RU2664852C1

RU2664852C1 - Кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм повышенной точности и привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека

Info

Publication number: RU2664852C1
Application number: RU2017132790A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Кузнецов
Original assignee: Анатолий Николаевич Кузнецов
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности, к кулисно-рычажным механизмам. Кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм повышенной точности состоит из двух неподвижных осей А и С, кулисы АВ, вращающейся вокруг первой оси А, рычага BD, образующего вращательную пару и соединенного с помощью шарнира В одним концом с кулисой АВ. Шарнир выполнен с возможностью вращения вокруг продольного перемещения в кулисном камне и колебательного движения кулисы АВ, вокруг неподвижной оси А в секторе 180 градусов. Длина звеньев механизма удовлетворяет условиям АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46. Отклонения траектории точки D рычага BD от прямой не превышают 0.1% длины рычага BD. Привод для колесных транспортных средств содержит рычаги с педалями, муфту свободного хода, два кулисно-рычажных прямолинейно-направляющих механизма. Кулисно-рычажные механизмы смонтированы на раме транспортного средства и жестко связаны с полуосью транспортного средства и через нее с муфтой свободного хода и ведущим колесом. Достигается расширение арсенала приводов транспортных устройств. 2 н.п., 2 з.п.ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, а точнее, к механическим передачам, и может быть использовано в транспортном машиностроении, в робототехнике, в станкостроении при разработке приводов различного назначения, например, приводов шагающих машин, самопишущих приборов, точной подачи инструмента, а также для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, а именно, велосипедов, тренажеров, инвалидных колясок, веломобилей.

Направляющими называются механизмы, в которых при движении одной точки по окружности или по дуге окружности, некоторая другая точка движется по заданной кривой. Задача построения прямолинейно-направляющего механизма, переводящего движение одного звена по окружности в движение другого звена по прямой, или иначе говоря, прямила, стояла еще со времен изобретения Джеймсом Уаттом паровой машины. Решая эту задачу, ученые и инженеры нашли многочисленные варианты приближенных решений прямила, где траектория движения ведомого звена являлась не строго прямой, а проходила рядом с прямой, не очень далеко удаляясь от нее. Одним из таких вариантов приближенных прямил является кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм.

Из литературы (Механизмы в современной технике., Артоболевский И.И. М. 1979, т. 2, стр. 356) известен кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий конхоидальный механизм (Фиг. 1), состоящий из звена АВ (1), вращающегося вокруг неподвижной оси А, образующего вращательную пару со звеном BD (2), скользящем в ползуне 3 и вращающемся вокруг неподвижной оси С. При выполнении условий для длины звеньев механизма АС=1,5 АВ, BD=5,3AB и вращении звена 1 вокруг оси А точка D звена 2 будет двигаться по траектории близкой к прямой q-q' перпендикулярной к направлению АС.

Из литературы также известен выпрямляющий рычажный кулисный механизм (Фиг. 2) (Расчет и конструирование точных механизмов., Первицкий Ю.Д., Л. 1976, 456 с., стр. 241-242), состоящий из звена АВ (1), вращающегося вокруг неподвижной оси А, образующего вращательную пару со звеном BD (2), скользящем в ползуне 3, вращающемся вокруг неподвижной оси С, где соотношение длины звеньев механизма: AC=AB, BD=3.4 АВ. Механизм отнесен автором к группе механизмов, у которых одна из точек выходного звена описывает траекторию, близкую к прямой.

В заявке на изобретение (ЗИЗ №94012699, МПК F16H 21/04, опубл. 20.03.1996) описан кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм, содержащий расположенные и перемещающиеся в параллельных плоскостях элементы: кривошип, выполненный с возможностью вращения вокруг первой неподвижной оси и соединенный шарниром с первым концом прямого цельного шатуна, выполненного с возможностью скольжения в ползуне, который выполнен с возможностью вращения вокруг второй неподвижной оси, причем ось шатуна проходит через центр второй неподвижной оси, свободный второй конец шатуна, находящийся за ползуном на неизменном расстоянии относительно закрепленного первого, имеет возможность реализации функции приближенно-прямолинейного движения на некотором участке своей замкнутой циклической траектории. Свободный второй конец шатуна имеет возможность реализации функции приближенно-равномерного движения на приближенно-прямолинейном участке своей замкнутой циклической траектории при равномерном вращении кривошипа, при этом соблюдаются следующие соотношения: АС/АВ=1,55÷1,85; ВД/АВ=5,5÷9,5, где АС - расстояние между двумя неподвижными осями; АВ - расстояние между первой неподвижной осью и шарниром, соединяющим кривошип с первым концом шатуна; ВД - расстояние от шарнира, соединяющего кривошип с первым концом шатуна, до свободного второго конца шатуна.

Как следует из сравнения механизмов, изображенных на Фиг. 1, 2, описания к заявке №94012699, речь во всех приведенных выше источниках идет о механизме одной и той же конструкции, преобразующей вращательное движение в приближенно-прямолинейное и обратно, с основным отличием, заключающемся в величинах соотношений длин звеньев механизма.

К достоинствам описанной в приведенных источниках конструкции кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма следует отнести ее простоту и надежность, к недостаткам - приближенность прямолинейной траектории движения свободного конца вращающегося в ползуне звена и отсутствие в первоисточниках какой-либо приблизительной оценки величины отклонения описываемой выходным звеном траектории от прямой.

Известен целый ряд рычажных приводов, установленных на велосипед. Как правило, это приводы гибридного типа, в них рычаги служат дополнением к цепному приводу. Рычажный привод, как доказывается в ряде публикаций, более эффективен в сравнении с традиционным цепным приводом, если он не перегружен дополнительными узлами и звеньями, сводящих на нет его преимущества. Доктор технических наук Кропп А.Е. в своей статье «Как улучшить велосипед?» (http://forum.redbikecup.ru/html/feruum/2005_better.htm) убедительно доказывает, что рычажный привод значительно превосходит цепной привод по КПД (в идеале до 30%). Это преимущество основано на отсутствии «мертвых» зон и более равномерном распределении усилий по короткой траектории, что дает выигрыш в коэффициенте полезного действия, более удобном и естественном движении ног велосипедиста.

Известен велосипед Антипова П.А. (патент РФ №2146632, МПК В62М 1/04, опубл. 20.03.2000). Велосипед содержит раму с рулем, ведущее и рулевое колеса и педальный привод с педалями, шарнирно соединенными с рамой, при этом педали охватывают подшипники качения, прикрепленные к ведущему колесу эксцентрично и диаметрально противоположно относительно оси колеса. Одна из педалей, шарнирно соединенная с рамой, находясь в верхнем положении, при движении вниз как рычаг воздействует на подшипник и поворачивает его за счет эксцентриситета вокруг оси ведущего колеса, а соответственно и само колесо, при этом диаметрально противоположный подшипник поднимает другую педаль в верхнее положение и приводит ее в рабочее положение. Поочередным воздействием на педали приводят во вращение рабочее колесо, а с ним и сам велосипед. Основным недостатком выше указанного рычажного привода является тихоходность велосипеда, причиной которой является передача движения от рычагов к ведущему колесу в отношении 1:1, при этом ход велосипеда за один цикл не превышает шестой части оборота ведущего колеса, а также движение педалей происходит по дуге, что не оптимально.

Общими существенными признаками с заявляемым изобретением являются рычаги педалей, шарнирно соединенные с рамой велосипеда.

Из патента РФ №2000246 (МПК В62К 1/00, опубл. 07.09.1993) известен привод коляски-велосипеда с рычажным приводом (прототип). Привод коляски-велосипеда содержит две втулки с муфтами свободного хода, имеющие элементы зацепления для связи с двумя секторами зубчатых колес, установленных на одной оси, жестко связанной с рамой и проходящей через центры их начальных окружностей, оба сектора связаны с рычагами с педалями, при этом один сектор выполнен с внешним зацеплением, а другой - с внутренним. Зубчатые венцы, внутренний и внешний от оси вращения, находятся соответственно: во внутреннем зубчатом зацеплении с сектором зубчатого колеса и во внешнем зубчатом зацеплении с сектором того же зубчатого колеса. Зубчатые венцы жестко связаны между собой и с рычагом. Педали обоих приводов связаны между собой через гибкую связь в виде троса, переброшенного через блок на раме. Коляска-велосипед имеет также сидение, руль и переднее колесо. Движение коляски-велосипеда осуществляется через педальные рычаги, которые работают попеременно в противофазе. Крутящий момент ведущее колесо получает в обоих случаях одного направления, несмотря на противоположное движение педалей, так как муфты свободного хода имеют одно направление их стопорения.

К достоинствам изобретения следует отнести небольшие габариты, отсутствие холостого хода педалей, увеличенный коэффициент полезного действия. Недостатками, выше описанного привода, являются сложность конструкции узла передачи движения от рычагов на ведущее колесо, невысокая скорость транспортного средства по причине того, что ход велосипеда за один цикл не превышает четверть оборота ведущего колеса, а движение педалей происходит по дуге окружности, что не оптимально.

Общими существенными признаками с данным изобретением являются: рычаги с педалями, муфты свободного хода.

Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений является создание кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма с высокой точностью и создание на его основе привода для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, простого в исполнении и надежного в эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является преобразование с помощью кулисно-рычажного механизма вращательного движения в прямолинейное с точностью не менее 0.1% длины его рычага, а также расширение арсенала приводов для велосипедов, тренажеров, инвалидных колясок, веломобилей и прочих технических устройств путем создания на основе кулисно-рычажного механизма привода оригинальной конструкции.

Поставленная задача достигается тем, что в кулисно-рычажном прямолинейно-направляющем механизме повышенной точности, состоящем из двух неподвижных осей А и С, вращающейся вокруг первой оси А кулисы АВ, рычага BD, образующего вращательную пару и соединенного с помощью шарнира В одним концом с кулисой АВ, выполненного с возможностью вращения вокруг и продольного перемещения в кулисном камне, расположенном в месте, совпадающем со второй неподвижной осью С, и выполненном с возможностью колебательного движения кулисы АВ, вокруг неподвижной оси А в секторе 180 град., при котором точка D рычага BD совершает колебательные движения по траектории близкой к прямой, перпендикулярной к направлению АС, соединяющему неподвижные оси механизма, отклонения траектории точки D рычага BD от прямой не превышают 0.1% длины рычага BD, при этом длина звеньев механизма удовлетворяет условиям АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46.

Поставленная задача решается также тем, что в состав привода для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, содержащего рычаги с педалями, муфту свободного хода, также входят зеркально расположенные по обе стороны ведущего колеса два кулисно-рычажных прямолинейно-направляющих механизма, длина звеньев которых удовлетворяет условиям АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46, смонтированных на раме транспортного средства, жестко связанных с полуосью транспортного средства и через нее с муфтой свободного хода и ведущим колесом, и состоящие каждый из кулисного диска, образующего вращательную систему и подвижно связанного с педальным рычагом, опирающимся на подшипниковую обойму и выполненным с возможностью продольного скольжения в этой подшипниковой обойме, подвижно закрепленной на раме транспортного средства в месте расположения второй оси каждого кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма, при этом кулисно-рычажные прямолинейно-направляющие механизмы привода жестко связаны между собой механизмом встречного возвратно-поступательного движения педалей в заданном секторе.

Рекомендуется в приводе для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, выполнить механизм встречного возвратно-поступательного движения педалей в заданном секторе из двух кулис, каждая из которых одним концом соединена с педальным рычагом, а другим концом жестко связанна с одной из двух соосных конических шестерен, смонтированных в кареточном стакане рамы транспортного средства и закрепленных в подшипниках каждая на собственной оси, при этом жестко связанных между собой промежуточной конической шестерней.

Оптимально в приводе для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека дополнительно использовать редуктор, увеличивающий передаточное отношение привода.

Заявляемый кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм лег в основу конструкции привода для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, что позволило создать простой и эффективный механизм привода без «мертвых» зон со строго вертикальным движением педалей, с увеличенным за счет этого коэффициентом полезного действия.

Эффективность механизма привода достигается за счет того, что применяемый в конструкции привода механизм позволяет получить за один цикл движения педалей один оборот ведущего колеса, что в несколько раз больше, чем у аналогов. Также при использовании заявляемого механизма отношение линейной скорости педали к угловой скорости кулисного диска остается практически постоянной величиной, что обеспечивает плавность хода велосипеда.

Заявляемые кулисно-рычажный механизм и привод для колесных транспортных средств на его основе взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел.

Действительно, для реализации кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма повышенной точности было создано устройство привода для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека оригинальной конструкции, позволяющей получить эффективное и удобное средство передвижения.

Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.

Группа изобретений поясняется примерами и следующими чертежами.

Фиг. 1. Кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий конхоидальный механизм Артоболевского с соотношением звеньев: АС=1.5 АВ, BD=5.3AB;

Фиг. 2. Выпрямляющий рычажный кулисный механизм Первицкого, соотношение длины звеньев механизма АС=АВ, BD=3.4 АВ;

Фиг. 3. Заявляемый кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм повышенной точности с соотношением длин звеньев механизма АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46.

Фиг. 4. Отрезок B_xD_x, совершающий поворот вокруг точки С на угол

, один конец которого движется по прямой DD_x, а второй конец при этом движении описывает сектор полуокружности ВВ_x заданного радиуса r с центром в точке А.

Фиг. 5. Зависимость длины L отрезка B_xD_x в относительных единицах ΔL от угла поворота α отрезка АВ для различных механизмов: кривая а - механизм Артоболевского (r=1, а=1.5, b=2.8); кривая b - механизм Первицкого (r=1, а=1, b=2.4); кривые с, d (r=1, а=1.55, b=2.95; r=1, а=1.85, b=6.65) построены для параметров расчета, соответствующих границам интервалов из ЗИЗ №94012699; кривая с - заявляемый кулисно-рычажный механизм (r=1, а=1,73, b=4,73); где ΔL=(L(α)-L(0))/L(0)*100%

Фиг. 6. График отклонения точки D рычага BD от прямой для кулисно-рычажного механизма при заявляемых соотношениях длин его звеньев АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46.

Фиг. 7. Привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, разработанный на основе кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма и размещенный на дорожном велосипеде.

Фиг. 8. Правый по ходу движения кулисно-рычажный привод.

Фиг. 9. Механизм встречного возвратно-поступательного движения.

На Фиг. 1, 2 показаны известные из литературы прямолинейно-направляющие механизмы с приближено прямолинейной траекторией выходного звена, на Фиг. 3 изображен заявляемый кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм повышенной точности с соотношением длин звеньев механизма АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46.

Расчет отклонения траектории движения свободного конца D рычага BD от прямой для различных соотношений длин звеньев кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма и оценка погрешности спрямления у механизмов-аналогов показали, что отклонение траектории конца выходного звена заявляемого механизма от прямой не превышает 0.1% его длины, что более чем в 10 раз меньше, чем у механизмов-аналогов.

Решение задачи по оценке величины отклонения свободного конца рычага кулисно-рычажного механизма от прямой в общем виде можно найти рассчитав изменения длины отрезка BD, поворачиваемого вокруг точки С на угол

(Фиг. 4), один конец которого движется по прямой DD_x, а второй при движении описывает сектор полуокружности ВВ_x с центром в точке А заданного радиуса r, где r=АВ.

Центр системы координат расположим в точке вращения С. Точка С делит отрезок BD на две части - отрезок ВС длиной L_a, конец которого при повороте описывает полуокружность ВВ_x и отрезок CD длиной L_b, свободный конец которого перемещается по прямой DD_x. Длина отрезка C_xD_x находится из выражения:

где

- угол поворота отрезка C_xD_x вокруг точки С, b - расстояние от центра поворота С до прямой DD_x.

Выражение для длины

отрезка В_xС_x в зависимости от угла его поворота можно найти через координату точки, являющуюся пересечением прямой B_xD_x, проходящей через центр координат и имеющей угол наклона

к оси X, и окружности с центром в точке А, смещенным относительно точки С на величину а=АС и радиусом r=АВ.

Решения системы уравнений: y=k_*х, (х-а)²+y²=r², где а - расстояние между неподвижными осями, k=tg(ф), а ф - угол наклона отрезка L_a к оси X имеют вид:

Так как решением поставленной задачи является правая ветвь пересечения прямой и окружности (

значения х), для L_a, длины отрезка ВС, справедливо выражение:

С учетом выражений для длины отрезка C_xD_x (1) и отрезка В_xС_x (2) длина L всего отрезка B_xD_x, вращаемого вокруг точки С на угол

, один конец которого движется по прямой, а второй по окружности заданного радиуса, описывается выражением:

Связь между углом поворота

отрезка BD и углом поворота α отрезка АВ имеет вид:

На Фиг. 5 приведен график зависимости изменения длины ΔL отрезка BD, вращаемого вокруг точки С от угла поворота α отрезка АВ для различных соотношений звеньев механизма, построенный в относительных единицах ΔL=(L(α)-L(0))/L(0)*100%.

Кривая а (Фиг. 5), соответствует варианту механизма, показанному на Фиг. 1. (механизм Артоболевского), при котором АС=1.5 АВ, BD=5.3AB, или в обозначениях приведенного выше расчета: r=1, а=1.5, b=2.8, где b=5.3-а-r. Как видно из графика, относительное изменение длины отрезка BD при его повороте вокруг точки С в заданном секторе в этом случае составляет 2.5%.

Кривая b (Фиг. 5) соответствует варианту механизма, показанному на Фиг. 2 (механизм Первицкого), при котором АС=АВ, BD=3.4 АВ, или в обозначениях расчета r=1, а=1, b=2.4, где b=3.4-а-r. Как видно из графика, относительное изменение длины отрезка BD при его повороте вокруг точки С в заданном секторе в этом случае составляет 10%.

В заявке на изобретение №94012699 указаны только диапазоны отношений длин отрезков АС/АВ=1.55÷1.85; BD/AB=5.5÷9.5, что не определяет полностью механизм, так как не определена закономерность выбора величин из диапазонов. Выберем произвольно точки из этих диапазонов, например, две крайние, и проведем оценку отклонения траектории свободного конца рычага от прямой для кулисно-рычажного механизма с этими параметрами. Кривая с на Фиг. 5 построена для соотношений: r=1, а=1.55, b=2.95, где b=5.5-а-r. Как видно из графика, относительное изменение длины отрезка BD при его повороте вокруг точки С в заданном секторе в этом варианте составляет 2.5%. Кривая d на Фиг. 5 построена для соотношений: r=1, а=1.85, b=6.65, где b=9.5-а-r. Как видно из графика, относительное изменение длины отрезка BD при его повороте вокруг точки С в заданном секторе в этом случае составляет 1.5%.

Очевидно, что для кулисно-рычажного механизма величина отклонения траектории свободного конца рычага от прямой зависит от отношений длин его звеньев, а указание диапазонов для этих отношений однозначно не определяет точность механизма.

Таким образом, расчет показал, что известные из указанных выше источников соотношения длин для звеньев кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма позволяют получить отклонение траектории свободного конца рычага от прямой от 1,5% (кривая е) до 10% (кривая b).

В настоящем изобретении заявлен кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм с соотношением длин звеньев АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46, что составляет в обозначениях приведенного выше расчета: r=1, а=1.73, b=4.73, где b=7.46-а-r. На Фиг. 5, кривая е и Фиг. 6 для заявляемых соотношений показан график изменения длины отрезка BD в зависимости от угла поворота отрезка АВ, что эквивалентно отклонению траектории движения свободного конца рычага от прямой. Как видно из графика, отклонение траектории движения свободного конца рычага от прямой не превышает 0,1%, что более чем в 10 раз меньше, чем у механизмов-аналогов. Такой результат позволяет решать на порядок более точные задачи в машиностроении.

Привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, разработанный на основе кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма с соотношением длин звеньев АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46, и размещенный на двухколесном дорожном велосипеде «Урал» 111-621 показан на Фиг. 7. На раме транспортного средства 9 (Фиг. 7), размещено два зеркальных кулисно-рычажных привода (левый и правый), закрепленных в районе задней усиленной вилки, по обе стороны от ведущего колеса 10. Каждый из механизмов привода, состоит из кулисного диска 11 подвижно закрепленного на раме 9 и имеющего непосредственную связь, через промежуточные звенья, с ведущим задним колесом 10, а также с педальным рычагом 12 с педалью 13. Педальный рычаг 12 выполнен с возможностью опоры, скольжения и вращения в подшипниковой обойме 14, закрепленной на раме 9. Для взаимосвязанной синхронной работы левого и правого педальных рычагов 12 использован механизм встречного возвратно-поступательного движения педальных рычагов, состоящий из кулисы 15 и шестеренчатого узла 16, смонтированного в кареточном стакане 17 велосипеда. В данной конструкции отношение расстояния между центром кулисного диска и центром вращения подшипниковой обоймы к величине радиуса кулисного диска равно 1.73, отношение длины педального рычага к радиусу кулисного диска составляет 7.46.

Правый по ходу рычажный привод показан на Фиг. 8 и имеет кулисный диск 11, подвижно закрепленный на раме 9 через палец 18 и подшипник 19. В одном из вариантов исполнения в кулисный диск 11 вмонтирован двухшестеренчатый редуктор 20 с внутренним зацеплением, который через передаточную шестерню полуоси 21 жестко связан с муфтой свободного хода 22. Последняя, в свою очередь, имеет жесткую однонаправленную связь с втулкой 23 ведущего колеса 10. Кулисный диск 11 имеет также подвижную связь, через подшипник 24 и палец 25, с педальным рычагом 12, который опирается и продольно скользит в подшипниках 26, закрепленных в подшипниковой обойме 14 (разрез Б-Б). В свою очередь подшипниковая обойма 14 через палец 27 и подшипник 28 подвижно крепится на раме 9. На противоположном конце рычага 12 подвижно закреплена педаль 13. Левый рычажный привод, по своим конструктивным особенностям, зеркально повторяет правый. Левый и правый педальные рычаги жестко связаны между собой механизмом встречного возвратно-поступательного движения (Фиг. 9) и всегда находятся в противофазе, т.е. один вверху, второй внизу.

Механизм встречного возвратно-поступательного движения 17, смонтирован в кареточном стакане 16 рамы велосипеда (Фиг. 9). Механизм имеет две соосные конические вал-шестерни 29, жестко связанные между собой промежуточной конической вал-шестерней 30. Вал-шестерня 30 перпендикулярна каждой из конических вал-шестерен 29 и свободно закреплена в подшипниковой обойме 31, которая в свою очередь вмонтирована в трубчатый элемент рамы 9 велосипеда, идущий к сидению велосипеда. Конические вал-шестерни 29 в свою очередь закреплены в подшипниках 32 кареточного стакана 16. На свободных концах вал-шестерен 29 жестко закреплены на шпонках 33 концы левой и правой кулис 15 (Фиг. 7, 9), функционально связанных другим концом с педальными рычагами 12 велосипеда. Кулиса 15 выполняет функцию связующего звена между механизмом встречного возвратно-поступательного движения и педальным рычагом 12 и равна 0,5 DC или 2,73АВ (отрезок ED₂ Фиг. 3). В подвижном узле крепления кулисы 15 к педальному рычагу 12, предусмотрен люфт в виде продольного паза до 3% от длины кулисы 15, который устраняет небольшую конструктивную несовместимость движения кулисы и педального рычага.

Работает привод следующим образом. Движение велосипеда осуществляется поочередным нажатием левой и правой ноги велосипедиста на педали 13 сверху вниз до упора. При нажатии ноги на педаль 13 за один цикл педальный рычаг поворачивается в опорной подшипниковой обойме 14 на угол

и смещается, проскальзывая в подшипниковой обойме на величину, необходимую для поворота кулисного диска 11 на 180°. Кулисный диск 11, связанный с педальным рычагом 12, вращается по часовой стрелке и через редуктор 20 и муфту свободного хода 22 передает это вращение на втулку 23 ведущего колеса 10. Встречное принудительное движение педалей в одном из вариантов исполнения реализуется через механизм встречного возвратно-поступательного движения. При повороте педального рычага 12 по часовой стрелке, поворачивается связанная с ним кулиса 15 и коническая вал-шестерня 29, и через поворот конической вал-шестерни 30 вынуждает повернуться в обратном направлении противоположную коническую вал-шестерню 29 и связанную с ней кулису 15, а через нее и противоположный педальный рычаг 12, вынуждая его повернуться в обратном направлении.

Таким образом, через правый и левый рычаги 12, которые имеют скользящий контакт в подшипниковой обойме 14, момент силы попеременно передается на кулисные диски 11, а диски в свою очередь передают это вращение на втулку ведущего колеса 10. Так как муфты свободного хода 22 имеют одно и то же направление их стопорения, кулисный диск 11, связанный с педальным рычагом 12, движение которого в это время осуществляется снизу вверх, вращается против часовой стрелки и соответственно имеет свободный ход и не препятствует вращению ведущего колеса по ходу движения вперед. Кулисные диски 11 в крайних позициях не имеют «мертвых» точек, так как педальный рычаг приводит их во вращение двигаясь в секторе 60°. При заданном импульсе движения, без вращения педалей, велосипед движется по инерции. Обратное вращение заднего колеса стопорится муфтами свободного хода. При попеременном нажатии педалей, за один цикл кулисные диски 11 совершают круговое возвратно-вращательное встречное движение в секторе 180 град. При этом суммарный импульс движения равен 360 град. В это же время происходит возвратно-поступательное вертикальное движение педальных рычагов в заданном секторе не превышающем 60°. Таким образом, за один цикл движения механизма привода, ход велосипеда равен полному обороту ведущего колеса. Для увеличения передаточного отношения, и соответственно скорости движения, в предусмотрен редуктор с внутренним зацеплением ведущей шестерни с ведомой осевой шестерней, что уменьшает габариты привода.

Таким образом, разработка кулисно-рычажного прямолинейно направляющего механизма с заявляемыми соотношениями длин его звеньев позволила преобразовать вращательное движение в прямолинейное с точностью не менее 0.1% и создать на основе разработанного механизма простой в исполнении и надежный и в эксплуатации привод оригинальной конструкции для велосипедов, тренажеров, инвалидных колясок, веломобилей и прочих технических устройств.

Claims

1. Кулисно-рычажный прямолинейно-направляющий механизм повышенной точности, состоящий из двух неподвижных осей А и С, кулисы АВ, вращающейся вокруг первой оси А, рычага BD, образующего вращательную пару и соединенного с помощью шарнира В одним концом с кулисой АВ, выполненного с возможностью вращения вокруг и продольного перемещения в кулисном камне, расположенном в месте, совпадающем со второй неподвижной осью С, и выполненный с возможностью колебательного движения кулисы АВ, вокруг неподвижной оси А в секторе 180 градусов, при котором точка D рычага BD совершает колебательные движения по траектории, близкой к прямой, перпендикулярной к направлению АС, соединяющему неподвижные оси механизма, отличающийся тем, что длина звеньев механизма удовлетворяет условиям АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46, при этом отклонения траектории точки D рычага BD от прямой не превышают 0.1% длины рычага BD.

2. Привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека, содержащий рычаги с педалями, муфту свободного хода, отличающийся тем, что в его состав также входят зеркально расположенные по обе стороны ведущего колеса два кулисно-рычажных прямолинейно-направляющих механизма, соотношение длин звеньев которых удовлетворяет условиям АС/АВ=1.73, BD/AB=7.46, смонтированных на раме транспортного средства, жестко связанных с полуосью транспортного средства и через нее с муфтой свободного хода и ведущим колесом, и состоящие каждый из кулисного диска радиусом АВ, образующего вращательную систему и подвижно связанного с педальным рычагом BD, опирающимся на подшипниковую обойму и выполненным с возможностью продольного скольжения в этой подшипниковой обойме, подвижно закрепленной на раме транспортного средства в месте расположения второй оси каждого кулисно-рычажного прямолинейно-направляющего механизма, при этом кулисно-рычажные прямолинейно-направляющие механизмы привода жестко связаны между собой механизмом встречного возвратно-поступательного движения педалей в заданном секторе.

3. Привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека по п. 2, отличающийся тем, что механизм встречного возвратно-поступательного движения педалей в заданном секторе состоит из двух кулис, каждая из которых одним концом соединена с педальным рычагом, а другим концом жестко связанна с одной из двух соосных конических шестерен, смонтированных в кареточном стакане рамы транспортного средства и закрепленных в подшипниках каждая на собственной оси, при этом жестко связанных между собой промежуточной конической шестерней.

4. Привод для колесных транспортных средств, приводимых в движение мускульной силой человека по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит редуктор, увеличивающий передаточное отношение привода.