Привод велосипеда

Реферат: Заявлений привод велосипеда із зворотно-поступально рухомими важелями містить корпус, механізм синхронізації, який складається з трьох конічних шестерень, вал привода та обгінні муфти. Перший зворотно-поступальний рухомий важіль педалей зміщений від верхньої точки положення педалей у бік робочого ходу. Другий зворотно-поступальний рухомий важіль педалей зміщений у протилежний бік робочому ходу. Довжина кожного важеля збільшена. Корпус додатково містить другий вал привода. На кожному валу привода закріплені важіль педалі, конічна шестірня та обгінна муфта, яка заклинюється у бік робочого ходу. Зовнішні обойми обгінних муфт є циліндричними шестернями, які через проміжні циліндричні шестерні і вали, на яких вони встановлені, пов'язані з ведучою зірочкою привідного ланцюга. UA 102760 C2 (12) UA 102760 C2 UA 102760 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний у велосипедному транспорті. Відомий привод велосипеда [а. с. СРСР № 592661 22.01.75 МПК В 62М 1/04], що містить корпус, механізм синхронізації, який складається з трьох конічних шестерень вала привода, який проходить усередині двох конічних шестерень, та обгінні муфти, які установленні на валу і кінематично пов'язані із маточинами важелів і винесені за межі корпусу, при цьому ведучі частини обгінних муфт виконані одним цілим з важелями. Недоліком відомого привода велосипеда є те, що на валу привода встановлені підшипники, на які встановлені дві конічні шестерні, а на хвостовиках цих шестерень встановлені другим ярусом підшипники, що утримують в корпусі привода механізм синхронізації. Така кінематична схема складна, не технологічна у виготовленні та в експлуатації, призводить до значного збільшення розмірів двох конічних шестерень, збільшення габаритів корпусу привода, знижує надійність роботи привода велосипеда. Крім того, ця конструкція не позбавляє від безплідної м'язової роботи в зонах верхньої і нижньої точок положення педалей велосипеда. Задача винаходу - розробити конструкцію привода велосипеда із спрощеною кінематичною схемою і, як наслідок, більш надійною, технологічною, придатною для масового виготовлення, зручною в експлуатації і такою, що забезпечує більш ефективне використання мускульної сили. Поставлена задача вирішується тим, що в приводі велосипеда з зворотно-поступально рухомими важелями, що містить корпус, механізм синхронізації, який складається з трьох конічних шестерень, вал привода та обгінні муфти, відповідно до винаходу кожен з зворотнопоступально рухомих важелів педалей зміщений від верхньої точки (ВТ) положення педалей у бік робочого ходу на кут α, а його довжина збільшена в 1/cosα разів, а хід зворотно-поступально рухомих важелів педалей дорівнює куту 180°-2α, обмеженому корпусом, який додатково містить другий вал привода, на кожному валу привода закріплені важіль педалі, конічна шестірня та обгінна муфта, яка заклинюється у бік робочого ходу, крім того, зовнішні обойми обгінних муфт є циліндричними шестернями, які через проміжні циліндричні шестерні і вали, на яких вони встановлені, пов'язані з ведучою зірочкою привідного ланцюга. Така кінематична схема має наступні істотні відмітні ознаки: Кожен із зворотно-поступально рухомих важелів педалей зміщений від верхньої точки положення педалей у бік робочого ходу на кут , а його довжина збільшена в 1/cosα разів. Хід зворотно-поступально рухомих важелів педалей обмежений в діапазоні 180°-2 корпусом. У корпусі встановлено додатково другий вал привода. На кожному валу привода закріплені важіль педалі, конічна шестірня і обгінна муфта, яка заклинюється у бік робочого ходу. Зовнішні обойми обгінних муфт є циліндричними шестернями, які через проміжні циліндричні шестерні і вали, на яких вони встановлені, пов'язані з ведучою зірочкою привідного ланцюга. Істотні відмітні ознаки в сукупності з відомими ознаками дозволяють спростити кінематичну схему і, як наслідок, підвищити надійність, крім того, кінематична схема стає технологічною у виготовленні та придатною для масового виготовлення, зручною в експлуатації і такою, що забезпечує ефективніше використання мускульної сили. Винахід пояснюється описом та кресленнями: на фіг. 1 показаний загальний вигляд кінематичної схеми привода велосипеда; на фіг. 2 показані важелі педалі 2, 3 в положенні  і 180°- від ВТ. на фіг. 3 показані важелі педалі 2, 3 в положенні 30° і 150° від ВТ. на фіг. 4 показані важелі педалі 2, 3 в положенні 60° і 120° від ВТ; на фіг. 5 показані важелі педалі 2, 3 в положенні 90° від ВТ; на фіг. 6 показані важелі педалі 2, 3 в положенні 120° і 60° від ВТ; на фіг. 7 показані важелі педалі 2, 3 в положенні 150° і 30° від ВТ; на фіг. 8 показано розташування привода 1 на рамі велосипеда. Привод велосипеда складається з корпусу 1 (див фіг. 1), в якому розташований механізм синхронізації. Механізм синхронізації має два важелі педалей 2, 3, які в вихідному положенні зміщені (див фіг. 2) у вертикальній площині від верхньої точки (ВТ) положення педалей у бік робочого ходу. Важіль педалі 2 зміщений на кут , важіль педалі 3 зміщений на кут 180°-. Таким чином, кут ходу кожного важеля педалей складає 180°-2. Кожен важіль подовжений і дорівнює R=r/cosα, отже, лінійна амплітуда ходу педалей, встановлених на важелях 2, 3 дорівнює 2r. Проекція важеля педалі 2 на горизонтальну вісь складає ΔR=R/sin. Важелі педалей 2, 3 закріплені на двох валах приводах 4, 5, відповідно (див фіг. 1), які встановлені на підшипниках 6, 7, 8, 9, закріплених в корпусі привода велосипеда 1. На валу привода 4 закріплені: конічна шестірня 12 1 UA 102760 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 і обгінна муфта 10. На валу привода 5 закріплені: конічна шестірня 13 і обгінна муфта 11. Конічні шестерні 12, 13 входять в зачеплення з проміжною конічною шестірнею 14, яка закріплена на валу 15. Вал 15 встановлений на підшипнику 16, який закріплений в корпусі привода велосипеда 1. Зовнішні обойми обгінних муфт 10, 11 є циліндричними шестернями. Циліндричні шестерні обгінних муфт 10, 11 входять в зачеплення з проміжними циліндричними шестернями 17, 18, які закріплені на валу 19. Вал 19 встановлений на підшипниках 20, 21, які закріплені в корпусі привода велосипеда 1. Проміжна циліндрична шестірня 18 входить в зачеплення з циліндричною шестірнею 22, яка закріплена на валу 23. На валу 23 закріплена провідна зірочка привода велосипеда 26, а вал встановлений на підшипниках 24, 25, які закріплені в корпусі привода велосипеда 1. Роботу механізму синхронізації привода велосипеда наочніше розглядати в динаміці, використовуючи як приклад певні дискретні моменти руху важеля педалі 2, який впродовж робочого ходу проходить положення: початкове 30° від ВТ у бік робочого ходу, 60° від ВТ у бік робочого ходу, 90° від ВТ у бік робочого ходу, 120° від ВТ у бік робочого ходу і кінцеве 150° від ВТ у бік робочого ходу. Одночасно важіль педалі 3 переміщується у бік холостого ходу через точки 150°, 120°, 90°, 60°, і повертається в початкове положення, 30° від ВТ. На цьому прикладі цикл роботи привода велосипеда має: робочий хід 120° і холостий хід 120° кожного важеля педалі. Запропонований приклад положення певних дискретних моментів руху дозволяє побачити переваги технічного рішення перед прототипом. Припустимо, що в початковому положенні важіль педалі 2 зміщений від ВТ у бік робочого ходу на кут 30° (див фіг. 3), а важіль педалі 3 зміщений від ВТ у бік робочого ходу на кут 180° 30° = 150°. Кут ходу кожного важеля педалей складає 180° - 60° = 120°. Для забезпечення лінійної амплітуди ходу педалей рівної 2r, кожен важіль подовжений і дорівнює (R=100 % r / cos 30° =100 % r / 0,866=115,5 % r). Зусилля, докладені до педалі на початку ходу важеля педалі 2 з урахуванням зміщення і подовження важеля педалі, відтворюються значно ефективніше 57,735 % r (R=115,5 % r x sin30°=115,5 % r x 0,5=57,735 % r), замість 0 % r без подовження важеля педалі і без зміщення важеля педалі від ВТ. При виконанні робочого ходу важелем педалі 2, зусилля передаються через вал привода 4 (див. фіг. 1) на обгінну муфту 10 і вона провертається разом з шестірнею зовнішньої обойми, оскільки обгінна муфта встановлена заклиненням у бік робочого ходу. Одночасно вал привода 4 передає зусилля на вал привода 5 через конічні шестерні 12, 13, 14, які передають зусилля у зворотному напрямі робочого ходу. Вал привода 5 переміщує важіль педалі 3 в зону 30° від ВТ у бік робочого ходу, і важіль педалі 3 приймає початкове положення. У цей час обгінна муфта 11 не перешкоджає обертанню вала привода 5, оскільки він обертається навпроти робочого ходу, а в цьому випадку обгінна муфта знаходиться в положенні розклинення. При виконанні робочого ходу важелем педалі 3 важіль педалі 2 повертається в початкове положення. Отже, важелі педалей 2, 3 і обгінні муфти 10, 11 здійснюють знакозмінні рухи. У обгінних муфтах 10, 11 t розклинення менше, ніж t заклинення, тому така технічна характеристика обгінних муфт забезпечує надійну роботу привода велосипеда у будь-яких швидкісних режимах. Циліндричні шестерні обгінних муфт 10, 11 знаходяться в зачепленні і по черзі передають зусилля обертання в робочому напрямі проміжним шестерням 17, 18, які закріплені на валу 19. Вал 19 встановлений на підшипниках 20, 21 які посаджені в корпус привода 1. Проміжна шестірня 18 знаходиться в зачепленні і передає зусилля обертання шестірні 22, яка закріплена на валу 23, і через вал 23 передає зусилля обертання ведучій зірочці привода велосипеда, яка закріплена на валу 23. Вал 23 встановлений на підшипниках 24, 25, які посаджені в корпусі 1. При розташуванні важеля педалі 2 під кутом 60° від ВТ у бік робочого ходу, а важеля педалі 3 під кутом 120° від ВТ у бік холостого ходу, (див фіг. 4), проекція важеля педалі 2 складе R=115,5 % r x cos 30° = 115,5 % r х 0,866=100 % r. Отже, в цьому положенні важелів педалі зусилля, які докладаються до педалі та відтворюються важелем 2 рівним 100 % r, замість 86,6 % r без зміщення і подовження важеля педалі. При розташуванні важелів педалей 2, 3 під кутом 90° від ВТ у бік робочого ходу (див фіг. 5), зусилля, що докладаються до педалі, відтворюються важелем 2 рівним 115,5 % r, замість 100 % r без зміщення і подовження важеля педалі. При розташуванні важеля педалі 2 під кутом 120° від ВТ у бік робочого ходу, (див. фіг. 6), а важеля педалі 3 під кутом 60° від ВТ у бік робочого ходу, проекція важеля педалі 2 на горизонтальну вісь складе - R=115,5 % r x cos 30° = 115,5 % r х 0,866=100 % r. Отже, в цьому положенні важелів педалі зусилля, що докладаються до педалі, відтворюються важелем 2 рівним 100 % r, замість 86,6 % r без зміщення і подовження важеля педалі. 2 UA 102760 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 При розташуванні важеля педалі 2 під кутом 150° від ВТ у бік робочого ходу, а важеля педалі 3 під кутом 30° від ВТ у бік робочого ходу (вихідне положення) (див. фіг. 7) зусилля, що докладаються до педалі у кінці ходу педалі (150° від ВТ) з урахуванням подовження важеля педалі на 15,5 % відтворюються важелем 2 рівним 57,735 % r (R=115,5 % r x sin30° = 115,5 % r x 0,5=57,735 % r), замість 0 % без зміщення важеля педалі від ВТ і без подовження важеля педалі. У механізмі синхронізації усі шестерні обертаються у напрямку робочого ходу, а обгінні муфти забезпечують розв'язку при обертанні валів приводів в протилежному напрямку. З кінематичної схеми видно, що усі деталі механізму синхронізації мають стандартну конструкцію і монтуються за відпрацьованою стандартною технологією, це робить конструкцію привода технологічною при виготовленні. Крім того, корпус привода 1 добре вписується в силову раму велосипеда (див. фіг. 7), а важелі педалей 2, 3 увесь час знаходяться в положенні продовження робочого ходу. З цим приводом велосипеда велосипедист зможе безперервно виконувати черговий продуктивний робочий хід з оптимальними м'язовими зусиллями і регулювати потужнісні характеристики велосипедного привода, змінюючи кут ходу важелів у діапазоні від 120° до ~ 60° між важелями. Виключений інерційний хід педалей в діапазоні ~ 60° в зоні крайньої верхньої точки положення педалі (330° до ВТ і 30° до ВТ) і в зоні крайньої нижньої точки положення педалі - ~ 60° (210° до ВТ і 150° до ВТ), що позбавляє від великої непродуктивної м'язової роботи в сумарному діапазоні 120°; Таким чином, завдання, яке до теперішнього часу до кінця не було вирішене, завдяки перерахованим новим технічним якостям привода велосипеда робить можливим використання його на практиці в масовому виготовленні. Такий привод велосипеда буде значно економити фізичні сили велосипедистів при поїздках, особливо на далекі відстані, може застосовуватись на триколісних велосипедах для літніх людей і для велорикш, а також на спортивних велосипедах, оскільки конструкція дозволяє вести педалювання двома ногами одночасно. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Привод велосипеда із зворотно-поступально рухомими важелями, що містить корпус, механізм синхронізації, який складається з трьох конічних шестерень, вал привода та обгінні муфти, який відрізняється тим, що перший зворотно-поступальний рухомий важіль педалей зміщений від верхньої точки положення педалей у бік робочого ходу на кут 0° <  ≤ 30, другий зворотнопоступальний рухомий важіль педалей зміщений - на кут 180°-, а довжина кожного важеля збільшена в 1/cos30 разів, при цьому хід зворотно-поступально рухомих важелів педалей дорівнює куту 180°-2, обмеженому корпусом, який додатково містить другий вал привода, при цьому на кожному валу привода закріплені важіль педалі, конічна шестірня та обгінна муфта, яка заклинюється у бік робочого ходу, причому зовнішні обойми обгінних муфт є циліндричними шестернями, які через проміжні циліндричні шестерні і вали, на яких вони встановлені, пов'язані з ведучою зірочкою привідного ланцюга. 3 UA 102760 C2 4 UA 102760 C2 5 UA 102760 C2 6 UA 102760 C2 7 UA 102760 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8