ГОНОЧНЫЙ ВЕЛОСИПЕД СИСТЕМЫ "ЛИЗА" Российский патент 1996 года по МПК B62K3/00 

Изобретение относится к велосипедам, применяемым для гонок на время в горных условиях.

Известен гоночный велосипед, содержащий раму с двумя колесами, ведущую звездочку, бесконечную цепь и блок ведомых звездочек, а также механизм перевода цепи велосипеда [1]
У известного гоночного велосипеда переключение передач осуществляется вручную. При переключении нарушается согласованность работы мышц, происходит сдвиг их работы по фазе. Надежность снижается при вводе звеньев цепи в зацепление с зубьями звездочки трещетки. При приложении усилия на педали в полную меру в момент переключения передачи возможно соскакивание цепи.

Имеется ряд конструктивных решений переключателя скоростей, исключающих соскакивание цепи, то есть, более надежных, содержащих планетарный редуктор, в оси которого встроен толкатель, взаимодействующий через рычаг и гибкую связь с ручным приводом переключения [2]
Недостатком известных аналогов является трудность уловить оптимальный момент для переключения при быстро меняющейся обстановке, необходимость постоянно следить за правильностью выбранной передачи. Трудно одновременно переключать руками передачу и, не сбиваясь с темпа, крутить педалями.

Известна автоматическая планетарная передача для велосипеда, содержащая заднюю ось, шестерню, два шатуна на зубчатках и вал [3]
Недостатком ее является необходимость менять направление вращения шатунов, следовательно, нарушается привычная и согласованная работа мышц. Сдвиг работы мышц в противофазу равнозначно сбою биодвигателя.

Также известна двухступенчатая передача для велосипеда, содержащая звездочки, охватывающую цепь, механизм переключения, размещенный на оси заднего колеса и управляющие элементы в виде втулок с фигурными поверхностями [4]
Недостатком известной передачи является необходимость вращать педали назад при каждом из переключений. Сбивается ритм движения, так как в этот момент мышечная энергия расходуется не на преодоление дистанции, что отрицательно сказывается на результатах звезда.

Известен цепной привод, позволяющий автоматически менять передаточное отношение в зависимости от нагрузки, содержащий упругие элементы, зацепы, бесконечную цепь и систему натяжения цепи [5]
Недостатком известного устройства является резкость работы, движение сопровождается сильными толчками, которые происходят вследствие схода звена цепи свободной ветви с зацепа на сдеформированном упругом элементе. Каждое изменение передаточного отношения также сопровождается толчком. Плавное изменение диаметра вращения зацепов невозможно, а расстояние между зацепами, находящимися в соединении, изменяться не может, так как цепь практически не растягивается и дискретно.

Наиболее близким является гоночный велосипед, содержащий установленную в его осях систему с внутренней и внешней парами зубчатого зацепления с приводом от ведущего элемента [6]
Недостатком его является необходимость в постоянной слежке за правильностью выбранной передачи, трудно уловить оптимальный момент для переключения, которое производится ручным приводом, трудно одновременно переключать руками передачу и, не сбиваясь с темпа движения, крутить педалями. Многократное переключение передач при быстро меняющейся ситуации и рельефе трассы утомляет. Отвлечение рук на переключение передач отрицательно сказывается на равновесии гонщика.

Цель обеспечение комфортных условий путем мгновенного многократного прямого и обратного автоматического многоступенчатого переключения скорости в зависимости от условий на трассе заезда без вмешательства велосипедиста, при сохранении высокой надежности и безопасности, а также обеспечение простой, плавной и точной установки нагрузки, при которой производится автоматическое переключение на каждую из передач по желанию велосипедиста.

Описанный гоночный велосипед снабжен установленными в осях подпружиненными поводками и зубчатыми муфтами, последние выполнены косозубыми, установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с подпружиненными поводками, при этом каждый ведущий элемент выполнен косозубым с возможностью взаимодействия с соответствующей зубчатой муфтой для обеспечения опережающего зацепления с ведомым элементом.

На фиг.1 представлен общий вид велосипеда; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1.

Гоночный велосипед содержит раму (см. фиг.1), которая является элементом внешней пары зацепления 1 в ступице (см. фиг.3). Шатунная ось, которая подвижно размещена в ступице, является ведущим кулачковым элементом 2, содержит приводные шатуны и подвижно установленную ведущую звездочку 3. Ведущая звездочка 3 связана бесконечной цепью 4 с ведомой звездочкой 5. Ведомая звездочка 5 является приводом заднего колеса, т.е. другого элемента внешней пары зацепления (см. фиг.2). На ведущем кулачковом элементе 2 подвижно установлено солнечное колесо элемент внутренней пары зацепления 7, с которым имеет косозубое кулачковое соединение. В ведущем кулачковом элементе 2 размещен поводок 8 с пружиной 9 и винтом регулировки 10. Поводок 8 упирается в элемент внутренней пары зацепления 7 и поводок 11 привода подвижного эпицикла. Подвижный эпицикл является вторым элементом внешней пары зацепления с элементом внешней пары зацепления 1 в зоне ступицы. Элемент внешней пары зацепления 12 имеет две степени свободы и возможность периодического зацепления с зубчатой муфтой 13. Зубчатая муфта 13 подпружинена пружиной 14 и сцеплена косыми зубьями с зубчатой муфтой 15. Зубчатая муфта 15 установлена подвижно в шлицах элемента внешней пары зацепления 1, ограничена в перемещении крышкой 16 и подпружинена через поводок 17, который выполнен составным. Поводок 17 постоянно сцеплен с элементом внутренней пары зацепления 7 и выполнен с возможностью периодического сцепления с другим элементом внутренней пары зацепления 18, на котором установлена ведущая звездочка 3. Ведомая звездочка 5 соединена с ведущим кулачковым элементом 1 посредством обгонной муфты. Ведущий кулачковый элемент 19 соединен с элементом внешней пары зацепления 20 косозубыми кулачками. Элемент внешней пары зацепления 20 содержит сателлиты, подпружинен пружиной 21 и выполнен с возможностью периодического зацепления с зубчатой муфтой 22, которая, в свою очередь, подпружинена пружиной 23. Пружина 21 установлена в поводке 24 и поджимается винтом регулировки 25. Зубчатая муфта 22 соединена косыми зубьями с зубчатой муфтой 26. Зубчатая муфта 26 установлена в шлицах элемента внешней пары зацепления, ограничена в перемещении крышкой 27 и подпружинена через поводок 28. Поводок 28 выполнен составным и подвижно соединен с элементом внутренней пары зацепления 29. Элемент внутренней пары зацепления 29 выполнен с возможностью периодического зацепления с зубчатым торцом второго элемента внутренней пары зацепления 30.

Гоночный велосипед системы "Лиза" обеспечивает трехступенчатое автоматическое переключение в зависимости от условий на трассе заезда без какого-либо вмешательства со стороны велосипедиста следующим образом. Исходное положение элементов конструкции представлено на фиг.1, 2 и 3. В момент старта гонщик прикладывает к приводным шатунам максимальное усилие, например, равное собственному весу. В косозубом соединении ведущего кулачкового элемента 2 с элементом внутренней пары зацепления 7 возникает осевая нагрузка, которая воспринимается пружиной 9 через поводок 8. Пружина 14 сжимается, а поводок 11 смещает элемент внешней пары зацепления 12 в сторону зубчатой муфты 13 и сцепляет последние. Зубчатая муфта 13, ранее удерживаемая от проворота в крайнем положении пружиной 14, начинает поворачиваться вокруг и сдвигает зубчатую муфту 15 вдоль шлицев элемента внешней пары зацепления 1. Одновременно сдвигается поводок 17 и расцепляет элемент внутренней пары зацепления 18 от второго элемента внутренней пары зацепления 7. К моменту расцепления элемента внутренней пары зацепления 18 торец зубчатой муфты 15 упрется в крышку 16 и вращение элемента внешней пары зацепления 12 прекратится. С этого момента угловая скорость внутренней пары зацепления 7 в два раза превысит угловую скорость элемента внутренней пары зацепления 18, который непосредственно связан с ведущей звездочкой 3. Момент, передаваемый ведущей звездочке 3, в 2 раза превосходит момент, подводимый к приводным шатунам. В каретке велосипеда произошло автоматическое переключение. Далее, увеличенное усилие от ведущей звездочки 3 через бесконечную цепь 4, ведомую звездочку 5 и ведущей кулачковый элемент 13 передается элементу внешней пары зацепления 20. В косозубом соединении ведущего кулачкового элемента 19 с элементом внешней пары зацепления 20 возникает осевая нагрузка, которая передается через поводок 24 и сжимает пружину 21. Элемент внешней пары зацепления 20 смещается в сторону зубчатой муфты 22 с которой сцепляется. Зубчатая муфта 22, находившаяся под действием пружины 23 в крайнем развернутом положении, поворачиваетcя вокруг оси. При этом зубчатая муфта 26, соединенная с зубчатой муфтой 22 косыми зубьями, а с элементом внешней пары зацепления с 6 шлицами, сдвигает подпружиненный поводок 28 и расцепляет элемент внутренней пары зацепления 29 от второго элемента внутренней пары зацепления 30. К моменту расцепления последних торец зубчатой муфты 26 упрется в крышку 27. Результатом последнего будет совместное вращение элемента внешней пары зацепления 20 с элементом внешней пары зацепления 6, то есть, задним колесом. Автоматическое переключение на пониженную передачу завершено. Угловые скорости ведомой звездочки 5 и колеса равны между собой. К заднему колесу подводится максимальный момент вращения. Такое автоматическое переключение позволяет гонщику очень быстро и набрать скорость и за кратчайшее время пройти стартовый отрезок. С увеличением частоты педалирования усилие, прикладываемое к приводным шатунам, начинает снижаться. Снижение усилия объясняется биологическими возможностями гонщика. Чем выше частота педалирования, тем меньше усилие, прикладываемое к шатунам. Любое снижение усилия мгновенно отражается в косозубом зацеплении ведущего кулачкового элемента 19 с элементом внешней пары зацепления 20. Уменьшилась осевая нагрузка в зацеплении и пружина 21 возвращает элемент внешней пары зацепления 20 в исходное положение (фиг.2), то есть, расцепляет с зубчатой муфтой 22. Пружина 23 разворачивает зубчатую муфту 22 в исходное положение, при этом зубчатая муфта 26 под действием подпружиненного поводка 28 также возвращается в исходное положение. Подпружиненный поводок 28 смещает элемент внутренней пары зацепления 29 до соединения с зубчатым торцом элемента внутренней пары зацепления 30. Этим действием завершилось автоматическое переключение передачи на нормальный режим работы. Угловая скорость колеса в два раза превышает угловую скорость ведомой звездочки 5. При последующем разгоне и незначительном положении усилия педалирования, которое сопровождается увеличением частоты педалирования происходит мгновенное автоматическое переключение на повышенную передачу. Понижение усилия педалирования мгновенно отражается на снижении осевой нагрузки в косозубом соединении ведущего кулачкового элемента 2 с элементом внутренней пары зацепления 7. Пружина 9 посредством поводка 11 возвращает элемент внешней пары зацепления 12 в исходное положение, при котором зубчатая муфта 13 расцеплена (см. фиг.3). Зубчатая муфта 13 под действием пружины разворачивается в исходное положение вокруг оси. Соединенная с зубчатой муфтой 13 зубчатая муфта 15 под действием подпружиненного поводка 17 также встает в исходное положение. Поводок 17 сдвинулся и сцепил элемент внутренней пары зацепления 18 со вторым элементом внутренней пары зацепления 7. С этого момента угловая скорость элемента внутренней пары зацепления 7 и второго элемента внутренней пары зацепления 18 равны между собой. Также равны угловые скорости приводных шатунов и ведущей звездочки 3. Таким образом, произошло обратное автоматическое переключение, которое обеспечивает четырехкратное увеличение скорости без изменения частоты педалирования велосипедиста. В случае изменения рельефа трассы, например, при подъеме, что сопровождается увеличением прикладываемого усилия, мгновенно происходит автоматическое переключение передачи. При незначительном подъеме переключение произойдет в каретке, или в заднем колесе. При большей крутизне подъема произойдет переключение и в каретке и в заднем колесе. К заднему колесу подводится увеличенный момент вращения и гонщик, не снижая частоты педалирования, легко и быстро этот подъем преодолевает. Сила сжатия пружин 9 и 21 регулируется винтами 10 и 25 по желанию гонщика, например, при подготовке к заезду. Винты регулировки 10 и 25 определяют усилие, при котором происходит каждое последующее переключение, а также задают очередность переключений между кареткой и задним колесом по желанию гонщика.

Гоночный велосипед позволяет наилучшим образом реализовать энергетику гонщика, так как мгновенно реагирует на изменение режима и при этом освобождает велосипедиста от забот о переключении передач. Переключение передач происходит автоматически при каждом изменении ситуации и рельефа трассы. Винты установки позволяют предварительно настроить гоночный велосипед индивидуально, под конкретного гонщика, его весовым параметрам, и плавно изменять величину нагрузки, при приложении которой происходит следующее автоматическое переключение. Винты позволяют изменять очередность переключения между механизмами колеса и каретки.

Представленный гоночный велосипед позволяет спортсмену вращать педали в идеальном, привычном для себя темпе. При этом отпадает забота о переключении передач. Однако к заднему колесу подводится, например, при старте или подъеме трассы больший момент вращения и наоборот, при спуске и при равной трассе колесо вращается намного быстрее. Такое сочетание позволяет исключительно рационально и с максимальной отдачей реализовать биоэнергетику гонщика. Прямое и обратное переключение каждой из ступеней происходит мгновенно, без толчков, автоматически, то есть без какого-либо вмешательства со стороны велосипедиста, создавая последнему комфортные условия. Переключение передач не вносит отрицательного влияния на равновесие велосипедиста, а также на момент переключения не требуется задержка педалирования, что гарантирует безопасность и надежность. Конструкция позволяет предварительно настроить гоночный велосипед на усилие переключения индивидуально, исходя из желания самого гонщика. По предварительным расчетам внедрение гоночного велосипеда системы "ЛИЗА" только на предприятиях бывшего Союза ССР принесет колоссальный доход.

Использование: в велосипедах, применяемых для гонок на время и в горных условиях. Гоночный велосипед обеспечивает многоступенчатое автоматическое переключение скоростей без перебрасывания цепи и без какого-либо вмешательства со стороны велосипедиста. Сущность изобретения: гоночный велосипед содержит установленную в его осях систему с внутренней и внешней парами зубчатого зацепления с приводом от ведущего элемента. Велосипед снабжен установленными в осях подпружиненными поводками 8 и 11 и зубчатыми муфтами 13 и 15, которые выполнены косозубыми, установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с подпружиненными поводками. Каждый ведущий элемент выполнен косозубым с возможностью взаимодействия с соответствующей зубчатой муфтой для обеспечения опережающего зацепления с ведомым элементом. Переключение скоростей происходит при изменении условий на трассе быстро, без толчков. Изобретение обеспечивает предварительную установку усилия переключения индивидуально. 3 ил.

Гоночный велосипед, содержащий установленную в его осях систему с внутренней и внешней парами зубчатого зацепления с приводом от ведущего элемента, отличающийся тем, что он снабжен установленными в осях подпружиненными поводками и зубчатыми муфтами, последние выполнены косозубыми, установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с подпружиненными поводками, при этом каждый ведущий элемент выполнен косозубым с возможностью взаимодействия с соответствующей зубчатой муфтой для обеспечения опережающего зацепления с ведомым элементом.