СИСТЕМА РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
BELT TRANSMISSION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Системы ременных передач и, в частности, системы ременных передач для велосипедов/мотоциклов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Подавляющее большинство транспортных средств, включающих мотоциклы и велосипеды, изготавливаемых, продаваемых и использующихся по всему миру, использует ходовую часть с традиционной цепью, обеспечивающей мощность между первым шкивом, функционально соединенным с приводным валом, и вторым шкивом, функционально соединенным с втулкой заднего колеса. В применениях в велосипедах первый шкив функционально соединен с кривошипной системой. Эти цепи являются относительно эффективными при передаче мощности между первым и вторым шкивами, но они имеют ряд недостатков. Недостатки включают в себя, но не ограничиваясь этим, необходимость периодической смазки, тот факт, что при износе цепи становятся менее эффективными в передаче мощности, грязь может застревать между звеньями цепи, ухудшая эффективность, вытягивание цепей при длительном использовании и необходимость периодической замены, и дополнительно могут изнашиваться зубья первого или второго шкивов, также требуя их замены, и цепи могут быть шумными.
Одна известная альтернатива системам ходовой части на основе цепи представляет собой ходовые системы с ременными передачами. Системы ременных передач устраняют некоторые проблемы, рассмотренные выше, но не без их собственных проблем. Например, системы ременных передач обычно требуют относительно точного выравнивания между первым и вторым шкивами системы ременной передачи. Обеспечение такого выравнивания может быть трудным, особенно в велосипедах, где кривошипные системы и втулки различных производителей могут быть смешаны и подобраны в сборку велосипеда, приводя к менее точному выравниванию. Дополнительно, происшествия могут случаться во время использования велосипеда, что ухудшает выравнивание. В результате потери точного выравнивания ремни известных систем ременных передач могут смещаться относительно шкива и соскочить со шкива. Эта проблема является особенно острой, так как ремни и шкивы являются сравнительно узкими относительно длины ремня. Один известный способ решения проблемы этого смещения заключается в обеспечении одного или более радиально выступающих боковых фланцев по окружности шкива для предотвращения смещения ремня со шкива. Однако такие боковые фланцы, особенно где обеспечены два боковых фланца, усложняют изготовление шкива, увеличивают массу, делают шкив шире и увеличивают стоимость шкивов. Дополнительная проблема с известными системами ременных передач заключается в накапливании грязи между зубьями шкивов, что может препятствовать эффективной передаче усилия и, в крайних случаях, вызвать соскальзывание ремня со шкива. Каждый из этих недостатков является существенным для применений велосипедов/мотоциклов, а особенно применений велосипедов.
Различные варианты осуществления, описанные здесь, предназначены для устранения одной или более из проблем, рассмотренных выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первый аспект представляет собой самовыравнивающуюся систему ременной передачи, которая содержит приводной ремень, имеющий множество расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении внутренних выступов, каждый из которых имеет выравнивающую канавку. Система дополнительно содержит, по меньшей мере, один шкив, содержащий раму, выполненную таким образом, чтобы вращаться вокруг оси вращения и имеющую круглый внешний обод. Множество окружных зубьев проходит в радиальном и осевом направлении от обода, при этом каждый зуб выполнен с возможностью размещения между соседними внутренними выступами приводного ремня. Выравнивающий фланец проходит радиально между окружными зубьями. Выравнивающий фланец выполнен с возможностью размещения в выравнивающей канавке, и выравнивающий фланец проходит радиально не дальше от оси вращения, чем окружные зубья. Окружные зубья, выравнивающий фланец и выравнивающая канавка выполнены таким образом, что с выравнивающим фланцем, размещенным в выравнивающей канавке, приводной ремень перемещается по окружным зубьям.
Другой аспект представляет собой систему шкива и приводного ремня для велосипеда, содержащую приводной ремень с множеством расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении внутренних выступов, каждый из которых имеет выравнивающую канавку. Первый шкив выполнен с возможностью сцепления с внутренней поверхностью приводного ремня и содержит раму, предназначенную для соединения с кривошипом велосипеда для вращения вокруг оси вращения. Рама дополнительно включает в себя круглый внешний обод, имеющий множество окружных зубьев, проходящих в радиальном и осевом направлении от обода. Зубья проходят в осевом направлении на ширину зуба, по меньшей мере, равную ширине приводного ремня. Каждый зуб выполнен с возможностью размещения между соседними внутренними выступами приводного ремня. Второй шкив выполнен с возможностью сцепления с внутренней поверхностью приводного ремня и содержит раму, предназначенную для соединения с втулкой колеса велосипеда для вращения вокруг оси вращения. Рама имеет круглый внешний обод с множеством окружных зубьев, проходящих в радиальном и осевом направлении от обода. Зубья проходят в осевом направлении на ширину зуба, по меньшей мере, настолько большую, как ширина приводного ремня, при этом каждый зуб выполнен с возможностью размещения между соседними внутренними выступами приводного ремня. По меньшей мере, один из первого и второго шкивов содержит выравнивающий фланец, проходящий между соседними окружными зубьями, при этом выравнивающий фланец выполнен с возможностью размещения в выравнивающей канавке.
Еще один другой аспект представляет собой велосипед, содержащий систему шкива и приводного ремня согласно предшествующему абзацу.
Дополнительный аспект представляет собой шкив для использования с приводным ремнем, при этом приводной ремень содержит множество продольных, разнесенных друг от друга внутренних выступов, каждый из которых имеет выравнивающую канавку, разделяющую выступ на первый и второй сегменты выступа. Шкив содержит раму, выполненную таким образом, чтобы вращаться вокруг оси вращения, при этом рама имеет круглый внешний обод с противоположными сторонами. Множество окружных зубьев проходит в радиальном и осевом направлении от обода, при этом каждый зуб имеет ширину зуба, по меньшей мере, равную ширине приводного ремня. Каждый зуб выполнен с возможностью размещения между соседними внутренними выступами приводного ремня. Выравнивающий фланец проходит между соседними окружными зубьями, при этом выравнивающий фланец выполнен с возможностью размещения в выравнивающей канавке. Выравнивающий фланец проходит радиально не дальше, чем окружные зубья, от оси вращения.
Еще один другой аспект представляет собой комплект для велосипеда, содержащий, по меньшей мере, два из приводного ремня, первого шкива и второго шкива. Приводной ремень содержит множество расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении внутренних выступов, каждый из которых имеет выравнивающую канавку, разделяющую выступ на первый и второй сегменты выступа. Выравнивающая канавка имеет глубину выравнивающей канавки. Первый и второй шкивы, каждый, выполнены с возможностью сцепления с поверхностью приводного ремня, и, по меньшей мере, один из первого и второго шкивов содержит раму, выполненную таким образом, чтобы вращаться вокруг оси вращения. Рама имеет круглый внешний обод. Множество окружных зубьев проходит в радиальном и осевом направлении от обода, при этом каждый зуб имеет ширину зуба, параллельную оси вращения, и каждый зуб выполнен с возможностью размещения между соседними выступами приводного ремня. Выравнивающий фланец проходит радиально между соседними окружными зубьями. Выравнивающий фланец выполнен с возможностью размещения в выравнивающей канавке, и выравнивающий фланец проходит радиально не дальше, чем окружные зубья, от оси вращения. Окружные зубья, выравнивающий фланец и выравнивающая канавка выполнены таким образом, что с выравнивающим фланцем, размещенным в выравнивающей канавке, приводной ремень перемещается по окружным зубьям.
Дополнительный аспект представляет собой использование ремня для велосипедной приводной системы для велосипеда, при этом приводная система выполнена, как описано в каком-либо из предшествующих абзацев. Ремень содержит множество расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении внутренних выступов, проходящих по ширине ремня, при этом каждый выступ имеет выравнивающую канавку, разделяющую выступ на первый и второй сегменты выступа, при этом выравнивающая канавка имеет ширину, которая меньше 1/3 ширины ремня. В одном варианте осуществления ремень имеет ширину около 11 мм, и выравнивающая канавка имеет ширину около 1-2 мм.
Еще дополнительный аспект представляет собой использование шкива для велосипедной приводной системы для велосипеда, как описано в любом из предшествующих абзацев, при этом шкив содержит раму, выполненную таким образом, чтобы вращаться вокруг оси вращения, при этом рама имеет круглый внешний обод с противоположными сторонами. Шкив дополнительно включает в себя множество окружных зубьев, расположенных на равном расстоянии друг от друга с шагом шкива, проходя в радиальном и осевом направлении от обода, при этом каждый зуб имеет ширину, параллельную относительно оси вращения, при этом ширина, по меньшей мере, равна ширине приводного ремня, причем каждый зуб выполнен с возможностью размещения между соседними внутренними выступами приводного ремня. Выравнивающий фланец проходит между соседними окружными зубьями, при этом выравнивающий фланец выполнен с возможностью размещения в выравнивающей канавке ремня, выравнивающий фланец проходит радиально не дальше, чем окружные зубья, от оси вращения. Шкив для использования с приводным ремнем может дополнительно содержать выравнивающий фланец, имеющий ширину, которая, по существу, является постоянной, когда она проходит радиально к скругленному дистальному концу. Шкив может дополнительно содержать выравнивающий фланец, имеющий ширину, которая меньше 1/3 ширины зубьев.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - схематичный вид в плане транспортного средства, в частности велосипеда, включающего в себя систему шкива и приводного ремня;
фиг.2 - вид в перспективе второго шкива с фиг.1;
фиг.3 - вид в разрезе второго шкива по линии 3-3 с фиг.2;
фиг.4 - вид в перспективе в разрезе фиг.3;
фиг.5 - вид в перспективе первого и второго шкивов с фиг.1, сцепленных с приводным ремнем;
фиг.6 - вид сбоку системы шкива и приводного ремня с фиг.5;
фиг.7 - вид в разрезе второго шкива с фиг.6, взятый по линии 7-7 с фиг.6;
фиг.8 - вид в разрезе сегмента шкива, показывающий осевое смещение; и
фиг.9 - вид в разрезе сцепления выступ ремня-зуб шкива.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Если не указано иное, все числа, выражающие численные значения количества элементов, размеров, условий реакции и так далее, использующиеся в описании изобретения и формуле изобретения, следует рассматривать как изменяющиеся во всех примерах термином "около".
В настоящей заявке и формуле изобретения использование единственного числа включает множественное число, если конкретно не указано иное. Дополнительно, использование "или" подразумевает "и/или", если не указано иное. Кроме того, использование термина "включающий в себя", а также других форм, таких как "включает в себя" и "включенный", является неограничивающим. Также термины, такие как "элемент" или "составная часть", охватывают как элементы, так и составные части, содержащие один узел, и элементы и составные части, которые содержат более одного узла, если конкретно не указано иное.
Система ременной передачи, раскрытая здесь, может применяться для множества устройств, использующих ременные передачи, включая, но не ограничиваясь этим, транспортные средства, такие как мотоциклы и велосипеды. Благодаря конкретным преимуществам системы ременной передачи для использования с велосипедами, система ременной передачи показана при использовании с велосипедом. Этот конкретный вариант осуществления подразумевается быть неограничивающим, если точно не ограничен объемом прилагаемой формулы изобретения.
Велосипед 10, имеющий систему 12 приводного ремня, схематично показан фиг.1. Велосипед 10 включает в себя раму 14 с задним колесом 16, имеющим втулку 18, прикрепленную к раме посредством заднего дропаута (не показано). Велосипед 10 дополнительно включает в себя кривошипную систему 20. Система 12 ременной передачи включает в себя первый шкив 22, который функционально связан с кривошипной системой 20, для вращения вокруг общей оси вращения с кривошипной системой 20. Второй шкив 24 функционально связан с втулкой 18 заднего колеса для вращения вокруг общей оси вращения. Синхронный приводной ремень 26 проходит между первым шкивом 22 и вторым шкивом 24. Как показано на фиг.1, первый шкив 22 может иметь диаметр больший, чем у второго шкива. В других вариантах осуществления шкивы могут иметь одинаковый размер, или второй шкив может иметь диаметр больший, чем у первого шкива. Кроме того, один или более дополнительных соосных шкивов могут быть предусмотрены рядом с первым или вторым шкивом для обеспечения варьируемых передаточных отношений. Такой вариант осуществления может дополнительно включать в себя передний или задний переключатель передач для обеспечения возможности переключения между соседними шкивами. Или же зубчатая передача может быть обеспечена посредством зубчатой задней втулки типа, известного в данной области техники.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе второго шкива 24, снятого с втулки 18 и системы 12 ременной передачи. Второй шкив 24 содержит раму 28, предназначенную для соединения с втулкой 18 заднего колеса 16, и включает в себя круглый внешний обод 30 с противоположными сторонами 32, 34, соединительное кольцо 36 для втулки и множество спиц 37, проходящих между соединительным кольцом 36 для втулки и круглым внешним ободом 30. Второй шкив 24 дополнительно содержит множество окружных зубьев 38. Как показано, окружные зубья расположены на равном расстоянии друг от друга с шагом РР шкива и проходят в радиальном и осевом направлении от обода. В других вариантах осуществления зубья могут иметь переменный интервал для сопряжения с приводным ремнем, имеющим расположенные на разном расстоянии друг от друга выступы.
Каждый зуб дополнительно имеет ширину W, параллельную оси вращения. Ширина W, по меньшей мере, равна ширине приводного ремня 26, хотя в некоторых вариантах осуществления она может быть равна, больше или меньше, чем ширина приводного ремня. Для ширины зуба и ширины ремня предпочтительно быть, по существу, равными для увеличения до максимума величины усилия, передаваемого между ремнем и зубьями, при этом уменьшая до минимума соответствующую ширину ремня и зубьев. Каждый зуб 38 выполнен с возможностью размещения в пространстве между соседними внутренними выступами 42 приводного ремня 26, как показано на фиг.5 и 6. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.5 и 6, зубья, по существу, заполняют пространство между соседними выступами. Этот признак может быть полезным для уменьшения до минимума проскальзывания между ремнем и шкивом, если направление вращения шкива реверсируется. Эти внутренние выступы расположены с шагом ВР ремня. Второй шкив 24 включает в себя выравнивающий фланец 44, проходящий между соседними окружными зубьями. Выравнивающий фланец 44 выполнен с возможностью размещения в выравнивающей канавке 46 приводного ремня 26, которая разделяет каждый выступ на первый и второй сегменты выступа (см. фиг.5-7). Как показано на фиг.7, выравнивающая канавка 46 может иметь параллельные боковые стенки. В других вариантах осуществления боковые стенки могут сужаться для облегчения размещения выравнивающего фланца 44 в них. Более того, выравнивающий фланец 44 может сужаться для облегчения сопряжения с центрирующей канавкой. Независимо от того, сужается или нет, выравнивающий фланец 44 может дополнительно включать в себя дистальный конец, который является скругленным или иным образом выполненным для облегчения такого сопряжения. В показанном варианте осуществления и как видно на фиг.7, выравнивающая канавка 46 разделяет выступы 42 на равные первый и второй сегменты выступа. Однако первый и второй сегменты выступа могут иметь разную ширину в других вариантах осуществления. В показанном варианте осуществления каждый зуб второго шкива 24 проходит в продольном направлении на равное расстояние от каждой стороны обода. В вариантах осуществления, где первый и второй сегменты выступа имеют разную ширину, зубья, в общем смысле, имели бы соответствующую разную ширину. В показанном варианте осуществления каждый зуб второго шкива 24 проходит радиально за выравнивающий фланец 44 от оси вращения (см. фиг.6), хотя в других вариантах осуществления они могут проходить на такое же расстояние или выравнивающий фланец 44 может проходить дальше. В некоторых вариантах осуществления окружные зубья, выравнивающий фланец и выравнивающая канавка выполнены таким образом, что с выравнивающим фланцем, размещенным в выравнивающей канавке, приводной ремень перемещается по окружным зубьям. В качестве альтернативы окружные зубья, выравнивающий фланец и выравнивающая канавка могут быть выполнены таким образом, чтобы также перемещаться по выравнивающему фланцу.
На фиг.9 показан вариант осуществления, в котором выравнивающий фланец имеет параллельные боковые стенки и скругленный дистальный конец. В этом варианте осуществления шкив имеет ширину Н около 11 мм, и зубья имеют ширину около 11 мм. В большинстве вариантов осуществления ширина зубьев, по меньшей мере, равна ширине ремня. На фиг.9 выравнивающая канавка имеет ширину I около 1,5 мм, и выравнивающий фланец имеет ширину J около 1,0 мм. В общем смысле ширина выравнивающей канавки незначительно больше, чем ширина выравнивающего фланца, для обеспечения некоторого зазора при сцеплении, но не должна быть слишком большой, чтобы позволять ремню смещаться на нежелательную величину вдоль ширины зубьев. В общем смысле, ширина выравнивающей канавки уменьшена до минимума для увеличения до максимума величины поверхности ремня, доступной для сцепления с зубьями, и увеличения до максимума поверхности для передачи усилия между ними. Уменьшение до минимума ширины выравнивающей канавки также уменьшает до минимума вероятность попадания грязи в выравнивающую канавку. Предполагая, что ширина ремня около 11 мм, в некоторых вариантах осуществления ширина выравнивающей канавки может составлять около 1-3 мм, в других вариантах осуществления - около 1-2 мм и в других вариантах осуществления - около 1-1,5 мм. Выравнивающий фланец обычно имел бы ширину на около 0,5 мм меньше, чем у выравнивающей канавки.
В некоторых вариантах осуществления отношение ширины выравнивающей канавки к ширине ремня может составлять 1:3. В других вариантах осуществления оно может составлять 1:4. В еще других вариантах осуществления оно может составлять 1:8, 1:10 или даже меньше. Отношение ширины выравнивающего фланца к ширине зубьев также может составлять 1:3, 1:4, 1:10 или даже меньше.
Как видно на фиг.9, выравнивающий фланец выполнен таким образом, что он не проходит до дна выравнивающей канавки. В варианте осуществления фиг.9 между дистальным концом фланца и дном выравнивающей канавки имеется расстояние около 0,75 мм. Эта конфигурация является полезной, когда приводная система ремня и шкива используется в окружающей среде, где может присутствовать грязь, например при катании на горном велосипеде. Это пространство обеспечивает накопление некоторой грязи без заполнения выравнивающей канавки и, возможно, выталкивания ремня со шкива. В других применениях, где накопление грязи является мало волнующим, выравнивающий фланец может быть выполнен таким образом, чтобы проходить на всю глубину выравнивающей канавки. В большинстве вариантов осуществления является желательным, чтобы выравнивающий фланец не проходил настолько в выравнивающую канавку, что ремень перемещается по выравнивающему фланцу с исключением поверхности зубьев шкива.
Как показано на фиг.8, осевое смещение 48 на выбранное расстояние (например, 2 мм) обеспечено между соединительным кольцом 36 и ободом 30. В одном варианте осуществления смещение 48 обеспечено между соединительным кольцом 36 и множеством спиц 37 посредством уступа, как показано на фиг.8. В качестве альтернативы смещение может быть обеспечено угловым смещением или каким-либо другим образом. Цель этого смещения заключается в том, что при присоединении соединительного кольца к втулке положение обода вдоль оси вращения может изменяться в зависимости от того, какая из противоположных сторон обода является передней при присоединении.
Первый шкив 22 имеет идентичную конфигурацию круглого внешнего обода 30, зубьев 38 и выравнивающего фланца 44, хотя он может иметь, как показано на фиг.6, другой диаметр и дополнительно может включать в себя другую конфигурацию рамы. Как показано на фиг.5 и 6, рама 50 первого шкива 22 состоит из некоторого количества радиально разнесенных, проходящих внутрь кронштейнов 52, которые дополнительно образуют средства для функциональной связи с кривошипной системой. Эти кронштейны могут иметь смещение аналогично осевому смещению 48, показанному на фиг.8, касательно второго шкива 24. Отверстия 54 обеспечивают присоединение к кривошипной системе 20.
В некоторых вариантах осуществления приводной системы, как раскрыто здесь, только первый шкив 22 или второй шкив 24 может включать в себя выравнивающий фланец. Также может быть желательным в некоторых вариантах осуществления не иметь выравнивающий фланец проходящим между всеми соседними зубьями. В некоторых вариантах осуществления выравнивающий фланец может просто представлять собой радиальное удлинение обода в противоположность фланцу, выступающему радиально от обода. В некоторых вариантах осуществления только один шкив может использоваться с приводным ремнем.
При использовании в конкретном применении велосипеда выступы 46 синхронного приводного ремня 26 размещены в пространстве между соседними зубьями каждого из первого и второго шкивов 22, 24, посредством чего заднее колесо может приводиться в движение посредством приложения усилия к кривошипной системе. Выравнивание поддерживается на первом и втором шкивах 22, 24 посредством выравнивающего фланца 44, сопрягающегося с выравнивающей канавкой 46 ремня. Таким образом, боковые фланцы, требующиеся в традиционных ременных шкивах, использующихся на велосипедах, могут быть исключены. Это имеет преимущество уменьшения ширины шкивов, что является важным при небольшом пространстве, доступном в сборке велосипеда. Исключение боковых фланцев дополнительно уменьшает массу шкивов - другой важный фактор в конструкции велосипеда. Выравнивающая особенность допускает относительное осевое смещение между первым и вторым шкивами, что является обычным в велосипедах, где рамы могут быть не выполнены согласно точным требованиям и где повреждение может иметь место на раме или шкивах, что иначе вызвало бы выход шкивов из выравнивания. Более того, производители велосипедов могут выбрать применять кривошипные системы и комплекты колес различных производителей, и соответствующие размеры могут несколько варьироваться, что может вызвать некоторое расхождение шкивов. Это потенциальное расхождение может компенсироваться посредством обеспечения осевых смещений в первом и втором шкивах, как описано выше, и дополнительно благодаря взаимодействию выравнивающих канавок и выравнивающих фланцев. Этими преимуществами можно пользоваться в других применениях, например мотоциклах или других устройствах, использующих системы ременных передач.
Дополнительное преимущество этой конструкции заключается в возможности сбрасывания слякоти и грязи в области зубьев. Этой особенности дополнительно способствует путь 56 для удаления грязи, который проходит между каждой противоположной стороной 32, 34 круглого внешнего обода 30 и выравнивающим фланцем 44, как наилучшим образом видно на фиг.3 и 4. Путь для удаления грязи предназначен для исключения препятствий для очищения шкива от грязи. Как показано на чертежах, путь 56 для удаления грязи наклонен от противоположной стороны относительно выравнивающего фланца 44 образом, который облегчает очищение от грязи и предотвращает блокировку закраиной обода шкива. Криволинейная поверхность или другие конфигурации также могут выполнять эту функцию удаления. Более того, выравнивающий фланец 44 может блокировать проникновение грязи в пространство между соседними зубьями, прежде всего.
Различные варианты осуществления описания изобретения также могут включать в себя комбинации различных элементов, изложенных в формуле изобретения, как если бы каждый независимый пункт формулы изобретения был пунктом формулы изобретения, зависимым от другого зависимого пункта, объединяющим ограничения каждого из предыдущих зависимых пунктов формулы изобретения, а также независимых пунктов формулы изобретения. Такие комбинации явно подпадают под объем настоящего описания изобретения.
Хотя изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на несколько вариантов осуществления, для специалистов в данной области было бы понятно, что изменения в форме и деталях могут быть выполнены для различных вариантов осуществления, раскрытых здесь, не отступая от идеи и объема изобретения, и что различные варианты осуществления, раскрытые здесь, не предназначены, чтобы служить в качестве ограничений объема формулы изобретения. Все ссылки, приведенные здесь, полностью включены в настоящее описание путем ссылки.