EA030170B1

EA030170B1 - Велосипед

Info

Publication number: EA030170B1
Application number: EA201590064A
Authority: EA
Inventors: Геннадий Павлович Крикун; Сергей Алексеевич Федотов
Original assignee: Геннадий Павлович Крикун; Сергей Алексеевич Федотов
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2018-06-29
Also published as: EA201590064A1

Abstract

Изобретение относится к наземным транспортным средствам, приводимым в движение мускульной силой человека, в частности к велосипедам. Велосипед содержит раму (1), установленные на раме руль (2), по меньшей мере одно переднее поворотное колесо (4), связанное с рулем (2), по меньшей мере одно заднее приводное колесо (5), трансмиссию, содержащую качающиеся педальные рычаги (6), связанные с задним приводным колесом (5) по меньшей мере одним гибким элементом (8), причем педальные рычаги (6) снабжены приводными рычагами (7), снабженными регуляторами усилия, которые обеспечивают неподвижность приводных рычагов (7) относительно педальных рычагов (6) при малой нагрузке и возможность автоматического поворота приводных рычагов (7) вокруг осей (9) их крепления на педальных рычагах (6) при увеличении нагрузки, при этом приводной рычаг (7) содержит узел натяжения (10) гибкого элемента (8). Таким образом, разработанное изобретение представляет собой велосипед, конструктивное исполнение которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в оптимизации движения и расхода энергии, затрачиваемой на осуществление движения, а также в универсальности велосипеда.

Description

030170 Β1

030170

Изобретение относится к наземным транспортным средствам, приводимым в движение мускульной силой человека, в частности к велосипедам.

Известно, что вращательное движение педалей велосипедистом не является совершенным ввиду того, что при таком движении периодически появляются положения педали, когда линия действия силы проходит через центр вращения педалей. Эти положения называются "мертвыми", потому что момент силы в этих положениях равен нулю. Таким образом, при вращении педалей в "мертвых" положениях и в близких к ним сила ноги велосипедиста не совершает полезной работы. Из уровня техники известны многочисленные технические решения, в которых указанный недостаток преодолевается посредством замены вращательного движения педалей на их качательные движения, таким образом, момент силы никогда не равен нулю, а ориентировочный выигрыш в работе составляет 20...25%. Однако актуальной является разработка конструкций велосипедов с качающимися педалями, позволяющих учитывать условия движения (движение по прямой, спуск или подъем) и, таким образом, оптимизировать работу ног велосипедиста.

Известен велосипед, описанный в патентном документе Китая № 2587750, опубликованном 26.11.2003 г., содержащий раму, установленные на раме руль, переднее поворотное колесо, связанное с рулем, заднее приводное колесо и трансмиссию, содержащую качающиеся педальные рычаги, кинематически связанные с задним приводным колесом гибкими элементами.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является велосипед, описанный в патентном документе Китая № 203544273, опубликованном 16.04.2014 г., который содержит раму, установленные на раме руль, переднее поворотное колесо, связанное с рулем, заднее приводное колесо, трансмиссию, содержащую качающиеся педальные рычаги, кинематически связанные с задним приводным колесом гибкими элементами. Педальные рычаги, в свою очередь, кинематически связаны между собой с обеспечением их попеременной работы.

Недостатком описанных устройств является относительно высокий расход энергии на их приведение ввиду невозможности автоматического регулирования передаточного отношения в зависимости от условий движения (угла наклона трассы).

Задачей заявляемого изобретения является создание такого велосипеда, конструктивное исполнение которого обеспечит достижение технического результата, заключающегося в оптимизации движения и расхода энергии, затрачиваемой на его осуществление, а также в универсальности велосипеда.

Поставленная задача решается тем, что разработан велосипед, содержащий раму, установленные на раме руль, по меньшей мере одно переднее поворотное колесо, связанное с рулем, по меньшей мере одно заднее приводное колесо, трансмиссию, содержащую качающиеся педальные рычаги, связанные с задним приводным колесом по меньшей мере одним гибким элементом, при этом педальные рычаги снабжены приводными рычагами, снабженными регуляторами усилия, которые обеспечивают неподвижность приводных рычагов относительно педальных рычагов при малой нагрузке и возможность автоматического поворота приводных рычагов вокруг осей их крепления на педальных рычагах при увеличении нагрузки, при этом приводной рычаг содержит узел натяжения гибкого элемента. Таким образом, педальные рычаги связаны с задним приводным колесом посредством приводных рычагов, в узлах натяжения которых закреплены гибкие элементы.

При малой нагрузке педальные рычаги поворачиваются вокруг оси своего крепления к раме, а приводные рычаги неподвижны относительно педальных рычагов (например, занимают положение, в целом, параллельное положению педальных рычагов), при этом узел натяжения приводного рычага движется по траектории, представляющей собой дугу, а длина гибкого элемента, закрепленного в узле натяжения приводного рычага, максимальна, что соответствует минимальному моменту и максимальной скорости. С увеличением нагрузки (например, при подъеме) приводной рычаг начинает поворачиваться вокруг оси своего крепления на педальном рычаге, что вызывает изменение траектории движения узла натяжения, а, следовательно, изменение положения линии тяги гибкого элемента, и приводит к увеличению момента на колесе. При полностью согнутой ноге сила минимальна, а момент силы максимальный, при разгибании ноги сила возрастает, а момент уменьшается с увеличением скорости. Таким образом достигается автоматическая оптимизация движения и расхода энергии.

Кроме того, при нажатии на педальные рычаги заявляемого велосипеда происходит естественное движение ног, как при подъеме по лестнице, причем указанное движение может осуществляться с разной амплитудой, что позволяет велосипедистам с большой разницей в росте пользоваться одной моделью, вследствие чего заявляемый велосипед является универсальным.

Узел натяжения может представлять собой, в частности, отверстие (проушину) на конце приводного рычага для закрепления конца гибкого элемента, либо отверстие (проушину) для закрепления конца гибкого элемента и направляющую канавку для расположения в ней закрепленного гибкого элемента, либо крючок для зацепления конца гибкого элемента.

Гибкий элемент может представлять собой, в частности, трос, цепь или композитный канат.

Данные разъяснения приведены исключительно в качестве примера и не ограничивают объем притязаний по данной заявке.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления приводные рычаги снабжены регулятора- 1 030170

ми усилия. Последние могут быть установлены для регулирования усилия, необходимого для поворота приводных рычагов вокруг оси своего крепления на педальных рычагах. При движении по трассе с минимальным наклоном такие регуляторы усилия будут удерживать приводные рычаги от поворота вокруг оси крепления на педальных рычагах. При движении по трассе с увеличенным наклоном тяга, создаваемая гибким элементом, будет превышать усилие, создаваемое регуляторами, вследствие чего приводные рычаги будут поворачиваться и, следовательно, изменять момент на колесе.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления педальные рычаги кинематически связаны между собой с обеспечением попеременной работы. Кинематическая связь может быть реализована посредством гибкого элемента, один конец которого закреплен на первом педальном рычаге, а другой - на втором, при этом гибкий элемент переброшен через звездочку (в случае если гибкий элемент представляет собой цепь) или шкив (в случае если гибкий элемент представляет собой трос), установленные на раме.

В другом предпочтительном варианте осуществления приводные рычаги кинематически связаны между собой с обеспечением попеременной работы педальных рычагов. При этом закон движения рычагов не изменяется. Так же, как и в предыдущем варианте, кинематическая связь может быть реализована посредством гибкого элемента, один конец которого закреплен на первом приводном рычаге, а другой на втором, при этом гибкий элемент переброшен через звездочку (в случае если гибкий элемент представляет собой цепь) или шкив (в случае если гибкий элемент представляет собой трос), установленные на раме.

В предпочтительном варианте осуществления велосипед содержит устройство изменения передаточного отношения (позволяющее в данном случае спирально наматывать гибкий элемент), установленное на приводном колесе велосипеда. Указанное устройство осуществляет дополнительную оптимизацию движения и расхода энергии, затрачиваемой на его осуществление.

Предпочтительно заявляемый велосипед содержит седло, установленное на раме.

В одном из предпочтительных вариантов исполнения заявляемый велосипед оснащен электрическим приводом переднего колеса с аккумуляторной батареей, таким образом обеспечен полный привод заявляемого велосипеда. Такая реализация изобретения позволяет велосипедисту обеспечить передвижение велосипеда при отсутствии возможности его приведения мускульной силой (в состоянии усталости, при наличии травм).

Предпочтительно аккумуляторная батарея расположена под рамой. Такое ее размещение обеспечивает низкий центр тяжести велосипеда, а значит и его хорошую управляемость.

Заявляемое изобретение поясняется при помощи следующих фигур.

Фиг. 1 - общий вид заявляемого велосипеда, в котором приводные рычаги занимают положение, в целом, параллельное положению педальных рычагов.

Фиг. 2 - общий вид заявляемого велосипеда, в котором приводные рычаги повернуты относительно своего начального положения на педальных рычагах, при этом педальные рычаги кинематически связаны между собой.

Фиг. 3 - общий вид заявляемого велосипеда, в котором приводные рычаги кинематически связаны между собой и повернуты относительно своего начального положения на педальных рычагах.

Фиг. 4 - диаграмма движения точки силы приложения при максимальной нагрузке.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого велосипеда, содержащего раму 1, руль 2 и седло 3, установленные на раме 1, переднее поворотное колесо 4, связанное с рулем 2, заднее приводное колесо 5, а также трансмиссию, содержащую качающиеся педальные рычаги 6, при этом каждый качающийся педальный рычаг 6 снабжен приводным рычагом 7, кинематически связанным с задним приводным колесом 5 тросами 8 и выполненным с возможностью поворота вокруг оси 9 своего крепления на качающемся педальном рычаге 6. Каждый приводной рычаг 7 содержит узел натяжения 10 троса 8 в виде проушины, в котором закреплен указанный трос 8. Качающиеся педальные рычаги 6 кинематически связаны между собой тросом 11, переброшенным через установленный на раме 1 шкив 12. На рассматриваемом общем виде приводные рычаги 7 занимают положение, в целом, параллельное положению качающихся педальных рычагов 6.

На фиг. 2 представлен общий вид заявляемого велосипеда, в котором приводные рычаги 7 повернуты относительно своего начального положения на качающихся педальных рычагах 6. Качающиеся педальные рычаги 6 кинематически связаны между собой тросом 11, переброшенным через установленный на раме 1 шкив 12, при этом концы троса 11 закреплены в проушинах 13 педальных рычагов 6. Элементы конструкции велосипеда, идентичные элементам конструкции, указанным на фиг. 1, обозначены на фиг. 2 соответствующим образом.

На фиг. 3 представлен общий вид заявляемого велосипеда, в котором приводные рычаги 7 повернуты относительно своего начального положения на качающихся педальных рычагах 6. Приводные рычаги 7 кинематически связаны между собой тросом 11, переброшенным через установленный на раме 1 шкив 12, при этом концы троса 11 закреплены в проушинах 13 приводных рычагов 7. Элементы конструкции велосипеда, идентичные элементам конструкции, указанным на фиг. 1, обозначены на фиг. 3 соответствующим образом.

- 2 030170

На фиг. 4 представлена диаграмма движения точки силы приложения при максимальной нагрузке. На данной диаграмме точкой О обозначена ось поворота качающегося педального рычага 6, точкой В ось поворота приводного рычага 7, точкой А - точка силы приложения (точка закрепления троса 8 на приводном рычаге 7), позицией 14 - кривая силы приложения при максимальной нагрузке относительно дуги 15, представляющей собой кривую силы приложения без нагрузки с осью вращения в точке О.

Диаграмма иллюстрирует закон движения точки А (точки силы приложения в нижнем, начальном, положении приводного рычага) к точке А₂ (точке силы приложения в верхнем, конечном, положении приводного рычага), когда велосипед совершает подъем. При повороте отрезка ОВ на угол α, составляющий 60° (ОВ^ОВ₁), точка А переместится в точку А₁, при этом длина отрезка АА₁ будет составлять 25% от длины отрезка АА₂, что обеспечивает увеличение крутящего момента в 4 раза. Путь из точки А в точку А₂ (А^А₁^А₂) и есть удлинение троса 8, связанного с задним приводным колесом 5, относительно угла поворота α рычагов АВ и ВО, а значит и пройденного велосипедистом пути.

Заявляемое изобретение работает следующим образом.

Для передвижения нажимают на качающиеся педальные рычаги 6. При этом либо качающиеся педальные рычаги 6 кинематически связаны между собой тросом 11, переброшенным через установленный на раме 1 велосипеда шкив 12, либо приводные рычаги 7 кинематически связаны между собой тросом 11, что также обеспечивает попеременную работу педальных рычагов 6. При малой нагрузке педальные рычаги 6 поворачиваются вокруг оси своего крепления к раме 1, а приводные рычаги 7 неподвижны относительно педальных рычагов 6 и занимают положение, в целом, параллельное положению педальных рычагов 6, при этом узел натяжения 10 приводного рычага 7 движется по траектории, представляющей собой дугу, а длина гибкого элемента 8, закрепленного в узле натяжения 10 приводного рычага 7, максимальна, что соответствует минимальному моменту и максимальной скорости. С увеличением нагрузки (например, при подъеме) приводной рычаг 7 начинает поворачиваться вокруг оси 9 своего крепления на педальном рычаге 6, что вызывает изменение траектории движения узла натяжения 10, а, следовательно, изменение положения линии тяги гибкого элемента 8, и приводит к увеличению момента на заднем приводном колесе 5. При полностью согнутой ноге сила минимальна, а момент силы максимальный, при разгибании ноги сила возрастает, а момент уменьшается с увеличением скорости. Удобство использования велосипедисты с различным ростом достигают путем увеличения или уменьшения амплитуды отклонения педальных рычагов 6 при нажатии на них.

Таким образом, разработанное изобретение представляет собой велосипед, конструктивное исполнение которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в оптимизации движения и расхода энергии, затрачиваемой на осуществление движения, а также в универсальности велосипеда.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Велосипед, содержащий раму (1), установленные на раме руль (2), по меньшей мере одно переднее поворотное колесо (4), связанное с рулем (2), по меньшей мере одно заднее приводное колесо (5), трансмиссию, содержащую качающиеся педальные рычаги (6), связанные с задним приводным колесом

(5) по меньшей мере одним гибким элементом (8), отличающийся тем, что педальные рычаги (6) снабжены приводными рычагами (7), снабженными регуляторами усилия, которые обеспечивают неподвижность приводных рычагов (7) относительно педальных рычагов (6) при малой нагрузке и возможность автоматического поворота приводных рычагов (7) вокруг осей (9) их крепления на педальных рычагах

(6) при увеличении нагрузки, при этом приводной рычаг (7) содержит узел натяжения (10) гибкого элемента (8).
2. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что педальные рычаги (6) кинематически связаны между собой с обеспечением их попеременной работы.
3. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что приводные рычаги (7) кинематически связаны между собой с обеспечением попеременной работы педальных рычагов (6).
4. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что содержит устройство изменения передаточного отношения.
5. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что содержит седло (3), установленное на раме (1).
6. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что содержит электрический привод переднего колеса (4) с аккумуляторной батареей.
7. Велосипед по п.6, отличающийся тем, что аккумуляторная батарея расположена под рамой (1).

- 3 030170

- 4 030170