МЕХАНИЗМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНОЙ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ
GEARSHIFT TRAIN FOR PLANETARY GEARBOX

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к механизму переключения для планетарной коробки передач, и, более конкретно, к механизму переключения для планетарной коробки передач, имеющей избиратель механизма переключения передач холостого хода.
Предшествующий уровень техники
Известно, что коробки передач велосипедов могут приводиться в действие посредством переключающих механизмов. Переключающие механизмы типично предназначены для натягивания троса, который приводит в действие переключающий(е) элемент(ы) коробки передач. Существуют разные типы коробок передач велосипедов, которые могут приводиться в действие посредством троса. Эти коробки передач включают в себя традиционные приводимые в движение цепью коробки передач с задним и/или передним переключателями, коробки передач с втулкой со встроенным в нее механизмом переключения передач, бесступенчатые коробки передач (CVT) и другие.
Характерный уровень техники представляет патент US № 6718844 (2004) Hanatani, который раскрывает устройство управления переключением передач велосипеда, которое содержит основной элемент для прикрепления к велосипеду, рабочий элемент, поддерживающийся с возможностью вращения относительно основного элемента для вращения в первом и втором направлениях, элемент управления коробкой передач, смонтированный с возможностью вращения относительно основного элемента для управления натягиванием и отпусканием элемента управления коробкой передач, каретку для поддерживания отклоняющейся поверхности элемента управления коробкой передач, и промежуточный элемент, соединенный для вращения с элементом управления коробкой передач. Промежуточный элемент вращается вокруг первой оси, и промежуточный элемент может перемещаться в направлении первой оси между положением сцепления, в котором промежуточный элемент сцепляется с кареткой, и положением расцепления, в котором промежуточный элемент расцеплен от каретки. Промежуточный элемент включает в себя первую кулачковую поверхность для побуждения перемещения промежуточного элемента в направлении первой оси в положение расцепления во время вращения промежуточного элемента, и промежуточный элемент включает в себя позиционирующую поверхность для предотвращения вращения промежуточного элемента вокруг первой оси, когда промежуточный элемент находится в положении сцепления.
Ссылка также делается на совместно рассматриваемую непредварительную патентную заявку US порядковый номер 12/657461 от 20 января, 2010 года.
Существует потребность в механизме переключения для планетарной коробки передач, имеющей избиратель механизма переключения передач холостого хода. Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность.
Сущность изобретения
Главный аспект изобретения заключается в обеспечении механизма переключения для планетарной зубчатой коробки передач, имеющей избиратель механизма переключения передач холостого хода.
Другие аспекты изобретения будут указаны или станут очевидными благодаря нижеследующему описанию изобретения и прилагаемым чертежам.
Изобретение содержит механизм переключения для коробки передач, содержащий планетарную зубчатую коробку передач, кулачок переключения, сцепленный с планетарным зубчатым узлом в планетарной зубчатой коробке передач, при этом кулачок переключения имеет стопор кулачка переключения, вращательное кольцо троса, соединенное с подвижным тросом, при этом кольцо троса содержит участок с уступами, вращательное кольцо с уступами, при этом кольцо с уступами содержит участок с уступами, совместно сцепляющийся с участком с уступами кольца троса, и более того кольцо с уступами имеет стопор, совместно сцепляемый со стопором кулачка переключения, при этом вращение кольца троса побуждает перемещаться кольцо с уступами на заданное расстояние в направлении, перпендикулярном относительно плоскости вращения кольца троса, кулачок переключения удерживается от вращения посредством сцепления с кольцом с уступами, и на этом заданном расстоянии кольцо с уступами имеет возможность вращаться с кольцом троса одновременно с осевым перемещением кольца с уступами, и пружину, соединенную между кольцом троса и кулачком переключения, при этом кулачок переключения, реагирующий на усилие пружины, вращается при вращении кольца с уступами на величину вращения, которая ограничена сцеплением стопора кулачка переключения со стопором кольца с уступами, и причем во время вращения кулачка переключения коробка передач переключает передачи.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены и составляют часть описания изобретения, показывают предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и, вместе с описанием, служат для объяснения идей изобретения.
Фиг. 1 представляет собой продольный схематичный разрез коробки передач.
Фиг.2 представляет собой таблицу передаточных отношений.
Фиг.3 представляет собой таблицу положений тормоза и муфты для каждой зубчатой передачи.
Фиг.4 представляет собой частичный вид сбоку велосипеда.
Фиг.4А представляет собой вид сбоку ремня.
Фиг.5 представляет собой продольный разрез коробки передач.
Фиг.6 представляет собой перспективный вид тормоза.
Фиг.7 представляет собой поперечный разрез по 7-7 на фиг.5.
Фиг.8 представляет собой поперечный разрез по 8-8 на фиг.5.
Фиг.9 представляет собой поперечный разрез по 9-9 на фиг.5.
Фиг.10 представляет собой поперечный разрез по 10-10 на фиг.5.
Фиг.11 представляет собой поперечный разрез по 11-11 на фиг.5.
Фиг.12 представляет собой поперечный разрез по 12-12 на фиг.5.
Фиг.13 представляет собой поперечный разрез по 13-13 на фиг.5.
Фиг.14 представляет собой вид с разнесением деталей коробки передач.
Фиг.15 представляет собой узел фиг.14.
Фиг.16 представляет собой узел фиг.14.
Фиг.17 представляет собой узел фиг.14.
Фиг.18 представляет собой узел фиг.14.
Фиг.19 представляет собой узел фиг.14.
Фиг.20 представляет собой узел фиг.14.
Фиг.21 представляет собой вид с торца кулачкового кольца 600 переключения.
Фиг.22 представляет собой вид сбоку кулачкового кольца 600 переключения.
Фиг.23 представляет собой вид с торца кулачкового кольца 600 переключения.
Фиг.24 представляет собой перспективный вид кулачкового кольца 600 переключения.
Фиг.25 представляет собой вид с торца кулачкового кольца переключения.
Фиг.26 представляет собой вид сбоку кулачкового кольца переключения.
Фиг.27 представляет собой вид с торца кулачкового кольца переключения.
Фиг.28 представляет собой перспективный вид кулачкового кольца переключения.
Фиг.29 представляет собой перспективный вид собачки переключения.
Фиг.30 представляет собой вид сверху собачки переключения.
Фиг.31 представляет собой вид сбоку собачки переключения.
Фиг.32 представляет собой перспективный вид собачки переключения.
Фиг.33 представляет собой перспективный вид собачки переключения.
Фиг.34 представляет собой перспективный вид собачки переключения.
Фиг.35 представляет собой перспективный вид собачки переключения.
Фиг.36 представляет собой перспективный вид собачки переключения.
Фиг.37 представляет собой узел фиг.18.
Фиг.38 представляет собой узел фиг.19.
Фиг.39 представляет собой узел фиг.19.
Фиг.40 представляет собой узел фиг.6.
Фиг.41 представляет собой узел фиг.6.
Фиг.42 представляет собой узел фиг.6.
Фиг.43 представляет собой продольный разрез коробки передач.
Фиг.44 представляет собой перспективный узел механизма переключения и кулачка.
Фиг.45 представляет собой вид сбоку механизма переключения внутри корпуса коробки передач.
Фиг.46 представляет собой вид сбоку механизма переключения.
Фиг.46А представляет собой узел переключателя руля.
Фиг.47 представляет собой вид с разнесением деталей механизма переключения.
Фиг.48 представляет собой перспективный подробный вид кольца с уступами.
Фиг.49 представляет собой вид сбоку удерживающего элемента троса.
Фиг.50 представляет собой вид сбоку неподвижного кольца.
Фиг.51 представляет собой перспективный вид узла кулачка переключения.
Фиг.52 представляет собой перспективный вид кольца с уступами.
Фиг.53 представляет собой узел фиг.52.
Фиг.54 представляет собой узел фиг.52.
Фиг.55 представляет собой перспективный вид держателя троса.
Фиг.56 представляет собой узел фиг.55.
Фиг.57 представляет собой перспективный вид неподвижного кольца.
Фиг.58 представляет собой узел фиг.57.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
Фиг.1 представляет собой продольный схематичный разрез коробки передач. Изобретение, главным образом, содержит планетарный зубчатый механизм, имеющий входной элемент, соединенный с первым планетарным механизмом, первый планетарный механизм, соединенный соосно последовательно со вторым планетарным механизмом, причем второй планетарный механизм соединен соосно последовательно с третьим планетарным механизмом, при этом выход второго планетарного механизма представляет собой повышение скорости от выхода первого планетарного механизма, выход третьего планетарного механизма представляет собой повышение скорости от выхода второго планетарного механизма, и третий планетарный механизм, соединенный с выходным элементом.
Предложенная коробка передач, предпочтительно, располагается в каретке велосипеда (см. фиг.4). Шатуны (см. фиг.4) прикреплены к каждому концу входного элемента 22. Водило 100 жестко соединено с элементом 22 и тем самым вращается вместе с элементом 22. Водило 100 дополнительно содержит палец водила или вал 101.
Три планетарных шестерни установлены на палец 101, а именно, P1, P2, P3. Каждая шестерня P1, P2, P3 вращается одновременно с одной и той же скоростью вокруг пальца 101. Шестерни P1, P2, P3, предпочтительно, содержат единый зубчатый составной элемент, имеющий три разных диаметра, тем самым описывая зубчатые колеса P1, P2, P3.
Элемент 400 эпициклического зубчатого колеса содержит первое эпициклическое зубчатое колесо R1 и второе эпициклическое зубчатое колесо R2. R1 находится в соединении с зацеплением с шестерней Р1. Солнечные зубчатые колеса S1 и S2 находятся в соединении с зацеплением с шестернями Р2 и Р3, соответственно. Солнечные зубчатые колеса S1 и S2 представляют собой реактивные зубчатые колеса с тормозом 1 и тормозом 4. Тормоз 1 и тормоз 4 присоединены к раме велосипеда (см. фиг.4). Частота вращения шестерни Р1 зависит от того, сцеплен ли или расцеплен тормоз 1 или тормоз 4 (см. фиг.3).
Второй планетарный механизм имеет две шестерни Р4 и Р5, жестко соединенные с валом 201 водила, и, следовательно, зубчатые колеса Р4 и Р5 вращаются вместе с валом 201. Эпициклическое зубчатое колесо R2 находится в соединении с зацеплением с шестерней Р4. Вал 201 водила установлен на водило 200. Водило 200 представляет собой реактивный элемент с тормозом 2 и сцепляется с ним.
Третье эпициклическое зубчатое колесо R3 жестко прикреплено к входному элементу третьего планетарного механизма, который представляет собой водило 300. Шестерня Р6 третьего планетарного механизма находится в соединении с зацеплением с четвертым эпициклическим зубчатым колесом R4. Эпициклическое зубчатое колесо R4 сцепляется с тормозом 3 и односторонней муфтой CL3. Односторонняя муфта CL3 сцепляется с водилом 300 и эпициклическим зубчатым колесом R3.
Каждая шестерня Р6 и Р7 установлена на палец 301 водила и, следовательно, вращается одновременно. Шестерни P6 и P7, предпочтительно, содержат единый зубчатый составной элемент, имеющий два разных диаметра и, следовательно, определяют зубчатые колеса P6 и P7. Шестерня Р7 находится в соединении с зацеплением с выходным солнечным зубчатым колесом S3. Выходное солнечное зубчатое колесо S3 жестко прикреплено к выходной звездочке 44.
Все планетарные механизмы водил пронумерованы в зависимости от увеличения скорости их соответствующих выходных элементов, то есть третий планетарный механизм вызывает вращение звездочки 44, которая в свою очередь вращается быстрее, чем относительное вращение второго планетарного механизма, который в свою очередь вращается быстрее, чем относительное вращение первого планетарного механизма, когда каждый планетарный механизм работает со всеми расцепленными односторонними муфтами (см. фиг.3 - зубчатое колесо 12). Кроме того, каждый планетарный механизм водила является соосным с другими, и каждый из планетарных механизмов водил соединен последовательно.
Каждый планетарный механизм дополнительно содержит одностороннюю муфту, а именно CL1, CL2, CL3. Когда сцеплена, каждая односторонняя муфта блокирует каждый соответствующий планетарный механизм водила с передаточным отношением 1:1.
Втулка 50 с низким коэффициентом трения расположена между входным элементом 22 и солнечным зубчатым колесом S1. Втулка 51 с низким коэффициентом трения расположена между солнечным зубчатым колесом S1 и солнечным зубчатым колесом S2. Втулка 52 с низким коэффициентом трения расположена между солнечным зубчатым колесом S3 и входным элементом 22.
Для простоты ссылки следующие узлы также могут в общем называться первым планетарным механизмом, вторым планетарным механизмом и третьим планетарным механизмом.
Первый планетарный механизм: водило 100; шестерни P1, P2, P3; вал 101; односторонняя муфта CL1; эпициклическое зубчатое колесо R1.
Второй планетарный механизм: водило 200; шестерни P4, P5; вал 201; односторонняя муфта CL2; эпициклическое зубчатое колесо R2; эпициклическое зубчатое колесо R3.
Третий планетарный механизм: водило 300; шестерни P6, P7; вал 301; односторонняя муфта CL3; эпициклическое зубчатое колесо R4.
Фиг.2 представляет собой таблицу передаточных отношений. Планетарный механизм (водило) 100 имеет передаточные отношения 1, 1,33 и 1,76. Планетарный механизм 200 имеет передаточные отношения 1 и 1,15. Планетарный механизм 300 имеет передаточные отношения 1 и 2,30. Объединенное общее передаточное число отмечено в колонке i.
Коробка передач по изобретению приводит к очень линейным шагам между каждым передаточным отношением, в среднем, приблизительно, 15%. Это обеспечивает возможность предсказуемых потребностей в энергии для каждого переключения, когда велосипедист включает повышенную и пониженную передачу посредством зубчатых передач.
Так как коробка передач по изобретению повышает скорость передней звездочки 44 выходного элемента по сравнению со скоростью входного элемента 22, передаточное отношение между передней звездочкой 44 и задней звездочкой 36, установленной на заднем колесе 34, регулируется соответствующим образом. Следовательно, например, передняя звездочка 44 имеет 32 зуба, а задняя звездочка имеет 42 зуба. Количество зубьев на передней звездочке и задней звездочке может регулироваться по требованию пользователя.
Фиг.3 представляет собой таблицу положений тормоза и муфты для каждой зубчатой передачи. Например, первая зубчатая передача, самая медленная зубчатая передача, имеет все планетарные механизмы 100, 200, 300 при передаточном отношении 1:1, и все муфты CL1, CL2, CL3 заблокированы. В первой зубчатой передаче все тормоза 1, 2, 3, 4 расцеплены.
Коробка передач по изобретению на около 20-30% легче, чем коробки передач предшествующего уровня техники. Другое преимущество коробки передач заключается в большем зазоре в раме велосипеда, так как передняя звездочка гораздо меньше.
Нижеследующее предусмотрено в качестве примера и не предназначено для ограничений конструкционных параметров, которые могут использоваться для каждого составного элемента. Диаметры даны в мм.
Шестерня
Эпициклическое зубчатое колесо
Диаметр
№№ зубьев
Р1
NA
13,6
17
Р2
NA
18,4
23
Р3
NA
10,4
13
Р4
NA
11,2
14
Р5
NA
13,6
17
Р6
NA
16
20
Р7
NA
10,4
13
NA
R1
57,6
72
NA
R2
45,6
57
NA
R3
48
60
NA
R4
52,8
66
Фиг.4 представляет собой частичный вид сбоку велосипеда. Коробка передач по изобретению, предпочтительно, будет устанавливаться на каретку 20. Шатуны 41 соединяются с входным элементом 22. Ноги велосипедиста сцепляются с педалями 42. Гибкий приводной элемент 50 сцепляется между звездочкой 44 и задней звездочкой 36. Задняя звездочка 36 соединяется с колесом 34. Велосипедист (не показан) сидит на сиденье 24. Колесо 34, шатуны 41, каретка 20, сиденье 24 соединены с рамой 30 велосипеда, известной в данной области техники. Гибкий приводной элемент 50 может содержать ремень или цепь.
Фиг.4А представляет собой вид сбоку ремня. Ремень 50 содержит тело 98. Зубья 99 отходят от тела 98 ремня. Зубья 99 проходят по ширине ремня и перпендикулярно относительно продольного или бесконечного направления. Такой тип ремня также называется зубчатым, клиновым или синхронным ремнем, как является известным в автомобильной технике.
Фиг.5 представляет собой продольный разрез коробки передач. Планетарные механизмы 100, 200, 300 водил показаны соединенными последовательно в каретке или корпусе 20 коробки передач. Водило 100 жестко соединено со входным элементом 22. Водило 200 является вращаемым вокруг элемента 22 на подшипниках 1002, 1003. Водило 300 является вращаемым вокруг элемента 22 на подшипниках 1003, 1004, 1005. Элемент 22 вращается в каретке 20 на подшипнике 1001. Элемент 22 может быть полым для уменьшения веса коробки передач.
Фиг.6 представляет собой перспективный вид тормоза. На фигуре показаны солнечные зубчатые колеса S1 и S2. Тормоз 1 сцепляется с солнечным зубчатым колесом S1. Тормоз 4 сцепляется с солнечным зубчатым колесом S2. Тормозные механизмы для переключения планетарной коробки передач обеспечивают то, что составной планетарный комплект не может сцепляться с двумя комплектами зубчатых колес одновременно и, таким образом, блокироваться. Предложенный механизм расположен вблизи солнечных зубчатых колес составного планетарного зубчатого комплекта, но может быть легко применен для торможения или переключения составного планетарного зубчатого комплекта с множеством эпициклических зубчатых колес.
Механизм содержит два рычага (701, 702) (801, 802), выполненных таким образом, что один физически мешает или препятствует сцеплению другого рычага с его солнечным зубчатым колесом, тогда как другой сцепляется с его соответствующим солнечным зубчатым колесом. Когда одно солнечное зубчатое колесо останавливается посредством тормоза, другое солнечное зубчатое колесо будет принуждаться вращаться относительно остановленного солнечного зубчатого колеса. В случае составного комплекта с более чем двумя солнечными зубчатыми колесами, каждое солнечное зубчатое колесо будет вращаться с разной скоростью, чем другие. Однако, если каждый тормоз применяется к каждому солнечному колесу одновременно, коробка передач блокировалась бы и не вращалась. Каждый рычаг ограничивает вращение или тормозит его соответствующее солнечное зубчатое колесо посредством сцепления со ступенчатой областью солнечного зубчатого колеса таким образом, что рычаг сцепляется с поверхностью ступени и ограничивает вращение солнечного колеса в одном направлении. Механизм может сцеплять солнечные зубчатые колеса радиально снаружи или радиально изнутри в зависимости от требуемой конфигурации.
Рычаги переключения приводятся в действие посредством ролика 601, который сцепляется с профилированной поверхностью 601В. Так как профиль изменяется, рычаги перемещаются либо для сцепления в качестве тормоза, либо для открывания и обеспечения возможности свободного перемещения соответствующего солнечного зубчатого колеса.
Каждый тормоз 1 и тормоз 4 содержит элемент 701 и 801 переключения, соответственно. Кулачок 600 переключения сцепляется с роликами 601 переключения. Каждый ролик 601 переключения сцепляется с податливой подкладкой или элементом 602.
Каждый элемент 701 и 801 переключения шарнирно смонтирован на торцевой крышке 205. Каждый конец 702, 802 каждого элемента 701, 801 переключения сцепляется с зубьями 210, 211 солнечных зубчатых колес, соответственно.
При работе кулачок 600 переключения вращается, обеспечивая возможность перемещения каждого ролика 601 переключения радиально наружу, тем самым отпуская каждую податливую подкладку 602. Отпускание каждой податливой подкладки 602 обеспечивает возможность поворачивания каждого элемента 701, 801 переключения вследствие смещения, вызванного посредством пружин 7001, тем самым побуждая элементы 701, 801 переключения сцепляться с зубьями 210, 211 солнечных зубчатых колес, соответственно. Сцепление каждого элемента 701, 801 переключения с соответствующими зубьями солнечных зубчатых колес останавливает вращение соответствующего солнечного зубчатого колеса в направлении CW по часовой стрелке.
Сила реакции, вызванная посредством сцепления элементов 701, 801 переключения с зубьями 210, 211, передается через каждый элемент 701, 801 переключения на торцевую крышку 205 и тем самым на раму велосипеда.
Тормоз 2 и тормоз 3 являются идентичными по описанию и работе тормозу 1 и тормозу 4.
Фиг.7 представляет собой поперечный разрез по 7-7 на фиг.5. Шестерня Р7 имеет соединение с зацеплением с солнечным зубчатым колесом S3. Элемент 601 переключения тормоза 3 сцепляется с зубьями 213. Зубья 213 расположены на внешнем периметре эпициклического зубчатого колеса R4. В настоящем варианте осуществления имеются три комплекта шестерен P6, P7.
Фиг.8 представляет собой поперечный разрез по 8-8 на фиг.5. Шестерня Р6 установлена на палец 301.
Фиг.9 представляет собой поперечный разрез по 9-9 на фиг.5. Шестерня Р5 установлена на палец 201. Шестерня Р5 имеет соединение с зацеплением с эпициклическим зубчатым колесом R3. Тормоз 2 содержит элемент 901 переключения, который сцепляется с зубьями 212. Зубья 212 расположены на внешнем периметре водила 200. В настоящем варианте осуществления имеются три комплекта шестерен P4, P5.
Фиг.10 представляет собой поперечный разрез по 10-10 на фиг.5. Шестерня Р4 имеет соединение с зацеплением с эпициклическим зубчатым колесом R2.
Фиг.11 представляет собой поперечный разрез по 11-11 на фиг.5. Шестерни P1 и Р2 установлены на палец 101. Шестерня Р1 имеет соединение с зацеплением с эпициклическим зубчатым колесом R1. В настоящем варианте осуществления имеются четыре комплекта шестерен Р1, P2, P3, каждая установлена на палец 101.
Фиг.12 представляет собой поперечный разрез по 12-12 на фиг.5. Солнечное зубчатое колесо S1 имеет соединение с зацеплением с шестерней Р2. Солнечное зубчатое колесо S2 имеет соединение с зацеплением с шестерней Р3.
Фиг.13 представляет собой поперечный разрез по 13-13 на фиг.5. Шестерня Р3 имеет соединение с зацеплением с солнечным зубчатым колесом S2.
Фиг.14 представляет собой вид с разнесением деталей коробки передач. Ось А-А представляет собой ось вращения. Ремень сцепляется со звездочкой 44 и задней ступицей (см. фиг.4).
Кожух 20 коробки передач может вставляться в каретку по типу картриджа. А именно, кожух 20 вставляется в цилиндрический приемник, при этом цилиндрический приемник содержит каретку. В альтернативном варианте осуществления верхнее перо рамы, подседельная труба рамы и нижние перья рамы могут быть прикреплены непосредственно к кожуху 20, например, посредством сварки, тем самым образуя каретку для кожуха 20 коробки передач. Внутренние элементы для коробки передач не будут изменяться для другого варианта осуществления.
Фиг.15 представляет собой узел фиг.14. Тросы 1, 2 переключения (известные в данной области техники) соединены с коробкой передач посредством регулировочных втулок 81 и 82, соответственно. Тросы 1, 2 переключения типично соединены с механизмами переключения на руле велосипеда, например, (не показан). Втулки 81, 82 соединены резьбой с кожухом 20 в отверстии 21, 22, соответственно. Подшипник 1006 расположен между солнечным зубчатым колесом S3 и кожухом 20.
Звездочка 44 содержит отверстия 440, которые размещают зубья ремня (не показано). Более того, отверстия 440 обеспечивают возможность падения грязи и инородных веществ, подбрасываемых колесами, через звездочку, тем самым обеспечивая возможность самоочищения звездочки. Это предотвращает накапливание инородных веществ между ремнем и звездочкой, что иным образом препятствовало бы работе.
Вкладыши 1007 и 1008 сцепляются с подшипниками 1005 и 1006, соответственно.
Распорка 800 расположена между подшипником 1004 и подшипником 1003. Распорка 801 расположена между подшипником 1003 и подшипником 1002.
Гайки 42 прикрепляют звездочку 41 к крестовине 51 на солнечном зубчатом колесе S3.
Фиг.16 представляет собой узел фиг.14. Каждый трос 1, 2 прикрепляется к приемнику 206. Приемник 206 прикреплен к концу кулачкового кольца 600 переключения. Посредством протягивания или вытягивания каждого троса 1, 2 кулачковое кольцо переключения тем самым вращается в кожухе 20 коробки передач. Диапазон вращательного движения кулачкового кольца 600 переключения составляет, приблизительно, 130°.
Поверхность 601А сцепляется с роликом 603, который сцепляется с собачкой 702А и 802А переключения. Поверхность 602А сцепляется с роликом 603, который сцепляется с податливым элементом 601 и тем самым собачкой 720, 721 переключения. Поверхность 603А сцепляется с роликом 603, который сцепляется с собачкой 702В, 802В переключения. Поверхность 601В сцепляется с роликом 603, который сцепляется с собачками 820, 821 переключения.
Собачки 720 и 721 переключения сцепляются с зубьями 212. Собачки 820, 821 переключения сцепляются с зубьями 213.
Пружины 8001А, 8001B, 8001C, 8001D смещают каждую собачку 720, 721, 820, 821 переключения в сцепление с зубьями 212, 213, соответственно. Смещение собачек переключения побуждает ролики 603 поддерживать контакт с кулачковыми поверхностями 601A, 602A, 603A и 601B.
Фиг.17 представляет собой узел фиг.14. Вкладыш 1010 сцепляется с подшипником 1002. Собачки 701А, 801А переключения сцепляются с зубьями 211. Собачки 701В, 801В переключения сцепляются с зубьями 210.
Фиг.18 представляет собой узел фиг.14. Фиг.19 представляет собой узел фиг.14. Фиг.20 представляет собой узел фиг.14. Резьбовое кольцо 23 прикрепляет конец 205 к кожуху 20. Вкладыш 1009 сцепляется с подшипником 1001. Заглушка 43 удерживает шатуны (не показаны) относительно полуоси 22.
Пружины 7001А, 7001B, 7001C, 7001D смещают каждую собачку 701А, 801А, 701В, 801В переключения в сцепление с зубьями 211, 210, соответственно.
Фиг.21 представляет собой вид с торца кулачкового кольца 600 переключения. Кулачковое кольцо 600 переключения содержит элемент 600А и 600В для простоты изготовления и сборки. Элемент 600А является цилиндрическим. Кулачковое кольцо 600 переключения расположено в коробке передач и является самым внешним в радиальном направлении от комплектов 100, 200, 300 планетарных передач и в кожухе 20 коробки передач (см. фиг.5).
Фиг.22 представляет собой вид сбоку кулачкового кольца 600 переключения. Элемент 600А показан имеющим решетчатую конструкцию для уменьшения веса, при этом сохраняя прочность. Кулачковое кольцо 600 переключения является вращаемым в кожухе 20 коробки передач.
Фиг.23 представляет собой вид с торца кулачкового кольца 600 переключения.
Фиг.24 представляет собой перспективный вид кулачкового кольца 600 переключения. Каждая окружная поверхность 601А и 602А переключения расположена на противоположных концах элемента 600А. Каждая поверхность 601А и 602А содержит радиально внутреннюю поверхность кулачкового кольца 600 переключения.
Окружная поверхность 601А содержит множество частей, каждая имеющая разный наклон или радиус. Радиальное положение роликов 603, сцепляющихся с податливым элементом 601 и тем самым собачкой 702А и 802А переключения, - каждое задано в соответствии с тем, с какой поверхностью 601А сцепляются ролики 603.
Окружная поверхность 602А содержит множество частей, каждая имеющая разный наклон или радиус. Радиальное положение роликов 603, сцепляющихся с податливым элементом 601 и тем самым собачкой 720 и 721 переключения, - каждое задано в соответствии с тем, с какой поверхностью 602А сцепляются ролики 603.
Окружная поверхность 603А содержит множество частей, каждая имеющая разный наклон или радиус. Радиальное положение роликов 603, сцепляющихся с податливым элементом 601 и тем самым собачкой 702В и 802В переключения, - каждое задано в соответствии с тем, с какой поверхностью 603А сцепляются ролики 603.
Окружная поверхность 601В содержит множество частей, каждая имеющая разный наклон или радиус. Радиальное положение роликов 603, сцепляющихся с податливым элементом 601 и тем самым собачкой 820 и 821 переключения, - каждое задано в соответствии с тем, с какой поверхностью 601В сцепляются ролики 603. Каждая поверхность 603А и 601В содержит радиально внутреннюю поверхность кулачкового кольца 600 переключения.
Фиг.25 представляет собой вид с торца кулачкового кольца переключения. Кулачковое кольцо 600 переключения содержит элемент 600А и 600В для простоты изготовления и сборки. Элемент 600В является цилиндрическим. Кулачковое кольцо 600 переключения расположено в коробке передач самым внешним от комплектов планетарных передач и в кожухе 20 коробки передач (см. фиг.5). Коробка передач переключается посредством вращения кулачкового кольца 600 переключения путем протягивания и вытягивания тросов 1, 2 переключения (см. фиг.14).
Фиг.26 представляет собой вид сбоку кулачкового кольца переключения.
Фиг.27 представляет собой вид с торца кулачкового кольца переключения.
Фиг.28 представляет собой перспективный вид кулачкового кольца переключения. Элемент 600В содержит вытянутые элементы 601В и 602В. Каждый элемент 601В и 602В сцепляется с взаимодействующим участком 600А, а именно, пазами 603А и 604А.
Фиг.29 представляет собой перспективный вид собачки переключения. Участок 7002 размещает элемент 601. Элемент 601 содержит упругий материал, который может сжиматься и будет восстанавливаться, когда сжатие снято.
Каждая собачка 701, 801 и 702, 802 переключения является идентичной другим. Для каждой собачки 702, 802 переключения элемент 602 закреплен на участке 7002.
Фиг.30 представляет собой вид сверху собачки переключения. Размещающий участок 760 размещает элемент 601. Каждая собачка 720, 820, 721, 821 переключения является идентичной другим. Для каждой собачки 720, 820, 721 и 821 переключения элемент 602 закреплен на участке 760.
Фиг.31 представляет собой вид сбоку собачки переключения. Размещающий участок 760 размещает элемент 601.
Фиг.32 представляет собой перспективный вид собачки переключения. Собачка 820 переключения шарнирно смонтирована на основании 840 собачки. Основание 840 собачки прикреплено к кожуху 20 (не показано). Ролик 603 расположен между поверхностью 601В и элементом 601.
Фиг.33 представляет собой перспективный вид собачки переключения. Пружина 8001А смещает собачку 820 переключения к зубьям 213.
Фиг.34 представляет собой перспективный вид собачки переключения. Собачка 840 переключения прикреплена к кожуху 20.
Фиг.35 представляет собой перспективный вид собачки переключения. Собачка 720 переключения шарнирно смонтирована на основании 740 собачки. Пружина 8001А смещает собачку 720 переключения к зубьям 212. Ролик 603 расположен между поверхностью 602А и элементом 601.
Фиг.36 представляет собой перспективный вид собачки переключения. Основание 740 собачки прикреплено к кожуху 20.
Фиг.37 представляет собой узел фиг.18. Собачка 920 односторонней муфты шарнирно смонтирована на водиле 300. Пружина 921 смещает собачку 920 односторонней муфты к зубьям 213 эпициклического зубчатого колеса R4. Собачка 920 односторонней муфты обеспечивает возможность обратного вращательного движения эпициклического зубчатого колеса R4 посредством расцепления от зубьев 213. В зависимости от конкретного зубчатого колеса, которое сцепляется, односторонняя муфта представляет собой элемент "свободного колеса" коробки передач, который позволяет велосипедисту прекратить работать педалями и двигаться по инерции. Вторая идентичная собачка односторонней муфты расположена напротив показанной на фиг.37, тем самым образуя пару собачек переключения односторонних муфт.
Фиг.38 представляет собой узел фиг.19. Собачка 930 односторонней муфты шарнирно смонтирована на водиле 200. Пружина 931 смещает собачку 930 односторонней муфты к зубьям 401 эпициклического зубчатого колеса R1. Собачка 930 односторонней муфты предотвращает обратное вращательное движение эпициклического зубчатого колеса R1 посредством сцепления с зубьями 401. Собачка 930 односторонней муфты обеспечивает возможность вращательного движения вперед эпициклического зубчатого колеса R1 относительно водила 200 посредством расцепления от зубьев 401. В зависимости от конкретного зубчатого колеса, которое сцепляется, односторонняя муфта представляет собой элемент "свободного колеса" коробки передач, который позволяет велосипедисту прекратить работать педалями и двигаться по инерции. Вторая идентичная собачка односторонней муфты расположена напротив показанной на фиг.38, тем самым образуя пару собачек переключения односторонних муфт.
Фиг.39 представляет собой узел фиг.19. Собачка 901 односторонней муфты шарнирно смонтирована на водиле 100. Пружина 902 смещает собачку 901 односторонней муфты к зубьям 401 эпициклического зубчатого колеса R1. Собачка 901 односторонней муфты обеспечивает возможность вращательного движения вперед эпициклического зубчатого колеса R1 относительно водила 100 посредством расцепления от зубьев 401. Собачка 901 односторонней муфты предотвращает обратное вращательное движение эпициклического зубчатого колеса R1 посредством сцепления с зубьями 401. В зависимости от конкретного зубчатого колеса, которое сцепляется, односторонняя муфта представляет собой элемент "свободного колеса" коробки передач, который позволяет велосипедисту прекратить работать педалями и двигаться по инерции. Вторая идентичная собачка односторонней муфты расположена напротив показанной на фиг.39, тем самым образуя пару собачек переключения односторонних муфт.
Фиг.40 представляет собой узел фиг.6. Ролик 603 сцепляется с поверхностью 601А, тем самым нажимая на элемент 602, который в свою очередь нажимает собачку 701 переключения, тем самым расцепляя собачку 702 переключения от зубьев 210.
Использование упругого элемента 602 обеспечивает возможность вращения кулачков переключения, когда собачка переключения по-прежнему сцепляется с зубьями. Кулачки могут вращаться и сжимать упругий элемент, когда собачка сцепляется с зубьями и нагружена сжатием. Когда велосипедист работает педалями велосипеда, входной крутящий момент в коробку передач является циклическим, так как вход передается от одной педали на другую. Даже для самых лучших велосипедистов входной крутящий момент падает до нуля или около нуля во время этой передачи входа от одной педали на другую. Вследствие циклической входной нагрузки работающего педалями велосипедиста, когда крутящий момент мгновенно приближается или достигает нуля, усилие на собачку переключения/зону контакта зубьев также падает до нуля или около нуля, именно в этот момент собачка переключения будет поворачиваться из сцепления вследствие стремления упругого элемента вернуться в исходное состояние. Это дает велосипедисту впечатление возможности переключения при нагрузке, тогда как в действительности переключение имеет место при условиях почти без нагрузки.
Двойной комплект собачек переключения, как описывается на этой фиг.38, подобным образом монтируется в область "А". Все собачки 701, 702, 801, 802 переключения шарнирно смонтированы на элемент 205 в монтажных участках 2051, 2052, 2053, 2054, соответственно.
Фиг.41 представляет собой узел фиг.6. Собачка 701 переключения имеет возможность перемещаться радиально наружу посредством перемещения ролика 601, причем ролик следует по поверхности 601А, когда поверхность 601А вращается во время переключения велосипедистом. Собачка 702 переключения показана полностью сцепленной с зубьями 210. Собачка 701 переключения совместно сцепляется с выступом 803, который в свою очередь позволяет собачке 702 переключения поворачиваться и тем самым сцепляться с зубьями 210. Пружина 7001А побуждает собачку 801 переключения в сцепление с роликом 601, и тем самым указанный ролик 601 в поверхность 601А. Собачки 802 и 702 переключения имеют возможность поворачиваться независимо друг от друга, но вследствие совместного расположения выступа 803 и собачки 701 переключения они не могут оба сцепляться с зубьями их соответствующих солнечных зубчатых колес одновременно. Если собачка 702 переключения сцепляется с зубьями 210, в таком случае взаимное расположение выступа 803 и собачки 701 переключения предотвращает сцепление собачки 802 переключения с зубьями 211. Наоборот, если собачка 802 переключения сцепляется с зубьями 211, собачка 702 переключения не может поворачиваться для сцепления с зубьями 210.
Фиг.42 представляет собой узел фиг.6. Так как собачка 701 переключения полностью нажимается роликом 603, собачка 702 переключения полностью расцепляется от зубьев 210. Собачка 701 переключения совместно сцепляется с выступом 803, который, в свою очередь, предотвращает поворачивание собачки 702 переключения для сцепления с зубьями 210. Выступ 803 расположен радиально выше собачки 701 переключения. Если собачка 701 переключения вращается для сцепления с зубьями 210, собачка 802 переключения удерживается от сцепления с зубьями 211, как показано на фиг.39. Собачка 802 переключения предохраняется от сцепления с зубьями 211 посредством взаимного расположения выступа 803 и собачки 701 переключения.
Когда собачка 802 переключения сцепляется с зубьями 211, как показано на фиг.40, собачка 702 переключения предохраняется от сцепления с зубьями 210 посредством расположения выступа 803 и собачки 701 переключения. Обе собачки 702 и 802 переключения могут расцепляться от зубьев 210 и 211 одновременно. Собачки 702, 802 переключения предохраняются от сцепления с зубьями одновременно посредством взаимного расположения выступа 803 и собачки 701 переключения. Каждый выступ 703, 803 является идентичным другому. Выступ 703 отходит от конца собачки 701 переключения. Выступ 803 отходит от конца собачки 801 переключения.
Фиг.43 представляет собой продольный разрез коробки передач, показывающий механизм переключения внутри зубчатой коробки передач. Коробка передач имеет входной вал 22, соединенный с шатунами 41 (см. фиг.5). Механизм переключения, описанный на фиг.43-58, а именно кулачок 600, как показан на фиг.18, заменен вариантом осуществления, показанным и описанным в отмеченных фигурах. Иным образом, коробка передач и ее работа является такой же, как описано на фиг.1-42.
Переключение с одной зубчатой передачи на следующую достигается посредством вращения узла 600 кулачка переключения (см. фиг.44). Узел кулачка переключения приводится в действие посредством механизма переключения по изобретению, который содержит удерживающий элемент 5000, волнистую пружину 5001, держатель 5003 троса, кольцо 5002 с уступами и неподвижное кольцо 5004.
Фиг.44 представляет собой перспективный узел механизма переключения и кулачка. На фиг.44 показан подузел механизма переключения и кулачка 600 переключения. Держатель 5003 троса соединен с кулачком 600 переключения посредством пружины 5005 растяжения. Один конец пружины 5005 соединен с пальцем 5006. Палец 5006 прикреплен к держателю 5003 троса. Второй конец пружины 5005 соединен с пальцем 5007. Палец 5007 прикреплен к кулачку 600 переключения. Фиг.51 представляет собой перспективный вид узла кулачка переключения.
Фиг.45 представляет собой поперечный разрез механизма переключения внутри корпуса коробки передач. На фиг.45 показан механизм переключения по изобретению, расположенный внутри корпуса 20 коробки передач. Кулачок 600 переключения взаимодействует с кольцом 5002 с уступами посредством выступа 5008 и выступа 5009, соответственно. Держатель 5003 троса (фиг.47) взаимодействует с кольцом 5002 с уступами посредством выступа 5011. Выступ 5008 также взаимодействует с ножкой 5010 удерживающего элемента 5000.
Фиг.46 представляет собой вид сбоку механизма переключения. На фиг.46 показано взаимодействие троса 1 и механизма переключения. Трос 1 соединен с поворотным переключателем или рычажным переключателем, установленным на руле велосипеда, известном в данной области техники (см. фиг.46А). Трос 1 проходит вокруг элемента 64 держателя 5003 троса таким образом, чтобы блокировать трос относительно держателя.
Фиг.46А представляет собой узел переключателя руля. Удаленный поворотный переключатель 8, известный в данной области техники, установлен на руле 7, причем руль, в свою очередь, прикреплен к типичной раме F велосипеда. Тросы 1 соединены с переключателем 8 и коробкой передач. Переключатель 8 только используется для приведения в действие тросов 1 посредством вращательного движения. Переднее колесо 2 соединено с рамой F, как является известным в данной области техники.
Фиг.47 представляет собой вид с разнесением деталей механизма переключения. Удерживающий элемент 5000 прикреплен к кулачку 600 переключения.
Фиг.48 представляет собой перспективный подробный вид кольца с уступами. На фиг.48 показано кольцо 5002 с уступами с множеством внутренних уступов 381 и граней 382 уступов, внешних уступов 383 и граней 384 уступов. Фиг.52 представляет собой перспективный вид кольца с уступами. Фиг.53 представляет собой узел фиг.52. Фиг.54 представляет собой узел фиг.52.
Каждый внутренний уступ 381 дополнительно содержит колено 385, расположенное между двумя соседними поверхностями, имеющими разный наклон. Назначение колена 385 заключается в том, когда переключение по большей части пути закончено и крутящие усилия являются относительно большими, когда вращение держателя 5003 троса составляет почти максимум и приближается к колену 385, в точке которого держатель троса проходит за колено 385, и требующийся крутящий момент внезапно падает, переключение будет происходить даже если оператор пытается остановить предстоящее переключение. Следовательно, надлежащее переключение более легко происходит в последней части перемещения переключения. Это также предотвращает остановку кольца 5003 держателя троса на вершине уступов, так как, как только усилие (крутящий момент), требующееся для завершения переключения уменьшается, переключение быстро происходит. Такая же коленчатая часть 543 находится на уступе 541 на неподвижном кольце 5004 (см. фиг.58).
Фиг.49 представляет собой вид сбоку удерживающего элемента троса. На фиг.49 показан удерживающий элемент 5003 троса с множеством частей 361 уступов и граней 362 уступов. Фиг.55 представляет собой перспективный вид держателя троса. Фиг.56 представляет собой узел фиг.55.
Фиг.50 представляет собой вид сбоку неподвижного кольца. На фиг.50 показано неподвижное кольцо 5004 с множеством уступов 541 и граней 542 уступов. Фиг.57 представляет собой перспективный вид неподвижного кольца. Фиг.58 представляет собой узел фиг.57. Неподвижное кольцо 5004 закрепляется на месте относительно корпуса 20 посредством механического взаимодействия с корпусом 20. Грани 542 уступов неподвижного кольца 5004 взаимодействуют с гранями 382 уступов кольца 5002 с уступами, ограничивая вращательное движение по часовой стрелке кольца 5002 с уступами. Уступы 541 неподвижного кольца 5002 взаимодействуют с уступами 381 кольца 5002 с уступами, принудительно вызывая осевое перемещение кольца 5002 с уступами во время вращения против часовой стрелки держателя 5003 троса.
Механизм переключения работает в двух режимах: повышающие передачи и понижающие передачи.
Работа в режиме повышающей передачи является такой, как изложено ниже. Волнистая пружина 5001 обеспечивает непрерывное осевое усилие на кольцо 5002 с уступами, тем самым прижимая кольцо 5002 с уступами в контакт с кольцом 5003 троса. Держатель 5003 троса расположен в осевом направлении между кольцом 5002 с уступами и корпусом 20 (см. фиг.47). Трос 1 (исполнительный механизм) тянется оператором (велосипедистом) образом, который принудительно вращает держатель 5003 троса в направлении по часовой стрелке, как определено в соответствии с фиг.46. Когда держатель 5003 троса вращает пальцы 5007 и 5006 для отделения, побуждая усилие пружины 5005 увеличиваться. Палец 5007 соединен с кулачком 600 переключения. Палец 5006 соединен с держателем 5003 троса. Радиально внутренние части 361 уступов держателя 5003 троса совместно взаимодействуют с радиально внешними частями 383 уступов кольца 5002 с уступами. Радиально внутренние части 381 уступов кольца 5002 с уступами совместно взаимодействуют с частями 541 с уступами неподвижного кольца 5004 таким образом, что грань 542 взаимодействует с гранью 382 кольца 5002 с уступами для ограничения вращения по часовой стрелке кольца 5002 с уступами. Ограниченное вращение кольца 5002 с уступами вызывает относительное движение между уступами 383 и 361, тем самым принудительно перемещая кольцо 5002 с уступами в осевом направлении Х-Х, причем направление является перпендикулярным относительно направления вращения (см. фиг.44). Другими словами, направление Х-Х является коллинеарным оси вращения входного вала 22. Кольцо 5002 с уступами не вращается во время этой части осевого перемещения. Осевое перемещение кольца 5002 с уступами продолжается до тех пор, пока грань 382 не расположится таким образом, что она больше не контактирует с гранью 542, обеспечивая возможность вращения кольца 5002 с уступами. Вращательное перемещение кольца 5002 с уступами наряду с осевым перемещением кольца 5002 с уступами происходит вследствие положения уступов 383 и 361, вращательного усилия от взаимодействия уступов 383 и 361 и осевого усилия, прикладываемого посредством волнистой пружины 5001. Вращательное и осевое перемещение кольца 5002 с уступами продолжается до тех пор, пока грани 382 и 542 не будут взаимодействовать снова, в момент чего вращение кольца с уступами и кулачка переключения останавливается в заданном положении, которое соответствует выбранной передаче коробки передач. Вращательное перемещение кольца 5002 с уступами освобождает кулачок 600 переключения для вращения, так как во время вращения кольца 5002 с уступами выступ 5009 перемещается от выступа 5008. Кулачок 600 переключения затем принудительно вращается посредством усилия пружины 5005, действующего на пальцы 5007 и 5006, что также влияет на держатель 5003 троса. Вращательное перемещение кулачка 600 переключения располагает составные элементы коробки передач таким образом, что переключение передачи происходит, как описано здесь.
Это также может называться как механизм переключения "холостого хода". Это так потому, что кольцо с уступами будет перемещаться в осевом направлении на заданное расстояние до того, как происходит вращение кольца с уступами и тем самым кулачка переключения, вызывая переключение передач коробки передач. Отсутствие вращения во время части осевого перемещения содержит "холостой" ход.
Работа в режиме понижающей передачи является такой, как изложено ниже. Волнистая пружина 5001 обеспечивает непрерывное осевое усилие на кольцо 5002 с уступами, тем самым прижимая кольцо 5002 с уступами в контакт с кольцом 5003 троса. Пружина 5005 обеспечивает усилие пружины для вращательного перемещения посредством пальцев 5007 и 5006, действующих на кулачок 600 переключения и держатель 5003 троса. Пружина 5005 также побуждает выступы 5009 и 5008 располагаться в контакте друг с другом. Трос 1 (исполнительный механизм) тянется оператором образом, который вращает держатель 5003 троса в направлении против часовой стрелки, как определено в соответствии с фиг.46. Так как держатель 5003 троса вращается, грани 362 взаимодействуют с гранями 384, также принудительно вращая кольцо 5002 с уступами в направлении против часовой стрелки. Вращение кольца 5002 с уступами побуждает кулачок 600 переключения вращаться, так как выступ 5009 сцепляется с выступом 5008. Так как кольцо 5002 с уступами вращается, уступы 381 кольца 5002 с уступами взаимодействуют с уступами 541 неподвижного кольца 5004, принудительно вызывая осевое перемещение кольца 5002 с уступами. Грани 542 и 382 отделяются во время этого вращения и осевого перемещения. Осевое перемещение кольца 5002 с уступами продолжается до тех пор, пока уступ 381 и 541 не переместится один за другой, позволяя кольцу 5002 с уступами реверсировать осевое направление и размещать само себя с гранями 542 и 382, входящими обратно в контакт. Это размещение кольца 5002 с уступами закрепляет положение выступа 5009 и тем самым выступа 5008, что закрепляет положение кулачка 600 переключения. Вращательное перемещение кулачка 600 переключения располагает составные элементы коробки передач таким образом, что переключение передачи происходит, как описано здесь.
Осевая длина граней 382 и 542 меньше, чем осевая длина граней 362 и 384, таким образом кольцо 5002 с уступами остается расположенным с возможностью вращения с держателем 5003 троса в пределах длины уступов 361 и 383.
Угловая длина уступов 381 и 541 соответствует требуемому угловому перемещению (вращению) кулачка 122 переключения и может изменяться от передачи к передаче, если требуется. Если оператор/велосипедист перемещает трос 1 в положение, которое не соответствует надлежащему положению передачи для коробки передач, и затем отпускает трос, механизм будет сам переустанавливаться в надлежащее положение передачи при отпускании троса благодаря наклонным уступам.
Хотя одна форма изобретения была описана здесь, для специалистов в данной области будет очевидным, что могут быть выполнены изменения в конструкции и относительно частей, не отступая от идеи и объема описанного здесь изобретения.