RU2392168C1

RU2392168C1 - Bicycle with automatic gear shift

Info

Publication number: RU2392168C1
Application number: RU2008145239/11A
Authority: RU
Inventors: Елизавета Алексеевна Алёшина (RU); Елизавета Алексеевна Алёшина
Original assignee: Елизавета Алексеевна Алёшина
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-06-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to bicycle gear shift appliances operated at changes in angular velocity and using auxiliary force supplied by revolving wheel hub to make rear gear shift device operate. Hydraulic rear gear shift switch (2) and fixed axle (3) of rear wheel hub (4) with set (5) of various sprockets are fitted on frame (1). Spring-loaded control link (6) is arranged inside hub (4) to be driven thereby and interact with appliances (7, 8) that displace said control link (6) depending upon bicycle speed variation. Control link (6) interacts with hydraulic appliance that controls rear gear shift device (2). Said hydraulic appliance comprises piston (9) with rod and pipeline (10) incorporated with fixed axle (3) representing a hydraulic cylinder. Appliances (7, 8) that displace said control link (6) impart axial motion to piston (9) controlling pressure in pipeline (10) that extends from said fixed axle (3) and coupled with rear gear shift device (2).

EFFECT: higher reliability.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к транспорту, а именно к велосипедам с автоматическим переключением передач.The present invention relates to transport, namely to bicycles with automatic gear shifting.

Известен «Велосипед «АННУШКА», содержащий в осях внутренние и внешние пары зацепления ведущих и ведомых элементов. Велосипед снабжен центробежным грузом, который посредством гибкой связи взаимодействует с подпружиненным поводком, взаимодействующим с полумуфтой для осуществления автоматического изменения передаточного отношения цепной передачи (см. патент России 2059507, МКИ 6 B62M 11\16, 1993 г.) - аналог.The well-known "Bicycle" ANNUSHA "containing the axles of the internal and external pairs of engagement of the driving and driven elements. The bicycle is equipped with a centrifugal load, which, through flexible coupling, interacts with a spring-loaded leash interacting with a half-clutch to automatically change the gear ratio of a chain transmission (see Russian patent 2059507, MKI 6 B62M 11 \ 16, 1993) - an analogue.

Однако «Велосипед «АННУШКА» обладает недостатками, ограничивающими применение. Например, узок диапазон передаточных отношений. Гибкая связь снижает надежность механизма, а центробежный груз увеличивает вес велосипеда, что является неприемлемым для БОЛЬШОГО спорта.However, the "ANNUSHA" bicycle has disadvantages that limit its use. For example, a narrow range of gear ratios. Flexible connection reduces the reliability of the mechanism, and centrifugal load increases the weight of the bike, which is unacceptable for BIG sports.

Также известен «ВЕЛОСИПЕД С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ», который содержит раму с вилкой переднего колеса. В оси переднего колеса установлен трос управления задним переключателем. Трос управляется посредством центробежной силы вращающихся грузов. Грузы взаимодействуют с подпружиненным кольцом через гибкую связь (см. патент России RU 2327593 C1 от 05 сентября 2006 г.) - аналог.Also known is the “AUTOMATIC GEAR SHIFT BIKE” which contains a frame with a front wheel fork. The front wheel control cable is equipped with a rear derailleur control cable. The cable is controlled by the centrifugal force of rotating loads. The loads interact with the spring-loaded ring via a flexible connection (see Russian patent RU 2327593 C1 of September 05, 2006) - an analogue.

Однако конфигурация каждого из грузов оригинальна и сложна в изготовлении. Ход центробежных грузов должен соответствовать ходу троса, следовательно, возрастают габаритные размеры грузов. Грузы должны содержать защитный кожух, что усложняет конструкцию и увеличивает вес велосипеда. Гибкая связь снижает надежность автоматики. Перечисленные выше факты отрицательно характеризуют техническое решение.However, the configuration of each cargo is original and difficult to manufacture. The course of centrifugal loads must correspond to the course of the cable, therefore, the overall dimensions of the goods increase. Weights must contain a protective casing, which complicates the design and increases the weight of the bike. Flexible communication reduces the reliability of automation. The above facts negatively characterize the technical solution.

Наиболее близок к предложенному техническому решению «ВЕЛОСИПЕД - АВТОМАТ» (см. патент России RU 2328402 C1 от 07 февраля 2007 г.) - прототип. Велосипед - автомат содержит раму с вилкой переднего колеса, а также задний переключатель скоростей, ось крепления втулки заднего колеса с кассетой из звездочек и ось крепления втулки переднего колеса, смонтированную в вилке переднего колеса, трос управления задним переключателем скоростей. Автоматическое переключение скоростей обеспечивается посредством центробежных грузов, которые имеют гибкую связь с подпружиненным управляющим звеном, которое связано со втулкой колеса и расположено внутри втулки колеса между полумуфтой реверсивной и полумуфтой резьбовой с возможностью взаимодействия с этими полумуфтами при увеличении или уменьшении центробежной силы грузов. Полумуфта резьбовая подвижна на резьбовом участке оси с возможностью перемещения вдоль оси на величину, равную перемещению троса управления задним переключателем скоростей. Полумуфта резьбовая взаимодействует с тросом через сухарик, который исключает скручивание троса.The closest to the proposed technical solution "BIKE - AUTOMATIC" (see Russian patent RU 2328402 C1 dated February 07, 2007) is a prototype. A bicycle - an automatic machine contains a frame with a front wheel fork, as well as a rear speed switch, an axis of attachment of the rear wheel hub with a cassette of sprockets and an axis of attachment of the front wheel hub mounted in the front wheel fork, a cable for controlling the rear gear selector. Automatic speed switching is provided by centrifugal weights, which have a flexible connection with a spring-loaded control link, which is connected to the wheel hub and is located inside the wheel hub between the reversible coupling and the threaded coupling, with the possibility of interaction with these coupling halves with an increase or decrease in the centrifugal force of the loads. The threaded coupling half is movable on the threaded section of the axis with the possibility of movement along the axis by an amount equal to the movement of the control cable of the rear speed switch. The threaded coupling half interacts with the cable through a cracker, which eliminates the twisting of the cable.

ВЕЛОСИПЕД - АВТОМАТ реализовал идею автоматического управления стандартным задним переключателем посредством троса, который управляется центробежными грузами. Однако трос - это вынужденный элемент управления задним переключателем. Поясним. Задний переключатель расположен в зоне заднего колеса, а привод управления переключателем размещен в зоне переднего колеса. Для соединения заднего переключателя с приводом управления необходимо протянуть трос вдоль всей рамы велосипеда. Трос содержит рубашку. Трос выходит из оси втулки в перпендикулярном ходу движения велосипеда направлении, при этом образуется как минимум одна петля. Чем больше петля, тем выше вероятность зацепа при движении. Чем меньше и круче петля, тем больше трение между тросом и рубашкой. В образовавшейся петле между рубашкой и тросом возникает достаточно большое трение. Трос имеет тенденцию к истиранию. В рубашку троса постоянно попадает грязь и т.д. Если трос ходит туго, то хорошее переключение невозможно.BICYCLE - AUTOMATIC implemented the idea of automatically controlling a standard rear derailleur via a cable that is controlled by centrifugal loads. However, the cable is a forced rear derailleur control. Let’s explain. The rear derailleur is located in the rear wheel area, and the switch control drive is located in the front wheel area. To connect the rear derailleur to the control drive, it is necessary to extend the cable along the entire frame of the bicycle. The cable contains a shirt. The cable leaves the axis of the sleeve in the direction perpendicular to the movement of the bicycle, with at least one loop being formed. The larger the loop, the higher the likelihood of a hook when moving. The smaller and steeper the loop, the greater the friction between the cable and the jacket. In the loop formed between the shirt and the cable there is a fairly large friction. The cable tends to wear. Dirt constantly gets into the shirt of the cable, etc. If the cable runs tight, a good switch is not possible.

Цель предложенного технического решения: повышение надежности автоматического переключения скоростей велосипеда методом классического перевода цепи с одной звездочки на другую.The purpose of the proposed technical solution: improving the reliability of automatic switching of bike speeds by the classic method of transferring a chain from one sprocket to another.

Техническое решение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 представлен общий вид ВЕЛОСИПЕДА - АВТОМАТА. На фиг.2 представлено сечение по оси заднего колеса ВЕЛОСИПЕДА - АВТОМАТА в исходном положении элементов автоматики, когда скорость велосипеда равна нулю.The technical solution is illustrated by graphic material, where figure 1 shows a General view of the BICYCLE - AUTOMATIC. Figure 2 presents a section along the axis of the rear wheel BIKE - AUTOMATIC in the initial position of the elements of automation, when the speed of the bike is zero.

Поставленная цель достигается ВЕЛОСИПЕДОМ - АВТОМАТОМ, который содержит раму 1. На раме установлен задний переключатель 2 гидравлического действия (см. www.birota.ru/texts/2008/ianuary/5rot.php) и неподвижная ось 3 крепления втулки 4 заднего колеса. На втулке 4 через обгонную муфту установлена кассета 5 с комплектом разных звездочек. Внутри втулки 4 вмонтировано подпружиненное управляющее звено 6. Управляющее звено 6 выполнено в виде кольца, торцы которого содержат по зубу. Управляющее звено 6 расположено между полумуфтой реверсивной 7 и полумуфтой резьбовой 8. Каждая из полумуфт 7 и 8 выполнена с возможностью периодического взаимодействия имеющимся зубом на своем торце с ответным зубом управляющего звена 6. Полумуфта резьбовая 8 подвижна на резьбовом участке оси 3 с возможностью перемещения вдоль оси. Отличается предложенное решение от известного решения тем, что ось 3 выполнена в виде гидроцилиндра и снабжена поршнем 9, штоком и трубопроводом 10. Поршень 9 взаимодействует с полумуфтой резьбовой 8 через сухарик 11, а трубопровод 10 выходит из торца оси 3 и соединен непосредственно с задним переключателем 2 гидравлического типа. Управляющее звено 6 ограничено от вращения относительно втулки 4 известным способом, например шпонкой. Сухарик 11 исключает скручивание штока поршня 9 при передаче осевого движения от полумуфты резьбовой 8. Полумуфта реверсивная 7 взаимодействует с полумуфтой резьбовой 8 через шарики. Шарики обкатываются по внутреннему цилиндру полумуфты реверсивной 7 и по дорожке на полумуфте резьбовой 8, которая выполнена составной. Полумуфта резьбовая 8 состоит из цилиндрического корпуса с внутренней резьбой, запорного кольца и подпружиненного кольца. В цилиндрическом зазоре между полумуфтой резьбовой 8 и полумуфтой реверсивной 7 смонтирована вилка. Вилка выполнена в виде цилиндра с пазами и зафиксирована на оси 3. Пазы имеют ширину шариков и выполняют функцию сепаратора. Управляющее звено 6 содержит кольцевой канал, который заполнен веществом высокой вязкости, например глицерином. В кольцевом канале с зазором размещен кольцевой шнек и омывается веществом высокой вязкости, то есть Ньютоновской жидкостью. Кольцевой шнек закреплен на неподвижной вилке.This goal is achieved by the BICYCLE - AUTOMATIC, which contains the frame 1. The rear switch 2 of hydraulic action is installed on the frame (see www.birota.ru/texts/2008/ianuary/5rot.php) and the fixed axis 3 of the mounting of the rear wheel hub 4. Cassette 5 with a set of different sprockets is mounted on sleeve 4 through an overrunning clutch. Inside the sleeve 4 is mounted a spring-loaded control link 6. The control link 6 is made in the form of a ring, the ends of which contain a tooth. The control link 6 is located between the reversible coupling half 7 and the threaded coupling half 8. Each of the coupling halves 7 and 8 is made with the possibility of periodic interaction of an existing tooth at its end with the response tooth of the control link 6. The coupling half of the threaded 8 is movable on the threaded section of the axis 3 with the possibility of movement along the axis . The proposed solution differs from the known solution in that the axis 3 is made in the form of a hydraulic cylinder and is equipped with a piston 9, a rod and a pipe 10. The piston 9 interacts with the threaded coupling half 8 through a cracker 11, and the pipe 10 exits the end of the axis 3 and is connected directly to the rear switch 2 hydraulic types. The control link 6 is limited from rotation relative to the sleeve 4 in a known manner, for example a key. Cracker 11 eliminates the twisting of the piston rod 9 when transmitting axial motion from the coupling half of the threaded 8. The coupling half-reverse 7 interacts with the coupling half of the threaded 8 through the balls. Balls are rolled around the inner cylinder of the reversible coupling half 7 and along the track on the coupling half threaded 8, which is made integral. The threaded coupling half 8 consists of a cylindrical body with an internal thread, a locking ring and a spring-loaded ring. In the cylindrical gap between the coupling half of the threaded 8 and the coupling half of the reverse 7 mounted plug. The plug is made in the form of a cylinder with grooves and is fixed on the axis 3. The grooves have a width of balls and serve as a separator. The control link 6 contains an annular channel, which is filled with a substance of high viscosity, for example glycerin. An annular screw is placed in the annular channel with a gap and is washed by a high viscosity substance, i.e., Newtonian fluid. The ring auger is fixed to a fixed fork.

ВЕЛОСИПЕД - АВТОМАТ работает следующим образом. В начальный момент все элементы велосипеда находятся в исходном положении, как представлено графическим материалом. Велосипедная цепь занимает самую большую звездочку на кассете 5 (см. фиг.1). Неподвижная ось 3 жестко закреплена в раме 1. С началом движения втулка заднего колеса 4 через шпонку постоянно вращает подпружиненное управляющее звено 6. Однако управляющее звено 6 вращается совершенно свободно на цилиндрической шейке полумуфты реверсивной 7, так как находится с постоянным зазором между торцами полумуфт 7 и 8 (см. фиг.2). Равновесное состояние звена 6 между торцами полумуфт 7 и 8 обеспечивается пружиной и давлением вещества высокой вязкости, которое нагнетается кольцевым шнеком. Высокая вязкость вещества исключает утечку последнего из кольцевого канала, однако зазор между кольцевым шнеком и кольцевым каналом позволяет веществу циркулировать. С увеличением скорости движения велосипеда нарушается равновесное состояние управляющего звена 6, так как последнее совместно с кольцевым каналом вращается быстрее относительно неподвижного кольцевого шнека. Более высокое давление вещества смещает управляющее звено 6 в направлении полумуфты резьбовой 8. Зубья торца полумуфты резьбовой 8 и управляющего звена 6 смыкаются. С этого момента вращение втулки заднего колеса 4 через шпонку и управляющее звено 6 передается полумуфте резьбовой 8, которая по резьбовому участку неподвижной оси 3 смещается и через сухарик 11 действует на поршень 9. Поршень 9 нагнетает давление в трубопроводе 10, при этом задний переключатель 2 гидравлического действия переводит цепь на кассете 5 с большой звездочки на меньшую звездочку. Частота вращения педалей не увеличивается, однако велосипедист едет быстрее. При дальнейшем увеличении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается прежней в предварительно заданном пределе. Скорость движения велосипеда уменьшается, например, в случае подъема трассы или изменения грунтов. С уменьшением скорости движения велосипеда также нарушается равновесное состояние управляющего звена 6, так как последнее совместно с кольцевым каналом вращается медленнее относительно неподвижного кольцевого шнека. Более низкое давление вещества не может противостоять усилию пружины и управляющее звено 6 смещается и выбирает зазор между полумуфтой реверсивной 7. Зубья торца полумуфты реверсивной 7 и управляющего звена 6 смыкаются. Полумуфта реверсивная 7 взаимодействует с полумуфтой резьбовой 8 через шарики, которые катятся без скольжения по дорожке, образуемой запорным кольцом. Вилка исключает круговое качение шариков. Шарики вращаются без скольжения и могут смещаться только вдоль пазов относительно неподвижной вилки. Шарики передают вращение полумуфте резьбовой 8 в противоположном направлении относительно полумуфты реверсивной 7. Полумуфта резьбовая 8 смещается по резьбе и действует на поршень 9 в противоположном направлении. Падает давление в трубопроводе 10 и задний переключатель 2 гидравлического действия переводит цепь на кассете 5 с меньшей звездочки на большую звездочку. К заднему колесу подводится больший момент силы, и велосипедист, не меняя частоты педалирования и усилия приложения на педали, преодолевает трудный участок трассы. При установившемся режиме зазор между управляющим звеном 6 и торцами полумуфт 7 и 8 сохраняется. При дальнейшем уменьшении скорости велосипеда процесс повторяется аналогичным образом, однако частота вращения педалей остается в комфортном для велосипедиста пределе. Любое изменение скорости сопровождается соответствующим переключением, которое поддерживает заранее установленную частоту педалирования. Предложенный велосипед идеально распределит мышечную энергию на трассе любой сложности, и при минимально необходимых физических нагрузках велосипедист добьется лучшего результата, так как автоматика не подвержена эмоциям и момент переключения выберет исключительно точно. При этом гарантируется защита автоматики от попадания грязи, засора, а также обеспечивается долговечность.BIKE - AUTOMATIC works as follows. At the initial moment, all the elements of the bicycle are in the starting position, as represented by graphic material. The bicycle chain occupies the largest sprocket on cassette 5 (see figure 1). The fixed axis 3 is rigidly fixed in the frame 1. With the beginning of movement, the rear wheel hub 4 constantly rotates the spring-loaded control link 6 through the key, however, the control link 6 rotates completely freely on the cylindrical neck of the reversible coupling half 7, since it is with a constant gap between the ends of the coupling halves 7 and 8 (see figure 2). The equilibrium state of link 6 between the ends of the coupling halves 7 and 8 is ensured by the spring and pressure of a high viscosity substance, which is pumped by an annular screw. The high viscosity of the substance prevents the leakage of the latter from the annular channel, however, the gap between the annular screw and the annular channel allows the substance to circulate. With increasing speed of the bicycle, the equilibrium state of the control link 6 is violated, since the latter together with the annular channel rotates faster relative to the stationary annular screw. A higher pressure of the substance biases the control link 6 in the direction of the threaded coupling half 8. The teeth of the end face of the threaded coupling half 8 and the control link 6 are closed. From this moment, the rotation of the rear wheel bushing 4 through the key and control link 6 is transmitted to the threaded coupling half 8, which is displaced along the threaded portion of the fixed axis 3 and acts on the piston 9 through the cracker 11. The piston 9 pumps the pressure in the pipeline 10, while the hydraulic rear switch 2 The action moves the chain on cassette 5 from the large asterisk to the smaller asterisk. The cadence does not increase, but the cyclist rides faster. With a further increase in bicycle speed, the process repeats in a similar way, but the cadence remains the same at a predetermined limit. The speed of the bicycle decreases, for example, in the event of a rise in the track or a change in soil. With a decrease in the speed of the bicycle, the equilibrium state of the control link 6 is also violated, since the latter together with the annular channel rotates more slowly relative to the stationary annular screw. The lower pressure of the substance can not withstand the force of the spring and the control link 6 is shifted and selects the gap between the coupling half of the reverse 7. The teeth of the end face of the coupling half of the reverse 7 and the control link 6 are closed. The reversible coupling half 7 interacts with the threaded coupling half 8 through balls, which roll without sliding along the track formed by the locking ring. The fork eliminates the circular rolling of the balls. The balls rotate without sliding and can only move along the grooves relative to the stationary fork. Balls transmit the rotation of the coupling half of the threaded 8 in the opposite direction relative to the coupling of the reversible 7. The coupling of the threaded 8 is displaced along the thread and acts on the piston 9 in the opposite direction. The pressure in the pipe 10 drops and the rear hydraulic switch 2 transfers the circuit on the cassette 5 from a smaller sprocket to a large sprocket. A greater moment of force is brought to the rear wheel, and the cyclist, without changing the cadence and pedal effort, overcomes a difficult section of the track. In steady state, the gap between the control link 6 and the ends of the coupling halves 7 and 8 is maintained. With a further decrease in bicycle speed, the process repeats in a similar way, but the cadence remains in the limit comfortable for the cyclist. Any change in speed is accompanied by a corresponding switch that supports a predetermined cadence. The proposed bike will ideally distribute muscle energy on the track of any complexity, and with the minimum necessary physical exertion, the cyclist will achieve the best result, since the automation is not subject to emotions and will choose the moment of switching extremely accurately. At the same time, automation is guaranteed to be protected from ingress of dirt, blockage, and durability is also ensured.

Claims

A bicycle with automatic gear shift, comprising a frame (1) on which a rear derailleur (2) of hydraulic action and a fixed axis (3) of fastening the rear wheel hub (4) with a cassette (5) from a set of different sprockets are mounted,
inside the sleeve (4) a spring-loaded control link (6) is mounted, which has the ability to rotate from the sleeve (4) and has the ability to interact with the biasing means of the control link (6) depending on the change in the speed of the bicycle,
the control link (6) is located between the threaded coupling half (8) and the reversible coupling half (7),
when changing the speed of the bicycle, the control link (6) has the ability to bias in the direction of the threaded coupling half (8), ensuring that the teeth of the ends of the coupling half of the threaded coupling (8) and the control link (6) are locked
in this case, the threaded coupling half (8) that is movable on the threaded section of the fixed axis (3) has the ability to interact with the rear switch control means (2) to transfer the chain
or in the direction of the reversible coupling half (7) to ensure that the teeth of the ends of the reversible coupling half ends (7) and the control link (6),
wherein the reversible coupling half (7) is able to interact with the threaded coupling half (8) to transmit rotation of the threaded coupling half (8) in the opposite direction relative to the rotation of the reversing coupling half (7), while the threaded coupling half (11) has the ability to interact in the opposite direction with rear derailleur control (2) for chain transfer,
characterized in that the control means of the rear switch (2) for translating the circuit contain a piston (9) with a rod and a pipe (10), which is equipped with a fixed axis (3), made in the form of a hydraulic cylinder,
the threaded coupling half (8) provides the transmission of axial movement to the piston (9), which provides for the injection or pressure drop in the pipeline (10), which leaves the end of the fixed axis (3) and is connected directly to the rear switch (2) of the hydraulic type.