Изобретение относится к транспортному машиностроению и основной областью его использования является велостроение.The invention relates to transport engineering and the main area of its use is bicycle construction.
Цель настоящего технического решения (изобретения) - повышение коэффициента полезного действия (КПД) трансмиссии дорожно-транспортных средств на мускульной тяге своего наездника посредством отказа от использования системы передачи мускульных усилий посредством звезд, подпоясанных гирляндой из валиков, роликов и втулок пластинчатых цепей, окончательно утративших весь ресурс своей полезности для прогресса в этой отрасли машиностроения, а также радикальное снижение материалоемкости и габаритных параметров безмоторных дорожно-транспортных средств.The purpose of this technical solution (invention) is to increase the efficiency (efficiency) of the transmission of road vehicles on the muscular traction of its rider by refusing to use the system for transmitting muscular forces through stars belted with a garland of rollers, rollers and bushings of plate chains, which have finally lost all a resource of its usefulness for progress in this branch of mechanical engineering, as well as a radical reduction in material consumption and overall parameters of non-motorized road vehicles.
Среди достаточно большого множества известных устройств трансмиссий, в которых нет элементов цепной передачи, известен привод для велосипеда с внутренним расположением системы взаимодействия двух валов по патенту РФ на изобретение №2637579 от 27.10.2016 г., который, как прототип, по всей совокупности своих существенных признаков и характеру решения аналогичной технической задачи наиболее близок к заявленному, чем аналогичный педальный привод по патенту РФ на изобретение №2493999 от 09.12.11 г. Однако, успешное решение обозначенной технической задачи и достижение указанной выше цели не обеспечивает ни один из них по причине своей необычайно конструктивной сложности, массы излишеств и избыточности задействованных средств.Among a fairly large set of known transmission devices, in which there are no chain drive elements, a drive for a bicycle with an internal arrangement of the system of interaction of two shafts is known according to the Russian Federation patent for invention No. 2637579 dated 10/27/2016, which, as a prototype, in all its essential signs and the nature of the solution to a similar technical problem is closest to the declared one than a similar pedal drive under the RF patent for invention No. 2493999 dated 09.12.11. However, the successful solution of the indicated technical problem and the achievement of the above goal is not provided by any of them due to its unusually constructive complexity, a mass of excesses and redundancy of the funds involved.
В заявленном изобретение получение указанного результата происходит с наименьшими издержками и гораздо эффективнее за счет того, что внутрь цилиндрического корпуса ступицы ведущего колеса, посредством спиц или плоских конусообразных дисков образующий с его ободом единое целое, помещена единственная коронная шестерня одноступенчатого планетарного редуктора с внутренним зацеплением своих зубьев, опоясанная обгонной муфтой или венцом храпового колеса с собачками (трещотка), по обе стороны которой с небольшим удалением от нее на внутренней стенке ступицы располагаются две параллельные друг другу кольцевые дорожки качения с буртиками для обслуживания свободного вращения наружных колец опорных шарикоподшипников, общим числом не менее шести, оси вращения которых расположены равноудаленно от оси вращения ведущего колеса и консольно закреплены на теле боковых кронштейнов, жестко зафиксированных на раме дорожно-транспортного средства защищающими внутренности ступицы от попадания грязи и посторонних предметов. Первичный вал привода с педальными шатунами на своих торцах пропущен без касания сквозь тороидальную солнечную шестерню, жестко закрепленную на теле одного из боковых кронштейнов, и оснащен в центральной своей части водилом, например в форме массивного маховичного диска, к боковой поверхности которого консольно прикреплены торцы осей одного или нескольких сателлитов, кинематически связывающих солнечную шестерню с коронной. Описанные выше характерные особенности, свежесть и новизна их отличительных свойств наглядно и убедительно доказывают наличие изобретательского уровня в заявленном решение технической задачи о путях повышения КПД трансмиссии привода дорожно-транспортного средства на мускульной силе ездока.In the claimed invention, the specified result is obtained at the lowest cost and much more efficiently due to the fact that inside the cylindrical housing of the drive wheel hub, by means of spokes or flat conical disks forming a single whole with its rim, a single ring gear of a single-stage planetary gearbox with internal gearing of its teeth is placed , surrounded by an overrunning clutch or a ratchet wheel rim with pawls (ratchet), on both sides of which, at a short distance from it, on the inner wall of the hub, there are two parallel circular raceways with collars for servicing the free rotation of the outer rings of support ball bearings, a total of at least six, the axes of rotation of which are located equidistant from the axis of rotation of the drive wheel and are cantilevered on the body of the side brackets rigidly fixed to the frame of the road vehicle protecting the interior of the hub from dirt and foreign matter them items. The primary drive shaft with pedal connecting rods at its ends is passed without touching through a toroidal sun gear rigidly fixed to the body of one of the side brackets, and is equipped in its central part with a carrier, for example, in the form of a massive flywheel disk, to the side surface of which the ends of the axes of one or several satellites kinematically connecting the sun gear to the crown. The above-described characteristic features, freshness and novelty of their distinctive properties clearly and convincingly prove the presence of an inventive step in the claimed solution of a technical problem on ways to increase the efficiency of a road vehicle drive transmission based on the muscular power of the rider.
На прилагаемом чертеже схематично показан поперечный разрез ступицы ведущего колеса, поясняющих структуру местонахождения элементов устройства трансляции мускульных усилий человека на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства и кинематику их взаимодействия. При том изображение шатунов с педалями и фрагменты рамы дорожно-транспортного средства, в которой располагается ведущее колесо, умышлено оставлено за кадром как избыточное, чтобы не загромождать чертеж.The attached drawing schematically shows a cross-section of the drive wheel hub, explaining the structure of the location of the elements of the device for translating human muscular efforts to the rim of the driving wheel of a road vehicle and the kinematics of their interaction. Moreover, the image of the connecting rods with pedals and fragments of the road vehicle frame, in which the drive wheel is located, was deliberately left off-screen as redundant in order not to clutter up the drawing.
Устройство трансляции мускульных усилий человека на обод ведущего колеса дорожно-транспортного средства состоит их цилиндрического корпуса ступицы (1), в котором на ее бортах имеются сквозные отверстия для посадки грибовидных головок спиц, связывающих ступицу с ободом ведущего колеса (на чертеже обод не показан, а места расположения упомянутых отверстий указаны). Внутри центральной части корпуса ступицы (1) установлена коронная шестерня (2), выполненная с внутренним зацеплением своих зубьев или в стиле цевочного барабана типа «беличье колесо» (на чертеже изображен именно такой вариант), опоясанная обгонной муфтой или храповым колесом с собачками (на чертеже отсутствуют), по обе стороны которого расположены дорожки качения и оконтуривающие их буртики (3), ограничивающие продольно осевое смещение оптимальной группировки из опорных шарикоподшипников (4,4*), наружные кольца которых с особым усердием, благодаря своим уникальным достоинствам, обслуживают предельно свободное вращение корпуса ступицы без радиально-лучевых и продольно-осевых биений - наследия от износа тел качения (шаров) в опорах валов под воздействием силовых нагрузок. Оси (5, 5*) шарикоподшипников (4,4*) числом не менее шести размещены на равном удалении от оси вращения обода ведущего колеса и его ступицы консольно закрепленными на внутренних стенках боковых кронштейнов (6,6*), состоящих из крышек картера (7,7*), платформ (8,8*) и опор первичного вала (9 и 9*), которые жестко и надежно крепятся к стойкам рамы дорожно-транспортного средства, например посредством подковообразных шпилек, укладываемых снаружи в канавки (10) на теле опор (9) и своими торцами с винтовой резьбой к своим посадочным местам на раме. Дополнительно в теле одного из боковых кронштейнов выполняются глухие отверстия (11) для посадки в них торцов цевок, расположенных на коаксиальной окружности вокруг оси колеса в стиле револьверно-карусельного барабана (12), или крепления тороидального тела солнечной шестерни (на чертеже изображен первый вариант), закрываемых от выпадения глухой крышкой (13).The device for translating the muscular efforts of a person to the rim of the driving wheel of a road vehicle consists of a cylindrical housing of the hub (1), in which there are through holes on its sides for planting mushroom-shaped spokes, connecting the hub with the rim of the driving wheel (the rim is not shown in the drawing, but the locations of the mentioned holes are indicated). Inside the central part of the housing of the hub (1), a ring gear (2) is installed, made with internal gearing of its teeth or in the style of a squirrel-wheel type lantern (the drawing shows just such an option), surrounded by an overrunning clutch or a ratchet wheel with pawls (on are absent from the drawing), on both sides of which there are raceways and beads that outline them (3), limiting the longitudinal axial displacement of the optimal grouping of support ball bearings (4,4 *), the outer rings of which with special zeal, due to their unique advantages, serve extremely free rotation of the hub housing without radial-beam and longitudinal-axial beats - a legacy from the wear of rolling bodies (balls) in the shaft bearings under the influence of force loads. The axles (5, 5 *) of the ball bearings (4,4 *), at least six in number, are placed at an equal distance from the rotation axis of the drive wheel rim and its hub, cantilevered on the inner walls of the side brackets (6.6 *), consisting of crankcase covers ( 7.7 *), platforms (8.8 *) and input shaft supports (9 and 9 *), which are rigidly and reliably attached to the pillars of the road vehicle frame, for example, by means of horseshoe-shaped pins laid on the outside in grooves (10) on body of supports (9) and their ends with screw threads to their seats on the frame. In addition, blind holes (11) are made in the body of one of the side brackets to fit the ends of the stubs, located on a coaxial circle around the wheel axis in the style of a revolving carousel drum (12), or to mount the toroidal body of the sun gear (the drawing shows the first option) , closed from falling out with a blind cover (13).
Первичный вал (14), располагающийся в своих опорах (9,9*) на круглых телах качения (шарах или цилиндрах), оснащен водилом (15), выполненным в форме достаточно массивного и прочного диска, на периферии которого расположены и закреплены торцы осей (16) сателлитов (17) числом от одного и более, кинематически связывающих солнечное колесо (шестерню) (12) с короной (2).The primary shaft (14), located in its bearings (9.9 *) on round rolling bodies (balls or cylinders), is equipped with a carrier (15) made in the form of a sufficiently massive and strong disk, on the periphery of which the ends of the axles are located and fixed ( 16) satellites (17) in number from one or more, kinematically connecting the sun wheel (gear) (12) with the crown (2).
Работает транслятор мускульных усилий человека следующим образом. Наездник, периодически исполняя сидя в седле или на сидение, стоя или лежа, процесс формата «бег на месте», поочередно нажимая стопой своей ноги на ту педаль, которая в данный момент находится на позиции рабочего цикла, генерирует своими мускульными усилиям на оси первичного вала (14) крутящий момент, вынуждающий его вращаться вокруг собственной оси с той или иной частотой и угловой скоростью, который далее эстафетой уходит через водило (15), исполняющего роль шатуна, к сателлитам (17), работающим в режиме двуплечих рычагов, а затем к коронной шестерне (2), которая и завершает эту операцию умножением исходных параметров. При этом весьма примечательно, что направление вращения первичного вала (14) и обода ведущего колеса совпадают и не противоречат естественной физиологии телодвижений человека.The translator of human muscular efforts works as follows. The rider, periodically performing sitting in a saddle or on a seat, standing or lying down, a process of the "running in place" format, alternately pressing with the foot of his foot on the pedal that is currently in the position of the working cycle, generates his muscular efforts on the axis of the input shaft (14) torque, forcing it to rotate around its own axis with one or another frequency and angular velocity, which then goes through the relay race through the carrier (15), which plays the role of a connecting rod, to the satellites (17) operating in the mode of two-armed levers, and then to ring gear (2), which completes this operation by multiplying the original parameters. At the same time, it is quite remarkable that the direction of rotation of the input shaft (14) and the rim of the driving wheel coincide and do not contradict the natural physiology of human body movements.
