RU2100241C1

RU2100241C1 - Stepless torque variator

Info

Publication number: RU2100241C1
Application number: RU93045389A
Authority: RU
Inventors: Святослав Валерьевич Чуриков
Original assignee: Святослав Валерьевич Чуриков
Priority date: 1993-09-23
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: transport engineering; bicycle transmission. SUBSTANCE: stepless torque variator has housing in form of solid of revolution with bell-shaped inner space and ratchet teeth cut along space generatrics. Spring-loaded pawl of ratchet mechanism arranged in carriage engages with ratchet teeth. Carriage is installed for free travel along fixed axle. Carrier in form of solid of revolution is arranged inside housing. Outer surface of solid of revolution follows shape of inner space of housing. Carrier is provided with slots along generatrix for ratchet mechanism pawl. Torque is transmitted to housing directly through carrier and pawls. Pawls freely moving along generatrix of inner space of housing decreases or increases length of force application arm. EFFECT: reduced force required for propelling the bicycle. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к трансмиссиям с бесконечными цепями и может быть использовано преимущественно в велостроении. The invention relates to transmissions with endless chains and can be used mainly in the construction industry.

В настоящее время существует техническая проблема обеспечения при неизменном передаточном отношении передачи значительного уменьшения нагрузки на приводном валу (в частном случае нагрузку на педали велосипеда). Currently, there is a technical problem of providing, with a constant gear ratio, a significant reduction in the load on the drive shaft (in the particular case, the load on the bicycle pedals).

Известны различные варианты решения этой технической проблемы. В настоящее время запатентованы как ступенчатые, так и бесступенчатые устройства, облегчающие процесс педалирования. Various solutions to this technical problem are known. At present, both stepwise and stepless devices have been patented to facilitate the pedaling process.

Так, в патенте Великобритании (N 2062142 A, 1981) описано устройство, размещенное в каретке с педалями на ведущей звездочке велосипеда. Устройство является автоматическим вариатором как крутящего момента, так и передаточного отношения в зависимости от нагрузки на ведомую звездочку, т.е. на ведущее колесо велосипеда. So, in the patent of Great Britain (N 2062142 A, 1981) a device is placed in a carriage with pedals on the drive sprocket of a bicycle. The device is an automatic variator of both torque and gear ratio depending on the load on the driven sprocket, i.e. on the driving wheel of a bicycle.

Конструкция позволяет реализовать ее на практике, если учесть следующие особенности:
регулировка передаточного отношения и крутящего момента производится автоматически, что не всегда необходимо для велосипедистов, имеющих разные физические данные;
вследствие именно такого конструктивного решения существенно увеличивается расстояние между педалями велосипеда, уменьшая тем самым эргономичность, т. е. возникает определенное неудобство процесса педалирования;
отличительной особенностью данной конструкции является большая неравномерность хода цепи велосипеда, вызванная тем, что на ведущей звездочке шаг цепи искусственно увеличивается по сравнению с шагом самой приводной цепи велосипеда;
конструкция состоит из большого числа деталей, имеющих значительный вес, не защищена от окружающей среды, сложна в изготовлении.The design allows you to put it into practice, given the following features:
gear ratio and torque are adjusted automatically, which is not always necessary for cyclists with different physical data;
Owing to just such a constructive solution, the distance between the pedals of the bicycle increases significantly, thereby reducing ergonomics, i.e., there is a certain inconvenience to the pedaling process
a distinctive feature of this design is the large unevenness of the cycle of the bicycle chain, caused by the fact that on the drive sprocket the chain pitch is artificially increased compared to the pitch of the bicycle drive chain itself;
the design consists of a large number of parts having significant weight, is not protected from the environment, and is difficult to manufacture.

Попытка решить эту техническую проблему была предпринята другим путем. Так, в патенте ФРГ (N 3610482, 1989) вариатор размещен в задней втулке велосипеда. Разница в длине рычага приложения усилия на ведущее колесо равна величине эксцентриситета внутренней втулки с подпружиненными собачками. Во втором случае (патент ФРГ N 2938013, 1983) разница в длине рычага приложения усилия на ведущее колесо обеспечивается также эксцентриситетом внутренней втулки, но уже имеющей рычаги с собачками, которые управляются звездочкой с фигурными пазами. An attempt to solve this technical problem was made in a different way. So, in the patent of Germany (N 3610482, 1989), the variator is located in the rear hub of the bicycle. The difference in the length of the lever applying force to the drive wheel is equal to the eccentricity of the inner sleeve with spring-loaded dogs. In the second case (FRG patent N 2938013, 1983), the difference in the length of the lever for applying force to the drive wheel is also provided by the eccentricity of the inner sleeve, but already having levers with doggies, which are controlled by an asterisk with curly grooves.

В обоих случаях конструкции имеют одинаковые особенности, не позволяющие широко применить их на практике, а именно:
невозможность установки блока звездочек;
в силу таких технических решений применяется ведущая звездочка с большим числом зубьев, что не всегда удобно:
технологическая сложность изготовления большого числа трудоемких входящих деталей;
малая разница в длине рычага приложения усилиями следовательно, небольшой эффект от данного конструкторского решения;
большое количество подшипниковых узлов, требующих регулировки.In both cases, the designs have the same features that do not allow their widespread use in practice, namely:
the inability to install a block of stars;
due to such technical solutions, a leading sprocket with a large number of teeth is used, which is not always convenient:
the technological complexity of manufacturing a large number of time-consuming incoming parts;
a small difference in the length of the lever application by efforts, therefore, a small effect of this design solution;
a large number of bearing units requiring adjustment.

Несколько выше результат может быть получен в запатентованном устройстве, размещенном в задней втулке велосипеда и представляющем собой миниатюрную трехступенчатую планетарную коробку передач (патент Великобритании N 2099523 A, 1982). Эту конструкцию сравнительно легко реализовать на практике при современном уровне технологии, если принять во внимание следующие особенности:
ступенчатое, а не плавное изменение крутящего момента;
сравнительно небольшой диапазон изменения длины рычага приложения усилия, вызванный как самой конструкцией планетарной коробки передач, так и резким увеличением массы и габаритов при увеличении числа передач, что неприемлемо на велосипеде.A slightly higher result can be obtained in a patented device located in the rear hub of the bicycle and representing a miniature three-stage planetary gearbox (UK patent N 2099523 A, 1982). This design is relatively easy to put into practice at the current level of technology, if we take into account the following features:
step, rather than a smooth change in torque;
a relatively small range of changes in the length of the lever of application of force, caused by both the design of the planetary gearbox and a sharp increase in weight and dimensions with an increase in the number of gears, which is unacceptable on a bicycle.

Поиск решения существенного увеличения диапазона работы вариатора крутящего момента, а также резкого снижения его массы при этом, за счет применения меньшего числа входящих деталей был предпринят и удачно реализован в предлагаемом изобретении. The search for a solution to significantly increase the range of operation of the torque variator, as well as a sharp decrease in its mass at the same time, due to the use of fewer incoming parts, was undertaken and successfully implemented in the present invention.

В предлагаемом устройстве, размещенном в задней втулке велосипеда, главным элементом является зубчатый конус, размещенный в корпусе, а также обойма с собачками и водило. In the proposed device, located in the rear hub of the bicycle, the main element is a gear cone located in the housing, as well as a clip with dogs and a carrier.

Устройство работает бесступенчато и имеет большой диапазон регулировки длины рычага приложения усилия к ведущему колесу. The device works steplessly and has a wide range of adjustment of the length of the lever of application of force to the drive wheel.

Устройство приводится в действие гибким тросом и рычагом, закрепленном на руле велосипеда, и позволяет, не меняя передаточного отношения (ведущая/ведомая звездочки), добиться существенного снижения усилия на педалях велосипеда. The device is driven by a flexible cable and a lever mounted on the handlebars of the bicycle and allows, without changing the gear ratio (drive / driven sprockets), to achieve a significant reduction in the effort on the bicycle pedals.

Устройство возможно монтировать на любой велосипед с любым количеством ведомых звездочек, что существенно повышает потребительские свойства данной конструкции по сравнению с уже имеющимися. В результате применения малого числа деталей вариатор весит меньше, чем известные конструкции. The device can be mounted on any bike with any number of driven sprockets, which significantly increases the consumer properties of this design compared to existing ones. As a result of the use of a small number of parts, the variator weighs less than the known designs.

На фиг. 1 изображен продольный разрез вариатора по A A; на фиг. 2, второй вариант компоновки вариатора с конусом, обращенным в противоположную сторону от описываемого; на фиг. 3 вид Б вариатора (крышка 5 снята); на фиг. 4 вид Е и разрез по A A водила (7); на фиг. 5 разрез по B B оси (14). In FIG. 1 shows a longitudinal section of a variator along A A; in FIG. 2, the second variant of the arrangement of the variator with a cone facing in the opposite direction from the described; in FIG. 3 view B of the variator (cover 5 removed); in FIG. 4 view E and section along A A drove (7); in FIG. 5 section along the B B axis (14).

Бесступенчатый вариатор крутящего момента размещен на месте задней втулки велосипеда между перьями задней вилки 1 и закреплен с двух сторон при помощи гаек 2. Вариатор содержит корпус 3 в виде тела вращения с колоколообразной внутренней полостью 4, образующая которой может быть выполнена в виде конуса, параболы, бочки или любой другой произвольного вида кривой. Корпус 3 закрыт с одной стороны резьбовой крышкой 5, являющейся и опорой подшипника 6, поддерживающего корпус 3. Внутри корпуса 3 размещено водило 7, представляющее собой колоколообразную юбку 8, сопряженную со ступицей 9, причем на ступицу навернут блок звездочек 10. Форма юбки 8 такая же, как и форма внутренней полости корпуса 4, и, кроме того, внутренняя полость корпуса снабжена вдоль образующей храповыми зубьями 11. Между наружной поверхностью юбки 8 и вершинами храповых зубьев 11 существует гарантированный зазор "c" для свободного вращения корпуса 3 и водила 7, причем зазор может быть непостоянным, т.е. необязательно чтобы образующая внутренней полости корпуса 3 была параллельна образующей наружной поверхности юбки водила 8. В юбке водила 8 вдоль образующей выполнены сквозные окна 12, а ступица 9 опирается через подшипник 13 на базовую ось 14 и закреплена на ней с помощью конуса 15 и контргайки (16), в то же время на ступицу 9 опирается через подшипник 17 корпус 3. Таким образом, корпус 3 может свободно вращаться вокруг базовой оси 14 на подшипниках 6 и 17, причем подшипник 6 поджат крышкой-конусом 18 и законтрен контргайкой 19, а подшипник 17 поджат конусом 20, навернутым на ступицу 9, и законтрен контргайкой 21. Сама же базовая ось 14 снабжена с обеих концов резьбой для крепления как крышек подшипников, так и собственно самого вариатора к раме велосипеда, и, кроме того, выполнена с внутренним сквозным отверстием 22 и имеет прорезь 23, а также конус 24 для подшипника 13. На оси 14 с возможностью вращения на ней, а также перемещения вдоль оси размещена каретка 25, имеющая два глухих отверстия 26, в которых размещены две пустотелые собачки храповика 27, подпружиненные пружинами 28, рабочий зуб которых 29 пропущен через окна водила 12 и находится в зацеплении с рабочими зубьями храпового колеса 11. Кроме того, каретка 25 с двух сторон снабжена упорными шайбами 30 и 31, причем в шайбу 31 упирается конусная пружина 32, а шайба 30 имеет усик, проходящий через прорезь 23, на котором крепится гибкий трос привода каретки 33, проходящий внутри отверстия 22 оси 14. Таким образом, каретка 25, перемещаясь вдоль оси 14, позволяет собачкам 27 передвигаться вдоль образующей храпового зуба 11, изменяя тем самым длину рычага приложения усилия к корпусу 3 на величину "д". An infinitely variable torque variator is placed in place of the bicycle rear hub between the feathers of the rear fork 1 and is fixed on both sides with nuts 2. The variator contains a housing 3 in the form of a body of revolution with a bell-shaped internal cavity 4, the generatrix of which can be made in the form of a cone, parabola, barrels or any other arbitrary kind of curve. The housing 3 is closed on one side by a threaded cover 5, which is also the bearing of the bearing 6 supporting the housing 3. Inside the housing 3 there is a carrier 7, which is a bell-shaped skirt 8, conjugated with the hub 9, and a block of sprockets is screwed onto the hub 10. The shape of the skirt 8 is the same as the shape of the inner cavity of the housing 4, and, in addition, the inner cavity of the housing is provided along the generatrix of the ratchet teeth 11. Between the outer surface of the skirt 8 and the tops of the ratchet teeth 11 there is a guaranteed clearance “c” for free rotation of the housing CA 3 and carrier 7, and the gap may be unstable, i.e. it is not necessary that the generatrix of the inner cavity of the body 3 be parallel to the generatrix of the outer surface of the skirt of the carrier 8. In the skirt of the carrier 8, through-holes 12 are made along the generatrix, and the hub 9 is supported through the bearing 13 on the base axis 14 and secured to it with a cone 15 and a lock nut (16 ), at the same time, the housing 3 is supported on the hub 9 through the bearing 17. Thus, the housing 3 can freely rotate around the base axis 14 on the bearings 6 and 17, and the bearing 6 is pressed by the cone cover 18 and locked by the lock nut 19, and the bearing 17 tightened by a cone 20, screwed onto the hub 9, and locked with a lock nut 21. The base axis 14 itself is provided with threads on both ends for mounting both bearing caps and the variator itself to the bicycle frame, and, moreover, is made with an internal through hole 22 and has a slot 23, as well as a cone 24 for the bearing 13. On the axis 14 with the possibility of rotation on it, as well as moving along the axis, a carriage 25 has two blind holes 26 in which there are two hollow ratchet dogs 27 spring-loaded 28, the working tooth which 29 are missing drove through the windows 12 and is engaged with the working teeth of the ratchet wheel 11. In addition, the carriage 25 is provided with thrust washers 30 and 31 on both sides, and the conical spring 32 abuts the washer 31, and the washer 30 has a mustache passing through the slot 23, on which is attached a flexible cable to drive the carriage 33, passing inside the hole 22 of the axis 14. Thus, the carriage 25, moving along the axis 14, allows the dogs 27 to move along the generatrix of the ratchet tooth 11, thereby changing the length of the lever of the application of force to the housing 3 by " d ".

Второй вариант компоновки вариатора отличается от описываемого главным образом тем, что торцовая крышка корпуса 5 размещена со стороны блока звездочек 10, а конус корпуса 3 направлен в противоположную сторону. Оба варианта имеют свои преимущества и особенности. Так, в описываемой конструкции более технологично выполнено водило 7, а во втором случае торцовая крышка 5; кроме того, во втором случае наибольшая длина рычага приложения усилия ("р" + "д") находиться ближе к блоку звездочек 10 и водило 7 менее нагружено. В весовом отношении обе конструкции примерно одинаковы. The second variant of the variator layout differs from the one described mainly in that the end cover of the housing 5 is placed on the side of the sprocket block 10, and the cone of the housing 3 is directed in the opposite direction. Both options have their advantages and features. So, in the described construction the carrier 7 was more technologically made, and in the second case the end cap 5; in addition, in the second case, the greatest length of the lever of application of force ("p" + "d") is closer to the block of sprockets 10 and carrier 7 is less loaded. In terms of weight, both designs are approximately the same.

Вариатор работает следующим образом. The variator works as follows.

Через педали велосипеда и цепной привод крутящий момент передается на водило 7, в окнах 12 которого находятся собачки 27. Храповые зубья собачек 29, взаимодействуя с храповыми зубьями 11 корпуса 3, вращают последний, передавая крутящий момент на ведущее колесо велосипеда, которое крепится к корпусу 3 при помощи спиц. Through the pedals of the bicycle and the chain drive, the torque is transmitted to the carrier 7, in the windows 12 of which there are dogs 27. The ratchet teeth of the dogs 29, interacting with the ratchet teeth 11 of the housing 3, rotate the latter, transmitting torque to the driving wheel of the bicycle, which is attached to the housing 3 with the help of knitting needles.

Для ослабления усилия на педаль велосипеда при неизменном передаточном отношении необходимо увеличить длину рычага приложения усилия (в данном случае "р"). При этом необходимо тросом 33 переместить с помощью шайбы 30 каретки 25 вдоль оси 14 влево по чертежу, при этом собачки 27 отслеживают образующую конуса корпуса 4 по храповым зубьям 11 и увеличивают таким образом длину рычага приложения усилия на величина "р" + "д". В этом случае достигается значительное ослабление усилия на педалях велосипеда при неизменном передаточном отношении (ведущая/ведомая звездочки). Конструкция формы храповых зубьев корпуса 11 и собачек 29, а также конструкция каретки 25 позволяет вариатору работать как обгонная храповая муфта. To weaken the effort on the bicycle pedal with a constant gear ratio, it is necessary to increase the length of the force application lever (in this case, "p"). In this case, it is necessary to move the cable 33 with the washer 30 of the carriage 25 along the axis 14 to the left according to the drawing, while the dogs 27 track the generatrix of the cone of the housing 4 along the ratchet teeth 11 and thus increase the length of the force application lever by the value "p" + "d". In this case, a significant weakening of the effort on the pedals of the bicycle is achieved with a constant gear ratio (drive / driven sprockets). The design of the shape of the ratchet teeth of the housing 11 and the dogs 29, as well as the design of the carriage 25 allows the variator to work as an overtaking ratchet clutch.

Claims

1. An infinitely variable torque variator, comprising a housing in the form of a body of revolution with an internal cavity, closed on both sides by end walls, and a carrier in the form of a body of revolution with a hub located in the internal cavity of the housing, as well as a base axis and a carriage equipped with a drive, this front end wall is provided with a bearing, characterized in that the inner cavity of the body is bell-shaped, and the carrier is made in the form of a skirt mating with the said hub, and the outer surface of the skirt is made the same to locally shaped, like the shape of the inner cavity of the hull, and is established with the formation of a gap between the above outer surface of the skirt and the inner cavity of the hull, while the surface of the inner cavity of the hull is provided along the generatrix with ratchet teeth, and at least one window is made in the skirt of the carrier along its generatrix and, in addition, the carrier hub is supported through the bearing at one end of the base axis, and the front end wall of the housing is supported through the bearing at the other end of the base, while the housing howls the rear end wall through the bearing rests on the carrier hub, and the said carriage is placed on the base axis with the possibility of rotation around it and reciprocating along it and provided with at least one cavity in which the spring-loaded ratchet dog is placed, the working end of which is placed in said window of the skirt of the carrier and with its ratchet tooth is engaged with ratchet teeth on the surface of the internal cavity of the housing, and the carriage is equipped with a drive for changing its position on the base axis and means for its fixation on her.

2. The variator according to claim 1, characterized in that the carrier skirt has two opposing windows, and the carriage has two cavities with two spring-loaded ratchet dogs, made primarily in the form of plungers directed in opposite directions, the working ends of which are located in the said windows of the carrier skirt .

3. The variator according to claims 1 and 2, characterized in that a flexible rod is passed through the carriage located in the axial hole of the base axis, while a compression spring is installed between the carriage and the end wall of the housing.