РАМА ВЕЛОСИПЕДА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области велосипедной промышленности и касается конструктивного исполнения рамы для велосипеда, преимущественно прогулочного.
Одним из ключевых конструктивных элементов велосипеда любого типа является его рама. Рама с вилкой и колеса, в основном, определяют поведение велосипеда в разных условиях. В течение многих десятилетий внешний вид велосипеда практически не менялся (во многом из-за регламентов УСИ). Рама велосипеда изготавливалась из восьми труб, еще три трубы шло на переднюю вилку. В последние 20 лет в изготовлении рам произошли существенные изменения. Сначала появились триатлонисты, и это привело к буму нетрадиционных конструкций шоссейных рам, позже стали активно развиваться горные велосипеды. Современные материалы и технологии позволили разработать новые концепции велосипеда и широко использовать амортизационные вилки и задние независимые подвески (различных типов). Рама - это самая главная часть велосипеда, на которой крепятся все остальные детали велосипеда. В конструкции рамы важно все - геометрия, материалы, параметры сечения труб, качество сварки. Велосипедная рама должна быть прочной, достаточно легкой и не очень дорогой. В настоящее время для производства велосипедных рам используются такие материалы - сталь, хромомолибденовая сталь, алюминий, титан, магний, карбон и стальные сплавы. Геометрия рамы в основном и определяет тип велосипеда, при разработке рам производители максимально учитывают предполагаемые условия эксплуатации. При изготовлении заказных рам для велогонщиков учитываются такие параметры как рост, длина рук и ног, а также особенности педалирования, и это с учетом жестких регламентов и традиционных конструкций велосипедов для шоссейных гонок. К основным элементам геометрии велосипеда классической конструкции относится расстояние от земли до верхней горизонтальной трубы (stand-over), при выборе "своего" размера рамы это ключевой параметр. При разработке рам производители учитывают особенности эксплуатации, и вам достаточно выбрать тип велосипеда и размер рамы под себя. Минимальная база у шоссейных велосипедов, за счет этого они очень маневренны и динамичны, у туристических и гибридных она самая большая (отличия обычно в 5-7 см, при одинаковой высоте), за счет этого такие велосипеды очень хорошо ведут себя на ровной дороге.
В последнее время использование современных материалов позволило отойти от традиционных вариантов геометрии, однако суть конструкции осталась прежней.
Так например, в последнее время популярной стала модель рамы велосипеда, описанная в US 7740262, B62K 1/00, B62K 3/00, B62K 3/04, опубл. 10.10.2003. Принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Рама для этого велосипеда построена по традиционной классической схеме совмещения двух треугольников: переднего и заднего. Передний треугольник образован «подседельной трубой», соединяющей седло и каретку; «нижней трубой», соединяющей каретку с «рулевой трубой» («стаканом»); и «верхней трубой», соединяющей «рулевую трубу» с «подседельной трубой». Задний треугольник образован двумя парами труб. Верхняя пара идет от «подседельной трубы» к кронштейнам крепления втулки заднего колеса. Нижняя пара идет от каретки. Чаще эти пары называют «перьями». Но в схему внесено серьезное изменение, которое заключается в том, что подседельная труба, которая в ранних схемах соединялась с кареткой, смещена в наклонном положении от узла каретки в сторону кронштейна крепления втулки заднего колеса. Это привело к тому, что седло для ездока так же смещается в сторону заднего колеса и при этом понижается по высоте. Изменяется посадка ездока, при которой его ноги становятся вытянутыми. Такая схема посадки обеспечивает удобство пользования велосипедом, так как на остановках стопа ездока как на одной ноге, так и на двух ногах может опираться на опорную поверхность при том, что ездок остается сидящим в седле. При традиционном исполнении прогулочного велосипеда на остановках ездок может поставить на опорную поверхность стопу только одной ноги, наклонив при этом сам велосипед. Другая нога должна быть на педали.
Такие изменения в схему рамы велосипеда позволяют не только повысить удобство пользования, но и повысить безопасность использования велосипеда из-за понижения общего центра тяжести системы «ездок-велосипед».
В известном решении по US 7740262 изменения в схеме рамы велосипеда проведены путем простого пространственного смещения подседельной трубы из узла каретки в направлении к кронштейну крепления втулки заднего колеса. Нижняя часть этой подседельной трубы приваривается к нижнему заднему перу, которое протянуто горизонтально от узла каретки до узла кронштейна крепления втулки заднего колеса, а верхняя часть приварена к верхнему заднему перу заднего треугольника. Таким образом, подседельная труба имеет две точки сварки, одна из которых на нижнем заднем пере в его центральной части. Именно в этом и заключается ненадежность конструкции рамы, так как при изменении места положения подседельной трубы нарушается соотношение геометрических размеров переднего и заднего треугольников. Задний треугольник становится перегруженным и повышенной нагрузкой на заднее колесо, а передний -недогруженным и при этом имеет достаточно развитые размеры. Диспропорция силовых треугольников рамы приводит к смещению общего центра тяжести из срединной зоны рамы в сторону заднего колеса. А это приводит к перераспределению нагрузок и повышению динамического воздействия на подседельную трубу в зоне ее приварки к нижнему заднему перу. А узел каретки, который ранее формировался в силовом треугольнике соединения подседельной, нижней передней и нижнего заднего пера, остается без поддержки подседельной трубы. В итоге втулка каретки является местом приварки двух разнесенных по разные стороны труб и представляет собой слабое место, подверженное повышенным деформациям вследствие нарушения структуры металла при сварке. В связи с этим и, как это видно на картинках в патенте US 7740262, для исключения возможных разрушений рама велосипеда выполняется из различных по размерам и диаметрам труб и профилей, что влияет на вес рамы и велосипеда в целом.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной прочности и долговечности за счет сохранения схемы силовых переднего и заднего треугольников традиционно схемы при выносе седла ездоку в сторону заднего колеса велосипеда.
Указанный технический результат достигается тем, что в раме велосипеда, содержащей втулку каретки, с которой соединены направленные в разные стороны нижняя передняя труба, связанная с рулевой трубой, и нижнее заднее перо, связанное с кронштейнами крепления втулки заднего колеса, подседельную трубу, расположенную наклонно в сторону кронштейнов крепления втулки заднего колеса и с которой в верхней ее части соединены направленные в разные стороны выполненная дугообразно изогнутой вверх верхняя передняя труба, связанная с рулевой трубой на участке выше присоединения нижней передней трубы, и верхнее заднее перо, связанное с указанными кронштейнами, при этом один конец подседельной трубы расположен выше участка присоединения к ней верхней передней трубы, подседельная труба выполнена изогнутой и состоящей из двух участков, первый из которых выполнен прямолинейным и его продольная ось расположена на линии, пересекающей нижнее заднее перо на участке между втулкой каретки и кронштейнами крепления втулки заднего колеса, под углом от 64° до 71°, а второй участок расположен под тупым углом к первому и его продольная ось расположена на линии, пересекающей втулку каретки, при этом другой конец подседельной трубы соединен с втулкой каретки, а нижняя передняя труба по крайней мере на части своей длины выполнена дугообразно изогнутой в направлении, противоположном дугообразной изогнутости верхней передней трубы.
Указанный технический результат так же достигается тем, что в раме велосипеда, содержащей втулку каретки, с которой соединены направленные в разные стороны нижняя передняя труба, связанная с рулевой трубой, и нижнее заднее перо, связанное с кронштейнами крепления втулки заднего колеса, подседельную трубу, расположенную наклонно в сторону кронштейнов крепления втулки заднего колеса и с которой в верхней ее части соединены направленные в разные стороны верхняя передняя труба, связанная с рулевой трубой на участке выше присоединения нижней передней трубы, и верхнее заднее перо, связанное с указанными кронштейнами, при этом один конец подседельной трубы расположен выше участка присоединения к ней верхней передней трубы, подседельная труба выполнена изогнутой и состоящей из двух участков, первый из которых выполнен прямолинейным и его продольная ось расположена на линии, пересекающей нижнее заднее перо на участке между втулкой каретки и кронштейнами крепления втулки заднего колеса, под углом от 64° до 71°, а второй участок расположен под тупым углом к первому и его продольная ось расположена на линии, пересекающей втулку каретки, при этом другой конец подседельной трубы соединен с втулкой каретки, верхняя передняя труба, присоединенная к подседельной трубе в зоне сопряжения ее участков, выполнена на участке присоединения к рулевой трубе с дугообразной выгнутостью вверх, переходящей на участке присоединения к подседельной трубе в дугообразную выгнутость, направленную вниз, а нижняя повторяет профиль верхней передней трубы.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - представлен первый пример исполнения рамы велосипеда;
фиг. 2 - представлен второй пример исполнения рамы велосипеда.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция рама велосипеда, предпочтительно прогулочного, особенностью которой является то, что седло для ездока смещено в сторону заднего колеса и при этом понижено по высоте. Это привело к изменению посадки ездока, при которой его ноги становятся вытянутыми при педалировании. Такая схема посадки обеспечивает удобство пользования велосипедом, так как на остановках стопа ездока как на одной ноге, так и на двух ногах может опираться на опорную поверхность при том, что ездок остается сидящим в седле.
При этом рама обладает высокими эксплуатационными надежностью и долговечностью при том, что может быть выполнена из трубчатых элементов одного габаритного размера, кроме зоны вилок заднего силового треугольника. Эти эксплуатационные показатели достигнуты следующими конструктивными особенностями исполнения рамы.
Рама (фиг. 1) содержит верхний силовой контур и нижний силовой контур, которые связаны между собой в центральной зоне рамы через подседельную трубу. Нижний силовой контур образован втулкой 1 каретки, с которой жестко соединены направленные в разные стороны нижняя передняя труба 2, связанная с рулевой трубой 3, и нижнее заднее перо 4, связанное с кронштейнами 5 крепления втулки заднего колеса.
Подседельная труба 6 расположена наклонно в сторону кронштейнов 5 крепления втулки заднего колеса. Верхний силовой контур образован тем, что к подседельной трубе 6 в верхней ее части, но ниже ее конца 7, используемого для установки седла, присоединены направленные в разные стороны выполненная дугообразно изогнутой (поз. 8) вверх верхняя передняя труба 9, связанная с рулевой трубой 3 на участке выше присоединения нижней передней трубы 2, и верхнее заднее перо 10, связанное с указанными кронштейнами 5. При этом нижняя передняя труба 2 по крайней мере на части своей длины выполнена дугообразно изогнутой (поз. 11) в направлении, противоположном дугообразной изогнутости 8 верхней передней трубы 9. При таком исполнении, когда верхняя и нижняя трубы выполняются не прямыми, а дугообразно изогнутыми, достигаются два положительных свойства. Первое заключается в том, что при выполнении труб дугообразно изогнутыми последние приобретают возможность упругой деформации за счет возможности изменения формы при динамическом нагружении. При прямых трубах динамические нагрузки вызывают появление пластической деформации и перегрузку заделок в местах сварки. При изогнутой форме нагрузки вызывают внутренние процессы в самой трубе, в результате чего труба упруго деформируется в зоне вогнутости, не нагружая места заделки (сварки). Второе заключается в том, что упругая деформация в верхней трубе вызывает похожий процесс в нижней дугообразно изогнутой трубе, но так как изогнутость нижней трубы противоположна по направлению, то происходит взаимогашение изгибных моментов. Таким образом, передний силовой треугольник приобретает упругую подвижность, сохраняя при этом пространственную жесткость.
Подседельная труба 6 выполнена изогнутой и состоящей из двух участков 12 и 13, первый 12 из которых выполнен прямолинейным и его продольная ось расположена на линии, пересекающей нижнее заднее перо 2 на участке между втулкой каретки и кронштейнами крепления втулки заднего колеса, под углом от 64° до 71°, а второй участок расположен под тупым углом α к первому и его продольная ось расположена на линии, пересекающей втулку каретки. Один конец подседельной трубы 6 предназначен для установки седла, а другой конец подседельной трубы 6 соединен с втулкой каретки.
При таком исполнении рама велосипеда сохраняет классическую схему переднего и заднего силовых треугольников, замкнутых на подседельной трубе, конец которой приварен к втулке каретки. Но при этом имеет место смещение зоны для седла для ездока в сторону заднего колеса. Кроме того, нижнее заднее перо не несет на себе дополнительных сварок и элементов, которые могут ослабить ее сечение. При таком исполнении возможно выполнение верхней и нижней вилок из труб меньшего диаметра, чем остальные.
Выбор диапазона углов (64° до 71° и тупой угол α) наклона частей подседельной трубы определен экспериментально на исследованиях различных возрастных групп людей. Определено, что при таком угловом диапазоне подбирается оптимальное соотношение размеров элементов рамы, позволяющее простой регулировкой выноса руля и седла обеспечить комфортное движение на велосипеде и людям с малым и средним ростом и высокому контингенту.
На фиг. 2 представлен следующий вариант исполнения рамы велосипеда. В этом варианте в переднем силовом треугольнике изменены формы передней верхней трубы 9 и нижней передней трубы 2. В отличие от примера по фиг. 1 обе трубы имеют изогнутую форму, характеризующуюся тем, что на участке присоединения к рулевой трубе 3 эти трубы имеют дугообразную выгнутость вверх, а на участке присоединения к подседельной трубе или к втулке каретки - дугообразную выгнутость вниз. При этом длина нижней трубы меньше длины верхней трубы. При таком исполнении сохраняется режим деформации формы в упругом диапазоне материала, из которого эти трубы изготовлены, но из-за различия длин прогибы труб в режиме упруго деформации различны, что приводит к тому же эффекту взаимогашения изгибных моментов, как это имеет место в раме по фиг. 1.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть изготовлена с применением стандартных технологий, которые сегодня применяются при серийном производстве велосипедов. При этом схемное решение рамы таково, что оно может быть реализовано с применением любого из современных материалов - сталь, хроммолибденовая сталь, алюминий, титан, магний, карбон и стальные сплавы.