ВЕДУЩАЯ ЗВЕЗДОЧКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С МУСКУЛЬНЫМ ПРИВОДОМ
DRIVE SPROCKET OF VEHICLE WITH MUSCLE DRIVE

Использование изобретения: в машиностроении, в частности в велосипедах, веломобилях и других подобных устройствах.
Изобретение относится к звездочкам переменного диаметра и/или эксцентрично установленным звездочкам. Цель изобретения - повышение эффективности привода посредством изменения передаточного отношения привода в зависимости от усилия, развиваемого ногой человека при определенном угле сгиба в коленном суставе.
Известна эллипсная (овальная) звездочка «Находка» Киевского ЭВРЗ. Известны четырехсторонние звездочки (см. US 5882025 A, DE 624983 С), в том числе почти прямоугольная (см. GB 191318888 А). Также известна заостренная звездочка, образованная пересечением двух дуг (FR 2704921 А). Известна звездочка (см. DE 19832983 А1), применяемая в тренажерах для инвалидов, у которых одна нога слабее другой. Эта звездочка разделена на два полуокружных сектора, которые могут быть разведены на различные расстояния от центра. Известна некруглая звездочка со смещенным центром вращения (см. US 4865577 А), известны звездочки (см. US 5549314 А и DE 8522573 U1), имеющие вершину большего радиуса, загнутую против направления вращения. Данные звездочки имеют симметрию 2-го порядка (симметричность относительно поворота на угол 360°/2 вокруг наибольшей оси), и, следовательно, им присуще увеличенное время совершения положительной работы.
Изобретение направлено на повышение эффективности привода посредством обеспечения изменения передаточного отношения привода в зависимости от усилия, развиваемого ногой человека при определенном угле сгиба в коленном суставе.
Это достигается посредством того, что форма ведущей велосипедной звездочки позволяет изменять передаточное отношение привода в зависимости от усилия, развиваемого ногой человека при определенном угле сгиба в коленном суставе.
Сила нажатия на педаль прикладывается велосипедистом к плечу, которое изменяется с течением времени по гармоническому закону:
F=Asin(2π(ωt+ϕ)), где A - амплитуда; ω - частота; ϕ - фаза.
2,1215
Ввиду физико-биологических особенностей человека сила, развиваемая ногой в зависимости от угла сгиба в колене, определяется по следующему закону: y=0,0488x, где x - угол в коленном суставе; y - сила давления на опору.
Максимальную силу нога человека развивает при углах сгиба в коленном суставе в диапазоне от 150 до 180°.
Форма круглой ведущей звездочки изменена таким образом, чтобы оптимально использовать усилие, прикладываемое велосипедистом к педали, но звездочка при этом везде сохраняет выпуклую форму.
Плечо, через которое в данный момент времени велосипедистом создается крутящий момент, определяется: L=r sin α, где r - радиус исходной круглой звездочки; α - угол (в радианах) между направлением на зуб, на который в данный момент времени заходит цепь, и шатуном педали, на которую нажимает велосипедист.
Данный угол вычисляется по формуле , где n - номер зуба, на который заходит цепь в данный момент времени; N - общее число зубьев ведущей звездочки (чаще всего N=48). Зуб, соответствующий положению шатуна педали вертикально вверх, считается первым (для него n=1). В модифицированной звездочке расстояние от оси вращения до зуба, на который в данный момент заходит цепь, определяется следующим образом:
2,12
R=r+44,07n-⎪r sin α⎪.
Очевидно, что для малых овальностей, когда удлинение цепи не превышает 2…3 мм, его не требуется компенсировать. Большие удлинения (свыше 3 мм) необходимо компенсировать, что может быть осуществлено на велосипедах с кассетой ведомых звездочек, компенсатором натяжения цепи будет являться натяжной ролик механизма переключения скоростей; на велосипедах с ножным тормозом (дорожных и др.)  компенсатором натяжения цепи может служить круглая или овальная паразитная звездочка с количеством зубьев, равным ровно половине количества зубьев ведущей звездочки, установленная с соответствующим эксцентриситетом вблизи звездочки заднего колеса.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен велосипед, содержащий заявленную звездочку.
На фиг. 2 изображена взаимосвязь между силой давления на опору и углом в коленном суставе. Ряд 1 - это экспериментально определенное значение силы, развиваемой ногой человека в зависимости от угла сгиба в коленном суставе, Н; Степенная - математическая модель данной зависимости.
На фиг. 3 изображен оптимизированный профиль звездочки на 48 зубьев. Направление вращения - по часовой стрелке, педали должны быть расположены в направлении 13-го и 37-го зубьев.