RU2493999C2 - Pedal drive - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to device to drive transport facilities by human muscles. Proposed drive has two stages, one being composed of two planetary mechanisms with carries 2, 3 rigidly coupled with carriage shaft 1 and composed of a plate integrated with carriage shaft 1 to double as a flywheel with plane pinions 4, 5 fitted on extending ends and engaged with sun gears 7, 8 at gear ratio of unity. Said sun gears are fitted concentrically with carriage shaft on both sides and fixed to vehicle body 9. Pedals 10, 11 are fitted on radial permanently horizontal levers 12, 13 directed forward. Axial ends of horizontal levers 12, 13 are rigidly connected with plane pinions 4, 5. Second stage is composed of gearing with gear 16 fixed at carrier rim 2 while gear 17 is fitted on drive axle 18 of one of vehicle actuators.

EFFECT: higher traction and efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для приведения в действие транспортных средств мускульной энергией человека.The invention relates to devices for driving vehicles with muscular energy of a person.

Известен велосипед с педальным приводом в составе ведущей звездочки, с цепным приводом, соединяемым ведомой звездочкой, установленными на валу каретки шатунами, связанными с педалями и дополнительным приводом от седла, у которого кинематическая связь выполнена через тягу, шарнирно соединяющуюся с дополнительным шатуном, установленным противоположно к шатунам ножным. Данный педальный привод обоснован на воздействии мускульной энергией ног на педали, периодическим переходом на воздействие собственным весом велосипедиста.A bicycle with a pedal drive as a part of a drive sprocket is known, with a chain drive connected by a driven sprocket, connecting rods mounted on the carriage shaft, connected to pedals and an additional drive from the saddle, in which the kinematic connection is made through a rod pivotally connected to an additional connecting rod mounted opposite to to the connecting rods. This pedal drive is based on the impact of the muscular energy of the legs on the pedal, a periodic transition to the impact of the cyclist’s own weight.

Однако, такое воздействие, сопровождающееся подъемом с опорой на ноги и опусканием на седло, прилагая энергию на дополнительный шатун собственным весом, может привести к быстрой утомляемости велосипедиста и может создать неудобства в управлении велосипедом, кроме того, при таких движениях седока весьма затруднительно преодоление крутых подъемов.However, such an effect, accompanied by lifting with support on the legs and lowering to the saddle, applying energy to the additional connecting rod with its own weight, can lead to fatigue of the cyclist and can create inconvenience in controlling the bicycle, in addition, with such movements of the rider it is very difficult to overcome steep climbs .

Известен так же привод велосипеда по патенту, содержащий двухступенчатую передачу, первая ступень которой имеет ведущую и ведомую звездочки, охваченные цепной передачей, вторая ступень имеет ведущую звездочку, установленную на одной оси с ведомой первой и связанной ведомой звездочкой второй ступени, установленной у заднего колеса, причем, ведущая звездочка второй ступени выполнена с переменным радиусом, а звездочки первой ступени выполнены с постоянным радиусом с передаточным отношением, равным двум.A bicycle drive according to the patent is also known, containing a two-stage transmission, the first stage of which has a driving and driven sprockets covered by a chain transmission, the second stage has a driving sprocket mounted on the same axis as the driven first and connected driven sprocket of the second stage mounted at the rear wheel, moreover, the drive sprocket of the second stage is made with a variable radius, and the sprockets of the first stage are made with a constant radius with a gear ratio of two.

Такой привод создает некоторое облегчение в начале поворота кривошипа от верхней точки, так как при этом совпадает наименьший радиус ведущей звездочки второй ступени, однако же недостатком является то обстоятельство, что из-за переменно построенного радиуса ведущей звездочки второй ступени движение велосипеда может сопровождаться рывкам, создавая помехи для педалирования.Such a drive creates some relief at the beginning of the crank rotation from the upper point, since the smallest radius of the second-stage drive sprocket coincides, however, the disadvantage is that due to the variable-built radius of the second-stage drive sprocket, the bicycle may be jerky, creating interference to pedaling.

Известен так же привод велосипеда по патенту РФ №2068364, содержащий двухступенчатую передачу в составе ведущей звездочки, жестко закрепленной на валу каретки, связанной при помощи цепного привода с ведомой звездочкой, сопрягаемой ведущим колесом и педалью, у которого первая ступень привода выполнена из двух механизмов планетарного исполнения в составе водил, жестко соединенных с валом каретки и свободно установленными на выступающих концах сателлитами, которые связаны передаточным отношением равным одному, с солнечными зубчатыми звеньями, установленными концентрично к валу каретки с двух валовых сторон не подвижно к корпусу транспортного средства, а педали установлены на задних концах горизонтальных одноплечих рычагов, - жестко опирающихся передними концами к осям сателлитов, причем, в первом варианте каждый сателлит и солнечная звездочка планетарного механизма соединены цепной передачей, во втором варианте планетарный механизм состоит из цилиндрической солнечной шестерни и цилиндрического сателлита, которые связаны между собой при помощи промежуточной шестерни, или нескольких шестерен нечетного количества, насаженных на свободных осях, опирающихся на водило; в третьем варианте каждая планетарная передача состоит из конической солнечной шестерни и конического сателлита, которые соединены между собой при помощи промежуточного валика с жестко насаженными коническим шестернями на концах, свободно опирающегося на водило, а также с целью осуществления возможности торможения поворотом кареточного вала назад, на передних концах горизонтальных рычагов, над точкой соединения их с сателлитами установлены тормозные подушки, кроме того, с цель расширения диапозона педалирования изменением радиуса действия кривошипа водило выполнено из двух частей, шарнирно соединенных между собой на уровне промежуточной шестерни, насаженной свободно на общей оси, обеспечивая возможности установления определенного межосевого расстояния между сателлитом и солнечной шестерней, а соединение, при этом, горизонтального одноплечевого рычага с сателлитом выполнено при помощи обгонной муфты.A bicycle drive is also known according to RF patent No. 2068364, containing a two-stage transmission consisting of a drive sprocket rigidly fixed to the carriage shaft, connected by a chain drive with a driven sprocket, mating with a driving wheel and a pedal, in which the first drive stage is made of two planetary mechanisms execution as a part of a carrier rigidly connected to the carriage shaft and satellites freely mounted on the protruding ends, which are connected by a gear ratio equal to one, with solar gear links mounted concentrically to the carriage shaft on two gross sides is not movable to the vehicle body, and the pedals are mounted on the rear ends of the horizontal single-arm levers - rigidly supported by the front ends to the axes of the satellites, and, in the first embodiment, each satellite and the sun sprocket of the planetary gear are connected chain transmission, in the second embodiment, the planetary mechanism consists of a cylindrical sun gear and a cylindrical satellite, which are interconnected using an intermediate gear, or several gears of an odd amount, mounted on free axles, supported by a carrier; in the third embodiment, each planetary gear consists of a bevel sun gear and a bevel satellite, which are interconnected by means of an intermediate roller with hard-set bevel gears at the ends, freely supported by the carrier, and also with the aim of braking by turning the carriage shaft backward, on the front the ends of the horizontal levers, brake pads are installed above the point of their connection with the satellites, in addition, with the aim of expanding the range of pedaling by changing the radius d The crank was driven in two parts, pivotally connected to each other at the level of an intermediate gear, mounted freely on a common axis, providing the possibility of establishing a certain interaxial distance between the satellite and the sun gear, and the connection, in this case, of the horizontal single-arm lever with the satellite, was made using the freewheel couplings.

Такой привод повышает тяговую способность, способствует уменьшению утомляемости велосипедиста, облегчает педалирование, однако полностью не устраняет рывки при движении и для обеспечения высоких значений скорости вращения на колесах требует большого количества промежуточных передач, что приводит к значительному снижению коэффициента полезного действия привода в целом.Such a drive increases traction ability, helps to reduce the fatigue of a cyclist, facilitates pedaling, but does not completely eliminate jerks when driving and requires a large number of intermediate gears to ensure high rotation speeds on wheels, which leads to a significant reduction in the overall efficiency of the drive.

По совокупности существенных признаков указанное техническое решение по патенту РФ №2068364 принято за прототип.In the aggregate of essential features, the specified technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2068364 was taken as a prototype.

Целью изобретения является увеличение тяговой способности и повышение коэффициента полезного действия привода в целом.The aim of the invention is to increase traction and increase the efficiency of the drive as a whole.

Указанная цель достигается за счет того, что в заявляемом педальном приводе, содержащем первую ступень привода, выполненную из двух планетарных механизмов, имеющих водила и жестко соединенных с валом каретки, со свободно установленными на выступающих концах сателлитами, зацепленными с передаточным отношением, равным единице, с солнечными зубчатыми звеньями, установленными концентрично валу каретки с двух боковых сторон и неподвижно относительно корпуса транспортного средства, и педали, установленные на радиальных концах горизонтальных рычагов, всегда направленных вперед, причем осевые концы горизонтальных рычагов имеют жесткое соединение с сателлитами, при этом водила изготовлены в виде дисков и вместе с валом каретки составляют маховик, а вторая ступень выполнена зубчатой передачей, колесо которой неподвижно закреплено на ободе водила и шестерня установлена на приводной оси одного из исполнительных механизмов транспортного средства.This goal is achieved due to the fact that in the inventive pedal drive containing the first drive stage, made of two planetary mechanisms having a carrier and rigidly connected to the carriage shaft, with satellites freely mounted on the protruding ends, engaged with a gear ratio equal to one, s solar gear links mounted concentrically to the carriage shaft from two sides and motionless relative to the vehicle body, and pedals mounted horizontally at the radial ends levers, always directed forward, and the axial ends of the horizontal levers are rigidly connected to the satellites, while the carrier is made in the form of disks and together with the carriage shaft make up the flywheel, and the second stage is made by a gear transmission, the wheel of which is fixedly mounted on the carrier’s rim and the gear is mounted on the drive axis of one of the actuators of the vehicle.

Использование дисковых водил в качестве маховика значительно облегчает процесс педалирования, так как вращение при прохождении мертвых точек осуществляется за счет момента инерции маховика и при этом не требуется дополнительных усилий велосипедиста и каких-то специальных навыков. Благодаря облегчению педалирования в заявляемом приводе становится возможным применение больших по длине горизонтальных рычагов, что приводит к увеличению тяговой способности привода. Выполнение второй ступени привода зубчатой передачей со значительно большим передаточным отношением, чем в применяемых повсеместно цепных передачах, позволяет получать большие коэффициенты редуцирования без применения нескольких передач, что значительно повышает коэффициент полезного действия педального привода в целом.The use of a disk carrier as a flywheel greatly facilitates the process of pedaling, since the rotation during the passage of the dead spots is due to the moment of inertia of the flywheel and it does not require additional efforts of the cyclist and any special skills. Due to the ease of pedaling in the inventive drive, it becomes possible to use large horizontal levers along the length, which leads to an increase in the traction ability of the drive. The implementation of the second stage of the drive gear with a significantly higher gear ratio than in commonly used chain transmissions, allows to obtain large reduction ratios without the use of multiple gears, which significantly increases the efficiency of the pedal drive as a whole.

Таким образом заявляемая конструкция соответствует критерию изобретения «новизна».Thus, the claimed design meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения «существенные отличия».Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criteria of the invention meet "significant differences".

На фиг.1 изображен педальный привод с повышенной тяговой способностью применительно к веломобилю.Figure 1 shows a pedal drive with increased traction ability in relation to a cycle car.

Педальный привод с повышенной тяговой способностью включает в себя корпус (Фиг.1) 9, в котором размещены две ступени привода, в первую из которых входят два механизма планетарного исполнения, в составе двух водил 2 и 3 жестко насаженных на валу каретки 1, установленных свободно по краям водил 2 и 3 сателлитов 4 и 5, которые связаны зубчато-ременной передачей с расположенными концентрично к валу каретки 1 и неподвижно соединенными с корпусом 9 солнечными зубчатыми звеньями 7 и 8 передаточным отношением равным одному. Педали 10 и 11 установлены на радиальных концах горизонтальных рычагов 12 и 13, которые всегда направлены вперед, а их осевые концы имеют жесткое соединение с сателлитами 4 и 5. Вторая ступень выполнена зубчатой передачей в составе зубчатого колеса 16, которое жестко закреплено на ободе водила 2, а шестерня 17 установлена на приводной оси 18 одного из исполнительных механизмов транспортного средства.The pedal drive with increased traction ability includes a housing (Figure 1) 9, in which two drive stages are located, the first of which includes two planetary gears, consisting of two carriers 2 and 3 rigidly mounted on the shaft of the carriage 1, mounted freely on the edges drove 2 and 3 satellites 4 and 5, which are connected by a gear-belt transmission with the solar gear links 7 and 8 located concentrically to the shaft of the carriage 1 and fixedly connected to the housing 9, equal to one gear ratio. The pedals 10 and 11 are mounted on the radial ends of the horizontal levers 12 and 13, which are always directed forward, and their axial ends are rigidly connected to the satellites 4 and 5. The second stage is made by gear transmission as part of the gear 16, which is rigidly fixed to the rim of the carrier 2 and the gear 17 is mounted on the drive axis 18 of one of the actuators of the vehicle.

Педальный привод с повышенной тяговой способностью работает следующим образом:The pedal drive with increased traction ability works as follows:

прилагаемое усилие веломобилистом поочередно на педали 10 и 11, установленные на радиальных концах горизонтальных рычагов 12 и 13 соответственно, передается к сателлитам 4 и 5, которые имеют жесткое соединение с осевыми концами горизонтальных рычагов 12 и 13 и насажены на краях водил 2 и 3 с возможностью свободного поворота. Так как сателлиты 4 и 5 связаны при помощи зубчато-ременной передачи с неподвижными относительно корпуса транспортного средства 9 солнечными зубчатыми колесами 7 и 8, возникающий от прилагаемого усилия вращающий момент осуществляет поворот водил 2 и 3 вместе с валом каретки 1 и колесом 16 второй ступени привода в переднем направлении движения веломобиля. Одновременно с этим сателлиты 4 и 5 преодолевают путь по траектории радиуса кривошипа угловой скоростью и взаимодействуя с солнечными звеньями 7 и 8 обеспечивают плоскопараллельное движение горизонтальных рычагов 12 и 13 всегда направленными вперед и перпендикулярно направлению приложения усилия на педали 10 и 11, при этом радиус приложения усилия на педали относительно оси каретки 1 меняется от минимального в крайнем заднем положении рычагов 12 и 13 до максимального при их крайнем переднем положении, а сами педали 10 и 11 совершают круговое вращение по правильной окружности с радиусом равным расстоянию от оси каретки 1 до оси сателлитов 14 и 15 (оптимальная длина - 170 миллиметров), обеспечивая привычный процесс педалирования.the force exerted by the cyclist alternately on the pedals 10 and 11 mounted on the radial ends of the horizontal arms 12 and 13, respectively, is transmitted to the satellites 4 and 5, which are rigidly connected to the axial ends of the horizontal arms 12 and 13 and are mounted on the edges of the carrier 2 and 3 with the possibility of free rotation. Since the satellites 4 and 5 are connected by a gear-belt drive to the sun gears 7 and 8, which are stationary relative to the vehicle body 9, the torque arising from the applied force rotates the carrier 2 and 3 together with the carriage shaft 1 and the wheel 16 of the second drive stage in the forward direction of the motion of the cycle car. At the same time, satellites 4 and 5 overcome the path along the trajectory of the radius of the crank at an angular speed and interacting with the solar links 7 and 8 provide plane-parallel movement of the horizontal levers 12 and 13 always directed forward and perpendicular to the direction of application of force on the pedals 10 and 11, while the radius of application of force on the pedal relative to the axis of the carriage 1 varies from the minimum in the extreme rear position of the levers 12 and 13 to the maximum when they are in the extreme front position, and the pedals 10 and 11 themselves rotate along the correct circle with a radius equal to the distance from the axis of the carriage 1 to the axis of the satellites 14 and 15 (the optimal length is 170 millimeters), providing the usual pedaling process.

Изготовление водил в виде дисков и использование их в качестве маховика значительно облегчает процесс педалирования вследствие прохождения «мертвых точек» за счет инерции маховика, а применение зубчатой передачи во второй ступени привода приводит к повышению его КПД и обеспечивает значительно больший коэффициент редуцирования по сравнению с цепной передачей.Making drives in the form of disks and using them as a flywheel greatly facilitates the pedaling process due to the passage of “dead spots” due to the inertia of the flywheel, and the use of a gear transmission in the second stage of the drive increases its efficiency and provides a significantly higher reduction coefficient compared to a chain drive .

Педальный привод с повышенной тяговой способностью облегчает педалирование, способствует резкому снижению утомляемости веломобилиста и более эффективному использованию прилагаемого им усилия, повышению скорости за счет повышения тяговой способности, позволяет его широко использовать в различных сочетаниях с гидравлическими, пневматическими и электрическими механизмами как в трансмиссиях транспортных средств, так и других областях техники.A pedal drive with increased traction ability facilitates pedaling, contributes to a sharp decrease in the fatigue of a cycle rider and more efficient use of the effort exerted by it, an increase in speed due to an increase in traction ability, allows it to be widely used in various combinations with hydraulic, pneumatic and electric mechanisms as in vehicle transmissions, and other areas of technology.

Claims (1)

Педальный привод, содержащий первую ступень привода, выполненную из двух планетарных механизмов, имеющих водила и жестко соединенных с валом каретки, со свободно установленными на выступающих концах сателлитами, зацепленными с передаточным отношением, равным единице, с солнечными зубчатыми звеньями, установленными концентрично валу каретки с двух боковых сторон и неподвижно относительно корпуса транспортного средства, отличающийся тем, что педали установлены на радиальных концах горизонтальных рычагов, всегда направленных вперед, осевые концы горизонтальных рычагов имеют жесткое соединение с сателлитами, водила изготовлены в виде дисков и вместе с валом каретки составляют маховик, а вторая ступень выполнена зубчатой передачей, колесо которой неподвижно закреплено на ободе водила, и шестерня установлена на приводной оси одного из исполнительных механизмов транспортного средства. A pedal drive containing a first drive stage made of two planetary mechanisms having a carrier and rigidly connected to the carriage shaft, with satellites freely mounted on the protruding ends, engaged with a gear ratio equal to one, with solar gear links mounted concentrically to the carriage shaft with two the sides and motionless relative to the vehicle body, characterized in that the pedals are mounted on the radial ends of the horizontal levers, always directed forward, about The ends of the horizontal levers are rigidly connected to the satellites, the carrier is made in the form of disks and together with the carriage shaft make up a flywheel, and the second stage is made by gear transmission, the wheel of which is fixedly mounted on the carrier’s rim, and the gear is mounted on the drive axis of one of the vehicle’s actuating mechanisms .