ТРОСОВАЯ ПЕРЕДАЧА ПРИВОДА
CABLE DRIVE

Изобретение относится к устройствам для передачи механических усилий, в том числе с использованием мускульных сил человека, путем линейного поступательного или возвратно-поступательного, или вращательного движения и может быть использовано в различных приводных механизмах, в частности в приводе переднего колеса велосипеда.
Предлагаемое техническое решение направлено на возможность создавать тросовые приводы с низким коэффициентом трения, повышенной надежностью, с достаточно большими передаваемыми усилиями, располагаемыми в жестко ограниченных условиях, при сложных трассах с поворотами, дающее возможность создавать новые необходимые технические устройства, с использованием свойств, заложенных в данное изобретение.
Известен тросовый привод. (Привод-устройство или система устройств для приведения в движение различных машин. С.И. Ожегов. "Словарь русского языка". Москва. "Русский язык", 1990 г.). Известен шарикоподшипник - подшипник качения, между внутренним и наружным кольцами которого расположены шарики. "Советский энциклопедический словарь". Издание второе. Москва. "Советская энциклопедия", 1983 г.).
Известно велосипедное устройство управления с тросовым приводом, которое содержит подвижный элемент, раму, связанную с подвижным управляющим элементом, направляющий и гибкий элемент, смонтированный на раме для вращения вокруг оси направляющего элемента. Направляющий элемент троса содержит искривленную внешнюю периферийную направляющую поверхность, расположенную радиально во внешнюю сторону от оси направляющего элемента для направления троса, причем направляющая поверхность троса завершается на первом и втором концах (патент 2222456, B62M 25/02, 1998) - аналог.
Известен привод с гибким валом, представленный стальным тросом, выполненным из нескольких слоев витых стальных проволок нормального типа или усиленного типа. Гибкий вал заключен в броню из трех слоев, а именно наружная металлическая оболочка, герметизирующая оболочка из винипласта, внутренняя оболочка, представленная спиралью, изготовленной из бронзовой сплющенной проволоки. Гибкий вал присоединяется к ведущему (ведомому) элементам при помощи вала, который вращается в подшипнике, установленном в корпусе (патент RU 18045 72, F16C 1/06, 1991) - прототип.
Известная конструкция предназначена для использования во всех отраслях народного хозяйства, где требуется передача крутящего момента с помощью гибких валов.
Для создания нового технического устройства, предлагается объединить свойства тросового привода - гибкость, линейность, и свойства шарикоподшипника - качение, обладающего более низким коэффициентом трения, чем конструкции скольжения, традиционно реализуемые в тросовом приводе.
Технический результат от использования изобретения - создание устройства, обладающего линейностью, с высокой степенью гибкости и низким коэффициентом трения как при передаче усилия кручением, так и при линейном движении.
Заявленный технический результат достигается следующим образом.
Тросовая передача привода содержит внешнюю оболочку, под которой размещена броня, являющаяся поверхностью качения для шариков, установленных в прилегающих друг к другу кольцах-сепараторах, расположенных между броней и центральным тросом, центрирующее кольцо и фиксирующую концевую гильзу.
При этом кольцо-сепаратор выполняют из синтетического материала с целью более точной фиксации шариков, снижения величины силы трения за счет материала кольца, исключения контакта с шероховатой поверхностью брони. Центральный трос выполняют с дополнительными калиброванными гильзами, закрепляемыми поверх троса и имеющими скругленные кромки. Броня в предпочтительном варианте выполняется из стальной проволоки, а шарики - из стали или высокопрочного полиэтилена HDPE. Кольцо-сепаратор может быть выполнен из высокопрочного полиэтилена HDPE или фторопласа-4, а центральный трос - из стального многопроволочного гибкого шнура или из полиэтилена HDPE. Тросовая передача дополнительно содержит уплотнитель, смазку и маслосъемное кольцо.
Изобретение иллюстрируется на следующих чертежах.
На фиг.1 представлен тросовый привод в разрезе, пример 1; на фиг. 1а - сечение 1-1; на фиг.1б - корпус-сепаратор; на фиг.1в - сечение брони, варианты.
На фиг.2  представлен тросовый привод в разрезе, пример 2; на фиг. 2а - сечение 1-1; на фиг.2б - корпус-сепаратор.
На фиг.3 представлен тросовый привод в разрезе, пример 3; на фиг. 3а - сечение 1-1; на фиг.3б - корпус-сепаратор.
На фиг.4 представлен тросовый привод в разрезе, пример 4; на фиг. 4а - сечение 1-1; на фиг.4б - корпус-сепаратор.
на фиг.5 - пример использования изобретения в конструкции привода велосипеда.
На фиг.6 - тросовый привод, схема.
Фиг.1. Устройство тросового привода содержит:
1 - оболочку;
2 - броню;
3 - шарики;
4 - кольцо-сепаратор;
5 - центральный трос;
6 - смазку;
7 - уплотнитель;
8 - кольцо центрирующее;
9 - фиксирующую концевую гильзу.
Тросовая передача привода содержит внешнюю оболочку 1, под которой размещены броня 2, являющаяся поверхностью качения для шариков 3, установленных в прилегающих друг к другу кольцах-сепараторах 4, расположенных между броней 2 и центральным тросом 5, центрирующее кольцо 8 и фиксирующая концевая гильза 9.
Кольцо-сепаратор 4 в предпочтительном варианте исполнения изготавливается из синтетического материала с целью более точной фиксации шариков, снижения величины силы трения за счет материала кольца, исключения контакта с шероховатой поверхностью брони.
Центральный трос 5 выполняется с дополнительными калиброванными гильзами, закрепляемыми поверх троса и имеющими скругленные кромки. Броня выполняется из стальной проволоки, шарики - из стали или высокопрочного полиэтилена HDPE, кольцо-сепаратор - из высокопрочного полиэтилена HDPE или фторопласа-4, а центральный трос - из стального троса или из полиэтилена HDPE.
Тросовая передача дополнительно содержит уплотнитель 7, смазку 6 и маслосъемное кольцо.
Тросовая передача привода представляет собой линейный гибкий шарикоподшипник, содержащий оболочку 1, под ней броню 2, обеспечивающую поверхность качения для шариков 3 и возможность изгиба всей конструкции. Шарики 3 расположены между броней 2 и центральным тросом 5, являются подвижной опорой для внутреннего троса. Кольца-сепараторы 4 в виде стальных шайб фиксируют положение шариков 3. Трос 5 обеспечивает передачу усилий путем вращения, линейного перемещения или возвратно-поступательного движения. Смазка 6 обеспечивает снижение силы трения, кольцо маслосъемное и уплотнитель 7 обеспечивают недопущение выхода наружу смазки 6, а кольцо центрирующее 8 обеспечивает точное расположение центрального троса 5 при выходе его из оболочки 1, в том числе при свободном перемещении ее концов. Фиксирующая концевая гильза 9 закрепляет в единое целое отдельные элементы конструкции: оболочку, броню, кольцо маслосъемное и уплотнитель. Кольцо-сепаратор 4 выполняется из синтетического материала с целью более точной фиксации шариков, снижения величины силы трения за счет материала кольца, исключения контакта с шероховатой поверхностью брони.
Центральный трос 5 предназначен для передачи значительных усилий или при высокой скорости вращения выполняется с дополнительными калиброванными гильзами, закрепляемыми поверх троса, с целью максимального снижения величины силы трения, возникающего из-за мелких неровностей поверхности троса, т.к. он навивается из отдельных проволочек. Длина гильз должна быть немного больше, чем расстояние между центрами ближайших шариков. Расстояние между гильзами должно обеспечивать достаточную гибкость тросового привода для прокладки в стесненных условиях. Торцевые кромки гильз должны быть закругленными, для меньшего сопротивления при контакте гильзы и шарика при переходе с шарика на шарик, а также исключения касания кромок гильз при изгибе устройства. Для передачи больших усилий в условиях сложной трассы (много изгибов при малом пространстве) требуется, с одной стороны, достаточно толстый трос, с другой,  высокая гибкость, которую не всегда можно обеспечить (например, при варианте 3). Выполнение указанного требования достигается тем, что применяют шарики уменьшенного диаметра при увеличении их количества.
Оболочка 1 применяется по условиям среды и назначению тросового привода. Конструктивно выполняется в соответствии с существующими технологиями изготовления.
Броня 2 выполняется, предпочтительно, из стальной проволоки круглого сечения по существующим технологиям. Для некоторых конструкций может применяться не круглая, а плоская проволока или специального сегментного профиля (фиг.1. Сечения брони. Варианты 2 и 3).
Шарики 3 могут быть стальными, из высокопрочного синтетического материала, например, отечественного производства фторлон-4. (Фторлон-4, торговое название политетрафторэтилена. Советский энциклопедический словарь. Издание второе. Москва "Советская энциклопедия", 1983 г.).
Кольца-сепараторы 4 для особо тонких тросовых передач (с наружным диаметром оболочки менее 10 мм) могут быть стальными или синтетическими в виде обычной шайбы. Непременным условием является то, что наружный диаметр шайбы должен быть близким внутреннему диаметру брони, а внутренний диаметр шайбы должен составлять не более 75% от диаметра шарика.
Трос центральный 5, может быть витым из стальных проволок, стальной калиброванной пружинной проволоки или в виде шнура из плотного синтетического материала.
Смазка 6 должна снижать трение, длительно не сохнуть и сохранять свойства.
Кольцо маслосъемное установлено с уплотнителем, который выполняется, например, в виде фетрового кольца 7.
Центрирующее кольцо 8 может быть выполнено из кристалла с повышенной твердостью и низким коэффициентом трения - агата.
Фиксирующая концевая гильза 9 скрепляет в единое целое отдельные элементы конструкции: оболочку, броню, маслосъемную шайбу и центрирующее кольцо.
Примеры реализации изобретения иллюстрируются фигурами 2, 3 и 4, на которых представлено три дополнительных варианта исполнения.
На фиг.2 изображен тросовый привод, пример 2, в котором кольцо-сепаратор 4 выполняется из синтетического материала более сложного сечения, с целью более точной фиксации шариков 3, снижения коэффициента трения за счет материала кольца (например, фторлон-4), исключения контакта с поверхностью брони 2.
На фиг.3 изображен тросовый привод, пример 3, предназначенный для передачи значительных усилий или при высоких оборотах, выполненный с дополнительными калиброванными гильзами, закрепляемыми поверх троса 5, с целью максимального снижения величины трения, возникающего из-за мелких неровностей поверхности троса, т.к. он навивается из отдельных проволочек. Длина гильз должна быть немного больше, чем расстояние между центрами ближайших шариков. Расстояние между гильзами должно обеспечивать достаточную гибкость тросового привода для прокладки в конкретных условиях. Торцевые кромки гильз должны быть закругленными, для меньшего сопротивления при контакте гильзы и шарика при переходе с шарика на шарик, а также исключения контакта кромок гильз при изгибе троса.
На фиг.4 изображен тросовый привод, вариант 4, в котором для передачи больших усилий в условиях сложной трассы (много изгибов и малом пространстве) требуется, с одной стороны, достаточно толстый трос 5, с другой, требуется высокая гибкость, которую невозможно обеспечить при варианте 3. Данные условия достигаются тем, что применяются шарики 3 уменьшенного диаметра при увеличении их количества.
Пример использования изобретения в конструкции привода переднего колеса велосипеда приведен на фиг.5.
Велосипед (фиг.5) содержит следующие элементы:
10 - рама;
11 - заднее ведущее колесо;
12 - переднее ведомое колесо;
13 - рулевая стойка;
14 - ось;
15 - руль;
16 - муфта свободного хода;
17 - диски ведомые;
18 - гибкий элемент привода;
19 - педали;
20 - шатун;
21 - диск ведущий;
22 - ось вращения педального блока;
23 - возвратные пружины;
24 - вилка крепления переднего колеса;
25 - блок опорных роликов.
Работа устройства осуществляется следующим образом. При повороте против часовой стрелки левой педали 19 из верхней точки (начало рабочей фазы) поворачивается ведущий диск педального блока и накручивает на себя гибкий элемент 18, который проходит по шарикам в оболочке, закрепленной на стойке руля 15, совершает движение качения внутри оболочки.
Второй конец гибкого элемента закреплен на ведомом диске 17 переднего колеса 12, гибкий элемент натягивается и, разматываясь с диска, поворачивает его и через муфту свободного хода 16, колесо по часовой стрелке, приводя велосипед в движение. Вторая фаза полного цикла - это возвращение левой педали 19 из нижней точки в верхнюю - "холостой ход". При этом гибкий элемент, под действием возвратной пружины 23, накручивается на диск 17 переднего колеса 12, который поворачивается против часовой стрелки. Цикл закончен.
Правая педаль 19 приводит во вращение диск 21 заднего колеса 11 по аналогичной схеме, только со сдвигом на 180 градусов. Фазы рабочего и холостого хода правой и левой педалей сдвинуты на 180 градусов.
Применение тросового привода с конструктивным исполнением по типу линейного гибкого шарикоподшипника длиной немного больше, чем половина длины окружности ведущего диска блока педалей велосипеда, позволяет обеспечить удобную передачу усилий ног человека на переднее ведущее колесо, делая велосипед полноприводным.