ВЕЛОСИПЕД Российский патент 1996 года по МПК B62M1/04 

Изобретение относится к транспортным средствам, приводимым в действие мускульной силой человека, и может быть использовано для его передвижения.

Известные конструкции велосипедов и транспортных средств, приводимых в действие мускульной силой человека (авт. св. СССР NN 1142352, кл. В 62 К 3.02, B 62 M 1/20; 1159826, кл. B 62 K 3/00, 19/48; 1049328, кл. B 62 K 3/00, B 62 M 1/00, 115959, кл. B 62 M 1/20 и др.) содержит раму и закрепленные на ней сиденье, руль, передние и задние вилки, ходовые колеса, передачи, педали, втулки, муфты и другие узлы и детали. Конструкции с таким перечнем изрядно весят и занимают много места.

Наиболее близким к изобретению является транспортное средство, приводимое в действие мускульной силой человека (авт. св. СССР N 1537599, кл. В 62 М 1/20), также содержащее раму (две платформы), ходовые колеса (связанные коленчатыми валами, имеющими кривошипы), педали с креплениями для ног, отличается тем, что валы трехколенные, а платформы одна внутри другой, причем внутренняя шарнирно связана со средними кривошипами коленчатых валов, а наружная с крайними и снабжена педалями. В этом транспортном средстве рама уже не только связывает и удерживает остальные детали, но и участвует в передаче мускульной силы от педалей к кривошипам, в создании движения. Это совмещение позволило упростить велосипед и создать "повышенную занимательность" передвижения на нем.

Задача предлагаемого изобретения создание простой, компактной и легкой конструкции велосипеда за счет совмещения функций разных деталей.

Так, например, у прототипа рама служит для расположения и удержания всех остальных деталей велосипеда. Одной из них является кривошип педального привода, который превращает шаговое движение ног ездока, прикладываемое к педалям, во вращательное движение ходовых колес. В аналогах в этом превращении участвуют также звенья передачи, вилки, муфты и другие детали.

В предлагаемом изобретении названные функции рамы и кривошипа совмещены в одной детали. Это достигается тем, что рама выполнена в виде кривошипа с двумя осями, на каждой из которых расположены ходовое колесо и педаль. Дополнительно каждое ходовое колесо может быть связано с рамой-кривошипом обгонной муфтой. Дополнительно велосипед может быть снабжен передачей, звенья которой расположены со свободным вращением на оси кривошипа и жестко связаны: ведущее с кривошипом, ведомое с муфтой. Это позволило исключить из конструкции велосипеда руль, раму, сиденье, вилки, что привело к уменьшению габаритов велосипеда до размеров шага ездока и к уменьшению веса велосипеда.

На фиг. 1 изображен велосипед, соответствующий первому пункту формулы изобретения; на фиг. 2 велосипед, соответствующий первому и второму пунктам формулы; на фиг. 3 велосипед, соответствующий первому, второму и третьему пунктам формулы; на фиг. 4 цикл положений педалей велосипеда по пп. 1 и 2 формулы изобретения; на фиг. 5 цикл положений педалей велосипеда по п. 3 формулы изобретения.

Велосипед (фиг. 1) представляет собой кривошип 1 в виде удлиненного до размеров шага кинематического звена, на концах которого закреплены оси 2. На каждой оси 2 установлены ходовое колесо 3 и педаль с захватом для ног 4.

Велосипед (фиг. 2) отличается от велосипеда (фиг. 1) наличием между осью 2 и ходовым колесом 3 обгонной муфты 5, жестко связанной с кривошипом 1.

Велосипед (фиг. 3) отличается от велосипеда (фиг. 2) наличием передачи, звенья которой расположены на оси кривошипа. В велосипеде могут быть использованы цепные, зубчатые и другого типа передачи.

На фиг. 4 и 5 показаны начало движения левой педали (I), среднее ее положение (II), конец движения левой педали (III), начало движения правой педали (IV), среднее ее положение (V) и конец движения правой педали (VI) до повторения цикла. Кроме того, на этих фигурах показаны варианты другого возможного исполнения велосипеда по пп. 1 3 формулы, которыми подчеркивается, что ось 2 в пп. 1 3 формулы это одна и та же деталь, на которой установлены педаль 4 и ходовое колесо 3. Только в п. 3 эта педаль дополнительно изогнута, что позволило разместить на ней звенья 6 и 7 передачи 8.

Все варианты велосипеда могут совершать два движения: катящее и шаговое.

На велосипеде (фиг. 1) катящее движение осуществляется ездоком, оттолкнувшись от дороги и расположив ноги ступнями на педалях с захватом для ног 4. При этом колеса 3, вращаясь вокруг осей 2, катятся по дороге, увлекая велосипед со скоростью катящего движения V_к.

При шаговом движении велосипеда (фиг. 1) нога ездока, находящаяся сзади (по направлению движения велосипеда), поднимается, а вместе с ней поднимаются педаль с захватом для ног 4, ось 2 и колесо 3, а также поворачивается кривошип 1 вокруг другой "неподвижной" оси 2'с колесом 3' до упора поднятым колесом 3 в дорогу впереди колеса 3'. При этом кривошип 1 совершает полоборота, а велосипед перемещается на шаг (расстояние между осями 2-2'). При следующем шаге поднимается другая нога совместно с колесом 3', поворачивается на полоборота кривошип 1. Так, поочередно поднимая ноги, совершают шаговое движение со скоростью
V_ш1 расстояние 2-2'/единица времени
Скорости катящего и шагового движений складываются, образуя общую скорость велосипеда (фиг. 1) V₁ V_к + V_ш1. При V_ш1 0 велосипед продолжает двигаться со скоростью V_к. При V_к 0 велосипед останавливается.

На велосипеде (фиг. 2) катящее движение аналогично катящему движению велосипеда (фиг. 1).

При шаговом движении велосипеда (фиг. 2) перемещения ног ездока и деталей велосипеда повторяют перемещения, описанные для шагового движения велосипеда (фиг. 1) только для случая, когда угловая скорость ω₁ поворота кривошипа 1 будет меньше угловой скорости ω₃ качения колес 3 ((ω₁<ω₃)), так как при этом обгонные муфты 5 отсоединяют кривошип 1 от ходовых колес 3. В случае равенства ω₁=ω₃ обгонные муфты соединяющие кривошип 1 с колесами 3 и усилием поднятой ноги при очередном повороте кривошипа эти угловые скорости увеличатся, что повлечет за собой увеличение общей скорости V₂ передвижения велосипеда (фиг. 2).

При этом увеличение общей скорости идет аналогично шаговому движению велосипеда (фиг. 1) за счет сложения скоростей V₂ V_к + V_ш2, но скорость V_ш2 будет больше скорости V_ш1, так как с каждым шагом велосипед (фиг. 2) преодолевает расстояние 2-2' и дополнительно расстояние, равное половине длины окружности обода ходового колеса 3
V_ш2 (расстояние 2-2' +πR₃)/единица времени,
где R₃ радиус ходового колеса 3.

Увеличение общей скорости V₂ прекращается при ω₁<ω₃; при ω₁ 0 шаговое движение переходит в катящее; при ω₃ 0 велосипед (фиг. 2) останавливается.

На велосипеде (фиг. 3) катящее движение аналогично катящему движению велосипеда (фиг. 1).

При шаговом движении велосипеда (фиг. 3) перемещения ног и деталей в основном повторяют перемещения, описанные для шагового движения велосипеда (фиг. 1). При этом ездок ногами поддерживает примерно вертикальным положение стоек осей 2, чтобы педали 4 и ходовые колеса 3 все время находились ниже их связи с кривошипом 1. Если это условие вызывает трудности, или при движении ездок теряет равновесие, то можно рекомендовать дополнить велосипед (фиг. 3) дополнительными связями 9 и колесами 10 (на фиг. 3 обозначены пунктиром).

При этом движении поворот кривошипа 1 вызывает поворот жестко связанных с ним ведущих звеньев 6, которые через передачу 8 поворачивают ведомые звенья 7. В случае, когда угловая скорость ω₇ ведомых звеньев 7 будет меньше угловой скорости ω₃ качения колес 3 ((ω₇<ω₃)), обгонные муфты отсоединяют ведомые звенья 7 от ходовых колес 3 и шаговое движение велосипеда (фиг. 3) будет аналогично шаговому движению велосипеда (фиг. 1). В случае равенства ω₇=ω₃ обгонные муфты 5 соединяют ведомые звенья 7 с колесами 3 и усилием поднятой ноги при повороте кривошипа 1 эти угловые скорости увеличатся, что повлечет за собой увеличение общей скорости велосипеда (фиг. 3), аналогичное шаговому движению велосипеда (фиг. 1), за счет сложения V₃ V_к + V_ш3. Но скорость V_ш3 будет больше скорости V_ш1 и даже больше скорости V_ш2, так как с каждым шагом велосипед (фиг. 3) преодолевает расстояние 2-2', расстояние πR₃ и расстояние, равное длине обода колеса 3, умноженной на передаточное отношение n передачи 8 V_ш3 (расстояние 2-2'+πR₃+2πR₃n) единица времени. Увеличение общей скорости V₃ прекращается при ω₇<ω₃.. При ω₇ 0 шаговое движение переходит в катящее. При При ω₃ 0 велосипед останавливается.

Изменение направления движения у всех рассмотренных вариантов велосипеда осуществляется при шаговом движении поворотом на необходимый угол поднятой ногой кривошипа 1 относительно находящегося на дороге колеса 3'.

Использование: транспортные средства, приводимые в действие мускульной силой человека для перемещения и спортивных занятий. Сущность изобретения: выполнение рамы 1 в виде кривошипа с двумя осями 2, с расположением на каждой из них ходового колеса 3 и педали с захватом для ног 4. Возможно соединение каждого ходового колеса 3 с рамой-кривошипом 1 обгонной муфтой 5, а также расположение каждой оси 2 в раме-кривошипе 1 со свободным вращением и установкой на оси 2 в этом месте ведущего звена 6 передачи 8, жестко связанного с рамой-кривошипом 1, а на других участках оси 2, расположенных за счет ее изгиба параллельно ей на межцентровом расстоянии передачи 8, - педали 4, а также ведомого звена 7 передачи 8 и ходового колеса 3, связанных обгонной муфтой 5. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Велосипед, содержащий кривошип с двумя осями, ходовые колеса и педали с креплениями для ног, отличающийся тем, что каждое ходовое колесо и педаль установлены на каждой оси кривошипа со свободным вращением по крайней мере в одном направлении. 2. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что каждое ходовое колесо связано с кривошипом посредством обгонной муфты. 3. Велосипед по п.2, отличающийся тем, что он снабжен передачей, звенья которой расположены со свободным вращением на оси кривошипа и жестко связаны ведущее с кривошипом, ведомое с муфтой.