ВЕЛОТРЕНАЖЕР Российский патент 2019 года по МПК A63B69/16 A63B21/00 

Изобретение относятся к тренажерам, обеспечивающим использование велосипедов в любое время года, в т.ч. и в помещениях, предназначено для совершенствования управления телом, обеспечения устойчивости велосипедиста и безопасности тренировочного процесса.

Из уровня техники известны роллерные велотренажеры: Tack Antares, Elite Arion, RooDol Pack Track. Эти велотренажеры содержат рамы различной конструкции, три ролика, передний ролик и средний ролики имеют кинетическую связь посредством гибкой ременной передачи, причем средний ролик является ведущим, передний ведомым. Диаметры шкивов гибкой передачи велотренажеров одинаковые.

Кинематическое соединение гибкой передачей среднего и переднего роликов позволяет передать вращение заднего колеса велосипеда через средний ролик к переднему. Передний ролик, соответственно, передает вращение переднему колесу велосипеда. При педалировании вращение переднего колеса позволяет велосипедисту поворотом руля в сторону наклона велосипеда производить перемещение переднего колеса вдоль переднего ролика в сторону наклона, уменьшать угол наклона велосипеда к вертикальной плоскости до нуля. Этим обеспечивается устойчивость велосипедиста на велотренажере.

Необходимо отметить, все тренажеры имеют один существенный недостаток. Педалирование на велотренажере сводится к вращению роликов тренажера, поступательное движение велосипедиста отсутствует. Соответственно, отсутствует и кинетическая энергия поступательного движения, которая помогает велосипедисту удерживать равновесие при реальном поступательном движении. Поэтому на велотренажере удержание равновесия при педалировании затруднено даже велосипедисту, имеющему достаточные навыки управления велосипедом. Удержанию равновесия помогает прецессия переднего колеса. При увеличении скорости вращения колесо приобретает кинетическую энергию вращения. При изменении положения оси вращения колеса к горизонтальной поверхности, вызванная наклоном велосипеда, велосипедист энергичным движением поворачивает переднее колесо в сторону наклона. В результате реакции силы прецессии на ось переднего колеса в направлении противоположном наклону колеса велосипед возвращается в вертикальное положение. Но на малых оборотах вращения колес велосипеда сила прецессии минимальна и удержание равновесия обеспечивается только за счет поперечного движения переднего колеса по всей длине переднего ролика.

Недостатком вышеуказанных тренажеров является то, что в них не используется возможность увеличения скорости вращения переднего колеса по отношению к заднему колесу за счет изменения передаточного числа кинематической связи: заднее колесо -средний ролик - передний ролик - переднее колесо.

Другим недостатком является то, что на данных велотренажерах переднее и заднее колеса находятся в жесткой кинематической связи. Поэтому отсутствует возможность квазидвижения накатом (сохранение устойчивости велосипедиста за счет вращения переднего колеса после остановки вращения заднего колеса велосипеда).

Наиболее близок к изобретению велотренажер (патент RU на изобретение №2687773), содержащий раму с подшипниковыми узлами крепления переднего ролика с маховиком, среднего и заднего роликов. Ведущий средний ролик имеет кинематическую связь с валом ведомого переднего ролика через гибкий приводной ремень и соответствующие шкивы вышеуказанных роликов. Ведомый ролик данного велотренажера, состоящий из маховика, жестко соединенного с беговой поверхности, подшипниковых узлов вращения на вале, обгонной муфты и шкива позволяет выполнить квазидвижение накатом (сохранять устойчивость велосипедиста за счет вращения переднего колеса после остановки вращения заднего колеса велосипеда).

Недостатком данного велотренажера являются:

1. На данном велотренажере также не используется возможность увеличения скорости вращения переднего колеса по отношению к заднему колесу за счет увеличения передаточного числа кинематической связи: заднее колесо - средний ролик - передний ролик - переднее колесо.

2. Масса, необходимая для нагружения велосипедиста сосредоточена в маховике в монолитном исполнении. Поэтому отсутствует возможность коррекции нагрузки для велосипедистов с разными массами и соответствующими физическими возможностями или различными уровнями подготовки.

3. Сложность конструкции переднего ролика (на ролике четыре подшипника качения), соответственно, увеличенная материалоемкость переднего ролика велотренажера.

4. Повышенный износ шины заднего колеса велосипеда. Пояснение. В момент начала педалирования, при спурте с резким нажатием на педаль и приложением на средний ролик максимального окружного усилия F_ок из-за наличия суммарного момента инерции вращению (передний ролик с маховиком + средний ролик) велосипед будет наезжать на средний ролик. Для исключения схода заднего колеса со среднего ролика необходимо увеличить расстояние L между средним и задним роликами. Это обеспечивает понижение контактной площадки на среднем ролике от шины заднего колеса относительно наивысшей точки ролика и безопасность педалирования. Но увеличение расстояния L между роликами приводит к увеличению угла В приложения сил реакции среднего F_cp и заднего F₃ роликов к вектору силы тяжести Р от веса велосипедиста и велосипеда, приходящегося на заднее колесо (фиг. 6). Поэтому увеличение сил реакции роликов F_cp и F₃ к колесу, приводит дополнительной деформации шины в области контактной площадки, ее повышенному износу.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков техники известного уровня, повышение безопасности эксплуатации роликовых велотренажеров.

Заявленное изобретение имеет следующие существенные признаки:

1-ое устройство. Шкив переднего ролика имеет кинематическую связь с беговой поверхностью переднего ролика через обгонную муфту.

2-ое устройство. Маховик переднего ролика выполнен составным, наборным.

3-ье устройство. Имеет ограничительный ролик продольного хода заднего колеса.

4-ое устройство. Приводным роликом для вращения переднего ролика является задний ролик.

5-ое устройство. Диаметр шкива ведомого ролика меньше диаметра шкива ведущего ролика и (или) диаметр беговой поверхности ведомого ролика больше соответствующего диаметра ведущего ролика.

Этим достигается технический результат:

1-ое устройство. На переднем ролике в два раза уменьшается количество используемых подшипников качения. Упрощается конструкция, снижается металло-материалоемкость переднего ролика.

2-ое устройство. Возможность изменения массы маховика позволяет эффективное, комфортное использование велотренажера оптимальным нагружением мышц велосипедистов с различными массами и соответствующими физическими возможностями или различными уровнями подготовки. Подбор массы маховика по физическим способностям велосипедиста улучшает, облегчает ускорение врашения колес в начале педалирования.

3-ье устройство. Ограничительный ролик предотвращает сход заднего колеса велосипеда со среднего ролика при приложении импульсного максимального усилия на педаль велосипеда с имитацией резкого старта или спурта (кратковременного резкого увеличения скорости движения).

4-ое устройство. Уменьшение износа шины заднего колеса за счет уменьшения расстояния между средним и задним роликами до оптимального без снижения безопасности эксплуатации велотренажера.

5-ое устройство. Увеличение скорости вращения переднего ролика и (или) диаметра беговой поверхности переднего ролика обеспечивает увеличения момента инерции переднего ролика, соответственно, снижение массы маховика. Также увеличение скорости вращения переднего колеса приводит к улучшению устойчивости велосипедиста на малых скоростях педалирования.

Существенные признаки и технический результат реализуются в велотренажерах:

1-ое устройство, содержащее (фиг. 1) раму 1, передний ролик 6 с маховиком 5 и шкивом 7, средний ролик 3, задний ролик 2 и ремень гибкой передачи 8.

Ведущий средний ролик 3 имеет кинематическую связь с шкивом 7 ведомого переднего ролика 6 через гибкий приводной ремень 8. Ведомый передний ролик 6 (фиг. 2) состоит из маховика 5, жестко присоединяемого к беговой поверхности 9, оси ролика 10, подшипниковых узлов 11, обгонной муфты 12 и шкива 7.

2-ое устройство, отличающееся тем, что маховик 5 переднего ролика выполнен составным, наборным (фиг. 7). При этом конструкционно увеличенная масса тела беговой поверхности переднего ролика является минимальной массой маховика.

3-ье устройство, отличающееся тем, что имеет ограничительный ролик 14 продольного хода заднего колеса, закрепленный к раме 1 на стойках 13 (фиг. 3, 4).

4-ое устройство, отличающееся тем, что ведущим является задний ролик 2 велотренажера (фиг. 5).

5-ое устройство, отличающееся тем, что диаметр шкива ведомого ролика меньше диаметра шкива ведущего ролика и (или) диаметр беговой поверхности ведомого ролика больше соответствующего диаметра ведущего ролика.

Описание изобретения облегчается при помощи приложенных схематических чертежей.

Фиг. 1 - общий вид тренажера с велосипедом.

Фиг. 2 - схематическое сечение переднего ролика в вертикальной плоскости, проходящее через его осевую линию.

Фиг. 3 - крепление ограничительного ролика к раме велотренажера. Вид с боку.

Фиг. 4 - крепление ограничительного ролика к раме велотренажера. Вид с сверху.

Фиг. 5 - общий вид тренажера с велосипедом с задним приводным роликом.

Фиг. 6 - схема действия сил реакции опорных роликов на заднее колесо велосипеда.

Фиг. 7 - схематическое сечение переднего ролика с составным, наборным маховиком в вертикальной плоскости, проходящее через осевую линию.

Велотренажер по предлагаемому изобретению работает следующим образом.

Устройство 1. Велосипед устанавливается передним колесом на ведомый ролик 6, задним - на ролики 2 и 3. При педалировании заднее колесо через средний ролик 3, ремень 8 гибкой передачи передает вращение шкиву 7 переднего ролика.

При вращении шкива 7 автоматически включается обгонная муфта 12 и через свои элементы зацепления передает вращение беговой поверхности 9 переднего ролика с маховиком 5. Одновременно беговая поверхность, контактируя с передним колесом, приводит его во вращение. При принудительном или произвольном наклоне велосипеда для сохранения устойчивости велосипедист поворотом руля и педалированием производит перемещение переднего колеса вдоль переднего ролика, уменьшая до минимального угол наклона велосипеда к вертикальной плоскости. Этим обеспечивается устойчивость велосипедиста на велотренажере при отсутствии поступательного движения велосипеда с велосипедистом.

Устройство 2. В данном устройстве маховик переднего ролика является наборным (фиг. 7). Отдельные части маховика крепятся к беговой поверхности переднего ролика резьбовым соединением. Это обеспечивает улучшенную центровку, балансировку масс частей маховика относительно центра вращения системы передний ролик-маховик. Также части маховика к ролику и (или) между собой могут быть закреплены болтовыми, винтовыми соединениями. Для велосипедистов с минимальными физическими способностями минимальным нагружающим элементом является конструкционно увеличенная масса тела беговой поверхности переднего ролика.

Устройство 3. Фиг. 3, 4, 6. Данное устройство обеспечивает выполнение тренировок с максимальными усилиями на педали велосипеда с имитацией резкого старта или спурта (кратковременного резкого увеличения скорости движения). Средний ролик велотренажера имеет достаточно большой момент инерции, создаваемый маховиком переднего ролика и переданный ему гибкой передачей. В начале педалирования при резком нажатии на педаль и созданием максимальной окружной силы F_ок (фиг. 6) до преодоления суммы моментов инерции вращению переднего ролика с маховиком, среднего ролика, велосипед будет наезжать на средний ролик. Конструктивно расстояние от ограничительного ролика до шины велосипеда выполнено таким, что без приложения максимального усилия на педаль велосипеда контакт между ними невозможен. С приложением максимального усилия на педаль велосипед в результате небольшого продольного хода будет наезжать на средний ролик до контакта с поверхностью ограничительного ролика. В результате предотвращается сход заднего колеса со среднего ролика и создание неконтролируемой ситуации для велосипедиста.

Устройство 4. На данном велотренажере ведущим роликом является задний. Соответственно, задний ролик велотренажера имеет достаточно большой момент инерции, создаваемый маховиком переднего ролика и переданный ему гибкой передачей.

Поэтому при создании велосипедистом критичного максимального момента на заднем колесе оно небольшим движением в продольном направлении будет наезжать на средний ролик, имеющий минимальный момент инерции, одновременно вращая его. В этом случае из-за перераспределения силы тяжести (большей частью на средний ролик) уменьшается реакция опоры заднего ролика на колесо до снижения силы трения шины заднего колеса с поверхностью заднего ролика до нуля. Произойдет проскальзывание шины колеса по ролику. Колесо будет вращаться в этом критичном режиме до снижения усилия на педаль. Сход заднего колеса со среднего ролика будет исключен. Поэтому можно уменьшить расстояние между средним и задним роликами до минимально допустимого. Это обеспечивает уменьшение сил реакций опор роликов на заднее колесо, как следствие, уменьшение прогиба шин в контактных пятнах, снижается износ задней шины велосипеда.

Устройство 5. В велотренажере диаметр шкива ведомого ролика меньше диаметра шкива ведущего ролика. Поэтому скорость вращения ведомого переднего ролика больше скорости вращения ведущего ролика. Соответственно, скорость вращения переднего колеса больше скорости вращения заднего колеса. Если диаметр беговой поверхности переднего ведомого ролика больше диаметра ведущего ролика даже при одинаковых скоростях вращения роликов переднее колесо будет вращаться с большей скоростью чем заднее колесо. В обоих случаях увеличение скорости вращения переднего колеса по отношению к заднему улучшает устойчивость велосипеда с велосипедистом на небольших скоростях педалирования.

Изобретение относится к тренажерам, обеспечивающим использование велосипедов в любое время года, в т.ч. и в помещениях. Велотренажер содержит раму тренажера, передний, средний, задний опорные ролики. Средний ролик кинематически связан с шкивом переднего ролика гибкой связью, а шкив имеет кинематическую связь с беговой поверхностью переднего ролика через обгонную муфту. Беговые поверхности роликов вращаются на осях, закрепленных к раме велотренажера. Для использования тренажера велосипедистами с разными физическими возможностями маховик выполнен составным, наборным. Безопасность тренировок с максимальными пиковыми нагрузками на педали обеспечивает ограничительный ролик продольного хода заднего колеса. Привод вращения переднего ролика от заднего обеспечивает максимально допустимое уменьшение расстояния между средним и задним роликами. В варианте, где диаметр шкива ведомого ролика меньше диаметра шкива ведущего ролика и (или) диаметр беговой поверхности ведомого ролика больше соответствующего диаметра ведущего ролика, переднее колесо вращается с большей скоростью, чем заднее колесо, повышается управляемость велосипеда на малых скоростях педалирования. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Велотренажер, содержащий раму тренажера, передний, средний, задний опорные ролики, средний ролик кинематически связан с шкивом переднего ролика с маховиком гибкой связью, отличающийся тем, что шкив переднего ролика имеет кинематическую связь с беговой поверхностью переднего ролика через обгонную муфту.

2. Велотренажер по п. 1, отличающийся тем, что маховик переднего ролика выполнен составным, наборным, при этом конструктивно масса тела беговой поверхности переднего ролика является минимальной массой маховика.

3. Велотренажер по п. 1, отличающийся тем, что имеет ограничительный ролик продольного хода заднего колеса.

4. Велотренажер по п. 1, отличающийся тем, что приводным роликом для вращения переднего ролика является задний ролик.

5. Велотренажер по п. 1, отличающийся тем, что диаметр шкива ведомого ролика меньше диаметра шкива ведущего ролика и (или) диаметр беговой поверхности ведомого ролика больше соответствующего диаметра ведущего ролика.