МЕХАНИЗМ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЗВЕЗДОЧЕК ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧИ

«Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи»
3.0.0. Область техники, к которой относится полезная модель.
3.0.1. Предлагаемая полезная модель относится к области переключения цепной передачи с группой звездочек для изменения скорости вращения вала, на котором установлены звездочки. Примером такой передачи может служить цепная передача велосипеда, на валу заднего ведущего колеса которого установлено несколько звездочек. Изменяя соединение цепной передачи от зубчатого колеса педалей к различным по количеству зубьев звездочкам, скорость вращения ведущего колеса изменяется при относительно постоянной скорости вращения педалей велосипеда и прикладываемого усилия на педали в зависимости от условий движения. Так, во время движения велосипеда на подъем создается необходимость уменьшить усилие, прикладываемое к педалям велосипеда. Это достигается переключением цепной передачи на звездочку ведущего колеса с большим количеством зубьев. Во время движения по ровной дороге без препятствий, скорость вращения ведущего колеса велосипеда можно увеличить, прикладывая установившееся усилие на педали, что достигается переключением цепной передачи на звездочку с меньшим количеством зубьев. Таким образом, переключая цепную передачу на необходимые звездочки ведущего колеса, создаются необходимые условия для движения на велосипеде в зависимости от физических способностей велосипедиста.
3.2.0.0. Уровень техники.
Для переключения звездочек цепной передачи в настоящее время используются ручные и автоматические устройства перевода цепи на необходимые звездочки цепной передачи привода ведущего колеса, например, велосипеда, или подобного устройства, в зависимости от прилагаемого пользователем (велосипедистом) усилия на ведущую ветвь цепи. Из уровня техники автоматических переключателей передач, в частности велосипеда, известны многоскоростные втулки заднего ведущего колеса (например, с планетарным редуктором или гидромеханические), обеспечивающие автоматическое и плавное изменение передаточного отношения. Для автоматического переключения звездочек цепной передачи применяется также многоскоростная втулка заднего колеса с автоматическим переключением передач конструкции инженера-конструктора В. Алешина, при работе, которой переключение скоростей происходит автоматически, по классической схеме- перебросом цепи со звездочки на звездочку ведущего колеса с использованием существующего в настоящее время устройством направления цепи на звездочки ведущего колеса.
Известно также «Автоматическое устройство управления переключением передач для велосипеда», Заявка: 2001124886/11, 12.09.2001, дата начала отсчета срока действия патента: 12.09.2001, конвенционный приоритет: 13.09.2000 (пп.1-46) US 09/660,770, дата публикации заявки: 20.07.2003, авторы: ХОРИУТИ Нориюки (JP), патентообладатель(и): ШИМАНО ИНК. (JP). Известно «Автоматическое устройство управления переключением передач для велосипеда», которое содержит электронный контроллер, систему датчиков, электрических приборов визуального наблюдения и регулировки (см. патент России №RU 0002253589 С2, 7 В62М 25/08, от 12.09.2001. Предложенный механизм позволяет автоматически переключать передачи при помощи трансмиссии электронного типа, где предусмотрен ряд наборов передач и каждый из наборов имеет меньше передач, чем предыдущий. При выборе велосипедистом желательного набора передач контроллер обеспечивает переключение передач в пределах выбранного набора передач. Устройством предусмотрено предотвращение частого переключения передач, пропуская часть передаточных чисел трансмиссии.
Известно устройство автоматического переключения передач на велосипеде, содержащее ведомый кожух, приводную втулку, планетарный редуктор, смонтированный между приводной втулкой и ведомым кожухом, а также механизм автоматического переключения передач (см. патент Японии №3604136 В2, 2003026071 А, 7 В62М 11/16, 2002).
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели «Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи» является многоскоростная втулка заднего колеса с автоматическим переключением передач конструкции инженера-конструктора В. Алешина, при работе которой переключение скоростей происходит автоматически, по классической схеме - перебросом цепи со звездочки на звездочку ведущего колеса, что совпадает с существенным признаком заявляемой полезной модели. Совпадает также условие автоматического переключения передач, которое зависит от физических возможностей велосипедиста. В зависимости от физических возможностей велосипедиста заявленный «Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи» имеет, как и аналог, предварительную настройку на момент переключения звездочек цепной передачи при различных условиях движения (см. аналог RU 2385816 С1, В62М 9/123, 10.04.2010, Алешин Владислав Петрович).
3.3.0. Раскрытие полезной модели.
При различных условиях движения велосипедист желает произвести переключение звездочек заднего колеса, подбирая усилие на педали в соответствии со своими физическими возможностями или комфортными условиями движения. Исследование работы цепной передачи от зубчатого колеса с педалями до звездочек (зубчатых колес) заднего ведущего колеса показывает, что сила натяжения приводной ветви цепи при различных условиях движения с выбором велосипедистом определенной звездочки заднего колеса, характерной для его физической возможности (или комфортного движения), изменяется по определенным законам. Так, при разгоне, велосипедист прикладывает свойственное ему большое усилие на педали. После разгона большое усилие на педали прекращается и, желая увеличить скорость, велосипедист производит переключение цепной передачи на звездочку меньшего размера. При этом увеличивается скорость движения, при характерном для велосипедиста усилии. Во время движения на подъем на высокой скорости затруднительно производить длительно повышенное усилие на педали, и велосипедист выбирает переключением цепной передачи звездочку большего размера на ведущем колесе. Таким образом, в зависимости от прикладываемой физической нагрузки на педали в зависимости от условий движения, происходит изменение силы натяжения ведущей ветви цепи от зубчатого колеса педалей к звездочкам заднего колеса. Велосипедист, производит переключение звездочек заднего колеса, подбирая усилие на педали в соответствии со своими физическими возможностями, уравнивая натяжение цепи до примерно одинаковой силы натяжения при различных условиях движения.
3.3.1.0. В основу предлагаемой полезной модели «Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи» положена задача разработки механизма, который обеспечит получение следующих результатов:
3.3.1.1. Выполнение автоматического переключения цепной передачи на необходимую звездочку ведущего колеса, в зависимости от силы натяжения цепи, как следствие физических возможностей велосипедиста;
3.3.1.2. Возможность настройки механизма автоматического переключения передач на физические данные велосипедиста или желание комфортного движения;
3.3.1.3. Механизм автоматического переключения звездочек должен иметь устройство задержки для устранения частого переключения при кратковременном изменении усилия натяжения цепи (например, кратковременное снижение приложенного усилия к педалям или кратковременное повышение усилий);
3.3.1.4. Механизм автоматического переключения звездочек должен устанавливаться на велосипед, или подобное устройство без особых изменений конструкции имеющегося механизма перевода цепи на необходимую звездочку и иметь возможность перехода, при необходимости, на ручное управление переключением звездочек.
3.4.0. Краткое описание чертежей.
Для наглядного раскрытия предлагаемой полезной модели «Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи» приводится ряд графических материалов, изображенных в разделе 5.0.0.
Фиг.1. Кинематическая схема механизма для автоматического переключения звездочек цепной передачи.
На кинематической схеме показан способ преобразования силы натяжения ведущей ветви цепи при движении велосипеда, или другого подобного устройства, в автоматическое управление переключением звездочек цепной передачи.
Поз.1. Вилка рамы заднего колеса, на которой крепится механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи. Поз.2. Тросик в оболочке, передающий усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку. Поз.3. Устройство управления тросиком, передающим усилие от механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи к устройству для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку. Поз.4. Корпус механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи с элементом крепления на вилку заднего колеса (элемент крепления корпуса на вилку заднего колеса показан частично, полностью показан на Фиг.3. Поз.4).
Поз.5. Рабочая пружина для компенсации силы натяжения цепи. Поз.6. Корпус амортизатора для устранения переключения при кратковременном изменении усилия натяжения цепи.
Поз.8. Шток, передающий силу натяжения ценой передачи на механизм управления тросиком переключателя звездочек. Поз.9. Ролик, воспринимающий силу натяжения цепи и передающий усилие на шток.
Поз.10. Ведущая верхняя ветвь цепи (показана без приложенной силы натяжения цепи).
Поз.12. Отверстие поршня амортизатора для перепускания амортизирующей жидкости.
Поз.14. Поршень амортизатора, устройства задержки для устранения переключения при кратковременном изменении усилия натяжения цепи.
Поз.16. Амортизирующая жидкость в корпусе амортизатора.
Поз.18. Шайба, установленная на штоке, к которой приложено усилие пружины.
Поз.21. Стакан пружины.
Поз.23. Рычаг устройства управления тросиком к механизму переключения звездочек ведущего колеса.
Поз.24. Пружина с роликом, фиксирующая положение устройства управления тросиком, передающим усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса.
Поз.26. Тросик перевода штока для отключения автоматического переключения звездочками цепной передачи.
Поз.27. Рычаг управления на ручное или автоматическое переключение звездочками.
Фиг.2. Устройство «Механизма для автоматического переключения звездочек цепной передачи» (в разрезе) с плавной настройкой применяемого усилия.
Поз.1. Вилка рамы заднего колеса, на которой крепится механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи.
Поз.2. Тросик в оболочке, передающий усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку.
Поз.3. Устройство управления тросиком, передающим усилие от механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи к устройству для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку.
Поз.4. Корпус механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи с элементом крепления на вилку рамы заднего колеса (элемент крепления на вилку рамы не показан, показан на Фиг.3. Поз.4).
Поз.5. Рабочая пружина для компенсации силы натяжения цепи.
Поз.6. Корпус амортизатора для устранения переключения при кратковременном изменении усилия натяжения цепи. Поз.7. Крышка амортизатора.
Поз.8. Шток, передающий силу натяжения цепной передачи на механизм управления тросиком переключателя звездочек. Поз.9. Ролик, воспринимающий силу натяжения цепи и передающий усилие на шток.
Поз.10. Ведущая верхняя ветвь цепи (показана без приложенной силы натяжения цепи).
Поз.11. Уплотнители утечки амортизирующей жидкости.
Поз.12. Отверстие поршня амортизатора для перепускания амортизирующей жидкости.
Поз.13. Отверстия для закручивания крышки амортизатора.
Поз.14. Поршень амортизатора, закрепленный на штоке.
Поз.15. Уплотнитель поршня амортизатора.
Поз.16. Амортизирующая жидкость в корпусе амортизатора.
Поз.17. Уплотнитель утечки амортизирующей жидкости.
Поз.18. Шайба, установленная на штоке, к которой приложено усилие пружины.
Поз.19. Контргайка шайбы.
Поз.20. Контргайка регулировочного стакана пружины.
Поз.21 Стакан пружины.
Поз.22. Отверстие в стакане пружины для установки ключа при плавном регулировании необходимого усилия на педали пользователем.
Поз.23. Рычаг устройства управления тросиком к механизму переключения звездочек ведущего колеса.
Поз.24. Пружина с роликом, фиксирующая положение устройства управления тросиком, передающим усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса.
Примечание: Устройство управления ручным или автоматическим переключением звездочек на Фиг.2 не показано (для сведения, устройство показано на кинематической схеме Фиг.1).
Фиг.3. Общий вид предлагаемой полезной модели «Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи».
Поз.1. Вилка рамы заднего колеса, на которой крепится механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи.
Поз.2. Тросик в оболочке, передающий усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку.
Поз.3. Устройство управления тросиком, передающим усилие от механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи к устройству для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку.
Поз.4. Корпус механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи с элементом крепления на вилку рамы заднего колеса.
Поз.6. Корпус амортизатора для устранения переключения при кратковременном изменении усилия натяжения цепи.
Поз.8. Шток, передающий силу натяжения ценой передачи на механизм управления тросиком переключателя звездочек.
Поз.9. Ролик, воспринимающий силу натяжения цепи и передающий усилие на шток.
Поз.10. Ведущая верхняя ветвь цепи (показана без приложенной силы натяжения цепи).
Поз.20. Контргайка стакана пружины.
Поз.21. Стакан пружины.
Поз.23. Рычаг устройства управления тросиком к механизму переключения звездочек ведущего колеса.
Поз.24. Пружина с роликом, фиксирующая положение устройства управления тросиком, передающим усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса. Поз.2 5. Резьбовое соединение крепления механизма к вилке заднего колеса.
Примечание: Устройство переключения на управление ручным или автоматическим переключением звездочек на Фиг.3 на показано (для сведения, устройство показано на кинематической схеме Фиг.1, Поз.4). Фиг 4.. Устройство «Механизма для автоматического переключения звездочек цепной передачи» (в разрезе) с фиксированной настройкой применяемого усилия.
Поз.1. Вилка рамы заднего колеса, на которой крепится механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи. Поз.2. Тросик в оболочке, передающий усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса. Поз.3. Устройство управления тросиком, передающим усилие от механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи к устройству для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку. Поз.4. Корпус механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи с элементом крепления на вилку рамы заднего колеса (элемент крепления на вилку рамы не показан, показан на Фиг.З.Поз.4). Поз.5. Рабочая пружина для компенсации силы натяжения цепи. Поз.8. Шток, передающий силу натяжения цепной передачи на механизм управления тросиком переключателя звездочек. Поз.9. Ролик, воспринимающий силу натяжения цепи и передающий усилие на шток.
Поз.10. Ведущая верхняя ветвь цепи (показана без приложенной силы натяжения цепи).
Поз.11. Уплотнители утечки амортизирующей жидкости. Поз.12. Отверстие поршня амортизатора для перепускания амортизирующей жидкости.
Поз.16. Амортизирующая жидкость в корпусе амортизатора.
Поз.18. Шайба, установленная на штоке, к которой приложено усилие пружины.
Поз.19. Контргайка шайбы.
Поз.20. Контр гайка стакана пружины.
Поз.21. Стакан пружины.
Поз.23. Рычаг устройства управления тросиком к механизму переключения звездочек ведущего колеса.
Поз.24. Пружина с роликом, фиксирующим положение устройства управления тросиком, передающим усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса.
Поз.28. Рычаг фиксированной настройки устройства на силу натяжения цепи.
Поз.29. Отверстия для изменения длины рычага при настройке устройства на силу натяжения цепи.
Примечание: Устройство управления ручным или автоматическим
переключением звездочек на Фиг.4 не показано (для сведения, устройство показано на кинематической схеме Фиг.1).
Фиг.5. На Фиг.5 показан вариант установки «Устройства для автоматического переключения звездочек цепной передачи» на вилке заднего колеса велосипеда с применяемым механизмом направления цепи при переключении на выбранную звездочку ведущего колеса.
Поз.1. Вилка рамы заднего колеса, на которой крепится механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи.
Поз.2. Тросик в оболочке, передающий усилие для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса.
Поз.4. Поз.4. Корпус механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи с элементом крепления на вилку рамы заднего колеса.
Поз.30. Механизм направления цепи при переключении на выбранную звездочку ведущего колеса.
3.5.0. Осуществление полезной модели.
3.5.1.0. Практическое осуществление предлагаемой полезной модели может быть выполнено с помощью устройства (Фиг.1, Фиг.2 ,Фиг.З, Фиг.4, Рис.1, Поз.4), выполняющего управление механизмом перевода цепи на определенную звездочку, который установлен на велосипеде с ручным переключением (требование к конструкции П.3.3.1.4.«Раскрытие полезной модели»), в зависимости от натяжения ведущей ветви цепи (Фиг.2, Поз.10). Сила натяжения цепи определяется подпружиненным штоком (Фиг.2, Поз.8) с роликом (Фиг.2, Поз.9), или подпружиненным штоком (Фиг.4, Поз.8) и рычагом (Фиг.4, Поз28) с роликом (Фиг.4, Поз.9). Механизм автоматического переключения звездочек цепной передачи собран в корпусе (Фиг.2, Поз.4; Фиг.4, Поз.4) и установлен на вилке заднего колеса (Фиг.2, Поз.1; Фиг.4, Поз.1) рамы велосипеда под верхней приводной ветвью цепи (Фиг.2, Поз.10; Фиг.4, Поз.10).
При помощи ролика (Фиг.2, Поз.9), по которому катится цепь (Фиг.2, Поз.10), на шток (Фиг.2, Поз.8) передается усилие натяжения цепи. В корпусе механизма (Фиг.2. Поз.4) установлена пружина (Фиг.2, Поз.5), нижней частью в регулировочном стакане (Фиг.2, Поз.21). Верхний конец пружины опирается на закрепленную на штоке шайбу (Фиг.2, Поз.18). Шайба закреплена на штоке конргайкой (Фиг.2, Поз.19). Пружина (Фиг.2, Поз5) сжата по усмотрению велосипедиста регулировочным стаканом (Фиг.2, Поз.21) с усилием, настроенным на физические способности пользователя и имеет возможность плавного регулирования сжатия путем откручивания или закручивания стакана (Фиг.2, Поз.21) специальным ключом, устанавливая ключ в глухие отверстия (Фиг.2, Поз.22) на стакане. Такое регулирование по усмотрению велосипедиста в зависимости от его физических возможностей соответствует требованиям разработки механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи согласно п.3.3.1.2. «Раскрытие полезной модели». Сила натяжения цепи приводит в движение через ролик (Фиг.2, Поз.9) подпружиненный шток (Фиг.2, Поз.8). Движение штока через закрепленную на нем шайбу воздействует на пружину, которая под действием давления от натяжения цепи сжимается или разжимается, изменяя движение штока вверх или вниз и уравновешивая действие силы натяжения цепи, устанавливает шток (Фиг.2, Поз.8) в определенном положении. К штоку, через рычаг (Фиг.2, Поз.23), присоединено устройство управления тросиком (Фиг.2, Поз.3), который передает положение штока механизма автоматического переключения звездочек цепной передачи, к устройству для установки направляющего механизма цепи на необходимую звездочку ведущего колеса. Уменьшение или увеличение длины тросика в оболочке (Фиг.2, Поз.2), соединенного вторым концом с механизмом перемещения цепи по звездочкам, приводит к переключению цепи по звездочкам, что соответствует требованию к конструкции (п.3.3.1.1. «Раскрытие полезной модели»).
Для задержки переключения при кратковременном изменении силы натяжения цепи (кратковременная остановка вращения педалей, кратковременное увеличение давления на педали), в устройстве применяется демпфирование (сглаживание) перемещения штора при помощи амортизатора, установленного в верхней части корпуса. В цилиндре амортизатора (Фиг.2, Поз.6) при перемещении штока (Фиг.2, Поз.8), через отверстия (Фиг.2, Поз.12) поршня (Фиг.2, Поз.14) закрепленном на штоке, перетекает амортизирующая жидкость-масло машинное (Фиг.2, Поз.16). При этом происходит задержка автоматического переключения при кратковременном изменении усилия на педали и устранение частого переключения, что соответствует выполнению поставленных условий разработки конструкции (п.3.3.1.3,. «Раскрытие полезной модели»),
Для перехода работы из автоматического в ручное переключение звездочек ведущего колеса применяется устройство отключения «Механизма для автоматического переключения звездочек цепной передачи». Поворотом рычага (Фиг.1, Поз27) в верхнее положение, тросик (Фит.1, Поз.26) устанавливает шток вниз, устраняя при этом действие тросика (Фиг.1, Поз.2) переключателя звездочек от автоматического механизма. При этом вводится в работу механизм ручного управления переключением звездочек, что соответствует требованию к разработке конструкции П.3.3.1.4. «Раскрытие полезной модели». Для ввода в работу автоматического переключателя необходимо перевести рычаг (Фиг.1, Поз.27) в нижнее положение, включив шток (Фиг.1, Поз.8) в работу. Перед полной остановкой велосипеда или началом движения желательно отключить автоматическое переключение механизма. При этом цепь установится на самую большую звездочку заднего колеса, что удобно при начале движения.
Для фиксированной настройки силы натяжения ведущей ветви цепи, при которой происходит переключение звездочек цепной передачи можно использовать упрощенную конструкцию предлагаемого «Механизма для автоматического переключения звездочек цепной передачи (Фиг.4). Настройка упрощенного устройства на силу натяжения цепи, при которой происходит переключение звездочек цепной передачи выполняется изменением длины рычага (Фиг.4, Поз.28) с роликом (Фиг.4, Поз9), путем переустановки рычага в другие отверстия (Фиг.4, Поз.29). Уменьшение длины рычага от штока (Фиг.4, Поз.8) до ролика (Фиг.4, Поз9) увеличивает усилие, которое необходимо приложить к педалям велосипеда для переключения. Увеличение длины рычага от штока (Фиг.4, Поз.28) до ролика (Фиг.4, Поз9) уменьшит усилие, прилагаемое к педалям велосипеда, при котором произойдет переключение. Данная конструкция «Механизма» упрощается отсутствием дополнительного цилиндра для амортизации переключения при кратковременном изменении усилия на педали. Роль амортизатора в данной конструкции выполняет рабочий цилиндр с амортизационной жидкостью (маслом) и шайба, установленная на штоке, к которой приложено усилие пружины (Фиг.4, Поз 18) с отверстиями (Фиг.4, Поз12) для перепускания амортизационной жидкости. Шайба выполняет в данном случае роль поршня, закреплена на штоке конргайкой (Фиг.4, Поз.19). Предлагаемая полезная модель «Механизм для автоматического переключения звездочек цепной передачи» изготавливается из известных деталей и материалов, технология изготовления доступна промышленному производству.