ВЕЛОСИПЕД С ЭКСЦЕНТРИКОВЫМ ПРИВОДОМ
BICYCLE WITH ECCENTRIC DRIVE

Изобретение относится к транспортным устройствам, приводимым в движение мускульной силой, например, велосипедом.
Известны приводы велосипедов, имеющие повышенный КПД (а.с. СССР №151577, кл. В62М 1/04, 1960; №1703542 кл. В62М 1/04). Недостатком этих приводов велосипеда является сложность их конструкции.
Известен также привод велосипеда (патент РФ №1418176, кл. В62М 1/04), выбранный в качестве прототипа, включающий четырехзвенный механизм, звездочку и шатун, к которому шарнирно прикреплено коромысло, несущее на одном конце педаль, а другое шарнирно соединено с рычагом, который также шарнирно соединен с рамой.
Недостатком этого привода является то, что четырехзвенный механизм не позволяет коромыслу вращаться независимо от шатуна в области ВМТ, что снижает КПД привода из-за неэффективного расположения ноги относительно шатуна и длительного прохождения области ВМТ.
Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение КПД привода.
Поставленная цель достигается тем, что велосипед включает раму, колеса и привод, содержащий шатун с ведущей звездочкой и рычаг, одним концом шарнирно прикрепленный к раме велосипеда, а другим шарнирно к коромыслу, отличающийся тем, что рычаг одним концом шарнирно соединен со свободным концом шатуна, а на другом конце установлена педаль, аналогично установлен еще один рычаг к другому шатуну.
Шарнирное соединение рычагов с шатунами подпружинены между собой и имеют регулируемые элементы, ограничивающие угол поворота рычагов относительно шатунов и элементы зацепления, ограничивающие крайнее положение рычагов относительно шатунов. Длины их равны 0,25…0,95 длины штатного шатуна, а регулируемый угол поворота составляет 45-90 градусов и обеспечивается с помощью винта, установленного, например, на головке шарнира шатуна, взаимодействующего с выступом на головке шарнира рычага. Ограничительные элементы зацепления шарнира, например, шатуна выполнены в виде паза, взаимодействующего с выступами на шарнире рычага. Шарнирное соединение рычагов с шатунами подпружинены пружинами растяжения, которые одним концом закреплены на шатуне вблизи оси, а другим на рычаге, снабженном рядом отверстий, с которыми взаимодействует другой конец пружины.
Принципиальная схема велосипеда с эксцентриковым приводом показана на Фиг.1-3, причем на Фиг.1 представлен общий вид привода; на Фиг.2 - циклограмма работы узла шатун-рычаг; на Фиг.3 - вариант регулирования угла поворота рычага, установка пружины, расположение угла поворота и смещение оси шарнира относительно оси О, (ВМТ).
Привод велосипеда содержит ведущую звездочку 1, шатуны 2 и педали 3 установлены на осях 4 свободных концов рычагов 5, которые подвижно установлены на осях 6 свободных концов шатунов 2. Оси 6 расположены вне осевой, проходящей через ВМТ и ось О звездочки с эксцентриситетом Е. Пружины 7 одним концом крепятся на шатуны 2, а другим на рычаге 5. Угол 45…90 градусов определяет свободный поворот рычага 5 относительно шатуна 2. Шарнирное соединение рычага 5 и шатуна 2 имеет соответственно выступ 8 и паз 9. Выступ 8 имеет плоскость К, а паз 9 имеет плоскость М. Кроме того, шарнирное соединение имеет винт 10 и гайку 11, причем рычаг 5 имеет выступ 12 с плоскостью N. Длина рычага 5 и шатуна 2 составляет 0,25…0,95 длины штатного шатуна, при этом ось педали в исходном положении рычага не выходит за габариты L2 ее оси в штатном шатуне.
Длина переменного шатуна для дорожных велосипедов определяется расстоянием до переднего колеса и может быть равной 270 мм. Работает эксцентриковый привод велосипеда следующим образом. Велосипедист прикладывает усилие Рв в точке А к системе шатун-рычаг. Точка А лежит на траектории малой головки штатного шатуна. За счет эксцентричного расположения оси 6 шарнирного соединения, вращение рычага с педалью вокруг нового центра обеспечивает удаление педали от ее штатной траектории и тем самым происходит увеличение длины L штатного шатуна. Во время движения рычага с педалью относительно оси 6 шатуны 2 и звездочка 1 стоят на месте, пружина 7 растягивается, а поворот в шарнире осуществляется за счет паза 9 в шатуне 2.
Когда рычаг 5 придет в точку Б, плоскость К на выступе его коснется плоскости М на пазе шатуна, свободный поворот рычага закончится. При этом поворот рычага составит угол 45…90 градусов, а сам шатун удлинится до L1 за счет рычага и станет длиннее штатного в 1,56 раза. Путем регулирования длины винта 10, гайки 11 поверхность N выступа 12 будет упираться в винт 10 раньше, чем соприкоснутся плоскости К и М, тем самым изменится угол поворота. Поскольку во время поворота рычага 5 шатун 2 и звездочка 1 стоят, то поворот совершается быстро и практически с небольшим усилием, затрачиваемым на растяжение пружины 7.
Велосипедист от точки Б до точки С работает на удлиненном шатуне с наибольшей эффективностью. В области нижней мертвой точки (НМТ), когда усилие на педаль незначительное, пружина, преодолевая воздействие ноги велосипедиста, возвращает рычаг в исходное положение, т.е. из точки С в точку D. В тоже время другой рычаг в области ВМТ вступает в работу аналогично предыдущему. Тем самым цикл работы эксцентрикового привода завершается.
Эффективность работы велосипедиста заключается в увеличении крутящего момента путем увеличения длины штатного шатуна за счет эксцентрично расположенного рычага. Если нет необходимости в увеличении крутящего момента, то для поддержания его необходимой величины велосипедист снижает усилие. Максимально он может снизить усилие до величины, определяемой по формуле
1
2
2
Рв=Рш(1+(L-L)/L), где
Рв - усилие велосипедиста;
Рш - усилие на удлиненном шатуне;
1
L - длина нового шатуна;
2
L - длина штатного шатуна.
Длина штатного шатуна равна 170 мм.
Максимальная длина нового шатуна 270 мм, тогда усилие на удлиненном шатуне можно снизить на величину:
Рв=Рш(1+(270-170)/170)=Рш×1,56, т.е. Рв/Рш=1,56 раза
Предлагаемое изобретение позволяет в 1,56 раза снизить усилие велосипедиста.
Конструктивно целесообразно усилие велосипедиста снизить в 1,3 раза.
Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в том, что ось соединения шатуна с рычагом расположена эксцентрично за счет укороченной длины штатного шатуна, который ограничивает поворот рычага углом 45…90 градусов. Это дает возможность, с одной стороны, быстро и без усилий проходить область ВМТ, не создавая крутящего момента на звездочке, и с другой стороны, дает возможность резко увеличить длину шатуна в 1,56 раза, что значительно увеличивает крутящий момент на звездочке практически при одной и той же затрате энергии велосипедистом. Предлагаемое устройство конструктивно проще, так как содержит только шатуны, рычаги с педалями и пружины, тогда как известное устройство содержит шатун, коромысло с педалями, опору, громоздкий рычаг и дополнительные шарниры, что увеличивает потери на трение.
Новое техническое решение позволяет не только упростить конструкцию, повысить КПД, но и сохранить играющий не малую роль для пользователя вид велосипеда.