ES2264200T3 - Sistema de suspension para una bicicleta. - Google Patents
Sistema de suspension para una bicicleta.Info
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- B62K25/286—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with pivoted chain-stay the shock absorber being connected to the chain-stay via a linkage mechanism
Abstract
UNA BICICLETA QUE INCLUYE UN CUADRO (12) CON UN TUBO DESCENDENTE (14) Y UN CONJUNTO DE CIGUEÑAL ACOPLADO AL MISMO, UNA RUEDA DELANTERA (22), UN CONJUNTO DE HORQUILLA DELANTERO PARA ACOPLAR LA RUEDA DELANTERA AL CUADRO, UNA RUEDA POSTERIOR (24) Y UN CONJUNTO DE SUSPENSION (30) PARA ACOPLAR LA RUEDA POSTERIOR AL CUADRO. EL CONJUNTO DE SUSPENSION COMPRENDE UN BRAZO OSCILANTE (32) QUE TIENE UNA PRIMERA EXTREMIDAD ACOPLADA A LA RUEDA POSTERIOR Y UNA SEGUNDA EXTREMIDAD QUE TIENE UN PRIMER PUNTO DE CONEXION (44) Y UN PUNTO INTERMEDIO ENTRE LA PRIMERA Y LA SEGUNDA EXTREMIDAD QUE TIENE UN SEGUNDO PUNTO DE CONEXION (46). EL CONJUNTO DE SUSPENSION INCLUYE ADEMAS UNA PRIMERA PIEZA DE CONEXION (34) ACOPLADA AL PRIMER PUNTO DE CONEXION Y AL CUADRO Y UNA SEGUNDA PIEZA DE CONEXION (36) ACOPLADA AL SEGUNDO PUNTO DE CONEXION Y AL CUADRO, FORMANDO EL CUADRO, EL BRAZO OSCILANTE Y LA PRIMERA Y LA SEGUNDA PIEZAS DE CONEXION UN PUNTO PIVOTE EFECTIVO DEL CONJUNTO DE SUSPENSION POR ENCIMA DEL CONJUNTO DE CIGUEÑAL YQUE SE MUEVE EN UNA DIRECCION HACIA ADELANTE CUANDO LA RUEDA POSTERIOR SE MUEVE EN UNA DIRECCION HACIA ARRIBA.
Description
Sistema de suspensión para una bicicleta.
La presente invención está dirigida a un sistema
de suspensión que resulta particularmente útil para vehículos
tales como bicicletas. Más en particular, la invención está
dirigida a un sistema perfeccionado de suspensión de cuadrilátero
articulado que resulta particularmente útil para la suspensión
trasera de una bicicleta.
Muchos vehículos utilizan sistemas de suspensión
para absorber los impactos debidos al terreno que atraviesa el
vehículo. Los vehículos de obra, tales como los camiones, las
motocicletas y las bicicletas tienen por lo general sistemas de
suspensión que poseen un mayor desplazamiento para las ruedas de
modo que pueden ser absorbidos mayores impactos. Los sistemas de
suspensión de las bicicletas están diseñados en particular para
soportar un bajo peso y proporcionar características de suspensión
apropiadas para un sistema que tiene un centro de gravedad móvil,
es decir, el ciclista.
Las suspensiones traseras de bicicleta se
realizan por lo general con un sólo punto de pivotamiento. Es
decir, la rueda trasera de la bicicleta está acoplada a un brazo
oscilante y el brazo oscilante está acoplado al bastidor de la
bicicleta en un único punto de pivotamiento. De este modo, la rueda
trasera se moverá a lo largo de un arco alrededor de ese único
punto de pivotamiento.
Muchas suspensiones traseras están realizadas
con el punto de pivotamiento a la misma altura que el eje de rueda
y/o alrededor del centro del conjunto de manivela. Tan pronto como
el eje trasero queda por encima del punto de pivotamiento, la
fuerza de cadena tiende a tirar de la suspensión en relación de
compresión adicional. Esto exagera la suspensión y crea un efecto
de flexión que se nota al pedalear. No sólo puede ser notado este
efecto, sino que constituye una pérdida de energía de pedaleo. Otro
problema asociado a este tipo de suspensión consiste en que el
brazo oscilante es paralelo con el suelo. Cuando la rueda trasera
choca con un saliente, la fuerza resultante forma generalmente un
ángulo de 15 a 20º con respecto a la horizontal. Así, una porción
sustancial de la fuerza resultante tira del brazo oscilante y hace
que el ciclista descienda.
Para subsanar estos problemas, el punto de
pivotamiento de muchas unidades de suspensión ha sido elevado por
encima del piñón de cadena delantero. Haciendo esto, el efecto de
flexión y la tracción sobre la suspensión, se reducen o se
eliminan. En estos sistemas, la fuerza resultante sobre la rueda
trasera cuando choca con un resalte, es más perpendicular al brazo
oscilante. Esto reduce el empuje hacia atrás sobre el brazo
oscilante y la bicicleta. Sin embargo, durante el desplazamiento de
compresión de la rueda trasera, estos sistemas de suspensión
tienden a forzar la rueda trasera en dirección hacia atrás, lo que
aplica tensión sobre la cadena. De este modo, la tensión de cadena
se opone al desplazamiento de la suspensión, en particular en el
extremo superior del recorrido de compresión.
La Patente U.S. núm. 5.452.910, que fue
concedida a Trevor Harris el 26 de Septiembre de 1995, describe un
sistema de suspensión de cuadrilátero articulado en el que el brazo
oscilante está conectado al tubo descendente la bicicleta en dos
posiciones. La suspensión está diseñada para proporcionar una
trayectoria en línea recta de la rueda trasera en dirección hacia
arriba y hacia atrás formando un ángulo que es de alrededor de 20 a
30º con respecto a la vertical a través del eje trasero. Según se
ha discutido anteriormente, esto podría crear en general tensión de
cadena como una unidad de un sólo punto de pivotamiento alto.
Harris ha resuelto este problema fijando el conjunto de manivela
directamente en el brazo oscilante. Este tipo de sistema se conoce
como brazo oscilante trasero unificado, y el conjunto de manivela
se mueve con el brazo oscilante. Esto crea dos problemas muy
importantes. En primer lugar, con el fin de mover el eje de rueda
trasera en dirección hacia atrás, el brazo oscilante se mueve en
dirección hacia atrás con relación al bastidor. Puesto que el
conjunto de manivela está sujeto al brazo oscilante, también se
mueve. De este modo, el conjunto de manivela se está moviendo en
vaivén bajo el ciclista cuando el sistema de suspensión está
actuando. Todo esto, no sólo crea una sensación extraña, sino que
la potencia que el ciclista puede aplicar a los pedales se reduce
cuando los pedales no están en la posición óptima. Además, un
objetivo principal de cualquier unidad de suspensión consiste en
tener un peso pequeño sin muelles, es decir, el peso de la rueda
trasera y del brazo oscilante en la mayor parte de los casos. Sin
embargo, en un sistema unificado de este tipo, el peso del conjunto
de manivela y el peso del ciclista cuando está de pie, se añaden al
peso sin muelles. Esto impide prácticamente que el sistema de
suspensión reaccione. De este modo, existen problemas
significativos asociados a este tipo de suspensión.
El sistema de suspensión descrito en la Patente
U.S. núm. 4,671.525 posee también un sistema de cuadrilátero
articulado en el que el brazo oscilante se mueve en dirección hacia
atrás para proporcionar una trayectoria de rueda trasera adelante y
atrás. Según se ha discutido anteriormente, el movimiento de
suspensión de este tiño de unidad está limitado por la tensión de
cadena. Con el fin de evitar el problema de tensión de cadena
discutido en lo que antecede, este sistema se basa en múltiples
cadenas. Se utilizan las cadenas 7 y 10 más pequeñas, y giran
alrededor de puntos de pivotamiento. La cadena motriz 11, que está
acoplada al conjunto de manivela por medio de las múltiples
cadenas, proporciona potencia a la rueda trasera.
La presente invención está dirigida a una
sistema de suspensión perfeccionado para absorber golpes aplicado a
la rueda trasera de un vehículo que tiene un bastidor. El sistema
se ha diseñado de modo que proporciona un mecanismo eficaz para
asistir a la rueda trasera para subir y pasar sobre un resalto sin
crear una tensión de cadena significativa o presentar un efecto de
flexión.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un sistema de suspenso que acopla una
rueda a un bastidor de un vehículo, comprendiendo el sistema de
suspensión:
- a.
- un brazo oscilante que posee un primer y un segundo extremos, estando el brazo oscilante acoplado a un eje de rueda por el primer extremo;
- b.
- al menos dos enlaces que conectan pivotablemente el brazo oscilante al bastidor de un vehículo, estando el brazo oscilante acoplado a un primer enlace de al menos dos enlaces por el segundo extremo, y a un segundo de al menos dos enlaces en una posición a lo largo del brazo entre el primer y el segundo extremos;
- c.
- y un punto de pivotamiento móvil equivalente, definido como el punto móvil en torno al cual se desplaza el eje de rueda en arco, es decir, por encima del centro del conjunto de manivela, en el que el punto móvil se mueve en dirección adelante y atrás durante el movimiento ascendente del eje de rueda, y que se sitúa de tal modo que el eje de rueda se mueve en dirección ascendente y hacia atrás durante una parte inicial del movimiento ascendente del eje de rueda.
Más en particular, la presente invención está
dirigida a un sistema de suspensión para un vehículo tal como una
bicicleta, que comprende un cuadrilátero articulado para crear un
recorrido ventajoso de rueda trasera. Más en particular, el sistema
de suspensión proporciona un desplazamiento de rueda trasera que
permite que la rueda trasera reaccione favorablemente frente a un
choque inicial con un resalte, seguido después de un tramo que no
varía en gran medida del arco alrededor del centro del conjunto de
manivela de tal modo que el sistema no genera una tensión de cadena
significativa.
El sistema de suspensión comprende esencialmente
un miembro de bastidor que tiene un primer punto de conexión y un
segundo punto de conexión; una rueda trasera que tiene un eje de
rueda trasera; un brazo oscilante que tiene dos extremos, estando
el brazo oscilante acoplado al eje de rueda trasera por un extremo,
y que tiene un tercer punto y un cuarto punto de conexión por el
otro extremo; un primer enlace que acopla el primer punto de
conexión sobre el bastidor,m con el tercer punto de conexión en el
brazo oscilante; un segundo enlace que acopla el segundo punto de
conexión situado en el bastidor, con el cuarto punto de conexión
situado en el brazo oscilante; y un absorbedor de choque acoplado
entre el brazo oscilante y el bastidor, para resistir el movimiento
relativo entre el brazo oscilante y el bastidor provocado por el
golpe en la rueda trasera. El bastidor, el brazo oscilante y el
primer y el segundo enlaces, están configurados de manera que
forman un cuadrilátero articulado que tiene un centro instantáneo
que se mueve en dirección verticalmente descendente a través de
una porción sustancial de la carrera de compresión de la
suspensión. Además, el sistema de suspensión está configurado de
tal modo que el centro instantáneo se mueve también en dirección
sustancialmente hacia delante a través de una porción sustancial de
la carrera de compresión de la suspensión. De esta forma, el
sistema de suspensión proporciona un brazo oscilante que es
sustancialmente perpendicular a la fuerza de resalto, pero no crea
tensión de cadena significativa.
El sistema de suspensión está configurado, de
manera más preferible, de tal modo que el centro instantáneo está a
una altura vertical que está por encima del eje de rueda trasera
al comienzo del recorrido de compresión, y por debajo del eje de
rueda trasera cuando el eje de rueda trasera están en su máxima
altura de carrera de compresión.
La presente invención está dirigida también a un
sistema de suspensión que acopla una rueda a un bastidor de un
vehículo, que comprende un brazo oscilante para su acoplamiento a
un eje de rueda, un acoplamiento para conectar pivotablemente el
brazo oscilante a un bastidor de un vehículo, y un punto de
pivotamiento de movimiento efectivo creado por el acoplamiento, que
se mueve en dirección adelante y atrás durante un movimiento
ascendente del eje de rueda.
La presente invención está también dirigida a
una bicicleta que comprende un bastidor que tiene un conjunto de
manivela acoplado a la misma; una rueda delantera; un conjunto de
horquilla delantera para acoplar la rueda delantera al bastidor;
una rueda trasera y un conjunto de suspensión para acoplar la rueda
trasera al bastidor. El conjunto de suspensión comprende un brazo
oscilante que tiene un primer extremo acoplado a la rueda trasera y
un segundo extremo que tiene dos puntos de conexión; un primer
enlace acoplado a uno de los puntos de conexión de brazo oscilante
y al bastidor, y un segundo enlace acoplado al otro de los puntos
de conexión de brazo oscilante y al bastidor. El bastidor, el brazo
oscilante y el primer y el segundo enlaces, han sido configurados
para formar un punto de pivotamiento efectivo que está por encima
del conjunto de manivela de pedal, y que se mueve en una dirección
generalmente hacia delante cuando la rueda trasera se mueve en
dirección ascendente. De este modo, la rueda trasera es impulsada
por el primer y el segundo enlaces en dirección hacia delante para
ayudar a la rueda a librar el obstáculo. De forma más preferente,
el sistema de suspensión está configurado de tal modo que el
desplazamiento de compresión inicial de la rueda trasera se realiza
en dirección ascendente y hacia atrás, es decir fuera de un arco
alrededor del conjunto de brazo de manivela de pedal de modo que
existe una tracción reducida hacia atrás sobre el brazo oscilante a
partir de la fuerza de choque inicial. Sin embargo, el sistema de
suspensión está también configurado de tal modo que durante la
última parte del movimiento de compresión la rueda trasera sigue
sustancialmente el arco alrededor del conjunto de manivela de pedal
de modo que se minimiza la tensión de cadena.
La Figura 1 es una vista lateral de una
bicicleta con una suspensión trasera que materializa la presente
invención;
La Figura 2 es una vista parcial en perspectiva
de un sistema de suspensión mostrado en la Figura 1;
La Figura 3 es otra vista parcial en perspectiva
del sistema de suspensión mostrado en la Figura 1;
La Figura 4a es una representación esquemática
del sistema de suspensión a desplazamiento cero;
La Figura 4b es una representación esquemática
del sistema de suspensión a 3,81 cm (1,5 pulgadas) de
desplazamiento;
La Figura 4c es una representación esquemática
del sistema de suspensión a 7,62 cm (3,0 pulgadas) de
desplazamiento;
La Figura 4d es una representación esquemática
del sistema de suspensión a 11,43 cm (4,5 pulgadas) de
desplazamiento;
La Figura 4e es una representación esquemática
del sistema de suspensión a 15,24 cm (6,0 pulgadas) de
desplazamiento;
La Figura 5a es una representación esquemática
del sistema de suspensión a desplazamiento cero;
La Figura 5b es una representación esquemática
del sistema de suspensión a 7,62 cm (3,0 pulgadas) de
desplazamiento, y
La Figura 5c es una representación esquemática
del sistema de suspensión a 15,24 cm (6,0 pulgadas) de
desplazamiento.
Según se ha discutido en lo que antecede, la
presente invención está dirigida a un sistema de suspensión para un
vehículo tal como la bicicleta representada en la Figura 1. La
bicicleta 10 comprende un bastidor de bicicleta 12 que, en este
caso, incluye un tubo 14 descendente, un tubo 16 de cabecera, un
tubo 17 superior delantero, y un tubo 18 superior trasero. Montado
en el tubo 16 de cabecera, se encuentra un sistema 20 de suspensión
delantera y una rueda 22 delantera. Una rueda 24 trasera se
encuentra montada en el bastidor de bicicleta por medio de un
conjunto 30 de suspensión.
La bicicleta 10 es, por lo tanto, una bicicleta
de suspensión completa dado que posee una suspensión para las
ruedas 22 y 24 delantera y trasera. La bicicleta 10 incluye además
un conjunto de pedal con un piñón 26 delantero primario que
proporciona potencia a la rueda trasera por medio de una cadena, no
representada.
El conjunto 30 de suspensión comprende parte del
bastidor 12, y en particular, parte del tubo 14 descendente, un
brazo 32 oscilante y dos enlaces 34 y 36 que se extienden desde el
bastidor. Finalmente, el conjunto de suspensión incluye un
absorbedor de golpes 38 montado entre el brazo oscilante 32 y el
bastidor 12. Según se ha discutido anteriormente, los sistemas de
suspensión de la técnica anterior incluían sistemas de suspensión
de cuadrilátero articulado montados en el tubo descendente de una
bicicleta. Sin embargo, estos sistemas estaban montados en el lado
inferior del tubo descendente y estaban configurados de modo que
crean un punto de pivotamiento móvil que se movía en dirección
hacia atrás y hacia arriba. El sistema 30 de suspensión está
montado en el lado superior del tubo 14 descendente. Además, el
sistema 30 de suspensión está configurado de modo que proporciona
una trayectoria óptima de desplazamiento de compresión de rueda
trasera que se desvía sustancialmente de un arco alrededor del
centro de conjunto de manivela de pedal durante la primera mitad
del recorrido de compresión, pero que después sigue de manera más
próxima el arco alrededor del centro de conjunto de manivela de
pedal durante la última mitad del recorrido de compresión, como se
discutirá con mayor detalle en lo que sigue.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 2 y 3,
el sistema 30 de suspensión puede ser apreciado de forma más
clara. El sistema 30 de suspensión incluye el tubo 14 descendente y
dos miembros 40 y 42 que se extienden desde el lado superior del
tubo 14 descendente, y que están montados rígidamente en el mismo.
En el extremo de los miembros de montaje 40 y 42 se encuentran una
primera y una segunda posiciones de pivotamiento o puntos de
conexión 44 y 46. Montados en las posiciones de pivotamiento 44 y
46, a través de miembros de soporte para reducir la fricción
estática, se encuentran los dos miembros de enlace 34 y 36. Puesto
que los miembros de montaje 40 y 42 son rígidos, los miembros 34 y
36 de enlace giran alrededor de las posiciones de pivotamiento o
puntos de conexión 44 y 46.
En el otro extremo del miembro de enlace 34 se
encuentra una tercera posición de pivotamiento o punto de conexión
48, y en el otro extremo del miembro 36 de enlace se encuentra una
cuarta posición de pivotamiento o punto de conexión 50. El brazo
oscilante 32 está conectado pivotablemente a ambos miembros de
enlace 34 y 36 en las posiciones de pivotamiento 48 y 50 por medio
de órganos de soporte para reducir la fricción estática. De ese
modo, el bastidor 12 (el tubo 14 descendente y los miembros de
montaje 40 y 42), los miembros 34 y 36 de enlace y el brazo
oscilante 32, forman un cuadrilátero articulado para el sistema de
suspensión 30. Estos miembros definen el recorrido del sistema de
suspensión 30 y de la rueda trasera 24.
El primer enlace 34 está conectado al brazo
oscilante 32 en su extremo, en la tercera posición 48 de
pivotamiento, y el segundo enlace 36 está conectado al brazo
oscilante 32 entre la conexión con el primer enlace 34 y el eje 60
de rueda trasera, la cuarta posición 50 de pivotamiento. El enlace
34 está acoplado al bastidor 12 en la primera posición 44 de
pivotamiento para girar en dirección descendente y hacia delante.
El segundo enlace 36 está acoplado al bastidor 12 en la segunda
posición 46 de pivotamiento en dirección ascendente y hacia
delante.
El absorbedor de choque 38 está acoplado entre
el brazo oscilante 32 y el bastidor 12 mediante dos posiciones de
pivotamiento 52 y 54. El absorbedor de choques incluye un
amortiguador 56 y un resorte 58. El absorbedor de choques 38
proporciona resistencia, con preferencia mediante un resorte de
aire 58, así como también disipación de energía, con preferencia
mediante un amortiguador hidráulico 56. Tales absorbedores de
choques se encuentran fácilmente disponibles en Fox Shocks® o Rock
Shox®.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 4a a 4e,
se ha representado la mecánica del sistema 30 de suspensión de
cuadrilátero articulado. Más en particular, el sistema 30 de
suspensión de cuadrilátero articulado crea un centro instantáneo IC
que es la intersección de las tangentes 35 y 37 de los dos miembros
de enlace 34 y 36. El centro instantáneo IC es el punto de
pivotamiento equivalente del brazo oscilante 32, es decir, el punto
en torno al cual se está moviendo en arco el eje de rueda trasera.
Sin embargo, puesto que el centro instantáneo es la tangente de los
miembros de enlace 34 y 36, el centro instantáneo IC se mueve a
través del recorrido de compresión de la rueda trasera. De este
modo, el sistema de suspensión tiene un punto de pivotamiento
equivalente que se mueve a través del recorrido de suspensión para
proporcionar un recorrido óptimo de compresión de la rueda trasera
según se va a discutir con mayor detalle en lo que sigue.
Según se muestra en la Figura 4a, el conjunto 30
de suspensión está en su posición de reposo con anterioridad al
golpe. El centro instantáneo IC del sistema 30 de suspensión se
muestra a una distancia d_{1} por encima del centro CC del
conjunto de manivela de pedal. De este modo, el sistema 30 de
suspensión tiene un punto de pivotamiento inicial equivalente que
está por encima del centro CC del conjunto de manivela. Aún más, el
centro instantáneo IC está situado a una distancia d_{2} por
delante del centro CC de conjunto de manivela de pedal. El brazo
oscilante se ha representado como línea 32, y se extiende desde los
miembros de enlace 34 y 36 hacia atrás hasta el punto 60, el cual
es el centro del eje de rueda trasera. Aún más, el brazo oscilante
32 se extiende desde el eje 60 de rueda trasera hasta los miembros
de enlace 34 y 36 formando un ángulo \theta1. Con preferencia, el
ángulo \theta1 está comprendido entre alrededor de 10º y 20º, y
más preferiblemente es de alrededor de 15º. Esto es importante de
modo que la fuerza de resalto F_{B} es generalmente perpendicular
al brazo oscilante 32. Según se ha discutido anteriormente, esto
ayuda a que el brazo oscilante se mueva hacia arriba sin crear
ninguna fuerza de tracción sustancial sobre el brazo oscilante 32 y
la bicicleta 10.
Finalmente, se muestra un arco 62. El arco 62 es
un arco alrededor del centro CC de conjunto de manivela de pedal
que se extiende a través del eje 60 de rueda trasera. Este arco 62
es el recorrido que el eje de rueda trasera debería seguir si el
conjunto de suspensión estuviera montado en torno a un punto de
pivotamiento que estuviera en la misma posición que el centro CC
del conjunto de manivela. En otras palabras, este arco 62 es el
recorrido de compresión de rueda trasera que no podrá crear ninguna
tensión sobre el conjunto de suspensión de pivotamiento único
según se ha descrito en los antecedentes. Sin embargo, puesto que
el brazo oscilante 32 se encuentra formando un ángulo
\theta_{1} con la horizontal y el punto IC de pivotamiento
equivalente está por encima del centro CC de conjunto de manivela
de pedal, cuando la rueda trasera golpea con un resalte, la fuerza
resultante F_{B} está más cerca de una dirección perpendicular al
brazo oscilante y es paralela con la dirección de desplazamiento
instantáneo del brazo oscilante. La dirección de desplazamiento
instantáneo de brazo oscilante es la dirección que se muestra
perpendicular a la línea trazada a través del punto IC de
pivotamiento equivalente y del eje 60 de rueda trasera (véase el
número 61 en la
Figura 5a).
Figura 5a).
Haciendo ahora referencia a la Figura 4b, la
rueda trasera ha recorrido en dirección ascendente aproximadamente
3,81 cm (1,5 pulgadas) o aproximadamente un cuarto del recorrido de
la suspensión. Según se aprecia a partir de este ejemplo, la
distancia vertical d_{1} entre el centro instantáneo IC y el
centro CC de conjunto de manivela de pedal, ha disminuido, y la
distancia horizontal d_{2} entre el centro instantáneo IC y el
centro CC de conjunto de manivela de pedal se ha incrementado. En
otros palabras, el centro instantáneo IC creado por los dos enlaces
36 y 34, se ha movido en dirección descendente y hacia delante.
Además, la distancia d_{3} entre el arco y el centro del eje se
ha incrementado hasta alrededor de 0,64 cm (0,25 pulgadas). En
otras palabras, el recorrido de suspensión del eje de rueda trasera
ha sido en dirección hacia atrás en comparación con el arco 62
creado alrededor del centro CC de conjunto de manivela de pedal.
Incluso aunque el punto IC de pivotamiento equivalente se había
movido hacia delante, estaba suficientemente por encima del centro
de conjunto de manivela de pedal en el inicio, de al modo que el
recorrido de compresión de rueda trasera se realiza en dirección
hacia atrás en comparación con el arco 62.
Haciendo ahora referencia a la Figura 4c, la
rueda trasera se ha desplazado en dirección ascendente
aproximadamente 7,26 cm (3 pulgadas) o aproximadamente la mitad del
recorrido de suspensión total. De nuevo, la distancia vertical
d_{1} entre el centro CC de conjunto de manivela de pedal y el
centro instantáneo IC se ha reducido y la distancia horizontal
d_{2} se ha incrementado. De este modo, el centro instantáneo IC
se mueve en dirección descendente y hacia delante. Sin embargo, la
cantidad de desplazamiento en dirección adelante en este punto es
aproximadamente la misma que el desplazamiento en dirección
descendente. De este modo, los enlaces 34 y 36 están ahora tirando
del brazo oscilante 32 y del eje 60 de rueda trasera en dirección
más hacia delante, y el efecto voladizo durante el recorrido de
compresión inicial mostrado en las Figuras 4a y 4b, se reduce.
La distancia d_{3} entre el eje 60 de rueda
trasera y el arco 62 alrededor del centro de conjunto de manivela
de pedal, se ha incrementado hasta alrededor de 1,12 cm (0,44
pulgadas). En este instante de tiempo, el centro instantáneo IC
está todavía por encima del eje 60 de rueda trasera, pero el ángulo
\theta_{1} respecto a la horizontal es menor de alrededor de
5º, de tal modo que la dirección de desplazamiento de rueda trasera
es sustancialmente en dirección ascendente. De ese modo, la
dirección de desplazamiento de suspensión ha cambiado de ser de
alrededor de 20º con respecto a la dirección ascendente al comienzo
del recorrido de la suspensión mostrado en la Figura 4a, a ser
menor de alrededor de 5º cuando el sistema de suspensión está
aproximadamente a medio camino a través del recorrido de compresión
máxima.
La Figura 4d describe el sistema 30 de
suspensión después de que la rueda trasera se ha desplazado
aproximadamente 11,43 cm (4,5 pulgadas) o aproximadamente los tres
cuartos del recorrido de compresión máxima. En ese instante de
tiempo, el centro instantáneo del cuadrilátero articulado está sólo
ligeramente por encima del eje de rueda trasera de modo que la
dirección de desplazamiento instantáneo de rueda trasera es
sustancialmente en dirección ascendente. La distancia vertical
d_{1} entre el centro instantáneo IC y el centro CC de conjunto
de manivela de pedal ha disminuido de nuevo, y la distancia
horizontal d_{2} se ha incrementado de nuevo. Aún más, la
distancia d_{3} entre el arco 62 y el eje 60 de rueda trasera, se
ha incrementado hasta alrededor de 1,42 cm (0,56 pulgadas). Sin
embargo, los enlaces 34 y 36 hacen que los puntos de pivotamiento
48 y 50 giren más en dirección hacia delante que en dirección hacia
atrás. De este modo, en ese punto, la dirección de desplazamiento
instantáneo de rueda trasera es sustancialmente en dirección
ascendente, y los enlaces 34 y 36 están moviendo el brazo oscilante
32 y el eje 60 de rueda trasera en dirección hacia delante.
Haciendo ahora referencia a la Figura 4e, la
rueda trasera se ha desplazado aproximadamente 15,24 cm (6
pulgadas), o aproximadamente todo el recorrido completo. El centro
instantáneo IC del cuadrilátero articulado está por debajo de la
posición vertical del eje 60 de rueda trasera. La dirección de
desplazamiento del centro instantáneo está todavía en dirección
descendente debido a que d_{1} se ha incrementado, y en dirección
hacia delante debido a que d_{2} se ha incrementado. Sin embargo,
el recorrido del centro instantáneo IC es sustancialmente más en
dirección adelante que en dirección descendente. Además, el eje 60
de rueda trasera está todavía alrededor de 1,42 cm (0,56 pulgadas)
hacia fuera del arco 62 creado alrededor del centro de conjunto de
manivela de pedal. De este modo, el eje 60 de rueda trasera está
ahora siguiendo una trayectoria que es muy próxima al arco 62, y
que se produce en dirección ascendente y adelante. Con este medio,
se impide la tensión sustancial de cadena durante al menos parte
del desplazamiento completo de rueda trasera, lo que no es cierto
para aquellos tipos de conjuntos de suspensión que tiene una
dirección de desplazamiento que sigue uniformemente una dirección
hacia atrás y hacia
arriba.
arriba.
Es decir, el conjunto 30 de suspensión se
extiende en dirección ascendente, pero también se mueve el eje
trasero hacia arriba y adelante sobre el obstáculo que se está
librando. De ese modo, el conjunto de suspensión supera los golpes
de forma mucho más rápida y eficaz que en los sistemas de
suspensión de la técnica anterior. Por lo tanto, no sólo la
suspensión empieza en dirección paralela con la fuerza de resalto
F_{B}, sino que el desplazamiento de la suspensión termina en una
trayectoria que es casi paralela con un arco creado en torno al
centro del conjunto de manivela de pedal para evitar la tensión
sustancial de la cadena y para ayudar a que la rueda trasera libre
el obstáculo. De ese modo, el conjunto de suspensión incluye las
ventajas de las posiciones de pivotamiento simple discutidas en los
antecedentes, sin ninguno de los efectos negativos.
El conjunto 30 de suspensión proporciona un
cuadrilátero articulado que tiene un centro instantáneo IC que se
mueve en dirección descendente y adelante sustancialmente a través
del recorrido de compresión. El movimiento del centro instantáneo
IC se produce más en dirección descendente durante la primera mitad
del recorrido de compresión de suspensión máxima, y más en
dirección adelante durante la segunda mitad del recorrido de
compresión de suspensión máxima. El centro instantáneo IC empieza
el choque sustancialmente por encima del eje 60 de rueda trasera,
de tal modo que el eje 60 de rueda trasera tiene una dirección de
desplazamiento inicial en dirección hacia atrás y hacia arriba para
ayudar a mitigar la tracción negativa sobre el brazo oscilante,
pero el brazo oscilante se eleva rápidamente y supera ese obstáculo
debido a que el centro instantáneo IC se desplaza en dirección
adelante, tirando del brazo oscilante 32 y del eje 60 de rueda
trasera adelante. Esto ayuda a que la rueda trasera 24 se eleve y
supere el obstáculo, y a crear un conjunto de suspensión que no
tiene tracción sustancial de cadena desde el eje de rueda trasera
que se desplaza hacia atrás.
\newpage
La tabla que sigue establece los parámetros
preferidos de desplazamiento de suspensión según se ha discutido en
lo que antecede:
| Fig. | ST | d_{1} | d_{2} | d_{3} | \Deltad_{3} |
| 4a | 0 (0) | 12,95 (5,1) | 0,28 (0,11) | 0 (0) | 0 (0) |
| 4b | 3,81 (1,5) | 12,45 (4,9) | 0,43 (0,17) | 0,64 (0,25) | 0,64 (0,25) |
| 4c | 7,62 (3) | 12,19 (4,8) | 0,74 (0,29) | 1,12 (0,44) | 0,48 (0,19) |
| 4d | 11,43 (4,5) | 11,68 (4,6) | 1,27 (0,5) | 1,42 (0,56) | 0,30 (0,12) |
| 4e | 15,24 (6) | 10,92 (4,3) | 2,54 (1,0) | 1,42 (0,56) | 0 (0) |
| ST = desplazamiento de suspensión en centímetros | |||||
| d_{1} = \begin{minipage}[t]{150mm} distancia vertical entre el centro instantáneo y el centro del conjunto de manivela de pedal, en centímetros \end{minipage} | |||||
| d_{2} = \begin{minipage}[t]{150mm} distancia horizontal entre el centro instantáneo y el centro del conjunto de manivela de pedal, en centímetros \end{minipage} | |||||
| d_{3} = \begin{minipage}[t]{150mm} distancia entre el eje de rueda trasera y el arco alrededor del centro del conjunto de manivela de pedal, en centímetros \end{minipage} | |||||
| \Deltad_{3} = \begin{minipage}[t]{150mm} cantidad de d_{3} que ha cambiado desde la medición anterior, en centímetros. \end{minipage} | |||||
| (Los valores de ST, d_{1}, d_{2}, d_{3} y \Deltad_{3} en pulgadas, aparecen entre paréntesis en la tabla que antecede). |
Haciendo ahora referencia a las Figuras
5a-5c, el sistema 30 de suspensión ha sido
representado en forma esquemática, a efectos de mostrar la relación
del centro instantáneo IC con el eje 60 de rueda trasera a través
del recorrido de compresión de rueda trasera. El arco 62 alrededor
del centro de conjunto de manivela de pedal, ha sido representado
de nuevo a efectos de referencia.
En la Figura 5a, el sistema 30 de suspensión
está en posición de reposo. El ángulo \theta_{2} es el ángulo
del brazo oscilante 32 entre la primera sección que se extiende
entre las posiciones de pivotamiento 48 y 50, y una segunda
sección que se extiende entre la posición de pivotamiento 50 y el
eje 60 de rueda trasera. Con preferencia, el brazo oscilante forma
un ángulo \theta_{2} que es menor de 180º, y más
preferiblemente, es de alrededor de 165º.
Según se muestra, el centro instantáneo IC se
sitúa por encima del eje 60 de rueda trasera en una altura d_{4}.
Puesto que la dirección 61 de desplazamiento de eje de rueda
trasera está definida por la posición del centro instantáneo IC, la
dirección 61 de desplazamiento inicial del eje 60 de rueda trasera
se produce en dirección sustancialmente hacia atrás y hacia arriba.
Con preferencia, la dirección 61 de desplazamiento inicial es de
alrededor de 20º en dirección hacia atrás respecto a la dirección
ascendente, según se muestra. De ese modo, la dirección 61 de
desplazamiento inicial es sustancialmente paralela con la fuerza de
resalto F_{B} ejercida sobre la rueda trasera (véase la Figura
4a).
Aún más, la tangente 35 del primer enlace 34
muestra que la rotación inicial del primer enlace 34 alrededor de
la posición de pivotamiento 44 se produce en dirección
sustancialmente descendente y adelante. La tangente 37 del segundo
enlace 36 muestra que la rotación inicial del segundo enlace 36
alrededor de la posición de pivotamiento 46, se produce en
dirección sustancialmente hacia arriba y adelante. De ese modo, los
enlaces 34 y 36 están configurados de tal modo que el brazo
oscilante 32 está en voladizo en torno al segundo enlace 36. El
decir, el movimiento descendente de la tercera posición de
pivotamiento 48 y el movimiento ascendente de la cuarta posición de
pivotamiento 50, ayudan al eje 60 de rueda trasera en su
desplazamiento en dirección ascendente. Esto ayuda a la rueda
trasera a superar un obstáculo.
Haciendo ahora referencia a la Figura 5b, el
sistema 30 de suspensión ha sido representado en un punto
correspondiente aproximadamente a la mitad del recorrido de
compresión máximo o a alrededor de 7,62 cm (3 pulgadas) de
desplazamiento. En ese punto, la dirección 61 de desplazamiento de
la rueda trasera está en una dirección más ascendente. Además, las
posiciones 48 y 50 de pivotamiento están ahora moviéndose en una
dirección sustancialmente más adelante. Así, los enlaces 34 y 36
están ahora moviendo del brazo oscilante 32 en dirección más
hacia
delante.
delante.
Haciendo referencia a la Figura 5c, el sistema
de suspensión ha sido mostrado en un punto próximo al recorrido
máximo de compresión o a alrededor de 15,24 cm (6 pulgadas). En ese
punto, la dirección 61 de desplazamiento del eje de rueda trasera
es sustancialmente ascendente y ligeramente adelante. Sin embargo,
las posiciones de pivotamiento 48 y 50 están moviéndose
sustancialmente hacia delante, tirando del brazo oscilante 32 y de
la rueda trasera hacia delante por encima del obstáculo.
\newpage
La tabla que sigue establece los parámetros
preferidos del recorrido de suspensión según se ha discutido en lo
que antecede:
| Fig. | ST | d_{4} | \theta_{2} | \theta_{3} | \theta_{4} |
| 5a | 0 (0) | 15,49 (6,1) | 165 | 63 | 164 |
| 5b | 1,62 (3) | 7,11 (2,8) | 165 | 52 | 140 |
| 5c | 15,25 (6) | -2,54 (-1) | 165 | 42 | 113 |
| ST = Recorrido de suspensión, en centímetros | |||||
| d_{4} = \begin{minipage}[t]{150mm} distancia vertical que el centro instantáneo IC está por encima del eje 60 de rueda trasera, en centímetros \end{minipage} | |||||
| \theta_{2} = ángulo de curvado del brazo oscilante 32 | |||||
| \theta_{3} = ángulo del brazo oscilante 32 con respecto a la posición original del segundo enlace 36 | |||||
| \theta_{4} = ángulo del brazo oscilante 32 con respecto a la posición instantánea del primer enlace 34 | |||||
| (Los valores de ST y d_{4} en pulgadas, aparecen entre paréntesis en la tabla que antecede) |
Con referencia a la tabla anterior, puesto que
el ángulo \theta_{3} empieza inicialmente con más de 45º y
menos de 90º, la dirección rotacional del segundo enlace 36 es
sustancialmente en dirección adelante y ascendente, es decir, la
posición de pivotamiento 50 se mueve en dirección adelante y
ascendente, tirando del brazo oscilante 32 en dirección adelante.
Puesto que el ángulo \theta_{1} comienza entre 90º y 180º, la
dirección rotacional del primer enlace 34 se produce en dirección
descendente y adelante, es decir, la posición de pivotamiento 48
está moviéndose en dirección descendente y adelante. puesto que el
ángulo \theta_{4} está entre 145º y 180º en la posición de
reposo, la rotación inicial del primer pivotamiento es en dirección
más descendente que la dirección adelante, lo que deja en voladizo
el brazo oscilante 32 alrededor de la posición de pivotamiento 50.
Aún más, puesto que el ángulo \theta_{4} está entre 155º y 135º
en un punto de aproximadamente la mitad del recorrido de
compresión máximo, la dirección rotacional del primer enlace 34 es
casi igual en dirección descendente que dirección adelante.
Finalmente, puesto que el ángulo \theta_{4} está entre 125º y
100º en un punto de aproximadamente el máximo recorrido de
compresión, la dirección rotacional del primer enlace 34 es
sustancialmente más en dirección adelante que en dirección
descendente.
Claims (18)
1. Un sistema de suspensión (30) que acopla una
rueda (24) a un bastidor (12) de un vehículo, comprendiendo el
sistema de suspensión (30):
- a.
- un brazo oscilante (32) que tiene un primer y un segundo extremos, estando el brazo oscilante acoplado a un eje (60) de rueda por el primer extremo;
- b.
- al menos dos enlaces que conectan pivotablemente el brazo oscilante (32) con un bastidor (12) de un vehículo, estando el brazo oscilante (32) acoplado a un primer enlace de al menos dos enlaces (34; 36) por el segundo extremo, y a un segundo enlace de al menos dos enlaces (34; 36) en una posición situada a lo largo del brazo (32) y comprendida entre el primer y el segundo extremos;
- c.
- y un punto de pivotamiento equivalente móvil, definido como el punto móvil alrededor del cual se desplaza el eje de rueda siguiendo un arco, es decir, alrededor del centro (CC) de conjunto de manivela de pedal, en el que el punto móvil se mueve en dirección adelante y hacia abajo durante el movimiento ascendente del eje (60) de rueda, y que está situado de tal modo que el eje (60) de rueda se mueve en dirección ascendente y hacia atrás durante una porción inicial del movimiento ascendente del eje (60) de rueda.
2. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que el primer enlace (34) está acoplado
al bastidor (12) y al brazo oscilante (32), de tal modo que el
segundo extremo del brazo oscilante (32) se mueve en dirección
descendente y hacia delante durante el movimiento ascendente del
eje (60) de rueda.
3. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 2, en el que el segundo enlace (36) está
acoplado al bastidor (12) de tal modo que la posición intermedia
del brazo oscilante (32) se mueve en dirección ascendente y hacia
delante durante el movimiento ascendente del eje (60) de rueda.
4. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que el bastidor (12), el brazo
oscilante (32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36), están
configurados de tal modo que el primer extremo del brazo oscilante
(32) se mueve en dirección ascendente y hacia atrás durante una
porción inicial del movimiento ascendente del eje (60) de rueda, y
se mueve en dirección hacia delante y ascendente durante una última
porción del movimiento ascendente del eje (60) de rueda.
5. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que:
el bastidor (12) de vehículo tiene un primer
punto de conexión (44) y un segundo punto de conexión (46);
estando el brazo oscilante (32) acoplado al eje
(60) de rueda por un extremo, y teniendo un tercer punto de
conexión (48) en el otro extremo, y un cuarto punto de conexión
(50) entre ambos;
en el que:
el primer enlace (34) está acoplado al primer
punto de conexión (44) sobre el bastidor (12) y al tercer punto de
conexión (48) sobre el brazo oscilante (32);
el segundo enlace (36) está acoplado al segundo
punto de conexión (46) sobre el bastidor (12) y al cuarto punto de
conexión (50) sobre el brazo oscilante (32);
un absorbedor de choques (38) se encuentra
acoplado entre el brazo oscilante (32) y el bastidor (12), para
resistir el movimiento relativo entre el brazo oscilante (32) y el
bastidor (12) causado por un choque sobre la rueda (24)
trasera;
en el que el bastidor (12), el brazo oscilante
(32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) están configurados
de modo que forman un cuadrilátero articulado que tiene un centro
instantáneo que es el punto de pivotamiento equivalente del brazo
oscilante (32) que se mueve en dirección verticalmente descendente
a través de una porción sustancial del recorrido de compresión de
la rueda (24) trasera, y el tercer y cuarto puntos de conexión (48,
50) se mueven en dirección hacia delante durante el recorrido de
compresión de la rueda (24) trasera.
6. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 5, en el que el bastidor (12), el brazo
oscilante (32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) están
además configurados de tal modo que el centro instantáneo se mueve
también en dirección sustancialmente hacia delante a través de una
porción sustancial del desplazamiento de compresión de la rueda
(24) trasera.
7. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 6, en el que el bastidor (12), el brazo
oscilante (32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) están
además configurados de tal modo que el centro instantáneo está a
una altura vertical que está por encima del eje (60) de rueda
trasera durante una primera porción del desplazamiento de
compresión de la rueda (24) trasera.
8. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 7, en el que el bastidor (12), el brazo
oscilante (32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) están
además configurados de tal modo que se mueve el centro
instantáneo,
en el que el bastidor (12), el brazo oscilante
(32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) forman un punto de
pivotamiento equivalente del sistema de suspensión que se mantiene
por encima del conjunto de manivela de pedal y que se mueve en
dirección hacia delante durante todo el recorrido ascendente de la
rueda (24) trasera.
9. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 5, en el que el segundo enlace (36) está
acoplado al bastidor (12) de tal modo que el cuarto punto de
conexión (50) se mueve en dirección ascendente y hacia delante
durante una porción sustancial del recorrido de compresión de la
rueda (24) trasera.
10. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 5, en el que el centro instantáneo está situado
en una posición por encima del eje (60) de rueda trasera de tal
modo que el eje (60) de rueda trasera se desplaza en dirección
ascendente y hacia atrás a través de una primera porción del
recorrido de compresión de la rueda (24) trasera.
11. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 10, en el que el centro instantáneo está situado
en una posición por debajo del eje (60) de rueda trasera de tal
modo que el eje (60) de rueda trasera se desplaza en dirección
hacia delante y ascendente a través de una segunda porción del
recorrido de compresión de la rueda (24) trasera.
12. El sistema de compresión (30) de acuerdo con
la reivindicación 1, que comprende además:
un tubo (14) descendente con un conjunto de
manivela de pedal acoplado al mismo;
una rueda (22) delantera;
un conjunto de horquilla delantera para acoplar
la rueda (22) delantera al bastidor (12);
una rueda (24) trasera, y
el brazo oscilante (32) tiene un primer extremo
acoplado a la rueda (24) trasera y un segundo extremo que tiene un
primer punto de conexión (44) y un punto de conexión intermedia
entre el primer y el segundo extremos, teniendo un segundo punto de
conexión (46); en el que,
el primer enlace (34) está acoplado al primer
punto de conexión (44) y al bastidor (12), y
el segundo enlace (36) está acoplado al segundo
punto de conexión (46) y al bastidor (12);
en el que el bastidor (12), el brazo oscilante
(32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) forman un punto de
pivotamiento equivalente del sistema de suspensión que se mantiene
por encima del conjunto de manivela de pedal y que se mueve en
dirección hacia delante durante todo el recorrido ascendente de la
rueda (24) trasera.
13. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 12, en el que el bastidor (12), el brazo
oscilante (32) y el primer y el segundo enlaces (34, 36) forman un
punto de pivotamiento efectivo del conjunto de suspensión (30) que
está por encima del conjunto de manivela de pedal, y que también se
mueve en dirección descendente cuando la rueda (24) trasera se
mueve en dirección ascendente.
14. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 13, en el que el primer y el segundo enlaces
(34, 36) están acoplados al bastidor (12) por el lado superior del
tubo (14) descendente, en el tercer y el cuarto puntos de conexión
(48, 50), respectivamente.
15. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 14, en el que el brazo oscilante (32) forma un
ángulo comprendido entre 10 y 20º con el plano horizontal que
incluye el eje (60) de rueda trasera con anterioridad a cualquier
movimiento ascendente de la rueda (24) trasera.
16. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 12, en el que el primer enlace (34) está
acoplado al bastidor (12) de tal modo que el primer punto de
conexión (44) se mueve en dirección descendente y hacia delante
cuando la rueda (24) trasera se mueve en dirección ascendente.
17. El sistema de suspensión (30) de acuerdo con
la reivindicación 16, en el que el segundo enlace (36) está
acoplado al bastidor (12) de tal modo que el segundo punto de
conexión (46) se mueve en dirección ascendente y hacia delante
cuando la rueda (24) trasera se mueve en dirección ascendente.
18. Una bicicleta (10) que comprende un sistema
de suspensión (30) de acuerdo con cualquier reivindicación
anterior.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/816,531 US5791674A (en) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Bicycle suspension system |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES98910310T Expired - Lifetime ES2264200T3 (es) | 1997-03-13 | 1998-03-11 | Sistema de suspension para una bicicleta. |
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