ВЕЛОСИПЕД С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ СКОРОСТЕЙ
BICYCLE WITH AUTOMATIC SPEED CHANGE

Предлагаемое техническое решение относится к транспорту, а именно к велосипедам со средством управления автоматическим переключением передач велосипеда при изменении вязкого трения, срабатывающим при изменении угловой скорости с последующим подключением вспомогательного усилия от втулки вращающегося колеса для срабатывания заднего переключателя передач.
Известен велосипед с автоматическим переключением передач, содержащий раму с вилкой переднего колеса, задний переключатель с кассетой из звездочек и проходящий сквозь ось переднего колеса трос управления задним переключателем. На оси подвижно установлена втулка, внутри которой вмонтировано управляющее звено, которое установлено между торцами реверсивной и резьбовой полумуфтами. Последние взаимодействуют с тросом. Управляющее звено содержит средство смещения в виде группы жгутов в Ньютоновской жидкости (см. патент RU 2392167 C1 от 15.12.2008) - аналог.
Известному велосипеду присущ недостаток, который обнаружился при испытании опытной партии. Группа жгутов обеспечивает смещение управляющего звена при изменении скорости, которую отслеживает. Однако при случайном вращении переднего колеса в противоположном направлении происходит сматывание жгутов с кольцевой шейки неподвижной оси и прекращается контакт с Ньютоновской жидкостью. Для восстановления контакта приходится вскрывать втулку.
Известен велосипед с автоматическим переключением передач, содержащий раму с вилкой переднего колеса, на которой неподвижно смонтирована ось, сквозь которую проходит трос управления задним переключателем, взаимодействующим с комплектом звездочек, на оси с возможностью вращения установлена втулка колеса, внутри которой размещено и приводится ей во вращение подпружиненное управляющее звено, имеющее возможность взаимодействия через реверсивную и резьбовую полумуфты с тросом и постоянно взаимодействующее с пружиной и гибкими связями, а также с комплектом двух типов тонких шайб, зазор между которыми заполнен Ньютоновской жидкостью (см. патент RU 2471668 C1 от 16.08.2011) - аналог.
Известный велосипед подтвердил работоспособность и надежность при комплексных испытаниях опытной партии. Однако выявлен существенный недостаток, ограничивающий массовое производство так нужного изделия. Недостаток относится к трудоемкости ручной сборки гибких связей и последующим соединением гибких связей с комплектом двух типов тонких шайб.
Наиболее близким к предложенному техническому решению следует отнести велосипед с автоматическим переключением передач, содержащий раму с вилкой переднего колеса, неподвижную ось крепления втулки заднего колеса с комплектом звездочек, задним переключателем и проходящим вдоль рамы тросом управления задним переключателем. Трос управления задним переключателем проходит сквозь ось, которая неподвижно смонтирована в вилке переднего колеса. На оси подвижно установлена втулка переднего колеса, внутри которой смонтировано подпружиненное управляющее звено с зубьями по торцам и с возможностью периодического смыкания с зубьями полумуфты резьбовой или с зубьями полумуфты реверсивной. Также на неподвижной оси переднего колеса установлен кольцевой шнек, а на управляющем звене закреплен кольцевой канал с веществом высокой вязкости, точнее Ньютоновой жидкостью (см. патент RU 2387568 C1 от 06.08.2008) - прототип.
Наиболее близкий к предложенному техническому решению велосипед с автоматическим переключением передач простой в сборке и не требует высокого навыка, по этой причине имеет преимущества при массовой конвейерной сборке. Однако имеется один потребительский недостаток. Нельзя без разборки втулки изменить физический параметр Ньютоновской жидкости, который задается погодными изменениями. При больших температурных перепадах окружающей среды возникает необходимость изменить параметр Ньютоновской жидкости без разборки втулки, то есть прошприцевать канал жидкостью другого состава, не нарушая целостности втулки. У известного прототипа замена жидкостью другого состава без нарушения целостности втулки невозможна.
Цель предложенного технического решения:
- упрощение конструкции применительно к конвейерной сборке рабочими низкой квалификации (отверточная сборка);
- возможность изменения частоты педалирования по желанию конкретного велосипедиста;
- возможность замены Ньютоновской жидкости при температурных изменениях окружающей среды без нарушения целостности втулки.
Техническое решение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид велосипеда с автоматическим переключением скоростей. На фиг. 2 показана втулка переднего колеса в продольном сечении. На фиг. 3 представлены ключевые элементы велосипеда, которые обеспечивают выполнение поставленной цели.
Велосипед с автоматическим переключением скоростей содержит раму с вилкой переднего колеса, на которой неподвижно смонтирована ось 1. Сквозь ось 1 проходит трос 2 управления задним переключателем, взаимодействующим с комплектом звездочек. На оси 1 с возможностью вращения установлена втулка 3 колеса. Внутри втулки 3 размещено и приводится ей во вращение подпружиненное управляющее звено 4, которое расположено между полумуфтой резьбовой 5 и полумуфтой реверсивной 6. Полумуфта резьбовая 5 через шарики 7 с вилкой 8 имеет возможность взаимодействия с полумуфтой реверсивной 6, а также управляющее звено 4 имеет возможность взаимодействия через реверсивную 6 и полумуфту резьбовую 5 с тросом 2. Резьбовая полумуфта 5 выполнена составной и состоит из резьбового 9 и зубчатого 10 элементов. Отличается велосипед с автоматическим переключением скоростей от известных технических решений тем, что содержит стакан 11 с донным каналом 12 для подачи Ньютоновской жидкости, например вазелина, которым заполнен. Также содержит группу винтов 13. Вилка 8 содержит лучевой канал 14. Ось 1 выполнена с осевым каналом 15. Донный канал 12 стакана 11, лучевой канал 14 вилки 8 и канал 15 оси 1 совмещены между собой. Группа винтов 13 жестко установлена на управляющем звене 4 с возможностью периодического погружения в стакан 11 с Ньютоновской жидкостью.
Как это работает. С началом движения переднее колесо, т.е. втулка 3, через шпонку вращает управляющее звено 4. Однако управляющее звено 4 вращается совершенно свободно, так как находится с зазором между торцами полумуфт 5 и 6. В исходном левом положении управляющее звено 4 упирается в торец кольца на втулке 3, что предотвращает смыкание полумуфты реверсивной 6 с управляющим звеном 4. Равновесие управляющего звена 4 между полумуфтами 5 и 6 обеспечивается пружиной. Винты 13 управляющего звена погружены в вазелин стакана 11. Свойство вазелина таково, что сила смещения управляющего звена вправо зависит от скорости движения велосипеда. Для Ньютоновской жидкости сила смещения пропорциональна скорости движения. Выше скорость - больше смещение управляющего звена 4 в направлении полумуфты резьбовой 5. Винты 13 как бы всплывают в среде вазелина. Зубья торца полумуфты резьбовой 5 и управляющего звена 4 смыкаются. С этого момента вращение втулки 3 через шпонку и управляющее звено 4 передается полумуфте резьбовой 5, которая по резьбовому участку оси 1 смещается и ослабляет подпружиненный трос 2. Трос 2 управляет задним переключателем и при ослаблении натяжения троса 2 велосипедная цепь переводится с самой большой звездочки кассеты на меньшую звездочку. Частота вращения педалей не увеличивается, однако велосипедист едет быстрее. При дальнейшем увеличении скорости процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается прежней, которая удовлетворяет конкретного велосипедиста. Частота вращения педалей характеризуется свойством Ньютоновской жидкости, которую велосипедист внедряет в стакан 11 через осевой канал 15, который совмещен с лучевым каналом 14 и донным каналом 12. В крайне правом положении управляющее звено 4 упирается в торец кольца на втулке 3, размыкает зубья полумуфты резьбовой 5 и управляющего звена 4. Таким образом исключается замыкание механизма переключения в крайнем положении.
Скорость движения велосипеда уменьшается, например, в случае подъема трассы или изменении грунтов. Уменьшается сила вязкого трения винтов 13 в вазелине, создающая осевое смещение подпружиненного управляющего звена 4. Пружина преодолевает уменьшенную силу и смещает управляющее звено 4 до смыкания с зубьями полумуфты реверсивной 6. Полумуфта реверсивная 6 взаимодействует с полумуфтой резьбовой 5 через шарики 7. Полумуфта резьбовая 5 выполнена составной и содержит цилиндрический участок, на котором вращается полумуфта реверсивная 6. Подпружиненное кольцо обеспечивает качение шариков 7 без скольжения по дорожке, образуемой запорным кольцом. Подпружиненное кольцо и запорное кольцо идентичны между собой. Вилка 8 исключает круговое качение шариков 7. Шарики 7 вращаются без скольжения и могут смещаться только вдоль пазов относительно неподвижной вилки 8. Шарики 7 передают вращение полумуфте резьбовой 5 в противоположном направлении относительно полумуфты реверсивной 6. Полумуфта резьбовая 5 смещается по резьбе и натягивает трос 2 управления задним переключателем. Велосипедная цепь переводится с меньшей звездочки на большую звездочку кассеты. К заднему колесу подводится больший момент силы, и велосипедист, не меняя усилия приложения на педали, преодолевает трудный участок трассы. При установившемся режиме зазор между управляющим звеном 4 и торцами полумуфт 5 и 6 сохраняется. При дальнейшем уменьшении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается в комфортном для велосипедиста пределе.
Данным техническим решением достигнуто упрощение сборки всех элементов применительно к массовому производству силами рабочих с низкой квалификацией. Достигнута возможность изменения частоты педалирования до комфортного уровня конкретного велосипедиста без нарушения целостности втулки. Появилась возможность замены Ньютоновской жидкости при температурных изменениях окружающей среды простым шприцеванием сквозь осевой канал 15.