ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ КОЛЕСА ВЕЛОСИПЕДА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ ОБОД
DEVICE FOR BICYCLE WHEEL AND CORRESPONDING RIM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к приспособлению для колеса велосипеда и к соответствующему ободу, содержащему, по меньшей мере, приспособление, подобное описанному выше.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, производительность велосипедиста зависит от нескольких факторов:
1 – мощности, развиваемой как за счет крутящего момента во время педалирования, так и за счет способности велосипедиста создавать большое вращательное движение при использовании среднего передаточного отношения;
2 – аэродинамической позы велосипедиста, которая уменьшает силы трения и обеспечивает возможность лучшего проникания в воздухе; и
3 – разных механических элементов, образующих велосипед: они должны быть хорошего качества для облегчения их движения и торможения.
В горах вес играет важную роль вследствие действия силы тяжести на систему, состоящую из велосипеда и велосипедиста. Ценится комфорт, особенно на длинных расстояниях, поскольку он делает более терпимым физическое усилие. Хорошая жесткость, обеспечиваемая конструкцией, обеспечивает возможность передачи энергии от велосипедиста колесам велосипеда с хорошим коэффициентом полезного действия. Однако общеизвестно, что избыточная жесткость отрицательно влияет на физические возможности велосипедиста.
Следовательно, спортивные показатели велосипедиста обусловлены хорошо выполненной совокупностью всех вышеуказанных факторов.
Кроме того, распределение веса и опоры определяют удерживание колеса и его устойчивость.
Коэффициент полезного действия современного велосипеда очень высок в том смысле, что 97% мощности, генерируемой велосипедистом, используется для обеспечения тяги велосипеда. Однако, возможно, доступные в настоящее время велосипеды не позволяют велосипедисту использовать всю энергию, которую он имеет, для создания тяги велосипеда.
Например, если принять во внимание передачу движения посредством цепи заднему колесу посредством вращения кривошипного диска, вращения, обеспечиваемого посредством чередующегося движения ног велосипедиста, проблема состоит не в увеличении коэффициента полезного действия передачи, который, как указано ранее, уже составляет приблизительно 97%, а в предотвращении резкого уменьшения данных спортивных показателей вследствие изменения дорожных условий.
Два направления исследований представляются возможными в настоящее время:
1 – Проектирование педали, которая обеспечивает максимальное использование энергии, развиваемой во время педалирования, выполняемого велосипедистом. Это, например, представляет собой задачу овальной педали. Данная педаль предназначена для облегчения прохождения через две мертвые точки, проходимые во время педалирования. Это зависит от угла между кривошипами при разных ориентациях передаточного механизма.
2 – Избежание слишком малой инерции колеса во время вращения с тем, чтобы коэффициент полезного действия не слишком уменьшался. Действительно, легкое колесо имеет малую начальную инерцию вращения и может сразу же обеспечить ощущение легкости при педалировании при значительном начальном ускорении. Однако первоначальные положительные эффекты, обеспечиваемые за счет выполнения легких колес, могут быстро привести к обратным результатам для велосипедиста, который должен продолжать свои физические усилия для поддержания данной, сначала легко достигаемой скорости. Другими словами, легкое колесо не запасает достаточное количество кинетической энергии (потенциальной энергии) для ее возвращения впоследствии, и, если велосипедист не находится в идеальной форме, это может вызвать значительные отрицательные последствия.
Изобретение базируется именно на указанном втором направлении исследований.
Соответственно, настоящее изобретение базируется на результате наблюдений, заключающемся в том, что, несмотря на то, что избыточный общий вес системы велосипед/велосипедист, как правило, действительно является отрицательным фактором, особенно при движении в гору, также имеется некоторый вес, который в случае его надлежащего распределения по велосипеду и, в частности, по ободу, может обеспечить существенное повышение отдачи от педалирования при определенных условиях.
Настоящее изобретение, по существу, базируется на использовании центробежных масс, прикрепленных к ободьям велосипеда. С точки зрения статики данные центробежные массы могут привести к увеличению веса велосипеда, составляющему от 60 до 80 граммов на колесо.
Если данные центробежные массы, которые представляют собой профилированные крыловидные выступающие элементы, закреплены на легких колесах с малой инерцией, с точки зрения динамики данные массы (вследствие развивающихся центробежных сил) обеспечивают приложение силы к оси обода (от внутренней стороны к наружной стороне). Следовательно, подобные массы способствуют уменьшению потерь натяжения, обусловленных различными боковыми силами, приложенными к ступицам.
При низких скоростях подвижность ступицы существенно увеличивается за счет поддержания эффективного увеличивающегося радиуса (уменьшения вертикального прогиба за счет повышения жесткости). Неровные горные дороги больше не создают проблемы, и удобство велосипеда значительно повышается. Велосипед хорошо реагирует на быстрые старты, и при увеличении скорости жесткость колеса повышается, в результате чего обеспечивается возможность лучшего держания дороги при движении под гору.
Форма динамических масс и их вес представляют собой факторы, которые способствуют улучшению удерживания колеса на оси симметрии, и, следовательно, качество рабочих характеристик, обеспечиваемых педалью, является оптимальным, и боковая/поперечная деформация уменьшается.
Прохождения через (верхнюю и нижнюю) мертвые точки выполняются легко, и велосипедист использует меньше энергии для поддержания педалирования.
Кроме того, как уже известно, использование во время соревнований (например, для соревнований на время (называемых гонками на время)) сплошных колес, имеющих ультражесткую композитную конструкцию, обеспечило улучшение общих характеристик велосипеда. Несмотря на это, чувствительность колес к боковому ветру представляет собой главный недостаток, и, если погодные условия плохие, их использование может оказаться опасным.
Для такого вида гонок было бы возможно продолжать использовать традиционные колеса со спицами, значительно менее подверженные воздействию ветра, с меньшими, но более тяжелыми центробежными массами, которые придают требуемую жесткость колесу.
Можно было бы изменять модульным образом форму центробежных масс и их вес в соответствии с типом гонок - в горах, на равнинах или на время (называемых гонками на время).
Используемыми материалами могут быть композиционные углеродные волокна/кевлар или другие волокна, которые продемонстрировали хорошую прочность при растяжении.
Некоторые пластики, например, такие как ABS (сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола), позволяют уменьшить затраты и облегчить распространение подобных приспособлений.
Для данных применений необходимы ободья специальной конструкции, поскольку настоящее изобретение также относится к системе крепления центробежных масс.
Направляющая скольжения для центробежных масс может быть образована в толщине обода (негативная направляющая) или может быть выбрана направляющая система (позитивная направляющая).
Во всех случаях центробежные массы прикреплены к ободу, но сдвигаются посредством скольжения. Это важно, поскольку это позволяет системе обеспечить соответствующее распределение давлений, действующих на внутреннюю поверхность обода.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в разработке приспособления для колеса велосипеда и соответствующего обода, содержащего, по меньшей мере, приспособление, подобное описанному выше, которые не имеют вышеуказанных недостатков и в то же время могут быть выполнены легко и с уменьшенными затратами.
Таким образом, предметом настоящего изобретения является приспособление для колеса велосипеда, содержащее, по меньшей мере, один профилированный крыловидный выступающий элемент, выполненный с возможностью прикрепления к внутренней поверхности обода колеса. Дополнительным предметом является обод для колеса велосипеда, содержащий, по меньшей мере, приспособление в соответствии с изобретением.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения предпочтительный вариант осуществления описан ниже исключительно в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:
- фиг. 1 схематически показывает вид спереди обода велосипеда, содержащего первый вариант осуществления приспособления в соответствии с настоящим изобретением;
- фиг. 2 показывает трехмерное изображение обода велосипеда, содержащего второй вариант осуществления приспособления в соответствии с настоящим изобретением;
- фиг. 3 показывает вид спереди обода по фиг. 2; и
- фиг. 4 показывает трехмерное изображение некоторых увеличенных деталей обода, предусмотренного с, по меньшей мере, частью приспособления, подобного показанному на фиг. 2 и 3.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 обод велосипеда, предусмотренный с приспособлением 20 в соответствии с техническим решением согласно настоящему изобретению, был обозначен в целом ссылочной позицией 10.
Обод 10 представляет собой часть, как уже известно, колеса (WL) (непоказанного), включающую в себя, в свою очередь, также внутреннюю трубку, покрытую шиной (непоказанной). Колесо (WL) также, если требуется, выполнено с множеством спиц, представляющих собой спицы известного типа и непроиллюстрированных, которые физически соединяют обод 10 со ступицей (непоказанной).
В первом варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 1, приспособление 20 содержит четыре профилированных крыловидных выступающих элемента 25А, 25В, 25С и 25D, каждый из которых занимает соответствующий квадрант I, II, III и IV обода 10.
Каждый профилированный крыловидный выступающий элемент 25А, 25В, 25С и 25D является плоским и предпочтительно может быть выполнен посредством вырезания из металлического листа.
Внутренний профиль каждого профилированного крыловидного выступающего элемента 25А, 25В, 25С и 25D может предпочтительно, но необязательно, иметь следующие геометрические характеристики относительно внутреннего радиуса (R1) обода 10:
(R2)=0,6÷0,8 (R1);
(H)=0,1÷0,2 (R1);
(α)=20÷45°;
(β)=20÷45°.
Данные оптимальные значения были получены посредством численного моделирования, выполненного электронными средствами посредством компьютера, и данные первые значения были дополнительно подтверждены испытаниями.
Далее рассматривается первый квадрант I, ограниченный точками (W1) и (Z1), которые нарисованы на окружной периферии обода 10.
Далее, путем перемещения от точки (О), то есть центра обода 10, вдоль перпендикуляра (рр) к точке (Р), находящейся на расстоянии (Н) от указанной точки (О), можно начертить дугу (ARC1) с радиусом (R2) (см. вышеприведенные указания).
Угол (α), составляющий предпочтительно, но необязательно, от 20 до 45° (см. вышеприведенные указания), начинается от точки (W1). Таким образом, точку (W2) рисуют на дуге (ARC1).
Аналогичным образом, угол (β), составляющий предпочтительно, но необязательно, от 20 до 45° (см. вышеприведенные указания), начинается от точки (Z1). Таким образом, точку (Z2) рисуют на дуге (ARC1).
В этой связи следует отметить, что углы (α) и (β) могут иметь идентичные или разные величины.
Соответственно, точки (W1), (W2), (Z1) и (Z2) ограничивают профилированный крыловидный выступающий элемент 25А, площадь которого была выделена штриховкой.
Такая же операция может быть выполнена для квадрантов II, III и IV посредством вычерчивания соответствующих дуг (ARC2), (ARC3) и (ARC4), которые соответствуют соответствующим профилированным крыловидным выступающим элементам 25В, 25С и 25D (фиг. 1).
Профилированные крыловидные выступающие элементы 25А, 25В, 25С и 25D могут составлять одно целое с ободом 10 или могут быть прикреплены к нему, например, посредством соединения типа «ласточкин хвост». Данные профилированные крыловидные выступающие элементы 25А, 25В, 25С и 25D создают эффект оборки на колесе (WL).
Во втором варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 2 и 3, число профилированных крыловидных выступающих элементов 25A*, 25B* и 25C* равно трем (вместо четырех, как в первом варианте осуществления по фиг. 1), и они смещены друг от друга на 120°.
Кроме того, как показано на фиг. 2 и 3, в данном варианте осуществления каждый профилированный крыловидный выступающий элемент 25A*, 25B* и 25C* может быть выполнен с одним или более отверстиями (ОР1), (ОР2) и (ОР3) для предотвращения указанного эффекта парусности, вызываемого наличием сильных боковых ветров. Данные отверстия (ОР1), (ОР2) и (ОР3) имеют двойное назначение:
а) они создают регулируемую и альтернативную несущую способность для лучшего противодействия воздействиям боковых ветров; и
b) за счет изменения их размера может изменять инерцию колес для приспосабливания к различным велосипедным гонкам.
В обоих вариантах осуществления вес профилированных крыловидных выступающих элементов (25А, 25В, 25С, 25D; 25A*, 25B*, 25C*) предпочтительно составляет от 60 до 80 г на колесо.
Кроме того, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 2, 3 и 4, определенное количество каналов (PS1) и (PS2) было выполнено в теле обода 10.
Как проиллюстрировано более подробно на фиг. 4, каждый канал (PS1) и (PS2) имеет трехмерный внутренний профиль, выполненный в соответствии с формой части крыловидного профиля, а именно крыловидного профиля для летательного аппарата.
Предпочтительно, но необязательно, крыловидный профиль представляет собой профиль NACA (NACA - National Advisory Committee for Aeronautics - Национальный консультативный комитет по аэронавтике (США)).
В альтернативном варианте на каждой из двух боковых поверхностей (FC1) и (FC2) обода 10 входные участки (SZ1) каналов (PS1) чередуются с выходными участками (SZ2) каналов (PS2) (фиг. 2).
Другими словами, каналы (PS1) и каналы (PS2) предпочтительно, но необязательно, имеют форму, подобную форме того же крыловидного профиля, имеющего сужающуюся форму.
Следовательно, для каналов (PS1) создается впечатление, что крыловидный профиль «входит» через боковую поверхность (FC1) обода 10 и «выходит» через боковую поверхность (FC2), расположенную с другой стороны того же самого обода 10. Напротив, для каналов (PS2) создается впечатление, что крыловидный профиль «входит» через боковую поверхность (FC2) обода 10 и «выходит» через боковую поверхность (FC1), расположенную с другой стороны того же самого обода 10.
Данное предпочтительное чередование каналов (PS1) и (PS2) позволяет отвести избыточный воздушный поток, который поступает как слева, так и справа, под углом 15°, 20°, 30° и 40°.
Кроме того, при соответствующем проектировании/выполнении каналов (PS1) и (PS2) в виде трубок Вентури можно создать естественное ускорение колеса.
Кроме того, в этом случае входные участки и выходные участки трубок Вентури могут взаимно чередоваться, как проиллюстрировано ранее.
Форма, количество и длина каналов (PS1) и (PS2) могут быть выбраны такими, чтобы ослабить отрицательные воздействия вышеуказанных боковых ветров.
Основными преимуществами приспособления для колеса велосипеда, представляющего собой основной предмет настоящего изобретения, являются:
- прохождение через (верхнюю и нижнюю) мертвые точки выполняется легко, и велосипедист использует меньше энергии для поддержания педалирования;
- жесткость колеса повышается в соответствии с весом и/или формой профилированных крыловидных выступающих элементов так, как задано проектировщиком, для адаптации велосипеда к различным гонкам (на равнинах, в горах, на время (называемых гонками на время) и т.д. …), и
- колесо становится значительно более устойчивым в случае сильных боковых ветров.