НАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ВЕЛОСИПЕДА
HOLD-DOWN GEARSHIFT DEVICE FOR BICYCLE

Настоящее изобретение относится к устройству переключения скоростей велосипедов, а именно к устройству переключения скоростей велосипедов, которое способствует переключению скоростей устройства, расположенного на ступице заднего колеса велосипеда, тем самым легко переключая скорости устройства даже малым усилием.
Обычно велосипед, приводимый в движение усилием, прикладываемым к педалям, имеет устройство переключения скоростей, для того чтобы изменять скорость вращения колес велосипеда. В качестве устройства переключения скоростей велосипедов имеется внешняя цепная передача, включающая в себя множество звездочек, которые расположены на заднем колесе и на которые установлена цепь, и переключатель скоростей, который выборочно соединяет цепь с одной из звездочек.
Во внешней цепной передаче имеется та проблема, что цепь часто соскакивает со звездочек во время езды на велосипеде и таким образом должна быть заново установлена на звездочки. При этом, поскольку смазочное масло, такое как солидол, нанесено на цепь, так чтобы цепь могла легко перемещаться, смазочное масло может испачкать одежду велосипедиста, и руки также загрязняются смазочным маслом во время повторной установки соскочившей цепи. Дополнительно, в том случае, если велосипедистом является женщина или ребенок, то затруднительно заново установить соскочившую цепь на звездочку.
Для того чтобы решить проблемы внешней цепной передачи, недавно была предложена внутренняя зубчатая передача, которая расположена в ступице заднего колеса. В качестве примера внутренней зубчатой передачи было раскрыто устройство для переключения скоростей велосипедов (корейский патент №10-0436697), который был предложен автором настоящего изобретения.
Вышеупомянутое устройство для переключения скоростей велосипедов, как показано на фиг.1, включает в себя ведомую звездочку 100 для принятия движущей силы ведущей звездочки; участок управления скоростью, включающий в себя водило 210, прикрепленное к одной стороне ведомой звездочки 100 и имеющее множество планетарных шестерен 220, установленных на него, две или более солнечных шестерни 231 и 232, каждая из которых имеет храповые зубья, выполненные по ее внутренней периферии, и кольцевую шестерню 240, зацепленную с планетарными шестернями 220; выходной участок, включающий в себя корпус 310 ступицы для передачи движущей силы заднему колесу велосипеда с помощью водила 210 и кольцевой шестерни 240, и средство 320 сцепления, установленное между водилом 210 и корпусом 310 ступицы и кольцевой шестерней 240 и корпусом 310 ступицы для выборочной передачи движущей силы; и участок управления переключением скоростей, включающий в себя ось 410 ступицы, имеющую участок 411 позиционирования собачки, две или более собачки 421 и 422, выполненные с возможностью зацепления с или освобождения от храповых зубьев двух или более солнечных шестерен 231 и 232, кольцо 430 управления собачками, выполненное с возможностью управления положениями собачек 421 и 422, преобразующий диск 450, имеющий паз для наматывания троса по его наружной периферии, и зацепляющий участок на наружной периферии, причем преобразующий диск выполнен с возможностью изменения положения кольца 430 управления собачками посредством промежуточного участка 440, пружину 460 для восстановления положения преобразующего диска 450 до начального положения и размещающий участок 470 для сохранения расположения преобразующего диска 450.
Трос, установленный на зацепляющем участке преобразующего диска 450, соединен с рычагом (не показан), расположенным на руле.
При переключении скорости велосипеда, используя вышеописанное устройство, трос, соединенный с рычагом, поворачивает преобразующий диск посредством приведения в действие рычага. И кольцо управления собачками поворачивается в соответствующее положение, так что собачка зацепляется с храповыми зубьями, образованными на внутренней периферии одной из солнечных шестерен, чтобы передать вращательное усилие, и, таким образом, планетарная шестерня зацепляется с наружной окружностью солнечной шестерни, тем самым обеспечивая переключение скорости. При этом, если выбрана большая солнечная шестерня, велосипед находится в состоянии высокой скорости, и если выбрана малая солнечная шестерня, велосипед находится в состоянии средней скорости, и если не выбрана ни одна из солнечных шестерен, велосипед находится в состоянии низкой скорости.
При этом, когда начинается движение по дороге, идущей в гору, то, пока велосипед движется на высокой скорости, может быть выбрано более низкое передаточное отношение устройства, чтобы снизить скорость велосипеда, для того чтобы увеличить крутящий момент. При этом возникают следующие проблемы. А именно при попытке привести в движение рычаг и повернуть собачку в положение торможения, поскольку собачка постоянно толкает храповые зубья в положение крепкого зацепления с храповыми зубьями, образованными на внутренней периферии солнечной шестерни, нелегко повернуть кольцо управления собачками. Только после приложения такого усилия, что, по меньшей мере, собачка переходит наклонную поверхность храповых зубьев, может быть достигнуто переключение скорости.
Когда велосипед движется по дороге, идущей под гору, с меньшим педальным усилием, зацепление между собачкой и храповыми зубьями освобождается и переключение скоростей может быть обеспечено малым усилием, таким образом, хотя переключение не может быть достигнуто из-за сильного педального усилия при движении по дороге, идущей в гору, это не имеет большого значения.
Однако в том случае, если вышеупомянутая передача применяется на электрическом велосипеде, в котором в качестве приводного средства используется электрический мотор, то поскольку большое усилие всегда приложено между собачкой и храповыми зубьями, которые зацеплены друг с другом, нелегко выполнить переключение скоростей. Следовательно, в случае, если переключение скоростей выполняется приведением в действие электрического устройства, такого как электрический переключатель, который вырабатывает относительно малую движущую силу, еще сложнее обеспечить переключение скоростей.
В публикации японского патента № Hei 10-96453 описано, что переключение скоростей может быть обеспечено, даже если собачка крепко зацеплена с храповыми зубьями солнечной шестерни. В раскрытом документе предложен небольшой электрический мотор для управления переключением скоростей, чтобы поворачивать собачку. При этом, если поворотное усилие для поворота собачки больше выходной мощности электрического мотора, движущая сила колеса, полученная от участка передачи движущей силы, передается кольцу управления собачками, тем самым обеспечивая переключение. Следовательно, поскольку в вышеупомянутом документе используется фактически движущая сила колеса, несмотря на то, что используется небольшой электрический мотор, тяжелая нагрузка действует на его компоненты и он также теряет часть движущей силы. Дополнительно, поскольку механизм для передачи движущей силы от участка передачи движущей силы к кольцу управления собачками так сложен, трудно воплотить механизм в действительности.
Вариант выполнения настоящего изобретения направлен на создание нажимного устройства переключения скоростей велосипеда, которое может легко и просто обеспечить переключение скорости устройства.
Для решения задачи настоящего изобретения согласно настоящему изобретению создано нажимное устройство переключения скорости велосипеда, включающее в себя ось ступицы, на которую установлено множество собачек; кольцо управления собачками, которое управляет собачками; водило, которое расположено снаружи кольца управления собачками; множество солнечных шестерен, зацепленных с осью ступицы приведением в действие собачек; множество планетарных шестерен, зацепленных с солнечными шестернями; корпус ступицы, который принимает водило и имеет кольцевую шестерню, зацепленную с планетарной шестерней; и блок переключения скорости, который вращает кольцо управления собачками, в котором прижимной элемент расположен на кольце управления собачками, и шлицевой паз образован на внутренней периферии водила, так чтобы прижимной элемент перемещался за счет вращения водила, чтобы прижать собачку и освободить зацепление между собачкой и солнечной шестерней.
В другом варианте выполнения изобретения имеется только одна первая собачка и/или только одна вторая собачка для того, чтобы упростить конструкцию. В предпочтительном варианте выполнения изобретения имеются две первые собачки 12 и/или две вторые собачки 13, облегчая распределение нагрузки.
Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - вид в сечении традиционного устройства переключения скоростей велосипедов.
Фиг.2 - вид в перспективе устройства принудительного переключения скоростей велосипеда согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 - вид с разнесением деталей в перспективе фиг.2.
Фиг.4 - вид в сечении фиг.2.
Фиг.5 - вид в перспективе оси ступицы согласно настоящему изобретению.
Фиг.6A - вид в перспективе участка крепления первой и второй собачек согласно настоящему изобретению.
Фиг.6B - вид, показывающий положение, в котором первая и вторая собачки собраны на участке крепления собачек согласно настоящему изобретению.
Фиг.7A и 7B - виды в перспективе кольца управления собачками согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг.8A и 8B - виды в перспективе кольца управления собачками согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.
Фиг.9A - вид в перспективе водила согласно настоящему изобретению.
Фиг.9B - вид спереди водила согласно настоящему изобретению.
Фиг.10A - вид в перспективе первой солнечной шестерни согласно настоящему изобретению.
Фиг.10B - вид в перспективе второй солнечной шестерни согласно настоящему изобретению.
Фиг.11 - вид в перспективе водила сзади согласно настоящему изобретению.
Фиг.12A и 12B - виды спереди шлицевых пазов согласно настоящему изобретению.
Фиг.13 - вид в сечении, показывающий соединенное положение оси ступицы и водила согласно настоящему изобретению.
Фиг.14 - вид в перспективе корпуса ступицы согласно настоящему изобретению.
Фиг.15 - вид в сечении, показывающий соединенную конструкцию собачки, кольца управления собачками и шлицевого паза согласно настоящему изобретению.
Фиг.16A, 16B, 16C, 16D, 16E и 16F - виды, показывающие рабочие положения с фиг.15.
Фг.17 - вид в сечении, показывающий другую соединенную конструкцию собачки, кольца управления собачками и шлицевого паза согласно настоящему изобретению.
Фиг.18A, 18B, 18C, 18D, 18E и 18F - виды, показывающие рабочие положения с фиг.17.
Фиг.19 - вид в сечении прижимного элемента согласно настоящему изобретению.
Фиг.20 - вид в сечении шлицевого паза согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения.
Подробное описание основных элементов
1: нажимное устройство переключения скорости велосипеда
10: ось ступицы
11: участок крепления собачек
12: первая собачка
12a: первая фиксирующая собачка
12b: первая изгибающаяся собачка
12c: первый соединительный участок
13: вторая собачка
13a: вторая фиксирующая собачка
13b: вторая изгибающаяся собачка
13c: второй соединительный участок
15: кольцо управления собачками
16: кольцевой корпус
16a: первый толкающий выступ
16b: второй толкающий выступ
17: регулирующий стержень
18: крепежное отверстие
18a: выступающий участок
19: фиксирующее кольцо
19a: первый толкающий выступ
19b: второй толкающий выступ
20: водило
21: корпус
21a: участок крепления звездочки
22: планетарная шестерня
23: первая солнечная шестерня
23a: первая зубчатая часть
23b: первый фиксирующий выступ
24: вторая солнечная шестерня
24a: вторая зубчатая часть
24b: второй фиксирующий выступ
25: храповой элемент
26: звездочка
27, 27a, 27b: шлицевой паз
28: преобразующий элемент
29: корпус шлицевого паза
30: корпус ступицы
31: кольцевая шестерня
32: храповые зубья
40: кожух
50: блок переключения скорости
60: несущий блок
B: прижимной ролик
B': упорный шарик
S: пружина
P: штифт
Преимущества, признаки и аспекты настоящего изобретения станут понятны из следующего описания вариантов выполнения со ссылкой на чертежи, которое изложено ниже.
Настоящее изобретение относится к нажимному устройству 1 переключения скорости велосипеда, которое может выборочно прикладывать прижимающее усилие к собачке, чтобы принудительно освободить зацепления между собачкой и солнечной шестерней, тем самым решая проблему трудности переключения скоростей из-за зацепления собачки и солнечной шестерни в таком положении, что значительная сила всегда приложена между ними, когда устройство переключения скорости велосипеда переключается с более высокой скорости на более низкую скорость.
Для того чтобы помочь пониманию настоящего изобретения, во-первых, будут описаны конструкция и работа устройства переключения скорости велосипедов, в котором нажимное устройство 1 переключения скорости настоящего изобретения может быть применено.
Как показано на фиг.2-6, устройство переключения скорости велосипедов включает в себя ось 10 ступицы, имеющую наружную периферию, на которой установлены первая 12 и вторая 13 собачки; кольцо 15 управления собачками, которое управляет собачками 12 и 13; водило 20, которое расположено снаружи кольца 15 управления собачками; первую и вторую солнечные шестерни 23 и 24, которые зацеплены с осью 10 ступицы за счет приведения в действие первой и второй собачек 12 и 13; множество планетарных шестерен 22, которые зацеплены с первой и второй солнечными шестернями 23 и 24; корпус 30 ступицы, в котором размещено водило 20 и которое имеет солнечную шестерню 31, зацепленную с множеством планетарных шестерен 22; кожух 40, который закрывает корпус 30 ступицы; блок 50 переключения скорости, который расположен снаружи корпуса 30 ступицы, для того чтобы вращать кольцо 15 управления собачками; и несущий блок 60, который поддерживает ось 10 ступицы.
Как показано на фиг.5, оба конца оси 10 ступицы соответственно прикреплены к раме (не показаны). Участки 11 крепления собачек выполнены в продольном направлении вдоль оси 10 ступицы, на которую установлены первая и вторая собачки 12 и 13.
Рабочие углы первой и второй собачек 12 и 13 управляются вращением кольца 15 управления собачками, и, таким образом, ось 10 ступицы зацеплена с внутренней периферией одной или всех первой и второй солнечных шестерен 23 и 24, которые выполнены с возможностью вращения и вмещают наружные поверхности первой и второй собачек 12 и 13, тем самым обеспечивая переключение скорости.
Более подробно, как показано на фиг.6A (см. фиг.10A и 10B), первая и вторая собачки 12 и 13, установленные на участок 11 крепления собачек, включают в себя первую и вторую фиксирующие собачки 12a и 13a, которые неподвижно зацеплены с первым и вторым фиксирующими выступами 23b и 24b, образованными на внутренних перифериях первой и второй солнечных шестерен 23 и 24, и первую и вторую изгибающиеся собачки 12b и 13b, которые расположены на одной прямой с первой и второй фиксирующими собачками 12a и 13a, чтобы проходить до бокового конца участка 11 крепления собачек, и первый и второй соединительный участки 12c и 13c, которые соединяют первую и вторую изгибающиеся собачки 12b и 13b и первую и вторую фиксирующие собачки 12a и 13a.
Как показано на фиг.6B, кольцевая пружина S расположена на первой и второй собачках 12 и 13, так чтобы требуемое усилие всегда было приложено между первой и второй собачками 12 и 13 и концы первой и второй собачек 12 и 13 были подняты. Как показано на фиг.7 и 8, кольцо 15 управления собачками расположено на наружных поверхностях первой и второй изгибающихся собачек 12b и 13b, которые проходят к боковой стороне участка 11 крепления собачек, чтобы охватить первую и вторую изгибающиеся собачки 12b и 13b. Следовательно, концы первой и второй изгибающихся собачек 12b и 13b нажимаются или освобождаются вращением кольца 15 управления собачками, и первая и вторая фиксирующие собачки 12a и 13a, соединенные с первой и второй изгибающимися собачками 12b и 13b, также нажимаются или освобождаются, и, таким образом, первый и второй фиксирующие выступы 23b и 24b, образованные на внутренних окружностях первой и второй солнечных передач 23 и 24, зацепляются или расцепляются с первой и второй фиксирующими 16a, 16b, 19a и 19b образованы на внутренней периферии кольца 15 управления собачками, с тем чтобы управлять первой и второй изгибающимися собачками 12b и 13b.
Как показано на фиг.4, 9A, 9B и 11, множество планетарных шестерен 22 расположены на одной стороне водила 20, и на противоположной стороне относительно множества планетарных шестерен 22 водила 20 имеется участок 21a крепления звездочек, на который установлена звездочка 26.
Как показано на фиг.2, 9A и 11, храповой элемент 25 дополнительно имеется на водиле 20, так что корпус 30 ступицы зацепляется с водилом 20, когда корпус 30 ступицы вращается вперед и корпус 30 ступицы расцепляется с водилом 20, и только корпус 30 ступицы вращается, когда корпус 30 ступицы вращается в обратном направлении. Храповой элемент 25 всегда вытолкнут наружу упругой силой цилиндрической пружины (не показана).
Как показано на фиг.10A и 10B, соответственно первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24 имеют первую и вторую зубчатые части 23a и 24a, образованные на их внешней периферии. Зубчатые части 23a и 24a соответственно зацеплены с большой зубчатой частью и малой зубчатой частью планетарных шестерен 22. И первый, и второй фиксирующие выступы 23b и 24b образованы на внутренних окружностях первой и второй солнечных шестерен 23 и 24, чтобы быть соответственно зацепленными с первой и второй фиксирующими собачками 12a и 13a, которые подняты.
Как показано на фиг.13, водило 20 выполнено с возможностью размещения кольца 15 управления собачками на оси 10 ступицы. И первая, и вторая солнечные шестерни 23 и 24 горизонтально расположены между множеством планетарных шестерен 22, установленных на водиле 20 и оси 10 ступицы. В положении, когда первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24 зацеплены с большой и малой зубчатой частью соответственно, если первый и второй фиксирующие выступы 23b и 24b, образованные на внутренних перифериях первой и второй солнечных шестерен 23 и 24, зацеплены с первой и второй собачками 12 и 13 вращением, управляемым кольцом 15 управления собачками, первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24, зацепленные с первой и второй собачками 12 и 13, прикреплены к оси 10 ступицы, и, таким образом, вращательная движущая сила звездочки 26 передается с передаточным отношением одной из большой или малой зубчатых частей планетарных шестерен 22, тем самым обеспечивая переключение скоростей.
При этом, как показано на фиг.13, планетарные шестерни 22 прикреплены к водилу 20 множеством штифтов P, чтобы быть зацепленными с шестернями, образованными на внешних перифериях первой и второй солнечных шестерен 23 и 24, и каждая из планетарных шестерен 22 вращается вокруг каждой оси вращения солнечных шестерен 23 и 24 и вокруг каждой оси вращения штифтов P за счет вращения водила 20.
Вращательное усилие планетарных шестерен 22 передается кольцевой шестерне 31, образованной на внутренней окружности корпуса 30 ступицы, и, таким образом, корпус 30 ступицы вращается, тем самым обеспечивая переключение скорости с высокой скорости и до низкой скорости посредством передаточного отношения планетарных шестерен 22, зацепленных с первой солнечной шестерней 23 или второй солнечной шестерней 24, и передаточного отношения вращающихся планетарных шестерен 22 и кольцевой шестерни 31.
Как показано на фиг.14, корпус 30 ступицы, разместивший ось 10 ступицы и водило 20 в нем, выполнен в виде цилиндрического корпуса, чья внутренняя периферия выполнена с кольцевой шестерней 31, зацепленной с планетарными шестернями 22, и храповыми зубьями 32, зацепленными с храповым элементом 25, для того чтобы передавать вращательное усилие только в одном направлении. Ведущее колесо велосипеда установлено на внешней периферии корпуса 30 ступицы.
Как показано на фиг.4, крышка 40, закрывающая открытую боковую поверхность корпуса 30 ступицы, установлена на боковой поверхности корпуса 30 ступицы и затем прикрепляется целиком к корпусу 30 ступицы силой или отдельным соединительным элементом.
Устройство переключения скорости велосипедов, как описано выше, приводится в действие посредством управления блоком 50 переключения скорости. С этой целью блок 50 переключения скорости снабжен преобразующим диском (не показан). Преобразующий диск обычно соединен с рычагом, имеющимся на руле велосипеда, при помощи троса (не показан). Следовательно, когда пользователь приводит в действие рычаг, трос, соединенный с преобразующим диском, натягивается или ослабляется. Когда трос натягивается, преобразующий диск вращается тросом, и регулирующий стержень 17, имеющийся на задней стороне кольца 15 управления собачками, также вращается, и, таким образом, кольцо 15 управления собачками также вращается. И когда трос ослабляется, преобразующий диск и кольцо 15 управления собачками полностью возвращаются упругой силой пружины возврата (не показана), имеющейся на одной стороне кольца 15 управления собачками, и, таким образом, кольцо 15 управления собачками выбирает первую и вторую собачки 12 и 13, зацепленные с или расцепленные с первой и второй солнечными шестернями 23 и 24.
Несущий блок 60, расположенный в пространстве между осью 10 ступицы и корпусом 30 ступицы, плавно вращает корпус 30 ступицы, используя элемент, такой как шариковый подшипник, установленный между корпусом 30 ступицы и осью 10 ступицы.
В устройстве переключения скорости велосипеда настоящего изобретения, как описано выше, первая и вторая собачки 12 и 13 и первый и второй фиксирующие выступы 23b и 24b первой и второй солнечных шестерен 23 и 24 неподвижно зацеплены друг с другом, чтобы передавать движущую силу звездочки 26 колесу. При этом, если рычаг, имеющийся на руле, приводится в действие пользователем, чтобы снизить скорость велосипеда, трос, присоединенный в рычагу, вращает преобразующий диск блока 50 переключения скорости, и кольцо 15 управления собачками поворачивается на требуемый угол, и зацепление между первой и второй фиксирующими собачками 12a и 13a и первым и вторым фиксирующими выступами 23b и 24b первой и второй солнечных шестерен 23 и 24 вынуждено освободиться. Однако, как описано выше, поскольку первая и вторая фиксирующие собачки 12a и 13a и первый и второй фиксирующие выступы 23b и 24b крепко зацеплены друг с другом, нелегко освободить зацепление между ними.
Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает нажимное устройство переключения скоростей велосипеда, посредством которого зацепление между первой и второй фиксирующими собачками 12a и 13a и фиксирующими выступами 23b и 24b первой и второй солнечных шестерен 23 и 24 физически освобождается прижимным элементом, установленным на кольце 15 управления собачками, который будет описан ниже, когда преобразующий диск вращается рычагом, и таким образом возможно определенно и легко переключать передачи малым усилием. Прижимной элемент может являться прижимным роликом B или упорным шариком B'. Ниже нажимное устройство переключения скоростей велосипеда будет дополнительно подробно описано.
Выше было описано, что первый и второй толкающие выступы 16a и 16b кольца 15 управления собачками для управления первой и второй изгибающимися собачками 12b и 13b образованы на внутренней периферии корпуса 16 кольца 15 управления собачками. Однако, поскольку работа и структура его меняется согласно положению, которое занимают первый и второй толкающие выступы 16a и 16b кольца 15 управления собачками, оно будет описано в каждом варианте выполнения.
Первый вариант выполнения
Как описано выше, первый вариант выполнения состоит в образовании первого и второго толкающих выступов 16a и 16b на внутренней периферии корпуса 16 кольца 15 управления собачками. При этом, как показано на фиг.7A и 7B, нажимное устройство переключения скорости велосипеда включает в себя цилиндрический корпус 16 кольца, прижимной элемент, который расположен на множестве крепежных отверстий 18, образованных на внешней периферии корпуса 16 кольца, регулирующий стержень 17, который расположен на задней стороне корпуса 16 кольца, чтобы вращать корпус 16 кольца вместе с вращением блока 50 переключения скорости, первый и второй толкающие выступы 16a и 16b, которые образованы на внутренней периферии корпуса 16 кольца, чтобы толкать или освобождать первую и вторую изгибающиеся собачки 12b и 13b, и цилиндрическое фиксирующее кольцо 19, которое расположено на передней стороне корпуса 16 кольца.
Фиксирующее кольцо 19, расположенное на передней стороне корпуса 16 кольца, служит для предотвращения отделения прижимного элемента, установленного в крепежное отверстие 18.
Предпочтительно, прижимной элемент является не сферическим шаром, а прижимным роликом, который вращается вокруг оси вращения.
Крепежное отверстие 18 образовано имеющим требуемый зазор, в котором прижимной элемент может перемещаться вверх и вниз в соответствующих пределах, и выступающий участок 18a образован на внутренней и наружной сторонах крепежного отверстия 18, чтобы предотвратить отделение прижимного элемента.
Как показано на фиг.11, 12A и 12B, шлицевые пазы 27, 27a и 27b образованы на внутренней периферии водила 20, так чтобы прижимной элемент кольца 15 управления собачками мог катиться по шлицевым пазам 27, 27a и 27b и таким образом перемещаться вверх и вниз в кольце 15 управления собачками.
Далее, работа нажимного устройства переключения скоростей велосипеда будет описана согласно каждому случаю переключения скоростей.
(1) Переключение скоростей с низкой ступени на высокую ступень
В этом случае кольцо 15 управления собачками и водило 20 вращаются в одном направлении - направлении движения велосипеда (далее называемом «вращение вперед»).
На ранней стадии, как показано на фиг.16A, кольцо 15 управления собачками поддерживается в положении, в котором первая и вторая изгибающиеся собачки 12b и 13b, установленные на ось 10 ступицы, прижаты первым и вторым толкающими выступами 16a и 16b. Следовательно, поскольку первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24 не прикреплены к оси 10 ступицы, переключение скоростей не происходит согласно передаточному отношению планетарных шестерен 22 и первой и второй солнечных шестерен 23 и 24, и движущая сила, вырабатываемая звездочкой 26, передается непосредственно храповым зубьям 32 через храповой элемент 25, чтобы вращать корпус 30 ступицы. На этой стадии прижимное устройство переключения скорости находится в состоянии первой ступени редуктора, то есть передаточном соотношении 1:1, при котором скорость не увеличивается.
Затем, если рычаг переводится пользователем на вторую ступень редуктора, изменяющий диск блока 50 переключения скорости вращается и кольцо 15 управления собачками поворачивается на требуемый угол.
При этом, как показано на фиг.16B, 16C и 16D, положение первого и второго толкающих выступов 16a, 16b, образованных на внутренней периферии кольцевого корпуса 16, изменяется поворотом кольца 15 управления собачками, и, таким образом, первая собачка 12, прижатая первым толкающим выступом 16a, освобождается и затем автоматически поднимается упругой силой пружины S, но вторая собачка 13 остается по-прежнему прижатой.
Первая собачка 12, освобожденная от ограничения кольца 15 управления собачками, зацепляется с первым фиксирующим выступом 23b, образованным на внутренней периферии первой солнечной шестерни 23, и, таким образом, первая солнечная шестерня 23 прикрепляется к оси 10 ступицы, и планетарные шестерни 22, зацепленные с первой солнечной шестерней 23, вращаются, тем самым обеспечивая переключение скорости.
Вышеприведенное описание является примером случая, когда первая солнечная шестерня 23 установлена на относительно более низкое передаточное отношение, чем вторая солнечная шестерня 24. В случае, когда первая солнечная шестерня 23 установлена на более высокое передаточное отношение, чем вторая солнечная шестерня 24, вторая солнечная шестерня 24 неподвижна.
Если велосипед приводится в движение на второй ступени редуктора посредством вышеупомянутого процесса и затем снова переключается на высшую ступень редуктора, кольцо 15 управления собачками дополнительно поворачивается на соответствующий угол блоком 50 переключения скорости, как показано на фиг.16E и 16F. Следовательно, давление второго толкающего выступа 16b освобождается, и вторая собачка 13 автоматически поднимается пружиной S и прикрепляется к второму фиксирующему выступу 24b второй солнечной шестерни 24, и, таким образом, все - первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24 прикреплены к оси 10 ступицы.
При этом, поскольку все - первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24 прикреплены к оси 10 ступицы, даже если два комплекта планетарных шестерен 22, зацепленные с первой и второй солнечными шестернями 23 и 24, вращаются, корпус 30 ступицы переключается на более высокую ступень редуктора в соответствии со скоростью вращения планетарных шестерен 22, зацепленных со второй солнечной шестерней 24, имеющей более высокое передаточное отношение, которое имеет относительно большее число оборотов.
(2) Переключение с более высокой ступени редуктора на низкую ступень редуктора
В этом случае кольцо 15 управления собачками вращается в направлении, противоположном направлению движения велосипеда (далее называемом «вращение назад»), и водило 20 вращается вперед.
Переключение с более высокой ступени редуктора на более низкую ступень редуктора выполняется в порядке фиг.16F-16E. Поскольку переключение с третьей ступени редуктора (фиг.16F) на вторую ступень редуктора (фиг.16E) по существу аналогично переключению со второй ступени редуктора (фиг.16E) на первую ступень редуктора (фиг.16A), переключение со второй ступени редуктора (фиг.16E) на первую ступень редуктора (фиг.16A) будет описано репрезентативно.
Если педаль непрерывно приводится в действие во время переключения со второй ступени редуктора (фиг.16E) на первую ступень редуктора (фиг.16A), поскольку значительная сила прикладывается между первой и второй фиксирующими собачками 12a и 13a и первым и вторым фиксирующими выступами 23b и 24b, зацепленными друг с другом, трудно выполнить переключение скоростей. Решение этой проблемы состоит в следующем.
Перед тем как первый толкающий выступ 16a прижмет первую изгибающуюся собачку 12b, прижимной элемент сначала соприкоснется с первой изгибающейся собачкой 12b (фиг.16D). При этом, если значительное усилие приложено между первой фиксирующей собачкой 12a и первым фиксирующим выступом 23b, прижимной элемент выталкивается наружу корпуса 16 кольца наклоном первой изгибающейся собачки 12b. Водило 20 непрерывно вращается, в то время как педаль приводится в действие, и, таким образом, прижимной элемент размещается в глубоком участке (впадине) шлицевого паза 27a (фиг.16C).
Далее водило 20 вращается в направлении движения движущей силой педали, и, таким образом, прижимной элемент, расположенный в глубоком участке шлицевого паза 27a, постепенно выталкивается в корпус 16 кольца. На ровном участке (возвышенности) шлицевого паза 27a прижимной элемент наибольшим образом выступает в корпус 16 кольца. Следовательно, первая изгибающаяся собачка 12b, соприкасающаяся с прижимным элементом, сильно прижата, и зацепление между первой фиксирующей собачкой 12a и первым фиксирующим выступом 23b освобождается (фиг.16B). Затем освобожденная первая изгибающаяся собачка 12b легко управляется первым толкающим выступом 16a тяговым усилием пружины возврата или троса, тем самым переключаясь на первую ступень редуктора.
Следовательно, даже хотя очень малое усилие приложено к собачке 15, прижимной элемент, который выступает в корпус 16 кольца вдоль паза 27a шлицевого соединения, вращается движущим усилием педали, и наклонная поверхность шлицевого паза 27a может плавно ограничить первую и вторую собачки 12 и 13, зацепленные с фиксирующими выступами 23b и 24b. Следовательно, возможно легко и плавно выполнить переключение.
Согласно настоящему изобретению, поскольку возможно выполнить переключение даже в положении, в котором собачка крепко зацеплена с фиксирующим средством, нет необходимости временно освобождать движущую силу, для того чтобы выполнить переключение скоростей.
Второй вариант выполнения
Во втором варианте выполнения в отличие от первого варианта выполнения и прижимной элемент, и первый и второй толкающие выступы 19a и 19b кольца 15 управления собачками расположены не на корпусе 16 кольца. Вместо этого первый и второй толкающие выступы 19a и 19b кольца 15 управления собачками обеспечены на фиксирующем кольце 19, расположенном на передней стороне корпуса 16 кольца, и прижимной элемент обеспечен на корпусе 16 кольца, как показано на фиг.17, и остальные его узлы такие же, как в первом варианте выполнения.
Дополнительно, во втором варианте выполнения работа кольца 15 управления собачками и водила 20 выполняется в обратном направлении относительно первого варианта выполнения.
Далее работа устройства принудительного переключения скоростей велосипеда будет описана согласно переключающему состоянию.
(1) Переключение с более высокой ступени редуктора на более низкую ступень редуктора (кольцо 15 управления собачками, водило 20 = вращение вперед)
В этом случае как кольцо 15 управления собачками, так и водило 20 вращаются вперед.
Переключение с более высокой ступени редуктора на более низкую ступень редуктора означает переключение с третьей ступени редуктора (фиг.18A) на вторую ступень редуктора (фиг.18E) или со второй ступени редуктора (фиг.18E) на первую ступень редуктора (фиг.18F). Поскольку переключение с третьей ступени редуктора (фиг.18A) на вторую ступень редуктора (фиг.18E) по существу аналогично переключению со второй ступени редуктора (фиг.18E) на первую ступень редуктора (фиг.18F), переключение с третьей ступени редуктора (фиг.18A) на вторую ступень редуктора (фиг.18E) будет описано репрезентативно.
Если педаль непрерывно приводится в действие во время переключения с третьей ступени редуктора (фиг.18A) на вторую ступень редуктора (фиг.18E), поскольку значительная сила прикладывается между второй фиксирующей собачкой 13a и вторым фиксирующим выступом 24b, трудно выполнить переключение скоростей. Решение этой проблемы состоит в следующем.
Водило 20, имеющее шлицевой паз 27b, включающий в себя небольшую впадину и наклонную поверхность, образованную на внутренней периферии водила 20, расположено снаружи корпуса 16 кольца 15 управления собачками. Водило 20 вращается движущей силой педали, и наклонная поверхность шлицевого паза 27b, образованная на внутренней окружности водила 20, прижимает прижимной элемент, так чтобы прижимной элемент выступал в корпус 16 кольца, или пространство, в котором прижимной элемент может перемещаться, образовано так, чтобы прижимной элемент выступал наружу корпуса 16 кольца.
На фиг.18A вторая фиксирующая собачка 13a и второй фиксирующий выступ 24b зацеплены друг с другом на третьей ступени редуктора. При этом, если трос приводится в действие, в то время как педаль непрерывно приводится в движение, преобразующий диск вращается тяговым усилием троса или возвращающим усилием пружины возврата. Перед тем как второй толкающий выступ 19b кольца 15 управления собачками, который собран с преобразующим диском, чтобы вращаться вместе с вращением преобразующего диска, зацепится со второй изгибающейся собачкой 13b, прижимной элемент сначала соприкоснется со второй изгибающей собачкой 13b (фиг.18B). В этом случае, если водило 20 непрерывно вращается движущей силой педали и небольшая впадина шлицевого паза 27b водила 20 совпадает с положением прижимного элемента, прижимной элемент выступает наружу корпуса 16 кольца (фиг.18C). Если водило 20 непрерывно вращается движущей силой педали, прижимной элемент в небольшой впадине шлицевого паза 27b водила 20 принудительно выталкивается в корпус 16 кольца наклонной поверхностью паза 27b шлицевого соединения, чтобы толкать вторую изгибающуюся собачку 13b. Следовательно, зацепление между второй фиксирующей собачкой 13a и вторым фиксирующим выступом 24b освобождается (фиг.18D). Поскольку вторая фиксирующая собачка 13a и второй фиксирующий выступ 24b больше не зацеплены друг с другом, вторая изгибающаяся собачка 13b может легко управляться вторым толкающим выступом 19b, и таким образом возможно легко переключаться на следующую ступень редуктора (вторую ступень редуктора), тем самым обеспечивая переключение.
(2) Переключение с более низкой ступени редуктора на более высокую ступень редуктора
В случае переключения с более низкой ступени редуктора на более высокую ступень редуктора состояние первой ступени редуктора, при котором и первая, и вторая собачки 12 и 13 расцеплены, как показано на фиг.18F, преобразуется в состояние с фиг.18E, так чтобы первая собачка 12 была поднята. При этом водило 20 вращается в направлении вперед, и кольцо 15 управления собачками вращается в направлении назад.
Если первый толкающий выступ 19a вращается за счет поворота кольца 15 управления собачками, и прижимной элемент, прижимающий первую изгибающуюся собачку 12b, удален, конец первой изгибающейся собачки 12b автоматически поднимается на требуемый угол упругой силой пружины S и затем сцепляется с первым фиксирующим выступом 23b первой солнечной шестерни 23, и таким образом происходит переключение на вторую ступень редуктора.
Если переключение происходит со второй ступени редуктора на третью ступень редуктора, корпус 16 кольца и фиксирующее кольцо 19 вращаются в направлении, противоположном вращению водила 20 в порядке фиг.18E, 18D, 18C, 18B и 18A. Следовательно, вторая изгибающаяся собачка 13b освобождается из второго толкающего выступа 19b фиксирующего кольца 19, конец второй изгибающейся собачки 13b автоматически поднимается упругой силой пружины S и прикрепляется ко второму фиксирующему выступу 24b, образованному на внутренней окружности второй солнечной шестерни 24. Следовательно, происходит переключение на третью ступень редуктора, на которой первая и вторая солнечные шестерни 23 и 24 прикреплены к оси 10 ступицы.
Во втором варианте выполнения было описано, что первый и второй толкающие выступы 19a и 19b образованы на фиксирующем кольце 19 и прижимной элемент обеспечен на корпусе 16 кольца. Однако положения прижимного элемента и первого и второго толкающих выступов 19a и 19b могут меняться местами друг с другом. В этом случае, поскольку возможно выбрать, происходит ли переключение с более высокой ступени редуктора на более низкую ступень редуктора или с более низкой ступени редуктора на более высокую ступень редуктора согласно направлению вращения кольца 15 управления собачками, степень свободы выбора конструкции увеличивается.
В вышеприведенном описании форма кольца 15 управления собачками не описана подробно. Кольцо 15 управления собачками может быть выполнено различных форм взамен замкнутой кольцевой формы. Например, кольцо 15 управления может быть выполнено полукруглой формы или дугообразной формы.
В вышеупомянутом варианте выполнения описано, что переключение выполняется в положении, в котором движущая сила прикладывается педалью, то есть первая и вторая фиксирующие собачки 12a и 13a крепко зацеплены с первым и вторым фиксирующими выступами 23b и 24b. Однако переключение может быть выполнено в состоянии, в котором педаль не приводится в движение, то есть первая и вторая фиксирующие собачки 12a и 13a слабо зацеплены с первым и вторым фиксирующим выступами 23b и 24b.
Дополнительно, в описанном варианте выполнения трехступенчатый редуктор приведен в качестве примера, но настоящее изобретение также может быть применено к шести- и девятиступенчатому редуктору. Дополнительно, для того чтобы увеличить степень свободы выбора конструкции, конструкция и устройство кольца 15 управления собачками могут быть изменены различным образом.
При этом в первом и втором вариантах выполнения цилиндрический прижимной ролик B используется в качестве прижимного элемента для прижатия первой и второй собачек 12 и 13. Однако, как показано на фиг.19, прижимная деталь B', один конец которой упруго поддерживается цилиндрической пружиной, чтобы вращаться внутрь или наружу корпуса 16 кольца 15 управления собачками, также может использоваться взамен прижимного ролика B.
Аналогично прижимному ролику B, если прижимная деталь B' постепенно перемещается внутри кольца 16 корпуса вдоль контура шлицевого паза 27b и затем приходит к ровному участку (нити) шлицевого паза 27a, прижимная деталь B' выборочно прижимает первую и вторую собачки 12 и 13, в то же время будучи максимально перемещенной в кольцевой корпус 16, и если прижимная деталь B' приходит в глубокий участок (впадину) шлицевого паза 27a, прижимная деталь B' вращается упругой силой цилиндрической пружины и выступает внутрь или наружу корпуса 16 кольца.
Более того, в первом и втором вариантах выполнения описано, что шлицевой паз 27a выполнен целиком внутри водила 20. В качестве другого варианта выполнения, как показано на фиг.12A, 12B и 20, корпус 29 шлицевого паза, имеющий шлицевой паз 27, может быть дополнительно обеспечен в водиле 20, чтобы вращаться, в то же время соприкасаясь с внутренней периферией водила 20.
В случае когда шлицевой паз 27 выполнен целиком на внутренней окружности водила 20, число оборотов шлицевого паза 27 совпадает с числом оборотов водила 20. Если велосипед приводится в движение без переключения скоростей, прижимной элемент кольца 15 управления собачками может не испытывать влияния шлицевого паза 27, даже если водило 20 вращается на большой скорости. Но если кольцо 15 управления собачками поворачивается переключением, прижимной элемент испытывает влияние шлицевого паза 27, в то же время будучи вытолкнутым наружу кольца 15 управления собачками первой и второй собачками 12 и 13. Следовательно, если переключение происходит неожиданно, в то время как велосипед приводится в движение на большой скорости, вращательное усилие чрезмерно передается прижимному элементу и кольцу 15 управления собачками, и, таким образом, нажимное устройство переключения скоростей велосипеда может быть повреждено.
Соответственно, корпус 29 шлицевого паза, имеющий шлицевой паз 27, выполнен отдельно от водила 20, так что только соответствующее вращательное усилие может быть передано кольцу 15 управления собачками за счет силы трения между корпусом 29 шлицевого паза и водилом 20. Таким образом, проскальзывание между ними предотвращает передачу чрезмерного вращательного усилия кольцу 15 управления собачками, тем самым защищая устройство переключения скоростей велосипеда.
При этом величина вращательного усилия, которую необходимо перенести, может быть установлена, используя силу трения между материалами корпуса 29 шлицевого паза и водила 20, которые соприкасаются друг с другом и вращаются совместно. Передающий элемент 28, который расположен между корпусом 29 шлицевого паза и водилом 20, чтобы соприкасаться с ними обоими, может быть дополнительно обеспечен. Передающий элемент 28 может быть выполнен из металла, который отличается от материалов для водила 20 и корпуса 29 шлицевого паза в отношении термостойкости, износостойкости, силы трения и подобного.
С другой стороны, в настоящем изобретении описано, что кольцо 15 управления собачками имеется в водиле 20, и прижимной элемент выборочно прижат шлицевыми пазами 27, 27a и 27b, образованными на корпусе 29 шлицевого паза или внутренней окружности водила 20, тем самым способствуя переключению. Однако вариант выполнения является только примером. Если положение кольца 15 управления собачками изменяется, кольцо 15 управления собачками может быть расположено в другом вращающемся конструктивном элементе вместо водила 20. В этом случае шлицевой паз образован на внутренней окружности вращающегося конструктивного элемента.
Хотя описание настоящего изобретения выше сосредоточено на нажимном устройстве переключения скоростей, примененном к велосипеду, специалисту в данной области техники ясно, что устройство переключения скоростей настоящего изобретения может быть применено к скутеру, мотоциклу и инвалидной коляске и так далее.
Как описано выше, для того чтобы решить проблемы в традиционном устройстве переключения скоростей, нажимное устройство переключения скорости велосипеда дополнительно включает в себя прижимной элемент и шлицевой паз 27 для управления перемещением прижимного элемента. Следовательно, когда переключение происходит с более высокой ступени редуктора на более низкую ступень редуктора, зацепление между первой и второй фиксирующими собачками 12a и 13a и фиксирующими выступами 23b, 24b принудительно освобождается, и, таким образом, первая и вторая изгибающиеся собачки 12b и 13b надежно управляются первым и вторым толкающими выступами 16a, 16b, 19a и 19b.
В результате, для того чтобы освободить зацепление между фиксирующими собачками 12a и 13a и фиксирующими выступами 23b, 24b, нет необходимости временно освобождать движущую силу и легко выполнять переключение скорости. Более того, поскольку возможно переключение скоростей малой силой, возможно использование сигнальной линии и электрического переключателя вместо рычага и троса, присоединенного к рычагу, тем самым значительно усовершенствуя элементы устройства.
Согласно настоящему изобретению, поскольку возможно легко и точно освободить зацепление между собачкой и солнечной шестерней, используя прижимной элемент, возможно обеспечить надежность при переключении скоростей. Дополнительно, поскольку усиленное устройство переключения скоростей велосипеда имеет простую конструкцию, возможно улучшить сборку и сократить стоимость производства.
Дополнительно, поскольку нет необходимости временно отключать движущую силу, для того чтобы освободить зацепление между собачкой и солнечной шестерней и выполнить переключение скоростей, настоящее изобретение может быть различным образом применено к электрическому велосипеду и тому подобному.
Кроме того, поскольку настоящее изобретение может переключать скорости малой силой, возможно использовать электронные компоненты, такие как электрический переключатель, вместо механических компонентов, тем самым обеспечивая удобство.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано в отношении конкретных вариантов выполнения, специалистам в данной области техники ясно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны, не отступая от сущности и объема изобретения, как определено в следующей формуле изобретения.