WO2018186816A1 - Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом - Google Patents

Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом Download PDF

Info

Publication number
WO2018186816A1
WO2018186816A1 PCT/UA2017/000066 UA2017000066W WO2018186816A1 WO 2018186816 A1 WO2018186816 A1 WO 2018186816A1 UA 2017000066 W UA2017000066 W UA 2017000066W WO 2018186816 A1 WO2018186816 A1 WO 2018186816A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
primary
contact element
drive
teeth
Prior art date
Application number
PCT/UA2017/000066
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Константин Владимирович БОГДАНОВ
Александр Александрович ИВАНОВ
Original Assignee
Константин Владимирович БОГДАНОВ
Александр Александрович ИВАНОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Константин Владимирович БОГДАНОВ, Александр Александрович ИВАНОВ filed Critical Константин Владимирович БОГДАНОВ
Priority to DE112017007405.3T priority Critical patent/DE112017007405B4/de
Publication of WO2018186816A1 publication Critical patent/WO2018186816A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00—Hubs
    • B60B27/0015—Hubs for driven wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00—Hubs
    • B60B27/02—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle
    • B60B27/023—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle specially adapted for bicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00—Hubs
    • B60B27/02—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle
    • B60B27/04—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle housing driving means, e.g. sprockets
    • B60B27/047—Hubs adapted to be rotatably arranged on axle housing driving means, e.g. sprockets comprising a freewheel mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K25/00—Axle suspensions
    • B62K25/02—Axle suspensions for mounting axles rigidly on cycle frame or fork, e.g. adjustably
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/24—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles
    • F16D41/36—Freewheels or freewheel clutches specially adapted for cycles with clutching ring or disc axially shifted as a result of lost motion between actuating members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/13—Bicycles; Tricycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/06—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow axial displacement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the drive (rotor) is used to accommodate sprockets that are wrapped in a chain.
  • the drive has a leading element of the mechanism.
  • the drive rotates in the axis of the sleeve, which passes through it
  • the spring creates a force along the axis of the sleeve, providing the primary contact of the leading and driven elements of the mechanism.
  • the plane of contact of the driving and driven elements extends at right angles to the axis of the sleeve.
  • the elements In the contact area, the elements have a series of symmetrical teeth of a saw-like shape. One of the sides of each tooth forms a right angle with its base, while the second is flat. Due to this, when rotating in one direction, the drive element rigidly engages with the follower, locking the clutch and providing torque transmission. At the same time, spiral-like slots provide additional force, which presses the leading element to the follower. When rotating in the opposite direction, the flat sides of their teeth leading and driven elements are repelled from each other.
  • a bicycle sleeve is known from the prior art (DE 102015100785 A1, owner of Shimano 1ps., Patent published 07/23/2015).
  • the mechanism consists of two gear elements.
  • the first, leading element is located on the drive (rotor).
  • the drive is installed and turns into the axis of the sleeve.
  • the driving element is connected to the drive using spiral-like splines.
  • the driving element moves to a limited extent along the axis of the sleeve on the drive and rotates simultaneously with it.
  • the spiral-like splines on the drive and the drive element have a width greater than the gap between adjacent splines.
  • the ears made on the outside of the driven element to accommodate the pins increase its weight.
  • the weight of the movable, in this case, driven element has a direct effect on the noise level of the mechanism as a whole.
  • the driven element vibrates, moving along the pins, in the contact cycle, further repulsion and again contact, under the influence of the spring.
  • each of the contact elements has a contact surface, each of the surfaces contains teeth, the number of teeth on the contact surfaces of the primary and secondary elements is the same, the contact elements are configured to collide with each other by the contact surfaces,
  • FIXED SHEET (RULE 91.1) partial, limited contact of the contact surfaces of the primary contact element and the secondary contact element, the location inside the secondary contact element on the contact surface of the secondary contact element evenly placed many spiral-like teeth, with the conditional beginning of the spiral, which sets the shape for each of the teeth of the contact surface of the secondary contact element, is located on one straight line with a conditional line that determines the height of the funnel, and coincides with the axis of rotation, and n the spiral board coincides with its direction for the primary contact element, the teeth of both contact elements are trapezoidal or triangular in cross-section, the number of teeth for each contact surface is in the range from 30 to 200 pieces, the primary contact element has many evenly spaced straight slots on the surface, which is determined by its internal radius, on the rotation drive there is a removable sleeve, which contains many straight slots to accommodate the primary ontaktnogo element, wherein the primary contact element has a limited freedom of movement along a splined hub axle, the sleeve
  • the sleeve is made of steel.
  • the conventional beginning of the spiral which defines the shape for each of the teeth 27, is located on one straight line with a conditional line that determines the height of the funnel and coincides with the axis of rotation A, and the direction of the spiral coincides with its direction for the primary contact element 21.
  • the teeth 25 and 27 of both elements 21 and 24 have a trapezoidal or triangular shape in cross section. Their number for contact surfaces 22 and 23 is in the range from 30 to 200 pieces.
  • the primary contact element 21 has a plurality of evenly spaced straight slots 30 on the surface, which is determined by its inner radius.
  • On the drive 10 is a removable sleeve 28, which contains many straight slots 32 to accommodate the primary contact element 21.
  • the primary contact element 21 has limited freedom of movement on the slots along the axis of the sleeve D1 and D2.
  • the sleeve 28 provides rotation of the primary contact element relative to the axis of the sleeve And together with the drive.
  • the sleeve 28 is made of a harder material than the drive 10, mainly of steel.
  • the secondary element 24 comprises a plurality of evenly spaced straight slots 34 arranged on a surface that is defined by the outer radius of the element 24.
  • the drive 10 under the influence of the obtained torque, which is transmitted via a chain to the sprockets mounted on the drive (not shown in the figure), starts to rotate in the R2 direction on the axis 14 due to the bearings 12 installed between the axis 14 and the drive.
  • the primary contact 21 and the secondary contact 24 will begin to mesh.
  • the teeth 25 of the primary contact element 21 begin to slide along the teeth 27 of the secondary contact element 24, which leads to the movement of the primary contact element 21 along the axis of rotation A on the splines 30 of the sleeve of the drive 28 in the direction D1.
  • the primary contact element 21 will again move in the direction D2, and will collide with the teeth 25 of its contact surface 22 with the teeth 27 of the contact surface 23 of the secondary contact element 24.
  • the sliding cycle of the teeth 25 along the teeth 27 will be repeated.
  • the primary contact element will reciprocate along the axis along the splines 30 of the sleeve of the drive 28 and the splines of the primary contact element 32. Torque from the drive 10 is not sent to the driven element 18.
  • the drive 10 and the driven element 18 rotate independently on axis 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • One-Way And Automatic Clutches, And Combinations Of Different Clutches (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом относится к машиностроению, а именно, к конструкциям соединительных муфт для передачи вращательного движения, и может быть применен в производстве двухколесных средств передвижения, таких, как велосипеды или велосипеды с дополнительным электрическим приводом, для которых характерно использование механизма сцепления. Механизм имеет конструктивные отличия сравнительно с ближайшим аналогом. Заданием заявленного механизма является усовершенствование конструкции механизма сцепления, который обеспечивает надежное замыкание в условиях больших нагрузок на привод и сложных условиях эксплуатации, таких как скоростная, маневренная езда, уменьшение веса конструкции и уменьшение создаваемого уровня шуму при работе в разомкнутом положении сцепления.

Description

МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДА ИЛИ ВЕЛОСИПЕДА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
Область техники
Техническое решение относится к машиностроению, а именно, к конструкциям соединительных муфт для передачи вращательного движения, и может быть применено в производстве двухколесных средств передвижения, таких как велосипеды или велосипеды с дополнительным электрическим приводом, для которых характерно использование механизма сцепления, которое обеспечивает свободный ход приводного колеса, то есть, временного разъединения передачи крутящего момента от педалей к колесу (или колесам), другими словами, одностороннего сцепления.
Предшествующий уровень техники
Наличие одностороннего механизма сцепления является неотъемлемой чертой большинства современных велосипедов. Как правило, механизм сцепления конструктивно объединен с частью привода велосипеда в единственном узле - ступице ведущего, преимущественно, заднего, колеса велосипеда.
Сцепление позволяет использовать ряд передач в конструкции привода, тем же существенно расширив область применения велосипедов. Передачи позволяют изменять крутящий момент, который поступает на приводное колесо, по принципу того, как это сделано в коробке передач автомобиля. Кроме этого, благодаря сцеплению, возможно применение эффективных тормозных устройств, как от конструкций с тормозным механизмом, соединенным со сцеплением в одном узле, так и внешних ободовых и дисковых устройств.
Одним из важных технических параметров механизма является скорость сцепления, которая для велосипедиста означает расстояние свободного вращения, которое должны осуществить педали к тому моменту, пока усилие от их вращения начнет передаваться к ступице и, соответственно, к сцеплению, и через него на колесо.Для горных велосипедов этот параметр особенно важен, поскольку влияет на управляемость велосипеда в условиях сложного рельефа и грунта.
К современным двухколесным средствам передвижения выдвигается ряд требований, которые определяют их показатели и характеристики.
Надежность работы в тяжелых условиях. В последние годы наметились тенденции к увеличению диапазона передач горных велосипедов, что позволяет достигать еще большей вариативности крутящего момента. В совокупности с появлением таких новых классов велосипедов, как е - МТВ (разновидности ЕРАС или е -Bike), то есть горных велосипедов с дополнительным электродвигателем, эти тенденции создают повышенные требования к сцеплению в его способности надежно обеспечивать передачу больших крутящих моментов.
Низкая громкость или шумность работы. Для механизмов с высокой скоростью сцепления, характерна так же повышенная шумность их работы. При этом чем выше скорость вращения, тем выше и уровень шума сцепления. Это может создавать дискомфорт, как для самого велосипедиста, так и для окружающих. Внутренние потери. Способность колеса хранить постоянную скорость вращения, означает то, что велосипедисту придется прилагать меньше усилий, для поддержания заданной скорости. Все механизмы имеют КПД меньший 1 , что связано с неминуемыми внутренними потерями на трение. В то же время, и особенно для механизмов с высокой скоростью сцепления, эти внутренние потери могут быть существенными. Таким механизмам свойственней короткий путь движения "накатом", а для велосипедиста это означает необходимость компенсировать эти потериза счет собственных дополнительных усилий.
Простота обслуживания. Поскольку условия использования велосипедов, особенно горных, чрезвычайно разнообразны, и часто обусловлены использованием в условиях грязи, песка и воды, и нарасстоянии от мастерских, способных обеспечить
техническую помощь, механизм сцепления должен обеспечивать возможность обслуживания с помощью простых распространенных инструментов и без наличия специфической квалификации.
Существуют несколько известных механизмов сцепления, которыек близкие к предложенному решению, а именно:
Chris King, «ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ ЗАДНЕЙ ВТУЛКИ» (патент США
Ne 5,964,332, владелец Christopher D. King, патент опубликован 12.10.2007.). Механизм сцепления образован парой зубчатых элементов, зубцы которых, имеют пилообразную форму, и спиралеподобными шлицами (helical spline), выполненными на теле привода, которые обеспечивают дополнительное усилие сцепления зубчатых элементов.
Привод (ротор) служит для размещения звездочек, которые оборачиваются цепью. На приводе размещен ведущий элемент механизма. Привод вращается в оси втулки, которая проходит через его
ISA/RU
ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91.1) центр. Ведущий элемент соединяется с приводом с помощью спиралеподобных шлицев. Спиралеподобные шлицы выполнены на внешней поверхности привода и на внутренней поверхности ведущего элемента. Благодаря такой форме шлицев, ведущий элемент имеет определенный уровень свободы перемещения вдоль оси привода. При этом перемещаясь вдоль привода, ведущий элемент одновременно проворачивается относительно его оси.. Ведомый элемент установлен так, что может сталкиваться с ведущим. Ведомый элемент жестко связан с корпусом втулки и вращается с ним как одно целое на оси втулки. Контакт элементов между собой обеспечивает пружина, установленная внутри корпуса втулки. Пружина создает усилие вдоль оси втулки, обеспечивая первичный контакт ведущего и ведомого элементов механизма. Плоскость контакта, ведущего и ведомого элементов, проходит под прямым углом к оси втулки. В области контакта элементы имеют ряд симметричных зубцов пилкоподобной формы. Одна из сторон каждого зубца образует прямой угол со своей основой, в то время как вторая - пологий. Благодаря чему при вращении в одну сторону, ведущий элемент жестко сцепляется с ведомым, запирая сцепление и обеспечивая передачу крутящего момента. При этом спиралеподобные шлицы обеспечивают дополнительную силу, что прижимает ведущий элемент к ведомому. При вращении в противоположную сторону, пологими сторонами своих зубцов ведущий и ведомый элементы, отталкиваются друг от друга. Это происходит до тех пор, пока элементы не выйдут из контакта, провернувшись на один зубец друг относительно друга. Под действием пружины, элементы опять сталкиваются и цикл повторяется вновь. Таким образом, ведущий и ведомый элементы скользят зубцами друг относительно друга. Сцепление разомкнуто и крутящий момент от привода на корпус втулки не передается. Недостатками механизма является его сложность. Это отражается как на стоимости изготовления, так и на обслуживании. Так, для полной разборки механизма нужны специфические навыки и инструмент, что исключает обслуживание в полевых условиях.
Ведущий и ведомый детали механизма изготовляются из стали. В то время, как привод, с целью уменьшения веса, из алюминиевого сплава. Ведущий элемент перемещается по спиралеподобным шлицам менее твердого привода. Это создает пару трения сталь-алюминий, что, например, менее эффективно, чем пара сталь-сталь. Потери на трение у такой пары выше. В процессе эксплуатации более твердый, стальной, ведущий элемент со временем изнашиваются спиралеподобные шлицы привода, что требует замены последнего. Попадание в середину механизма грязи приводит к еще более быстрому уменьшению эксплуатационного срока спиралеподобного шлицевого соединения. И, наконец, механизм имеет повышенную громкость роботы.
Из уровня техники известна втулка велосипеда (DE 102015100785 А1 , владелец Shimano 1пс.,патент опубликован 23.07.2015). Механизм состоит из двух зубчатых элементов. Первый, ведущий элемент расположен на приводе (роторе). Привод установлен и превращается в ось втулки. Ведущий элемент соединен с приводом с помощью спиралеподобных шлицев. Ведущий элемент перемещается в ограниченных пределах вдоль оси втулки на приводе и вращается одновременно с ним. Спиралеподобные шлицы на приводе и ведущем элементе имеют ширину больше, чем промежуток между соседними шлицами. Таким образом, между ведущим элементом и приводом существует зазор, который обеспечивает небольшую степень свободы вращения ведущего элемента относительно привода в плоскости, перпендикулярной оси втулки. У основы, по крайней мере, одного из спиралеподобных шлицев привода, со стороны, обращенной к внешнему торцу привода, выполнен уступ. Уступ являет собой треугольный наплыв около основы шлица, и направлен в сторону соседнего шлица, но имеет высоту меньше, чем промежуток между двумя соседними шлицами. Уступ имеет более пологий угол относительно оси втулки, чем шлиц, к которому он прилегает.
Ведомый зубчатый элемент установлен между ведущим элементом и корпусом втулки. Ведомый элемент жестко связан и вращается вместе с корпусом втулки с помощью ряда трапециеподобних шлицев, выполненных на его внешней поверхности. Зубчатая поверхность ведущего элемента имеет конусообразную форму и содержит ряд прямых зубцов, которые расходятся радиально от центра вращения элемента. Ведомый элемент имеет симметричные с ведущим элементом зубцы, выполненные на поверхности, которая имеет форму обратного конуса. Таким образом, при контакте оба элемента дополняют друг друга и жестко зацепляются своими зубцами, обеспечивая передачу крутящего момента от привода на корпус втулки. Внутри корпуса втулки установлена пружина, усилие которой направленно вдоль оси втулки от корпуса к приводу. Пружина прижимает ведущий элемент к ведомому. При вращении привода в одну сторону, зубчатые элементы зацепляются между собой. Спиралеподобные шлицы на приводе и ведущем элементе обеспечивают дополнительную прижимающую силу зубчатых элементов, пропорциональную прилагаемому к приводу моменту сил вращения.
При вращении привода в противоположную сторону, ведущий элемент начинает постепенно выбирать зазор между спиралеподобными шлицами привода и наталкивается на уступ (ы) основы шлица. За счет более пологого угла подъема, уступ отталкивает ведущий элемент, полностью выводя его из зацепления с ведомым элементом, при этом сам ведущий элемент перемещается вдоль спиралеподобных шлицев корпуса привода внутрь корпуса втулки. Сцепление таким образом разомкнуто и крутящий момент не передается от привода на корпус втулки.
У конструкции есть несколько недостатков. При переходе из замкнутого состояния в разомкнутое, с учетом зазора между приводом и ведущим элементом, спиралеподобные шлицы подпадают под повышенную нагрузку. Привод, выполненный для облегчения из алюминиевого сплава, поддается влиянию более твердого ведущего элемента. В процессе работы, места контакта и перемещения ведущего элемента поддадутся износу, что требует замены повода. Уступ шлица (ев) подлежит наибольшему влиянию со стороны ведущего элемента. При его износе или повреждении полностью перевести механизм в разомкнутое состояние будет невозможно. Нужно обеспечить надежную защиту элементов механизма, и особенно, спиралеподобных шлифов и уступа от попадания посторонних предметов, таких как пыль, песок и грязь. Конструкция механизма сложна, что усложняет его обслуживание в полевых условиях.
Наиболее близким решением к предложенной конструкции, есть "ОДНОСТОРОННИЙ МЕХАНИЗМ СЦЕПЛЕНИЯ ДЛЯ ДВУХКОЛЕСНОГО СРЕДСТВА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ", патент Украины, N° 107233,опубликованной 10.12.2014. Механизм сцепления образован двумя цилиндрическими элементами. Один из элементов ведущий. Ведущий элемент связан с приводом (ротором), таким образом, что он вращается вместе с ним. На привод устанавливаются звездочки, которые приводятся во вращение цепью. Ведомый элемент жестко связан с корпусом втулки, и вращается вместе с ним. При этом оба, или только ведомый элемент, могут перемещаться вдоль оси вращения втулки, которая проходит через центры обоих элементов. Плоскость контакта элементов проходит под углом к оси вращения. Один из элементов имеет поверхность контакта в форме конуса, а второй, соответственно, в форме обратного конуса. На обеих поверхностях есть ряд зубцов. Каждый зубец имеет закругленную по всей длине форму. В перпендикулярном пересечении, каждый зубец имеет трапециеподобную или треугольную форму. Ведомый элемент соединен с корпусом втулки с помощью множества штифтов, которые проходят через ушки на внешней поверхности элемента и наплывами на внутренней поверхности корпуса. Штифты так же обеспечивают перемещение ведомого элемента вдоль оси втулки. Постоянный контакт ведомого и ведущего элементов обеспечивает пружина, установленная внутри корпуса. Усилие пружины направленно вдоль оси втулки от ведомого элемента к ведущему. При вращении в одном направлении, под действием пружины, зубцы на контактных поверхностях элементов входят в зацепление друг с другом, замыкая таким образом сцепление и обеспечивая передачу крутящего момента от привода на корпус втулки. При вращении в противоположном направлении, зубцы скользят вдоль друг друга , отталкивая один элемент от другого. Как только элементы полностью выйдут из прикосновения, под действием пружины, ведомый элемент опять входит в контакт с ведущим, но уже переместившись на один зуб относительно него. Цикл повторяется. Механизм находится в разомкнутом состоянии. Крутящий момент не передается. Конструкции присущи некоторые недостатки. В первую очередь, взаимное расположение частей механизма, предусматривает то, что штифты и сама ось втулки остаются всегда параллельны друг другу. В противном случае, перекос ведомого элемента относительно ведущего, приведет к ненадежному контакту между ними, что проявится в скольжении зубов под нагрузкой один относительно другого. В таком случае передача крутящего момента будет осуществляться с перебоями. На практике, невозможно избежать некоторого прогиба оси, и как следствие, нарушения параллельности взаимного расположения оси и штифтов. Прогиб оси будет зависеть от веса наездника, условий движения и способа крепления втулки к раме велосипеда. Например, при скоростных поворотах, характерных именно для горных велосипедов, центробежная сила будет придавать подобное дополнительное влияние, которое приводит к прогибу оси.
Во-вторых, ушки, выполненные на внешней стороне ведомого элемента для размещения штифтов, увеличивают его вес. В свою очередь, вес подвижного, в данном случае, ведомого элемента, имеет прямое влияние на шумность работы механизма в целом. В разомкнутом состоянии механизма, ведомый элемент вибрирует, перемещаясь вдоль штифтов, в цикле контакта, дальнейшего отталкивания и опять контакта, под воздействием пружины.
И, наконец, вес втулки составляет около 300 г, что приблизительно на 10 15 % выше, чем в других современных конструкциях механизмов сцепления для велосипедов.
Краткое описание фигур
На Фиг.1 изображен механизм сцепления повышенной надежности для велосипеда, вид сбоку, сечение. На Фиг.2 изображен механизм сцепления повышенной надежности для велосипеда, контактные элементы, вид сбоку.
На Фиг.З изображен первичный контактный элемент, вид сбоку.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного технического решения является усовершенствование конструкции механизма сцепления с целью создания такого механизма, который обеспечивает надежное замыкание в условиях больших нагрузок на привод и в сложных условиях эксплуатации, таких, как скоростная, маневренная езда, уменьшение веса конструкции и дополнительно уменьшение создаваемого уровня шума при работе в разомкнутом положении сцепления.
Поставленная задача достигается за счет того, что механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом, содержит:
- первичный контактный элемент и вторичный контактный элемент, каждый из контактных элементов имеет контактную поверхность, каждая из поверхностей содержит зубцы, количество зубцов на контактных поверхностях первичного и вторичного элементов является одинаковым, контактные элементы выполнены с возможностью сталкиваться между собой контактными поверхностями,
- привод вращения,
- ведомый элемент,
- упругий элемент,
при этом ось вращения проходит через центры первичного и вторичного контактных элементов, привод и ведомый элемент, и является осью вращения для первичного и вторичного контактных элементов, привода и ведомого элемента, первичный контактный элемент связан с приводом, а вторичный контактный элемент - с ведомым элементом, первичный контактный элемент имеет ограниченную свободу перемещения вдоль оси на приводе,
согласно заявленному техническому решению,
первичный контактный элемент имеет кольцеобразную форму и размещен противоположно вторичному контактному элементу, торец которого имеет форму усеченного конуса, угол раскрытия конуса находится в диапазоне 60 - 120 градусов, его образованная поверхность является контактной поверхностью первичного элемента, на контактной поверхности первичного элемента равномерно размещено множество спиралеподобных зубцов, условное начало спирали, которая задает форму для каждого из зубцов, расположено на одной прямой с условной линией, которая определяет высоту конуса, и совпадает с осью вращения, вторичный контактный элемент имеет кольцеобразную форму и размещен противоположно первичному элементу, торец которого имеет форму воронки, где образованная поверхность воронки является контактной поверхностью вторичного контактного элемента, угол раскрытия воронки является дополняющим к углу раскрытия конуса первичного контактного элемента, а диаметр первичного контактного элемента подобран таким образом, что при полном контакте первичного и вторичного контактных элементов, первичный контактный элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения с
ISA/RU
ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91.1) частичным, ограниченным контактом контактных поверхностей первичного контактного элемента и вторичного контактного элемента, расположение внутри вторичного контактного элемента на контактной поверхности вторичного контактного элемента равномерно размещено множество спиралеподобных зубцов, причем условное начало спирали, которая задает форму для каждого из зубцов контактной поверхности вторичного контактного элемента, расположен на одной прямой с условной линией, которая определяет высоту воронки, и совпадает с осью вращения, а направление спирали совпадает с ее направлением для первичного контактного элемента, зубцы обоих контактных элементов имеют трапециеподобную или треугольную форму в поперечном пересечении, количество зубцов для каждой из контактных поверхностей находится в диапазоне от 30 до 200 штук, первичный контактный элемент имеет множество равномерно размещенных прямых шлицев на поверхности, которая определяется ее внутренним радиусом, на приводе вращения размещен съемный рукав, который содержит множество прямых шлицев для размещения первичного контактного элемента, при этом первичный контактный элемент имеет ограниченную свободу перемещения на шлицах вдоль оси втулки, рукав выполнен с возможностью вращать первичный контактный элемент относительно оси втулки совместно с приводом вращения, рукав выполнен из материала, который имеет большую твердость, чем привод вращения, вторичный контактный элемент содержит множество равномерно расположенных прямых шлицев, размещенных на поверхности, которая определяется внешним радиусом вторичного контактного элемента, при чем ведомый элемент соединен со вторичным контактным элементом с помощью множества прямых шлицев, организованных на внутренней поверхности ведомого элемента, и которые дополняют соответствующие шлицы вторичного контактного элемента таким образом, что вторичный контактный элемент выполнен с возможностью вращения совместно с ведущим элементом относительно оси втулки, упругий элемент размещен на приводе, и выполнен с возможностью обеспечивать первый контакт первичного элемента со вторичным контактным элементом.
Согласно одному варианту технического решения, рукав выполнен из стали.
Согласно ещё одному варианту технического решения, упругим элементом является, по меньшей мере, одна пружина или магнит.
Наилучший вариант осуществления изобретения
Дальше будут приведены сведения, которые подтверждают возможность воплощения объекта на одном из преимущественных примеров его реализации. Данный пример приведен для понимания сути и свойств раскрытого технического решения и его целью не является ограничение воплощения изобретения. Специалисту из данного примера должны быть понятным все дополнения и модификации, которые не выходят за пределы сути данного объекта.
Механизм сцепления повышенной надежности для велосипеда включает два контактных элемента 21 и 24, один из которых первичный 21 , а другой - вторичный 24. Первичный контактный элемент имеет контактную поверхность 22, а вторичный - контактную поверхность 23. Каждая из поверхностей 22 и 23 содержит зубцы 25 и27 соответственно. Количество зубцов на каждой из поверхностей одинаковое. Контактные элементы 21 и 24 размещены таким образом, что их контактные поверхности 22 и 23 могут сталкиваться. Также механизм включает привод 10 вращения (ротор), ведомый элемент 18, упругий элемент 19. При этом ось А проходит через центры обоих контактных элементов 21 и 24, привод 10 и ведомый элемент 18 таким образом, что является осью вращения для контактных элементов 21 и 24, привода 10 и ведомого элемента 18. Первичный элемент 21 связан с приводом 10, а вторичный 24 с ведомым элементом 18. Первичный элемент 21 имеет ограниченную свободу перемещения вдоль оси на приводе в направлениях D1 и D2.
Первичный элемент 21 выполнен кольцеобразной формы, его противоположный вторичному контактному элементу торец имеет форму усеченного конуса. Угол раскрытия конуса V находится в диапазоне 60 - 120 градусов, его образующая поверхность является контактной поверхностью первичного контактного элемента 22. На контактной поверхности первичного контактного элемента равномерно размещено множество спиралеподобных зубцов 25. Условное начало спирали, которая задает форму для каждого из зубцов 25, расположено на одной прямой с условной линией, которая определяет высоту конуса, и совпадает с осью вращения А. Вторичный контактный элемент 24 выполнен кольцеобразной формы, его противоположный первичному контактному элементу торец, который имеет форму воронки, которая образует поверхность воронки, является контактной поверхностью вторичного контактного элемента 23. Угол раскрытия воронки является дополняющим к углу раскрытия конуса первичного контактного элемента, 360 - V, а диаметр подобран таким образом, что при контакте элементов, первичный контактный элемент 21 частично располагается внутри вторичного контактного элемента 24, а их контактные поверхности 22 и 23 касаются друг друга. То есть, первичный контактный элемент выполнен с возможностью возвратно- поступательного движения с частичным, ограниченным контактом контактных поверхностей первичного контактного элемента и вторичного контактного элемента, расположением внутри вторичного контактного элемента. На контактной поверхности вторичного контактного элемента 23 равномерно размещено множество спиралеподобных зубцов 27. Условное начало спирали, которая задает форму для каждого из зубцов 27, расположено на одной прямой с условной линией, которая определяет высоту воронки, и совпадает с осью вращения А, а направление спирали совпадает с ее направлением для первичного контактного элемента 21 . Зубы 25 и 27 обоих элементов 21 и 24 имеют трапециевидную или треугольную форму в поперечном сечении. Их количество для контактных поверхностей 22 и 23 находится в диапазоне от 30 до 200 штук. Первичный контактный элемент 21 имеет множество равномерно расположенных прямых шлицев 30 на поверхности, которая определяется его внутренним радиусом. На приводе 10 расположен съемный рукав 28, который содержит множество прямых шлицев 32 для размещения первичного контактного элемента 21. При этом первичный контактный элемент 21 имеет ограниченную свободу перемещения на шлицах вдоль оси втулки D1 и D2. Рукав 28 обеспечивает вращение первичного контактного элемента относительно оси втулки А вместе с приводомЮ. Рукав 28 выполнен из более твердого материала, чем привод 10, преимущественно, из стали. Вторичный элемент 24 содержит множество равномерно расположенных прямых шлицев 34, размещенных на поверхности, которая определяется внешним радиусом элемента 24. Ведомый элемент 18 соединен со вторичным контактным элементом 24 с помощью множества прямых шлицев, организованных на внутренней поверхности ведомого элемента, и дополняют соответствующие шлицы вторичного контактного элемента 34 таким образом, что вторичный контактный элемент вращается совместно с ведомым элементом относительно оси втулки А. Упругий элемент 19 размещен на приводе 10, влияет на первичный контактный элемент 21 в направлении D2, обеспечивая его первичный контакт со вторичным контактным элементом 24. В качестве упругого элемента 19 выступает по меньшей мере одна пружина или магнит.
Промышленная применимость
Заявленное техническое решение работает следующим образом:
Привод 10, под воздействием получаемого крутящего момента, который передается с помощью цепи на закрепленные на приводе звездочки (на рисунке не показаны), начинает вращаться в направлении R2 на оси 14 благодаря установленным между осью 14 и приводомЮ, подшипникам 12.
Через шлицы 32 рукава привода 28 и шлицы 30 первичного контактного элемента 21 вращение передается на первичный контактный элемент 21 . Упругий элемент 19 влияет на первичный контактный элемент 21 , продвигая его в направлении D2, вдоль шлицев рукава привода 32. Зубцы 25 первичного контактного элемента 21 входят в зацепление с зубцами 27, вторичного контактного элемента 24. При этом, благодаря форме зубчатых контактных поверхностей 22 и 23, при зацеплении первичный контактный элемент 21 перемещается дальше вдоль оси А в направлении D2 до тех пор, пока зубцы 25 первичного контактного элемента 21 полностью не соединятся с зубцами 27 вторичного контактного элемента 24, а первичный контактный элемент 21 не окажется частично внутри вторичного контактного элемента 24. Когда первичный контактный элемент 21 и вторичный 24 контактный элемент полностью соединяются, вращение первичного контактного элемента 21 через вторичный контактный элемент 24 и его шлицы 34, соединенные со шлицами (на рисунке не показаны) ведомого элемента18, будет передаваться на ведомый элемент 18.
Ведомый элемент 18 приходит во вращение с той же скоростью, что и привод 10 в направлении R2. Вращение ведомого элемента 18 относительно оси А обеспечивается подшипниками 15 и 16, установленными между ведомым элементом 18 и осью втулки 14.
Как только скорость вращения привода 10 станет меньше, чем скорость вращения ведомого элемента 18, например, привод прекращает вращение, или ведомый элемент 18 обгоняет привод 10, первичный контактный элемент 21 и вторичный контактный элемент24 начнут выходить из зацепления. При этом зубцы 25 первичного контактного элемента 21 , начинают скользить вдоль зубцов 27 вторичного контактного элемента 24, что приводит к перемещению первичного контактного элемента 21 вдоль оси вращения А на шлицах 30 рукава привода 28 в направлении D1.
При полном разъединении первичного контактного элемента 21 и вторичного контактного элемента 24, их взаимное расположение в плоскости, перпендикулярной оси А, изменится на величину одного зубца. Как только это произойдет под воздействием упругого элемента
19 первичный контактный элемент 21 опять переместится в направлении D2, и столкнется зубцами 25 своей контактной поверхности 22 с зубцами 27 контактной поверхности 23 вторичного контактного элемента 24. Цикл скольжения зубцов 25 вдоль зубцов 27 повторится. При этом первичный контактный элемент будет осуществлять возвратно-поступательное движение вдоль оси, по шлицам 30 рукава повода 28 и шлицам первичного контактного элемента 32. Крутящий момент от привода 10 не отсылается на ведомый элемент 18. Привод 10 и ведомый элемент 18 вращаются независимо друг от друга на оси 14.

Claims

ФОРМУЛА
1. Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом, содержит:
- первичный контактный элемент и вторичный контактный элемент, каждый из контактных элементов имеет контактную поверхность, каждая из поверхностей содержит зубцы, количество зубцов на контактных поверхностях первичного и вторичного элементов является одинаковым, контактные элементы выполнены с возможностью сталкиваться между собой контактными поверхностями,
- привод вращения,
- ведомый элемент,
- упругий элемент,
при этом ось вращения проходит через центры первичного и вторичного контактных элементов, привод и ведомый элемент, и является осью вращения для первичного и вторичного контактных элементов, привода и ведомого элемента, первичный контактный элемент связан с приводом, а вторичный контактный элемент - с ведомым элементом, первичный контактный элемент имеет ограниченную свободу перемещения вдоль оси на приводе,
отличающийся тем, что
первичный контактный элемент имеет кольцеобразную форму и размещен противоположно вторичному контактному элементу, торец которого имеет форму усеченного конуса, угол раскрытия конуса находится в диапазоне 60 - 120 градусов, его образованная поверхность является контактной поверхностью первичного элемента, на контактной поверхности первичного элемента равномерно размещено множество спиралеподобных зубцов, условное начало спирали, которая задает форму для каждого из зубцов, расположено на одной прямой с условной линией, которая определяет высоту конуса, и совпадает с осью вращения, вторичный контактный элемент имеет кольцеобразную форму и размещен противоположно первичному элементу, торец которого имеет форму воронки, где образованная поверхность воронки является контактной поверхностью вторичного контактного элемента, угол раскрытия воронки является дополняющим к углу раскрытия конуса первичного контактного элемента, а диаметр первичного контактного элемента подобран таким образом, что при полном контакте первичного и вторичного контактных элементов, первичный контактный элемент выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения с частичным, ограниченным контактом контактных поверхностей первичного контактного элемента ивторичного контактного элемента, расположение внутри вторичного контактного элемента на контактной поверхности вторичного контактного элемента равномерно размещено множество спиралеподобных зубцов, причем условное начало спирали, которая задает форму для каждого из зубцов контактной поверхности вторичного контактного элемента, расположен на одной прямой с условной линией, которая определяет высоту воронки, и совпадает с осью вращения, а направление спирали совпадает с ее направлением для первичного контактного элемента,
ISA/RU
ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91.1) зубцы обоих контактных элементов имеют трапециеподобную или треугольную форму в поперечном пересечении, количество зубцов для каждой из контактных поверхностей находится в диапазоне от 30 до 200 штук, первичный контактный элемент имеет множество равномерно размещенных прямых шлицев на поверхности, которая определяется ее внутренним радиусом, на приводе вращения размещен съемный рукав, который содержит множество прямых шлицев для размещения первичного контактного элемента, при этом первичный контактный элемент имеет ограниченную свободу перемещения на шлицах вдоль оси втулки, рукав выполнен с возможностью вращать первичный контактный элемент относительно оси втулки совместно с приводом вращения, рукав выполнен из материала, который имеет большую твердость, чем привод вращения, вторичный контактный элемент содержит множество равномерно расположенных прямых шлицев, размещенных на поверхности, которая определяется внешним радиусом вторичного контактного элемента, при чем ведомый элемент соединен со вторичным контактным элементом с помощью множества прямых шлицев, организованных на внутренней поверхности ведомого элемента, и которые дополняют соответствующие шлицы вторичного контактного элемента таким образом, что вторичный контактный элемент выполнен с возможностью вращения совместно с ведущим элементом относительно оси втулки, упругий элемент размещен на приводе, и выполнен с возможностью обеспечивать первый контакт первичного элемента со вторичным контактным элементом.
PCT/UA2017/000066 2017-04-07 2017-06-13 Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом WO2018186816A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112017007405.3T DE112017007405B4 (de) 2017-04-07 2017-06-13 Kupplungsmechanismus für ein Fahrrad bzw. für ein Fahrrad mit zusätzlichem Elektroantrieb

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201703338 2017-04-07
UAA201703338A UA118398C2 (uk) 2017-04-07 2017-04-07 Механізм зчеплення для велосипеда або велосипеда з додатковим електричним приводом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018186816A1 true WO2018186816A1 (ru) 2018-10-11

Family

ID=63713258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2017/000066 WO2018186816A1 (ru) 2017-04-07 2017-06-13 Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112017007405B4 (ru)
UA (1) UA118398C2 (ru)
WO (1) WO2018186816A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022107915B3 (de) 2022-04-02 2022-08-25 Wilfried Donner Verbessertes Schalten von Axialkupplungen mit Flachverzahnungen unter Last

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020130483A1 (en) * 2001-03-15 2002-09-19 Yongqiang Huang Chainless transmission mechanism for bicycles
US20110183805A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Foster Assets Corporation Motor having an integrated torque sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4307797A (en) 1979-09-26 1981-12-29 Illinois Tool Works Inc. Curved tooth gear coupling
US5964332A (en) 1996-09-05 1999-10-12 King; Christopher D. Rear hub drive engagement mechanism
UA107233C2 (uk) 2012-12-28 2014-12-10 Односторонній механізм зчеплення для двоколісного засобу пересування
US9199509B2 (en) 2014-01-21 2015-12-01 Shimano Inc. Bicycle hub
US9649880B2 (en) 2015-01-29 2017-05-16 Shimano Inc. Bicycle hub assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020130483A1 (en) * 2001-03-15 2002-09-19 Yongqiang Huang Chainless transmission mechanism for bicycles
US20110183805A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Foster Assets Corporation Motor having an integrated torque sensor

Also Published As

Publication number Publication date
UA118398C2 (uk) 2019-01-10
DE112017007405T5 (de) 2019-12-19
DE112017007405B4 (de) 2021-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10507690B2 (en) Bicycle hub assembly
TWI549861B (zh) How many sprocket devices are used for bicycles
TWI709508B (zh) 自行車鏈輪總成
KR101339633B1 (ko) 벨트 구동 시스템
US20190092427A1 (en) Sprocket support body and bicycle rear hub assembly
TWI554439B (zh) Bicycle rear wheel drive unit
JP5253917B2 (ja) 自転車の伝動システム
TWI727234B (zh) 鏈輪總成
TWI593599B (zh) Multi-sprocket configurations for bicycle transmissions and rear wheel axle configurations with this multi-sprocket configuration
US11845513B2 (en) Bicycle rear sprocket assembly
CN107031786B (zh) 齿盘、齿盘装置和自行车的传动装置
EP3478561B1 (en) Belt drive system
US11377171B2 (en) Clutch arrangement, and gear mechanism unit for a vehicle which can be driven by muscle power
EP2890916B1 (en) Belt drive system
TWM488406U (zh) 腳踏車輪轂
CN109955997B (zh) 单链轮
EP3483464B1 (en) Bicycle free wheel and wheel hub comprising such a free wheel
WO2018186816A1 (ru) Механизм сцепления для велосипеда или велосипеда с дополнительным электрическим приводом
JP6411879B2 (ja) 鞍乗型車両
CA3069495A1 (en) Power transmission chain
US11940013B1 (en) Clutch device and motorcycle
TWM540807U (zh) 自行車用鏈輪及複式鏈輪組件
KR20090007296U (ko) 자전거의 크랭크 조립체

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17904970

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17904970

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1