный механизм 24, водило 41 и корпус 23 втулки;

тракт прямой силовой передачи, включающий ведущий элемент 22, обойму 43 и корпус 23 втулки; и

тракт повышенной силовой передачи, включающий ведущий элемент 22, муфту 45 сцепления, водило 41, планетарный механизм 24, обойму 43 и корпус 23 втулки.

Переключение передач производится приведением в действие толкающего штока 48 тросом 73 управления переключением через посредство коленчатого рычага 26.

Переключение передач от пониженной до повышенной передачи

В этой позиции, показанной на фиг.3, когда толкающий шток 48 не сдвинут внутрь, муфта 45 сцепления находится в правом крайнем положении пониженной передачи, и вращение передается от ведущего элемента 22 на корпус 23 втулки после понижения скорости через тракт пониженной силовой передачи. В частности, подаваемое на ведущий элемент 22 вращение передается на обойму 43 через вторую одностороннюю муфту 51. Для этого собачка 53 первой односторонней муфты 50 поворачивается муфтой 45 сцепления в нерабочее положение, показанное на фиг.4 штрих-пунктиром, а первая односторонняя муфта 50 находится в отключенном состоянии. Соответственно, передаваемое на обойму 43 вращение передается на корпус 23 втулки через планетарный механизм 24, водило 41 и третью одностороннюю муфту 52. В данном случае входная скорость вращения понижается в соответствии с передаточным отношением, которое определяется числом зубьев центральной шестерни, сателлитов 42 и обоймы 43.

Когда приводится в действие рычаг намотки устройства 9 управления переключением, звено 71 коленчатого рычага 26 поворачивается и толкает толкающий шток 48 на один шаг (ступень). В результате этого действия, поскольку усилие первой винтовой пружины 60 больше усилия второй винтовой пружины 61, ключ 49 под действием толкающего усилия от звена 71 через толкающий шток 48 направляется во вторую сквозную прорезь 21d и смещается влево, как показано на фиг. 3, одновременно поворачиваясь вокруг оси втулки, и при этом муфта 45 сцепления также смещается под действием толкающего усилия через упорное кольцо 63. Как только муфта 45 сцепления установится в позицию прямой передачи, показанную на фиг.9, собачка 53 первой односторонней муфты 50, которая была переведена в нерабочее положение конусной поверхностью 45d, возвращается спиральной пружиной 55 в поднятое положение, показанное на фиг.4 сплошными линиями. В этом состоянии первая односторонняя муфта 50 способна передавать вращение от обоймы 43 на корпус 23 втулки только в прямом направлении. Таким образом, вращение от ведущего элемента 22 передается на корпус 23 втулки по тракту прямой силовой передачи. В частности, передаваемое на ведущий элемент 22 вращение передается на обойму 43 через вторую одностороннюю муфту 51, а затем на корпус 23 втулки через первую одностороннюю муфту 50, то есть вращение ведущего элемента 22 передается прямо на корпус 23 втулки через обойму 43. При этом вращение от обоймы 43 передается также и на водило 41 через планетарный механизм 24, и водило 41 вращается с пониженной скоростью, но ввиду того, что корпус 23 втулки вращается быстрее, чем водило 41, передачи вращения от водила 41 на корпус 23 втулки через третью одностороннюю муфту 52 не происходит.

Когда рычаг намотки приводится в действие из позиции прямой передачи и толкающий шток 48 продвигается дальше, переключатель 49 передвигается дальше влево и муфта 45 сцепления соответственно переводится в позицию повышенной передачи. В этой позиции, показанной на фиг.10, наружные пилообразные зубья 45с муфты 45 сцепления вводятся в зацепление с внутренними пилообразными зубьями 41b водила 41. В процессе этого перевода муфты 45 сцепления в позицию повышенной передачи, когда наружные зубья 45с и внутренние зубья 41b оказываются в таком относительном положении, что могут войти в зацепление, муфта 45 перемещается прямо к позиции повышенной передачи влево после того, как эта муфта 45 ударяет по водилу 41. Однако если эти зубья находятся в таком положении, что не могут войти в зацепление, то при контакте муфты 45 сцепления с водилом 41 переключатель 49 и муфта 45 сцепления временно останавливают свое движение влево в момент, когда муфта 45 ударяет по водилу 41. Когда это происходит, исполнительный элемент 66 толкающего штока 48 смещается назад, сжимая первую винтовую пружину 60 и передавая давление на переключатель 49. После того, как муфта 45 повернется до положения, когда зубья 45с и 41b могут войти в зацепление, сжимающее усилие первой винтовой пружины 60 посредством переключателя 49 продвигает муфту 45 дальше, и зубья 45c и 41b входят в зацепление.

В этой позиции передаваемое на ведущий элемент 22 вращение передается на корпус 23 втулки по тракту повышенной силовой передачи. В частности, оно передается от ведущего элемента 22 через муфту 45 сцепления на водило 41 и далее от него на корпус 23 втулки через планетарный механизм 24, обойму 43 и первую одностороннюю муфту 50. В данном случае входная скорость вращения повышается на выходе в соответствии с передаточным отношением, которое определяется числом зубьев центральной шестерни 40, сателлитов 42 и обоймы 43. При этом имеется попытка передать вращение от ведущего элемента 22 на обойму 43 через вторую одностороннюю муфту 51, однако ввиду того, что обойма 43 вращается быстрее, чем ведущий элемент 22, через вторую одностороннюю муфту 51 вращение не передается.

Поскольку в процессе переключения с пониженной на повышенную передачу вращение передается прямо от ведущего элемента 22 на обойму 43, лучше всего обеспечить смещение муфты 45 сцепления, которая находится в ненагруженном состоянии. Соответственно, усилие первой винтовой пружины 60, толкающей муфту 45 сцепления, может быть снижено, и может быть достигнуто переключение с небольшим усилием.

Переключение передачи с повышенной на пониженную со вспомогательным воздействием

Когда рычаг освобождения устройства управления 9 приводится в действие в позиции повышенной передачи, как показано на фиг.10, усилие первой винтовой пружины 60 снимается, и вторая винтовая пружина 61 давит на переключатель 49, вызывая отход толкающего штока 48 на один шаг (ступень) вправо. При этом переключатель 49 передает давление на муфту 45 сцепления через третью винтовую пружину 62 и пытается сдвинуть муфту 45 сцепления в позицию прямой передачи. Если велосипедист не нажимает на педали и приводное усилие не передается, то муфта 45 отделяется от водила 41 и сдвигается в позицию прямой передачи. Однако если велосипедист работает педалями, то вследствие передачи приводного усилия от муфты 45 сцепления на водило 41 фрикционные силы могут оставить в зацеплении пилообразные внутренние зубья 41b и наружные зубья 45с. В этом случае одного усилия второй винтовой пружины 61 недостаточно, чтобы сдвинуть муфту 45 вправо на фиг.10. В этом состоянии, когда переключатель 49 упирается в плоскую поверхность 47а кулачковой поверхности 47 муфты 45 сцепления, как показано на фиг.5, переключатель 49 прижимается к стенкам второй сквозной прорези 21d по всей длине входящей в эту прорезь части и удерживается фрикционным усилием от выхода в осевом направлении. В результате этого, когда переключатель 49 следует вверх по наклонной поверхности 47с, муфта 45 сдвигается вправо. После того, как пилообразные внутренние зубья 41b и наружные зубья 45с выйдут из зацепления, муфта 45 сцепления под действием давления второй винтовой пружины 61 через переключатель 49 смещается в позицию прямой передачи. Таким образом, контакт между кулачковой поверхностью 47 муфты 45 сцепления и переключателем 49 способствует переключению путем преобразования вращательного движения муфты 45 сцепления в смещение вдоль оси.

Таким образом, как было упомянуто, переключатель 49 не может легко отклониться влево в осевом направлении, так как он прижимается второй винтовой пружиной 61, а вторая сквозная прорезь 21d наклонена и проходит по спирали относительно оси. Поэтому переключатель 49 не отойдет вдоль оси при условии, что приводное усилие будет меньше прижимного усилия второй винтовой пружины 61 и фрикционного усилия между переключателем 49 и направляющей поверхностью 21с. Однако в том случае, когда приводное усилие выше, чем упомянутые силы, переключатель 49 может преодолеть прижимное усилие второй винтовой пружины 61 и фрикционное усилие контакта с направляющей поверхностью 21с и отойти влево в осевом направлении без смещения муфты 45 сцепления. Упомянутое фрикционное усилие задается здесь углом велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона прорези. Если этот угол велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 задать слишком большим, то переключателю 49 будет трудно передвинуться влево под давлением толкающего штока 48. Если же угол велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 задать слишком малым, то меньше будет сопротивление смещению переключателя 49 толкающим штоком 48, однако уменьшится также фрикционное усилие. Соответственно, угол велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона прорези должен лежать в пределах от 10 до 50o. Предельное приводное усилие, при котором переключатель 49 отклоняется во время указанного вспомогательного воздействия, можно отрегулировать путем подбора угла велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона прорези, угла велосипедная втулка с внутренним переключением передач, патент № 2215666 наклона наклонной поверхности 47с кулачковой поверхности 47 и усилий трех винтовых пружин 60, 61 и 62.

Далее, даже в том случае, когда приводное усилие больше установленного предела и переключатель 49 отходит в осевом направлении без смещения муфты 45 сцепления, как только звездочка 18 с педалями достигнет области верхней или нижней мертвой точки и приводное усилие уменьшится, муфта 45 сцепления будет прижата вспомогательным воздействием от переключателя 49 и сдвинется вправо. Таким образом, переключение не произойдет при передаче излишне высокого приводного усилия, например, на крутом подъеме, что снижает ударную нагрузку при переключении и помогает предотвратить поломки силовых элементов трансмиссии, таких как пилообразные зубья и односторонние муфты.

Когда муфта 45 сцепления перемещается, переключатель 49 удерживается от контакта с кулачковой поверхностью 47 с помощью третьей винтовой пружины 62. Соответственно, не будет шума от контакта с переключателем 49, даже если муфта 45 сцепления вращается. В позиции прямой передачи, показанной на фиг.9, вращение передается от ведущего элемента 22 на корпус 23 втулки через силовой тракт прямой передачи описанным выше образом.

При приведении в действие рычага освобождения (устройства 9 управления переключением) в позиции прямой передачи муфты 45 сцепления толкающий шток 48 перемещается дальше и переключатель 49 передает давление на муфту 45 сцепления. При этом конусная поверхность 45d муфты 45 входит в контакт с собачкой 53 первой односторонней муфты 50 и стремится опустить собачку из поднятой рабочей позиции в отведенную нерабочую. Однако, поскольку собачка 53 передает усилие от обоймы 43 на корпус 23 втулки, ее не так легко опустить в нерабочую позицию одним усилием второй винтовой пружины 61. И здесь также при ударном контакте переключателя 49 с кулачковой поверхностью 47 муфты 45 сцепления создается вспомогательное воздействие, как это было описано выше, так что муфта 45 сцепления перемещается в осевом направлении, и собачка 53 может быть опущена.

При этом следует отметить, что, поскольку вращение передается прямо на обойму 43 без участия муфты 45 сцепления, требуется меньшее усилие воздействия при переключении на повышенную передачу со стороны пониженной передачи. Далее, поскольку вращающее усилие муфты 45 сцепления оказывает вспомогательное воздействие посредством преобразования в смещение в осевом направлении при переключении из позиции повышенной передачи в позицию пониженной передачи, велосипедист может переключать передачи с небольшим усилием, работая педалями, даже на повышенную передачу.

Кроме того, поскольку коленчатый рычаг 26 установлен со смещением внутрь от конца оси втулки, этот рычаг 26 не выступает наружу из оси и менее подвержен повреждениям от ударов и обдирания при контакте с другими предметами.

Конструкция коленчатого рычага 26 не ограничивается приведенным выше выполнением, варианты его осуществления могут быть различными.

Размещение коленчатого рычага 26 не ограничивается приведенным примером; в том случае, когда коленчатый рычаг 26 без воздействия троса управления занимает позицию, соответствующую повышенной передаче, он должен быть размещен слева на фиг.2.

Механизм передачи вращения не ограничивается выполнением в виде планетарной передачи и может быть механизмом трансмиссии зубчатого, ременного, роликового или другого типа или иметь множество других вариантов выполнения. Возможны также различные варианты выполнения планетарной передачи. Так, например, планетарная передача может состоять из двух планетарных рядов, расположенных рядом справа и слева, а односторонняя муфта может быть размещена между ними.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Внутренняя передача велосипедной втулки, включающая ось (21) втулки для закрепления передачи на раме велосипеда, ведущий элемент (22), установленный с возможностью вращения относительно оси (21) втулки, выходной элемент (23), установленный с возможностью вращения относительно оси (21) втулки, механизм силовой передачи, размещенный между ведущим элементом (22) и выходным элементом (23) для передачи вращающего усилия от ведущего элемента (22) к выходному элементу (23) через множество трактов силовой передачи, приводной механизм (25), предназначенный для перемещения в осевом направлении вдоль оси втулки для выбора одного из множества трактов силовой передачи, и исполнительный механизм для перемещения приводного механизма (25) в осевом направлении оси втулки, отличающаяся тем, что приводной механизм (25) размещен по меньшей мере частично внутри оси (21) втулки, а элементы исполнительного механизма установлены на несущем кронштейне (70), который установлен на оси (21) втулки между задним упором (2а) каркаса (2) рамы велосипеда и втулкой без возможности поворота и смещения вдоль оси (21) втулки.

2. Внутренняя передача втулки по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена прижимным элементом для прижима приводного механизма (25) в одном осевом направлении вдоль оси втулки, а исполнительный механизм выполнен с возможностью смещения приводного механизма в противоположном осевом направлении вдоль оси втулки.

3. Внутренняя передача втулки по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что ось (21) втулки выполнена с прорезью (21b) для частичного доступа к приводному механизму (25), а исполнительный механизм введен в указанную прорезь.

4. Внутренняя передача втулки по п. 3, отличающаяся тем, что прорезь (21b) размещена полностью внутри между свободными концами оси (21) втулки.

5. Внутренняя передача втулки по п. 1, отличающаяся тем, что исполнительный механизм содержит звено (71), установленное с возможностью поворота на несущем кронштейне (70) посредством своей средней части.

6. Внутренняя передача втулки по п. 5, отличающаяся тем, что звено (71) выполнено в виде первого плеча (71с), отходящего от средней части для соединения с тросом (73) управления, и второго плеча (71b), отходящего от средней части для контакта с приводным механизмом.

7. Внутренняя передача втулки по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что она снабжена соединительным стержнем (74) для установки с возможностью поворота средней части звена (71) на несущем кронштейне (70).

8. Внутренняя передача втулки по одному из пп. 5-7, отличающаяся тем, что несущий кронштейн (70) снабжен упорной частью (70с) для стопорения внешней оболочки троса (73) управления.

9. Внутренняя передача втулки по одному из пп. 5-8, отличающаяся тем, что несущий кронштейн (70) снабжен отверстием для установки в нем свободного конца оси (21)втулки.

10. Внутренняя передача втулки по п. 9, отличающаяся тем, что ось (21) втулки установлена сквозь несущий кронштейн (70).

11. Внутренняя передача втулки по одному из пп. 5-10, отличающаяся тем, что ось (21) втулки выполнена с прорезью (21b) для частичного доступа к приводному механизму, а звено (71) введено в указанную прорезь.

12. Внутренняя передача втулки по одному из пп. 6-11, отличающаяся тем, что она снабжена прижимным элементом (60) для прижима приводного механизма в одном осевом направлении вдоль оси втулки, а указанное второе плечо (71b) установлено с возможностью смещения приводного механизма в противоположном осевом направлении вдоль оси втулки.

13. Внутренняя передача втулки по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что приводной механизм снабжен удлиненным штоком (48) управления.

14. Внутренняя передача втулки по п. 13, отличающаяся тем, что она снабжена переключателем (49), установленным с возможностью скольжения внутри второй прорези (21d), выполненной в оси (21) втулки, в соответствии с перемещением штока (48) управления в осевом направлении оси втулки.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B62M25/02 с механической передачей, например с помощью тросов, рычагов 

Класс B62M11/16 встроенными или примыкающими к ступице колеса 



Наверх