Кінематична схема веломобіля з ручним приводом і управлінням

1. Кінематична схема веломобіля з ручним приводом і управлінням, що включає підсистему управління у складі керма, тягової системи, підсистему приводу в складі керма, хитного важеля, який кріпиться на осі, жорстко пов'язаній з рамою, вузла захоплення важелем тягового ланцюга, ланцюга, розтягнутого на двох зубчатках, коліс приводу з тріскачкою, яка відрізняється тим, що підсистема управління включає кермо 1, пов'язане з верхнім кожухом 2 хитної рульової колонки (ХРК), який у свою чергу коаксіально позиціонований і пов'язаний з верхньою піввіссю 3 ХРК за допомогою верхнього 4 і нижнього 5 підшипникових вузлів, тобто верхня піввісь 3 ХРК і верхній кожух 2 ХРК являють собою обертальну пару з однією нерухомою ланкою, кінець важеля 22, зв'язаного з верхнім кожухом 2 ХРК, являє собою елемент сферичної пари 23, комплементарний елемент якої знаходиться на кінці тяги 24, сферична пара 23 розташована точно на осьовій лінії осі 12 вузла хитання 11, при нейтральному положенні керма 1, коли осьова лінія керма 1 перпендикулярна до осьової лінії рами 13, тяга 24 пов'язана з поворотником 25 за допомогою сферичної пари 26, поворотник 25 встановлений з можливістю обертання на осі 27 і пов'язаний з нею за допомогою підшипникового вузла 42, вісь 27 закріплена на поперечині 28, поворотник 25 через тягу 29, що має на кінцях сферичні пари 30 і 31, пов'язаний з короми 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до області біотранспорту і може бути використаним при виготовленні веломобілів. Відомі кінематичні схеми того ж призначення (дивись монографію О. С. Пополова «Давай винайдемо веломобіль», «Патріот», Москва, 1991, с 117-120.; дивись статтю В. Гаврилова «Гребний» привід веломобіля», у журналі «Моделістконструктор»№4 за 2006, с.5). Всі вище відмічені кінематичні схеми працюють на веломобілях з подвійним приводом (ножним і ручним). Ця універсальність не дозволяє виявити всі сильні сторони ручного приводу так як він на всіх цих схемах підлаштовується під схему з ножним приводом. За прототип прийнята кінематична схема веломобіля з додатковим ручним «гребним» приводом В. Гаврилова (дивись журнал «Моделистконструктор» №4 за 2006 рік, с.5). Вона передбачає наявність великої ведучої зірочки ручного приводу, закріпленої на валу додаткового кареточного вузла так, щоб у роботі знаходилося не менше десяти її зубів і ланок ланцюга. З ведучою зірочкою через «ручні» шатуни пов'язаний ручний важіль, в поперечній трубці якого просвердлений горизонтальний наскрізний отвір, в який вварений палець з встановленим на ньому підшипником в сталевій обоймі. До останньої приварене кермо так, щоб його рукоятки були розташовані найбільш зручно для захоплення руками. Отриманим «штурвалом» можна здійснювати коливання впередназад, здійснюючи додатковий привід. На коронці передньої вилки веломобіля закріплений двоплічний поворотний важіль. До важеля з обох кінців приєднані два жорсткі але гнучкі металеві троси, перекинуті через додаткову каретку перехресно (щоб обертання керма за годинниковою стрілкою відповідало повороту праворуч). Інші кінці тросів закріплені на кінцях керма. Зміна напрямку руху забезпечується поворотом керма навколо пальця за рахунок гнучких тросів, огинаючих каретку. Троси передають «команду» на двоплічний важіль. Недоліком вище описаної схеми є те, що хитання ручного важеля забезпечують малу амплітуду переміщень ланцюга, а це не дозволяє в одному циклі хитання передати на ведену зубчатку приводу значну порцію енергії, при цьому тросова система управління рухом не забезпечує її якісну роботу. В основу винаходу поставлено задачу створення кінематичної схеми веломобіля, яка дозволяє приводити його в дію і керувати вручну за допомогою керма 1. Рішення поставленої задачі досягається введенням в кінематичну схему веломобіля хиткої рульової колонки (ХРК), яка, по-перше, своїм жорстким остовом (верхня піввісь 3, нижня піввісь 6, нижній кожух 7, важіль 14) працює (за сприянням хиткого коромисла 18) як важіль і перетворює зусилля на кермо 1 в тягу ланцюга 15 на ведену зубчатку заднього колеса 16. По-друге, конструкція верхньої частини ХРК, а саме наявність верхнього кожуха 2, коаксіально позиціонованого по відношенню до верхньої піввісі 93848 4 3 (частини жорсткого остову ХРК), пов'язаного з нею за допомогою верхнього 4 і нижнього 5 підшипникових вузлів кочення, що має можливість вільно обертатися навколо цієї піввісі 3, дозволяє повороти керма 1, верхнього кожуха 2 і важеля 14 через систему тяг 24, 29, 35, сферичних пар 23, 26, 30, 31, 36, 37 і поворотник 25 перетворювати на синхронні повороти вилок 33, 38 лівого і правого коліс. По-третє, нижня піввісь 6 ХРК і нижній кожух 7 ХРК коаксіально позиціоновані і зв'язані між собою за допомогою верхнього 8 і нижнього 9 підшипникових вузлів ковзання, що дозволяє змінювати довжину нижньої частини ХРК (фіксуючи положення нижнього кожуха 7 ХРК відносно нижньої піввісі 6 ХРК за допомогою стопора 10). Змінність довжини нижньої частини ХРК дозволяє їй виконувати функцію коробки передач веломобіля. Кінематична схема веломобіля з ручним приводом і управлінням, що включає підсистему управління у складі керма, тягової системи, підсистему приводу в складі керма, хитного важеля, який кріпиться на осі, жорстко пов’язаній з рамою, вузла захоплення важелем тягового ланцюга, ланцюга розтягнутого на двох зубчатках, коліс приводу з тріскачкою, згідно з винаходом, підсистема управління включає кермо 1, пов'язане з верхнім кожухом 2 хиткої рульової колонки (ХРК), який у свою чергу коаксіально позиціонований і пов'язаний з верхньою піввіссю 3 ХРК за допомогою верхнього 4 і нижнього 5 підшипникових вузлів, тобто верхня піввісь 3 ХРК і верхній кожух 2 ХРК являють собою обертальну пару з однією нерухомою ланкою, кінець важеля 22, зв'язаного з верхнім кожухом 2 ШРК, являє собою елемент сферичної пари 23, комплементарний елемент якої знаходиться на кінці тяги 24, сферична пара 23 розташована точно на осьовій лінії вісі 12 вузла хитання 11, при нейтральному положенні керма 1, коли осьова лінія керма 1 перпендикулярна до осьової лінії рами 13, тяга 24 пов'язана з поворотником 25 за допомогою сферичної пари 26, поворотник 25 встановлений з можливістю обертання на осі 27 і пов'язаний з нею за допомогою підшипникового вузла 42, вісь 27 закріплена на поперечині 28, поворотник 25 через тягу 29, що має на кінцях сферичні пари 30 і 31, пов'язаний з коромислом 32 вилки лівого колеса 33, коромисло 32 вилки лівого колеса 33 пов'язане з коромислом 34 вилки правого колеса 38 за допомогою тяги 35, яка має на кінцях сферичні пари 36 і 37, а підсистема приводу веломобіля включає кермо 1, пов'язане з верхнім кожухом 2 ХРК, який пов'язаний з верхньою піввіссю 3 ХРК за допомогою верхнього 4 і нижнього 5 підшипникових вузлів, нижню піввісь 6 ХРК і нижній кожух 7 ХРК, які коаксіально позиціоновані і пов'язані між собою за допомогою верхнього 8 і нижнього 9 підшипникових вузлів ковзання, тобто являють собою поступальну пару з однією нерухомою ланкою, причому, на нижньому кожусі 7 є стопор 10, який дозволяє фіксувати положення нижнього кожуха 7 відносно нижньої півосі 6, ХРК за допомогою вузла хитання 11 пов'язана з рамою веломобіля 13, при цьому осьова лінія осі 12 вузла хитання 11 розташована перпендикулярно до 5 осьової лінії рами 13, нижній кожух 7 ХРК пов'язаний з ланцюгом 15 за допомогою важеля 14, ланцюг 15 розтягнуто на веденої зубчатці заднього колеса 16 і фальшзубчатці 17, встановленій на хитному коромислі 18 за допомогою підшипникових вузлів 19, віссю обертання хитного коромисла 18 є вісь обертання заднього колеса 20, з якою хитке коромисло 18 пов'язане за допомогою підшипникових вузлів кочення 21, тобто хитке коромисло 18 і вісь обертання заднього колеса 20 являють собою обертальну пару з однією нерухомою ланкою, заднє колесо застосовано з безгальмівною втулкою і з тріскачкою. Кінематична схема додатково має підсистему плавної зміни передач, що включає нижню піввісь 6 ХРК і нижній кожух 7 ХРК, коаксіально позиціонованих і пов'язаних між собою за допомогою верхнього 8 і нижнього 9 підшипникових вузлів ковзання, тобто являють собою поступальну пару з однією нерухомою ланкою, на нижньому кожусі 7 ХРК є стопор 10, який дозволяє фіксувати положення нижнього кожуха 7 ХРК відносно нижньої піввісі 6 ХРК. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1, Фіг.2 і Фіг.3 показані кінематичні схеми триколісних веломобілів, на Фіг.4 і Фіг.5 показано кінематичні схеми чотириколісних веломобілів, на Фіг.6 показана кінематична схема двоколісного веломобіля, на Фіг.7 показана змінена конфігурація кінематичної схеми триколісного веломобіля, початкова конфігурація якої показана на Фіг.1, в результаті силового впливу на кермо 1, на Фіг.8 показана змінена конфігурація кінематичної схеми триколісного веломобіля, початкова конфігурація якої показана на Фіг.1, в результаті керуючого впливу на кермо 1. Фіг.9, 10 ілюструють один із варіантів виготовленого і апробованого триколісного веломобіля. Опишемо детально кінематичну схему триколісного веломобіля з ручним приводом, показану на Фіг.1. Кінематичні схеми веломобілів, показані на Фіг.2, 3, 4, 5, 6 аналогічні схемі на Фіг.1 і для їх розуміння досить опису кінематичної схеми, показаної на Фіг.1. Кінематична схема складається з керма 1, пов'язаного з верхнім кожухом 2 хиткої рульової колонки (ХРК), який пов'язаний з верхньою піввіссю 3 ХРК за допомогою верхнього 4 і нижнього 5 підшипникових вузлів кочення, тобто верхня піввісь 3 ХРК і верхній кожух 2 ХРК являють собою обертальну пару з однією нерухомою ланкою. Нижня піввісь 6 ХРК і нижній кожух 7 ХРК пов'язані між собою за допомогою верхнього 8 і нижнього 9 підшипникових вузлів ковзання, тобто являють собою поступальну пару з однією нерухомою ланкою. На нижньому кожусі 7 ХРК є стопор 10, який дозволяє фіксувати положення нижнього кожуха 7 ХРК відносно нижньої піввісі 6 ХРК. ХРК за допомогою вузла хитання 11 пов'язана з рамою веломобіля 13, при цьому ХРК і вісь 12 вузла хитання 11 складають обертальну пару з однією нерухомою ланкою. Нижній кожух 7ХРК пов'язаний з ланцюгом 15 за допомогою важеля 14, ланцюг 15 розтягнутий 93848 6 на веденій зубчатці заднього колеса 16 і фальшзубчатці 17, пов'язаній з хитним коромислом 18 за допомогою підшипникових вузлів кочення 19. Віссю обертання хитного коромисла 18 є вісь обертання заднього колеса 20 (колесо з безгальмовою втулкою і з тріскачкою), з якою хитке коромисло пов'язане за допомогою підшипникових вузлів кочення 21, тобто вісь обертання заднього колеса 20 і хитне коромисло 18 являють собою обертальну пару з однією нерухомою ланкою. Кінець важеля 22, зв'язаного з верхнім кожухом 2 ХРК, являє собою елемент сферичної пари 23, комплементарний елемент якої знаходиться на кінці тяги 24. Сферична пара 23 розташована точно на осьовій лінії осі 12 вузла хитання 11, при нейтральному положенні керма 1 коли осьова лінія керма 1 перпендикулярна до осьової лінії рами 13. Тяга 24 пов'язана з поворотником 25 за допомогою сферичної пари 26. Поворотник 25 обертається на осі 27 і пов'язаний з нею за допомогою підшипникового вузла кочення 42. Вісь 27 закріплена на поперечині 28. Поворотник 25 через тягу 29, що має на кінцях сферичні пари 30 і 31, пов'язаний з коромислом 32 вилки лівого колеса 33. Коромисло 32 вилки лівого колеса 33 пов'язане з коромислом 34 вилки правого колеса 38 за допомогою тяги 35, яка має на кінцях сферичні пари 36 і 37. Підтримуючий важіль 39, що має в своєму складі сферичну 40 і поступальну 41 пари, застосовується при необхідності (коли хитне коромисло 18 має велику масу). Опишемо принцип роботи кінематичної схеми веломобіля на прикладі його триколісної модифікації, кінематична схема якої показана на Фіг.1. Приведення в рух веломобіля здійснюється шляхом силового впливу на кермо 1 в задньому напрямку. При цьому важіль - ХРК (верхній кожух 2, верхня піввісь 3, нижня піввісь 6, нижній кожух 7, важіль 14) передає це зусилля на ланцюг 15, який у свою чергу здійснює силову дію на ведену зубчатку заднього колеса 16. Виникаючий при цьому на зубчатці 16 крутний момент приводить веломобіль в рух. Опишемо алгоритм покрокового перетворення конфігурації кінематичної схеми триколісного веломобіля, показаної на Фіг.1, в конфігурацію, показану на Фіг.7, в результаті силового впливу на кермо 1. Алгоритм перетворення конфігурації кінематичних схем, показаних на Фіг.2, 3, 4, 5, 6, в результаті силового впливу на кермо 1, аналогічний нижче описаному. Під впливом сили на кермо 1 в задньому напрямі воно разом з верхньою частиною важеля ХРК йде назад, у свою чергу нижня частина важеля - ХРК йде вперед, тягнучи за собою через важіль 14 навантажену частину ланцюга 15, яка будучи в зачепленні з веденою зубчаткой заднього колеса 16 приводить її в обертання. Оскільки ланцюг 15 розтягнутий на веденій зубчатці заднього колеса 16 і фальшзубчатці 17, розташованій на кінці хиткого коромисла 18, то при робочому ході важеля - ХРК точка зачеплення важеля 14 і ланцюга 15 знаходиться на колі з 7 центром на осьовій лінії вісі 12 вузла хитання 11, що призводить до повороту хитного коромисла 18 відносно осі обертання заднього колеса 20. При подачі керма в передньому напрямку (холостий хід) система приводу веломобіля приходить у початковий стан і готова здійснити черговий робочий хід. Даний опис показує можливість перетворення коливального руху важеля - ХРК в поступальний рух веломобіля. Оскільки нижня піввісь 6 ХРК і нижній кожух 7 ХРК складають поступальну пару, то це дозволяє змінювати довжину нижньої частини важеля - ХРК, фіксуючи взаємне положення нижньої піввісі 6 і нижнього кожуха 7 за допомогою стопора 10. Таким чином, можливо змінювати співвідношення довжин верхньої і нижньої частин важеля - ХРК. Можна сказати, що змінність довжини нижньої частини важеля - ХРК є якість, що дозволяє йому (нижній частині важеля - ХРК) виконувати функцію коробки передач веломобіля. Опишемо алгоритм покрокового перетворення конфігурації кінематичної схеми триколісного веломобіля, показаної на Фіг.1, в перетворену конфігурацію, показану на Фіг.8, в результаті керуючого впливу на кермо 1 (при повороті його направо). Алгоритм перетворення кінематичних схем показаних на Фіг.2, 3, 4, 5, 6 аналогічний нижче описаному. Переводимо ХРК у вертикальне положення. Повертаємо кермо 1 за годинниковою стрілкою (якщо дивитися зверху). При цьому верхній кожух 2 ХРК разом з важелем 22 і сферичною парою 23 повертаються за годинниковою стрілкою відносно 93848 8 верхньої піввісі 3 та штовхають тягу 24 вперед. Тяга 24 через сферичну пару 26 впливає на поворотник 25 і повертає його за годинниковою стрілкою. В свою чергу поворотник 25 через сферичну пару 30 штовхає тягу 29 вліво. Тяга 29 через сферичну пару 31 впливає на коромисло 32 вилки лівого колеса 33 і повертає коромисло 32 і вилку лівого колеса 33 за годинниковою стрілкою. При цьому, коромисло 32 через сферичну пару 36 впливає на тягу 35 і далі через сферичну пару 37 на коромисло 34 вилки правого колеса 38, повертаючи коромисло 34 і вилку правого колеса 38 за годинниковою стрілкою (синхронно з вилкою лівого колеса 33). Таким чином, ми переконалися, що поворот керма 1 за годинниковою стрілкою викликає синхронний поворот вилок 33 і 38 лівого і правого коліс за годинниковою стрілкою, тобто веломобіль при цьому здійснює поворот праворуч. При повороті керма 1 проти годинникової стрілки аналогічно відбувається поворот веломобіля вліво. Оскільки при розвороті керма 1 в положення, коли його осьова лінія перпендикулярна до осьової лінії рами веломобіля 13 (нейтральне положення), сферична пара 23 знаходиться на осьовій лінії вісі 12 вузла хитання 11ХРК, то хитання ХРК при робочому (силовому) і холостому ході ХРК не збиває управління веломобіля. Пропонована кінематична схема дозволяє створювати конструктивно прості, надійні та зручні в експлуатації веломобілі з ручним приводом і управлінням, які можуть використовувати і люди з обмеженими функціональними можливостями ніг. 9 93848 10 11 93848 12 13 93848 14 15 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 93848 Підписне 16 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601