Механизм переключения передач велосипеда - RU2237591C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к механизмам переключения передач (переключателям передач велосипеда). В своих предпочтительных вариантах изобретение относится к велосипедному переключателю передач, имеющему рычажные звенья, шарнирно сочлененные с базисным звеном и подвижным звеном посредством шарнирных пальцев, причем в таком переключателе передач подшипники установлены только на определенные шарнирные пальцы.

Уровень техники

В публикации заявки на выдачу Европейского патента ЕР-0 584371 представлен известный механизм переключения передач велосипеда, представляющий один из двух типов устройств переключения передач, обычно используемых на велосипедах (другой тип - планетарное устройство переключения, устанавливаемое во втулке колеса). Этот механизм переключения передач велосипеда содержит базисное звено, прикрепляемое к кронштейну на части рамы велосипеда, рычажное звено, одним концом прикрепленное к базисному звену посредством первого шарнирного пальца, а к другому его концу крепится поводок цепи посредством второго шарнирного пальца. На первый шарнирный палец надета смещающая пружина, нижний конец которой упирается в штырь, выступающий из рычажного звена, а второй конец крепится на первом шарнирном пальце. Механизм переключения передач велосипеда содержит также захватывающий элемент, выполненный в виде приводного рычага для подсоединения троса управления (управляющего элемента). Второй шарнирный палец имеет головку, снабженную пружиной, посредством которой обеспечивается наклон поводка цепи в направлении натяжения цепи и постоянное зацепление цепи с одной из звездочек колеса и звездочками поводка цепи. Трос управления соединен с устройством управления, воздействуя на который велосипедист осуществляет натяжение или ослабление троса, посредством чего осуществляется поворот рычажного звена и через него - поводка цепи. Поводок цепи перемещает цепь с одной звездочки на другую, имеющую больший или меньший диаметр, и таким образом осуществляется переключение передач (скоростей) велосипеда.

Подобная конструкция обеспечивает маленький размер, вес и стоимость производства механизма переключения передач за счет уменьшения количества составляющих его компонентов. Однако этот механизм предназначен только для таких велосипедов, как детские велосипеды, которые имеют обычно небольшое количество звездочек и к ним не предъявляются строгие требования по четкости и легкости переключения в режимах повышенных нагрузок. Подобный механизм не обеспечивает перемещение поводка цепи параллельно плоскости вращения звездочек и поэтому не применим для велосипедов, имеющих более пяти звездочек, и в особенности спортивных и горных велосипедов, возможность четкого переключения передач, на которых должна обеспечиваться в любых режимах езды. В этих велосипедах элементы механизма переключения передач могут испытывать существенные нагрузки, и в каждом шарнирном узле механизма будет иметь место недопустимо высокое трение. Для уменьшения такого трения на все шарнирные пальцы, между шарнирным пальцем и рычажным звеном, нужно устанавливать подшипник. Но дополнительные подшипники будут значительно определять стоимость такого механизма и другие изменения конструкции, направленные на уменьшение его стоимости передач, окажутся просто неэффективными и только понижающими качество и надежность механизма.

Из публикации DE 3400432 известен другой механизм переключения передач велосипеда, содержащий приводной рычаг для подсоединения управляющего элемента, базисное звено, подвижное звено, поддерживающее поводок цепи, первое и второе рычажные звенья и смещающую пружину. Соответствующие концы рычажных звеньев соединены с базисным или подвижным звеньями посредством шарнирных пальцев, первый конец смещающей пружины закреплен на базисном звене в точке, смещенной относительно первого шарнирного пальца, а второй конец закреплен на первом рычажном звене. Подобный механизм более надежен по сравнению с описанным в ЕР-0584371 и может выдерживать большие нагрузки, но при этом эти нагрузки могут затруднять управление механизмом из-за трения в шарнирных пальцах, с чем придется смириться или устанавливать на всех шарнирных пальцах подшипники, что, в свою очередь, приведет к усложнению, утяжелению и повышению стоимости всего механизма.

Таким образом, существует потребность в усовершенствовании описанного выше механизма, которое бы, как можно меньше отразилось на его стоимости, но значительно расширило возможности использования механизма приключения передач.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является уменьшение трения между шарнирными пальцами и рычажными звеньями при обеспечении невысокой стоимости механизма переключения передач велосипеда (называемого далее - переключатель передач), который обеспечивает перемещение поводка цепи параллельно плоскости вращения звездочек и может быть использован и на велосипедах с большим количеством звездочек, в частности спортивных и горных велосипедах.

В общих чертах, решение данной задачи достигается использованием четырехшарнирного механизма, в котором обеспечивается уменьшение трения между рычажными звеньями и шарнирными пальцами, в результате чего меньшее (по сравнению с требуемым при простом увеличении количества звеньев) количество узлов сочленения звеньев переключателя передач требует использования подшипников, устанавливаемых между рычажными звеньями и шарнирными пальцами.

В настоящем изобретении переключатель передач велосипеда содержит базисное звено, подвижное звено, поддерживающее поводок цепи, и первое рычажное звено, имеющее первый и второй концы. Первый конец первого рычажного звена подвижно соединен с базисным звеном, а второй конец первого рычажного звена подвижно соединен с подвижным звеном. Смещающая пружина создает постоянно действующую силу смещения, вектор которой направлен от подвижного звена с отклонением от продольной оси первого рычажного звена в одну сторону. С первым рычажным звеном соединен управляющий элемент, создающий силу управления переключателем передач, вектор которой направлен от подвижного звена с отклонением от продольной оси первого рычажного звена в противоположную сторону. Таким образом, силы, создаваемые пружиной и управляющим элементом, нагружают, главным образом, узел сочленения первого рычажного звена и базисного звена, при этом разгружаются другие шарнирные узлы сочленения звеньев переключателя передач. В результате, может быть создан переключатель передач с малым трением в шарнирных узлах сочленения звеньев, в котором используется единственный подшипник, установленный в соединении первого конца первого рычажного звена и базисного звена.

В соответствии с основным вариантом осуществления изобретения механизм переключения передач велосипеда включает в себя приводной рычаг для подсоединения управляющего элемента, базисное звено, подвижное звено, поддерживающее поводок цепи, первое и второе рычажные звенья, имеющие первый и второй концы и связывающие базисное звено с подвижным звеном таким образом, что подвижное звено способно перемещаться относительно базисного звена. В частности, первый конец первого рычажного звена шарнирно соединен с базисным звеном посредством первого шарнирного пальца, а второй его конец связан с поводком цепи и соединен с подвижным звеном посредством второго шарнирного пальца. Аналогичным образом, второе рычажное звено шарнирно соединено с базисным звеном посредством третьего шарнирного пальца и с подвижным звеном посредством четвертого шарнирного пальца. Смещающая пружина установлена в переключателе передач таким образом, что первый конец смещающей пружины закреплен на базисном звене в точке, смещенной относительно первого шарнирного пальца, а второй конец смещающей пружины закреплен на первом рычажном звене. К примеру, смещающая пружина может быть расположена с наклоном относительно первого и второго рычажных звеньев, а второй конец смещающей пружины может быть закреплен на первом рычажном звене в точке, находящейся между концами первого рычажного звена, или в точке крепления второго конца первого рычажного звена, на втором шарнирном пальце. За счет применения такой схемы включения смещающей пружины в шарнирный механизм переключателя передач существенно разгружаются три из четырех шарнирных узлов, что позволяет создать такой переключатель передач с малым трением в шарнирных узлах, в котором используется единственный подшипник.

В основным варианте осуществления изобретения на первый шарнирный палец установлен первый подшипник. Второй конец первого рычажного звена шарнирно соединен с подвижным звеном посредством второго шарнирного пальца таким образом, что второй конец первого рычажного звена соприкасается со вторым шарнирным пальцем. Первый конец второго рычажного звена шарнирно соединен с базисным звеном посредством третьего шарнирного пальца таким образом, что первый конец второго рычажного звена соприкасается с третьим шарнирным пальцем, и второй конец второго рычажного звена шарнирно соединен с подвижным звеном посредством четвертого шарнирного пальца таким образом, что второй конец второго рычажного звена соприкасается с четвертым шарнирным пальцем. Первая смещающая пружина установлена с возможностью подпружинивания первого рычажного звена с отклонением от продольной оси первого рычажного звена в одну сторону, а управляющий элемент может быть подсоединен к приводному рычагу с возможностью создания управляющего усилия, приложенного к первому рычажному звену и направленного от подвижного звена с отклонением от продольной оси первого рычажного звена в противоположную сторону. Таким образом, приводной рычаг установлен с возможностью подсоединения управляющего элемента с отклонением управляющего элемента от продольной оси первого рычажного звена и созданием усилий от пружины и управляющего элемента, действующих в противоположные стороны относительно продольной оси первого рычажного звена. Если целесообразно еще больше снизить трение в шарнирных узлах переключателя передач, он может быть снабжен вторым подшипником и крепежным элементом, причем второй конец первой смещающей пружины закрепляют на первом рычажном звене посредством крепежного элемента, а второй подшипник устанавливают на этот крепежный элемент между вторым концом первой смещающей пружины и крепежным элементом. При этом первая смещающая пружина расположена сбоку от первого рычажного звена.

Один из вариантов выполнения изобретения предусматривает снабжение переключателя передач второй смещающей пружиной, расположенной с противоположной от первой смещающей пружины боковой стороны первого рычажного звена, причем вторая смещающая пружина имеет первый конец, закрепленный на базисном звене в точке, смещенной относительно первого шарнирного пальца, и второй конец, закрепленный на первом рычажном звене. Вторые концы первой и второй смещающих пружин могут быть закреплены на первом рычажном звене в точке, находящейся между первым шарнирным пальцем и вторым шарнирным пальцем, или в точке крепления второго шарнирного пальца. Первая и вторая смещающие пружины могут быть также расположены с наклоном относительно первого и второго рычажных звеньев.

Перечень фигур чертежей

На фиг.1 представлена схема переключателя передач альтернативной конструкции.

На фиг.2 представлена схема переключателя передач, поясняющая общую идею настоящего изобретения.

На фиг.3 представлен вид сбоку переключателя передач в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 представлен вид снизу переключателя передач, изображенного на фиг.3.

На фиг.5 представлен местный вид, иллюстрирующий конструкцию узла сочленения первого рычажного звена и базисного звена в переключателе передач, изображенном на фиг.4.

На фиг.6 представлен местный вид, поясняющий конструкцию соединения смещающей пружины и базисного звена в переключателе передач, изображенном на фиг.4.

На фиг.7 представлен вид сбоку переключателя передач, соответствующего варианту настоящего изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 схематично изображена конструкция переключателя передач, в котором устранены описанные недостатки переключателя по ЕР-0584371, но имеющего значительно более высокую стоимость из-за необходимости использования большого количества подшипников. Фиг.1 показывает одну из более ранних разработок заявителя, приведенную в его неопубликованных научно-исследовательских и конструкторских работах, использовавшуюся при создании данного изобретения. Данная фигура и ее описание представлены для более наглядной иллюстрации возникающих при конструировании проблем и как они решаются в конструкциях в соответствии с настоящим изобретением, представленных на фиг.2-7.

Представленный на фиг.1 переключатель 10 передач включает в себя базисное звено 14, подвижное звено 18 и рычажные звенья 22 и 24, связывающие подвижное звено 18с базисным звеном 14 таким образом, что подвижное звено 18 способно перемещаться относительно базисного звена 14. Обычно базисное звено 14 неподвижно крепится к раме велосипеда (не показана), а на подвижном звене 18 установлен поводок цепи (не показан), перемещающий цепь вдоль оси блока звездочек (не показан).

Переключатель 10 передач соединен с управляющим элементом, посредством которого осуществляется перемещение подвижного звена 18 и через него - поводка цепи. Поводок цепи перемещает цепь с одной звездочки на другую, имеющую больший или меньший диаметр, и таким образом осуществляется переключение передач (скоростей) велосипеда.

Рычажное звено 22 шарнирно сочленено с базисным звеном 14 посредством шарнирного пальца 28 и с подвижным звеном 18 посредством шарнирного пальца 32. Аналогичным образом, рычажное звено 24 шарнирно сочленено с базисным звеном 14 посредством шарнирного пальца 36 и с подвижным звеном 18 посредством шарнирного пальца 40. Таким образом, базисное звено 14, подвижное звено 18 и рычажные звенья 22 и 24 образуют стержневой (рычажный) четырехшарнирный механизм, который в данном случае имеет форму параллелограмма. Для создания постоянно действующей силы Fb, стремящейся сместить подвижное звено 18 в заданном направлении, между диагонально противолежащими углами этого механизма может быть установлена смещающая пружина 44. В показанном на фиг.1 шарнирном механизме базисное звено 14 является неподвижным, поэтому, когда смещающая пружина 44 включена в механизм, как показано на фиг.1, подвижное звено 18 постоянно подпружинивается вверх.

Поскольку смещающая пружина 44 закреплена в диагонально противолежащих углах шарнирного механизма, все четыре шарнирных узла механизма, соответствующие шарнирным пальцам 28, 32, 36 и 40, испытывают существенную нагрузку от силы упругости смещающей пружины, вследствие чего повышается трение в каждом шарнирном узле механизма. Для уменьшения такого трения на шарнирный палец 28, между шарнирным пальцем 28 и рычажным звеном 22, установлен подшипник 50, на шарнирный палец 32, между шарнирным пальцем 32 и рычажным звеном 22, установлен подшипник 54, на шарнирный палец 36, между шарнирным пальцем 36 и рычажным звеном 24, установлен подшипник 58, и на шарнирный палец 40, между шарнирным пальцем 40 и рычажным звеном 24, установлен подшипник 62. Наличие подшипников 50, 54, 58 и 62 хотя и способствует уменьшению трения между шарнирными пальцами 28, 32, 36 и 40 и рычажными звеньями 22 и 24, но делает стоимость переключателя передач гораздо более высокой. Таким образом, для решения задач настоящего изобретения подобная конструкция не подходит и требует дальнейшего усовершенствования. Принципиальная схема подобной усовершенствованной конструкции в соответствии с настоящим изобретением изображена на фиг.2.

На фиг.2 представлена схема переключателя 100 передач, соответствующего варианту осуществления настоящего изобретения. Переключатель 100 передач включает в себя базисное звено 114, подвижное звено 118 и рычажные звенья 122 и 124, связывающие подвижное звено 118 с базисным звеном 114 таким образом, что подвижное звено 118 способно перемещаться относительно базисного звена 114. Рычажное звено 122 шарнирно сочленено с базисным звеном 114 посредством шарнирного пальца 128 и с подвижным звеном 118 посредством шарнирного пальца 132. Аналогичным образом, рычажное звено 124 шарнирно сочленено с базисным звеном 114 посредством шарнирного пальца 136 и с подвижным звеном 118 посредством шарнирного пальца 140. Таким образом, базисное звено 114, подвижное звено 118 и рычажные звенья 122 и 124 вместе составляют стержневой четырехшарнирный механизм.

Смещающая пружина 144 установлена в переключатель 100 передач таким образом, что первый конец 148 смещающей пружины 144 закреплен на крепежном стержне 150, расположенном на базисном звене со смещением относительно первого шарнирного пальца 128. Второй конец 154 смещающей пружины закреплен на первом рычажном элементе посредством крепежного элемента, например в показанном на фиг.2 варианте он закреплен на крепежном стержне 158, расположенном на рычажном звене 122 в точке, находящейся между первым и вторым шарнирными пальцами 128 и 132. Таким образом, в этом варианте изобретения смещающая пружина 144 расположена с наклоном относительно рычажных звеньев 122 и 124, а второй конец 154 смещающей пружины 144 расположен между первым и вторым шарнирными пальцами 128 и 132. Из боковой поверхности рычажного звена 122 выступает приводной рычаг 155, и к свободному концу приводного рычага 155 присоединен элемент управления переключателем передач в форме троса 156 управления, который при натяжении перемещает подвижное звено 118 против действия силы Fb смещающей пружины 144.

В частности, трос 156 управления может быть соединен с обычным устройством управления (не показано), посредством которого осуществляется его натяжение, что приводит к повороту рычажного звена 122 относительно первого шарнирного пальца 128 и, таким образом, к перемещению вниз (на фиг.2) подвижного звена 118. Это перемещение осуществляется против действия смещающей пружины 144. Поводок цепи, поддерживаемый подвижным звеном 118, также переместится вниз, направляя цепь на другую звездочку, что приводит к переключению передач (скоростей) велосипеда.

На фиг.2 наглядно показано, что смещающая пружина 144 создает силу Fs, вектор которой направлен от подвижного звена 118 с отклонением от продольной оси Х рычажного звена 122 в одну сторону, а трос 156 управления создает силу Fc, вектор которой направлен от подвижного звена 118 с отклонением от продольной оси Х рычажного звена 122 в противоположную сторону. Такая схема присоединения смещающей пружины 144 и троса 156 управления обеспечивает разгрузку шарнирных узлов, в которых применены шарнирные пальцы 132, 136 и 140, от значительных усилий, благодаря чему в этих узлах сочленения звеньев не требуется использовать подшипники. Вместе с тем, соединение шарнирного пальца 128 и рычажного звена 122 остается под действием существенных силовых нагрузок, поэтому на шарнирном пальце 128, между рычажным звеном 122 и шарнирным пальцем 128, может быть установлен подшипник 162.

На фиг.3 представлен вид сбоку переключателя передач, представляющего один из вариантов выполнения настоящего изобретения, а на фиг.4 представлен вид снизу переключателя передач, изображенного на фиг.3. На этих чертежах элементы конструкции, соответствующие элементам, показанным на фиг.2, обозначены такими же, как на фиг.2, ссылочными номерами. Как показано на фиг.3 и 4, базисное звено 114 крепится к раме 180 велосипеда, а подвижное звено 118 служит опорой для поводка 184 цепи, имеющего направляющую звездочку 186 и натяжную звездочку 188. На шарнирном пальце 128 установлен подшипник 162, расположенный между шарнирным пальцем 128 и рычажным звеном 122, однако на шарнирных пальцах 132,136 или 140, с которыми рычажные звенья 122 и 124 соприкасаются непосредственно, подобные подшипники не установлены.

На фиг.5 представлен местный вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий конструкцию узла сочленения рычажного звена 122 и базисного звена 114 в переключателе передач, показанном на фиг.3 и 4. Как показано на фиг.5, рычажное звено 122 имеет верхнюю проушину 200 и нижнюю проушину 204. Соответственно, в каждой проушине 200 и 204 установлен подшипник 162. Каждый подшипник 162 имеет внутреннее кольцо 210, внешнее кольцо 214 и несколько шариков 218, размещенных в кольцевом пространстве, ограничиваемом внутренним кольцом 210 и внешним кольцом 214.

Поскольку во время работы переключателя 100 передач рычажное звено 122 совершает движения значительной амплитуды, между концом 154 пружины и крепежным стержнем 158 может возникнуть значительное трение. Для уменьшения такого трения на крепежный стержень 158, между крепежным стержнем 158 и концом 154 пружины, может быть установлен подшипник 190, хотя использование такого подшипника не обязательно. На фиг.6 представлен местный вид, показывающий каким образом конец 154 пружины закреплен на крепежном стержне 158 посредством подшипника 190. Как и подшипник 162, установленный на шарнирном пальце 128, подшипник 190 имеет внутреннее кольцо 220, внешнее кольцо 224 и несколько шариков 228, размещенных в кольцевом пространстве, ограничиваемом внутренним кольцом 220 и внешним кольцом 224.

На фиг.7 представлен вид сбоку переключателя 200 передач, соответствующего альтернативному варианту настоящего изобретения. Отличие этого варианта изобретения от изображенных на фиг.3 и 4 состоит в том, что в нем предусмотрено использование двух смещающих пружин, и второй конец каждой пружины закреплен на шарнирном пальце, соединяющем верхнее рычажное звено с подвижным звеном. В частности, переключатель 200 передач включает в себя базисное звено 214, подвижное звено 218 и рычажные звенья 222 и 224, связывающие подвижное звено 218 с базисным звеном 214 таким образом, что подвижное звено 218 способно перемещаться относительно базисного звена 214. Рычажное звено 222 шарнирно сочленено с базисным звеном 214 посредством шарнирного пальца 228 и с подвижным звеном 218 посредством шарнирного пальца 232. Аналогичным образом, рычажное звено 224 шарнирно сочленено с базисным звеном 214 посредством шарнирного пальца 236 и с подвижным звеном 218 посредством шарнирного пальца 240. Таким образом, базисное звено 214, подвижное звено 218 и рычажные звенья 222 и 224 вместе составляют стержневой четырехшарнирный механизм.

Смещающая пружина 244 установлена в переключатель 200 передач и присоединена к одной стороне рычажного звена 222 таким образом, что первый конец 248 смещающей пружины 244 закреплен на крепежном стержне 250, расположенном со смещением относительно первого шарнирного пальца 228. Второй конец 254 смещающей пружины 244 закреплен на рычажном звене в точке, находящейся между первым шарнирным пальцем и вторым шарнирным пальцем, или в точке крепления второго шарнирного пальца, в частности на крепежном стержне 258, который в данном варианте изобретения выполнен как удлинение шарнирного пальца 232. Другая смещающая пружина 270 установлена на противоположной стороне рычажного звена 222 таким образом, что первый конец 274 смещающей пружины 270 закреплен на крепежном стержне 278, расположенном со смещением относительно первого шарнирного пальца 228. Второй конец 282 смещающей пружины 270 закреплен на рычажном звене в точке, находящейся между первым шарнирным пальцем и вторым шарнирным пальцем, или в точке крепления второго шарнирного пальца, в частности на крепежном стержне 286, который также выполнен как удлинение шарнирного пальца 232. При желании крепежные стержни 250 и 278 могут быть выполнены в виде единого стержня, проходящего по прямой линии через базисное звено 214.

Как и в варианте, показанном на фиг.3 и 4, на шарнирном пальце 228 могут быть установлены подшипники, располагающиеся между шарнирным пальцем 228 и рычажным звеном 222. При этом в данном варианте изобретения имеет место поворот концов 248 и 274 пружин вокруг соответствующих крепежных стержней 250, 278 на значительные углы, поэтому на крепежные стержни 250 и 278 дополнительно могут быть установлены подшипники, располагающиеся между крепежными стержнями 250, 278 и соответствующими концами 248, 274 пружин. Такие подшипники могут иметь конструкцию, подобную представленной на фиг.5 и 6.

Несмотря на то, что в изложенном выше описании рассмотрены различные варианты настоящего изобретения, также является возможным применение его других модификаций, не выходящих за рамки замысла изобретения и испрашиваемого объема правовой охраны. Например, в рассмотренных вариантах изобретения предусмотрено использование подшипников, состоящих из внутреннего кольца, внешнего кольца и нескольких шариков, расположенных в кольцевом пространстве между внутренним кольцом и внешним кольцом. Однако вместо таких подшипников можно использовать опоры других типов, такие как цилиндрические опоры, или втулки.

Таким образом, объем патентных притязаний на изобретение не ограничивается конкретными вариантами конструкций, раскрытыми в описании, а определяется исключительно изложенной ниже формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к переключению цепных передач посредством перемещаемого поводка цепи. Базисное звено (114) шарнирно соединено с подвижным звеном (118) посредством первого (122) и второго (124) рычажных звеньев. Первый конец (148) смещающей пружины (144) закреплен на базисном звене (114) в точке (150), смещенной относительно первого шарнирного пальца (128), снабженного подшипником (162) и соединяющего первое рычажное звено (122) и базисное звено (114). Второй конец смещающей пружины (144) закреплен на первом рычажном звене (122), на котором также установлен приводной рычаг (155) с управляющим элементом (156) в виде троса, отклоненным от продольной оси первого рычажного звена (122), для обеспечения действия в противоположные стороны усилий от пружины (144) и управляющего элемента (156) относительно продольной оси первого рычажного звена (122). Предлагаемое техническое решение направлено на сосредоточение нагрузки на только тот шарнирный палец, который снабжен подшипником, и, таким образом, обеспечивает повышение возможной нагрузки механизма переключения при меньшей стоимости. 9 з. п. ф-лы, 7 ил.

Формула