ВЕЛОСИПЕД "МАКСИ" Российский патент 1995 года по МПК B62M3/04 

Изобретение относится к биотранспортному машиностроению, преимущественно к конструкции велосипеда с педально-шатунным приводом и шатунами регулируемой длины, а именно двухколесного велосипеда спортивного, туристского или дорожного назначения.

Основным недостатком велосипедов известной конструкции является жесткое закрепление кареточного узла, ограничивающее величину регулирования крутящего приводного момента на оси привода вследствие небольшого и ограниченного расстояния от оси до поверхности дороги, в том числе и в известных конструкциях, содержащих кареточно-седельный блок конструктивный элемент с седлом на верхнем и кареточным узлом на нижнем его конце, также жестко фиксируемый на раме, как, например, описанный в патенте Англии N 2117333, кл. В 62 К 3/10, 1983.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому решению является велосипед [1] Он включает в себя установленные на раме переднее управляемое и заднее ведущее колеса с обгонной муфтой, механизм натяжения гибкой цепи с педально-шатунным приводом, ведущая звездочка которого установлена на оси корпуса кареточного узла, выполненного с направляющей трубой, установленной в подседельной трубе и зафиксированной в требуемом положении винтом с помощью одного из трех отверстий в направляющей и соответствующего соосного им отверстия в подседельной трубе. На верхнем конце в подседельной трубе установлена стойка седла, шатуны привода имеют фиксированную длину с педалями на концах.

Недостатком прототипа является жесткое закрепление оси привода на раме, вследствие чего ограничены диаметр ведущей звездочки, длина шатунов и, даже при выполнении их регулируемыми, изменение их длины возможно в очень малых пределах (20-25 мм), что незначительно увеличивает крутящий момент, а потому основное увеличение крутящего момента для облегчения педалирования, например на подъеме, приходится обеспечивать уменьшением диаметра ведущей звездочки и/или увеличением диаметра (числа зубьев) ведомой звездочки. Это связано с уменьшением передаточного отношения привода, а следовательно, скорости движения, поэтому велосипедист преодолевает подъем на велосипеде серийной конструкции с малой скоростью. Поэтому регулировка крутящего момента в сторону уменьшения передаточного отношения псевдоувеличение плеча приложения приводных усилий является неэффективным путем регулировки скорости движения и длины рычага приложения усилий к шатунам.

Вместе с тем, неприемлемо и высокое расположение оси привода при постоянном жестком закреплении кареточно-седельного блока в подседельной трубе рамы, так как в этом случае хотя и обеспечивается высокое передаточное отношение привода, при переходе движения под уклон траектория движения педалей на шатунах большой длины приводит к излишним энергетическим потерям и не позволяет развить максимальную скорость именно из-за ограничения скорости педалирования (вращения педалей). Применение регулируемых по длине шатунов при жестко закрепленной высокой оси привода, снимая проблему регулировки крутящего момента, несколько ухудшает некоторые эксплуатационные свойства, так как уменьшает безопасность велосипедиста при движении из-за постоянно увеличенной высоты центра тяжести велосипедиста, а также из-за определенного усложнения приемов старта и посадки в седло.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных свойств велосипеда путем облегчения педалирования с одновременным увеличением скоростных свойств и расширением величины регулировки крутящего момента на оси привода соответственно профилю дороги без прекращения движения.

Цель достигается посредством выполнения привода с подвижной в вертикальном направлении осью, регулировкой длины шатунов соответственно профилю дороги при увеличении амплитуды такой регулировки и выполнении передаточного отношения привода и диаметра ведущего колеса, обеспечивающими шаг велосипеда более 9,8 м.

Сущность изобретения состоит в том, что велосипед "Макси" содержит управляемое переднее колесо диаметром, меньшим диаметра заднего ведущего колеса, обгонную муфту и одну по крайней мере ведомую звездочку, соединенную гибкой цепью с ведущей звездочкой педально-шатунного привода, механизм торможения и натяжения цепи, кареточно-седельный блок в подседельной трубе рамы, снабженный раздельными средствами фиксирования его от проворачивания вокруг оси и в требуемом положении в подседельной трубе. Каждый шатун привода выполнен из жестко укрепленного одним концом на оси привода основания и удлинителя с педалью, установленного на основании с возможностью перемещения по нему и фиксирования на основании в требуемом положении, при этом передаточное отношение привода и диаметр ведущего колеса выполнены такими, что обеспечивают шаг велосипеда более 9,8 м.

Велосипед "Макси" может иметь подседельную трубу и расположенные внутри последней направляющую кареточного узла, стойку седла с расположением большей оси овала поперечного сечения их в плоскости симметрии велосипеда. Направляющая и стойка соединены между собой тросом, на оси седла установлена шарнирная распорка, нижний конец которой контактирует с зубчатым участком горизонтальной трубы рамы, а каждое основание шатуна снабжено продольным отверстием в выступах на концах его для стержня удлинителя, сопряженного с продольным пазом, для перемещения удлинителя из одного положения в другое, и поперечным пазом для фиксирования выступа удлинителя в одном из этих положений, при этом ведущая звездочка привода выполнена с числом зубьев, например, Z= 8,4, ведомая с числом зубьев Z=15, а ведущее колесо диаметром 10 мм (фиг. 1-3, 6-8).

Шарнирная распорка на оси седла может быть выполнена упругой и подпружиненной к стойке седла (не показано на чертеже).

С корпусом кареточного узла может быть соединен жесткий элемент (труба, стержень), свободно перемещающийся по подседельной трубе, на верхнем конце его установлено седло, а передний сектор этого конца снабжен зубцами, с зубчатым участком взаимодействует конец подпружиненного рычага-защелки, укрепленной на горизонтальной трубе, а на нижнем конце трубы жестко закреплен корпус кареточного узла и выполнено отверстие для фиксирующего винта, концы которого размещены в продольных диаметрально расположенных пазах подседельной трубы с возможностью свободного перемещения по пазам, каждый шатун состоит из основания с выступами и пазами в них и перемещающегося по продольным отверстиям выступов стержневого удлинителя с фиксирующим выступом на конце его, ведущая звездочка имеет, например, Z=99, ведомая Z=15 и ведущее колесо диаметр 710 мм (фиг.4-8).

Фиксирующий винт может быть закреплен на нижнем конец подседельной трубы жестко и в продольном пазу направляющей кареточного узла с возможностью свободного перемещения последней посредством управляющего троса, проходящего через продольный паз в стойке седла и подседельной трубе. Трос соединен верхним концом с храповым колесом, снабженным приводным рычагом и подпружиненным рычагом-защелкой, кронштейн которого закреплен, например, хомутом на подседельной трубе, при этом седло установлено в трубе с возможностью фиксации в определенном положении известным образом, каждое основание шатуна снабжено продольным пазом на конце с подпружиненной защелкой в этом пазу, соответственно выступу которой на концах каждого удлинителя с коробчатым поперечным сечением, перемещающегося по основанию, выполнены соответствующие отверстия. Ведущая звездочка привода выполнена, например, с числом зубьев Z= 99, ведомая с числом зубьев Z=13, а ведущее колесо диаметром более 710 мм (фиг.9-11).

Велосипед "Макси" может иметь переднюю подседельную трубу и жесткий элемент в подседельной трубе из синтетического (композитного) материала с металлическими наконечниками или втулками (не показаны).

На фиг.1 изображен велосипед с овальными трубой, стойкой и направляющей блока, вид сбоку; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 велосипед с кареточно-седельным блоком в круглой подседельной трубе, вид сбоку; на фиг.5 труба велосипеда, продольный разрез; на фиг. 6 шатун со стержневым удлинителем; на фиг.7 вид В на фиг.6; на фиг.8 сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.9 подседельная труба велосипеда с кареточно-тросо-храповым блоком, продольный разрез; на фиг.10 разрез Д-Д на фиг.9; на фиг.11 сечение Е-Е на фиг.10.

Велосипед "Макси" состоит из рамы 1 (фиг.1) с передним колесом 2, рулем 3 и задним колесом 4. Подседельная труба 5 (фиг.2 и 3) имеет на верхнем конце седло 6 со стойкой 6 направляющую кареточного узла 7. Гибкая цепь 8 соединяет ведущую звездочку 9 привода с ведомой колеса 4 с обгонной муфтой (не показаны) и механизмом натяжения 4 цепи. На оси седла 6 установлена шарнирная распорка 10, конец которой контактирует с зубчатым участком 11 горизонтальной трубы рамы. Стойка 6 соединена с направляющей 7 (фиг.2) тросом 12, стойка и направляющая имеют возможность фиксированного перемещения по трубе 5. Обгонная муфта, механизм натяжения цепи 4 и цепь 8 имеют известную конструкцию, как и ведущая с ведомой звездочки: число зубьев ведущей звездочки, например, равно Z=8,4, ведомой Z=13 (15), диаметр ведущего колеса 4 аналогичен диаметру серийных спортивных (дорожных) конструкций или несколько более их (например, около 710-750 мм). Диаметр переднего колеса в два или более раза меньше диаметра ведущего колеса, например, равен диаметру серийно выпускаемых промышленностью колес складных велосипедов или менее их, что позволит сохранить неизменной базу велосипеда (например, 1060 мм) или даже несколько уменьшить ее. Каждый шатун привода выполнен из удлинителя 13, установленного в продольных отверстиях выступов основания 14 с возможностью свободного перемещения по ним. Удлинитель 13 снабжен педалью 15 (фиг.4,5 и 2) на свободном его конце, например, с туклипсом. Велосипед на фиг.4 отличается наличием жесткого элемента в подседельной трубе 5 круглого поперечного сечения, свободно перемещающегося в трубе 5 и снабженного винтом 18 на нижнем его конце, для концов которого на трубе 5 выполнены пазы 17. Кроме того, нижний конец элемента 20 (например, трубы) жестко соединен с направляющей 19, а на верхнем его конце под седлом 6 выполнен зубчатый участок 21, с которым контактирует конец подпружиненного рычага 22, крепежная часть (хомут) которого закреплен на горизонтальной трубе рамы. Рычаг 22 фиксирует корпус кареточного узла 23 в требуемом по высоте положении.

Конец каждого шатунного основания 14 привода этого велосипеда закреплен на оси известным образом, например с помощью серийных клинков; на концах основания выполнены выступы 24 (фиг.6-8) с продольными отверстиями для удлинителя 13, а с каждым из отверстий сопряжен продольный паз 25 для фиксирующего выступа 13 выполненного на конце удлинителя 13, и сопряженный с продольным пазом 25 поперечный паз 14 для фиксации удлинителя в рабочих положениях (максимальной или минимальной длины шатуна).

Подседельная труба 5 велосипеда "Макси", изображенного на фиг.9, снабжена продольным пазом 27 для фиксирующего от проворачивания направляющей кареточного узла винта 28, закрепленного неподвижно на нижнем конце трубы 5, продольным пазом 26 в стойке седла и на верхнем конце трубы 5 для управляющего троса 12, верхний конец которого закреплен на храповом колесе 29 с рычагом 30, установленным на кронштейне 31, снабженном подпружиненным рычагом 32, конец которого контактирует с зубцами колеса 29 (защелкой).

Привод этого вследствие содержит шатуны с основанием 33 и удлинитель 34. На конце основания 33 выполнен продольный паз с подпружиненным выступом 35 в нем (фиг.9-11), а на концах удлинителя для этого выступа выполнены отверстия 36 и 37. Ведущая звездочка привода выполнена с числом зубьев Z=99, ведомая с числом зубьев Z=13, а ведущее колесо имеет диаметр шины, например, 750 мм.

Работает предлагаемый велосипед следующим образом.

В движении по равнинному участку дороги велосипед приводится вращением шатунов (известное педалирование) при нижнем расположении кареточно-седельного блока и шатуны имеют минимальную длину, т.е. фиксирующий выступ 13 расположен в приосевом пазу 14 основания 14 (фиг.6, паз l). Длина всего шатуна при этом 200-220 мм и траектория движения педалей в таком положении шатунов и блока осуществляется по окружности, изображенной на фиг.1 штрих-пунктирной линией малого диаметра. Седло 6 выставлено на стойке 6 известным образом в положение, соответствующее антропометрическим данным велосипедиста. Вес его и усилия, прилагаемые к педалям шатунов, воспринимает торец подседельной трубы от элементов седла 6, например от фланцев оси седла, а от проворачивания направляющей 7 и стойки седла 6 вокруг оси предохраняет форма овал. Так как шатуны имеют большую длину, чем шатуны серийных конструкций, то даже при большем передаточном отношении педалирование будет более легким, чем на известных велосипедах, или сохранится таким же, но при гораздо более высокой скорости движения. Оптимальное сочетание параметров привода, скорости движения и необходимых для этого усилий велосипедиста будет определено в результате испытаний. При приближении к подъему велосипедист, не снижая скорости и не прекращая движения, опирается одной ногой на нижнюю трубу рамы 1, "снимает" вес тела с седла 6 и перемещая одной рукой конец распорки 10 к стойке 6 поднимает кареточно-седельный блок в крайне верхнее положение, а упор конца распорки 10 в один из зубьев участка 11 зафиксирует седло 6 в верхнем положении с помощью троса 12 также и кареточный узел со звездочкой 9 и шатунами 13-14 (изображено штриховыми линиями). Затем велосипедист садится на седло 6 и, развернув на угол α удлинитель 13 (фиг.8), находящийся для этого в верхней вертикальной точке траектории движения и в вертикальном положении, посредством разворота ноги в туклипсе совмещает выступ 13 с продольным пазом 25 основания и передвигает удлинитель за педаль ногой вверх по отверстиям до входа выступа 13 в отверстие и паз К концевых выступов основания до совмещения его с поперечным пазом 14 этого выступа. После этого разворотом ноги на педали на угол α в обратном направлении фиксирует новую, максимальную, длину шатуна, так как при этом фиксирующий выступ 25 входит в поперечный паз 14 и, упираясь своей боковой стороной в стенку паза, фиксирует удлинитель и ось педали в рабочем положении, а упор его торца в стенки выступов обеспечивают фиксацию длины шатуна.

Затем проворачивает звездочку 9 и шатуны привода на 180^о для размещения второго шатуна в вертикальном верхнем положении и в соответствии с вышеописанным приемом выполняет операцию удлинения второго шатуна. Педалирует после перевода блока и шатунов в новое положение известным образом, только педали при этом движутся по траектории, изображенной на фиг.1 штрихпунктирной линией большого диаметра, а так как крутящий момент на оси привода увеличивается после этого почти вдвое, преодоление подъема теперь возможно с той же скоростью, что и на горизонтальном участке дороги; длина шатунов в этом положении может быть в пределах 340-360 мм у оптимального варианта велосипеда "Макси" или 280-300 мм в других вариантах, а передаточное отношение может оставаться неизменным или для нетренированного велосипедиста для облегчения педалирования дополнительно на подъеме будет достаточно одной дополнительной звездочки к основной, например две звездочки с числом зубьев (Z=13 и 15-16).

Переключение на первоначальный основной режим педалирования с переходом с подъема на равнинный участок дороги или под уклон велосипедист производит в обратной последовательности также в движении: сначала он укорачивает длину шатунов в обратной удлинению последовательности, переставляя выступ 13 из паза k в паз 14 основания, затем, "разгрузив" седло от веса тела упором ноги на нижнюю трубу рамы и слегка подняв рукой седло, выводит конец распорки 10 из упора в зуб участка 11 у стойки и смещает его за пределы или на периферию этого участка, после чего блок под собственным весом опускается на трубе 5.

Аналогичным образом производят регулировку крутящего момента на велосипеде "Макси", изображенном на фиг.4 и 5. Для увеличения крутящего момента привода велосипеда "Макси", изображенного на фиг.9-11, нет необходимости "разгружать" седло от веса тела: достаточно, поджимая ноги, развернуть за рычаг 30 храповое колесо 29 на угол 180^о в положение, изображенное штриховыми линиями на фиг.9. Трос 12, наматываясь при этом на храповое колесо, переместит направляющую 19 вверх на величину паза 27, а рычаг защелки 32 зафиксирует ее в этом положении; болт 28 фиксирует кареточный узел с шатунами от проворачивания. Затем, поочередно устанавливая шатуны в верхнее положение на оси привода и отжав защелку 35 в отверстии 36, сдвигают удлинитель 34 по основанию 33 до совмещения выступа 35 с отверстием 37; выступ 35 под действием упругой пластины входит в отверстие 37 и фиксирует новую длину шатуна. Для установки первоначальной длины шатуна отжимают подпружиненный рычаг 32 от храпового колеса 29 и кареточный узел под собственным весом опускается в нижнее положение, после чего, отжимая выступ 35 в отверстия 37, поочередно опускают удлинитель до совпадения выступа 35 с отверстием 36 и продолжают движение по равнинной дороге или под уклон.

Оптимальным вариантом выполнения велосипеда "Макси" является вариант с кареточно-тросо-храповым блоком, так как в этом случае достигается максимальное увеличение крутящего момента за счет возможности максимального удлинения шатуна до 360 мм; другие варианты с жестким или гибким элементом обеспечивают возможность удлинения до 280-300 мм. Возможно и в этих конструкциях получить удлинение шатунов до 340-360 мм и даже более, однако при этом велосипедисту придется брать подъемы не в седле, а стоя на педалях. Однако эти усилия на серийных конструкциях мало эффективны и сильно утомляют вследствие длительности такого педалирования, связанной с малой скоростью движения на подъемах из-за малого крутящего момента, даже в случае переключения на меньшее передаточное отношение. В предлагаемых конструкциях скорость будет в 2-3 раза выше и утомляемость соответственно будет ниже. Не утомительным этот режим движения на велосипеде "Макси" будет еще и потому, что педалирование в этом случае можно обеспечить конструктивно с такими же усилиями, как и при движении на серийных велосипедах по равнине.

Эквивалентными вариантами велосипеда "Макси" может быть выполнение его как комбинации описанных вариантов, кроме того, он может иметь колеса одинакового диаметра (но, вероятно, в этом случае придется увеличить базу велосипеда, что нежелательно); со складной рамой или с блоком шестерен (звездочек) на втулке ведущего колеса и с механизмом переключения скоростей, может иметь также и дополнительные ведущие звездочки, дисковые колеса.

Кареточно-тросо-седельный (храповый) механизм может быть применен в конструкциях трехколесных велосипедов, особенно грузопассажирского назначения, а также в конструкциях велосипедов с балочной конструкцией рамы из синтетического (композитного) материала; возможно изготовление и использование велосипеда с жестким закреплением "высокорасположенного" кареточного узла в конструкциях некоторых веломобилей, мопедов и т.п.

Продольный паз для троса может быть выполнен только в стойке седла, конец управляющего троса выведен из стойки через верхнее его отверстие, а храповое колесо может быть установлено на стойке или оси седла. Шатуны могут быть выполнены с возможностью фиксации любой их длины.

Для уменьшения массы велосипеда "Макси" его передние подседельные трубы могут быть снабжены продольными выфрезеровками срединной их части и обтекателями для улучшения аэродинамики этих элементов конструкции.

Технико-экономическая эффективность данного решения состоит в облегчении педалирования при движении с повышенной скоростью на равнинных участках дороги с сохранением этой скорости на подъемах.

Использование: изобретение относится к конструкции биотранспортных средств велосипедов спортивного, туристского и дорожного типа с педально-шатунным вращающимся приводом. Сущность изобретения: велосипед содержит переднее управляемое колесо меньшего диаметра, чем заднее ведущее колесо с ведомой звездочкой, обгонную муфту, механизмы торможения и натяжения цепи, кареточно-седельный блок, установленный в подседельной трубе с возможностью свободного перемещения по ней, и раздельные средства фиксирования от проворачивания в трубе и в требуемом соответствующем профилю дороги положении. Каждый шатун выполнен из основания со средством фиксации перемещающегося по нему удлинителя при минимальной длине шатуна 220-200 мм и максимальной 340-360 мм. Ведущая звездочка имеет число зубьев более 70, ведомая не более 15, а диаметр ведущего колеса - не менее 710 мм, диаметр управляемого колеса менее 350 мм. Стойка седла, направляющая кареточного узла соединены между собой гибким или жестким элементом, имеющим возможность свободного перемещения по подседельной трубе с овальным поперечным сечением. Изобретение может быть использовано в производстве двух-, трехколесных велосипедов, веломобилей и мопедов. 5 з. п. ф-лы, 11 ил.

1. Велосипед, содержащий раму, ведущее заднее колесо с обгонной муфтой и по крайней мере одной ведомой звездочкой, кареточно-седельный блок, связанный с подседельной трубой рамы, стойкой седла и направляющей кареточного узла с возможностью вертикального перемещения, средства фиксирования кареточно-седельного блока, педально-шатунный привод, связанный ведущей звездочкой через гибкую цепь с ведомой звездочкой, руль, соединенный с вилкой переднего колеса диаметром меньше заднего колеса, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных свойств велосипеда путем облегчения педалирования с одновременным увеличением скоростных свойств и расширением пределов регулировки крутящего момента на оси привода соответственно профилю дороги без прекращения движения, диапазон перемещения направляющей кареточно-седельного блока соответствует диапазону удлинения каждого шатуна, кареточно-седельный блок выполнен с раздельными средствами фиксирования от проворачивания и в требуемом по высоте положении, каждый шатун привода выполнен из жестко укрепленного одним концом на оси привода основания шатуна и укрепленного на основании с возможностью перемещения и фиксирования по крайней мере в двух крайних положениях удлинителя с педалью на свободном конце, при этом передаточное отношение привода и диаметр ведущего колеса выполнены такими, что обеспечивают шаг велосипеда более 9,8 м. 2. Велосипед по п. 1, отличающийся тем, что подседельная труба рамы и расположенная в ней направляющая кареточного узла со стойкой седла выполнены овальными, например большой осью овала в плоскости симметрии велосипеда, направляющая и стойка соединены между собой тросом (гибкой связью), на оси седла установлена шарнирная распорка, нижний конец которой выполнен с зубчатым участком горизонтальной трубы рамы, каждое основание шатуна выполнено с отверстиями в выступах на его концах под стержень удлинителя, а также с продольным и сопряженным с ним поперечным пазами для размещения и фиксации удлинителя в одном из положений, при этом ведущая звездочка привода выполнена с числом зубьев Z 84, ведомая с числом зубьев Z 13 (15), а ведущее колесо диаметром 710 мм. 3. Велосипед по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что распорка на оси седла выполнена упругой и подпружиненной к стойке. 4. Велосипед по п. 1, отличающийся тем, что направляющая кареточного узла и стойка седла соединены между собой жестким элементом (трубой, стержнем) круглого сечения, на нижнем конце подседельной трубы выполнен продольный паз для концов фиксирующего винта, жестко закрепленного в направляющей кареточного узла или в соединяющем узел и седло элементе с возможностью фиксированного перемещения по пазу, передний сектор верхнего конца элемента выполнен с зубчатым участком, контактирующим с концом подпружиненного рычага-защелки, установленного на горизонтальной трубе рамы, каждый шатун включает в себя основание, выполненное с концевыми выступами и продольным и поперечным пазами в средней части, перемещающийся по осевым отверстиям выступов и продольному пазу стержневой удлинитель, выполненный с концевым фиксирующим выступом для взаимодействия с поперечным пазом, при этом ведущая звездочка привода выполнена с числом зубьев Z 99, ведомая Z 13, а диаметр ведущего колеса 710 мм. 5. Велосипед по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен храповым колесом с приводным колесом, установленным на кронштейне, закрепленным на подседельной трубе, подружиненным рычагом-защелкой, закрепленным на данном кронштейне управляющим тросом, одним концом связанным с храповым колесом, при этом направляющая кареточного узла выполнена с продольным пазом, в котором размещен с возможностью свободного перемещения по пазу фиксирующий винт, жестко закрепленный на нижнем конце подседельной трубы, направляющая соединена с вторым концом управляющего троса, проходящего через выполненный совместным паз стойки седла и подседельной трубы, причем каждый шатун выполнен с продольным пазом и снабжен защелкой, установленной на конце данного паза и изготовленной с выступом, на концах удлинителя коробчатого поперечного сечения выполнены под выступ защелки соответствующие отверстия, при этом ведущая звездочка привода выполнена с числом зубьев Z 99, ведомая ∈Z не более 15, а ведущее колесо диаметром более 710 мм. 6. Велосипед по п. 1, отличающийся тем, что передняя подседельная труба рамы и жесткий элемент кареточно-седельного блока выполнены из синтетического (композитного) материала с металлическими вставками (наконечниками) на их концах.