ITRA20070036A1 - Movimento epicicloidale e relativo meccanismo per incrementare il momento torcente esercitato dal ciclista sull??albero di trasmissione delle biciclette. - Google Patents

Description

“MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO PER INCREMENTARE IL MOMENTO TORCENTE ESERCITATO DAL CICLISTA SULL’ALBERO DI TRASMISSIONE DELLE BICICLETTE "

DESCRIZIONE

Ancora oggi»nonostante II generale progresso tecnico e tecnologico degli ultimi cento anni, le caratteristiche di massima della bicicletta sono quelle assunte attorno al 1890 e ciò soprattutto per quanto concerne il suo funzionamento basato, ora come allora, sulla presenza di una catena che trasmette ad un pignone dentato, fisso 0 a ruota libera e montato sull’asse delia ruota posteriore deila bicicletta, il movimento di una ruota dentata sul cui perno sono fissate le due pedivelle che, munite di pedali liberamente girevoli intorno ad assi paralleli a quello della ruota suddetta, ricevono l’energia muscolare dei ciclista da trasformare e trasmettere alla ruota motrice.

Nei ciclismo agonistico la rotazione di ciascuna pedivella è propulsiva per 360° in quanto il piede che agisce sul relativo pedale imprime a questo una spinta in avanti e verso il basso durante il mezzo giro discendente ed una trazione aH'ìndietro e verso l’alto durante li mezzo giro ascendente.

Ma per una tale sequenza ritmica che alterni sistematicamente spinte e trazioni sfruttando al meglio tutti i gruppi muscolari coinvolti, è indispensabile la presenza di fermapiedi, di cinghiette e di tacchetti che vincolino saldamente il piede ai pedali ed è inoltre necessario un adeguato allenamento specifico che renda quasi automatico l'innaturale movimento di trazione della gamba di volta in volta impegnata nel mezzo giro ascendente della pedalata.

Biciclette da corsa e ciclismo agonistico a parte, nelle cosiddette biciclette da viaggio o da passeggio, quelle nelle quali i piedi del ciclista premono sui pedali senza esservi fissati, la rotazione di ciascuna pedivella risulta propulsiva soltanto eseguendo il mezzo giro discendente durante il quale la spinta utile aumenta progressivamente nella prima metà e diminuisce nella seconda metà fino ad azzerarsi completamente. Lo scopo del presente trovato è quello di incrementare, a parità di forza applicata, il momento torcente esercitato dal ciclista sugli organi di trasmissione della bicicletta proprio durante il suddetto mezzo giro discendente di ciascuna pedivella.

Numerosi sono i meccanismi più o meno complessi elaborati in passato e che, nel tentativo d'incrementare efficacemente e vantaggiosamente ii valore dell<'>energia impressa sui pedali, aumentano a tale scopo il braccio di potenza della pedalata, ovvero la lunghezza delle pedivelle. Trattasi però di cinematismi che, avvalendosi prevalentemente di pedivelle allungabili, di movimenti a stantuffo e di altri accorgimenti equivalenti, oltre a comportare un'eccessiva complessità costruttiva penalizzano l ergonomia del movimento ovalizzando la tradizionale traiettoria circolare dei piedi sui pedali*

In lìnea di massima, ciò che differenzia il presente trovato da qualsiasi altra soluzione nota è Putì lizzo di un movimento epicicloidale e dei meccanismi relativi grazie ai quali il momento torcente esercitato dalla pedalata sull'albero di trasmissione aumenta progressivamente nella fase propulsiva dì questa, ovvero durante il mezzo gira discendente di ogni rotazione, pur restando vantaggiosamente inalterate le caratteristiche cinematiche tradizionali e, in particolare, la lunghezza delle pedivelle ed il moto perfettamente circolare dei pedali.

Queste ed altre caratteristiche del trovato risultano meglio evidenziate netta descrizione che segue e che fa riferimento a sette tavole di disegno dove, a solo titolo indicativo e non limitativo, sono rappresentate: , - le F1GG, 1 e 2, riguardanti una preferita forma di attuazione del trovato e che mostrano la vista laterale dei meccanismo applicato al pedale di sinistra e la sezione XX del medesimo, qui raffigurato durante la cosiddetta fase propulsiva della pedalata;

- le F1GG. 3-4-5-6-7-8-9-10 che mostrano, in sequenza, la rotazione completa dei meccanismo dì cui alle FIGG, 1 e 2 ed il conseguente variare dei momento torcente esercitato sull'albero di trasmissione; - la FIG. 11 che sintetizza schematicamente il movimento epicicloidale del trovato e le conseguenti variazioni in lunghezza della leva agente sull’albero di trasmissione;

- le FIGG. 12 e 13 che mostrano la vista laterale e la sezione XX di un meccanismo alternativo a quello raffigurato nelle prime cinque tavole.

Con riferimento ai disegni allegati ed iniziando da quelli delle FIGG, 1 e 2 riguardanti il meccanismo applicato al pedale di sinistra 1, detto pedale si protende perpendicolarmente dall’estremità libera dì una pedivella a crociera 2 saldamente fissata, nell'estremità opposta, all’anello esterno di un cuscinetto volvente 3 montato su una porzione cilindrica 4 del telaio dei veicolo sulla quale è montata, coassialmente al cuscinetto 3, anche una ruota dentata 10 collegata, attraverso una cinghia dentata 9, ad una identica dentatura 11 ricavata nei planetario 15 di un rotismo differenziale i cui due planetari 14 e 15 ed i due satelliti 12 e 13 sono imperniati nei bracci reciprocamente ortogonali 2<”>e 2<’>della suddetta crociera 2.

Sul perno 8, che si protende dalla faccia esterna del planetario 14 eccentricamente e parallelamente al relativo asse di rotazione è imperniata una estremità dell’asta 7 attraversante perpendicolarmente scorrevolmente una delie sedi trasversali predisposte nelle due estremi dell'albero di trasmissione 5 che, supportato girevolmente nella porzione cilindrica 4 dei telaio, è parallelo ma eccentrico rispetto all'asse de! cuscinetto 3 e della ruota dentata 10.

In virtù di quanto esposto e descrivendo li funzionamento del meccanismo iniziando dalla FIG, 3, nella quale II pedale 1 è ai punto morto superiore e quindi all’Inizio della fase propulsiva, la pressione esercitata su detto pedale 1 costringe l’intero meccanismo a ruotare in senso antiorario intorno all’asse A nel mentre permangono Immobili, insieme alla porzione cilindrica 4 del telalo, la corona dentata 10 e l'asse B dell<'>albero di trasmissione 5.

Durante la suddetta rotazione antioraria la cinghia dentata 9, ingranata nella nuota dentata fissa 10 e nell'identica dentatura 11 ricavata nel planetario 15 dei rotismo differenziale 12-13-14-15, determina la contemporanea rotazione antioraria del planetario 14, intorno all'asse D, con velocità angolare doppia rispetto a quella dei pedale 1 e dell’intero meccanismo intorno all'asse A.

Occorre a questo punto precisare che la distanza tra l’asse A dei telaio e l'asse B dell<’>albero di trasmissione è uguale alla distanza tra l’asse D del rotismo differenziale e l’asse C sul quale è Imperniata l'asta 7.

Tutto ciò, ovvero l'insieme di accorgimenti che determinano la rotazione dell’asse C intorno all’asse D nello stesso senso di quella dell’asse D intorno all'asse A ma con velocità doppia rispetto a quest’uitima, è finalizzato ad ottenere il massimo momento torcente sull’albero di trasmissione a metà della fase propulsiva ovvero quando, come nella FÌG. 5, la pedivella è perfèttamente orizzontale e la distanza fra l'asse O e l’asse B è al suo massimo valore essendo gli assi C e 8 in posizton allineala e contrapposta rispetto alla congiungente degli assi D e A.

Conseguentemente, anche a metà del mezzo giro ascendente della pedalata (FIG, 9) la pedivella è perfettamente orizzontale ma la distanza fra gii assi C e B è ai suo minimo valore essendo detti assi allineati agli assi A e D ma frapposti a questi.

Poiché Sa forza resìstente applicata al perno 8 è data dal rapporto tra il momento torcente resistente che agisce sull'albero 5 e la distanza BC, ne consegue una riduzione della forza suddetta in corrispondenza degli angoli di rotazione in cui la suddetta distanza BC assume i valori più elevati.

inoltre, la posizione reciproca degii assi 8 e A, ovvero l'orientamento della linea ipotetica passante per essi nonché la sincronizzazione adeguata delle ruote dentate 10 e 11, consentono di ottenere i valori maggiori della distanza BC (forza resistente minore) in corrispondenza della fase attiva di spìnta sul pedale, fermo restando che la traiettoria del pedale è perfettamente circolare e le velocità angolari della pedivella 2 e dell'asta 7, nonché dell<'>albero di trasmissione 5, sono uguali tra loro in ogni istante.

L'esempio illustrato ø descritto è soltanto uno dei tanti possibili, modi per attuare, secondo gli scopi indicati, il movimento epicicloidale schematizzato nella FIG, 11 dalla quale si evince che ponendo In rotazione il punto D attorno al punto A e supponendo di imprimere al disco esterno una rotazione antioraria attorno ai punto D stesso, si ottiene una traslazione del punto C secondo la traiettoria indicata dalla linea tratteggiata. Di conseguenza, un'ipotetica asta scorrevole congiungente i punti B e C assume lunghezza variabile in funzione dell'angolo di rotazione nel mentre i segmenti AD e BC ruotano identica velocità angolare.

Tra i possibili meccanismi alternativi con cui ottenere tale cinematismo, si può facilmente ipotizzare ('utilizzo di una cìnghia incrociata come pure la sostituzione della cinghia, sia dritta che incrociata, con appositi ingranaggi dì tipo noto od anche il posizionamento del rotismo differenziale coassialmente all'asse di rotazione della pedivella, come nella soluzione illustrata nelle FIGG, 12 e 13,

Secondo tale variante, della quale anche in questo caso vediamo raffigurato il meccanismo applicato al pedale di sinistra, la pressione esercitata sul pedale 1 costringe, tramite la pedivella 2 ed il cuscinetto 3, l’intero meccanismo a ruotare in senso antiorario intorno all’asse A del telaio net mentre permangono immobili la porzione cilindrica 4 del telaio e l’asse B dell’albero di trasmissione 5, supportato girevolmente ed eccentricamente in essa,

Detta rotazione antioraria coinvolge la corona dentata 11 imperniata In D sulla pedivella 2 e conseguentemente anche la cinghia dentata 9 ingranata in essa e nell'identica dentatura dell’anello 16 coassiale al cuscinetto 3 della pedivella 2,

Dalla corona dentata 11 si protende, eccentricamente e parallelamente ai relativo asse di rotazione D, il perno 8 sul quale è imperniata una estremità dell’asta 7 attraversante perpendicolarmente e scorrevolmente una delle sedi trasversali predisposte nelle due estremità del suddetto albero di trasmissione 5, All’interno del suddetto cuscinetto 3 è situato un rotismo differenziale ì cui pignoni conici o satelliti 12 e 13, imperniati nell'anello esterno del suddetto cuscinetto ed ingranati nelle dentature coniche predisposte nel telaio 4 e nell'anello 16, determinano la rotazione di quest'ultimo intorno al proprio asse A nello stesso senso antiorario delia pedivella 2 e con velocità angolare doppia rispetto a questa. La cinghia dentata 9 trasmette l'identico movimento (velocità e senso di rotazione) dall’anello 16 alla corona dentata 11, determinando cosi il cinematismo richiesto e perfettamente corrispondente a quello già descritto per la versione precedente.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) “MOVIMENTO EPf CICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO PER INCREMENTARE IL MOMENTO TORCENTE ESERCITATO DAL CICLISTA SULL’ALBERO DI TRASMISSIONE DELLE BICICLETTE ", caratterizzati in via principale dai fatto che agendo sul pedale (1) e facendo ruotare la pedivella (2) attorno al cuscinetto voivente (3) montato sulla porzione cilindrica (4) del telaio della bicicletta ed i! cui asse (A) è parallelo ma eccentrico rispetto alPasse (8) dell'albero di trasmissione (5), il movimento della pedivella (2), mediante un rotismo differenziale (12-13-14-15) ad essa collegato, muove un'asta (7) che, costantemente parallela alla stessa pedivella (2), attraversa perpendicolarmente e scorrevolmente una delle sedi trasversali predisposte nelle due estremità dell'albero di trasmissione (5) muovendosi longitudinalmente ed alternatamene nei due sensi e variando la distanza tra il suddetto albero di trasmissione (5) e la propria estremità imperniata nel perno (8) che il suddetto rotismo differenziale fa ruotare, nello stesso senso e con velocità angolare doppia rispetto alla rotazione della pedivella (2), attorno ad un asse (D) passante per pedivella (2) tra l asse dì rotazione (A) della stessa ed il pedale (1). Pertanto, la rotazione del perno (8) intorno all<’>asse (D) nello stesso senso di quella dell'asse (D) intorno all'asse (A) ma con velocità angolare doppia rispetto a quest<'>ultima, consente di ottenere il massimo momento torcente sull'albero dì trasmissione {5} a metà della fase propulsiva, ovvero quando la distanza fra Casse (C) e Casse (B) dell'albero (5) è al suo massimo valore essendo detti assi {Ct B) in posizione allineata e contrapposta rispetto alia congiungente degli assi (D) e {A}* mentre invece a metà del mezzo giro ascendente della pedalata la distanza fra i suddetti assi (C e B) è al suo minimo valore essendo detti assi allineati agli assi (A e D) ma frapposti a questi. 2) "MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO.,.”, come alla precedente rivendicazione, caratterizzati dal fatto che il pedale {1} si protende perpendicolarmente dall'estremità libera della pedivella a crociera (2) saldamente fissata, nell’estremità opposta, all'anello esterno di un cuscinetto volvente (3) montato sulla porzione cilindrica (4) dei telaio del veicolo sulla quale è montata, coassialmente al cuscinetto (3), anche una ruota dentata (10) col legata, attraverso una cinghia dentata (9), ad una identica dentatura (11) ricavata ne! planetario (15) di un rotismo differenziale I cui due planetari (14) e (15) ed i due satelliti (12) e <13} sono imperniati nei bracci reciprocamente ortogonali (2", 2’) della suddetta crociera (2). 3) "MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO,*/’, come alle precedenti rivendicazioni, caratterizzati dal fatto che dalia faccia esterna del planetario (14) si protende, eccentricamente e parallelamente a! relativo asse dì rotazione (C), if perno (8) ne! quale è imperniata una estremità dell'asta (7) attraversante perpendicolarmente e scorrevolmente una delle sedi trasversali predisposte nelle due estremità dell’albero di trasmissione (5) che, supportato girevolmente nella porzione cilindrica (4) dei telaio, è parallelo ma eccentrico rispetto all’asse del cuscinetto (3) e della ruota dentata (10). 4) “MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO.,.”, come alle precedenti rivendicazioni, caratterizzati dai fatto che la distanza tra l’asse (A) del telaio e l'asse (B) dell'albero di trasmissione (5) é uguale alla distanza tra l’asse (D) del rotismo differenziale (12-13-14-15) e l’asse (C) de) perno (8) sul quale è imperniata l'asta (7). 5) "MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO,*,”, come alle precedenti rivendicazioni, caratterizzati dal fatto che durante la rotazione della pedivella (2) intorno ali asse (A) del telaio, essendo immobili l'asse (B) dell'albero di trasmissione (5) e la corona dentata (10), la cinghia dentata (9) ingranata irt essa e nell'identica dentatura (11) predisposta nel planetario (15) del rotismo differenziale (12-13-14-15), determina la contemporanea rotazione del planetario (14) intorno all’asse (D), nello stesso senso e con velocità angolare doppia rispetto a quella del pedale (1) e dell'intero meccanismo intorno all’asse (A). 6) “MOVIMENTO EP1CICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO,.*”, come alla rivendicazione 1, caratterizzati dal fatto che, secondo la variante illustrata nelle FIGG, 12 e 13, la pressione esercitata sul pedale (1) costringe, tramite la pedivella (2) ed il cuscinetto (3), intero meccanismo a ruotare in senso antiorario intorno all'asse (A) del telaio nel mentre permangono immobili la porzione cilindrica (4) del telaio e l’asse (B) dell'albero di trasmissione (5), supportato girevolmente ed eccentricamente in essa, coinvolgendo in detta rotazione la corona dentata (11 ) imperniata in (D) sulla pedivella (2) e conseguentemente anche la cinghia dentata (9) ingranata in essa e nell'identica dentatura dell’anello (16) coassiale al cuscinetto (3). 7) “MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO,,.”, come alla rivendicazione 6, caratterizzati dal fatto che dalla corona dentata (11) si protende, eccentricamente e parallelamente ai relativo asse di rotazione (D), il perno (8) sul quale è imperniata una estremità dell’asta (7) attraversante perpendicolarmente e scorrevolmente una delle sedi trasversali predisposte nelle due estremità del suddetto albero di trasmissione (5), 8) “MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO.,.”, come alfe rivendicazioni 6 e 7, caratterizzati da! fatto che all'interno del cuscinetto (3) è situato un rotismo differenziale i cui pignoni conici o satelliti (12, 13), imperniati nell’anello esterno del suddetto cuscinetto ed ingranati nelle dentature coniche predisposte nel telaio {4) e nell’anello (16), determinano la rotazione di quest'ultimo intorno al proprio asse (A) nello stesso senso antiorario delta pedivella (2) e con velocità angolare doppia rispetto a questa. Tale movimento (velocità e senso di rotazione) è trasmesso dalla cinghia dentata (9) dall'anello (16) alla corona dentata (11), determinando così il cinematismo richiesto. 9) “MOVIMENTO EPICICLOIDALE „.<w>, come ad una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che, secondo lo schema della F1G.11, ponendo in rotazione il punto (D) attorno al punto (A) e supponendo di imprimere ai disco esterno una rotazione antioraria attorno al punto (D) stesso, si ottiene una traslazione del punto (C) secondo Sa traiettoria indicata dalla linea tratteggiata. Di conseguenza, un'ipotetica asta scorrevole congiungente i punti (B) e (C) assume lunghezza variabile in funzione dell'angolo di rotazione nel mentre i segmenti (AD) e (8C) ruotano con identica velocità angolare. 10) “MOVIMENTO EPICICLOIDALE E RELATIVO MECCANISMO PER INCREMENTARE IL MOMENTO TORCENTE ESERCITATO DAL CICLISTA SULL'ALBERO DI TRASMISSIONE DELLE BICICLETTE ", corne a tutte le precedenti rivendicazioni, sostanzialmente come illustrati e descritti per gli scopi specificati ed indipendentemente da quelle modifiche o varianti che, comunque comprese nel presente ambito brevettale, potrebbero tra l'altro riguardare l'utilizzo di una cinghia incrociata come pure (a sostituzione della cinghia, sia dritta che incrociata, con appositi ingranaggi ed altri meccanismi alternativi.