ПЕДАЛЬНЫЙ ПРИВОД
PEDAL DRIVE

Изобретение относится к устройствам для приведения в действие транспортных средств мускульной энергией человека.
Известен велосипед с педальным приводом в составе ведущей звездочки, с цепным приводом, соединяемым ведомой звездочкой, установленными на валу каретки шатунами, связанными с педалями и дополнительным приводом от седла, у которого кинематическая связь выполнена через тягу, шарнирно соединяющуюся с дополнительным шатуном, установленным противоположно к шатунам ножным. Данный педальный привод обоснован на воздействии мускульной энергией ног на педали, периодическим переходом на воздействие собственным весом велосипедиста.
Однако, такое воздействие, сопровождающееся подъемом с опорой на ноги и опусканием на седло, прилагая энергию на дополнительный шатун собственным весом, может привести к быстрой утомляемости велосипедиста и может создать неудобства в управлении велосипедом, кроме того, при таких движениях седока весьма затруднительно преодоление крутых подъемов.
Известен так же привод велосипеда по патенту, содержащий двухступенчатую передачу, первая ступень которой имеет ведущую и ведомую звездочки, охваченные цепной передачей, вторая ступень имеет ведущую звездочку, установленную на одной оси с ведомой первой и связанной ведомой звездочкой второй ступени, установленной у заднего колеса, причем, ведущая звездочка второй ступени выполнена с переменным радиусом, а звездочки первой ступени выполнены с постоянным радиусом с передаточным отношением, равным двум.
Такой привод создает некоторое облегчение в начале поворота кривошипа от верхней точки, так как при этом совпадает наименьший радиус ведущей звездочки второй ступени, однако же недостатком является то обстоятельство, что из-за переменно построенного радиуса ведущей звездочки второй ступени движение велосипеда может сопровождаться рывкам, создавая помехи для педалирования.
Известен так же привод велосипеда по патенту РФ №2068364, содержащий двухступенчатую передачу в составе ведущей звездочки, жестко закрепленной на валу каретки, связанной при помощи цепного привода с ведомой звездочкой, сопрягаемой ведущим колесом и педалью, у которого первая ступень привода выполнена из двух механизмов планетарного исполнения в составе водил, жестко соединенных с валом каретки и свободно установленными на выступающих концах сателлитами, которые связаны передаточным отношением равным одному, с солнечными зубчатыми звеньями, установленными концентрично к валу каретки с двух валовых сторон не подвижно к корпусу транспортного средства, а педали установлены на задних концах горизонтальных одноплечих рычагов, - жестко опирающихся передними концами к осям сателлитов, причем, в первом варианте каждый сателлит и солнечная звездочка планетарного механизма соединены цепной передачей, во втором варианте планетарный механизм состоит из цилиндрической солнечной шестерни и цилиндрического сателлита, которые связаны между собой при помощи промежуточной шестерни, или нескольких шестерен нечетного количества, насаженных на свободных осях, опирающихся на водило; в третьем варианте каждая планетарная передача состоит из конической солнечной шестерни и конического сателлита, которые соединены между собой при помощи промежуточного валика с жестко насаженными коническим шестернями на концах, свободно опирающегося на водило, а также с целью осуществления возможности торможения поворотом кареточного вала назад, на передних концах горизонтальных рычагов, над точкой соединения их с сателлитами установлены тормозные подушки, кроме того, с цель расширения диапозона педалирования изменением радиуса действия кривошипа водило выполнено из двух частей, шарнирно соединенных между собой на уровне промежуточной шестерни, насаженной свободно на общей оси, обеспечивая возможности установления определенного межосевого расстояния между сателлитом и солнечной шестерней, а соединение, при этом, горизонтального одноплечевого рычага с сателлитом выполнено при помощи обгонной муфты.
Такой привод повышает тяговую способность, способствует уменьшению утомляемости велосипедиста, облегчает педалирование, однако полностью не устраняет рывки при движении и для обеспечения высоких значений скорости вращения на колесах требует большого количества промежуточных передач, что приводит к значительному снижению коэффициента полезного действия привода в целом.
По совокупности существенных признаков указанное техническое решение по патенту РФ №2068364 принято за прототип.
Целью изобретения является увеличение тяговой способности и повышение коэффициента полезного действия привода в целом.
Указанная цель достигается за счет того, что в заявляемом педальном приводе, содержащем первую ступень привода, выполненную из двух планетарных механизмов, имеющих водила и жестко соединенных с валом каретки, со свободно установленными на выступающих концах сателлитами, зацепленными с передаточным отношением, равным единице, с солнечными зубчатыми звеньями, установленными концентрично валу каретки с двух боковых сторон и неподвижно относительно корпуса транспортного средства, и педали, установленные на радиальных концах горизонтальных рычагов, всегда направленных вперед, причем осевые концы горизонтальных рычагов имеют жесткое соединение с сателлитами, при этом водила изготовлены в виде дисков и вместе с валом каретки составляют маховик, а вторая ступень выполнена зубчатой передачей, колесо которой неподвижно закреплено на ободе водила и шестерня установлена на приводной оси одного из исполнительных механизмов транспортного средства.
Использование дисковых водил в качестве маховика значительно облегчает процесс педалирования, так как вращение при прохождении мертвых точек осуществляется за счет момента инерции маховика и при этом не требуется дополнительных усилий велосипедиста и каких-то специальных навыков. Благодаря облегчению педалирования в заявляемом приводе становится возможным применение больших по длине горизонтальных рычагов, что приводит к увеличению тяговой способности привода. Выполнение второй ступени привода зубчатой передачей со значительно большим передаточным отношением, чем в применяемых повсеместно цепных передачах, позволяет получать большие коэффициенты редуцирования без применения нескольких передач, что значительно повышает коэффициент полезного действия педального привода в целом.
Таким образом заявляемая конструкция соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения «существенные отличия».
На фиг.1 изображен педальный привод с повышенной тяговой способностью применительно к веломобилю.
Педальный привод с повышенной тяговой способностью включает в себя корпус (Фиг.1) 9, в котором размещены две ступени привода, в первую из которых входят два механизма планетарного исполнения, в составе двух водил 2 и 3 жестко насаженных на валу каретки 1, установленных свободно по краям водил 2 и 3 сателлитов 4 и 5, которые связаны зубчато-ременной передачей с расположенными концентрично к валу каретки 1 и неподвижно соединенными с корпусом 9 солнечными зубчатыми звеньями 7 и 8 передаточным отношением равным одному. Педали 10 и 11 установлены на радиальных концах горизонтальных рычагов 12 и 13, которые всегда направлены вперед, а их осевые концы имеют жесткое соединение с сателлитами 4 и 5. Вторая ступень выполнена зубчатой передачей в составе зубчатого колеса 16, которое жестко закреплено на ободе водила 2, а шестерня 17 установлена на приводной оси 18 одного из исполнительных механизмов транспортного средства.
Педальный привод с повышенной тяговой способностью работает следующим образом:
прилагаемое усилие веломобилистом поочередно на педали 10 и 11, установленные на радиальных концах горизонтальных рычагов 12 и 13 соответственно, передается к сателлитам 4 и 5, которые имеют жесткое соединение с осевыми концами горизонтальных рычагов 12 и 13 и насажены на краях водил 2 и 3 с возможностью свободного поворота. Так как сателлиты 4 и 5 связаны при помощи зубчато-ременной передачи с неподвижными относительно корпуса транспортного средства 9 солнечными зубчатыми колесами 7 и 8, возникающий от прилагаемого усилия вращающий момент осуществляет поворот водил 2 и 3 вместе с валом каретки 1 и колесом 16 второй ступени привода в переднем направлении движения веломобиля. Одновременно с этим сателлиты 4 и 5 преодолевают путь по траектории радиуса кривошипа угловой скоростью и взаимодействуя с солнечными звеньями 7 и 8 обеспечивают плоскопараллельное движение горизонтальных рычагов 12 и 13 всегда направленными вперед и перпендикулярно направлению приложения усилия на педали 10 и 11, при этом радиус приложения усилия на педали относительно оси каретки 1 меняется от минимального в крайнем заднем положении рычагов 12 и 13 до максимального при их крайнем переднем положении, а сами педали 10 и 11 совершают круговое вращение по правильной окружности с радиусом равным расстоянию от оси каретки 1 до оси сателлитов 14 и 15 (оптимальная длина - 170 миллиметров), обеспечивая привычный процесс педалирования.
Изготовление водил в виде дисков и использование их в качестве маховика значительно облегчает процесс педалирования вследствие прохождения «мертвых точек» за счет инерции маховика, а применение зубчатой передачи во второй ступени привода приводит к повышению его КПД и обеспечивает значительно больший коэффициент редуцирования по сравнению с цепной передачей.
Педальный привод с повышенной тяговой способностью облегчает педалирование, способствует резкому снижению утомляемости веломобилиста и более эффективному использованию прилагаемого им усилия, повышению скорости за счет повышения тяговой способности, позволяет его широко использовать в различных сочетаниях с гидравлическими, пневматическими и электрическими механизмами как в трансмиссиях транспортных средств, так и других областях техники.