Ступінчаста механічна трансмісія

Реферат: Ступінчаста механічна трансмісія педального транспортного засобу складається з: герметичного корпусу, переважно, інтегрованого в нижню частину велосипедної рами; привідного вала трансмісії, який одночасно є і валом кривошипно-педального механізму, пов'язаного механічною передачею з проміжним валом, на якому, у вільному обертанні, насаджені шестерні послідовно наростаючого діаметра; засобу вибору передач; вихідного трубчастого вала, що є співвісним з привідним валом та жорстко скріплений ведучою зіркою ланцюгової передачі, що передає крутний момент на ведучий вал транспортного засобу. На вихідному трубчастому валу знаходяться чотири жорстко закріплені шестерні з наростанням діаметрів, протилежним до шестерень проміжного вала, відповідно зчіплюючись, шестерні двох валів утворюють редуктор з чотирма передачами із заданими передаточними відношеннями. До виступаючої з корпусу частини вихідного трубчастого вала кріпиться ведуча зірка ланцюгового механізму, що приводить в обертання ведуче колесо педального транспортного засобу. UA 101889 C2 (12) UA 101889 C2 UA 101889 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід, що заявляється, належить до трансмісій для приведення в рух транспортних засобів з педальним приводом, а саме до трансмісій, які характеризуються використанням зубчастих передач. Відома велосипедна механічна ступінчаста трансмісія, винайдена Тулліо Кампаньоло (ru.wikipedia.org/wiki/Велосипедная трансмиссия), що складається зі змонтованих у блок на спільній вісі ланцюгових зірок послідовно наростаючого діаметра. Передній блок ведучих зірок приводиться в обертання велосипедистом через кривошипно-педальний механізм. Задній блок зірок приводиться у обертання велосипедним ланцюгом від блока ведучих зірок. Вибір передаточного числа, трансмісії, відбувається за рахунок зміни взаємодіючих пар ведучої залежної зірок різного діаметра, що забезпечується поперечним переміщенням велосипедного ланцюга. Вказане поперечне переміщення ланцюга здійснює окремий направляючий механізм, яким, через гнучкі троси, керує велосипедист. Для забезпечення рівномірного натягу ланцюга, при взаємодії зірок різних діаметрів, направляючий механізм задньої осі обладнаний пружинним натяжним пристроєм. Недоліками даної трансмісії є: а) відсутність захисту від зовнішніх шкідливих впливів, що призводить до попадання на взаємодіючі механічні елементи фрикційних часток бруду та значно пришвидшує їх знос, що вимагає додаткових витрат на чистку та обслуговування; б) через відносно значну ширину заднього блока зірок, направляюча перемикача передач та пристрій підпружинювання ланцюга, знаходяться в зоні підвищеного ризику отримання механічних пошкоджень від зачеплень та ударів об зовнішні предмети, що збільшує кількість позапланових ремонтів з відповідними витратами часу та коштів; в) при вмиканні у взаємодію протилежних, відносно осі пересування, зірок переднього та заднього блоків, ланцюг працює зі значним перекосом що, значно прискорює його знос та збільшує механічні втрати в трансмісії, що приводить до його передчасного виходу з ладу та додаткових витрат на його заміну; г) конструктивна нездатність вказаної трансмісії передавати обертовий момент у зворотному напрямку унеможливлює режим гальмування велосипеду через кривошипно-педальний механізм; д) для повного вмикання нової передачі вибрана зірка повинна здійснити декілька обертів, без навантаження, для повного переходу ланцюга з натяжним механізмом на нову траєкторію, що вимагає розвитку спеціальних психомоторних навичок у велосипедиста; є) необхідність компактно компанувати блоки зірок, забезпечувати гнучкість ланцюга та малими зусиллями поперечно пересувати ланцюг по блоку зірок унеможливлює використання трансмісії даного типу для вантажних велосипедів або велосипедів для людей з надлишковою вагою. Відома велосипедна механічна ступінчаста трансмісія за заявкою на винахід Китаю CN 101332854 А японської корпорації "Шімано" (SHIMANO КК), опублікована 31.12.2008, наведена на фіг. 1, трансмісія складається з розміщених на валу маточини заднього колеса в герметичному несучому металевому корпусі механізму планетарного редуктора та гальмівного механізму. Ззовні корпусу прилаштований механізм керування переключенням передач. Недоліками даної велосипедної трансмісії є: а) висока концентрація взаємодіючих високоточних елементів конструкції, які працюють зі значними динамічними навантаженнями, у малому об'ємі маточини колеса, що вимагає додаткових витрат на використання дорогих конструктивних матеріалів та складних технологій обробки; б) малий об'єм та герметичний корпус трансмісії перешкоджають відводу тепла, що виділяється при роботі механізму, особливо гальмуванні, чим обмежують інтенсивність навантаження трансмісії; в) складність трансмісії вимагає спеціального обладнання для її монтажу, не допускає її обслуговування та ремонту поза межами спеціально обладнаних майстерень. Відома велосипедна механічна ступінчаста трансмісія, зображена на фіг. 2, яка описана в заявці американської фірми SRAM CORP на Європейський патент за номером № ЕР1980484 (А1) з датою публікації: 15.10.2008. Дана ступінчаста механічна трансмісія транспортного засобу є найближчою за технічною суттю та результатом, що досягається, і вибрана за прототип. Прототип має педальний привод, містить корпус, виконаний з можливістю встановлення у нижній частині велосипедної рами; вихідний вал, встановлений на корпусі, з'єднаний з вихідним зубчастим колесом, яке передає крутний момент на ведучий вал транспортного засобу; привідний вал, виконаний з можливістю з'єднання його з кривошипно-педальним механізмом транспортного засобу, вісь обертання якого розташована співвісно осі вихідного вала; ступінчастий редуктор, з'єднаний з корпусом, виконаний у вигляді планетарного зубчастого механізму. Для переключання передач у трансмісії передбачений доволі складний засіб, який складається з запобіжника (60), хомута (16) і змінювача руху (64). Недоліками даної ступінчастої трансмісії є: а) притаманна всім планетарним механізмам, висока технологічна складність, яка прямо підтверджується тим, що навіть на умовних схемах конструкції приведено більше сотні основних конструктивних елементів, що вимагає 1 UA 101889 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 непродуктивних витрат на виготовлення значної кількості деталей з використанням дорогих конструкційних матеріалів та складних технологій обробки; б) складність трансмісії вимагає спеціального обладнання для її монтажу і не допускає її обслуговування та ремонту поза межами спеціально обладнаних майстерень. В основу винаходу поставлена задача - створення конструкції ступінчастої механічної трансмісії транспортного засобу, в якій шляхом зміни виконання та компоновки привідного і вихідного валів стало б можливим використання зубчастого редуктора з зовнішнім зачепленням шестерень, що призводить до технологічного спрощення конструкції і здешевлення виробництва трансмісії при збереженні її масо-габаритних характеристик та довговічності не потребує додаткових навичок керування, забезпечує здійснення гальмування через кривошипно-педальний механізм, є простою в обслуговуванні та ремонті. Поставлена задача вирішена тим, що у ступінчастій механічній трансмісії транспортного засобу з педальним приводом, що містить корпус, виконаний з можливістю встановлення на транспортному засобі, вихідний вал, виконаний з можливістю з'єднання його з засобом передачі крутного моменту на ведучий вал транспортного засобу, привідний вал, виконаний з можливістю з'єднання його з кривошипно-педальним механізмом транспортного засобу, вісь обертання якого розташована паралельно осі вихідного вала, ступінчастий редуктор, з'єднаний з корпусом, та засіб для переключання передач, згідно з винаходом, вихідний вал виконаний трубчастим, привідний вал встановлений співвісно в порожнині трубчастого вихідного вала, ступінчастий редуктор містить проміжний вал, встановлений паралельно вхідному і вихідному валам, при цьому редуктор виконаний у вигляді принаймні трьох блоків пар зубчастих шестерень зовнішнього зачеплення з передаточними відношеннями необхідної величини, з яких шестерні одного блока жорстко закріплені, відповідно, на вхідному та проміжному валах і постійно зчеплені між собою, одна шестірня з кожної пари шестерень інших блоків жорстко закріплена на вихідному валу, а друга шестірня кожної пари шестерень обертається вільно на проміжному валу і виконана з можливістю жорсткого її закріплення на цьому валу засобом для переключання передач. Виконання вихідного вала трубчастим та розташування привідного вала в порожнині вихідного вала разом з додатковим введенням проміжного вала робить можливим застосування ступінчастого редуктора із пар шестерень зовнішнього зачеплення, при цьому зберігається компактність трансмісії, забезпечується простота конструкції та досягається високий показник ремонтопридатності. Переважним є виконання винаходу, при якому ступінчастий редуктор із засобом для переключання передач встановлені у корпусі, а проміжний вал редуктора закріплений у корпусі. При цьому шестерні трансмісії та деталі засобу переключення передач зберігаються від забруднення, а відтак, від небажаних стирань і поломок. Для ще більшого запобігання забрудненням ступінчастої механічної трансмісії транспортного засобу між корпусом і вихідним валом та між корпусом і привідним валом можуть бути встановлені ущільнення. Згідно з винаходом засіб для переключання передач, переважно, має вигляд муфти, виконаної з можливістю її пересування по проміжному валу, зчеплення з однією з шестерень, що вільно обертаються на проміжному валу, і фіксації шестерні на цьому валу. Переважним є виконання винаходу, при якому засіб для переключання передач має вигляд керованих шліцьових повзункових муфт з вилчастими водилами, а кожна шестірня, що входить у зачеплення з муфтою, має відповідні шліцьові пази. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 3 наведена кінематична схема велосипедної ступінчастої механічної трансмісії як приклад конкретного виконання трансмісії, що заявляється. Креслення, як і опис прикладу конкретного виконання велосипедної ступінчастої механічної трансмісії, наведені лише для ілюстрації заявленого винаходу і не обмежують обсяг прав, визначений її формулою. Зокрема, заявлений винахід може бути застосований, на будь-якому іншому транспортному засобі з педальним приводом. Велосипедна механічна ступінчаста трансмісія інтегрована в нижню частину велосипедної рами. Для цього вона містить корпус 1, інтегрований в нижню частину рами, в корпусі розташований привідний вал 2, який одночасно є і валом кривошипно педального механізму велосипеда, та вихідний вал 3, виконаний з можливістю з'єднання його з засобом передачі крутного моменту на ведучий вал велосипеда через розташовану на ньому ведучу зірочку 4 велосипедного ланцюгового механізму 5. Вихідний вал 3 виконаний трубчастим, а привідний вал 2 встановлений співвісно йому в його порожнині. З одного боку, привідний вал 2 трансмісії через підшипник опирається на корпус 1, з іншого, через підшипник на внутрішній діаметр вихідного трубчастого вала 3. В корпусі 1 закріплений також проміжний вал 6, що з обох боків через підшипники опирається на корпус 1 і встановлений паралельно привідному і вихідному валам. На валах 2, 3, 6 встановлені чотири блоки пар зубчастих шестерень (7-16) зовнішнього 2 UA 101889 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 зачеплення, які утворюють редуктор. Блоки шестерень мають передаточні відношення необхідної величини, з яких шестерні 7, 8 одного блока жорстко закріплені, відповідно, на привідному та проміжному валах і постійно зчеплені між собою. Чотири шестерні 9, 11, 13, 15 з кожної пари шестерень інших блоків жорстко закріплені на вихідному валу 3, виконані вони з наростанням величини діаметрів, протилежним до величини діаметрів шестерень проміжного вала 6. Шестерні 10, 12, 14, 16, що встановлені на проміжному валу 6 та обертаються на ньому вільно. Зчіплюючись з відповідними шестернями 9, 11, 13, 15 вихідного вала 3, вони утворюють чотири шестеренчасті передачі зовнішнього зачеплення із заданими передаточними відношеннями. Трансмісія містить засіб для переключання передач, встановлений у корпусі 1 і виконаний у вигляді керованих шліцьових повзункових муфт 17, з виконаними в них кільцевими виточками, у які вводяться вилчасті водила 18, що мають заданий кут водіння навколо своєї осі, з іншого боку якої прилаштовані коромисла 19, які приводяться в дію гнучкими тросами від кондуктора вибору передач, що знаходиться на рулі велосипеда та умовно не показаний. Муфти шліцами жорстко поєднані з проміжним валом 6 у напрямку обертання, та здатні пересуватись по цих шліцах уздовж осі обертання до входження у зчеплення з однією із чотирьох шестерень 10, 12, 14, 16, які мають відповідні шліцьові пази, виконані з можливістю жорсткого закріплення шестерень 10, 12, 14, 16 на проміжному валу. Велосипедна ступінчаста механічна трансмісія працює наступним чином. Велосипедист, обертаючи кривошипно педальний механізм з валом 3, через зубчасту передачу 7, 8 приводить в обертання проміжний вал 6 трансмісії. З проміжного вала трансмісії обертовий момент може передаватись на вихідний трубчастий вал 3 трансмісії однією з чотирьох можливих шестеренчастих передач (10-9, 12-11, 14-13, 16-15) з різним передаточним відношенням. Переводячи у відповідне положення кондуктор вибору передач, через гнучкі троси, коромисла 19 та водила 18, велосипедист зчіпляє одну з двох муфт 17 ковзання, з однією з чотирьох шестерень 10, 12, 14, 16, що до цього вільно оберталась на проміжному валу 6. Таким чином, з проміжного вала, через шліци, обертовий момент передається на повзункову муфту 17, далі через шліцьове з'єднання між повзунковою муфтою та відповідною шестірнею на одну з шестерень проміжного вала, далі через шестеренчасту передачу обертовий момент передається на вихідний трубчастий вал 3, з нього на ведучу зірку 4, що через велосипедний ланцюг 5 приводить в обертання ведуче колесо транспортного засобу. З ціллю недопущення самочинного виключення передач, водила 18 засобу для переключання передач обладнані триходовим пружинним замком, що, з заданим пружиною зусиллям, фіксує повзункову муфту в однім із трьох положень: двох крайніх - при включенні передач - та середньому - нейтральному. Таким чином, у велосипедній ступінчастій механічній трансмісії, що заявляється, завдяки особливостям розташування привідного і вихідного валів та розташування її у корпусі, який може бути виконаний герметичним, виникає можливість використання шестерень із зовнішнім зачепленням що, дозволяє, при збереженні масо-габаритних характеристик, технологічно спростити її конструкцію, зменшити її вартість, підвищити надійність та довговічність, значно покращити ремонтоздатність та спростити процес переключення передач. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Ступінчаста механічна трансмісія транспортного засобу з педальним приводом, що містить корпус, виконаний з можливістю встановлення на транспортному засобі, вихідний вал, виконаний з можливістю з'єднання його з засобом передачі крутного моменту на ведучий вал транспортного засобу, привідний вал, виконаний з можливістю з'єднання його з кривошипнопедальним механізмом транспортного засобу, вісь обертання якого розташована паралельно осі вихідного вала, ступінчастий редуктор, з'єднаний з корпусом, та засіб для переключання передач, яка відрізняється тим, що вихідний вал виконаний трубчастим, привідний вал встановлений співвісно в порожнині трубчастого вихідного вала, ступінчастий редуктор містить проміжний вал, встановлений паралельно привідному і вихідному валам, при цьому редуктор виконаний у вигляді принаймні трьох блоків пар зубчастих шестерень зовнішнього зачеплення з передаточними відношеннями необхідної величини, з яких шестерні одного блока жорстко закріплені, відповідно, на привідному та проміжному валах і постійно зчеплені між собою, одна шестірня з кожної пари шестерень інших блоків жорстко закріплена на вихідному валу, а друга шестірня кожної пари шестерень обертається вільно на проміжному валу і виконана з можливістю жорсткого її закріплення на цьому валу засобом для переключання передач. 3 UA 101889 C2 5 10 2. Ступінчаста механічна трансмісія транспортного засобу за п. 1, яка відрізняється тим, що ступінчастий редуктор із засобом для переключання передач встановлені у корпусі, а проміжний вал редуктора закріплений у корпусі. 3. Ступінчаста механічна трансмісія транспортного засобу за одним з пп. 1 або 2, яка відрізняється тим, що між корпусом і вихідним валом та між корпусом і привідним валом встановлені ущільнення. 4. Ступінчаста механічна трансмісія транспортного засобу за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що засіб для переключання передач має вигляд муфти, виконаної з можливістю її пересування по проміжному валу, зчеплення з однією з шестерень, що вільно обертаються на проміжному валу, і фіксації шестірні на цьому валу. 5. Ступінчаста механічна трансмісія транспортного засобу за п. 4, яка відрізняється тим, що засіб для переключання передач має вигляд керованих шліцьових повзункових муфт з вилчастими водилами, а кожна шестірня, що входить у зачеплення з муфтою, має відповідні шліцьові пази. 4 UA 101889 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5