УЗЕЛ ПОВОРОТА, ВЕЛОСИПЕД-ТРАНСФОРМЕР С ЭТИМ УЗЛОМ, РАМА ВЕЛОСИПЕДА (ВЕЛОСИПЕД КРАСНОВА) - ВАРИАНТЫ
TURN UNIT, TRANSFORMER BICYCLE WITH SAID UNIT, BICYCLE FRAME (KRASNOV BICYCLE) - VERSIONS

Изобретение относится к области конструирования велосипедов, в частности к разработке конструкций велосипеда, узла поворота и рамы велосипеда.
Широко известен типичный велосипед (см. Википедия - https://ru.wikipedia.org/wiki/Велосипед), который состоит из вертикальной рамы, Т-образного руля, жестко скрепленного со стойкой переднего колеса велосипеда, при этом руль со стойкой прикреплен к несущей части рамы через шарнир, с возможностью поворота руля со стойкой и с передним колесом вокруг продольной оси стойки. Кроме того, в состав велосипеда входят заднее колесо, установленное в заднюю вилку, седло (сиденье), прикрепленное к верхней части рамы (в узел седла входит собственно седло, подседельный штырь, амортизационные элементы и элементы крепления узла к раме велосипеда), педали с кривошипами, цепная передача и тормоза.
При этом левая и правая части руля изогнуты симметрично по бокам относительно вертикальной плоскости рамы в виде криволинейных ручек руля, они обычно составляют с рулем единое целое, с возможностью поворота всей рулевой конструкции, как целое, вокруг оси указанной стойки переднего колеса. При этом соответственно поворачивается плоскость переднего колеса, и велосипед поворачивает по требуемой траектории необходимой кривизны (далее - поворачивает по колее).
Недостатки. Основным недостатком такого велосипеда является ненадежность левой и правой ручек руля в качестве устойчивой опоры для рук, которые несут тяжесть торса велосипедиста. Это происходит из-за возможности свободного поворота этих ручек вокруг общей указанной оси, что приводит к необходимости дополнительного контроля велосипедистом равновесия на велосипеде с одновременным обеспечением устойчивости движения, в зависимости от положения ручек руля.
Для поворота велосипеда в ту или иную сторону необходимо повернуть ручки руля, а именно, сдвинуть одну ручку к велосипедисту, а другую - от него. При этом, дополнительно к боковому смещению туловища для сохранения равновесия на велосипеде, приходится отклоняться вперед или назад и поворачиваться телом для одновременного поворота руля и обеспечения надежности опоры рук на руль. Эти действия сопровождаются напряжением определенных групп мышц, которые используются обычно редко, что нередко приводит к потере устойчивости велосипеда, равновесия и к падению велосипедиста.
Известно транспортное средство (см. патент RU на изобретение №2147537 от 21.02.1995 г. «Способ передвижения и управления транспортным средством и транспортное средство для его осуществления»).
В этом аналоге транспортное средство (далее - ТС) содержит раму, выполненную из передней и задней частей, шарнирно соединенных между собой, с возможностью поворота вокруг общей вертикальной оси в месте их соединения, два узла крепления колес, установленные один за другим на концах рамы, седло, расположенное над вертикальной осью соединения частей рамы, это седло дополнительно снабжено подседельной стойкой, один конец которой соединен с верхней частью оси при помощи шарнира, позволяющего стойке наклоняться вперед-назад по ходу движения, другой конец стойки соединен с нижней частью седла при помощи шарнира, с возможностью наклона седла в вертикальной плоскости, проходящей через центры колес, седло вместе с осью выполнено с возможностью поворота в горизонтальной плоскости.
Кроме того, подседельная стойка имеет элемент регулирования и фиксации ее длины, а седло шарнирно соединено с одним концом тяги, также имеющей элемент регулирования ее длины и установленной параллельно стойке, другой конец тяги шарнирно соединен с верхней частью оси. Кроме того, каждый из узлов крепления колес выполнен в виде вилки, внутри которой на оси узла расположено свободно вращающееся колесо или колесная тележка, а педаль расположена вне вилки на продолжении оси узла, причем на переднем узле педаль расположена с одной стороны колеса, а на заднем узле - с противоположной.
Передвижение и управление ТС осуществляется путем качения человека в положении ходьбы или в сидячем положении на седле, укрепленном на расположенных друг за другом колесах, которые, как указано выше, связаны друг с другом и седлом. Вертикальные плоскости колес поворачиваются ногами пользователя ТС относительно общей вертикальной оси, находящейся между ними. Дополнительно качение совмещают с элементами шагающего движения, при этом каждую ногу пользователя соединяют через педаль с колесом (одну справа, другую слева), а управление осуществляют при помощи поворота ног и переноса центра тяжести человека. Таким образом, поворот ТС в движении может осуществляться путем поворота плоскости как переднего, так и заднего колес одновременно или раздельно, относительно вертикальной оси и седла, что обеспечивает передвижение колес и ТС по колее.
Недостатки. Представленное в аналоге ТС решает другую задачу, по сравнению заявленным техническим решением.
В аналоге передача усилия поворота и управление поворотом осуществляется путем поворота и нажима ступней ног, да еще необходимо одновременно ногами приводить ТС в движение, что часто является неудобным и плохо выполнимым. При этом необходимо регулярно (или в основном) вставать с седла, ехать стоя и, соответственно, менять положение равновесия. В результате положение пользователя относительно ТС является сильно неустойчивым. Кроме того, ноги пользователя фактически привязаны к педалям, что является серьезным неудобством для него и может привести к падению пользователя и травме.
При консольной конструкции педалей и для обеспечения их правильного положения относительно рамы, необходимо обеспечить соответствующие прочностные и конструкторские характеристики крепления педалей к основе, что значительно усложнит и утяжелит шарнирную конструкцию ТС.
В качестве прототипа узла поворота велосипеда, представленного в предложенном изобретении, принят велосипед, изготовленный Г-У-Реймерсом (Hans-Ulrich Reimers) - см. статью Эрика Ваннее (Erik Wannee): «Велосипеды с задним рулевым колесом - ВЗРК» на сайте www.wannee.nl/hpv/abt/ru-index.htm.
Конструкция велосипеда похожа на Флево-Байк (FlevoBike), но здесь седло закреплено на передней части рамы (поворотной относительно задней части). Педальный привод осуществляется на переднее колесо, плоскость которого совпадает с вертикальной плоскостью передней части рамы. Кроме того, управление поворотом велосипеда осуществляется двумя ручками в виде левого и правого рычагов, закрепленных симметрично по бокам передней части рамы под седлом. Каждая ручка имеет возможность поворота вокруг собственной оси. Оси поворота ручек лежат на одной прямой, перпендикулярной к плоскости передней части рамы. Каждая ручка через кривошип, шарниры и тягу связана со своей стороны с соответствующим плечом задней части рамы (эти плечи перпендикулярны плоскости данной части рамы), в вертикальной плоскости которой сзади закреплено заднее колесо.
Усилие поворота одной, например, левой ручки-рычага через тягу передается на левое плечо задней части рамы и поворачивает раму в соответствующую сторону относительно передней части. Соответственно взаимно поворачиваются плоскости переднего и заднего колес. В итоге происходит поворот велосипеда по колее. При этом правая ручка-рычаг, связана с левой ручкой через последовательную кинематическую связь, а именно: поворот правой ручки / передача правой тягой / поворот правого плеча задней рамы (как одно целое) поворачивает левое плечо задней рамы / передача левой тягой / поворот левой ручки. При этом ручки поворачиваются во взаимно противоположные стороны.
Недостатки узла поворота и велосипеда
Ввиду расположения осей поворота ручек-рычагов внизу под седлом, для рук и верхней части туловища велосипедиста отсутствует надежная, стабильная опора, которая особенно необходима в начале движения, а также для поддержания равновесия и устойчивости движения во время резких поворотов и ускорений.
При резком повороте в некоторых определенных положениях велосипедиста одна из ручек, из-за больших размеров, мешает велосипедисту свободно наклониться в нужную сторону для компенсации силы перевеса, чтобы поддержать равновесие.
К тому же конструктивное размещение элементов кинематической связи в прототипе, таких как рычаги, тяги и др., мешает свободному расположению велосипедиста при посадке на велосипед и в движении.
Кроме того, ввиду особенностей данной конструкции узла поворота и велосипеда в целом, велосипед невозможно (и не предполагается) трансформировать: перенастроить геометрию велосипеда под параметры велосипедиста, под параметры назначения велосипеда или обеспечить возможность его складывания для транспортировки и/или хранения.
Также в качестве прототипа велосипеда-трансформера, представленного в данном изобретении, принят известный велосипед (байк), проект-концепт которого выполнен Студией Priority Designs для Cannondale, байк демонстрировался на EuroBike-2012 в Германии
(см. http://www.prioritydesiqns.com/work/item/bicycle-design-engineering-and-development-consulting/).
Байк содержит раму V-образной формы, с добавочным горизонтальным основанием, одно переднее, управляемое рулем, колесо, одно заднее ведущее колесо и узел поворота плоскости переднего колеса, включающий в себя руль с кинематической передачей поворота опоры переднего колеса. Руль содержит две ручки, жестко прикрепленные к верхней планке Т-образной части вала руля, симметрично относительно плоскости, проходящей через ось поворота этого вала. Поворот вала руля указанными ручками вокруг своей оси, передается на ось переднего колеса с помощью специально разработанной кинематической передачи. В раму встроен узел седла, узел привода заднего колеса, содержащий педальную каретку, узел тормоза. Усилие привода вращения заднего колеса от педалей передается с помощью вращающегося вала, снабженного зубчатыми колесами. Байк снабжен сложным механизмом (узлом) регулировки высоты седла и длины рулевой колонки относительно базовой части рамы в процессе движения байка на подъеме или на спуске. Несущие элементы рамы выполнены полыми (трубчатой формы). Эти элементы одновременно являются несущими элементами для всех, указанных выше узлов, в том числе, элементами узла поворота плоскости переднего колеса (кинематической передачи от руля на ось колеса). Передача усилий в байке осуществляется, в основном, с помощью валов, снабженных зубчатыми колесами, и карданных передач.
Недостатки. Как и в типичном велосипеде, основным недостатком байка является то, что, из-за возможности свободного поворота обеих ручек руля, как целое, вокруг оси рулевой стойки, эти ручки являются подвижной и ненадежной опорой для рук велосипедиста.
При этом для поворота байка в ту или иную сторону необходимо сдвинуть одну ручку к велосипедиста, а другую - от него, что приводит к необходимости неестественного и неудобного изгиба туловища велосипедиста с одновременным поддержанием своего положения равновесия на байке. И хотя в данной конструкции ручек руля, когда ось поворота вала руля почти горизонтальна, это неудобство в определенной степени компенсируется, в то же время, низкое расположение ручек руля приводит к повышенной физической нагрузке (веса туловища) на руки велосипедиста, что приводит, в ряде случаев, к усталости мышц рук, к необходимости частого отдыха и к потере устойчивости при движении байка. Все это вместе нередко приводит к потере равновесия и к падению велосипедиста.
Еще одним недостатком байка является сложная система передачи поворота руля на поворот плоскости переднего колеса. В кинематической передаче от вала поворота руля до колеса вал поворота разделен на ряд участков, соединенных друг с другом с помощью карданных сочленений под соответствующими углами и зубчатых колес. В результате, угол между осью первого участка вала у ручек и осью поворота стойки переднего колеса имеет значение меньше 90°. Аналогичные элементы (зубчатые колеса и валы) используются для передачи усилия давления ног через педали на привод заднего ведущего колеса.
Такая система передачи усилий приводит к снижению надежности, к повышению сложности проектирования и изготовления и к удорожанию всей конструкции байка.
В конструкции байка предусмотрена передача усилия поворота руля на поворот плоскости только одного переднего колеса. Варианты передачи усилия поворота на поворот плоскости заднего колеса, и тем более на поворот плоскостей обоих колес, в данном аналоге не предусмотрены. Эти задачи требуют кардинальной переработки конструкции байка.
Также конструкция данного байка не позволяет в широких пределах перенастроить исходную геометрию велосипеда под параметры роста велосипедиста и/или под параметры назначения велосипеда (такие параметры, как база между колесами, высота и координаты седла (сиденья) относительно ручек руля и осей колес и др.) или обеспечить возможность его складывания для транспортировки и/или хранения. То есть байк не является велосипедом универсального использования.
В качестве прототипа рамы велосипеда-трансформера, представленного в данном изобретении, принят складной велосипед марки Strida, разработанный в 1984-85 гг. (см. Википедия - Страйда (англ. Strida): https://ru.wikipedia.org/wiki/Strida).
Велосипед содержит раму, выполненную в форме буквы А из трех прямолинейных трубчатых несущих элементов,
Т-образный руль, жестко скрепленный со стойкой переднего колеса велосипеда (при этом руль со стойкой размещены в первом из несущих элементов рамы, с возможностью поворота руля со стойкой вместе с прикрепленным к ней передним колесом вокруг продольной оси стойки). При этом левая и правая части верхней полки руля изогнуты симметрично по бокам относительно вертикальной плоскости рамы в виде криволинейных ручек руля. В данной конструкции в рабочем состоянии ручки жестко прикреплены замками к указанной полке Т-образной части руля, с возможностью поворота всей рулевой конструкции, как целое, вокруг оси указанной стойки переднего колеса вместе с этим колесом. При этом соответственно поворачивается плоскость переднего колеса, и велосипед поворачивает по колее. При складывании велосипеда замки на ручках руля размыкаются и ручки, благодаря шарнирным соединениям с полкой руля, отгибаются вниз к стойке переднего колеса велосипеда.
Кроме того, в состав велосипеда входят: заднее ведущее колесо, ось которого закреплена в нижней части второго несущего элемента, седло, прикрепленное к средней части второго несущего элемента с помощью съемного замка, с возможностью регулируемого сдвига вдоль указанного элемента и фиксации положения, педали с кривошипами и цепная или ременная передача, размещенные на нижней траверсе (планка буквы А), а также тормозная система.
Верхний конец указанного второго несущего элемента соединен с помощью неразъемного шарнира с верхней трубчатой частью первого несущего элемента, содержащего стойку переднего колеса.
К нижнему концу второго несущего элемента, в том же месте, где закреплена ось заднего колеса, крепится конец нижней траверсы, как неразъемный шарнир, с возможностью поворота траверсы (при освобождении другого ее конца) вокруг указанной оси.
В собранном для движения велосипеда виде другой конец траверсы, противоположный заднему колесу, скреплен с помощью соединения «в паз» с нижней частью первого несущего элемента, содержащего внутри себя стойку переднего колеса. Имеется возможность разъединения крепления «в паз» для складывания велосипеда. Место скрепления находится выше места выхода указанной стойки переднего колеса из трубчатой части первого элемента.
Ввиду особенности расположения седла на средней части второго несущего элемента, велосипед обладает малым диапазоном подгонки под рост велосипедиста.
Для складывания велосипеда указанный конец траверсы отсоединяют от первого несущего элемента и поворачивают вокруг оси заднего колеса в сторону второго несущего элемента до параллельного размещения и фиксации рядом с ним, таким же образом поворачивают первый несущий элемент, вокруг шарнира, соединяющего его со вторым несущим элементом, в сторону этого второго элемента до параллельного размещения и фиксации рядом с ним. При этом заднее и переднее колеса становятся рядом так, что линии их осей близки к совмещению. Замки на ручках руля размыкают и ручки складывают к стойке переднего колеса велосипеда.
Недостатки. Как и в типичном велосипеде, основным недостатком данного велосипеда является то, что, из-за возможности свободного поворота обеих ручек руля, как целое, вокруг оси рулевой стойки, эти ручки являются подвижной и ненадежной опорой для рук велосипедиста. При этом для поворота велосипеда в ту или иную сторону необходимо сдвинуть одну ручку к велосипедисту, а другую - от него, что приводит к необходимости неестественного и неудобного изгиба туловища велосипедиста с одновременным поддержанием своего положения равновесия на велосипеде. Эти действия сопровождаются напряжением определенных групп мышц, которые используются обычно редко, что нередко приводит к потере устойчивости велосипеда, равновесия и к падению велосипедиста.
Кроме того, серьезным неудобством при подгонке эргономических параметров велосипеда является нефункциональное соотношение параметров посадки велосипедиста на седле и расстояния от него до ручек руля. При смещении седла вдоль несущего элемента вверх от среднего положения (что соответствует повышению роста велосипедиста) указанное расстояние до руля должно пропорционально расти, а оно уменьшается. В результате, поза высокого велосипедиста на седле приближается к вертикальной посадке. Он вынужден сгибать руки в локтях и располагать кисти рук вместе с ручками руля ближе к бедрам и/или отклонять торс назад, что может привести к опрокидыванию велосипеда назад. При этом педальная каретка оказывается под седлом и даже дальше от него в сторону заднего колеса, что значительно снижает эффективность привода велосипеда из сидячего положения.
При уменьшении роста велосипедиста параметры подгонки меняются в обратном порядке, что в результате приводит к необходимости для велосипедиста тянуться к рулю или тянуться ногами к педалям и неудобству в промежности велосипедиста в процессе привода велосипеда в движение.
Таким образом, велосипед практически не имеет диапазона подгонки под эргономические параметры велосипедиста (рост, длина рук, ног), и также отсутствует настройка велосипеда под параметры назначения (шоссейный, горный, универсальный и т.д.).
В конструкции велосипеда предусмотрена передача усилия поворота руля на поворот плоскости только одного переднего колеса. Варианты передачи усилия поворота на поворот плоскости заднего колеса, и тем более на поворот плоскостей обоих колес, в данном аналоге не предусмотрены. Эти задачи требуют кардинальной переработки конструкции байка.
Задачей, решаемой представленным изобретением, является создание узла поворота велосипеда, создание на его основе велосипеда-трансформера и рамы велосипеда. В результате решения задачи получаем следующий технический результат изобретения.
- Предложенный узел поворота велосипеда содержит две: левую и правую ручки, закрепленные по бокам на раме велосипеда. При этом каждая ручка имеет собственную ось поворота, неподвижную относительно рамы.
Особенностью конструкции узла поворота и собственно велосипеда является использование трехзвенных подузлов и валов передачи при передаче усилия поворота от указанных ручек на ось соответствующего управляемого колеса велосипеда. Это позволяет с большой свободой выбрать место размещения этих ручек по бокам симметрично относительно плоскости рамы велосипеда, но преимущественно, их размещают впереди, в месте, удобном для опоры рук велосипедиста. Кроме того, форма каждой ручки позволяет ее удобно обхватить пальцами и/или кистью руки, опираться и управлять поворотом велосипеда, не смещая туловища. Таким образом, для рук и, соответственно, для тела велосипедиста имеется надежная неподвижная опора, которая вместе с другими точками опоры (седло, педали) позволяет велосипедисту, сидя или в другом положении, более свободно сохранять равновесие в процессе движения и при повороте велосипеда. В результате, повышается безопасность перемещения на велосипеде.
- Также, благодаря неподвижности осей ручек, велосипедист, удерживая их в процессе движения велосипеда, может по своему желанию более свободно привстать, встать, отклониться в ту или иную сторону от своего стационарного состояния, что снизит нагрузку на мышцы и общую нагрузку в целом.
- Предложен ряд различных вариантов конструкции кинематических связей ручек узла поворота на управляемые переднее и/или заднее колесо велосипеда, которые позволяют однотипным образом компактно через валы передачи передать усилие от ручек на соответствующую(ие) опору колеса (опоры колес) велосипеда.
- При конструировании узла поворота велосипеда, в соответствии с вариантами изобретения, разработчик имеет возможность применить для кинематических связей как зубчатые колеса: цилиндрические, конические и/или другой формы, так и элементы рычажной передачи, тросовых тяг, штифтовых передач, и/или прорезных кулис, закрепленных соосно на соответствующей ручке, на соответствующей оси и/или на соответствующем вале, а также винтовую, гипоидную и другие виды передач.
- С целью компактной передачи усилия поворота, имеется возможность разместить продольные элементы узла поворота (валы и др. продольные элементы) в несущих (трубчатых) элементах рамы велосипеда. Такое размещение практически скроет конструкцию узла поворота внутри рамы велосипеда, что позволит велосипедисту свободно располагаться и смещаться относительно рамы в процессе движения велосипеда, не боясь зацепиться за элементы узла поворота. Также, при прочих равных условиях, улучшится обтекаемость и уменьшится сопротивление велосипеда потоку воздуха при движении.
- При этом, для обеспечения возможности трансформации геометрии велосипеда, конструкция продольных элементов узла поворота и несущих элементов рамы велосипеда может быть выполнена в виде их телескопического соединения с возможностью фиксации на заданной длине.
- Также в данном изобретении представлено несколько вариантов конструкции велосипеда-трансформера с управлением его поворота с помощью поворота плоскости только переднего колеса, или только заднего колеса, или с помощью поворота плоскостей обоих колес велосипеда одновременно.
- Кроме того, ряд узлов и элементов велосипеда, присоединяется к раме с помощью съемных или быстросъемных замков (через шарнир или без оного), которые надеты на участки рамы с профилированной поверхностью, с возможностью жесткого скрепления, ослабления крепления, сдвига и/или снятия к/по/с участку/а указанной профилированной поверхности и скрепленный с одним или двумя концевыми участками указанных сдвигаемых элементов. Это позволяет в широких пределах изменять и фиксировать следующие параметры велосипеда:
- базовое расстояние между осями колес велосипеда,
- высоту педальной каретки (клиренс) над землей,
- высоту и координаты седла относительно педальной каретки и относительно ручек руля и, таким образом, осуществлять регулировку координат центра тяжести пользователя относительно колесной базы.
Эти особенности конструкции необходимы для возможной перенастройки велосипеда под параметры велосипедиста (рост, длина рук, ног, стиль вождения), под параметры назначения велосипеда (шоссе, трек, пересеченная местность, горный и.т.д.), а также для возможности его складывания при транспортировке и/или хранении.
- В данной заявке рассматриваются варианты велосипеда с одним передним и одним задним колесом, при этом предложенное техническое решение также можно применить для велосипедов с двумя передними и/или двумя задними колесами.
Указанный технический результат изобретения достигается в узле поворота велосипеда, содержащем левую и правую ручку поворота велосипеда, которые закреплены с обеих сторон на раме велосипеда с возможностью поворота каждой ручки вокруг собственной оси, неподвижной относительно рамы,
а также, закрепленный на раме велосипеда, механизм передачи усилия поворота каждой или обеих ручек на опоры поворачиваемых переднего, заднего или обоих колес через кинематическую связь в виде одного или более кинематических звеньев, пар, в том числе, в виде левой и правой последовательности звеньев для передачи усилия поворота от соответствующей ручки на поворот опоры переднего колеса и/или на поворот опоры заднего колеса велосипеда.
Здесь и далее под опорой колеса велосипеда подразумевается стойка, вилка или перо, к которому крепится ось и/или втулка колеса велосипеда. В результате поворота опоры того или иного колеса, соответственно поворачивается плоскость этого колеса, обеспечивая поворот велосипеда.
Узел поворота велосипеда отличается от аналогов тем, что в случае поворота велосипеда с помощью переднего или заднего колеса, кинематические звенья передачи усилия поворота от каждой из указанных ручек представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу одновременно от каждой ручки, непосредственно или через промежуточное кинематическое звено, на первичный вал поворота, передающий это усилие, непосредственно или через одно или более вторичных кинематических звеньев, на опору переднего колеса (далее пишем - первичный вал поворота плоскости переднего колеса), или на первичный вал поворота, передающий это усилие, непосредственно или через одно или более вторичных кинематических звеньев, на опору заднего колеса (далее пишем - первичный вал поворота плоскости заднего колеса),
или, в случае поворота велосипеда с помощью переднего и заднего колес одновременно (далее имеется один из трех вариантов передачи усилия поворота ручек на опоры колес: i, ii, iii),
i) кинематические звенья передачи усилия поворота от каждой из указанных ручек представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу одновременно от каждой ручки, непосредственной кинематической связью или через промежуточное кинематическое звено, на первичный вал поворота плоскости переднего колеса и, соответственно, далее на опору переднего колеса, при этом также от этого вала его поворот через другую кинематическую пару передается на первичный вал поворота плоскости заднего колеса и, соответственно, далее на опору заднего колеса,
ii) кинематические звенья передачи усилия поворота от каждой из указанных ручек представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу одновременно от каждой ручки, непосредственной кинематической связью или через промежуточное кинематическое звено, на первичный вал поворота плоскости заднего колеса и, соответственно, далее на опору заднего колеса, при этом также от этого вала его поворот через другую кинематическую пару передается на первичный вал поворота плоскости переднего колеса и, соответственно, далее на опору переднего колеса,
iii) кинематические звенья передачи усилия поворота от каждой из указанных ручек представляют собой конструктивное объединение в сложный подузел: первая трехзвенная передача передает усилие поворота одновременно от каждой ручки, непосредственной кинематической связью или через промежуточное кинематическое звено, на первичный вал поворота плоскости переднего колеса и, соответственно, далее на опору переднего колеса, и параллельно вторая трехзвенная передача передает усилие поворота одновременно от каждой той же ручки, непосредственной кинематической связью или через промежуточное кинематическое звено, на первичный вал поворота плоскости заднего колеса и, соответственно, далее на опору заднего колеса,
(в варианте iii первичные валы поворота плоскостей переднего и заднего колес не связаны между собой прямой связью, как кинематическая пара, а связаны опосредованно, через кинематическую связь каждого вала с ручками узла поворота велосипеда),
при этом каждая указанная ручка узла поворота имеет такую форму, размеры и расположена так, чтобы велосипедист для передачи усилия поворота имел возможность ее обхватить и повернуть в нужную сторону вокруг ее оси пальцами и/или кистью соответствующей руки, независимо от поворота или смещения своего торса.
В частности, ручки узла поворота велосипеда и их оси поворота расположены симметрично - по бокам относительно рамы велосипеда, в передней ее части.
В частности, каждую ручку выполняют в виде одинаковых трубки или стержня, имеющего цилиндрическую или близкую к цилиндрической форму, расположенных симметрично по бокам относительно вертикальной рамы велосипеда, с возможностью поворота каждой ручки вокруг оси ее поворота, совпадающей или параллельной оси цилиндра.
В частности, механизм передачи усилия поворота ручек на поворот колес и сами ручки поворота, в том числе, кинематические пары и/или трехзвенные передачи поворота ручек на первичные валы поворота плоскостей колес, преимущественно размещены и закреплены на раме в передней части велосипеда в области привычного расположения кистей рук велосипедиста.
В частности, для осуществления поворота велосипеда левая и правая ручки узла поворота имеют конструктивную возможность поворачиваться в противоположные стороны.
В частности, передача усилия поворота ручек и зацепление кинематических пар осуществляется с использованием одного или более зубчатых колес, преимущественно, конических и/или цилиндрических, и закрепленных соосно на соответствующей ручке, на соответствующей оси и/или на соответствующем вале.
В частности, передача усилия поворота ручек и зацепление кинематических пар осуществляется с использованием одного или более рычажных элементов, тросовых тяг, штифтовых передач и/или прорезных кулис, закрепленных соосно на соответствующей ручке, на соответствующей оси и/или на соответствующем вале.
В частности, на каждой ручке закреплен или сама ручка представляет собой рычаг или курковый толкатель, преимущественно одинаковой формы, перпендикулярный или наклонный к оси поворота соответствующей ручки, при этом ручки расположены симметрично относительно вертикальной плоскости рамы велосипеда, с возможностью поворота рычага или толкателя вместе с ручкой вокруг оси поворота ручки.
В частности, первичный/е вал/ы поворота переднего и/или заднего колес и/или элементы промежуточных или вторичных кинематических пар передачи усилия поворота на колеса велосипеда размещены внутри одного или более несущих трубчатых элементов его рамы.
В частности, один или более элементов рамы, в том числе трубчатый элемент рамы, размещенный в нем вал поворота плоскости переднего и/или заднего колес и/или продольный элемент кинематической пары по длине имеют телескопическое соединение, с возможностью фиксации на заданной длине.
Технический результат также достигается в велосипеде-трансформере, содержащем
раму, выполненную из одного или более жестко соединенных стержневых и/или трубчатых продольных элементов, в том числе, в состав рамы входит
верхний несущий элемент,
несущий элемент узла поворота велосипеда,
и/или распорка между несущими элементами рамы,
при этом в состав рамы и/или ее узлов входят или присоединены к раме:
опора переднего колеса вместе с передним колесом и опора заднего колеса вместе с задним колесом, в том числе, стойка, «перо» или вилка переднего и/или заднего колеса, при этом каждая из опор присоединена к раме непосредственно или через несущий элемент этой опоры,
узел поворота с механизмом поворота плоскости переднего и/или плоскости заднего колеса велосипеда,
узел седла, закрепленного на верхнем несущем элементе,
узел привода переднего или заднего ведущего колеса, преимущественно, через педальную каретку, со стойкой и/или с траверсой каретки,
и узел тормоза,
при этом левая и правая ручки узла поворота велосипеда имеют каждая собственную неподвижную ось, с возможностью поворота каждой ручки вокруг своей оси,
и преимущественно, указанные ручки узла поворота расположены симметрично - по бокам относительно рамы велосипеда, в передней ее части в области привычного расположения кистей рук велосипедиста.
Велосипед-трансформер отличается от аналогов тем, что, в случае использования узла поворота велосипеда, заявленного в данном изобретении,
элементы узла поворота велосипеда: кинематические пары и/или соответствующие трехзвенные передачи усилия поворота ручек на первичный вал поворота плоскости переднего и/или на первичный вал поворота плоскости заднего колеса, преимущественно размещены и закреплены на раме в передней части велосипеда,
при этом несущим элементом узла поворота велосипеда является верхний несущий элемент рамы: он представляет собой один или более пустотелых участков, преимущественно, в виде прямой трубы, внутри и вдоль которой/которых проходит вал поворота плоскости заднего колеса, один или более элементов этого вала и/или связанных с валом элементов кинематических пар, передающих усилие поворота на опору заднего колеса велосипеда,
и/или несущим элементом узла поворота велосипеда является несущая часть рамы, к которой прикреплена стойка переднего колеса: она представляет собой один или более пустотелых участков, преимущественно, в виде прямой трубы, внутри и вдоль которой/которых проходит вал поворота плоскости переднего колеса, один или более элементов этого вала и/или связанных с валом элементов кинематических пар, передающих усилие поворота на опору переднего колеса велосипеда.
В частности, рама этого велосипеда представляет собой вертикальную плоскую конструкцию из одинарных или сдвоенных продольных элементов.
В частности, одним или более продольных стержневых элементов в составе велосипеда является так называемое «перо».
В частности, один или более продольных элементов велосипеда, в том числе, трубчатый и/или стержневой элемент в составе рамы, в том числе, верхний несущий элемент, его части, несущая часть рамы, со стойкой переднего колеса, стойка переднего и/или стойка заднего колеса, вал поворота плоскости переднего колеса, вал поворота плоскости заднего колеса велосипеда и/или продольные элементы кинематических пар, связанных с этими валами, по длине имеют телескопическое соединение, с возможностью фиксации на заданной длине.
Технический результат также достигается в раме велосипеда-трансформера (заявленного в данном изобретении),
в конструкции которой верхний основной несущий элемент и/или несущие элементы узла поворота выполнены в виде одного или более участков трубы,
эти участки и/или один или более из остальных элементов рамы имеют на поверхности один или более профилированных участков, содержащих продольную направляющую структуру, предназначенную для установки, сдвига по ним, закрепления и снятия с них различных узлов/элементов велосипеда, присоединяемых к раме,
при этом имеется возможность прикрепить один или оба конца одного или более элементов, присоединяемых к раме, через соответствующее количество съемных или быстросъемных замков, насаженных каждый с возможностью жесткого скрепления, ослабления крепления, сдвига и/или снятия к/по/с участку/а указанной профилированной поверхности,
при этом в соответствии с конструкцией велосипеда, тот или иной конец указанных элементов составляет с замком единое целое или жестко скреплен с ним, прикреплен к замку с возможностью ослабления крепления и/или прикреплен к замку через зажимаемый, фиксируемый и/или свободный шарнир
и/или имеется возможность отсоединения конца соответствующего элемента с шарниром или без шарнира от замка,
при этом, по меньшей мере, одним элементом, который присоединяется к указанным несущим элементам рамы через указанные замки, является преимущественно, узел седла.
Рама велосипеда-трансформера отличается от аналогов тем, что
элементами, которые присоединяются к указанным несущим элементам рамы через указанные замки, являются преимущественно, стойка каретки, стойка переднего колеса и/или распорка между несущими элементами рамы,
при этом (первый вариант) верхний несущий элемент рамы, передняя стойка вместе с передним колесом, траверса каретки и стойка каретки образуют жестко фиксируемый, регулируемый и/или разъединяемый с помощью замков и шарниров - трансформируемый четырехугольник
или при этом (второй вариант) распорка является основанием неразъемного или регулируемого и/или разъединяемого с помощью замков, треугольного соединения ее с верхним несущим элементом и с передней несущей частью рамы или со стойкой переднего колеса велосипеда,
в том числе, верхний несущий элемент имеет с передней несущей частью рамы или со стойкой переднего колеса велосипеда неразъемное соединение напрямую или регулируемое шарнирное и/или разъединяемое соединение через замок и/или шарнир.
В частности, один или более несущих или опорных элементов рамы велосипеда выполнены в форме трубы или стержня.
В частности, один или более продольных элементов рамы велосипеда, в том числе трубчатый и/или стержневой элемент, который размещен в несущем элементе узла поворота велосипеда, вал поворота плоскости заднего колеса велосипеда и/или продольные элементы кинематических пар, связанных с этим валом, по длине имеют телескопическое соединение, с возможностью фиксации на заданной длине.
В частности, замок содержит фиксирующий винт с головкой «барашком» или с рычагом для затягивания и/или упругий зажимаемый элемент типа - защелка с отжимом или без него.
В частности, один или более из используемых шарниров являются цилиндрическими шарнирами.
В частности, при разблокировании и/или снятии замка, ослабления и/или разъединения соответствующего шарнира между верхней несущей частью рамы и концом стойки переднего колеса велосипеда, с целью его складывания и хранения, имеется возможность обеспечить взаимный поворот и смещение указанной стойки переднего колеса вместе с колесом, а также присоединенной к колесу через шарнир траверсы педальной каретки относительно указанной несущей части рамы велосипеда и соединение при этом (фиксация) этого конца стойки к замку, закрепленному в другом месте несущей части рамы, преимущественно, вблизи или непосредственно к замку стойки каретки велосипеда.
В частности, при разблокировании и/или снятии замка, ослабления и/или разъединения соответствующего шарнира на концевом участке распорки, который соединен с замком, насаженном на верхний несущий элемент рамы, с целью складывания и хранения велосипеда, имеется возможность обеспечить взаимное смещение и/или поворот переднего несущего элемента рамы, вместе с распоркой и остальными прикрепленными к нему элементами и узлами, относительно верхнего несущего элемента рамы,
а также фиксацию указанного конца распорки к замку, закрепленному в другом месте несущей части рамы, преимущественно, к замку на несущей части или на стойке заднего колеса велосипеда.
Изобретение поясняется примерами, которые проиллюстрированы фигурами №№1-13.
На фиг. 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 (схема), в соответствии с представленным изобретением, показаны варианты выполнения звеньев, передающих усилие поворота от ручек узла поворота велосипеда к первичному валу поворота плоскости переднего колеса, к первичному валу поворота плоскости заднего колеса и/или к первичным валам поворота плоскостей обоих колес велосипеда, при этом остальные элементы узла поворота (корпус, посадочные места, последующие звенья и т.п.) на фигурах не показаны. Также не показаны остальные элементы велосипеда, в том числе несущие элементы рамы. На фиг. 10 опорные неподвижные элементы обозначены косой штриховкой.
На фиг. 1 показан вид сбоку на кинематические звенья узла поворота велосипеда. Здесь показаны два варианта узла поворота велосипеда: (вариант 1) узла с поворотом плоскости переднего колеса показан сплошными линиями, (вариант 2) узла с поворотом плоскостей обоих колес велосипеда (в п. 1 формулы изобретения этот вариант обозначен - i) показан теми же сплошными линиями совместно с пунктирными. Вид показан в плоскости симметрии узла поворота, совпадающей с вертикальной плоскостью рамы велосипеда, причем переднее колесо велосипеда расположено справа.
На фиг. 2, показан вид сзади велосипеда на кинематическое звено по варианту 1 узла поворота плоскости переднего колеса велосипеда, который показан на фиг. 1 сплошными линиями. Стрелками показано направление поворота ручек и шестерен при повороте велосипеда направо.
На фиг. 3 показан вид сверху на след переднего колеса велосипеда в случае поворота плоскости этого колеса. Стрелкой показано направление поворота следа колеса при повороте велосипеда направо.
На фиг. 4 показан вид сбоку на кинематические звенья узла поворота велосипеда. Показаны два варианта узла поворота: (вариант 3) узла с поворотом плоскости заднего колеса показан сплошными линиями, (вариант 4) узла с поворотом плоскостей обоих колес велосипеда (в п. 1 формулы он обозначен - ii) показан теми же сплошными линиями совместно с пунктирными. Вид показан в плоскости симметрии узла поворота, совпадающей с вертикальной плоскостью рамы велосипеда, причем переднее колесо велосипеда расположено справа.
На фиг. 5 показан вид сзади велосипеда на кинематическое звено по варианту 3 узла поворота плоскости переднего колеса велосипеда, который показан на фиг. 4 сплошными линиями). Стрелками показано направление поворота ручек и шестерен при повороте велосипеда направо.
На фиг. 6 показан вид сверху на след заднего колеса велосипеда в случае поворота плоскости этого колеса. Стрелкой показано направление поворота следа колеса велосипеда при повороте велосипеда направо.
На фиг. 7 показан вид сбоку на кинематические звенья узла поворота велосипеда. Показан вариант 5 узла с поворотом плоскостей обоих колес велосипеда (в п. 1 формулы он обозначен - iii). Вид показан в плоскости симметрии узла поворота, совпадающей с вертикальной плоскостью рамы велосипеда, причем переднее колесо велосипеда расположено справа.
На фиг. 8 показан, для того же варианта iii, что на фиг. 7, вид сзади велосипеда на кинематические звенья узла поворота. Стрелками показано направление поворота ручек и шестерен при повороте велосипеда направо.
На фиг. 9 показан вид сверху на след переднего и след заднего колес велосипеда в случае поворота велосипеда с помощью обоих колес по одному из вариантов i, ii и iii. Стрелками показано направление поворота следа указанных колес при повороте велосипеда направо.
На фиг. 10 показана кинематическая схема одного из вариантов выполнения узла поворота велосипеда с использованием винтовой передачи усилия от ручек на вал поворота плоскости одного или двух колес велосипеда. На этой фигуре вид расположен так, что ось поворота вала, который передает усилие поворота далее на опору колеса, перпендикулярна плоскости чертежа и пересекается с ней в точке О.
На фиг. 11 показан один из вариантов (первый) выполнения велосипеда-трансформера (велосипеда Краснова) - общий вид сбоку, с задним управляемым колесом. На виде А-А показана трехзвенная передача в составе узла поворота этого велосипеда (со снятой крышкой).
На фиг. 12 показан велосипед-трансформер, изображенный на фиг. 11, в сложенном виде.
На фиг. 13 показано аксонометрическое изображение второго и третьего вариантов выполнения велосипеда-трансформера (велосипеда Краснова).
На вынесенном виде / опора (перо) заднего колеса велосипеда напрямую жестко скреплена с трубой верхнего несущего элемента его рамы, без возможности поворота опоры вокруг продольной оси трубы (соответствует второму варианту велосипеда).
На вынесенном виде // опора (перо) заднего колеса велосипеда жестко скреплена с валом поворота плоскости заднего колеса велосипеда, выступающим из трубы верхнего несущего элемента его рамы, с возможностью поворота вала и опоры колеса вокруг оси вала (соответствует третьему варианту велосипеда).
Осуществление изобретения.
Во всех примерах (фиг. 1-13) узел поворота велосипеда содержит левую и правую ручку поворота велосипеда, которые закреплены с обеих сторон на раме велосипеда с возможностью поворота каждой ручки вокруг собственной оси, неподвижной относительно рамы,
а также, закрепленный на раме велосипеда, механизм передачи усилия поворота каждой или обеих ручек на опоры поворачиваемых переднего, заднего или обоих колес через кинематическую связь в виде одного или более кинематических звеньев, пар, в том числе, в виде левой и правой последовательности звеньев для передачи усилия поворота от соответствующей ручки на поворот плоскости переднего колеса и/или на поворот плоскости заднего колеса велосипеда.
При этом сами ручки поворота и элементы механизма передачи усилия поворота ручек на поворот колес, в том числе, первичные элементы кинематических звеньев передачи поворота ручек на опоры колес, размещены и закреплены на раме в передней части велосипеда в области привычного расположения кистей рук велосипедиста.
Вариант 1 кинематической связи узла поворота велосипеда показан на фиг. 1 (сплошные линии), а также на фиг. 2. В нем узел поворота велосипеда обеспечивает поворот велосипеда с помощью только переднего колеса.
В этом варианте кинематические звенья передачи усилия поворота от ручек узла поворота представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу усилия поворота одновременно от левой ручки 1.1 и правой ручки 1.2 узла поворота непосредственной кинематической связью на первичный вал 4 поворота плоскости переднего колеса и, соответственно, далее на опору этого колеса.
Отметим, что в вариантах, показанных на фиг. 1, 2, 4, 5, 7, 8, передача усилия поворота ручек и зацепление кинематических пар осуществляется с использованием конических зубчатых колес (далее назовем их - шестерни), и закрепленных соосно на соответствующей ручке, на соответствующей оси и/или на соответствующем вале, хотя указанная передача может осуществляться с использованием, в том числе, цилиндрических зубчатых колес и/или рычажных элементов, штифтовых передач и/или прорезных кулис, закрепленных соосно на соответствующей ручке, на соответствующей оси и/или на соответствующем вале, а также с использованием винтовой, глобоидной и других видов передач.
В примерах на фиг. 1 и фиг. 2 на ручках 1.1 и 1.2 соосно закреплены (или жестко на них посажены) соответствующие шестерни 2.1 и 2.2, которые находятся в зацеплении с шестерней 3, также соосно закрепленной на первичном вале 4 поворота плоскости переднего колеса. В данном примере вал поворота 4 находится в зацеплении или непосредственно скреплен с опорой поворачиваемого переднего колеса велосипеда.
Также в вариантах, показанных на фиг. 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 (схема), предполагается, что каждая указанная ручка узла поворота имеет такую форму, размеры и расположена так, чтобы велосипедист для передачи усилия поворота имел возможность ее обхватить и повернуть в нужную сторону вокруг ее оси пальцами и/или кистью соответствующей руки, независимо от поворота или смещения своего торса.
При этом в возможных вариантах узла поворота каждую ручку выполняют, преимущественно, в виде одинаковых трубки или стержня, имеющего цилиндрическую или близкую к цилиндрической форму, расположенных симметрично по бокам относительно вертикальной рамы велосипеда, с возможностью поворота каждой ручки вокруг оси ее поворота, совпадающей или параллельной оси цилиндра,
и/или на каждой ручке может быть закреплен или сама ручка может представлять собой рычаг или курковый толкатель, преимущественно одинаковой формы, перпендикулярный или наклонный к оси поворота соответствующей ручки, при этом ручки расположены симметрично относительно вертикальной плоскости рамы велосипеда, с возможностью поворота рычага или толкателя вместе с ручкой вокруг оси поворота ручки,
при этом также для передачи усилия поворота левая и правая ручки узла поворота велосипеда должны иметь конструктивную возможность поворачиваться в противоположные стороны.
Причем внутри одного или более несущих трубчатых элементов рамы велосипеда имеется возможность разместить первичный/е вал/ы поворота плоскостей переднего и/или заднего колес и/или элементы промежуточных или вторичных кинематических звеньев, пар передачи усилия поворота на опоры колес велосипеда.
При этом один или более элементов рамы, в том числе трубчатый элемент рамы, размещенный в нем вал поворота плоскости переднего и/или заднего колес и/или продольный элемент кинематического звена могут иметь по длине телескопическое соединение, с возможностью фиксации на заданной длине.
В примерах, показанных на фиг. 1, 2, 4, 5, 7, 8, указанные ручки 1.1 и 1.2 выполнены в виде пары одинаковых цилиндрических стержней, ось каждого цилиндра совпадает с осью поворота соответствующей ручки, в примерах указанные оси находятся на одной линии, перпендикулярной плоскости симметрии узла поворота (которая совпадает с плоскостью рамы велосипеда).
В варианте 1 (фиг. 1, 2 - сплошные линии), работа узла поворота велосипеда осуществляется следующим образом.
В процессе движения велосипеда велосипедист, например, для поворота направо, поворачивает левую ручку 1.1 узла поворота велосипеда вокруг оси ее поворота (ладонью на ручке сверху от себя по окружности цилиндра ручки). При этом правая ручка 1.2, связанная через шестерни 2.1-3-2.2 с ручкой 1.1, имеет возможность повернуться в противоположную сторону, а ладонь велосипедиста помогает ей повернуться и, путем поворота обеих ручек, передать усилие на вал 4, который в данном случае поворачивает плоскость переднего колеса велосипеда направо. На фиг. 3 показан след 5 контакта переднего колеса велосипеда с землей, а стрелкой указан поворот его плоскости.
Таким образом, благодаря соответствующему повороту ручек 1.1, 1.2, осуществляется поворот плоскости переднего колеса (и его следа 5) направо, поэтому велосипед по колее поворачивает направо. При повороте соответствующих ручек в обратную сторону велосипед поворачивает налево.
Кроме того, во всех вариантах работы узла поворота, для сохранения равновесия и устойчивости велосипеда, в процессе движения велосипедист смещает центр тяжести свой и/или велосипеда относительно опорных точек велосипеда с землей в сторону, противоположную направлению толкающих сил.
Вариант 2 кинематической связи узла поворота велосипеда показан на той же фиг. 1 сплошными и пунктирными линиями совместно.
Он соответствует повороту велосипеда путем поворота плоскости переднего и заднего колес одновременно, при этом конструкция узла поворота соответствует варианту i (см. существенные признаки и формулу изобретения).
По этому варианту кинематические звенья передачи усилия поворота от ручек узла поворота представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу усилия поворота одновременно от каждой указанной ручки 1.1 и 1.2 на соответствующие шестерни 2.1 и 2.2, закрепленные каждая соосно на соответствующей ручке, эти шестерни связаны зацеплением непосредственно с шестерней 3. Последняя закреплена на первичном вале поворота 4 плоскости переднего колеса и передает, соответственно, усилие поворота далее на опору переднего колеса. При этом также от указанного вала 4 его поворот через другую кинематическую пару передается на первичный вал поворота 8 плоскости заднего колеса и, соответственно, далее на опору заднего колеса. Эта другая пара показана пунктиром, она образует зацепление шестерни 6, закрепленной соосно на вале 4, и шестерни 7, закрепленной соосно на вале 8, который также показан пунктиром.
В варианте 2 (фиг. 1 - сплошные и пунктирные линии совместно) работа узла поворота велосипеда осуществляется следующим образом.
В процессе движения велосипеда велосипедист, например, для поворота направо, поворачивает левую 1.1 и/или правую 1.2 ручку узла поворота велосипеда вокруг ее оси таким же образом, как и в предыдущем варианте 1. Усилие, переданное на вал 4, поворачивает плоскость переднего колеса велосипеда направо (см. след 5 переднего колеса на фиг. 9). Одновременно шестерня 6, закрепленная на этом вале, своим зацеплением с шестерней 7, обеспечивает поворот вала 8, который поворачивает плоскость заднего колеса велосипеда налево (см. след 11 заднего колеса на той же фиг. 9). Стрелками показан поворот следа каждого колеса при повороте велосипеда направо.
Таким образом, благодаря соответствующему повороту ручек 1.1, 1.2, осуществляется одновременный поворот плоскости переднего колеса (и его следа 5) направо и плоскости заднего колеса (и его следа 11) - налево, поэтому велосипед по колее поворачивает направо. При повороте соответствующих ручек в обратную сторону велосипед поворачивает налево.
Вариант 3 кинематической связи узла поворота велосипеда показан на фиг. 4 (сплошные линии) и фиг. 5.
По этому варианту кинематические звенья передачи усилия поворота от ручек узла поворота представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу усилия поворота одновременно от каждой указанной ручки 1.1 и 1.2 на соответствующие шестерни 2.1 и 2.2, закрепленные каждая соосно на соответствующей ручке, эти шестерни связаны зацеплением непосредственно с шестерней 9. Последняя закреплена на первичном вале 10 поворота плоскости заднего колеса и, соответственно, передает усилие поворота далее на опору заднего колеса велосипеда.
В варианте 3 (фиг. 4, 5 - сплошные линии) работа узла поворота велосипеда осуществляется следующим образом.
В процессе движения велосипеда велосипедист, например, для поворота направо, поворачивает правую 1.1 и/или левую 1.2 ручку узла поворота велосипеда вокруг ее оси таким же образом, как и в варианте 1. Усилие, переданное от шестерен 2.1 и 2.2 на шестерню 9 и, соответственно, на вал 10, поворачивает плоскость заднего колеса велосипеда налево (см. на фиг. 6 след 11 заднего колеса и стрелку, указывающую поворот его плоскости), при этом велосипед поворачивает направо.
Таким образом, благодаря соответствующему повороту ручек 1.1, 1.2, осуществляется поворот плоскости заднего колеса (и его следа 11) налево, поэтому велосипед по колее поворачивает направо. При повороте соответствующих ручек в обратную сторону велосипед поворачивает налево.
Вариант 4 кинематической связи узла поворота велосипеда показан на той же фиг. 4 сплошными и пунктирными линиями совместно.
Он соответствует повороту велосипеда путем поворота плоскостей переднего и заднего колес одновременно, при этом конструкция узла поворота соответствует варианту ii (см. существенные признаки и формулу изобретения).
По этому варианту кинематические звенья передачи усилия поворота от ручек узла поворота представляют собой конструктивное объединение в подузел - трехзвенную передачу усилия поворота одновременно от каждой указанной ручки 1.1 и 1.2 на соответствующие шестерни 2.1 и 2.2, закрепленные каждая соосно на соответствующей ручке, эти шестерни связаны зацеплением непосредственно с шестерней 9. Последняя закреплена на первичном вале поворота 10 плоскости заднего колеса и, соответственно, передает усилие поворота далее на опору заднего колеса велосипеда. При этом также от указанного вала 10 его поворот через другую кинематическую пару передается на первичный вал поворота 14 плоскости переднего колеса и, соответственно, далее на опору переднего колеса. Эта другая пара показана пунктиром, она образует зацепление шестерни 12, закрепленной соосно на вале 10, и шестерни 13, закрепленной соосно на вале 14, который также показан пунктиром.
В варианте 4 (фиг. 4 - сплошные и пунктирные линии совместно) работа узла поворота велосипеда осуществляется следующим образом.
В процессе движения велосипеда велосипедист, например, для поворота направо, поворачивает левую 1.1 и/или правую 1.2 ручку узла поворота велосипеда вокруг ее оси таким же образом, как и в варианте 1. Усилие, переданное на вал 10, поворачивает плоскость заднего колеса велосипеда налево (см. след 11 заднего колеса на фиг. 9). Одновременно шестерня 12, закрепленная на этом вале, своим зацеплением с шестерней 13, обеспечивает поворот вала 14, который поворачивает плоскость переднего колеса велосипеда направо (см. след 5 переднего колеса на той же фиг. 9). Стрелками показан поворот следа каждого колеса при повороте велосипеда направо.
Таким образом, благодаря соответствующему повороту ручек 1.1, 1.2, осуществляется одновременный поворот плоскости переднего колеса (и его следа 5) направо и плоскости заднего колеса (и его следа 11) - налево, поэтому велосипед по колее поворачивает направо. При повороте соответствующих ручек в обратную сторону велосипед поворачивает налево.
Вариант 5 кинематической связи узла поворота велосипеда показан на фиг. 7 и 8. Он соответствует повороту велосипеда путем поворота плоскостей переднего и заднего колес одновременно, при этом конструкция узла поворота соответствует варианту iii (см. существенные признаки и формулу изобретения).
По этому варианту кинематические звенья передачи усилия поворота от ручек узла поворота представляют собой конструктивное объединение в сложный подузел: первая трехзвенная передача шестерен 2.1-3-2.2 передает усилие поворота одновременно от каждой ручки, непосредственной кинематической связью на первичный вал 4 поворота плоскости переднего колеса и, соответственно, далее на опору переднего колеса, и параллельно вторая трехзвенная передача шестерен 2.1-9-2.2 передает усилие поворота одновременно от каждой той же ручки, непосредственной кинематической связью на первичный вал 10 поворота плоскости заднего колеса и, соответственно, далее на опору заднего колеса.
В данном варианте (iii) валы 4 и 10 поворота плоскостей переднего и заднего колес не связаны между собой прямой связью, как кинематическая пара, а связаны опосредованно, через кинематическую связь каждого вала с ручками узла поворота велосипеда.
В примере на фиг. 7, 8 работа узла поворота велосипеда осуществляется следующим образом.
В процессе движения велосипеда велосипедист, например, для поворота направо, поворачивает левую 1.1 и/или правую 1.2 ручку узла поворота велосипеда вокруг ее оси таким же образом, как и в варианте 1. Усилие, переданное от трехзвенной передачи шестерен 2.1-3-2.2 на вал 4, поворачивает плоскость переднего колеса велосипеда направо (см. след 5 переднего колеса на фиг. 9). Одновременно усилие, переданное от трехзвенной передачи шестерен 2.1-9-2.2 на вал 10, поворачивает плоскость заднего колеса велосипеда налево (см. след 11 заднего колеса на той же фиг. 9). Стрелками показан поворот следа каждого колеса при повороте велосипеда направо.
Таким образом, благодаря соответствующему повороту ручек 1.1, 1.2, осуществляется одновременный поворот плоскости переднего колеса (и его следа 5) направо и плоскости заднего колеса (и его следа 11) - налево, поэтому велосипед по колее поворачивает направо. При повороте соответствующих ручек в обратную сторону велосипед поворачивает налево.
На фиг. 10 показана кинематическая схема варианта 6 узла поворота велосипеда с использованием промежуточного кинематического звена (винтовой передачи) для передачи усилия от ручек на вал поворота плоскости колеса велосипеда.
Здесь ручки: левая - 1.3 и правая - 1.4 имеют форму цилиндрических трубок. Ручки имеют возможность поворота каждая вокруг своей оси, совпадающей с осью своего цилиндра, при этом все оси лежат на одной общей прямой. Ручки 1.3 и 1.4 связаны зацеплением, соответственно, елевой 15.1 и правой 15.2 ветвями винтовой передачи, имеющей возможность поступательного движения влево или вправо (от одной ручки к другой). Ветви 15.1 и 15.2 винтовой передачи имеют взаимно противоположное направление винта, прямая линия их смещения лежит на той же общей прямой, что и оси ручек. Указанные ветви соединены ползуном 16, установленном в неподвижных направляющих, которые обеспечивают его смещение вдоль указанной общей линии при повороте ручек в пределах заданного диапазона. В центре ползуна 16 закреплен шток 17, конец которого взаимодействует с кривошипом 18, при этом ось поворота кривошипа (на фиг. 10 эта ось пересекается с плоскостью рисунка в точке О) совпадает с осью первичного вала поворота плоскости того колеса, на которое передается усилие поворота ручек 1.3 и 1.4 и которое обеспечивает поворот велосипеда.
На чертеже заштрихованы неподвижные несущие элементы узла поворота и рамы велосипеда. Стрелками показано направление поступательного движения ползуна 16 и предельные границы поворота кривошипа 18.
Поворот ручек 1.3 и 1.4 в противоположные стороны с помощью винтовых передач 15.1 и 15.2 преобразуется в поступательное движение ползуна, шток 17 которого преобразует это движение в поворот вала поворота с осью О. Этот вал поворачивает плоскость управляемого колеса велосипеда в соответствующую сторону.
Первый вариант велосипеда-трансформера с задним управляемым колесом, показан на фиг. 11 (вид сбоку).
Велосипед содержит раму, выполненную в виде верхнего несущего трубчатого элемента, собранного из двух, телескопически взаимно сдвигаемых и фиксируемых на заданном сдвиге, трубчатых участков 21.1 и 21.2. Эти участки верхнего несущего элемента одновременно являются участками несущего элемента узла поворота велосипеда.
Кроме того, к раме присоединены: стойка 22 переднего колеса велосипеда в виде пера, вместе с передним колесом 23, узел седла 24 (в который входит собственно седло 24.1, подседельный штырь 24.2, амортизационные элементы и элементы 24.3, 24.4 крепления узла к раме велосипеда), узел тормоза (не показан) и узел привода 25 переднего ведущего колеса, содержащий, в данном случае, траверсу 25.1 с педальной кареткой 25.2, которая связана двойной цепной передачей (с приводом на прямом и обратном ходе педалей) со звездочкой 23.1 переднего колеса 23. При этом ось педальной каретки 25.2 закреплена на стойке каретки 26. В верхней части стойки 22 переднего колеса выполнен выступ 22.1 с отверстием, необходимый для фиксации стойки при складывании велосипеда.
Также в состав рамы велосипеда входит узел поворота велосипеда с механизмом поворота стойки (пера) заднего колеса велосипеда, включающим в себя перо 27 и заднее колесо 28. Механизм поворота содержит левую и правую ручки 1.1 и 1.2, расположенные симметрично - по бокам относительно рамы велосипеда впереди в верхней ее части в области привычного расположения кистей рук велосипедиста. Каждая ручка выполнена в виде цилиндра и имеет возможность своего поворота вокруг собственной оси, неподвижной относительно рамы. Кинематическая связь обеспечивает взаимный поворот ручек в противоположных направлениях.
Кроме того, механизм поворота задней стойки содержит, закрепленную также в верхней части рамы, трехзвенную передачу из конических шестерен 2.1, 2.2 и 9 с первичным валом 10 поворота (2.1-9-2.2), которая обеспечивает передачу усилия поворота от ручек 1.1, 1.2 велосипеда через участки первичного вала 10 поворота на опору (перо) 27 заднего колеса 28 велосипеда (см. описание к фигурам 4-6). Указанные участки первичного вала 10 поворота размещены внутри вдоль трубы верхнего несущего элемента рамы велосипеда с использованием телескопического соединения. Работа данного узла поворота велосипеда описана выше (см. описание к фигурам 4-6).
Также на поверхности участков 21.1 и 21.2 трубы верхнего несущего элемента рамы велосипеда имеются профилированные участки, содержащие продольную направляющую структуру, которая предназначена для установки, сдвига по ним, закрепления и снятия с них различных узлов/элементов велосипеда, присоединяемых к раме. При этом имеется возможность прикрепить один или оба конца одного или более элементов, присоединяемых к раме через соответствующее количество, в данном случае, быстросъемных замков 29, 30, 31, насаженных каждый с возможностью жесткого скрепления, ослабления крепления, сдвига и/или снятия к/по/с участку/а указанной профилированной поверхности, и/или конец элемента прикреплен к замку через зажимаемый, фиксируемый и/или свободный шарнир. В данном варианте велосипеда такими элементами, присоединяемыми к раме через замки, являются: конец пера 22 переднего колеса (присоединен через шарнир 29.1, с возможностью разъединения шарнира 29.1 и отсоединения от замка 29), конец опорной стойки 24.3 подседельного штыря (присоединен к замку 30 жестким неразъемным креплением), конец стойки 26 каретки (присоединен к замку 31 жестким неразъемным креплением).
При этом верхний несущий элемент рамы 21.1, 21.2, передняя стойка 22 вместе с передним колесом 23, траверса каретки 25.1 и стойка каретки 26 образуют жестко фиксируемый, регулируемый и/или разъединяемый с помощью замков и шарниров - трансформируемый четырехугольник.
<mover accent="true"><mi>α</mi><mo>¨</mo></mover>
На фиг. 11 пунктиром показаны крайние положения колес велосипеда при предельных значениях сдвига телескопических элементов и/или замков на раме велосипеда. Также пунктиром показана линия уровня земли для этих размерных параметров и обозначены углы ά, α и
между осью верхнего несущего элемента и уровнем земли, соответственно, в положении выдвинутых телескопических элементов, в среднем положении и в сдвинутом их положении.
В другом варианте геометрии рамы данного велосипеда стойка переднего колеса может быть присоединена к верхнему несущему элементу рамы с помощью распорки, на концах которой установлено по замку с шарниром или без него. Описание такой геометрии рамы будет представлено ниже (см. фиг. 13).
Использование в конструкции данного велосипеда-трансформера указанных замковых и шарнирных соединений элементов с рамой позволяет в широких пределах изменять и фиксировать следующие параметры велосипеда:
- базовое расстояние между осями колес 23 и 27 велосипеда,
- высоту педальной каретки 25.2 (клиренс) над землей,
- высоту и координаты седла 24.1 относительно педальной каретки 25.2 и относительно ручек 1.1 и 1.2 руля и, таким образом, осуществлять регулировку координат центра тяжести пользователя относительно колесной базы. Эти особенности конструкции необходимы для возможной перенастройки велосипеда под параметры велосипедиста (рост, длина рук, ног, стиль вождения), под параметры назначения велосипеда (шоссе, трек, пересеченная местность, горный и.т.д.).
Кроме того, эти особенности конструкции позволяют сложить велосипед, показанный на фиг. 11, в компактную форму для транспортировки и/или хранения (см. фиг. 12). Для этого необходимо разъединить шарнир 29.1 на верхнем конце стойки 22 (пера) переднего колеса и отсоединить эту стойку от замка 29, насаженного на верхний участок 21.1 верхнего элемента рамы, развернуть стойку 22 вокруг оси переднего колеса 23 в направлении «от рамы» на угол, близкий к 360°, вместе с траверсой каретки 25.1 и присоединить, с помощью выступа 22.1 в верхней части этой стойки, к наружной части другого замка - замка 31, который уже используется для крепления стойки 26 каретки велосипеда. Дополнительно, для уменьшения высоты сложенной конструкции, можно ослабить посадку замка 31 на участке рамы 21.2, ослабить фиксацию телескопического соединения и задвинуть участок рамы 21.2 в трубу участка 21.1 до упора (см. фиг. 12).
Второй вариант велосипеда-трансформера с передним управляемым колесом, показан на фиг. 13 в аксонометрической проекции.
Велосипед содержит раму, выполненную в виде верхнего несущего трубчатого элемента, собранного из двух трубчатых участков 21.1 и 21.2, телескопически взаимно сдвигаемых и фиксируемых на заданной длине. Также рама велосипеда содержит переднюю несущую часть, выполненную из двух трубчатых участков 32.1 и 32.2, с возможностью их телескопического сдвига и фиксации. Верхний несущий элемент и передняя часть рамы велосипеда соединены, в данном случае, своими верхними частями через неразъемный цилиндрический шарнир 33. Кроме того, эти же части рамы соединены ниже с помощью распорки 34, на концах которой установлено по замку 35 и 36 с шарниром или без него. Как частный возможный вариант показано, что распорка 34 состоит из двух участков, сдвигаемых телескопически и фиксируемых замком 34.1. Участки трубы 32.1, 32.2 передней несущей части рамы одновременно являются несущим элементом узла поворота велосипеда.
Кроме того, к верхнему элементу рамы (сзади внизу) присоединены: стойка 27 заднего колеса велосипеда в виде пера вместе с задним колесом 28 (в данном варианте велосипеда стойка 27 жестко прикреплена к заднему концу трубы 21.2 верхнего несущего элемента, без возможности ее поворота, см. вынесенный вид / на фиг. 13), узел седла 24 (в который входит собственно седло, подседельный штырь, амортизационные элементы и элементы крепления узла к раме велосипеда) и тяги тормоза (не показаны).
Также в состав передней части рамы велосипеда входит узел поворота велосипеда с механизмом поворота стойки (пера) переднего колеса велосипеда, включающим в себя перо 37 и переднее колесо 23. Механизм поворота содержит левую 1.1 и правую ручки 1.2, расположенные симметрично - по бокам относительно рамы велосипеда, впереди в верхней ее части в области привычного расположения кистей рук велосипедиста. Каждая ручка 1.1, 1.2 выполнена в виде цилиндра и имеет возможность своего поворота вокруг собственной оси, неподвижной относительно рамы. Кинематическая связь обеспечивает взаимный поворот ручек в противоположных направлениях.
Кроме того, механизм поворота стойки 37 переднего колеса содержит, закрепленную также в верхней части рамы (в корпусе 33), трехзвенную передачу, состоящую из конических шестерен, и первичный вал 4 на поворот плоскости переднего колеса, которая обеспечивает передачу усилия поворота от ручек велосипеда на участки первичного вала 4 поворота и далее на стойку 37 (перо) переднего колеса велосипеда (см. описание к фигурам 1-3). Указанные участки первичного вала 4 поворота размещены внутри вдоль участков трубы 32.1, 32.2 передней несущей части рамы велосипеда также с использованием телескопического соединения, с возможностью фиксации на заданной длине.
Работа данного узла поворота велосипеда описана выше (см. описание к фигурам 1-3).
Привод велосипеда, в данном случае, осуществляется с помощью цепной передачи педальной кареткой 38 на переднее колесо 23 аналогичной передаче, описанной в варианте 1 велосипеда. Эта каретка 38 закреплена непосредственно на опорной стойке 37 (пере) переднего колеса велосипеда и имеет промежуточную звездочку 38.1, хотя можно использовать стандартную передачу с цепным приводом, закрепленном на этом же пере, или другие варианты привода. Ось вращения шатунов (кривошипов) 39 и 40 каретки совпадает с осью вращения переднего колеса 23. Поэтому при повороте велосипеда плоскость вращения педалей будет поворачиваться вместе с плоскостью переднего колеса.
Также на поверхности участков трубы 21.1, 21.2 верхнего несущего элемента и 32.1 передней части рамы велосипеда имеются профилированные участки, содержащие продольную направляющую структуру, которая предназначена для установки, сдвига по ним, закрепления и снятия с них различных узлов/элементов велосипеда, присоединяемых к раме. При этом имеется возможность прикрепить один или оба конца одного или более элементов, присоединяемых к раме через соответствующее количество, в данном случае, быстросъемных замков, насаженных каждый с возможностью жесткого скрепления, ослабления крепления, сдвига и/или снятия к/по/с участку/а указанной профилированной поверхности, и/или конец элемента прикреплен к замку через зажимаемый, фиксируемый и/или свободный шарнир. В данном варианте велосипеда такими элементами, присоединяемыми к раме через замки, являются: вышеуказанная распорка 34 (ее концы присоединены через замки 35, 36 с шарнирами к верхнему несущему элементу и к передней части рамы, с возможностью разъединения шарнира и отсоединения от замка) и конец опорной стойки подседельного штыря (присоединен к замку 30 на трубе 21.1 жестким неразъемным креплением). Таким образом, распорка 34 является основанием регулируемого и/или разъединяемого с помощью замков, треугольного соединения между верхним несущим элементом и передней несущей частью рамы.
Использование в конструкции данного велосипеда-трансформера указанных замковых и шарнирных соединений элементов с рамой позволяет в широких пределах изменять и фиксировать параметры велосипеда, описанные в предыдущем варианте его осуществления. Эти особенности конструкции позволят обеспечить возможность перенастройки велосипеда под параметры велосипедиста (рост, длина рук, ног, стиль вождения), под параметры назначения велосипеда (шоссе, трек, пересеченная местность, горный и.т.д.), а также сложить велосипед в компактную форму для транспортировки и/или хранения. Для этого необходимо разъединить конец распорки 34 от шарнира, который скреплен с замком 35 и с верхним несущим элементом, потянуть за распорку 34 в сторону того же верхнего элемента до максимального сближения с ним передней несущей части рамы (вместе с передним колесом 23) и соединить замок 35 верхнего элемента с замком 36 передней части рамы.
Третий вариант велосипеда-трансформера с обоими управляемыми передним и задним колесами, показан на той же фиг. 13. При этом геометрия и связи несущих частей рамы (верхнего элемента, передней части рамы и распорки) остаются такими же, как и во втором варианте осуществления велосипеда.
Отличие третьего варианта заключаются в том, что в узле поворота велосипеда в механизм поворота добавляется кинематическая передача от левой и правой ручек 1.1 и 1.2 на поворот плоскости заднего колеса 28 велосипеда. При этом подузел передачи усилия поворота от ручек на первичный вал поворота плоскости переднего колеса и на первичный вал поворота плоскости заднего колеса, размещенный впереди рамы (33), может иметь варианты конструкции, показанные на фиг. 1, 4 (показаны сплошными и пунктирными линиями, в п. 1 формулы изобретения они отмечены как вариант i и ii) и на фиг. 7-9 (в п. 1 формулы изобретения они отмечены как вариант iii), с соответствующим описанием.
Там же описана работа этих вариантов узла поворота велосипеда. При этом участки первичного вала поворота плоскости заднего колеса велосипеда размещены внутри вдоль трубы верхнего несущего элемента рамы велосипеда с использованием телескопического соединения и возможности его фиксации на заданной длине.
На вынесенном виде // фигуры 13 опора 27 (перо) заднего колеса велосипеда скреплена с участком 41 вала 10 поворота плоскости заднего колеса велосипеда, выступающим из трубы 21.2 верхнего несущего элемента его рамы, с возможностью поворота участка 41 и стойки 27 колеса вокруг оси вала 10.
При этом, чтобы обеспечить взаимный шарнирный поворот верхней и передней частей рамы велосипеда при складывании велосипеда, в механизме передачи усилия поворота (размещен в корпусе 33), от ручек на соответствующие первичные валы поворота, необходимо использовать шестерни с глобоидной передачей с элементами сферической поверхности.