Трансмиссия моторизованного велосипеда (варианты)
MOTORIZED BICYCLE TRANSMISSION (VARIANTS)

Трансмиссия моторизованного велосипеда (варианты) Область техники.
Заявляемая группа технических решений относится к области колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека и дополнительно снабженных двигателем внутреннего сгорания. Каждая трансмиссия из заявляемой группы имеет два назначения:
- передавать крутящий момент от двигателя на педальный дисковый элемент, также приводимый в движение педалями, с которого усилие передается на колесо,
- передавать крутящий момент в обратном направлении (от педального дискового элемента или кривошипного вала педалей двигателю) для целей запуска двигателя.
Предшествующий уровень техники.
Среди трансмиссий моторизованных велосипедов, известна, например, трансмиссия (европейский патент, публикация ЕР 0378397 В1, МПК В62М 23/02, В62М 7/02, 1995), включающая ременную передачу от двигателя внутреннего сгорания на редуктор. Редуктор выполнен с постоянным передаточным соотношением в пределах 3:1 - 43:1 (оптимально 15:1) и содержит 4 вала с жестко закрепленными на них шестернями и звездочками. На входном (первом) валу установлена центробежная муфта сцепления. Передача вращения с первого на второй вал цепная, соотношение 1,5:1-3,5:1. Передача вращения со второго вала на третий и с третьего на четвертый зубчатая, соотношение 1,5:1-3,5:1. На выходном (четвертом) валу на обгонной муфте, передающей вращение только в сторону от редуктора, установлена звездочка, которая цепной передачей с соотношением 2:1-4:1 соединена с ближней к раме звездочкой в блоке звездочек на кривошипном валу педалей. Этот блок звездочек установлен на упомянутом валу на обгонной муфте, передающей вращение от вала на блок звездочек. Передача от блока звездочек на колесо цепная с обгонной муфтой на оси колеса, снабжена механизмом переключения передач в области вала колеса. Двигатель размещен под рамой между колес и снабжен шнуром для ручного запуска.
Недостатком указанного аналога является выполнение редуктора передающим крутящий момент от двигателя только в одну сторону, в сторону от двигателя на колеса, что не позволяет осуществить запуск двигателя от педалей.
Известна также трансмиссия моторизованного велосипеда (патент США №US5941332, МПК В62К 11/00, 1999), включающая передачу от двигателя внутреннего сгорания (триммера) на редуктор гибким валом. Редуктор закреплен под рамой и выполнен с постоянным передаточным соотношением 80:1 и содержит несколько валов с закрепленными на них шестернями, звездочками и червячными передачами. На выходном валу на обгонной муфте, передающей вращение только в сторону от редуктора, установлена звездочка, которая цепной передачей соединена с ближней к раме звездочкой в блоке звездочек на кривошипном валу педалей. Этот блок звездочек установлен на упомянутом валу на обгонной муфте, передающей вращение от вала на блок звездочек. Передача от блока звездочек на колесо цепная с обгонной муфтой на оси колеса, снабжена механизмом переключения передач в области вала колеса. Двигатель размещен над задним колесом.
Недостатком указанного аналога является выполнение редуктора передающим крутящий момент от двигателя только в одну сторону, в сторону от двигателя на колеса, что не позволяет осуществить запуск двигателя от педалей.
Известна также трансмиссия моторизованного велосипеда (заявка США, публикация №US20100307851, МПК В62М 23/02, 2010), включающая передачу от двигателя (внутреннего сгорания или электрического) на редуктор посредством вала. Редуктор закреплен на раме и выполнен с постоянным передаточным соотношением 30:1-200:1 и содержит несколько валов с эксцентриками и закрепленными шестернями и звездочками. На выходном валу установлена звездочка, которая цепной передачей соединена со звездочкой, установленной на полом валу на обгонной муфте, передающей вращение в сторону полого вала. На выходном валу вместо звездочки может быть установлена шестерня, которая входит в зацепление с шестерней, установленной на полом валу на обгонной муфте, передающей вращение в сторону полого вала. По другую сторону рамы на полом валу установлен блок звездочек. Внутри полого вала установлен кривошипный вал педалей на обгонной муфте, передающей вращение от кривошипного вала на полый вал. Передача от блока звездочек на колесо цепная с обгонной муфтой на оси колеса, снабжена механизмом переключения передач в области вала колеса и в области блока звездочек на полом валу. Двигатель размещен над задним колесом или на раме между колес. Двигатель может быть снабжен центробежным сцеплением. Двигатель может быть выполнен выдающим номинальную мощность при оборотах от 1000 до 12000 об/мин.
Недостатком указанного аналога является выполнение редуктора передающим крутящий момент от двигателя только в одну сторону, в сторону от двигателя на колеса, что не позволяет осуществить запуск двигателя от педалей.
Известна также трансмиссия моторизованного велосипеда с запуском (патентный документ Японии, публикация №JP 7309282, МПК В62М 23/02, 1995), включающая зубчатую передачу крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на редуктор. Редуктор выполнен в одном корпусе с двигателем и кривошипным валом педалей. Редуктор имеет постоянное передаточное отношение около 34:1 при передаче крутящего момента от двигателя на кривошип педалей. Редуктор также имеет возможность подключаемой вручную передачи вращающего момента в сторону от кривошипа педалей к двигателю с передаточным отношением около 1:7. Редуктор содержит несколько валов с установленными на них шестернями. Выходной вал редуктора полый, на нем жестко закреплена звездочка цепной передачи крутящего момента на колесо. Внутри полого вала установлен кривошипный вал педалей на обгонной муфте, передающей вращение от кривошипного вала на полый вал. Двигатель снабжен центробежным сцеплением на участке передачи вращающего момента от вала двигателя на шестерню, входящую в зацепление с шестерней редуктора. Дополнительно упомянутая шестерня на валу двигателя установлена на обгонной муфте, передающей вращение от шестерни к валу двигателя. Эта обгонная муфта является обходом центробежной муфты для целей запуск двигателя.
Недостатком указанного аналога является выполнение двигателя, редуктора и блока кривошипа педалей в едином корпусе. Это приводит к усложнению конструкции и усложнению модернизации обычного велосипеда до моторизованного велосипеда. Указанное усложнение модернизации в первую очередь связано с необходимостью внесения существенных изменений в конструкцию рамы велосипеда, так как корпус трансмиссии необходимо установить на место той части рамы, где расположена втулка оси кривошипного вала педалей.
Указанный аналог JP 7309282 является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемым техническим решениям. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые технические решения, является создание такой трансмиссии, которая, с одной стороны, позволяла бы производить запуск двигателя от вращения педалей, а, с другой стороны, была бы проста в установке на существующий велосипед с целью его моторизации.
Техническим результатом, обеспечиваемым каждым техническим решением из заявляемой группы, является упрощение монтажа трансмиссии при моторизации велосипеда.
Сущность заявленного технического решения по варианту 1 состоит в том, что трансмиссия моторизованного велосипеда содержит редуктор, выполненный с возможностью передачи крутящего момента с входного вала на второй выходной вал, а также передачи крутящего момента с другим передаточным отношением с первого выходного вала на входной вал. При этом первый и второй выходные валы соединены понижающей механической передачей, содержащей закрепленные на валах соответственно третий и четвертый дисковые элементы. Отличается тем, что первый и второй выходные валы снабжены соответственно первым и вторым дисковыми элементами, охваченными дополнительной единой механической передачей с шестым дисковым элементом, размещенным на оси кривошипного вала педалей. Первый дисковый элемент установлен на первом выходном валу на первой обгонной муфте, передающей крутящий момент только в направлении от первого дискового элемента к первому выходному валу. Второй, или третий, или четвертый дисковые элементы установлены на своем валу на второй обгонной муфте, передающей крутящий момент только в направлении от первого выходного вала второму дисковому элементу.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 1, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 1 следующим образом.
Упомянутая понижающая механическая передача может быть выполнена зубчатой, цепной или ременной, дополнительная единая механическая передача может быть выполнена зубчатой, цепной или ременной.
Шестой дисковый элемент может быть жестко или подвижно соединен с соосным ему педальным дисковым элементом, выполненным в виде блока звездочек или шестерни. При этом педальный дисковый элемент желательно устанавливать на кривошипном валу педалей на обгонной муфте, передающей вращение только в направлении от этого кривошипного вала педальному дисковому элементу.
Входной вал связан с первым выходным валом предпочтительно зубчатой передачей. Упомянутая понижающая механическая передача выполнена желательно зубчатой, ее третий и четвертый дисковые элементы выполнены в виде жестко закрепленных к валам шестерен. Дополнительная единая механическая передача выполнена предпочтительно цепной. При этом:
- либо первая обгонная муфта выполнена сцепляемой, а шестой и педальный дисковые элементы соединены жестко и представляют собой единый блок звездочек;
- либо шестой дисковый элемент закреплен к педальному дисковому элементу через блокируемую обгонную муфту, выполненную с возможностью жесткого соединения в заблокированном состоянии и с возможностью передачи вращения только от шестого дискового элемента педальному дисковому элементу в разблокированном состоянии.
Сущность заявленного технического решения по варианту 2 состоит в том, что трансмиссия моторизованного велосипеда содержит редуктор, выполненный с возможностью передачи крутящего момента с входного вала на выходной вал, а также передачи крутящего момента с другим передаточным отношением с выходного вала на входной вал. При этом редуктор содержит промежуточный вал, соединенный с выходным валом понижающей механической передачей, содержащей закрепленные на валах третий и четвертый дисковые элементы. Отличается тем, что промежуточный и выходной валы соединены дополнительной механической передачей, содержащей закрепленные на валах первый и второй дисковые элементы. При этом первый или второй дисковый элемент установлен на своем валу на первой обгонной муфте, передающей крутящий момент только в направлении от выходного вала к промежуточному валу. Третий или четвертый дисковый элемент установлен на своем валу на второй обгонной муфте, передающей крутящий момент только в направлении от промежуточного вала к выходному валу. Выходной вал снабжен пятым дисковым элементом, механически связанным с шестым дисковым элементом, размещенным на оси кривошипного вала педалей.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 2, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 2 следующим образом.
Упомянутые понижающая и дополнительная механические передачи могут быть выполнены зубчатыми, цепными или ременными, связь пятого и шестого дисковых элементов может быть выполнена зубчатой, цепной или ременной.
Шестой дисковый элемент может быть жестко или подвижно соединен с соосным ему педальным дисковым элементом, выполненным в виде блока звездочек или шестерни. При этом педальный дисковый элемент желательно устанавливать на кривошипном валу педалей на обгонной муфте, передающей вращение только в направлении от этого кривошипного вала педальному дисковому элементу.
Входной вал предпочтительно связан с промежуточным валом зубчатой передачей. Упомянутые понижающая и дополнительная механические передачи предпочтительно выполнены зубчатыми, их дисковые элементы на промежуточном валу выполнены в виде жестко закрепленных на валах шестерен. Связь пятого и шестого дисковых элементов выполнена преимущественно цепной. При этом:
- либо первая обгонная муфта выполнена сцепляемой, а шестой и педальный дисковые элементы соединены жестко и представляют собой единый блок звездочек;
-либо пятый дисковый элемент закреплен к выходному валу через блокируемую обгонную муфту, выполненную с возможностью жесткого соединения в заблокированном состоянии и с возможностью передачи вращения только от выходного вала пятому дисковому элементу в разблокированном состоянии, при этом шестой и педальный дисковые элементы соединены жестко и представляют собой единый блок звездочек;
- либо шестой дисковый элемент закреплен к педальному дисковому элементу через блокируемую обгонную муфту, выполненную с возможностью жесткого соединения в заблокированном состоянии и с возможностью передачи вращения только от шестого дискового элемента педальному дисковому элементу в разблокированном состоянии.
Автором технических решений заявленной группы изготовлены опытные образцы этих решений, испытания которых подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана кинематическая схема трансмиссии по примеру 1 варианта 1, на фиг. 2 - схема цепной передачи от редуктора на педальный дисковый элемент по примеру 1 варианта 1, на фиг. 3 - кинематическая схема узла кривошипного вала педалей по примеру 2 варианта 1 и примеру 3 варианта 2, на фиг. 4 - кинематическая схема трансмиссии по примеру 3 варианта 1, на фиг. 5 - кинематическая схема трансмиссии по примеру 1 варианта 2.
Осуществление технического решения по варианту 1.
Трансмиссия моторизованного велосипеда по варианту 1 представляет собой (фиг. 1) редуктор (1), входной вал (2) которого соединен с двигателем (3) предпочтительно жестким или гибким валом (4). Вал (4) желательно располагать в защитной трубе. Защитная труба предпочтительно является также несущей для целей крепления двигателя (3). Защитная труба жестко разъемно закреплена к раме (в области стойки седла) и корпусу редуктора. Применение вала (4) в полой трубе позволяет снизить габариты и шум, повысить защищенность от грязи узлов передачи крутящего момента от двигателя (3) на редуктор (1) и обратно.
Первый (5) и второй (6) выходные валы редуктора (1) снабжены, соответственно, первым (7) и вторым (8) дисковыми элементами, являющимися частями механической передачи крутящего момента от редуктора на шестой дисковый элемент (9), размещенный на оси кривошипного вала (10) педалей. Указанная механическая передача может быть выполнена цепной, ременной или зубчатой. Соответственно, дисковые элементы (7, 8, 9) могут представлять собой звездочки, шкивы или шестерни.
Внутри редуктора (1) входной вал (2) соединен понижающей механической передачей с первым выходным валом (5), который другой понижающей механической передачей, содержащей третий (12) и четвертый (13) дисковые элементы, соединен со вторым выходным валом (6). Указанные понижающие механические передачи для компактности редуктора целесообразно выполнять зубчатыми. Они также могут быть выполнены цепными или ременными.
Корпус редуктора выполнен из алюминиевого или другого сплава, частично заполнен маслом для смазки размещенных в нем конструктивных элементов и снабжен сальниками на входном (2) и выходных (5, 6) валах. Это обеспечивает снижение шума, большой срок эксплуатации и отсутствие необходимости в обслуживании редуктора.
Первый дисковый элемент (7) установлен на первом выходном валу (5) на первой обгонной муфте (11), передающей крутящий момент только в направлении от элемента (7) к валу (5).
Или второй (8), или третий (12), или четвертый (13) дисковые элементы установлены на второй обгонной муфте (14), передающей крутящий момент только в направлении от первого вала (5) к элементу (8).
Шестой дисковый элемент (9) соединен с соосным ему педальным дисковым элементом (15). Это соединение может быть выполнено жестким или подвижным. Соединенные друг с другом шестой (9) и педальный (15) дисковые элементы установлены на кривошипном валу (10) педалей на обгонной муфте (17), передающей крутящий момент только в направлении от вала (10) на упомянутый элемент (15).
Педальный дисковый элемент (15) является частью механической передачи крутящего момента от кривошипного вала (10) педалей на ось колеса (16). Эта механическая передача может быть выполнена в виде известных цепной, карданной или ременной передачи. В случае цепной передачи педальный дисковый элемент (15) представляет собой звездочку или блок звездочек. В случае карданной передачи педальный дисковый элемент (15) представляет собой шестерню. В случае ременной передачи педальный дисковый элемент (15) представляет собой шкив. Для регулировки передаточного отношения указанной механической передачи используются известные для велосипедов решения. Для цепной передачи, например, регулировка передаточного отношения может осуществляться закрепленным на оси колеса переключателем, направляющим движение цепи на одну из звездочек в блоке звездочек (19) колеса. Другой переключатель закреплен на раме и направляет движение цепи на одну из звездочек блока звездочек педалей (15).
Двигатель (3) выполнен в виде 2-х или 4-тактного поршневого, роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания или в виде гибридного двигателя, включающего двигатель внутреннего сгорания. Двигатель может быть снабжен центробежным автоматическим сцеплением (22) и обгонной муфтой (18), передающей крутящий момент только в направлении от вала (4) двигателю (3). Обгонная муфта (18) предназначена для обхода сцепления (22) при запуске двигателя.
Двигатель (3) целесообразно располагать сзади седла над задним колесом. В этом случае двигатель может быть относительно произвольного размера и мощности. Например, возможно в качестве двигателя (3) использовать известный двигатель переносной бензокосы (триммера), в котором в едином блоке скомпонованы бензобак, глушитель, узлы принудительного охлаждения и, собственно, двигатель. Двигатель (3) в этом случае является быстросъемным и крепится к защитной трубе одним-двумя болтами. Велосипед при этом может использоваться со снятым двигателем и приводиться в движение только за счет вращения педалей ездоком. При расположении двигателя над колесом имеется возможность преодолевать более глубокий брод.
Допустимо также двигатель (3) располагать на раме между колес (над рамой или под рамой), а также спереди перед втулкой руля.
Органы управления двигателем выполнены в виде рукоятки регулятора оборотов двигателя с тросовым приводом и электрической кнопки останова двигателя. Эти органы расположены на руле велосипеда при использовании трансмиссии.
Передаточное отношение трансмиссии в направлении от двигателя (3) к третьему дисковому элементу (9) выбирается таким образом, чтобы при оборотах двигателя (3), на которых он выдает номинальную мощность (обычно от 3000 до 10000 об/мин), третий дисковый элемент (9) совершал от 20 до 60 оборотов, что ориентировочно совпадает с числом оборотов кривошипного вала педалей (10) при обычном использовании велосипеда ездоком.
Передаточное отношение трансмиссии в направлении от шестого дискового элемента (9) к двигателю (3) выбирается таким образом, чтобы за один оборот элемента (9) двигатель (3) совершил от 10 до 30 оборотов. Такое низкое передаточное отношение по сравнению с вышеупомянутым передаточным отношением в направлении от двигателя (3) к элементу (9) обусловлено созданием физической возможности и комфортных условий запуска двигателя (3) ездоком при вращении им педалей.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Передача крутящего момента в трансмиссии осуществляется следующим образом:
- от входного вала (2) редуктора (1) на первый выходной вал (5) - конической зубчатой передачей с передаточным отношением около 6:1;
- от первого выходного вала (5) на второй выходной вал (6) - зубчатой передачей с передаточным отношением 7:1;
- от второго выходного вала (6) на шестой дисковый элемент (9) - цепной передачей с передаточным отношением около 3:1. Эта цепная передача может быть снабжена натяжителем.
Третий (12) и четвертый (13) дисковые элементы понижающей зубчатой передачи от первого выходного вала (5) ко второму выходному валу (6) выполнены в виде шестерен, жестко закрепленных на соответствующих валах.
Первый (7) и второй (8) дисковые элементы представляют собой одинаковые звездочки, установленные, соответственно, на первой (11) и второй (14) обгонных муфтах.
Для обеспечения возможности комфортного использования велосипеда с неработающим двигателем первая обгонная муфта (11) выполнена сцепляемой (управляемой). В расцепленном состоянии муфта (11) работает как подшипник, а в сцепленном - как обгонная муфта. При этом соответствующий орган управления муфтой (11) расположен на руле велосипеда и представляет собой возвратный рычажок. При нажатии и удержании рычажка муфта (11) сцеплена и возможен запуск двигателя от педалей. При отпускании рычажка муфта (11) расцеплена.
Редуктор (1) размещен на раме так, что при работе двигателя (3) тяговое усилие со второго дискового элемента (8) передается участком цепи непосредственно на шестой дисковый элемент (9). При этом во время запуска двигателя (3) тяговое усилие от шестого дискового элемента (9) передается непосредственно на первый дисковый элемент (7). Указанная конструкция является оптимальной для целей снижения нагрузки на промежуточные элементы цепной передачи, охватывающей первый (7), второй (8) и шестой (9) дисковые элементы (звездочки).
Выходные валы редуктора (5, 6) имеют увеличенную длину для того, чтобы при закреплении на велосипеде они были расположены как можно ближе к раме велосипеда. При этом звездочки (7, 8) размещены по одну сторону рамы, а шестерни (12, 13) - по другую ее сторону. Указанное решение направлено на снижение момента силы, с которой корпус редуктора (1) действует на раму велосипеда.
Шестой (9) и педальный (15) дисковые элементы соединены жестко и представляют собой единый блок звездочек. Шестой дисковый элемент (9) при этом размещен ближе к раме велосипеда.
Для целей использования трансмиссии совместно с двигателем, обеспечивающим номинальную мощность при 4000 об/мин, трансмиссия имеет передаточное отношение числа оборотов вала (4) к числу оборотов шестого дискового элемента (9) около 126:1. При этом одновременно для целей запуска двигателя трансмиссия имеет передаточное отношение числа оборотов шестого дискового элемента (9) к числу оборотов вала (4) около 1:18.
Трансмиссия может быть смонтирована на большинстве конструкций велосипедов, в том числе на велосипедах с подпружиненной подвеской всех колес.
Представленная в примере 1 трансмиссия позволяет использовать моторизованный велосипед в десяти режимах:
1) трогание с места только за счет мускульной силы ездока. Двигатель в этом режиме может быть заглушен или работать на холостом ходу;
2) трогание с места за счет мускульной силы ездока с одновременным запуском двигателя;
3) трогание с места только за счет двигателя;
4) трогание с места за счет совместного действия двигателя и мускульной силы ездока;
5) движение только за счет мускульной силы ездока. Двигатель в этом режиме может быть заглушен или работать на холостом ходу;
6) движение за счет мускульной силы ездока и одновременный запуск двигателя;
7) движение за счет двигателя;
8) движение за счет совместного действия двигателя и мускульной силы ездока;
9) движение накатом без воздействия ездока или двигателя за счет уклона дороги или предыдущего разгона в других режимах. Двигатель в этом режиме может быть заглушен или работать на холостом ходу;
10) запуск двигателя на месте от педалей с приподниманием ведущего колеса (ездок стоит на земле рядом с велосипедом).
Пример 2.
Аналогичен примеру 1. Отличается от него выполнением первой обгонной муфты (11) и соединением шестого дискового элемента (9) с педальным дисковым элементом (15).
Первая обгонная муфта (11) выполнена неуправляемой. Взамен этого для обеспечения возможности комфортного использования велосипеда с неработающим двигателем шестой дисковый элемент (9) закреплен к педальному дисковому элементу (15) через блокируемую обгонную муфту (20) (фиг. 3). В заблокированном состоянии муфта (20) работает как жесткое соединение, а в разблокированном - как обгонная муфта, передающая крутящий момент только в направлении от шестого дискового элемента (9) педальному дисковому элементу (15). При этом соответствующий орган управления муфтой (20) расположен на руле велосипеда и представляет собой возвратный рычажок. При нажатии и удержании рычажка муфта (20) заблокирована и возможен запуск двигателя от педалей. При отпускании рычажка муфта (20) разблокирована.
В частном случае блокируемая обгонная муфта (20) может быть выполнена составной из пары обгонных муфт. Одна из этих муфт является обгонной муфтой, передающей крутящий момент только в направлении от шестого дискового элемента (9) педальному дисковому элементу (15). Другая выполнена в виде сцепляемой (управляемой) обгонной муфты, которая в расцепленном состоянии работает как подшипник, а в сцепленном - как обгонная муфта, передающая крутящий момент только в направлении от педального дискового элемента (15) шестому дисковому элементу (9).
Пример 3.
Аналогичен примеру 1. Отличается от него внутренней конструкцией редуктора (1) (фиг. 4).
Передача крутящего момента в редукторе осуществляется следующим образом:
- от входного вала (2) редуктора (1) на промежуточный вал (21) - конической зубчатой передачей с передаточным отношением от 4,1:1 до 4,5:1;
-от промежуточного вала (21) на первый выходной вал (5) - зубчатой передачей с передаточным отношением 2,2:1;
-от первого выходного вала (5) на второй выходной вал (6) - зубчатой передачей с передаточным отношением 6:1;
- от второго выходного вала (6) на шестой дисковый элемент (9) - цепной передачей с передаточным отношением 2,3:1. Эта цепная передача может быть снабжена натяжителем.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами. В частности:
- вал (4) может быть составным, его части могут быть расположены под углом друг к другу с целью оптимального заполнения пространства;
- соединение вала (4) с входным валом (2) редуктора (1) может быть выполнено любым известным способом, например, муфтой;
- передачу крутящего момента от двигателя редуктору допустимо выполнять другими известными способами, например, цепной или ременной передачей;
- между двигателем (3) и редуктором (1) может также быть установлен промежуточный редуктор;
- двигатель (3) может иметь электрический или ручной стартер, вариатор или коробку передач;
- в случае применения в двигателе не автоматической, а управляемой муфты сцепления, на руле велосипеда также устанавливается дополнительный рычаг управления сцеплением;
- обгонные муфты могут иметь любую известную конструкцию, например, храповую, шариковую или пружинную.
Описание работы трансмиссии по варианту 1.
В начальном состоянии двигатель заглушен, узлы трансмиссии не движутся.
При трогании с места ездок вращает педали, что приводит во вращение кривошипный вал (10). Через обгонную муфту (17) вал (10) приводит в движение педальный дисковый элемент (15), который через цепную, карданную или ременную передачу приводит в движение колесо.
При жестком соединении педального дискового элемента (15) с шестым дисковым элементом (9) последний также приводится в движение и вращает первый (7) и второй (8) дисковые элементы. Если шестой дисковый элемент (9) соединен с педальным дисковым элементом (15) через блокируемую обгонную муфту (20) (см. пример 2), то шестой дисковый элемент (9) будет приводиться в движение только в случае блокировки этой муфты ездоком с помощью соответствующего рычажка. Иначе вращение педального дискового элемента (15) не будет передаваться на шестой дисковый элемент (9).
Если первая обгонная муфта (11) выполнена неуправляемой, то вращение шестого дискового элемента (9) будет через первый дисковый элемент (7) и муфту (11) приводить к вращению первого выходного вала (5). Благодаря второй обгонной муфте (14) вращение второго дискового элемента (8) не будет передаваться на первый выходной вал (5) через второй выходной вал (6).
Если первая обгонная муфта (11) выполнена управляемой, то вращение первого дискового элемента (7) будет передаваться на первый выходной вал (5) только в случае сцепления этой муфты ездоком с помощью соответствующего рычажка.
Вращающий момент с первого выходного вала (5) в редукторе (1) передается на входной вал (2), вал (4) и затем на двигатель (3). Если двигатель снабжен центробежным сцеплением, то вращение на него от вала (4) передается через обгонную муфту (18). Вращение вала двигателя (3) запускает его при условии подачи топлива и наличии зажигания.
После запуска двигателя (3) крутящий момент с него передается через вал (4) на входной вал (2) редуктора (1). Если двигатель (3) снабжен автоматическим центробежным сцеплением (22), то вращение на вал (4) передается только при достижении двигателем заданных оборотов его коленчатого вала.
Усилие на входном валу (2) редуктора (1) передается на первый (5) и второй (6) выходные валы.
Второй выходной вал (6) приводит в движение второй дисковый элемент (8), который передает вращательное усилие на шестой дисковый элемент (9).
При этом крутящий момент на первом выходном валу (5) не передается на первый дисковый элемент (7) благодаря первой обгонной муфте (11) (независимо от того, управляемая она или неуправляемая).
Крутящий момент от шестого дискового элемента (9) передается на педальный дисковый элемент (15), а от него - к колесу.
Благодаря установке педального дискового элемента (15) на обгонной муфте (17) его вращение не передается на кривошипный вал (10) педалей и педали.
Осуществление технического решения по варианту 2.
Трансмиссия моторизованного велосипеда по варианту 2 представляет собой (фиг. 5) редуктор (1), входной вал (2) которого соединен с двигателем (3) предпочтительно жестким или гибким валом (4). Вал (4) желательно располагать в защитной трубе. Защитная труба предпочтительно является также несущей для целей крепления двигателя (3). Защитная труба жестко разъемно закреплена к раме (в области стойки седла) и корпусу редуктора. Применение вала (4) в полой трубе позволяет снизить габариты и шум, повысить защищенность от грязи узлов передачи крутящего момента от двигателя (3) на редуктор (1) и обратно.
Внутри редуктора (1) входной вал (2) соединен понижающей механической передачей с промежуточным валом (30), который соединен с выходным валом (31) двумя механическими передачами, одна из которых содержит первый (33) и второй (34) дисковые элементы, а другая понижающая и содержит третий (12) и четвертый (13) дисковые элементы. Указанные механические передачи для компактности редуктора целесообразно выполнять зубчатыми. Они также могут быть выполнены цепными или ременными.
Первый (33) или второй (34) дисковый элемент установлен на своем валу на первой обгонной муфте (11), передающей крутящий момент только в направлении от выходного вала (31) к промежуточному валу (30).
Третий (12) или четвертый (13) дисковый элемент установлен на своем валу на второй обгонной муфте (14), передающей крутящий момент только в направлении от промежуточного вала (30) к выходному валу (31).
Корпус редуктора выполнен предпочтительно из алюминиевого сплава, частично заполнен маслом для смазки размещенных в нем конструктивных элементов и снабжен сальниками на входном (2) и выходном (31) валах. Это обеспечивает снижение шума, большой срок эксплуатации и отсутствие необходимости в обслуживании редуктора.
Выходной вал (31) редуктора (1) снабжен пятым дисковым элементом (35), являющимся частью механической передачи крутящего момента от редуктора на шестой дисковый элемент (9), размещенный на оси кривошипного вала (10) педалей. Указанная механическая передача может быть выполнена цепной, ременной, зубчатой или карданной. Соответственно, дисковые элементы (35, 9) могут представлять собой звездочки, шкивы или шестерни.
Шестой дисковый элемент (9) соединен с соосным ему педальным дисковым элементом (15). Это соединение может быть выполнено жестким или подвижным. Соединенные друг с другом шестой (9) и педальный (15) дисковые элементы установлены на кривошипном валу (10) педалей на обгонной муфте (17), передающей крутящий момент только в направлении от вала (10) на упомянутый элемент (15).
Педальный дисковый элемент (15) является частью механической передачи крутящего момента от кривошипного вала (10) педалей на ось колеса (16). Эта механическая передача может быть выполнена в виде известных цепной, карданной или ременной передачи. В случае цепной передачи педальный дисковый элемент (15) представляет собой звездочку или блок звездочек. В случае карданной передачи педальный дисковый элемент (15) представляет собой шестерню. В случае ременной передачи педальный дисковый элемент (15) представляет собой шкив. Для регулировки передаточного отношения указанной механической передачи используются известные для велосипедов решения. Для цепной передачи, например, регулировка передаточного отношения может осуществляться закрепленным на оси колеса переключателем, направляющим движение цепи на одну из звездочек в блоке звездочек (19) колеса. Другой переключатель закреплен на раме и направляет движение цепи на одну из звездочек блока звездочек педалей (15).
Двигатель (3) выполнен в виде 2-х или 4-тактного поршневого, роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания или в виде гибридного двигателя, включающего двигатель внутреннего сгорания. Двигатель может быть снабжен центробежным автоматическим сцеплением (22) и обгонной муфтой (18), передающей крутящий момент только в направлении от вала (4) двигателю (3). Обгонная муфта (18) предназначена для обхода сцепления (22) при запуске двигателя.
Двигатель (3) целесообразно располагать сзади седла над задним колесом. В этом случае двигатель может быть относительно произвольного размера и мощности. Например, возможно в качестве двигателя (3) использовать известный двигатель переносной бензокосы (триммера), в котором в едином блоке скомпонованы бензобак, глушитель, узлы принудительного охлаждения и, собственно, двигатель. Двигатель (3) в этом случае является быстросъемным и крепится к защитной трубе одним-двумя болтами. При расположении двигателя над колесом имеется возможность преодолевать более глубокий брод.
Допустимо также двигатель (3) располагать на раме между колес (над рамой или под рамой), а также спереди перед втулкой руля.
Органы управления двигателем выполнены в виде рукоятки регулятора оборотов двигателя с тросовым приводом и электрической кнопки останова двигателя. Эти органы расположены на руле велосипеда при использовании трансмиссии.
Передаточное отношение трансмиссии в направлении от двигателя (3) к шестому дисковому элементу (9) выбирается таким образом, чтобы при оборотах двигателя (3), на которых он выдает номинальную мощность (обычно от 3000 до 10000 об/мин), шестой дисковый элемент (9) совершал от 20 до 60 оборотов, что ориентировочно совпадает с числом оборотов кривошипного вала педалей (10) при обычном использовании велосипеда ездоком.
Передаточное отношение трансмиссии в направлении от шестого дискового элемента (9) к двигателю (3) выбирается таким образом, чтобы за один оборот элемента (9) двигатель (3) совершил от 10 до 30 оборотов. Такое низкое передаточное отношение по сравнению с вышеупомянутым передаточным отношением в направлении от двигателя (3) к элементу (9) обусловлено созданием физической возможности и комфортных условий запуска двигателя (3) ездоком при вращении им педалей.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Передача крутящего момента в трансмиссии осуществляется следующим образом:
- от входного вала (2) редуктора (1) на промежуточный вал (30) - конической зубчатой передачей с передаточным отношением от 4,1:1 до 4,5:1;
- от третьего (12) дискового элемента четвертому (13) дисковому элементу -зубчатая с передаточным отношением 7:1;
- от второго (34) дискового элемента первому (33) дисковому элементу -зубчатая с передаточным отношением 1:1;
- от выходного вала (31) на шестой дисковый элемент (9) - цепной передачей с передаточным отношением от 3,2:1 до 4,6:1. Эта цепная передача может быть снабжена натяжителем.
Первый (33) и третий (12) дисковые элементы выполнены в виде шестерен, жестко закрепленных на соответствующих валах.
Второй (34) дисковый элемент выполнен в виде шестерни, установленной на выходном валу (31) на первой обгонной муфте (11).
Четвертый (13) дисковый элемент выполнен в виде шестерни, установленной на выходном валу (31) на второй обгонной муфте (14).
Для обеспечения возможности комфортного использования велосипеда с неработающим двигателем первая обгонная муфта (11) выполнена сцепляемой (управляемой). В расцепленном состоянии муфта (11) работает как подшипник, а в сцепленном - как обгонная муфта. При этом соответствующий орган управления муфтой (11) расположен на руле велосипеда и представляет собой возвратный рычажок. При нажатии и удержании рычажка муфта (11) сцеплена и возможен запуск двигателя от педалей. При отпускании рычажка муфта (11) расцеплена.
Шестой (9) и педальный (15) дисковые элементы соединены жестко и представляют собой единый блок звездочек. Шестой дисковый элемент (9) при этом размещен ближе к раме велосипеда.
Трансмиссия может быть смонтирована на большинстве конструкций велосипедов, в том числе на велосипедах с подпружиненной подвеской всех колес.
Представленная в примере 1 трансмиссия позволяет использовать моторизованный велосипед в десяти режимах:
1) трогание с места только за счет мускульной силы ездока. Двигатель в этом режиме может быть заглушен или работать на холостом ходу;
2) трогание с места за счет мускульной силы ездока с одновременным запуском двигателя;
3) трогание с места только за счет двигателя;
4) трогание с места за счет совместного действия двигателя и мускульной силы ездока;
5) движение только за счет мускульной силы ездока. Двигатель в этом режиме может быть заглушен или работать на холостом ходу;
6) движение за счет мускульной силы ездока и одновременный запуск двигателя;
7) движение за счет двигателя;
8) движение за счет совместного действия двигателя и мускульной силы ездока;
9) движение накатом без воздействия ездока или двигателя за счет уклона дороги или предыдущего разгона в других режимах. Двигатель в этом режиме может быть заглушен или работать на холостом ходу
10) запуск двигателя на месте от педалей с приподниманием ведущего колеса (ездок стоит на земле рядом с велосипедом).
Пример 2.
Аналогичен примеру 1. Отличается от него выполнением первой обгонной муфты (11) и соединением пятого (35) дискового элемента с выходным валом (31).
Первая обгонная муфта (11) выполнена неуправляемой. Взамен этого для обеспечения возможности комфортного использования велосипеда с неработающим двигателем пятый дисковый элемент (35) установлен на выходном валу (31) на блокируемой обгонной муфте. В заблокированном состоянии эта муфта работает как жесткое соединение, а в разблокированном - как обгонная муфта, передающая крутящий момент только в направлении от выходного вала (31) пятому дисковому элементу (35). При этом соответствующий орган управления блокируемой обгонной муфтой расположен на руле велосипеда и представляет собой возвратный рычажок. При нажатии и удержании рычажка муфта заблокирована и возможен запуск двигателя от педалей. При отпускании рычажка муфта разблокирована.
В частном случае блокируемая обгонная муфта может быть выполнена составной из пары обгонных муфт. Одна из этих муфт является обгонной муфтой, передающей крутящий момент только в направлении от выходного вала (31) пятому дисковому элементу (35). Другая выполнена в виде сцепляемой (управляемой) обгонной муфты, которая в расцепленном состоянии работает как подшипник, а в сцепленном - как обгонная муфта, передающая крутящий момент только в направлении от пятого дискового элемента (35) выходному валу (31).
Пример 3.
Аналогичен примеру 1. Отличается от него выполнением первой обгонной муфты (11) и соединением шестого (9) дискового элемента с педальным дисковым элементом (15).
Первая обгонная муфта (11) выполнена неуправляемой. Взамен этого для обеспечения возможности комфортного использования велосипеда с неработающим двигателем шестой дисковый элемент (9) закреплен к педальному дисковому элементу (15) через блокируемую обгонную муфту (20) (фиг. 3). В заблокированном состоянии муфта (20) работает как жесткое соединение, а в разблокированном - как обгонная муфта, передающая крутящий момент только в направлении от шестого дискового элемента (9) педальному дисковому элементу (15). При этом соответствующий орган управления муфтой (20) расположен на руле велосипеда и представляет собой возвратный рычажок. При нажатии и удержании рычажка муфта (20) заблокирована и возможен запуск двигателя от педалей. При отпускании рычажка муфта (20) разблокирована.
В частном случае блокируемая обгонная муфта (20) может быть выполнена составной из пары обгонных муфт. Одна из этих муфт является обгонной муфтой, передающей крутящий момент только в направлении от шестого дискового элемента (9) педальному дисковому элементу (15). Другая выполнена в виде сцепляемой (управляемой) обгонной муфты, которая в расцепленном состоянии работает как подшипник, а в сцепленном - как обгонная муфта, передающая крутящий момент только в направлении от педального дискового элемента (15) шестому дисковому элементу (9).
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами. В частности:
- вал (4) может быть составным, его части могут быть расположены под углом друг к другу с целью оптимального заполнения пространства;
- соединение вала (4) с входным валом (2) редуктора (1) может быть выполнено любым известным способом, например, муфтой;
- передачу крутящего момента от двигателя редуктору допустимо выполнять другими известными способами, например, цепной или ременной передачей;
- между двигателем (3) и редуктором (1) может также быть установлен промежуточный редуктор;
- двигатель (3) может иметь электрический или ручной стартер, вариатор или коробку передач;
- в случае применения в двигателе не автоматической, а управляемой муфты сцепления, на руле велосипеда также устанавливается дополнительный рычаг управления сцеплением;
-обгонные муфты могут иметь любую известную конструкцию, например, храповую, шариковую или пружинную.
Описание работы трансмиссии по варианту 2.
В начальном состоянии двигатель заглушен, узлы трансмиссии не движутся.
При трогании с места ездок вращает педали, что приводит во вращение кривошипный вал (10). Через обгонную муфту (17) вал (10) приводит в движение педальный дисковый элемент (15), который через цепную или карданную передачу приводит в движение колесо.
При жестком соединении педального дискового элемента (15) с шестым дисковым элементом (9) последний также приводится в движение и вращает пятый (35) дисковый элемент. Если шестой дисковый элемент (9) соединен с педальным дисковым элементом (15) через блокируемую обгонную муфту (20) (см. пример 3), то шестой дисковый элемент (9) будет приводиться в движение только в случае блокировки этой муфты ездоком с помощью соответствующего рычажка. Иначе вращение педального дискового элемента (15) не будет передаваться на шестой дисковый элемент (9). Аналогично, если пятый дисковый элемент (35) соединен с выходным валом (31) через блокируемую обгонную муфту (см. пример 2), то выходной вал (31) будет приводиться в движение только в случае блокировки этой муфты ездоком с помощью соответствующего рычажка. Иначе вращение педального дискового элемента (15) не будет передаваться на выходной вал (31).
Если первая обгонная муфта (11) выполнена неуправляемой, то вращение выходного вала (31) будет через муфту (11), второй (34) и первый (33) дисковые элементы приводить к вращению промежуточного вала (30). Благодаря второй обгонной муфте (14) вращение выходного вала (31) не будет передаваться на промежуточный вал (30) через четвертый (13) и третий (12) дисковые элементы.
Если первая обгонная муфта (11) выполнена управляемой, то вращение выходного вала (31) будет передаваться на промежуточный вал (30) только в случае сцепления этой муфты ездоком с помощью соответствующего рычажка.
Вращающий момент с промежуточного вала (30) в редукторе (1) передается на входной вал (2), вал (4) и затем на двигатель (3). Если двигатель снабжен центробежным сцеплением, то вращение на него от вала (4) передается через обгонную муфту (18). Вращение вала двигателя (3) запускает его при условии подачи топлива и наличии зажигания.
После запуска двигателя (3) крутящий момент с него передается через вал (4) на входной вал (2) редуктора (1). Если двигатель (3) снабжен автоматическим центробежным сцеплением (22), то вращение на вал (4) передается только при достижении двигателем заданных оборотов его коленчатого вала.
Усилие на входном валу (2) редуктора (1) передается на промежуточный вал (30), а затем, через третий (12) и четвертый (13) дисковые элементы, на выходной вал (31). Благодаря первой обгонной муфте (11) вращение промежуточного вала (30) не будет передаваться на выходной вал (31) через первый (33) и второй (34) дисковые элементы.
Выходной вал (31) приводит в движение пятый дисковый элемент (35), который передает вращательное усилие на шестой дисковый элемент (9).
Крутящий момент от шестого дискового элемента (9) передается на педальный дисковый элемент (15), а от него - к колесу.
Благодаря установке педального дискового элемента (15) на обгонной муфте (17) его вращение не передается на кривошипный вал (10) педалей и педали.
Промышленная применимость.
Заявляемая группа технических решений реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на любом промышленном предприятии, позволяет производить монтаж на большинство известных конструкций велосипедов и найдет широкое применение при модернизации колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой.