ВЕЛОСИПЕД ЛИГЕРАД

Полезная модель относится к велосипедам, преимущественно двухколесным, снабженным седлом, имеющим спинку, с педалями, вынесенными вперед, для обеспечения посадки, близкой к горизонтальной, т.е. лигерадам (рикамбентам, «лежачим» велосипедам).
Среди множества известных лигерадов наиболее удобной в эксплуатации и рациональной, с точек зрения технологичности и снижения веса, представляется конструкция, использованная, в частности, в патенте WO 8101821. Она содержит раму, поддерживающую оси приводного заднего колеса, поворотной передней вилки, руля и педальной каретки. Седло со спинкой закреплено на раме вблизи заднего колеса. Руль расположен под седлом и связан тягой с поворотной вилкой переднего колеса. Недостатком данной конструкции является отсутствие амортизации передней вилки, что при наезде на препятствие вызывает удар и ограничивает проходимость велосипеда.
Широко применяются двухколесные транспортные средства с амортизированной телескопической подвеской передней вилки (М.Г. Гинцбург. Устройство и обслуживание мотоциклов. - издание второе, переработанное. - Москва: Машгиз, 1963.- 319 с). Недостатком подобной подвески в случае велосипеда является сравнительно быстрое появление люфта, связанного с износом направляющих. Кроме того, использование телескопической системы в рассматриваемой конструкции лигерада ведет к нежелательному увеличению (на величину хода амортизируемой передней вилки) высоты расположения педальной каретки.
Известны двухколесные транспортные средства (US 20090218779), с параллелограммной подвеской передней вилки. В них «основание» параллелограмма связано с рамой шарниром, ось которого совпадает с осью передней вилки, а поворот передней вилки происходит вместе с параллелограммным механизмом. Недостатком подобных систем является неизбежное, при достаточно больших ходах подвески, утяжеление конструкции.
В других вариантах подвески параллелограммный механизм совершает движения только в плоскости рамы, а управляющее воздействие передается непосредственно руками на поворотную переднюю вилку, совершающую сложное движение (US 913961, US 4526249). Для лигерада с рулем, находящимся под сиденьем, подобная система управления не подходит. Если же руль, находящийся под сиденьем, соединить с такой поворотной вилкой, посредством тяги, то в общем случае, при срабатывании подвески будет происходить нежелательное «подруливание» (рыскание) переднего колеса.
Существуют конструкции передних подвесок, в которых ось руля расположена вблизи звена шарнирного параллелограмма, закрепленного на раме, а движение передается от руля на поворотную вилку дополнительный кинематической цепью (US 20152742249, US 2016288868). Указанное расположение руля тоже не подходит для рассматриваемого лигерада.
Таким образом, известные конструкции амортизированной подвески переднего колеса в непосредственном виде не подходят для рассматриваемой. схемы лигерада.
Наиболее близким предлагаемому конструктивному решению является велосипед рикамбент (RU 166173). Он содержит раму, заднее приводное колесо, ось которого закреплена на раме, переднее колесо, установленное на поворотной вилке, педальную каретку, закрепленную в передней части рамы, седло со спинкой, закрепленное на раме, вблизи заднего колеса, руль, расположенный под седлом и связанный тягой с поворотной вилкой переднего колеса, а также амортизированную подвеску седла. Недостатком данной конструкции является отсутствие амортизации передней подвески.
Задача полезной модели - обеспечить комфортную езду на велосипеде лигераде, по неровной дороге и пересеченной местности.
Технический результат - комфортная езда по пересеченной местности, достигается за счет того, что велосипед лигерад снабжен амортизированной подвеской поворотной вилки переднего колеса, которая не увеличивает высоту расположения педальной каретки и не вызывает при срабатывании «подруливания» переднего колеса, мешающего управлению велосипедом.
Предлагаемый велосипед лигерад, содержит раму, заднее приводное колесо, ось которого закреплена на раме, седло, закрепленное на раме вблизи заднего колеса, переднее колесо, установленное на поворотной вилке, втулку поворотной вилки, относительно которой эта вилка вращается в опорах качения, педальную каретку, расположенную в передней части рамы, руль, расположенный под седлом и связанный с поворотной вилкой тягой, опирающейся на сферические шарниры. Отличия состоят в том, что втулка поворотной вилки связана с рамой посредством механизма шарнирного четырехзвенника, с осями шарниров перпендикулярными центральной плоскости рамы, переднее звено которого выполнено заодно со втулкой поворотной вилки, а заднее звено - заодно с рамой, длины противолежащих звеньев шарнирного четырехзвенника отличаются друг от друга не более чем на 15%, при этом велосипед содержит амортизирующее устройство, ограничивающее относительный поворот звеньев шарнирного четырехзвенника, тяга связывающая руль с поворотной вилкой, расположена над педальной кареткой, а линия, проходящая через шарниры верхнего звена четырехзвенника в среднем положении подвески параллельна этой тяге.
Предлагаемая подвеска переднего колеса обеспечивает смягчение ударов при движении лигерада по неровной дороге. Благодаря правильному выбору параметров шарнирного четырехзвенника, траектория центра шарнира, связывающего тягу с рычагом передней вилки, обеспечиваемая шарнирным четырехзвенником и самой тягой расходятся на минимальную величину, что при наезде переднего колеса на препятствие сводит к минимуму «подруливание» (практически его исключает).
В случае, когда педальная каретка закреплена непосредственно на раме, срабатывание передней подвески никак не отражается на работе цепного привода, а педалирование не вызывает срабатывания подвески. Кроме того, при этом у передней подвески получается минимальная неподрессоренная масса. В наиболее простом конструктивном варианте этой схемы, амортизирующее устройство (в частности стандартный велоамортизатор) установлено между шарниром, связывающим верхнее и переднее звенья шарнирного четырехзвенника, и шарниром, связывающим нижнее и заднее его звенья.
Для исключения из конструкции сложных в сборке-разборке совмещенных шарниров звеньев четырехзвенника и амортизатора, этот амортизатор установлен между верхним и нижним звеньями шарнирного четырехзвенника.
Аналогичный результат достигается, когда верхнее звено шарнирного четырехзвенника, выполнено в виде двуплечего рычага, дополнительное плечо которого направлено вверх и связано с упором на раме через стандартный велоамортизатор.
В другом варианте конструкции, нижнее звено шарнирного четырехзвенника выполнено в виде двуплечего рычага, дополнительное плечо которого направлено вниз и связано посредством амортизирующего устройства с упором на раме. В этом случае амортизирующее устройство состоит из отдельной пружины и отбойника.
Для уменьшения общей длины лигерада, педальная каретка закреплена на верхнем звене шарнирного четырехзвенника. Верхнее звено шарнирного четырехзвенника, при этом целесообразно выполнять в виде двуплечего рычага, дополнительное плечо которого направлено вверх и связано посредством амортизирующего устройства (например, стандартного велоамортизатора) с упором на раме.
Для полного (в тех случаях, когда оно необходимо) исключения эффекта «подруливания» при наезде переднего колеса на препятствие предлагается несколько усложненный вариант конструкции велосипеда лигерада. В нем тяга, связывающая руль с поворотной вилкой, состоит из двух частей, которые в месте их стыковки соединены посредством сферических шарниров с поддерживающим рычагом, установленным на раме, таким образом, что его неподвижная ось лежит в средней плоскости рамы и смещена относительно осей шарниров заднего звена шарнирного четырехзвенника на такие же расстояния, на какие ось поворотной вилки смещена относительно шарниров переднего звена шарнирного четырехзвенника, расстояние между точкой, являющейся проекцией на неподвижную ось поддерживающего рычага центральной точки сферического шарнира, и осью верхнего шарнира заднего звена шарнирного четырехзвенника равно расстоянию между точкой, являющейся проекцией на ось поворотной вилки центральной точки сферического шарнира рычага поворотной вилки, и осью верхнего шарнира переднего звена шарнирного четырехзвенника, противолежащие звенья шарнирного четырехзвенника имеют одинаковую длину, то есть, этот четырехзвенник является параллелограммом, а передняя часть тяги, связывающая поддерживающий рычаг с поворотной вилкой, имеет длину равную длине верхнего и нижнего звеньев шарнирного четырехзвенника, задняя часть тяги, связывающая руль с поддерживающим рычагом, образует с этим рычагом шарнир, расположенный в непосредственной близости от шарнира, образуемого поддерживающим рычагом с передней частью тяги.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - велосипед лигерад - вид сбоку;
фиг. 2 - велосипед лигерад - вид сверху;
фиг. 3 - схема механизма подвески поворотной вилки при закреплении педальной каретки непосредственно на раме и размещении амортизатора между шарнирами четырехзвенника;
фиг. 4 - схема механизма подвески поворотной вилки при закреплении -педальной каретки непосредственно на раме и размещении амортизатора между верхним и нижним звеньями шарнирного четырехзвенника;
фиг. 5 - схема механизма подвески поворотной вилки при закреплении педальной каретки непосредственно на раме и размещении амортизатора выше рамы;
фиг. 6 - схема механизма подвески поворотной вилки при закреплении педальной каретки на верхнем звене шарнирного четырехзвенника, связанного с рамой посредством амортизатора, гзасположенного над рамой;
фиг. 7 - схема механизма подвески поворотной вилки, содержащего -рычаг, поддерживающий раму;
фиг. 8 - рычаг, поддерживающий тягу;
фиг. 9 - схема механизма подвески поворотной вилки - вид сверху.
На схемах буквами А, В, С, D, Е, F, О, G, Н обозначены центры соответствующих шарниров.
Велосипед лигерад (фиг. 1, 2 и 3) содержит раму 1, заднее приводное колесо 2, ось которого закреплена на раме, седло 3, закрепленное на раме вблизи заднего колеса. Переднее колесо 4, установлено на поворотной вилке 5, которая вращается во втулке 6. Руль 7 расположен под седлом 3 и связан тягой 8 с поворотной вилкой 5. Педальная каретка 9, закреплена на раме в передней ее части. Втулка 6 поворотной вилки 5 связана с рамой 1 посредством механизма шарнирного четырехзвенника, содержащего переднее, верхнее 10, заднее и нижнее 11 звенья. Переднее звено выполнено заодно с втулкой 6 поворотной вилки, а противолежащее ему заднее звено выполнено заодно с рамой 1. Тяга 8, связывающая руль 7 с поворотной вилкой 5, расположена над педальной кареткой 9. Велосипед лигерад содержит амортизирующее устройство 12, ограничивающее относительный поворот звеньев шарнирного четырехзвенника. В конструкции, показанной на фиг. 1, 2, 3 - это стандартный велоамортизатор, который расположен внутри шарнирного четырехзвенника. Соотношение длин звеньев шарнирного четырехзвенника, изображенного на фиг. 3, соответствует чистому параллелограмму: AD=DC, АВ=ВС. Совокупность конструктивных признаков, характеризующих предлагаемую схему лигерада, обуславливает такое положение оси тяги 8, которое близко к перпендикулярному по отношению к оси втулки 6 поворотной вилки 5.
В процессе движения велосипеда по неровной дороге, при наезде на препятствие рычаги 10 и 11 относительно центров шарниров В и С поворачиваются вверх. При этом расстояние между точками А и С уменьшается и амортизатор 12, оказывая сопротивление, сжимается. Обратный ход амортизатора замедлен встроенным в него демпфирующим устройством.
В исходном нижнем положении, соответствующем статической нагрузке, звено 10 (так же, как и звено 11) повернуто вокруг точки В относительно линии EF тяги 8, связывающей руль 7 с поворотной вилкой 5, на угол α вниз. При срабатывании подвески точки А, Е и Д подымаются вместе с передним звеном четырехзвенника (втулкой 6), которое качается, оставаясь параллельным неподвижному звену четырехзвенника (раме 1). В средней фазе хода подвески линия АВ, проходящая через шарниры звена 10, становится параллельна линии EF, принадлежащей тяге 8. При дальнейшей деформации подвески угол α поворота звена 10, относительно линии EF тяги 8, снова увеличивается, но с обратным знаком.
2
Оценим величину угла β «подруливания» (рыскания) передней вилки 5, сопровождающего срабатывание подвески. Считая неподвижной точку F закрепления тяги 8 на руле 7, можно найти величину δ смещения точки Е в направлении тяги, то есть перпендикулярно оси поворотной вилки 5. Согласно свойствам шарнирного параллелограмма траектория точки Е будет аналогична траектории точки А. Примем тягу 8 бесконечно длинной (что будет несколько завышать расчитанный угол β), тогда величина δ будет зависеть только от длины АВ звена 10 и угла α его поворота относительно линии EF тяги 8: δ=АВ (1 - cos α). Соответствующий угол β «подруливания» вилки составит β=arcsin (δ/ОЕ), где ОЕ - длина рычага на передней вилке. Для малых углов (измеряемых в радианах) приближенно получаем: δ=АВ⋅α/2; β=δ/ОЕ; . При характерном соотношении ОЕ/АВ=4, и заданном (допускаемом) угле «подруливания» вилки β=2° (т.е. 0,035 рад.) получаем α=7,5°
В исходном состоянии, соответствующем статической нагрузке, звено 10 наклонено относительно тяги 8 вниз, а при срабатывании подвески проходит через положение, параллельное тяге, и далее поворачивается относительно нее вверх. В результате, поворот рычагов подвески, при котором угол «подруливания» β, не выходит за заданную величину, составляет около 2,5 α. Таким образом, если считать допустимым угол «подруливания» вилки β=2°, то при длине АВ=200 мм звена 10 рабочий ход подвески составит 90 мм. Если же считать допустимым, что в экстренных ситуациях (при наезде на крупное препятствие) в конце рабочего хода «подруливание» происходит на - угол β, больший чем 2°, то рабочий ход подвески будет 100 мм и более.
Некоторого дополнительного снижения угла β «подруливания» поворотной вилки в различных фазах срабатывания подвески можно добиться, варьируя длины звеньев шарнирного четырехзвенника в пределах указанных выше 15%.
Педальная каретка находится сравнительно невысоко, в стороне от переднего колеса, поэтому, при срабатывании подвески ноги велосипедиста не касаются переднего колеса велосипеда. Усилия педалирования на подвеску не передаются.
Конструкция подвески, изображенная на фиг. 4, отличается от предыдущей тем, что в ней шарниры А и D звеньев 10 и 11 и расположены не позади, а впереди втулки 6 поворотной вилки 5. Это обеспечивает уменьшение общей длины велосипеда на 50-80 мм. Амортизатор 12 установлен между верхним 10 и нижним 11 звеньями шарнирного четырехзвенника. Это исключает из конструкции сложные в сборке-разборке совмещенные шарниры звеньев четырехзвенника и амортизатора.
В конструкции, показанной на фиг. 5, звено 10 выполнено в виде двуплечего рычага, дополнительное плечо которого направлено вверх и связано с упором рамы 1 посредством стандартного велоамортизатора 12.
В конструкции, показанной на фиг. 6, педальная каретка 9 закреплена на верхнем звене 10 шарнирного четырехзвенника. Звено 10 выполнено в виде двуплечего рычага с дополнительным плечом, направленым вверх, связаным с упором рамы 1 посредством стандартного велоамортизатора 12. В данной конструкции усилия педалирования передаются на переднюю подвеску, поэтому, для минимизации их влияния, педальная каретка 9 приподнята в контуре звена 10 над линией АВ на специально рассчитываемое расстояние. Достоинством такой схемы является минимальная длина велосипеда. Возможны, но менее предпочтительны варианты, в которых, при закреплении педальной каретки на верхнем 10 или нижнем 11 звене шарнирного четырехзвенника, амортизирующее устройство расположено внутри четырехзвенника, а также ниже рамы 1 или внутри нее.
Подвеска поворотной вилки, показанная на фиг. 7, 8, 9, отличается от предыдущих тем, что в ней тяга, связывающая руль 7 с поворотной вилкой 5, состоит из двух частей: передней 13 и задней 14, которые в месте их стыковки соединены посредством сферических шарниров с поддерживающим рычагом 15, установленным на раме 1. Неподвижная относительно рамы ось 16 поддерживающего рычага 15 лежит в средней плоскости рамы. Ось 16 рычага 15 параллельна линии, соединяющей точки В и С, которые принадлежат центральному сечению рамы 1. Ось поворотной вилки 5 параллельна линии, соединяющей точки А и В, которые принадлежат центральному сечению втулки 6. Точка G, является проекцией на неподвижную ось 16 центральной точки сферического шарнира - точки Н. Точка О - это проекция на ось поворотной вилки 5 (и втулки 6) центра сферического шарнира Е. В схеме подвески заложены соотношения, обеспечивающие равенство треугольников ADE и ВСН. В данном варианте конструкции противолежащие звенья шарнирного четырехзвенника имеют одинаковую длину: AB=CD, AD=BC, то есть этот четырехзвенник является параллелограммом), а передняя часть 13 тяги, связывающая поддерживающий рычаг с поворотной вилкой, имеет длину ЕН, равную длинам АВ и CD звеньев 10 и 11. Длины ОЕ и HG рычагов звеньев 5 и 15 также равны между собой. Задняя часть 14 тяги, связывающая руль 7 с поддерживающим рычагом 15, образует с этим рычагом шарнир, расположенный в непосредственной близости от шарнира, образуемого поддерживающим рычагом 15 с передней частью 13 тяги. В такой схеме передняя часть 13 тяги остается параллельна верхнему 10 и нижнему 11 звеньям шарнирного параллелограмма при любых значениях углов поворота руля 7 и передней вилки 5, и любых углах наклона элементов подвески. В результате, эффект «подруливания» (рыскания) передней вилки при срабатывании подвески отсутствует.
Предлагаемая схема подвески «без подруливания» реализуема при любых конструкциях и при любом расположении амортизирующего устройства. В подвеске, изображенной на фиг. 7, амортизирующее устройство расположено ниже рамы 1. Оно состоит из штока 17, шарнирно связанного с рычагом 11, пружины 18 и обратного отбойника 19. Такое амортизирующее устройство удобно монтировать и регулировать.