Привод одноколійного транспортного засобу зі змінним передаточним відношенням

Изобретение относится к цепным приводам велосипедов с раздвижной ведущей звездочкой, диаметр которой может быть изменен по желанию велосипедиста. Известен привод с изменяемым передаточным отношением и звездочкой переменного диаметра, содержащий ведущую изменяемую звездочку, имеющую ведущий фланец и поворотный фланец, установленный на оси, с двумя зубчатыми сегментами и по крайней мере, двумя промежуточными гладкими сегментами, расположенными между этими фланцами. Сегменты могут расходиться и сходиться при повороте одного фланца относительно другого с Сопутствующим изменением рабочего диаметра ведущей звездочки. В ведущем фланце выполнены спиральные волнообразные пазы и радиальные шпоночные канавки. Каждый из сегментов выполнен как отдельный элемент конструкции и снабжен кулачками с толкателями, которые размещены в пазах ведущего фланца [2]. Привод характеризуется сложными, требующими прецезионной точности исполнения связями между многочисленными кинематически, связанными группами элементов привода. Четкость взаимодействуя элементов передачи, размещенных между двумя фланцами ведущей звездочки, зависит от точности их взаимного положения и точности исполнения соприкасающихся поверхностей этих элементов: фигурных направляющих пазов, кулачков, шпонок, что практически трудно достижимо. В случае отклонения от прецезионной точности обработки и сборки или износе элементов возможен перекос и заклинивание сегментов, а в результате - несанкционированный сбой передачи. При вращении изменяемой звездочки цепь взаимодействует то с одним, то с другим зубчатым сегментом. Во время этого взаимодействия возможен временной интервал внутри рабочего диапазона, о течение которого цепь охватывает оба з убчаты х сегмента одновременно. В этом интервале движение сегментов оказывается блокированным цепью, а переключение скорости невозможно. Этот "мертвый" интервал может достигать 30° поворота ведущей звездочки, что сужает кинематический диапазон, в котором возможен маневр переключения, создает неудобства в управлении передачей, т.е. снижает ее эксплуатационные свойства. В основу изобретения поставлена задача создания привода одноколейного транспортного средства с изменяемым передаточным отношением, исключающего сложные связи между группами элементов, перекосы и заклинивание элементов, сбой передачи, увеличивающей диапазон переключения. Поставленная задача решается тем, что в приводе одноколейного транспортного средства с изменяемым передаточным отношением, содержащем цепную передачу и механизм переключения скорости, причем передача включает в себя цепь со звеньями, педальный вал с педапями, жестко насаженный на педальный вал фланец со шпоночными пазами, ведущую звездочку переменного диаметра с чередующимися зубчатыми и гладкими участками, выполненную из секторов, каждый из которых выполнен заодно со шпонкой с возможностью взаимодействия со звеньями цепи, охватывающей звездочку, и связан с фланцем с возможностью тангенциального перемещения, согласно изобретению, передача снабжена шестерней, свободно сидящей на педальном валу, один из секторов подпружинен к фланцу, а каждый из секторов выполнен заодно со шпонкой и зубчатой рейкой, входящей в зацепление с шестерней, фланец снабжен симметрично размещенными консольными вылетами, причем шпоночные пазы выполнены на консольных вылетах, каждый из пазов охватывает шпонку соответствующего сектора. Каждый из консольных вылетов фланца выполнен в виде вилки с вертикальным открытым пазом и плоскими наружной и внутренней боковинами. Один из консольных вылетов фланца может быть выполнен с рядом поперечных канавок и взаимодействовать с ножным механизмом переключения передачи. В этом случае ножной механизм переключения вилки выполнен в виде двуплечего рычага с коротким и длинным плечами, размещенного с возможностью качания на оси, жестко укрепленной на подпружиненном секторе ведущей звездочки, причем короткое плечо рычага размещено в одной из поперечных канавок консольного вылета фланца. Двуплечий рычаг механизма переключения поджат к подпружиненному сектору ведущей звездочки. Механизм переключения может быть выполнен ручным и содержать жестко укрепленную на педальном валу продольно разомкнутую и закрытую с одного торца втулку, в стенке которой выполнен продольный паз с односторонними отводами, размещенными под углом к продольному пазу, вн утри втулки размещен подпружиненный рычаг и жестко укрепленный на выходе рычага сухарь с пальцем, причем последний расположен в пазу втулки с возможностью перемещения в нем и связан тягой с зубчатой рейкой подпружиненного сектора ведущей звездочки. Отводы паза выполнены в сторону, совпадающую с усилием поджимающей рычаг во втулке пружины. Шпоночные пазы и поперечные канавки выполнены на обращенной к сектору боковине вилки. В ручном варианте исполнения механизм переключения скорости содержит жестко укрепленную на педальном валу разомкнутую вдоль оси втулку, один торец которой закрыт заглушкой, а в стенке выполнен фигурный паз. Внутри втулки размещен подпружиненный рычаг, на выходе которого посажен сухарь с пальцем. Палец расположен в одном из ответвлений фигурного паза и связан тягой с зубчатой рейкой подпружиненного сектора ведущей звездочки. В приводе исключены кинематически сложные элементы: кулачки, фигурные, пазы, детали привода конструктивно просты при упрощенной общей кинематике узлов, исключены "мертвые" зоны, перекосы и заедания. Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено: на фиг. 1 - привод в исходном состоянии (секторы сомкнуты), вид спереди (без цепи); на фиг. 2 - кинематическая схема передачи в исходном положении; на фиг. 3 - кинематическая схема передачи в крайнем положении, при максимальной скорости движения; на фиг, 4 -узел реечной передачи в положении максимальной скорости; на фиг. 5 - узел ножного переключения скорости в разрезе; на фиг. 6 -узел ножного переключения скорости, вид сзади; на фиг. 7 фланец, вид сзади; на фиг, 8 - разрез передачи по педальному валу; на фиг. 9 - узел ручного переключения передачи; на фиг. 10 - узел крепления втулки к педальному валу; на фиг. 11 - втулка в продольном сечении; на фиг. 12 - рычаг в аксонометрии; на фиг. 13 - сухарь в аксонометрии; на фиг. 14 - втулка в аксонометрии. На педальном валу 1 велосипеда размещены педали 2, втулка 3 на подшипниках 4 и фланец 5. На одном конце втулки 3 по диаметру выполнена проточка, на которую посажена синхронизирующая шестерня 6, торец которой прилегает к поверхности фланца 5, посаженного на педальный вал 1 на шпонке. Зубчатая шестерня 6 входит в зацепление с рейками 7 управляемого 8 и управляющего 9 секторов ведущей звездочки 10. Звездочка 10 связана цепью 11 с ведомой звездочкой 12 и натяжными звездочками 13. Управляемый сектор 8 звездочки 10 стянут пружиной 14 с фланцем 5. На управляющем секторе 9 ведущей звездочки 10 размещен механизм переключения скорости. Фланец 5 имеет два передних 15 и два задних 16 вылета, каждый из которых раздвоен вертикальным открытым пазом и плоскими наружной и внутренней боковинами, образуя вилку. На обращенной к сектору боковине вилки каждого из вылетов выполнен продольный шпоночный паз 17, длина которого не менее величины хода ведущей звездочки. В ножном варианте переключения обращенная к управляющему сектору 9 боковина вылета 16 фланца 5 выполнена с рядом поперечных канавок, количество которых соответствует количеству возможных скоростей передачи. В наилучшем варианте исполнения количество скоростей и канавок восемь. Каждый из секторов ведущей звездочки 10 выполнен заодно с зубчатой рейкой 7, входящей в зацепление с синхронизирующей шестерней 6, образуя вместе с последней зубчато-реечную передачу. Секторы размещены внутри вилок вылетов фланца 5 и тем самым защищены от несанкционированного перекоса и заклинивания при переключении передачи. Каждый из секторов 8 и 9 имеет рабочий участок 29 с зубьями, размещенный центрально по горизонтальной оси ведущей звездочки 10. Количество зубьев на рабочем участке может быть от двух до семи и зависит от длины цепи и заданных условий переключения скорости, в частности, диапазона дуги переключения. Чем меньше зубьев на рабочем участке, тем больше диапазон дуги (угла), вн утри которого может быть осуществлен маневр изменения скорости, но больше износ цепи, и наоборот: большее количество зубьев способствует сужению величины диапазона маневра и увеличивает срок службы цепи. Наилучшим экспериментально установлен вариант, когда на каждом секторе 8 и 9 выполнено по четыре зуба. Участки секторов 8 и 9, примыкающих к рабочим, зубьев не имеют, выполнены гладкими. В исходном положении секторы 8 и 9 сомкнуты благодаря пружине 14. Секторы 8 и 9 выполнены заодно со шпонками 20, по две на каждом секторе. Шпонки 20 размещены симметрично относительно осей ведущей звездочки 10 и друг друга и входят в шпоночные пазы 17 фланца 5, закрепленного на внутреннем торце педали 2. Горизонтальная ось фланца 5 перпендикулярна педали 2. Ме ханизм переключения скорости в ножном исполнении содержит двуплечий рычаг, нижнее короткое плечо 21 которого размещено в одной из поперечных канавок консольного вылета фланца 5, а верхнее плечо 22 рычага слегка изогнуто. Рычаг имеет возможность свободного поворота на оси 23, закрепленной на переднем торце подпружиненного сектора 9 и поджат к нему шпилечной пружиной 24, одним концом упирающейся в прилив 25 сектора 9, а другим -в шпильку 26 двуплечего рычага. В ручном варианте исполнения механизм переключения скорости содержит укрепленную на педальном валу 1 фасонную втулк у 27, имеющую одностороннюю сквозную прорезь 28. Торец втулки 27, обращенный к передаче, закрыт заглушкой 29. В стенке втулки 27 выполнен продольный паз 30 с отводами 31, размещенными под углом к продольному пазу 30. Внутри втулки 27 размещен подпружиненный пружиной 32 рычаг 33 квадратного сечения с отогнутым свободным концом 34, служащим рукоятью управления. На выходе рычага 33. во втулке 27 на него насажен сухарь 35 с квадратным, соответствующим сечению рычага, отверстием. На сухаре 35 выполнен упорный палец 36, в исходном положении размещенный в крайнем со стороны фланца 5 отводе 31 паза 30. На пальце 36 укреплен один конец тросовой тяги 37, другой конец тяги 37 закреплен на пальце 38, установленном на конце зубчатой рейки 7 управляющего сектора 9 звездочки 10. Тросовая тяга 37 скользит по направляющему ролику 39, установленному на педальном валу 1. Привод с ножным механизмом переключения скорости работает следующим образом. Велосипедист приводит педали 2 в вертикальное положение. Переключение возможно в диапазоне отклонения педалей 2 от вертикали +40°. Правая педаль, на которой укреплен фланец 5, должна быть расположена вверху, а левая - внизу. В таком положении ногой велосипедист нажимает на отогнутое свободное плечо 22 двуплечего рычага, последний поворачивается на оси 23. При этом короткое плечо 21 рычага находится на поперечной канавки фланца 5. Находящийся под воздействием ноги велосипедиста двуплечий рычаг, жестко связанный через ось 23 с управляющим сектором 9, смещает сектор 9 вдоль горизонтальной оси ведущей звездочки 10. Через реечно-зубчатую передачу 7-6 движение передается далее на управляемый сектор 8, который, преодолевая усилие пружины 14 сжатия, отходит в противоположную сторону от управляющего сектора 8, увеличивая диаметр ведущей звездочки 10. Смещение секторов 8 и 9 происходит до тех пор, пока велосипедист не прекратит воздействовать на двуплечий рычаг. При снятии воздействия на двуплечем рычаге его короткое плечо 21 входит в ближайшую поперечную канавку вылета фланца 5 и фиксирует секторы 8 и 9 в смещенном состоянии. Управляющий двуплечий рычаг при этом поджимается пружиной 24 к торцу управляющего сектора 9. Скорость увеличена. Для понижения скорости велосипедист снова нажимает на длинное плечо 22 двуплечего рычага, выводя его короткое плечо 21 из зацепления с поперечной канавкой, регулируя усилие воздействия на двуплечий рычаг в горизонтальном направлении. Если усилие воздействия на рычаг меньше величины усилия пружины 14, стягивающей секторы 8 и 9, то секторы 8 и 9 сближаются вплоть до смыкания, скорость уменьшается. И наоборот, при усилии на рычаге большем, чем сила сжатия пружины 14, секторы 8 и 9 расходятся, скорость увеличивается. Переключение скоростей осуществляет в вертикальном, с отклонением 40° положения педалей 2. Привод при ручном варианте исполнения механизма переключения скорости работает следующим образом. Велосипедист поворотом рукоятки 34 рычага 33 по часовой стрелке выводит из крайнего нижнего отвода 31 упорный палец 36, который попадая в продольный паз 30, получает возможность вместе с сухарем 35 скользить внутри втулки 27, увлекая за собой тросовую тягу 37. Тяга 37 скользит по направляющему ролику 39 и, преодолевая усилие пружины 14, смещает управляющий сектор 9 относительно управляемого сектора 8. Диаметр ведущей звездочки 10 увеличивается, скорость возрастает. Поворотом рычага 33 за рукоять 34 против часовой стрелки велосипедист фиксирует упорный палец 36 в одном из отводов 31 паза, а вместе с пальцем фиксирует положение рычага 33 с сухарем 35, а также взаимное положение секторов 8 и 9. Скорость увеличивается при перемещении сухаря 35 с фиксирующим пальцем 36 κ открытому торцу втулки 27, и уменьшается при передвижении в обратном направлении. Выполнение консольных вылетов фланца в виде вилки с вертикальным открытым наружу пазом позволяет увеличить жесткость передачи, предупреждает возможный перекос секторов во время работы, особенно в момент переключения скорости. Поджатие рычага к телу управляющей звездочки исключает его дребезжание в исходном состоянии и повышает жесткость привода. Привод исключает возможность появления "мертвого" кинематического диапазона, внутри которого невозможно управление передачей, расширяя рабочий диапазон до 50-60°, повышает удобство пользования транспортным средством и улучшает его эксплуатационные свойства. Привод конструктивно прост, облегчен по весу, легко демонтируется и собирается.