PL248211B1 - Pojazd o napędzie dźwigniowo-linkowym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest pojazd o napędzie dźwigniowo-linkowym zawierający ramę (1), koła (2a, 2b) połączone obrotowo z ramą (1), parę wahliwych dźwigni (3a, 3b) przymocowanych obrotowo do ramy (1), do których zamocowane są linki przenoszące poprzez wał obrotowy (5) usytuowany w ramie (1) pojazdu napęd na tarcze (6a) koła napędzanego (2a). Pojazd ten charakteryzuje się tym, że wał obrotowy (5) znajduje się pod siodełkiem (7) i zawiera cztery współosiowe koła linowe, przy czym dwa zewnętrzne koła linowe mają wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek zewnętrznych (4a, 4b) poprzez które są one połączone z parą dźwigni (3a, 3b), jak również dwa wewnętrzne koła linowe mają wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek wewnętrznych (4c, 4d) poprzez które są one połączone z tarczami (6a) napędzanego koła (2a), przy czym tarcze te (6a) są sprzężone z kołem napędzanym (2a), sprężynami, które wstecznie nawijają i naciągają linki wewnętrzne (4c, 4d).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pojazd o napędzie dźwigniowo-linkowym typu rower, który charakteryzuje się bezstopniową zmianą przełożenia napędu.

Znane są rowery dźwigniowe m.in. z amerykańskiego opisu patentowego US9586647B1. Mechanizm napędowy tego roweru składa się z dźwigni korbowych lewej i prawej zamocowanych obrotowo do ramy roweru. Koło napędowe prawej dźwigni jest trwale połączone z kołem napędowym lewej dźwigni, a oba koła napędowe są obrotowo połączone z ramą roweru. Koła napędowe są skonfigurowane tak, że przenoszą moment obrotowy na tylne koło roweru za pomocą piasty z przekładnią wewnętrzną lub zewnętrzną. Dźwignia prowadząca utrzymuje prawidłowe położenie dźwigni korby przez cały cykl ruchu posuwisto-zwrotnego.

Z kolei z europejskiego opisu patentowego EP2389310B1 znany jest rower z napędem naprzemiennym dźwigniowo-linkowym, który zawiera parę identycznie zaprojektowanych jednostek napędowych, które zawierają odpowiednie ramiona wahliwe wokół wspólnego wału wahliwego montowanego w ramie. Każde ramię wahliwe ma odpowiednie ramię napędowe z krawędzią wyznaczającą ścieżkę napędową. Linki są połączone z ramionami wahliwymi i z bębnami linowymi montowanymi wokół wału napędzanego koła. Połączenie to umożliwia przeniesienie momentu obrotowego na koło z bębna linowego tylko wtedy, gdy bębny linowe są obracane w kierunku do przodu, przy czym wspomniane linki są połączone i nawinięte z góry określoną liczbą zwojów wokół bębna linowego, tak że podczas operacji napędzania liczba wspomnianych zwojów zmienia się naprzemiennie. Ramię napędowe, ramię trakcyjne i ramię łączące tworzą razem trójkątny otwór, a wspomniane koło napędowe i jego wał są umieszczone w tym otworze.

Celem niniejszego wynalazku było opracowanie roweru o napędzie dźwigniowo-linkowym, który umożliwia częściowe równoważenie się naprzemiennych momentów siły oraz bezstopniową zmianę przełożenia napędu.

Istotą wynalazku jest pojazd o napędzie dźwigniowo-linkowym zawierający ramę, koła połączone obrotowo z ramą, parę dźwigni wahliwych przymocowanych obrotowo do ramy, do których zamocowane są linki przenoszące poprzez wał obrotowy usytuowany w ramie pojazdu napęd na tarcze koła napędzanego. Tarcze te są sprzężone z ramą pojazdu za pośrednictwem sprężyn, które utrzymują linki w ciągłym napięciu w całym zakresie przełożenia. Pojazd ten charakteryzuje się tym, że wał obrotowy znajduje się pod siodełkiem i zawiera cztery współosiowe koła linowe, przy czym dwa zewnętrzne koła linowe mają wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek zewnętrznych poprzez które są one połączone z parą dźwigni, jak również dwa wewnętrzne koła linowe mają wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek wewnętrznych, poprzez które są one połączone z tarczami napędzanego koła.

Wyjątkowo korzystną opcją wynalazku jest, gdy wał obrotowy zawiera przekładnię kątową połączoną z przekładnią planetarną, której kółko centralne jest unieruchomione względem wału obrotowego poprzez połączone z nim sprzęgło jednokierunkowe, które po odblokowaniu unieruchamia kółko centralne względem ramy pojazdu, co wskutek ruchu dźwigni umożliwia bezstopniową zmianę przełożenia napędu.

Dobrze, gdy koła linowe oraz tarcze napędzanego koła mają wyprofilowane rowki spiralne do nawijania/odwijania na/z nich linek.

Korzystne jest również, jeżeli w tarczach na wewnętrznej tulei jest centralnie osadzony pierścień połączony z zapadkami, które przy ruchu napędowym tarcz zazębione są z wewnętrzną zębatką piasty koła napędzanego, natomiast w przypadku swobodnego ruchu pojazdu, czyli bez napędzania tarcz, są odblokowane i umożliwiają swobodny obrót koła napędzanego w obie strony (do przodu / do tyłu).

Korzystnymi skutkami opracowanego wynalazku jest praca wału obrotowego w ciągłej przeciwfazie momentów siły, co zapewnia znaczną stabilność pracy tego wału w jego osi obrotu. Szczególnie korzystnym skutkiem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie bezstopniowej zmiany przełożenia napędu, czego dotychczas nie zawierał żaden rower. Ponadto, stosując pierścień z zapadkami rozwiązano problem swobodnego toczenia roweru, zwłaszcza w kierunku do tyłu, co rozwiązuje problem przeciążenia linek.

Wynalazek w przykładzie realizacji został uwidoczniony na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - ogólną konstrukcję roweru;

Fig. 2 - wał obrotowy z kołami linowymi połączony linkami z tarczami spiralnymi koła napędzanego;

Fig. 3 - schemat kinematyczny zespołu zmiany przełożenia napędu;

Fig. 4 - schemat kinematyczny wału obrotowego z zespołem zmiany przełożenia napędu wraz ze sprzęgłem; Fig. 5 - przekrój poprzeczny wału obrotowego z kołami linowymi oraz zespołem zmiany przełożenia ze sprzęgłem;

Fig. 6 - widok ukośny zespołu sprzęgła;

Fig. 7 - widok ukośny pierścienia z zapadkami;

Fig. 8 - tarczę spiralną z usytułowanym w niej pierścieniem z zapadkami;

Fig. 9 - piastę koła tylnego z zębatką wewnętrzną;

Fig. 10 - kształt tarczy spiralnych w różnych rzutach;

Fig. 11 - piastę koła napędzanego wraz z pierścieniem z zapadkami;

Fig. 12 - zdjęcie prototypu roweru.

Przykład realizacji

Pojazd dźwigniowo-linkowy (rower) w przykładzie realizacji zawiera ramę 1, z którą są połączone obrotowo koła 2a, 2b. Do tylnej części ramy 1 są przymocowane obrotowo po obu jej stronach wahliwe dźwignie 3a, 3b, do których zamocowane są linki 4a, 4b przenoszące poprzez wał obrotowy 5 usytuowany w ramie 1 roweru, a następnie poprzez linki 4c, 4d napęd na tarcze 6a, 6b koła napędzanego 2a. Wał obrotowy 5 znajduje się pod siodełkiem 7 i zawiera cztery współosiowe koła linowe 8a, 8b, 8c, 8d, przy czym dwa zewnętrzne koła linowe 8a, 8b mają wzajemnie przeciwny kierunek nawoju linek zewnętrznych 4a, 4b, poprzez które są one połączone z parą dźwigni 3a, 3b. Dwa wewnętrzne koła linowe 8c, 8d mają także wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek wewnętrznych 4c, 4d, poprzez które są one połączone z tarczami 6a, 6b koła napędzanego 2a. Tarcze 6a, 6b koła napędzanego 2a są sprzężone z ramą 1 roweru sprężynami 9, które wstecznie nawijają i naciągają linki wewnętrzne 4c, 4d. Wał obrotowy 5 zawiera zespół zmiany przełożenia 10 wraz ze sprzęgłem jednokierunkowym 11, które umożliwiają przeciwbieżne obracanie wewnętrznych kół linowych 8c, 8d, i tym samym nawijanie lub odwijanie na te koła 8c, 8d linek wewnętrznych 4c, 4d, powodując zmianę przełożenia napędu. W przykładzie realizacji zespół zmiany przełożenia 10 zawiera połączoną ze sprzęgłem przekładnię planetarną 12a, 12b, 12c, która połączona jest z przekładnią kątową 13a, 13b, 13c, z którą połączone są wewnętrzne koła linowe 8c, 8d.

Zewnętrzne koła linowe 8a i 8b służą do odbioru napędu z dźwigni 3a, 3b, do których przymocowane są pedały 14. Koło linowe 8a jest połączone za pomocą wkrętów 15 z tuleją 16 zakończoną tarczą 16a. Tarcza ta 16a jest połączona za pomocą łączników 17 z tarczą 18a tulei 18, która z kolei za pomocą wkrętów 19 łączy się z kołem linowym 8b. Obie tarcze 16a i 18a tworzą jarzmo przekładni planetarnej 12a, 12b, 12c z satelitami 12a, jednocześnie na jednej z nich umieszczone są kółka zębate stożkowe 13a przekładni kątowej.

W kołach linowych 8a i 8b są zaczepy linek 4a i 4b łączących je z dźwigniami 3a, 3b pedałów 14. Linki 4a i 4b pracują z kołami 8a i 8b przy przeciwnym kierunku nawoju, przez co cały zespół wału 5 jest w równowadze i może wykonywać ruchy oscylacyjne podczas pracy dźwigni 3a, 3b. Kolejna para kół linowych to wewnętrzne koło linowe 8c i koło linowe 8d, które służą do przekazywania napędu na tarcze spiralne 6a, 6b tylnego koła 2a roweru. Są one ułożyskowane na tulejach 16 i 18 i połączone z kołami zębatymi stożkowymi 13b i 13c przekładni kątowej, której zadaniem jest odwrócenie kierunków obrotu kół linowych 8c i 8d. W wewnętrznych kołach linowych 8c i 8d zamocowane są linki 4c i 4d łączące je z tarczami spiralnymi 6a, 6b tylnego, napędzanego koła 2a roweru. Poprzez zamocowanie linek 4c i 4d w kołach linowych 8c i 8d w przeciwnych kierunkach nawinięcia, oscylacje wału 5 przenoszone są na tarcze spiralne 6a, 6b w przeciwnych fazach. W tarczach spiralnych 6a, 6b są sprężyny 9 napinające linki 4c i 4d przy ich ruchu powrotnym i przy swobodnym ruchu roweru. Sprężyna 9 jest sprężyną napędową taśmową umieszczoną w komorze (według terminologii zegarmistrzowskiej w beczce) wewnątrz tarczy spiralnej 6a, 6b. Jeden koniec sprężyny 9 zahacza o zaczep w nieruchomej wewnętrznej tulei 23 tarczy spiralnej 6a/6b, drugi koniec o zaczep w tarczy spiralnej 6a, 6b. Jej zakres i kierunek działania jest taki, by nadać tarczy spiralnej 6a, 6b moment utrzymujący linki 4c i 4d w ciągłym napięciu w całym zakresie przełożeń. Siła sprężyn 9 i naprężenie linek 4c, 4d w czasie naprzemiennego ruchu dźwigni 3a, 3b nadają kołom linowym 8c i 8d moment obrotowy, który przez koła zębate stożkowe 13b i 13c, kółka zębate 13a przekazywany jest na jarzmo przekładni satelitarnej 12a, 12b, 12c. Jej koło koronowe 12b połączone jest z kołem zębatym 13c, przez co moment skierowany jest na kółko centralne 12c przekładni satelitarnej i dalej wałkiem poprzez wkręty 19 na gwiazdę 11a zapadek 11b sprzęgła jednokierunkowego 11 złożonego z tejże gwiazdy 11a zapadek 11b, pierścienia uzębionego 11c i tarczy sterującej 11d. Tarcza 11d jest sprzężona z gwiazdą zapadek 11a i może się wychylać względem niej w obie strony o wielkość luzu kołka 22 w okienku 22a. W pozycji środkowej utrzymuje ją sprężynka 22b. Zahamowanie tarczy 11 d skutkuje przesuwem kołka 22 w okienku 22a do oporu, z czym wiąże się wyłączenie zapadek 11 b i rozłączenie sprzęgła jednokierunkowego 11. Zastosowane może być także sprzęgło jednokierunkowe 11 cierne z możliwością wyłączania. Pierścień uzębiony 11c jest częścią koła linowego 8a, więc zapadki 11 b uniemożliwiają wzajemny obrót kół linowych 8a, 8b, 8c, 8d względem siebie. W trakcie normalnej jazdy zespół zmiany przełożenia pełni rolę wału 5 pośredniczącego zmieniającego kierunek ruchu linek 4a, 4b, 4c, 4d, a jego podzespoły nie pracują. Aby zmienić przełożenie, należy rozwinąć lub nawinąć linki 4c i 4d na koła linowe 8c i 8d, przez co linki te 4c, 4d będą pracować na innych średnicach tarcz spiralnych 6a, 6b tylnego koła 2a roweru. Osiąga się to przez zahamowanie tarczy sterującej 11 d sprzęgła jednokierunkowego 11 względem ramy 1 roweru. Hamowanie może być zapadkowe lub cierne. Wskutek zahamowania tarcza sterująca 11d spowoduje wyłączenie zapadek 11b i zahamowanie gwiazdy 11a, następnie unieruchomi kółko centralne 12c. Przekładnia planetarna 12a, 12b, 12c spowoduje obrót jarzma względem unieruchomionego kółka 12c, które jest unieruchomione względem ramy 1, tym samym koła linowe 8c i 8d obrócą się względem siebie podczas pracy dźwigni 3a, 3b. Przy jednym kierunku obrotu zespołu przełożenia 10 nastąpi wzrost przełożenia, przy przeciwnym jego zmniejszenie. W zależności od zamierzonego kierunku zmiany przełożenia należy wybrać te kierunki obrotu wału 5, które to spowodują. Do tego służy kołyska 20 z zapadkami 21. Przechył kołyski 20 spowoduje zatrzymanie tarczy sterującej 11d, gdy zespół obraca się w danym kierunku, a w przeciwnym tarcza sterująca 11d będzie obracać się razem z zespołem.

Koła linowe 8a, 8b, 8c, 8d oraz tarcze 6a, 6b napędzanego koła 2a mają wyprofilowane rowki do nawijania/odwijania na/z nich linek 4a, 4b, 4c, 4d. Jednak wewnętrzne koła linowe 8c, 8d oraz tarcze spiralne 6a, 6b mogą mieć kształt walcowy, stożkowy lub im zbliżony, w którym wyprofilowane są spiralnie rowki do nawoju linek. W tarczach spiralnych 6a, 6b na wewnętrznej tulei 23 jest centralnie osadzony pierścień 24 połączony z zapadkami 25, które przy ruchu napędowym tarcz spiralnych 6a, 6b zazębiają się z wewnętrzną zębatką 26 piasty 28 koła napędzanego 2a, natomiast w przypadku swobodnego ruchu roweru, czyli bez napędzania tarcz spiralnych 6a, 6b, są odblokowane i umożliwiają swobodny obrót koła napędzanego 2a w obie strony (do przodu/do tyłu). Pierścień 24 w przykładzie realizacji wykonano z mosiądzu. Pierścień 24 reaguje na ruch tarcz 6a, 6b podnosząc zapadki 25 osadzone w siodełkach 27 i przenosząc napęd z tarcz 6a, 6b poprzez zębatki 26 na koło 2a. Pierścień 24 z zapadkami 25 pełni więc funkcję czujnika ruchu sterującego sprzęgłem jednokierunkowym tarcz spiralnych 6a, 6b. Są dwa takie sprzęgła z obydwu stron koła 2a, przy czym jedno jest odbiciem lustrzanym drugiego. W skład takiego sprzęgła wchodzi pierścień o uzębieniu wewnętrznym 26, będący integralną częścią piasty 28. Współpracuje on z zapadkami 25 osadzonymi w siodełkach 27 będących częścią tarczy spiralnej 6a, 6b. Zapadki 25 połączone są popychaczami 29 z pierścieniem zewnętrznym 24 czujnika ruchu. Czujnik ruchu to pierścień 24, który ślizga się po unieruchomionej względem ramy 1 roweru tulei 23. Materiały tulei 23 i pierścienia 24 są tak dobrane, by otrzymać największy stosunek współczynnika tarcia statycznego do dynamicznego łożyska, np. stal i mosiądz. Jeśli linka 4c, 4d spowoduje obrót tarczy spiralnej 6a, 6b z siodełkami 27 zapadek 25, to pod wpływem tarcia statycznego między pierścieniem 24 a tuleją 23 w momencie rozpoczęcia tego ruchu nastąpi odchylenie zapadek 25 i zazębienie ich z pierścieniem o uzębieniu wewnętrznym 26, a więc przekazanie napędu na koło 2a. Jednocześnie ruch ten spowoduje zwiększenie naciągu sprężyny 9. Kiedy tarcza spiralna 6a, 6b zatrzyma się lub zacznie się cofać, w obydwu przypadkach kręcące się koło 2a spowoduje wysprzęglenie zapadek 25, popychacze 29 obrócą pierścień 24, a duże tarcie statyczne spowoduje utrzymanie ich w takiej pozycji. To umożliwia swobodne cofanie roweru do tyłu.

Spis oznaczeń na rysunku 1 - rama roweru

2a - koło napędzane, tylne roweru 2b - koło przednie roweru 3a, 3b- dźwignie 4a, 4b- linki zewnętrzne 4c, 4d - linki wewnętrzne 5 - wał obrotowy

6a, 6b- tarcze spiralne koła napędzanego 7 - siodełko

8a, 8b- zewnętrzne koła linowe 8c, 8d - wewnętrzne koła linowe

- sprężyny tarcz spiralnych (napędowa, taśmowa)

- zespół zmiany przełożenia

- sprzęgło jednokierunkowe

11a - gwiazda zapadek

11b - zapadki

11c - pierścień uzębiony

11d - tarcza sterująca

Przekładnia planetarna:

12a - satelity

12b - koło koronowe

12c - kółko centralne

Przekładnia kątowa:

13a - kółka zębate stożkowe

13b - koło zębate stożkowe

13c - koło zębate stożkowe

- pedały dźwigni

- wkręty koła linowego

- tuleja

16a - tarcza tulei

- łączniki tarcz

- tuleja

18a - tarcza tulei

- wkręty

- kołyska

- zapadki

- kołek ustalający pozycję gwiazda zapadek względem tarczy sterującej

- wewnętrzna tuleja tarcz spiralnych

- pierścień z zapadkami

- zapadki pierścienia

- zębatka wewnętrzna piasty

- siodełka zapadek w tarczach spiralnych

- piasta koła tylnego

- popychacze zapadek

Claims (4)

1. Pojazd o napędzie dźwigniowo-linkowym zawierający ramę (1), koła (2a, 2b) połączone obrotowo z ramą (1), parę wahliwych dźwigni (3a, 3b) przymocowanych obrotowo do ramy (1), do których zamocowane są linki przenoszące poprzez wał obrotowy (5) usytuowany w ramie (1) pojazdu napęd na tarcze (6a, 6b) koła napędzanego (2a), przy czym tarcze (6a, 6b) są sprzężone z ramą 1 sprężynami (9) znamienny tym, że wał obrotowy (5) znajduje się pod siodełkiem (7) i zawiera cztery współosiowe koła linowe, przy czym dwa zewnętrzne koła linowe (8a, 8b) mają wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek zewnętrznych (4a, 4b) poprzez które są one połączone z parą dźwigni (3a, 3b), jak również dwa wewnętrzne koła linowe (8c, 8d) mają wzajemnie przeciwny kierunek nawinięcia linek wewnętrznych (4c, 4d) poprzez które są one połączone z tarczami (6a, 6b) napędzanego koła (2a).

2. Pojazd według zastrz. 1, znamienny tym, że wał obrotowy (5) zawiera przekładnię kątową (13a, 13b, 13c) połączoną z przekładnią planetarną (12a, 12b, 12c), której kółko centralne (12c) jest unieruchomione względem wału obrotowego (5) poprzez połączone z nim sprzęgło jednokierunkowe (11), które po odblokowaniu unieruchamia kółko centralne (12c) względem ramy (1), co wskutek ruchu dźwigni (3a, 3b) umożliwia bezstopniową zmianę przełożenia napędu.

PL 248211 Β1

3. Pojazd według któregokolwiek z zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że koła linowe (8a, 8b, 8c, 8d) oraz tarcze (6a, 6b) napędzanego koła (2a) mają wyprofilowane rowki spiralne do nawijania/odwijania na/z nich linek (4a, 4b, 4c, 4d).

4. Pojazd według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3 znamienny tym, że w tarczach (6a, 6b) na wewnętrznej tulei (23) jest centralnie osadzony pierścień (24) połączony z zapadkami (25), które przy ruchu napędowym tarcz (6a, 6b) zazębione są z wewnętrzną zębatką (26) piasty (28) koła napędzanego (2a), natomiast w przypadku swobodnego ruchu pojazdu, czyli bez napędzania tarcz (6a, 6b), są odblokowane i umożliwiają swobodny obrót koła napędzanego (2a) w obie strony (do przodu/do tyłu).