ВЕЛОСИПЕД С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ
BICYCLE WITH AUTOMATIC GEARSHIFT

Предполагаемое изобретение относится к транспорту, а именно к велосипедам с автоматическим переключением передач.
Известен «Велосипед «АННУШКА»», содержащий в осях внутренние и внешние пары зацепления ведущих и ведомых элементов. Велосипед снабжен центробежным грузом, который посредством гибкой связи взаимодействует с подпружиненным поводком, взаимодействующим с полумуфтой для осуществления автоматического изменения передаточного отношения цепной передачи (см. патент России 2059507-6 В62М 11\16, 1993г.) - аналог.
Однако «Велосипед «АННУШКА»» обладает недостатками ограничивающими применение. Например, узок диапазон передаточных отношений. Гибкая связь снижает надежность механизма, а центробежный груз увеличивает вес велосипеда, что является неприемлемым для БОЛЬШОГО спорта.
Также известен «ВЕЛОСИПЕД С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ», который содержит раму с вилкой переднего колеса. В оси переднего колеса установлен трос управления задним переключателем. Трос управляется посредством центробежной силы вращающихся грузов. Грузы взаимодействуют с подпружиненным кольцом через гибкую связь (см. патент России RU 2327593 С1 от 05 сентября 2006 г.) - аналог.
Однако конфигурация каждого из грузов оригинальна и сложна в изготовлении. Ход центробежных грузов должен соответствовать ходу троса, следовательно возрастают габаритные размеры грузов. Грузы должны содержать защитный кожух, что усложняет конструкцию и увеличивает вес велосипеда. Гибкая связь снижает надежность автоматики. Перечисленные выше факты отрицательно характеризуют техническое решение.
Наиболее близко к предложенному техническому решению относится «ВЕЛОСИПЕД-АВТОМАТ» (см. патент России RU 2328402 С1 от 07 февраля 2007 г.) - прототип. Велосипед-автомат содержит раму с вилкой переднего колеса, а также задний переключатель скоростей, ось крепления втулки заднего колеса с кассетой из звездочек и ось крепления втулки переднего колеса, смонтированную в вилке переднего колеса, трос управления задним переключателем скоростей. Автоматическое переключение скоростей обеспечивается посредством центробежных грузов, которые имеют гибкую связь с подпружиненным управляющим звеном, которое связано со втулкой колеса и расположено внутри втулки колеса между полумуфтой реверсивной и полумуфтой резьбовой с возможностью взаимодействия с этими полумуфтами при увеличении или уменьшении центробежной силы грузов для перемещения троса управления задним переключателем скоростей. Центробежные грузы выполнены в виде пары элементов с возможностью скольжения по направляющим спицам переднего колеса. При этом грузы взаимодействуют между собой через подпружиненный промежуточный элемент, который выполнен с возможностью свободного скольжения по спице, перпендикулярной направляющим спицам. При взаимодействии подпружиненного управляющего звена с полумуфтой резьбовой обеспечивается передача вращения полумуфте резьбовой с ее смещением по резьбовому участку оси крепления втулки колеса в одну сторону. Полумуфта реверсивная имеет внутренний зубчатый контур, который входит в зацепление с сателлитами. Сателлиты размещены на неподвижных осях, которые зафиксированы на оси переднего колеса. Зубчатый контур полумуфты реверсивной через сателлиты взаимодействует с венцом полумуфты резьбовой и обеспечивает передачу вращения полумуфте резьбовой для ее смещения по резьбовому участку оси крепления втулки колеса в противоположную сторону.
ВЕЛОСИПЕД-АВТОМАТ реализовал идею автоматического управления стандартным задним переключателем посредством троса, который управляется центробежными грузами и элементами, размещенными на оси крепления втулки переднего колеса. Однако наружное размещение центробежных грузов проблематично защитить от попадания грязи. Случайное загрязнение направляющих спиц может нарушить работу автоматики. Гибкая связь с центробежными грузами препятствует герметизации внутренней полости втулки, что также снижает надежность. Внешнее размещение центробежных грузов и подпружиненного элемента ухудшает товарный вид и массовому покупателю такое размещение не понять. Попытка отказа от грузов, которые утяжеляют велосипед, и попытка отказа от гибкой связи, которая снижает надежность, - задача не простая, но решаемая.
Цель предложенного технического решения: упрощение конструкции, улучшение весовых характеристик велосипеда, повышение надежности за счет конструктивного решения герметизации, а также придание эстетичного и функционально понятного внешнего вида при сохранении режима автоматики.
Техническое решение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 представлен общий вид ВЕЛОСИПЕДА-АВТОМАТА. На фиг.2 представлено сечение по оси переднего колеса ВЕЛОСИПЕДА-АВТОМАТА в исходном положении элементов автоматики, когда скорость велосипеда равна нулю.
Поставленная цель достигается ВЕЛОСИПЕДОМ-АВТОМАТОМ, который содержит раму 1 с вилкой 2 переднего колеса. На раме 1 установлен задний переключатель 3 и неподвижная ось 4 крепления втулки заднего колеса. На втулке через обгонную муфту установлена кассета 5 с комплектом разных звездочек. Вдоль рамы 1 протянут трос 6 управления задним переключателем 3. Трос 6 проходит сквозь ось 7, которая неподвижно смонтирована в вилке 2 переднего колеса. Ось 7 в средней своей части содержит резьбовой участок. Резьбовой участок выполнен из резьбы по ходовой посадке. На оси 7 подвижно установлена втулка 8 переднего колеса. Внутри втулки 8 вмонтировано подпружиненное управляющее звено 9. Управляющее звено 9 выполнено в виде кольца, торцы которого содержат по зубу. Управляющее звено 9 расположено между полумуфтой реверсивной 10 и полумуфтой резьбовой 11. Каждая из полумуфт 10 и 11 выполнена с возможностью периодического взаимодействия имеющимся зубом на своем торце с ответным зубом управляющего звена 9. Полумуфта резьбовая 11 подвижна на резьбовом участке оси 7 с возможностью перемещения вдоль оси 7 на величину, равную перемещению троса 6 и достаточную для нормальной работы заднего переключателя 3 приводной цепи. Полумуфта резьбовая 11 взаимодействует с тросом 6 через сухарик 12, который исключает скручивание троса 6. Управляющее звено 9 ограничено от вращения относительно втулки 8 известным способом, например шпонкой. Полумуфта реверсивная 10 взаимодействует с полумуфтой резьбовой 11 через шарики 13. Шарики 13 обкатываются по внутреннему цилиндру полумуфты реверсивной 10 и по дорожке на полумуфте резьбовой 11, которая выполнена составной. Полумуфта резьбовая 11 состоит из цилиндрического корпуса с внутренней резьбой 14, запорного кольца 15 и подпружиненного кольца 16. В цилиндрическом зазоре между полумуфтой резьбовой 11 и полумуфтой реверсивной 10 смонтирована вилка 17. Вилка 17 выполнена в виде цилиндра с пазами 18 и зафиксирована на оси 7. Пазы 18 имеют ширину шариков 14, длину, превосходящую ход троса 6, и направление вдоль оси 7. Пружина 19 подпружиненного кольца 16 упирается в шайбу 20, удерживающую полумуфту реверсивную 10 на цилиндрической шейке полумуфты резьбовой 11. Отличается предложенное решение от известного решения тем, что снабжено кольцевым шнеком 21, кольцевым каналом 22, который заполнен веществом высокой вязкости 23,например глицерином. Кольцевой шнек 21 закреплен на неподвижной вилке 17, а кольцевой канал 22 закреплен на управляющем звене 9. Притом кольцевой шнек 22 с зазорами входит в кольцевой канал 22 и омывается веществом высокой вязкости 23. Глицерин относится к ньютоновской жидкости, вязкость которой не зависит от скорости.
ВЕЛОСИПЕД-АВТОМАТ работает следующим образом. В начальный момент все элементы велосипеда находятся в исходном положении, как представлено графическим материалом. Велосипедная цепь занимает самую большую звездочку на кассете 5 (см. фиг.1). Ось 7 жестко закреплена в вилке 2. С началом движения переднее колесо велосипеда и втулка 8 через шпонку постоянно вращает подпружиненное управляющее звено 9. Однако звено 9 вращается совершенно свободно на цилиндрической шейке полумуфты реверсивной 10, так как находится с постоянным зазором между торцами полумуфт 10 и 11 (см. фиг.2). Равновесное состояние звена 9 между торцами полумуфт 10 и 11 обеспечивается пружиной и давлением вещества высокой вязкости 23, которое нагнетается кольцевым шнеком 21. Высокая вязкость вещества 23 исключает выход последнего из кольцевого канала 22, однако зазор между кольцевым шнеком 21 и кольцевым каналом 22 позволяет веществу циркулировать. С увеличением скорости движения велосипеда нарушается равновесное состояние звена 9, так как последнее совместно с кольцевым каналом 22 вращается быстрее относительно неподвижного кольцевого шнека 21. Более высокое давление вещества 23 смещает звено 9 в направлении полумуфты резьбовой 11. Зубья торца полумуфты резьбовой 11 и управляющего звена 9 смыкаются. С этого момента вращение втулки 8 через шпонку и звено 9 передается полумуфте 11, которая по резьбовому участку оси 7 смещается и ослабляет подпружиненный трос 6. Трос 6 управляет задним сбрасывателем 3 и при ослаблении натяжения троса 6 велосипедная цепь сбрасывается с самой большой звездочки кассеты 5 на меньшую звездочку. Частота вращения педалей не увеличивается, однако велосипедист едет быстрее. При дальнейшем увеличении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается прежней в предварительно заданном пределе. Скорость движения велосипеда уменьшается, например, в случае подъема трассы или изменении грунтов. С уменьшением скорости движения велосипеда также нарушается равновесное состояние звена 9, так как последнее совместно с кольцевым каналом 22 вращается медленнее относительно неподвижного кольцевого шнека 21. Более низкое давление вещества 23 не может противостоять усилию пружины и управляющее звено 9 смещается и выбирает зазор между полумуфтой реверсивной 10. Зубья торца полумуфты реверсивной 10 и управляющего звена 9 смыкаются. Полумуфта реверсивная 10 взаимодействует с полумуфтой резьбовой 11 через шарики 13, которые катятся без скольжения по дорожке, образуемой запорным кольцом 16. Вилка 17 исключает круговое качение шариков 13. Шарики 13 вращаются без скольжения и могут смещаться только вдоль пазов 18 относительно неподвижной вилки 17. Шарики 13 передают вращение полумуфте резьбовой 11 в противоположном направлении относительно полумуфты реверсивной 10. Полумуфта резьбовая 11 смещается по резьбе и натягивает трос 6 управления задним переключателем 3. Велосипедная цепь переводится с меньшей звездочки на большую звездочку кассеты 5. К заднему колесу подводится больший момент силы и велосипедист, не меняя частоты педалирования и усилия приложения на педали, преодолевает трудный участок трассы. При установившемся режиме зазор между управляющим звеном 9 и торцами полумуфт 10 и 11 сохраняется. При дальнейшем уменьшении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается в комфортном для велосипедиста пределе. Любое изменение скорости сопровождается соответствующим переключением, которое поддерживает заранее установленную частоту педалирования. Предложенный велосипед идеально распределит мышечную энергию на трассе любой сложности и при минимально необходимых физических нагрузках велосипедист добьется лучшего результата, так как автоматика не подвержена эмоциям и момент переключения выберет исключительно точно. Изготовить кольцевой шнек и канал для вязкого вещества на порядок проще, чем выполнить систему центробежного механизма и систему гибких связей с огибающими роликами. Огибающие ролики изменяют направление гибких связей от лучевого по спицам до параллельного вдоль оси втулки. При этом гарантируется защита автоматики от засора.