SK50192015A3 - Bicykel poháňaný kývavými pohybmi kľúk - Google Patents

Abstract

Kľukový mechanizmus na pohon bicykla má v ráme bicykla (1) uložený hriadeľ (2), na ktorom je centricky upevnené hnacie reťazové koleso (3). Na oboch koncoch hriadeľa (2) sú cez voľnobežky (5) uložené kľuky (4). Voľnobežky (5) zabezpečujú prenos krútiaceho momentu z kľúk (4) na hriadeľ (2) pri otáčaní kľúk (4) v smere silového pôsobenia cyklistu na pedále (6) a voľné otáčanie kľúk (4) proti hriadeľu (2). Keďže otáčanie kľúk (4) nie je vzájomne viazané, je možné ich používať aj vzájomne protismerným kývavým pohybom a to najmä v oblasti blízkej k polohe, kde smer sily, ktorou pôsobí cyklista na pedále (6), je kolmý na kľuky (4).

Description

Oblasť techniky.

Navrhované riešenie sa týka konštrukcie kľukového mechanizmu používaného najmä pre pohon bicykla. Novým riešením sa zefektívni využitie silového pôsobenia cyklistu na pohon bicykla.

Doterajší stav techniky.

U bežne používaných bicyklov sú pedále uložené na dvoch kľukách pevne spojených cez hriadeľ a navzájom pootočených o 180 stupňov. K jednej z kľúk je centrický s hriadeľom pevne upevnené hnacie reťazové kolo. Silovým pôsobením na pedále sa obe kľuky, hriadeľ a hnacie reťazové kolo súčasne otáčajú okolo osí hriadeľa. Prevažná časť silového pôsobenia cyklistu na pedále sa dosahuje vystieraním dolných končatín a gravitačným pôsobením hmotnosti cyklistu. Výsledný krútiaci moment vyvodený silovým pôsobením cyklistu na pedále sa mení dva krát v priebehu otáčky kľuky od takmer nulovej hodnoty po maximálnu hodnotu. Okamžitá hodnota krútiaceho momentu je súčinom veľkosti sily a veľkosti ramena sily. Rameno sily je vzdialenosť vektora sily od osi hriadeľa. V okamihu, keď smer sily pôsobiacej na pedál prechádza osou otáčania kľúk je moment sily nulový pretože rameno sily je nulové. Maximálne rameno sily je v okamihu, keď smer sily pôsobiacej na pedál je kolmý na kľuku a vtedy je rovný dĺžke kľuky. Dĺžka kľúk je limitovaná fyziologickými rozmermi cyklistu.

V dôsledku anatomickej stavby ľudského tela dokáže sediaci cyklista pôsobiť na pedál najväčšou silou v okamihu keď sa jeho noha v kolene blíži k vystretej polohe. Pri klasických kľukových mechanizmoch má však sediaci cyklista nohu vystretú v kolene pri polohe kľuky blízkej polohe s nulovým ramenom sily. Za nevýhody súčasného riešenia kľukového mechanizmu pohonu bicykla považujem veľké kolísanie veľkosti využiteľného krútiaceho momentu a existenciu takzvaného mŕtveho uhla kľuky, teda oblasti polohy kľuky v ktorej je rameno sily minimálne respektíve nulové, čo sa zvlášť negatívne prejavuje pri jazde do kopca. Nevýhodou je tiež, že maximálne silové pôsobenie sediaceho cyklistu je v polohe kľuky keď je rameno sily malé a teda aj využiteľný krútiaci moment je malý.

Podstata vynálezu.

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované riešenie, ktorého podstatou je využitie striedavého kývavého pohybu kľúk k vytvoreniu rotačného pohybu hnacieho reťazového kolesa pre pohon bicykla. V ráme bicykla je otočné uložený hriadeľ na ktorom je centrický upevnené hnacie reťazové kolo. Na oboch koncoch hriadeľa sú kľuky uložené cez voľnobežky, ktoré umožňujú navzájom nezávislé pootáčanie kľúk a zabezpečujú prenos krútiaceho momentu z kľúk na hriadeľ a hnacie reťazové kolo len v jednom smere otáčania kľúk a voľné pootáčanie kľúk pri spätnom pohybe. Keďže vzájomné pootočenie kľúk nie je viazané, kľuky je možné používať nielen klasickým otáčaním, ale aj vzájomne protismemým kývaním okolo osi hriadeľa v ľubovoľnom rozsahu pootáčania a to najme v oblasti maximálneho ramena sily, teda v oblasti blízkej k polohe kde smer sily ktorou pôsobí cyklista na pedále je kolmý na kľuky. Pri pohone bicykla vzájomne protismemým kývaním kľúk v oblasti maximálneho ramena sily sa eliminuje nepriaznivý vplyv mŕtveho uhla kľúk, čo umožní použitie rýchlejšieho prevodu ako pri klasickom pohone. Táto prednosť navrhovaného riešenia sa prejaví najmä pri väčšej záťaži ako je napríklad jazda do svahu. Na spätné pootáčanie kľúk je potrebné spojenie pedálov s tretrami cyklistu. Pre uľahčenie koordinácie pohybov cyklistu pri konštrukcii bicykla s výlučne kývavým pohybom kľúk je možné spriahnuť pedále napríklad tiahlom vedeným cez kladku. Spriahnutie kľúk má zabezpečiť aby pri pootočení jednej kľuky cyklistom sa druhá kľuka pootočila opačným smerom. Pri takomto spriahnutí kľúk a pohone bicykla iba kývaním kľúk je možné použiť dlhšie kľuky čím sa zväčší krútiaci moment na kľuke a tiež nie je potrebné spojenie pedálov s tretrami cyklistu. Pri konštrukcii pohonu bicykla s výlučne kývavým pohybom kľúk je maximálne silové pôsobenie sediaceho cyklistu v oblasti polohy kľúk kde je veľké rameno sily a využiteľný krútiaci moment je výrazne väčší ako pri klasickom riešení.

Prehľad obrázkov na výkresoch.

Obrázok č. 1 zobrazuje mechanizmus pre otáčavý alebo kývavý pohyb kľúk a s kľukami uloženými na koncoch hriadeľa na jednosmerných ložiskách.

Obrázok č. 2 zobrazuje mechanizmus pre otáčavý alebo kývavý pohyb kľúk a s kľukami uloženými cez voľnobežné puzdra v dutine hriadeľa.

Obrázok Č. 3 zobrazuje spriahnutie kľúk pri pohone s výlučne kývavým pohybom kľúk.

Príklady uskutočnenia vynálezu.

Prvý príklad uskutočnenia je konštrukčné riešenie uloženia kľúk bicykla podľa obrázku č. 1 umožňujúce pohon aj klasickým otáčaním kľúk vzájomne pootočených o 180°, ale aj pohon striedavým kývavým pohybom kľúk v oblasti maximálneho krútiaceho momentu vyvodeného silovým pôsobením cyklistu na pedále. V ráme bicykla i sú naskrutkované misky 11 so zabudovanými valivými ložiskami 12. V ložiskách 12 je uložený hriadeľ 2 so štvorhranným osadením pre spojenie s hnacím reťazovým kolom 3, ktoré má štvorhrannému osadeniu hriadeľa 2 odpovedajúci štvorhranný otvor. Na pravej strane hriadeľa 2 je vytvorený vonkajší pravotočivý závit na ktorom je naskrutkovaná matica 13. Na vonkajšej valcovej ploche matice 13 je nalisovaný vnútorný krúžok voľnobežky 5, na ktorej vonkajšom krúžkuje nalisovaná kľuka 4 s pedálom 6. Matica 13 súčasne zaisťuje axiálnu polohu reťazového kola 3 na hriadeli 2. Na ľavom konci hriadeľa 2 je vytvorený vonkajší ľavotočivý závit na ktorom je naskrutkovaná matica 14. Na vonkajšej valcovej ploche matice 14 je nalisovaný vnútorný krúžok voľnobežky 5, na ktorej vonkajšom krúžkuje nalisovaná kľuka 4 s pedálom 6. Ako voľnobežky 5 sú v tomto riešení použité jednosmerné valivé ložiská, čo sú ložiská s integrovanou voľnobežkou. Orientácia voľnobežiek 5 je taká, aby prenášali krútiaci moment vytvorený silovým pôsobením cyklistu z kľúk 4 na hriadeľ 2 a umožnili voľné otáčanie kľúk 4 v opačnom smere.

Druhý príklad uskutočnenia je konštrukčné riešenie uloženia kľúk bicykla podľa obrázku č.2 umožňujúce pohon aj klasickým otáčaním kľúk vzájomne pootočených o 180°, ale aj pohon striedavým kývavým pohybom kľúk v oblasti maximálneho krútiaceho momentu vyvodeného silovým pôsobením cyklistu na pedále. V ráme bicykla i sú naskrutkované misky 11 so zabudovanými valivými ložiskami 12. V ložiskách 12 je uložený hriadeľ 2, na ktorom je skrutkami 15 upevnené hnacie reťazové kolo 3. V dutine hriadeľa 2 sú na oboch koncoch v ložiskách 16 a 17 a vo voľnobežných puzdrách 5 uložené pomocné hriadele 7. Axiálna poloha pomocných hriadeľov 7 je zaistená poistnými krúžkami 18 a!9. Na štvorhranných ukončeniach pomocných hriadeľov 7 sú skrutkami 20 upevnené kľuky 4. Orientácia voľnobežných puzdier 5 je taká, aby prenášali krútiaci moment od silového pôsobenia cyklistu z kľúk 4 na hriadeľ 2 a umožnili voľné otáčanie kľúk v opačnom smere.

Tretí príklad uskutočnenia je konštrukčné riešenie bicykla podľa obrázku č.3 umožňujúce pohon len striedavým kývavým pohybom kľúk v oblasti maximálneho krútiaceho momentu vyvodeného silovým pôsobením cyklistu na pedále. Toto riešenie dopĺňa prvý respektívne druhý príklad uskutočnenia o vzájomné zviazanie pohybov kľúk 4. Na ráme bicykla j_ je otočné uložená kladka 21, v drážke ktorej je vedené tiahlo 20, konce ktorého sú upevnené ku kľukám 4 v blízkosti pedálov 6.

Pri silovom pôsobení cyklistu na pedál 6 na jednej z kľúk 4 sa druhá kľuka 4 v dôsledku ich spriahnutia tiahlom 20 cez kladku 21 pootáča opačným smerom. Horná úvrať kľúk 4 je obmedzená dorazom 22 a tým je obmedzený aj uhol kývania kľúk (4).

Claims (3)

Patentové nároky:

1- Kľukový mechanizmus pre pohon bicykla vyznačujúci sa tým, že v ráme bicykla (1) je otočné uložený hriadeľ (2), na ktorom je centrický upevnené hnacie reťazové kolo (3) a obe kľuky (4) sú spojené s hriadeľom (2) cez voľnobežky (5), ktoré zabezpečujú prenos krútiaceho momentu z kľúk (4) na hriadeľ (2) pri otáčaní kľúk (4) v smere silového pôsobenia cyklistu na pedále (6) a voľné otáčanie kľúk (4) voči hriadeľu (2) v opačnom smere.

2- Kľukový mechanizmus pre pohon bicykla podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že v dutine hriadeľa (2) sú cez voľnobežky (5) uložené pomocné hriadele (7) pevne spojené s kľukami (4).

3- Kľukový mechanizmus pre pohon bicykla podľa bodu 1 alebo 2, umožňujúci iba kývavý pohyb kľúk vyznačujúci sa tým, že na obe kľuky (4) sú v blízkosti pedálov upevnené konce tiahla (20), ktoré je vedené cez kladku (21) tak, aby tiahlo (20) pri pootočení jednej kľuky (4) v smere silového pôsobenia cyklistu na pedál (6) zabezpečilo pohyb druhej kľuky (4) opačným smerom a uhol kývania kľúk (4) je obmedzený dorazom (22).