RU2476345C2 - Bicycle frame - Google Patents
Bicycle frame Download PDFInfo
- Publication number
- RU2476345C2 RU2476345C2 RU2011104560/11A RU2011104560A RU2476345C2 RU 2476345 C2 RU2476345 C2 RU 2476345C2 RU 2011104560/11 A RU2011104560/11 A RU 2011104560/11A RU 2011104560 A RU2011104560 A RU 2011104560A RU 2476345 C2 RU2476345 C2 RU 2476345C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- crank
- cranks
- carriage
- bearings
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
- B62M3/08—Pedals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
- B62M3/06—Construction of cranks operated by hand or foot with elliptical or other non-circular rotary movement
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства велосипедов, в частности гоночных велосипедов.The invention relates to the field of production of bicycles, in particular racing bicycles.
Для гоночных велосипедов основным требованием к его конструктивным элементам является обеспечение высокой точности установки и надежности крепления кривошипов на валу каретки и передача мускульных усилий ног велосипедиста на заднее колесо велосипеда с максимально высоким коэффициентом полезного действия. Другим важным требованием к конструкции велосипеда является обеспечение высокой технологичности его изготовления и сборки.For racing bicycles, the main requirement for its structural elements is to ensure high installation accuracy and reliability of fastening the cranks to the carriage shaft and to transfer the muscular efforts of the cyclist's legs to the rear wheel of the bicycle with the highest possible efficiency. Another important requirement for the construction of a bicycle is to ensure high manufacturability of its manufacture and assembly.
Передача мускульных усилий ног велосипедиста на заднее колесо велосипеда с максимально высоким коэффициентом полезного действия обеспечивается как оптимизацией конструкции каретки велосипеда, состоящей из шарикоподшипникового узла и кривошипной системы, определяющей точность и надежность крепления кривошипов на валу каретки, при котором оси педалей и ось вала параллельны и находятся в одной плоскости, так и способом посадки гонщика, обеспечивающим его удобное и эффективное педалирование, при котором оптимальное расстояние между плоскостями вращения правой и левой педалей, обусловленное расположением тазобедренных суставов, позволяет производить давление на педали строго в вертикальном направлении, полностью используя мускульную силу ног, а оптимальная длина кривошипов, обусловленная длиной ног велосипедиста при их сгибании и разгибании, позволяет производить длительное силовое педалирование с высокой частотой.The transmission of the muscular effort of the cyclist's legs to the rear wheel of the bicycle with the highest possible efficiency is ensured as an optimization of the design of the bicycle carriage, consisting of a ball-bearing assembly and a crank system, which determines the accuracy and reliability of fastening the cranks on the carriage shaft, in which the pedal axes and the shaft axis are parallel and are in the same plane, and the way the rider is landing, providing him with convenient and effective pedaling, in which the optimal distance between the pl the rotation axes of the right and left pedals, due to the location of the hip joints, allows you to apply pressure on the pedals in a strictly vertical direction, fully utilizing the muscular strength of the legs, and the optimal length of the cranks due to the length of the cyclist's legs when they are bent and unbent allows long-term force pedaling with high frequency.
В формировании крутящего момента на каретке велосипеда определяющую роль имеет длина кривошипов в их горизонтальном положении, когда максимально используется мускульная сила ног велосипедиста при давлении одной ногой вниз на одну из педалей с одновременным подтягиванием другой педали вверх в строго вертикальных направлениях. При вертикальном положении кривошипов, в так называемой «мертвой зоне», крутящий момент равен «0». Одним из путей дальнейшего увеличения крутящего момента на каретке велосипеда является применение ведущих эллипсных шестеренок и кривошипов, имеющих в вертикальном положении строго определенную оптимальную длину, обусловленную длиной ног при их сгибании и разгибании, а в горизонтальном - увеличенную, не допуская при этом изменения оптимального расстояния между плоскостями вращения педалей, позволяя передавать мускульные усилия ног велосипедиста в строго вертикальных направлениях.The determining role in the formation of torque on the bicycle carriage is played by the length of the cranks in their horizontal position, when the muscle strength of the cyclist's legs is used to the maximum when one foot is pressed down on one of the pedals while the other pedal is pulled up in strictly vertical directions. When the cranks are upright, in the so-called “dead zone,” the torque is “0”. One of the ways to further increase the torque on the bicycle carriage is to use leading ellipse gears and cranks that have a strictly defined optimal length in the vertical position, due to the length of the legs when they are bent and unbent, and increased in the horizontal position, without allowing the optimal distance between planes of rotation of the pedals, allowing you to transfer the muscular efforts of the legs of the cyclist in strictly vertical directions.
Известна каретка гоночного велосипеда, состоящая из двух узлов:Known carriage racing bike, consisting of two nodes:
шарикоподшипникового узла и кривошипной системы (Любовицкий В.П. Гоночные велосипеды. - Л., Машиностроение, Ленинградское отделение, 1989 г., стр.64-69, 166-167). Шарикоподшипниковый узел каретки включает вал, левую и правую чашки, которые устанавливаются на резьбе в корпусе рамы велосипеда и с буртиками вала образуют шариковые дорожки, в которых размещаются опорные шарики. Осевое положение чашек фиксируется контргайками. Кривошипная система состоит из левого и правого кривошипов, которые крепятся к валу каретки по сопрягаемым клиновым поверхностям квадратного отверстия с помощью болтов с шайбами и ведущими шестеренками.ball bearing assembly and crank system (Lubovitsky VP Racing bicycles. - L., Mechanical Engineering, Leningrad Branch, 1989, pp. 64-69, 166-167). The ball-bearing unit of the carriage includes a shaft, left and right cups, which are mounted on a thread in the body of the frame of the bicycle and form ball tracks with shaft flanges in which the support balls are placed. The axial position of the cups is fixed with locknuts. The crank system consists of left and right cranks, which are attached to the carriage shaft along the mating wedge surfaces of the square hole using bolts with washers and pinion gears.
Крепление кривошипов с помощью болтов приводит к периодическому ослаблению их затяжки и появлению люфтов, которые приводят к осевому биению кривошипов, что резко снижает динамические характеристики велосипеда. Осуществление регулировки крепления кривошипов в процессе гонок практически исключается из-за невосполнимых потерь времени. К изготовлению деталей шарикоподшипникового узла и их сборке предъявляются высокие требования по прочности, долговечности и точности, что снижает его технологичность. Квадратное сочленение вала с кривошипом приводит к неравномерному распределению нагрузок от действующего крутящего момента и смятию граней кривошипа, что устраняется периодическим подтягиванием болтов и поджиманием кривошипов, при этом уменьшая расстояние между плоскостями вращения педалей и нарушая параллельность осей педалей с осью вала каретки, а применение круглых ведущих шестеренок не дает возможности увеличения крутящего момента.Fastening the cranks with bolts leads to a periodic weakening of their tightening and the appearance of backlashes, which lead to axial runout of the cranks, which sharply reduces the dynamic characteristics of the bicycle. The implementation of the adjustment of the mounting of the cranks during the race is virtually eliminated due to irreparable loss of time. For the manufacture of parts of the ball-bearing assembly and their assembly, high demands are placed on strength, durability and accuracy, which reduces its manufacturability. The square joint of the shaft with the crank leads to an uneven distribution of loads from the acting torque and crushing of the crank faces, which is eliminated by periodic tightening of the bolts and tightening of the cranks, while reducing the distance between the pedal rotation planes and violating the parallelism of the pedal axes with the axis of the carriage shaft, and the use of round leading gears does not allow increasing torque.
Так же известна каретка велосипеда (патент US20060112780 А1 от 1.06.2006 г.), в которой с помощью резьбового соединения с контргайкой через упорную втулку установлены два упора с подшипниками, на которых размещен вал, на правую сторону которого, через шлицевое соединение, запрессован правый кривошип, а на левую сторону, через шлицевое соединение по свободной посадке, установлен левый кривошип с болтом и двумя стягивающими винтами.A bicycle carriage is also known (patent US20060112780 A1 dated 01.06.2006), in which two stops with bearings are mounted using a threaded connection with a lock nut through a thrust sleeve, on which a shaft is mounted, on the right side of which, through the spline connection, the right one is pressed the crank, and on the left side, through the spline connection for a loose fit, a left crank with a bolt and two tightening screws is installed.
Установка упоров, в которых размещены внешние обоймы подшипников, через упорную втулку с помощью резьбового соединения и подпором контргайкой, не может обеспечить полную соосность подшипников и уменьшает срок их эксплуатации, а ручная регулировка шарикоподшипникового узла путем поджимания левого кривошипа к внутренней обойме левого подшипника до устранения осевого люфта с последующей фиксацией двумя стягивающими винтами является субъективной, что также уменьшает срок эксплуатации подшипников. Шлицевое соединение левого кривошипа с валом каретки из-за трудности точного изготовления сопрягаемых поверхностей и соединения небольшой части левого кривошипа с валом по круглому сечению и свободной посадке не может обеспечить в достаточной мере параллельность осей педалей с валом каретки и расположение их в одной плоскости, а дополнительное сжимание разрезной части левого кривошипа стягивающими винтами приводит в процессе эксплуатации к периодическому ослаблению их затяжки и появлению угловых люфтов и, как следствие, к чрезмерным динамическим нагрузкам на шлицевое соединение и срезу соединительных выступов в теле левого кривошипа.The installation of stops in which the outer bearing shells are located through the thrust sleeve using a threaded connection and a counter lock nut cannot ensure full alignment of the bearings and reduce their service life, while manual adjustment of the ball bearing assembly by pressing the left crank to the inner race of the left bearing until the axial bearing is removed play with subsequent fixing with two tightening screws is subjective, which also reduces the bearing life. The spline connection of the left crank with the shaft of the carriage due to the difficulty in accurately manufacturing the mating surfaces and the connection of a small part of the left crank with the shaft in a circular section and loose fit cannot provide sufficient parallelism between the axes of the pedals and the carriage shaft and their location in the same plane, and the additional the compression of the cut part of the left crank by the tightening screws leads to a periodic weakening of their tightening and the appearance of angular backlash during operation and, as a result, to excessive dynamic loads on the spline and shear connection projections in the body of the left crank.
Наиболее близкий аналог (прототип) заявленного изобретения раскрыт в патенте US 5636554 A, из которого известна каретка велосипеда, включающая ведущую шестеренку и вал, соединяющий два кривошипа с установленными на них двумя шатунами, каждый из которых размещен с внешней стороны кривошипа с возможностью свободного углового перемещения шатуна относительно кривошипа в пределах до 90 градусов - в горизонтальном положении, ограниченного винтом, установленным в кривошип, и внутренними поверхностями шатуна.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is disclosed in US Pat. No. 5,636,554 A, of which a bicycle carriage is known including a pinion gear and a shaft connecting two cranks with two connecting rods mounted on them, each of which is placed on the outside of the crank with the possibility of free angular movement the crank relative to the crank within 90 degrees - in a horizontal position, limited by the screw installed in the crank, and the inner surfaces of the crank.
Расположение шатуна не в одной плоскости с кривошипом, а с его внешней стороны, приводит к увеличению расстояния между педалью и кривошипом, что уменьшает жесткость конструкции и заставляет развести стопы ног спортсмена в стороны, и, как следствие, давление на педали происходит уже не в строго вертикальных направлениях, а под небольшим углом, что приводит к искажению педалирования и уменьшению силы давления на педаль. Угловое ограничение поворота шатуна относительно кривошипа осуществляется вкрученным в кривошип винтом, который за каждый оборот кривошипа получает два противоположных удара об ограничительный вырез шатуна. Если предположить, что во время тренировочных занятий спортсмен каждый день проезжает по 2 часа с частотой педалирования 100 оборотов в минуту, то нетрудно подсчитать, что за первые 45 дней ограничительный винт с его небольшой площадью контакта получит более 1.000.000 ударов с двух противоположных сторон и расшатается, деформируется и выкрутится, что приведет к заклиниванию поворота шатуна относительно кривошипа, а небольшая контактная площадь кругового выреза шатуна получит значительные деформации. Как видно из представленной диаграммы кругового перемещения кривошипа относительно вала каретки, при движении педали вниз расстояние от оси педали до вала каретки является увеличенным, а при движении педали вверх - уменьшенным, т.е. на сколько увеличивается крутящий момент на валу каретки при движении педали вниз, на столько же он и уменьшается при движении педали вверх, что ставит под сомнение эффективность такой конструкции. Кроме того, чрезмерные угловые перемещения шатуна относительно кривошипа от 0 до 90 градусов приводят к неудобству педалирования с высокой частотой. Применение возвратной пружины приводит к непроизводительным затратам усилий велосипедиста на работу закручивания или растяжения пружины, что значительно уменьшает крутящий момент на валу каретки велосипеда, а применение «беспружинного» шатуна без ограничения его угловых перемещений приведет к значительным угловым (до 180 градусов) и линейным перемещениям оси педали относительно кривошипа (особенно при разгоне со старта, с поворота или при езде в гору, когда велосипедист встает на ноги и прикладывает максимальные усилия к одной из педалей вниз, с одновременным подтягиванием другой педали вверх). Кроме того, значительно увеличиваются габаритные размеры и масса шатунов.The location of the connecting rod not on the same plane as the crank, but on its outer side, leads to an increase in the distance between the pedal and the crank, which reduces the rigidity of the structure and forces the athlete's foot to move apart, and as a result, the pressure on the pedals is no longer strictly vertical directions, but at a slight angle, which leads to distortion of pedaling and a decrease in pressure on the pedal. The angular restriction of the rotation of the connecting rod relative to the crank is carried out by a screw screwed into the crank, which for each revolution of the crank receives two opposite hits on the restrictive cut-out of the connecting rod. If we assume that during the training session the athlete travels for 2 hours every day with a pedaling frequency of 100 revolutions per minute, then it is easy to calculate that in the first 45 days the restrictive screw with its small contact area will receive more than 1,000,000 hits from two opposite sides and it will become loose, deformed and unscrew, which will lead to jamming of the connecting rod rotation relative to the crank, and a small contact area of the connecting rod circular cut will receive significant deformations. As can be seen from the diagram of the circular movement of the crank relative to the carriage shaft, when the pedal moves downward, the distance from the pedal axis to the carriage shaft is increased, and when the pedal moves upward, it is reduced, i.e. how much torque increases on the carriage shaft when the pedal moves down, by the same amount it decreases when the pedal moves up, which casts doubt on the effectiveness of such a design. In addition, excessive angular movement of the connecting rod relative to the crank from 0 to 90 degrees leads to the inconvenience of pedaling with high frequency. The use of a return spring leads to the unproductive expenditure of efforts of the cyclist on the work of twisting or stretching the spring, which significantly reduces the torque on the shaft of the bicycle carriage, and the use of a "springless" connecting rod without limiting its angular movements will lead to significant angular (up to 180 degrees) and linear axis movements pedals relative to the crank (especially when accelerating from the start, from a turn or when riding uphill, when the cyclist gets to his feet and applies maximum effort to one of the pedals it down while pulling the other pedal up). In addition, the overall dimensions and weight of the connecting rods are significantly increased.
Так же известна каретка велосипеда с кривошипами, на правом из которых установлены ведущие эллипсные шестеренки (патент US 7749117 В2 от 06.07.2010 г.). Для уменьшения усилий в верхних и нижних положениях главная (длинная) ось симметрии эллипсной шестеренки располагается под углом 90 градусов к оси симметрии правого кривошипа, а с учетом появления момента инерции при вращении кривошипов сдвинута на дополнительный угол по ходу их вращения.A bicycle carriage with cranks is also known, on the right of which drive ellipse gears are installed (patent US 7749117 B2 dated July 6, 2010). To reduce forces in the upper and lower positions, the main (long) axis of symmetry of the ellipse gear is located at an angle of 90 degrees to the axis of symmetry of the right crank, and taking into account the appearance of moment of inertia during rotation of the cranks, it is shifted by an additional angle in the direction of their rotation.
Выравнивание мускульных усилий на протяжении полного оборота шатунов приводит к увеличению усилий, приложенных к оси педали при горизонтальном положении кривошипов, и уменьшению усилий в их вертикальных положениях. Но в нижнем и верхнем положениях кривошипов нет надобности уменьшать крутящий момент за счет уменьшения передаточного отношения между ведущей и ведомой шестеренками, т.к. в этом положении кривошипов, в так называемых «мертвых зонах», не происходит формирования крутящего момента, а автоматическое увеличение передаточного отношения при горизонтальном положении кривошипов приведет к необходимости прилагать увеличенные усилия к педалям, чтобы получить исходный крутящий момент на каретке велосипеда.Alignment of muscular effort over a full turn of the connecting rods leads to an increase in the effort exerted on the pedal axis in the horizontal position of the cranks, and a decrease in effort in their vertical positions. But in the lower and upper positions of the cranks, there is no need to reduce the torque by reducing the gear ratio between the drive and driven gears, because in this position of the cranks, in the so-called "dead zones", there is no formation of torque, and the automatic increase in the gear ratio when the cranks are horizontal will make it necessary to exert increased efforts on the pedals to get the initial torque on the bicycle carriage.
Технический результат предлагаемого решения - обеспечение максимально точной установки и надежности крепления кривошипов с валом каретки и повышение срока эксплуатации подшипников, увеличение крутящего момента на валу каретки велосипеда, сохранение оптимальных, привычных, расстояний между плоскостями вращения педалей и параллельности между осями педалей и валом каретки в одной плоскости, увеличение надежности конструкции при ограничении угловых перемещений шатунов относительно кривошипов.The technical result of the proposed solution is to ensure the most accurate installation and reliability of mounting the cranks with the carriage shaft and increase the bearing life, increase the torque on the bicycle carriage shaft, maintain optimal, familiar distances between the pedal rotation planes and parallelism between the pedal axes and the carriage shaft in one plane, increasing the reliability of the structure while limiting the angular movements of the rods relative to the cranks.
Технический результат обеспечивается тем, что в каретке велосипеда, включающей кривошипную систему, имеющую ведущую эллипсную шестеренку, левый и правый кривошипы с установленными на них левым и правым шатунами и шарикоподшипниковый узел, установленный на раму велосипеда, имеющий вал и два подшипника, на двух удлиненных кривошипах, жестко соединенных между собой валом по круглому сечению с помощью набора цилиндрических шпонок до полного упора внутренних торцовых плоскостей кривошипов через внутренние обоймы подшипников каретки в распорную втулку с одновременным упором внешних обойм подшипников каретки в упорную втулку, установлены два шатуна, имеющих полую форму, каждый из которых размещен в одной плоскости с кривошипом перед ним по ходу его вращения через ограничительную втулку в распорное кольцо на двух подшипниках и закреплен с помощью резьбового соединения запорной крышкой и законтрогаен от откручивания осью педали с возможностью свободного углового перемещения шатуна относительно кривошипа в пределах от 45 градусов при вертикальном положении кривошипов и до 90 градусов - в их горизонтальном положении, ограниченного выступом на кривошипе и внутренними боковыми поверхностями шатуна через ударопрочные прокладки, уменьшающие стук ограничительных плоскостей. Для повышения надежности конструкции шарикоподшипникового узла, установленного в раме велосипеда, и увеличения срока службы подшипников в раме велосипеда в сквозное, расточенное с одного установа посадочное место для внешних обойм подшипников установлена упорная втулка с помощью прессовой посадки, а на валу каретки, между внутренними обоймами подшипников установлена распорная втулка по свободной посадке, причем обе втулки имеют абсолютно одинаковую длину за счет одновременной плоской шлифовки их торцовых плоскостей. Для обеспечения увеличения крутящего момента на правом кривошипе установлена ведущая эллипсная шестеренка, главная (длинная) ось симметрии которой расположена под оптимальным углом к правому кривошипу. Для обеспечения параллельности осей педалей и вала каретки в каждом из кривошипов сквозное отверстие для внешних обойм подшипников и сквозное отверстие для крепления вала расточены с одного установа, а в каждом шатуне цилиндрическая часть для внутренних обойм подшипников и резьбовое отверстие для оси педали также выполнены с одного установа. Для обеспечения надежности крепления кривошипов на валу каретки левый кривошип установлен на вал по круглому сечению и тугой посадке до полного совмещения их торцовых плоскостей. По круговой линии контакта через равные промежутки расточены глухие отверстия, в которые установлены цилиндрические шпонки по тугой посадке и прижаты болтом с шайбой. Правый кривошип установлен на вал по круглому сечению и тугой посадке таким образом, чтобы вал и посадочные места для внешних обойм подшипников левого и правого кривошипов находились в одной плоскости, а по круговой линии контакта вала и правого кривошипа через равные промежутки расточены глухие отверстия, в которые установлены цилиндрические шпонки по тугой посадке и прижаты болтом с шайбой до полного упора через внутренние обоймы подшипников каретки и распорную втулку к внутренней торцовой части левого кривошипа. Для исключения осевого перемещения вала его длина должна быть немного меньше (на 0,1-0,5 мм) суммарной длины цилиндрических частей правого и левого кривошипов, внутренних обойм подшипников каретки и распорной втулки.The technical result is ensured by the fact that in a bicycle carriage including a crank system having a leading elliptical gear, left and right cranks with left and right connecting rods mounted on them and a ball-bearing assembly mounted on the bicycle frame, having a shaft and two bearings, on two elongated cranks rigidly interconnected by a shaft in circular cross section using a set of cylindrical dowels to the full stop of the internal end planes of the cranks through the inner race of the bearings of the carriage A bearing sleeve with simultaneous emphasis on the outer race of the carriage bearings in a thrust sleeve, two connecting rods are installed, having a hollow shape, each of which is placed in the same plane with the crank in front of it through the restrictive sleeve into the spacer ring on two bearings and secured with a threaded connection with a locking cover and is locked against unscrewing by the pedal axis with the possibility of free angular movement of the connecting rod relative to the crank in the range from 45 degrees with the vertical position of the cranks and up to 90 degrees - in their horizontal position, limited by a protrusion on the crank and the inner side surfaces of the connecting rod through shock-resistant gaskets that reduce the knock of the limiting planes. To increase the reliability of the design of the ball-bearing assembly installed in the bicycle frame, and to increase the service life of the bearings in the bicycle frame, a thrust sleeve is installed using a press fit in the through hole, bored from one installation, and on the carriage shaft, between the inner bearing race a spacer sleeve for free seating is installed, both bushings having exactly the same length due to the simultaneous flat grinding of their end planes. To ensure an increase in torque, a leading elliptical gear is installed on the right crank, the main (long) axis of symmetry of which is located at an optimal angle to the right crank. To ensure the parallelism of the axes of the pedals and the carriage shaft, in each of the cranks, the through hole for the outer bearings of the bearings and the through hole for mounting the shaft are bored from one installation, and in each connecting rod the cylindrical part for the internal bearings of the bearings and the threaded hole for the pedal axis are also made from one installation . To ensure the reliability of fastening the cranks on the shaft of the carriage, the left crank is mounted on the shaft in a circular cross section and tight fit until their end faces are fully aligned. Blind holes are drilled along the circular contact line at equal intervals, into which the cylindrical keys are mounted in a tight fit and are pressed by a bolt and washer. The right crank is mounted on the shaft in a circular section and tight fit so that the shaft and seats for the outer bearing shells of the left and right cranks are in the same plane, and blind holes are drilled at equal intervals along the circular contact line of the shaft and the right crank through which the cylindrical keys are installed in a tight fit and are pressed with a bolt and washer to the full stop through the inner race of the carriage bearings and the spacer sleeve to the inner end of the left crank. To exclude axial movement of the shaft, its length should be slightly less (by 0.1-0.5 mm) of the total length of the cylindrical parts of the right and left cranks, the inner bearings of the carriage bearings and the spacer sleeve.
Отличительные признаки предлагаемого устройства заключаются в том, что на двух кривошипах, жестко соединенных между собой валом по круглому сечению с помощью набора цилиндрических шпонок до полного упора внутренних торцовых плоскостей кривошипов через внутренние обоймы подшипников каретки в распорную втулку с одновременным упором внешних обойм подшипников каретки в упорную втулку, установлены два шатуна, имеющих полую форму, каждый из которых размещен в одной плоскости с кривошипом перед ним по ходу его вращения через ограничительную втулку в распорное кольцо на двух подшипниках и закреплен с помощью резьбового соединения запорной крышкой и законтрогаен от откручивания осью педали с возможностью свободного углового перемещения шатуна относительно кривошипа в пределах от 45 градусов при вертикальном положении кривошипов и до 90 градусов - в их горизонтальном положении, ограниченного выступом на кривошипе и внутренними боковыми поверхностями шатуна через ударопрочные прокладки. Ведущая эллипсная шестеренка ориентирована относительно правого кривошипа и установлена на нем таким образом, что при расположении оси правой педали в нижнем положении на одной прямой с центром вала каретки и тазобедренным суставом спортсмена на седле велосипеда ее главная (длинная) ось симметрии расположена под углом 90 градусов к верхней ветви приводной цепи. В раме велосипеда в сквозное, расточенное с одного установа посадочное место для внешних обойм подшипников установлена упорная втулка с помощью прессовой посадки, а на валу каретки, между внутренними обоймами подшипников установлена распорная втулка по свободной посадке, причем обе втулки имеют абсолютно одинаковую длину за счет одновременной плоской шлифовки их торцовых плоскостей. В каждом из кривошипов сквозное отверстие для внешних обойм подшипников и сквозное отверстие для крепления вала расточены с одного установа, а в каждом шатуне цилиндрическая часть для внутренних обойм подшипников и резьбовое отверстие для оси педали также выполнены с одного установа. Левый кривошип установлен на вал по круглому сечению и тугой посадке до полного совмещения их торцовых плоскостей. По круговой линии контакта через равные промежутки расточены глухие отверстия, в которые установлены цилиндрические шпонки по тугой посадке и прижаты болтом с шайбой. Правый кривошип установлен на вал по круглому сечению и тугой посадке таким образом, чтобы вал и посадочные места для внешних обойм подшипников левого и правого кривошипов находились в одной плоскости, а по круговой линии контакта вала и правого кривошипа через равные промежутки расточены глухие отверстия, в которые установлены цилиндрические шпонки по тугой посадке и прижаты болтом с шайбой до полного упора через внутренние обоймы подшипников каретки и распорную втулку к внутренней торцовой части левого кривошипа, причем длина вала должна быть немного меньше суммарной длины цилиндрических частей правого и левого кривошипов, внутренних обойм подшипников каретки и распорной втулки.Distinctive features of the proposed device are that on two cranks rigidly connected to each other by a shaft in circular cross section using a set of cylindrical keys to fully stop the internal end planes of the cranks through the inner race of the bearing of the carriage into the spacer sleeve while the outer race of the bearing of the carriage is thrust bushing, two connecting rods having a hollow shape are installed, each of which is placed in the same plane with the crank in front of it in the direction of its rotation through the restrictive th sleeve in the spacer ring on two bearings and secured with a threaded connection with a locking cap and is prevented from unscrewing the pedal axis with the possibility of free angular movement of the connecting rod relative to the crank in the range from 45 degrees with the vertical position of the cranks and up to 90 degrees in their horizontal position, limited the protrusion on the crank and the inner side surfaces of the connecting rod through shockproof gaskets. The leading ellipse gear is oriented relative to the right crank and mounted on it in such a way that when the axis of the right pedal is in the lower position on a straight line with the center of the carriage shaft and the athlete’s hip joint on the bicycle saddle, its main (long) axis of symmetry is located at an angle of 90 degrees to upper branch of the drive chain. In the frame of the bicycle, a thrust sleeve is installed with a press fit in the through hole, bored from one installation, for the external bearing cages, and a spacer sleeve for free landing is installed on the carriage shaft, between the inner bearings of the bearings, both bushes having exactly the same length due to the simultaneous flat grinding of their end planes. In each of the cranks, the through hole for the outer bearing race and the through hole for mounting the shaft are bored from one installation, and in each connecting rod, the cylindrical part for the inner bearing race and the threaded hole for the pedal axis are also made from one installation. The left crank is mounted on the shaft in a circular cross section and tight fit until their end faces are fully aligned. Blind holes are drilled along the circular contact line at equal intervals, into which the cylindrical keys are mounted in a tight fit and are pressed by a bolt and washer. The right crank is mounted on the shaft in a circular section and tight fit so that the shaft and seats for the outer bearing shells of the left and right cranks are in the same plane, and blind holes are drilled at equal intervals along the circular contact line of the shaft and the right crank through which the cylindrical keys are installed in a tight fit and pressed against the stop using the bolt and washer through the inner race of the carriage bearings and the spacer sleeve to the inner end of the left crank, the shaft length up to It should be slightly less than the total length of the cylindrical parts of the right and left cranks, the inner bearings of the carriage bearings and the spacer sleeve.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана каретка велосипеда с кривошипами, шатунами и осями педалей - вид сверху; на фиг.2 изображен вид А - вид сбоку; на фиг.3 изображено сечение В-В, показывающее подвижное крепление левого шатуна к левому кривошипу; на фиг.4 показано сечение С-С, изображающее жесткое крепление оси правой педали в правом шатуне через свободный край запорной крышки, предотвращающее ее откручивание; на фиг.5 показано сечение А-А, изображающее особенности поворота левого шатуна в пределах от 0 градусов - при вертикальном положении кривошипов и до 90 градусов - при их горизонтальном положении; на фиг.6 показано сечение А-А, изображающее особенности поворота левого шатуна в пределах от 45 градусов - при вертикальном положении кривошипов и до 90 градусов - при их горизонтальном положении; на фиг.7 показана кинематика обычного кругового движения оси левой педали радиусом l, обусловленная длиной ног велосипедиста - кривая 31, кинематика кругового движения кривошипа радиусом L - кривая 32 - и кинематика движения оси левой педали с применением подвижного шатуна длиной m при ограничении угла поворота шатуна относительно кривошипа в пределах от 0 до 90 градусов при полном повороте кривошипа на 360 градусов в направлении против часовой стрелки - кривая 33; на фиг.8 показана кинематика обычного кругового движения оси левой педали радиусом l, обусловленная длиной ног велосипедиста - кривая 31, кинематика кругового движения кривошипа радиусом L - кривая 32 - и кинематика движения оси левой педали с применением подвижного шатуна длиной m при ограничении угла поворота шатуна относительно кривошипа в пределах от 45 до 90 градусов при полном повороте кривошипа на 360 градусов в направлении против часовой стрелки - кривая 33; на фиг.9 показано сечение D-D, изображающее разрез каретки велосипеда и крепление кривошипов к валу каретки; на фиг.10 показано крепление левого кривошипа к валу каретки с помощью набора цилиндрических шпонок; на фиг.11 показано крепление правого кривошипа к валу каретки с помощью набора цилиндрических шпонок; на фиг.12 показано расположение главной оси симметрии ведущей эллипсной шестеренки по отношению к правому кривошипу для шоссейного велосипеда; на фиг.13 показано расположение главной оси симметрии ведущей эллипсной шестеренки по отношению к правому кривошипу для трекового велосипеда.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a bicycle carriage with cranks, connecting rods and pedal axes - top view; figure 2 shows a view a is a side view; figure 3 shows a section bb showing the movable fastening of the left connecting rod to the left crank; figure 4 shows a section CC showing a rigid fastening of the axis of the right pedal in the right connecting rod through the free edge of the locking cover, preventing it from unscrewing; figure 5 shows a section aa depicting the features of rotation of the left connecting rod in the range from 0 degrees - with the vertical position of the cranks and up to 90 degrees - with their horizontal position; figure 6 shows a section aa depicting the features of rotation of the left connecting rod in the range from 45 degrees - with the vertical position of the cranks and up to 90 degrees - with their horizontal position; Fig. 7 shows the kinematics of the usual circular motion of the axis of the left pedal of radius l, due to the length of the cyclist's legs —
Каретка велосипеда включает в себя левый кривошип 4 с установленным на нем подвижно левым пустотелым шатуном 3 с ударопрочными прокладками 14 и 15 на двух подшипниках 12 через ограничительную втулку 13 и распорное кольцо 34, закрепленный левой запорной крышкой 2 и левой осью педали 1. Аналогично устроен правый кривошип 6 с установленным на нем подвижно правым пустотелым шатуном 7, закрепленный правой запорной крышкой 8 и правой осью педали 9, и ведущая эллипсная шестеренка 22 с соотношением сторон a>b.The bicycle carriage includes a
В раме велосипеда 5 через упорную втулку 20 установлены два подшипника 21, на которых через распорную втулку 17 размешен вал 16, на который с левой стороны с помощью набора цилиндрических шпонок 19 установлен левый кривошип 4, закрепленный болтом 10 через шайбу 11, а с правой стороны, с помощью набора цилиндрических шпонок 19 установлен правый кривошип 6, закрепленный болтом 18 через шайбу 11. Ведущая эллипсная шестеренка 22 через приводную цепь 25 передает крутящий момент для шоссейного велосипеда через натяжитель цепи 26 на кассету 27 заднего колеса 28, а для трекового велосипеда - прямо на ведущую шестеренку 29 заднего колеса 30. Спортсмен, сидя на седле 24, через тазобедренный сустав 23 передает мускульные усилия на заднее шоссейное колесо 28 или трековое 30.In the frame of the
Работа каретки велосипеда выполняется следующим образом. По круглому сечению и тугой посадке на левую часть вала 16 установлен левый кривошип 4, жестко закрепленный с помощью набора цилиндрических шпонок 19 и болта 10 через шайбу 11, а по круглому сечению и тугой посадке на правую часть вала 16 установлен правый кривошип 6, жестко закрепленный с помощью набора цилиндрических шпонок 19 и болта 18 через шайбу 11, обеспечивая высокую технологичность изготовления и простоту сборки соединения, при этом опорные плоские стороны левого 4 и правого 6 кривошипов плотно прижимаются своими торцовыми частями через внутренние обоймы подшипников 21 к распорной втулке 17, образуя жесткую конструкцию, не имеющую осевых и угловых перемещений даже после длительного срока эксплуатации и ослабления стягивающих болтов 10 и 18. На правом кривошипе 6 установлена ведущая эллипсная шестеренка 22 таким образом, что при расположении оси правой педали 9 в нижнем положении на одной прямой с центром вала каретки 16 и тазобедренным суставом спортсмена 23 на седле велосипеда 24 ее главная (длинная) ось симметрии расположена под углом 90 градусов к верхней ветви приводной цепи 25, передающей крутящий момент, для шоссейного велосипеда через натяжитель цепи 26 на кассету 27 заднего колеса 28, а для трекового велосипеда - прямо на ведомую шестеренку 29 заднего колеса 30.The operation of the bicycle carriage is as follows. A
При вращении педалей гонщиком мускульные усилия его ног передаются вниз через левую ось педали 1 с одновременным подтягиванием вверх через правую ось педали 9 на пустотелый левый 3 и правый 7 шатуны, на левый 4 и правый 6 кривошипы и через набор цилиндрических шпилек 19 на вал каретки 16. При вертикальном положении кривошипов 4 и 6 левая стопа велосипедиста из-за привычного стереотипа педалирования, обусловленного длиной ног при их сгибании, не может подняться выше своего оптимального значения и находится на расстоянии l от вала каретки 16. Рассматривая кинематику движения оси левой педали 1 на фиг.7, можно заметить, что увеличение расстояния между левой осью педали 1 и валом каретки 16 при повороте левого кривошипа 4 от вертикального l до своего горизонтального положения L достигается поворотом левого пустотелого шатуна 3 от 0 до 90 градусов на длину от 0 (при 0 градусов) до своего максимального значения m, равного длине самого шатуна (при 90 градусов). Причем можно заметить, что это увеличение расстояния минимально в начальной стадии поворота (от 0 до 45 градусов), достигая значения от 0 до 0,3 m, и максимально - в конечной стадии поворота (от 45 до 90 градусов), достигая значения от 0,3 m до m. Сравнивая кинематику движения оси левой педали 1 на фиг.7 и фиг.8, делаем вывод, что для сохранения привычного стереотипа педалирования с наименьшими его искажениями наиболее эффективен поворот левого шатуна 3 относительно левого кривошипа 4 всего на 45 градусов (от 45 до 90 градусов) с одновременным достаточным увеличением расстояния между левой осью педали 1 до вала каретки 16 на 0,7m (от 0,3 m до m), что в два раза уменьшает дополнительные угловые и линейные перемещения левого шатуна 3 относительно левого кривошипа 4.When the rider turns the pedals, the muscular efforts of his legs are transmitted downward through the left axis of the
При горизонтальном положении кривошипов 4 и 6, когда в основном формируется крутящий момент на каретке велосипеда, используется возможность наиболее удобного приложения максимальных усилий ног спортсмена на кривошипы 4 и 6 под углом 90 градусов. При повороте кривошипов 4 и 6 от горизонтального к своему вертикальному положению, за счет изменения удобного положения ног спортсмена при давлении на оси педалей 1 и 9 и изменения угла приложения мускульных сил к осям педалей 1 и 9, происходит уменьшение крутящего момента на каретке велосипеда от своего максимального значения до «0». Кроме того, в верхнем и нижнем положениях кривошипов 4 и 6 происходит изменение направлений прилагаемых сил к осям педалей 1 и 9 на противоположные, что приводит к образованию так называемых «мертвых зон», в которых не прилагаются мускульные силы и не формируется крутящий момент. Применение увеличенного передаточного отношения в «мертвых зонах», где и так не происходит никакого давления на оси педалей 1 и 9 и не формируется крутящий момент, приведет к автоматическому уменьшению передаточного отношения в горизонтальном положении кривошипов 4 и 6 и облегчению педалирования с сохранением исходного привычного крутящего момента на каретке велосипеда.With the horizontal position of the
Рассматривая кинематику движения оси левой педали 1 на фиг.8, видно, что при повороте левого кривошипа 4 от 0 до 45 градусов левый шатун 3 под воздействием разгибательного давления левой ноги на левую ось педали 1 вниз остается неподвижным относительно левого кривошипа 4, а при его дальнейшем повороте от 45 градусов до 90 градусов также свободно поворачивается от своего первоначального положения 45 градусов до 90 градусов в направлении по часовой стрелке. При повороте левого кривошипа 4 от 90 градусов до 180 градусов левый шатун 3 из-за ограничения поворота, обусловленного разгибательной силой левой ноги вниз, прижимающей правую боковую поверхность пустотелого шатуна 3 через ударопрочную прокладку 15 к выступу на левом кривошипе 4, остается неподвижным относительно левого кривошипа 4 до тех пор, пока действует разгибательная сила левой ноги вниз. Но так как левая стопа из-за привычного стереотипа педалирования, обусловленного длиной ног при их разгибании, не может опуститься ниже своего оптимального значения l и, дойдя до точки C1, удерживает левую ось педали 1 на расстоянии l от вала каретки 16, поворачивая пустотелый шатун 3 в направлении против часовой стрелки по отношению к левому кривошипу 4 от 90 градусов до 45 градусов, при котором его угловое перемещение ограничивается левой боковой поверхностью пустотелого шатуна 3 через ударопрочную прокладку 14 и выступом на левом кривошипе 4. При повороте левого кривошипа 4 от 180 градусов до 225 градусов левый шатун 3 под воздействием сгибательной силы левой ноги на левую ось педали 1 вверх остается неподвижным относительно левого кривошипа 4, а при его дальнейшем повороте от 225 градусов до 270 градусов также поворачивается от своего первоначального положения 45 градусов до 90 градусов в направлении по часовой стрелке. При повороте левого кривошипа 4 от 270 градусов до 360 градусов левый шатун 3 из-за ограничения поворота, обусловленного сгибательной силой левой ноги вверх, прижимающей правую боковую поверхность пустотелого шатуна 3 через ударопрочную прокладку 15 к выступу на левом кривошипе 4, остается неподвижным относительно левого кривошипа 4 до тех пор, пока действует сгибательная сила левой ноги вверх. Но так как левая стопа из-за привычного стереотипа педалирования, обусловленного длиной ног при их сгибании, не может подняться выше своего оптимального значения l и, дойдя до точки C2, удерживает левую ось педали 1 на расстоянии l от вала каретки 16, поворачивая пустотелый шатун 3 в направлении против часовой стрелки по отношению к левому кривошипу 4 от 90 градусов до 45 градусов, при котором его угловое перемещение ограничивается левой боковой поверхностью пустотелого шатуна 3 через ударопрочную прокладку 14 и выступом на левом кривошипе 4.Considering the kinematics of the movement of the axis of the
Claims (6)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011104560/11A RU2476345C2 (en) | 2011-02-08 | 2011-02-08 | Bicycle frame |
PCT/RU2012/000029 WO2012118402A1 (en) | 2011-02-08 | 2012-01-24 | Bicycle bottom bracket |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011104560/11A RU2476345C2 (en) | 2011-02-08 | 2011-02-08 | Bicycle frame |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011104560A RU2011104560A (en) | 2012-08-20 |
RU2476345C2 true RU2476345C2 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=46758185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011104560/11A RU2476345C2 (en) | 2011-02-08 | 2011-02-08 | Bicycle frame |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2476345C2 (en) |
WO (1) | WO2012118402A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529089C1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-09-27 | Алексей Кузьмич Злобин | Operation of muscle-driven carrier and muscle-driven carrier to this end |
CN108068961B (en) * | 2018-01-19 | 2023-10-27 | 中山游友电动车有限公司 | Simple folding front fork, folding bicycle and folding electric bicycle |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5467852A (en) * | 1977-11-09 | 1979-05-31 | Hitachi Ltd | Guide vane key for water wheel and pump water turbine |
FR2454952A1 (en) * | 1979-04-27 | 1980-11-21 | Dumont Eugene | Bicycle crank axle assembly - has movable housing moving in cage on bicycle for ease of fitting and removal |
RU2069634C1 (en) * | 1989-05-16 | 1996-11-27 | Зведенюк Исак Нафтулович | Bicycle variable speed drive |
US5636554A (en) * | 1994-03-24 | 1997-06-10 | Amey; Mark A. | Variable length crank arm |
WO2003059726A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-24 | Harald Tamsen | Operation of pedal cycles |
-
2011
- 2011-02-08 RU RU2011104560/11A patent/RU2476345C2/en not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-01-24 WO PCT/RU2012/000029 patent/WO2012118402A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5467852A (en) * | 1977-11-09 | 1979-05-31 | Hitachi Ltd | Guide vane key for water wheel and pump water turbine |
FR2454952A1 (en) * | 1979-04-27 | 1980-11-21 | Dumont Eugene | Bicycle crank axle assembly - has movable housing moving in cage on bicycle for ease of fitting and removal |
RU2069634C1 (en) * | 1989-05-16 | 1996-11-27 | Зведенюк Исак Нафтулович | Bicycle variable speed drive |
US5636554A (en) * | 1994-03-24 | 1997-06-10 | Amey; Mark A. | Variable length crank arm |
WO2003059726A1 (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-24 | Harald Tamsen | Operation of pedal cycles |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011104560A (en) | 2012-08-20 |
WO2012118402A1 (en) | 2012-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5067370A (en) | Variable crank pedal drive for bicycles and the like | |
US6474193B1 (en) | Pedal crank | |
US4960013A (en) | Bicycle crank assembly | |
US8025304B2 (en) | Drive mechanisms for human-powered machines | |
US8117944B2 (en) | Pedal apparatus | |
US6540244B1 (en) | Human-powered driving mechanism | |
RU2476345C2 (en) | Bicycle frame | |
US9387905B2 (en) | Sprocket for bicycle | |
KR101272194B1 (en) | bevel gear driving type elevated stage | |
US20100167881A1 (en) | Crank mechanism and bicycle incorporating same | |
TW200804130A (en) | Bicycle crankset and bottom bracket assembly | |
US9403576B2 (en) | Power smoothing crank arm | |
KR101099332B1 (en) | Health bicycle having adjustable swing device for seat | |
US5553515A (en) | Bicycle pedal | |
RU2725835C1 (en) | Tandem bicycle | |
CN100513247C (en) | Force storage device | |
CN107376219B (en) | Double-swing-rod type damping-adjustable underwater motion bicycle | |
KR102130604B1 (en) | A stand erect type bicycle crank device | |
CN207266755U (en) | Sports bicycle under a kind of double pendulum rod-type damping adjustable water | |
RU2696749C1 (en) | Two-wheeled bicycle | |
WO2007105237A1 (en) | Bicycle pedal crank with biomechanic lever varying device for | |
CN216783793U (en) | Double-bearing rowing seat | |
RU2253588C1 (en) | Bicycle bottom bracket | |
US669542A (en) | Crank mechanism. | |
CN111315646B (en) | Foot propulsion mechanism |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130209 |