УПРАВЛЯЕМАЯ РЕВЕРСОМ ЗАДНЯЯ ВЕЛОВТУЛКА
REAR BICYCLE HUB CONTROLLED BY REVERSE GEAR

Изобретение относится к области транспорта и представляет собой механизм переключения передач, размещаемый в ступице ведущего колеса легкого транспорта (например, велосипеда).
Прототипом данного механизма является механизм Barberon & Meuniers, запатентованный в 1869 году (фото на фиг.1), массово производимый MANUFACTURE FRANCAISE D' ARMES ET CYCLES DE SAINT-ETIENNE до 1938 года под брендом Hirondelle. Ключевая особенность как прототипа, так и изобретения состоит в том, что вращение педалей в прямом направлении приводит к вращению ведущего колеса велосипеда в прямом направлении с высоким передаточным отношением, а вращение педалей в обратном направлении - к вращению ведущего колеса в прямом направлении с низким передаточным отношением.
Недостатки прототипа проистекают из того, что, кроме собственно оси и ступицы с двумя обгонными муфтами, в него входят две разного размера ведомые звездочки, которые следует вращать встречно, для чего применяется переброшенная через дополнительную натяжную звездочку цепь, обеспечивающая такое вращение ведомых звездочек. В результате масса и громоздкость прототипа примерно соответствуют таковым у современных многоскоростных кассетных систем с перебросом цепи (в то время как прототип позволяет реализовать всего две передачи), а кпд из-за трения в сложном цепном приводе примерно соответствует таковым у современных планетарных втулок (которые, опять же, реализуют большее число передач).
Суть изобретения состоит в том, что в механизме переключения передач присутствует, помимо двух обгонных муфт, также планетарная передача, связанная с ними согласно фиг.2. Это позволяет исключить из конструкции добавочный вал со звездочкой и приводить изобретение в действие цепной передачей, типичной для односкоростных велосипедов, либо любой другой передачей. Ступица 8 может вращаться в качестве ведущей только в одном направлении, т.е. возможность заднего хода изобретение само по себе не обеспечивает. Крепление 1 обеспечивает невозможность проворачивания оси 7 относительно подвески, рамы, кузова либо другой части транспортного средства, выполняющей функцию посадочного места для колесной оси.
При прямом (совпадающем с рабочим направлением вращения ступицы) вращении входного вала 6 обгонная муфта 5, которая может быть роликовой, храповой либо любой другой (показана условно роликовая), сцепляет вал со ступицей 8 (показана частично) и позволяет валу вращать ее непосредственно, а планетарная передача свободно проворачивается вместе с обгонной муфтой 2 относительно несущей оси 7 и, таким образом, является полностью разгруженной, благодаря чему практически не создает дополнительного трения. При обратном вращении входного вала 6 обгонная муфта 5 расцепляет вал и ступицу, позволяя ступице вращаться в прямом направлении, обгонная муфта 2 же, которая также может быть роликовой, храповой либо любой другой (показана условно храповая) при этом стопорит водило 3 планетарной передачи 4 относительно оси 7 (водило условно показано выдвинутым из сателлитов для наглядности, т.е. изобретение нарисовано в частично разобранном виде), из-за чего солнечная шестерня, приводимая в движение валом 6 (непосредственно или через соответствующие механизмы обгонной муфты, если она таковые имеет) и вместе с ним вращающаяся в обратном направлении, через сателлиты 4 вращает коронную шестерню (показана частично) вместе с жестко закрепленной (либо выполненной зацело с ней) ступицей 8 в прямом направлении.
Передаточное отношение такого редуктора соответствует отношению радиусов солнечной и коронной шестерней, что обеспечивает значительную разницу между передачами при небольших габаритах и массе шестерней. При вращении ступицы в режиме выбега обе обгонных муфты проворачиваются свободно, не создавая препятствий для выбега. Наличие возможности движения задним ходом зависит от типа примененных обгонных муфт и, поскольку колесо (как было указано выше) при этом не может быть ведущим, в рамках данного патента значения не имеет.
Техническим результатом применения изобретения на простых велосипедах прогулочно-дорожного типа, для которых типично отсутствие механизма переключения передач, является возможность проходить подъемы и подобные им сложные участки на пониженной передаче с некоторыми дополнительными потерями на трение, при этом потери на трение в основном режиме езды мало отличаются от таковых в односкоростной втулке, лишняя масса также невелика по сравнению с односкоростной втулкой.
Техническим результатом применения изобретения на велосипедах утилитарного и внедорожно-прогулочного типа, для которых типично применение кассетных систем с переброской цепи при небольшом (порядка 5…9) количестве передач, является снижение массы за счет отказа от органов управления, тросиков, перебросно-натяжного механизма и собственно многозвездочковой кассеты в пользу менее массивных планетарной передачи и дополнительной обгонной муфты, входящей в изобретение, а также снижение трения в периоды использования высокой передачи. Кроме этого, появляется возможность установить более широкую и прочную цепь (для которой переброска была бы затруднительна), снижается уязвимость механизма перед загрязнением и механическим повреждением о препятствия либо при падении, отсутствует необходимость в регулировке натяжения тросиков механизма переброски цепи, исчезают затруднения с переключением передачи в неподвижном состоянии, а также опасность повреждения механизма переброски при случайном переключении под значительной нагрузкой. Все это, разумеется, возможно только в тех случаях, где допустимо наличие всего двух значительно отличающихся передач, т.е. промежуточные передаточные отношения не являются необходимыми.
Техническим результатом применения изобретения в сочетании с другим механизмом переключения передач, дающим небольшое число "коротких" (незначительно отличающихся друг от друга) передач, является увеличение числа доступных передач вплоть до двухкратного и расширение диапазона переключения передач приблизительно в два раза ценой незначительного увеличения массы и потерь на трение на низшей группе передач, что аналогично первому варианту применения.
Техническим результатом применения изобретения на маломощных электроскутерах, электродвигатель которых не обладает большой массой ротора и может из-за этого быстро менять направление вращения на противоположное, является возможность отказа от традиционного механизма переключения передач, обладающего большей массой и сложностью и вдобавок требующего механического управления. Изобретение позволяет переключать электроскутер с младшей передачи на старшую и обратно чисто электронным путем, переключая направление вращения электродвигателя, в том числе автоматически. Типичная для электродвигателей нагрузочная характеристика обычно позволяет обойтись как раз двумя передачами.
Осуществимость изобретения подтверждена экспериментально автором. На фиг.3 приложена фотография кустарно изготовленной управляемой реверсом задней веловтулки в разобранном состоянии, где нумерация совпадает с фиг.2 за тем отличием, что коронная шестерня и ступица 8 не показаны на фотографии. Обе обгонные муфты роликовые, причем муфта 5 выбрана такого типа, что допускает движение задним ходом в режиме выбега при свободном проворачивании педалей, что облегчает закатывание руками велосипеда при парковке.