ВЕЛОСИПЕД Российский патент 1994 года по МПК B62M1/04 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а более конкретно - к транспортным средствам, приводимым в движение мускульной силой человека, - велосипедам.

Известны велосипеды, содержащие раму, седло, переднее и заднее колеса, цепную передачу на заднее колесо с ведущей звездочкой, установленной на валу каретки. К валу каретки жестко закреплены с двух сторон рамы два рычага - кривошипа, на которых установлены правая и левая педали (например, Любовицкий В.П. Гоночные велосипеды. Л.: Машиностроение, 1989, с.54,65).

Недостатком известного велосипеда является то, что при вращении кривошипа все время меняется плечо между приложенным усилием и осью каретки, в результате чего имеет место нерациональное использование усилий велосипедиста при движении на велосипеде. Кроме того, имеются верхняя и нижняя мертвые точки кривошипов, в которых приложенное вертикальное усилие от ног велосипедиста не создает никакой полезной работы, а усилия тратятся на прохождение мертвой точки. Это увеличивает энергетические затраты велосипедиста при езде на велосипеде и уменьшает скорость движении велосипедиста в гоночных соревнованиях.

Недостатком известных велосипедов является также то, что при фиксированном размере кривошипов амплитуда движения ноги велосипедиста получается также фиксированной - расстояние между верхней и нижней мертвыми точками, равное двум радиусам кривошипа. Это расстояние, а также высота седока над кареткой могут быть оптимальными только при определенных антропометрических данных. При смене антропометрических характеристик оптимальность нарушается и принципиально для получения оптимальных результатов на велосипеде для каждого велосипедиста надо устанавливать новые кривошипы.

Целью изобретения является разработка велосипеда, в котором плечо передачи усилия на вал каретки будет постоянным во все время движения, независимо от положения ног велосипедиста, что улучшит эксплуатационные характеристики велосипеда - уменьшение прилагаемых усилий и затрат энергии при той же скорости движения или повышение скорости движения при равной приложенной мощности со стороны велосипедиста. Второй задачей изобретения было создание велосипеда, в приводе которого в рабочем ходе на элементы воздействовали только растягивающие усилия и рабочий ход выполнялся бы при движении ноги велосипедиста вниз.

Третьей задачей изобретения является уменьшение влияния на эксплуатационные характеристики велосипеда - тяговое усилие на валу каретки, постоянство тягового усилия при движении ноги и полное использование амплитуды перемещения ноги, антропометрических характеристик велосипедиста.

Для достижения цели велосипед, содержащий раму, колеса, цепную передачу на заднее колесо с ведущей звездочкой, закрепленной на валу каретки, и педали, снабжен двумя цепными приводами вала каретки, установленными соответственно с правой и левой сторон рамы велосипеда, каждый из которых оснащен принимающей звездочкой, установленной на валу каретки справа и слева от рамы и связанной с ним через обгонную муфту, двумя обводными звездочками, одна из которых размещена выше, а другая - ниже каретки, замкнутой цепной передачей, огибающей обводные звездочки и взаимодействующей с принимающей звездочкой, и роликом, прижимающим цепь к принимающей звездочке, при этом педаль закреплена на второй ветви цепной передачи, а также снабжен устройством передачи тягового усилия с одной замкнутой цепной передачи на другую, выполненным в виде гибкой нерастяжимой связи, соединяющей правую и левую педали через обводной ролик, закрепленный на раме велосипеда выше каретки.

При этом принимающая звездочка может быть выполнена либо с полным венцом зубьев, либо в виде зубчатого сектора.

Кроме того, обводные звездочки цепного привода выполнены с некратным числом зубьев.

При этом прижимной ролик выполнен с буртами, охватывающими цепь и зубья принимающей звездочки.

Кроме того, обводные звездочки правого и левого приводов установлены на общей оси, а обводной ролик закреплен на раме выше верхних обводных звездочек.

Сущность изобретения заключается в том, что, вводя два цепных привода, удалось разделить движение педалей и вращение вала каретки. Цепные передачи приводов взаимодействуют одной ветвью с принимающими звездочками на валу каретки. Педали установлены на вторых ветвях цепных передач и совершают возвратно-колебательные движения относительно вала каретки, имея рабочий и холостой обратный ходы. Принимающие звездочки связаны с валом каретки через обгонные муфты и передают усилие при рабочем ходе, но не препятствуют вращению вала каретки при холостом ходе. Наличие двух принимающих звездочек обеспечивает непрерывную передачу усилий от ног велосипедиста на вал каретки, так как холостой ход одного цепного привода перекрывается рабочим ходом второго цепного привода. Ролик, прижимающий цепь к принимающей звездочке, гарантирует постоянство контакта цепи с принимающей звездочкой. Две обводные звездочки, размещенные одна выше, а вторая - ниже каретки, определяют положение цепной передачи относительно приемной звездочки и предельный ход педалей. Усилие всегда направлено вдоль цепи и будет передаваться на вал каретки при постоянном плече - радиусе принимающей звездочки. Устройство передачи тягового усилия с одной замкнутой цепной передачи на другую обеспечит рабочий ход цепного привода с растягивающими усилиями в цепной передаче, так как при движении вниз правой педали - рабочем ходе педали правый цепной привод работает в режиме холостого хода и тяговое усилие холостого хода правого привода передает через верхнюю обводную звездочку правого привода. Рабочее тяговое усилие правой педали через гибкую нерастяжимую связь передается на левый цепной привод, при этом левая педаль движется вверх. Рабочее тяговое усилие правой педали передается на цепную передачу левого цепного привода и через нижнюю обводную звездочку левого цепного привода передается на левую принимающую звездочку. Цепь при этом также работает с растягивающими усилиями, что повышает надежность работы привода. Надежность велосипеда повышается также поскольку выход из строя левого или правого цепного привода или обрыв гибкой нерастяжимой связи не лишают возможности продолжить езду на велосипеде, хотя и с меньшей скоростью.

Размещение педалей на ветви одной цепной передачи с переводом тягового усилия на другую цепную передачу и использование обгонной муфты для передачи усилия на вал каретки позволяют получать оптимальные характеристики при различной амплитуде перемещения педалей, делают несущественным различия в антропометрических характеристиках велосипедистов.

В зависимости от требований к скоростным характеристикам велосипеда принимающие звездочки могут выполняться либо с полным венцом зубьев, либо в виде зубчатого сектора.

Выполнение обводных звездочек с некратным числом зубьев уменьшает износ цепи.

Снабжение прижимного ролика буртами, перекрывающими цепь и зубцы сектора, повысить надежность контакта цепи и зубчатого сектора.

Размещение обводного блока выше верхних обводных звездочек улучшит передачу тягового усилия с педали на цепной привод, а введение общей оси для обводных звездочек правого и левого цепных приводов упростит конструкцию и уменьшит вес велосипеда.

Технический результат от использования изобретений заключается в улучшении эксплуатационных характеристик велосипеда и независимости их от антропометрических данных. Велосипедист будет тратить меньше сил при езде на велосипеде, либо повысит скорость движения велосипеда.

Заявителю неизвестны велосипеды, которые имели бы дополнительно два цепных привода с правой и левой сторон рамы велосипеда, содержащих каждый принимающие звездочки, установленные на валу каретки с использованием обгонных муфт, цепную передачу, взаимодействующую с принимающей звездочкой и огибающую две обводные звездочки, при этом педали крепятся непосредственно на цепной передаче и связаны между собой устройством для передачи тягового усилия с левой передачи на правый привод и наоборот, выполненным в виде гибкой нерастяжимой связи, соединяющей педали и перекинутый через обводной блок, заявителю также неизвестны велосипеды, в которых обводной блок закреплен выше каретки и обводных звездочек, а обводные звездочки правого и левого цепных приводов закреплены на одной оси.

Таким образом, изобретение удовлетворяет критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан велосипед, общий вид; на фиг.2 - левый цепной привод вала каретки с полной принимающей звездочкой; на фиг.3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5 изображен цепной привод вала каретки с секторной принимающей звездочкой.

Велосипед содержит трубчатую раму 1, седло 2, руль 3, соединенный с поворотной вилкой переднего колеса 4. Заднее колесо 5 соединено цепной передачей 6 с ведущей звездочкой 7, закрепленной на валу 8 каретки 9. Два цепных привода 10 установлены с правой и левой сторон рамы велосипеда. Каждый из приводов включает принимающую звездочку 11 - полновенечную или в виде зубчатого сектора, две обводные звездочки 12 и 13 и замкнутую цепную передачу 14, охватывающую указанные обводные звездочки. Принимающие звездочки 11 установлены на концах вала 8 каретки и связаны с ним через обгонные муфты 15. Обгонные муфты 15 могут быть разного типа: трещотка, клиновая, шариковая, храповая и т.п. Одна ветвь 16 цепной передачи взаимодействует с принимающей звездочкой 11 и поджата к ней прижимным роликом 17. Прижимной ролик 17 имеет бурты, охватывающие цепь и зубцы принимающей звездочки. Прижимной ролик 17 установлен на упругом поводке 18, второй конец которого закреплен на раме велосипеда. Ролик 17 выполнен из антифрикционного материала, полиэтилена, тефлона, или имеет антифрикционное покрытие на поверхностях, контактирующих с цепью и зубьями принимающей звездочки 11. Обводные звездочки 12 установлены ниже, а обводные звездочки 13 - выше каретки 9. Верхняя пара обводных звездочек 13 установлена на общей оси 19, а нижняя пара обводных звездочек 12 - на общей оси 20.

Обводные звездочки 12 и 13 выполнены с некратным числом зубьев, например звездочка 13 имеет 15 зубьев, а звездочка 12 - 13 зубьев. Правая педаль 21 и левая педаль 22 закреплены каждая на второй ветви 23 цепной передачи. Правая и левая педали соединены между собой устройством 24 передачи тягового усилия с одной замкнутой цепной передачи на другую. Устройство передачи тягового усилия включает гибкую нерастяжимую связь 27, например тонкий стальной тросик, соединяющую правую и левую педали. Тросик перекинут через обводной блок 26, закрепленный на раме велосипеда выше верхних обводных звездочек 13 и каретки 9.

Для бытовых велосипедов дорожного типа целесообразно принимающую звездочку 11 выполнять с полным венцом зубьев, так как в этом случае упрощаются сборка велосипеда и обслуживание его в домашних условиях.

В то же время оптимальный радиус приемной звездочки оказывается близким к радиусу ведущей звездочки. В этом случае перемещение педалей и цепной передачи оказывается меньше периметра принимающей звездочки. Для скоростных велосипедов, где вес машины также оказывается существенным, принимающую звездочку 11 выполняют в виде зубчатого сектора (см. фиг.5) с ограничителями 27 перемещения на концах сектора. В частности, для скоростного велосипеда с зубчатым сектором радиусом 113,3 мм периметр зубчатого венца должен быть не более 533 мм, что составляет 3/4 полного венца. При большем радиусе принимающей звездочки зубчатый сектор имеет еще меньший угловой размер зубчатого венца. Педали 21 и 22 могут иметь крепления, охватывающие ступню велосипедиста (на чертежах не показаны).

При езде на велосипеде велосипедист, сидя на седле, нажимает правой ногой на правую педаль 21 и она начинает двигаться вниз. Вместе с нею вниз перемещаются звенья на ветви 23 правой цепной передачи. Звенья ветви 16 правой цепной передачи движутся вверх и поворачивают правую принимающую звездочку 11 в режиме холостого хода обгонной муфты 15 с минимальным сопротивлением. Поскольку цепная передача замкнута через обводную звездочку 13, то на ветвь 16 воздействует растягивающее усилие, передаваемое через эту звездочку правого цепного привода.

Через тросик 25 тяговое усилие правой ноги передается на левую педаль 22 и через нее - на цепную передачу левого цепного привода. Под этим усилием звенья ветви 23 левой цепной передачи движутся вверх, а звенья ветви 16 левой цепной передачи движутся вниз, поворачивая левую принимающую звездочку 11 в режиме рабочего хода левой обгонной муфты 15, и передают усилие на вал 8 каретки и далее через ведущую звездочку 7 - на заднее колесо велосипеда. Тяговое усилие передается через нижнюю левую обводную звездочку 12, и цепной привод нагружен растягивающим усилием, что является условием его работоспособности.

В отличие от обычного велосипеда с кривошипным приводом предложенный велосипед более эффективен, так как плечо передачи тягового усилия на вал каретки постоянно и равно радиусу принимающей звездочки. Расчеты показывают, что за счет постоянства плеча можно сократить затраты энергии при движении велосипеда на 30%.

Важным преимуществом предложенного велосипеда является то, что в нем отсутствует верхняя мертвая точка при движении педали. Усилие полностью передается на вал каретки независимо от того, находится педаль в верхнем или в любом промежуточном положении.

В отличие от обычного велосипеда, где необходимо обязательное перемещение ноги от нижней до верхней точек перемещения кривошипа и рабочий ход педали начинается только при достижении верхней мертвой точки, в предложенном велосипеде рабочий ход можно начинать при любом положении педалей. В предложенном велосипеде можно ехать, даже если педали перемещаются не на всю величину максимального хода, и если велосипедист устал, то он может ехать, перемещая ноги с меньшей амплитудой движения.

Важным преимуществом велосипеда является также то, что на нем могут ехать без перестановки седла велосипедиста с разными антропометрическими данными, так как при меньшем росте изменится амплитуда перемещения педалей, но привод велосипеда будет работать по-прежнему в номинальном режиме.

На велосипеде можно продолжать поездку, даже если выйдет из строя один из цепных приводов вала каретки, так как силовая передача остается работоспособной, хотя и будет иметь меньшую эффективность, поскольку в режиме рабочего хода задействована только одна нога.

Велосипед целиком можно собрать из серийно выпускаемых элементов: звездочек, обгонных муфт, цепных передач и педалей, что подтверждает промышленную применимость предлагаемого велосипеда.

Использование: изобретение относится к транспортным средствам с мускульным приводом. Сущность изобретения заключается в том, что велосипед снабжен двумя цепными приводами вала каретки, установленными с правой и левой стороны рамы велосипеда. Каждый привод включает принимающую звездочку, установленную на валу каретки и связанную с ним через обгонную муфту, и взаимодействующую с ней замкнутую цепную передачу. Цепная передача огибает две обводные звездочки, одна из которых установлена ниже, а другая - выше каретки. Педали закреплены на цепной передачи и соединены между собой гибкой нерастяжимой связью. Велосипед имеет повышенную эффективность и хорошо приспособлен для велосипедистов с различными антропометрическими данными. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ВЕЛОСИПЕД, содержащий раму, колеса, цепную передачу на заднее колесо с ведущей звездочкой, закрепленной на валу каретки, цепные приводы вала каретки, размещенные с правой и левой сторон рамы, каждый из которых оснащен для взаимодействия с цепной передачей принимающей звездочкой, установленной на валу каретки и связанной с ним через обгонную муфту, устройством передачи усилия с одной цепной передачи на другую, выполненным в виде гибкой нерастяжимой связи, соединяющей правый и левый цепные приводы через обводной блок, закрепленный на раме велосипеда выше каретки, ролики для прижима цепи к звездочке и педали, отличающийся тем, что цепные приводы вала каретки выполнены в виде двух замкнутых цепных передач, каждая из которых снабжена обводными звездочками, одна из которых размещена выше, а другая - ниже каретки, при этом педаль закреплена на не взаимодействующей с приемной звездочкой ветви замкнутой цепной передачи. 2. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что каждая принимающая звездочка выполнена в виде зубчатого сектора. 3. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что обводные звездочки цепного привода вала каретки выполнены с некратным числом зубьев. 4. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что прижимной ролик выполнен с буртами, охватывающими цепь и зубья приемной звездочки. 5. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что обводные звездочки правого и левого цепных приводов установлены на общей оси. 6. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что обводной блок закреплен на раме выше верхних обводных звездочек.