ВЕЛОСИПЕД

Полезная модель относится к безрельсовым наземным транспортным средствам, в частности к велосипедам.
Известны велосипеды, содержащие раму с седлом и с передней рулевой втулкой, переднее колесо, закрепленное на раме посредством вилки с рулем, установленной с возможностью поворота в передней рулевой втулке и приводное заднее колесо с приводом вращения, закрепленное на раме (например, RU 2025385, В62К 3/00, 1991.10.24).
Недостаток известных велосипедов - малая опорная площадь (в форме отрезка прямой, соединяющей опорные точки двух колес), что затрудняет сохранение равновесия системы велосипедист - велосипед при сложном маневрировании.
Наиболее близким аналогом, к заявляемому техническому решению с большей опорной площадью (в форме треугольника, образующегося при повороте), является велосипед, содержащий раму с седлом, связанную с рамой переднюю рулевую втулку, связанную с рамой заднюю опорную втулку, переднее колесо, закрепленное на раме посредством вилки с рулем, установленной с возможностью поворота в передней рулевой втулке, приводное колесо с приводом вращения, связанное с рамой посредством подвижного звена, установленного с возможностью качания в плоскости смещения относительно рамы и заднее колесо, закрепленное на раме посредством непрямолинейной вилки, установленной с возможностью поворота в задней опорной втулке, (RU 2098308, В62К 3/00, 1996.09.27).
Однако конструкция указанного велосипеда не обеспечивает устойчивость (сохранение) управления движением системы велосипедист - велосипед при осуществлении поворотов, разворотов малого радиуса. Особенно во время работы на наклонной поверхности дороги, при неровностях поверхности дороги, резких поворотах, отрыве переднего колеса от поверхности дороги и в других ситуациях, т.к. в некоторый момент осуществления поворота велосипеда прерывается управление поворотом заднего колеса (путем поворота переднего
колеса через общую связь с поверхностью дороги) и происходит неуправляемое смещение заднего колеса в положение, препятствующее качению велосипеда.
По результатам испытаний, смещение заднего колеса происходит в направлении к приводному колесу путем поворота оси задней вилки в опорной втулке примерно на угол 180° от положения, занимаемого задней вилкой и задним колесом при прямолинейном движении велосипеда, что приводит к потере опоры заднего конца рамы на заднее колесо и заваливанию велосипеда в направлении назад - вбок.
Основная причина заключается в вертикальном расположении продольной оси задней опорной втулки, которое конструктивно задает определенное направление траектории движения задней вилки и заднего колеса при повороте велосипеда (параллельно ровной поверхности дороги или под незначительным углом к ней во время бокового наклона велосипеда), так как траектория движения задней вилки и заднего колеса относительно поверхности дороги вызывает соответствующую этой траектории реакцию опоры поверхности дороги и в частности направление реакции опоры. Происходит в основном следующее: при незначительных углах поворота реакция опоры поверхности дороги, приложенная к опорной точке заднего колеса, направлена от приводного колеса в заднюю сторону велосипеда и противодействует смещению заднего колеса к приводному колесу, а при переходе к повороту достаточно малого радиуса, реакция опоры меняет свое направление на обратное, становится направленной к приводному колесу и смещает заднее колесо к приводному колесу.
Неуправляемое смещение заднего колеса указанного велосипеда происходит как при поворотах малого радиуса с опорой на три колеса, так и при поворотах с опорой на два колеса - на приводное и заднее с поднятым над поверхностью дороги (действиями велосипедиста) передним колесом. В обоих случаях, реакция опоры, приложенная к опорной точке заднего колеса, направлена в сторону приводного колеса.
Кроме этого, при вертикальном расположении продольной оси задней опорной втулки, задающем направление траектории движения заднего колеса при поворотах, образуется недостаточная опорная длина, на которую проецируется центр масс системы велосипедист - велосипед, определяемая расстоянием между опорными точками переднего и заднего колеса при повороте (или приводного и заднего колеса).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение устойчивости управления движением указанного велосипеда для использования прежде всего в аттракционах и велоспорте.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого устройства, заключается в уменьшении возможности смещения заднего колеса в направлении к приводному колесу в положение, препятствующее качению велосипеда, с различной степенью уменьшения возможности смещения и в одновременном соответственном увеличении опорной длины, образующейся при повороте заднего колеса.
Указанный технический результат достигается велосипедом, содержащим раму с седлом, связанную с рамой переднюю рулевую втулку, связанную с рамой заднюю опорную втулку, переднее колесо, связанное с рамой посредством вилки с рулем, установленной с возможностью поворота в передней рулевой втулке, приводное колесо с приводом вращения, связанное с рамой посредством подвижного звена, установленного с возможностью качания в плоскости смещения относительно рамы, и заднее колесо, связанное с рамой посредством непрямолинейной вилки, установленной с возможностью поворота в задней опорной втулке за счет того, что задняя опорная втулка выполнена наклонной, со смещением продольной оси втулки в заднюю сторону рамы относительно вертикального направления (в заднюю сторону велосипеда).
А также за счет того, что смешение продольной оси втулки в заднюю сторону рамы выполнено на угол не более 25° относительно вертикального направления.
Сущность применения данного технического решения проявляется в том, что в указанной совокупности признаков ограничительной части формулы технического решения выполнение опорной втулки наклонной, со смещением продольной оси опорной втулки в заднюю сторону рамы, относительно вертикального направления, обеспечивает необходимое для повышения устойчивости управления движением велосипеда направление траектории движения задней вилки и заднего колеса при повороте.
В условиях такого взаимодействия частей велосипеда, смещение продольной оси опорной втулки в заднюю сторону рамы, относительно вертикального направления, конструктивно задает направление траектории движения заднего колеса под большим углом к поверхности дороги (при повороте оси задней вилки в опорной втулке), что уменьшает возможность смещения
заднего колеса в сторону приводного колеса (за счет изменения направленности реакции опоры в сторону от приводного колеса) и позволяет использовать различные углы такой направленности траектории, которые задают различную степень устойчивости управления велосипедом за счет различного направления реакции опоры. При этом, соответственно увеличению угла смещения продольной оси опорной втулки в заднюю сторону рамы, относительно вертикального направления, достигается увеличение опорной длины, образующейся при повороте заднего колеса (при условии равенства размеров и соотношений остальных частей указанного велосипеда и заявляемого велосипеда).
Чем больше угол смещения продольной оси опорной втулки в заднюю сторону рамы, относительно вертикального направления (в пределах работоспособности заднего колеса), тем больше угол, под которым направлена траектория заднего колеса в сторону поверхности дороги при повороте, и тем меньше возможность смещения заднего колеса в направлении к приводному колесу и больше опорная длина, образующаяся при повороте заднего колеса.
В условиях такого взаимодействия частей велосипеда, смещение продольной оси опорной втулки в заднюю сторону рамы на угол не более 25°, относительно вертикального направления, создает в указанном угловом диапазоне оптимальные условия для повышения устойчивости управления движением велосипеда при поворотах малого радиуса. Чем больше применяемый угол указанного диапазона, тем больше устойчивость управления движением велосипеда, т.к. меньше возможность смещения заднего колеса в сторону приводного колеса в положение, препятствующее качению и больше опорная длинна при повороте.
При использовании больших углов смещения продольной оси опорной втулки в заднюю сторону рамы (за пределами данного углового диапазона, но в пределах работоспособности заднего колеса), возможно постепенное ухудшение маневренных качеств велосипеда, что, однако, не исключает возможности использования больших углов.
В определении сущности данного технического решения подразумевается следующее:
"непрямолинейная вилка" - деталь, имеющая несовпадающие по ориентации в пространстве части, например, пару криволинейных стержней для соединения с колесом и связанную со стержнями прямолинейную осевую опорную часть или, например, пару прямолинейных стержней для соединения с колесом и
связанную со стержнями прямолинейную осевую опорную часть, расположенную под углом к направлению прямолинейных стержней;
"втулка" - деталь с отверстием, в которое входит сопрягаемая деталь, в данном случае опорная часть вилки, установленная с возможностью поворота;
"подвижное звено" - деталь или группа деталей, образующая систему, допускающую относительное движение соединенных с ней частей;
"связанную с рамой" - суть соединение, обеспечивающее взаимную зависимость положения соединенных с рамой частей,
"вертикальное направление" - направление при рабочем расположении колес велосипеда на горизонтальной опорной поверхности.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан схематический общий вид заявляемого велосипеда с опорной втулкой, наклоненной со смещением оси втулки в заднюю сторону рамы, на фиг.2 - схематически показано неустойчивое положение заднего колеса указанного ближайшего аналога с изначально вертикальным расположением оси опорной втулки в момент поворота осуществляемого с опорой на два колеса, на фиг.3 - схематически показано устойчивое положение заднего колеса заявляемого велосипеда с изначально наклоненной опорной втулкой, со смещением оси опорной втулки в заднюю сторону рамы относительно вертикального направления в момент осуществления поворота с опорой на два колеса.
Велосипед содержит раму 1 с седлом 2, связанную (подвижно или неподвижно) с рамой 1 переднюю рулевую втулку 3 и связанную (подвижно или неподвижно) с рамой 1 заднюю опорную втулку 4. На раме 1 в передней рулевой втулке 3 посредством вилки 5 с рулем 6 закреплено переднее колесо 7, при этом вилка 5 установлена с возможностью поворота в передней рулевой втулке 3. В задней опорной втулке 4 посредством непрямолинейной вилки 8 закреплено заднее колесо 9, при этом непрямолинейная вилка 8 установлена с возможностью поворота в задней опорной втулке 4, которая в свою очередь выполнена наклонной и установлена со смещением продольной оси втулки 4 в заднюю сторону рамы относительно вертикального направления. Между передним и задним колесами расположено приводное колесо 10 с приводом 11 вращения (например, педальным, рычажным, цепным и т.п.). Приводное колесо 10 связано с рамой 1 посредством подвижного звена, например рычага 12 (или многозвенник, на черт. не показан), установленного на шарнире 13 с возможностью качания вместе с приводным колесом 10 в плоскости смещения относительно рамы 1.
Для уменьшения возможности смещения заднего колеса 9 в положение препятствующее качению, с различной степенью уменьшения возможности смещения и увеличения опорной длины, задняя опорная втулка 4 наклонена со смещением продольной оси втулки в заднюю сторону рамы относительно вертикального направления, в наиболее оптимальном диапазоне на угол "у" не более 25° относительно вертикального направления.
На фиг.2 показан указанный ближайший аналог с изначально вертикальным расположением оси опорной втулки 4 и положение его заднего колеса 9 (плоскость колеса перпендикулярна раме в целях упрощения чертежа) при осуществлении поворота малого радиуса на двух колесах - приводном 10 и заднем 9, с поднятым над поверхностью дороги передним колесом 7.
При осуществлении поворота на двух колесах, передняя часть рамы 1 с передним колесом 7 поднята (действиями велосипедиста) над поверхностью дороги, в результате чего опорная втулка 4 с изначально вертикальной осью, становится наклоненной, со смещением оси опорной втулки на некоторый угол в переднюю сторону рамы 1 относительно вертикального направления. При нагружении седла 2 велосипеда силой тяжести по стрелке А, противодействующая ей сила реакции опоры (дороги) по стрелке В направлена в сторону приводного колеса 10 и при отсутствии наличия других сил приведет к смещению заднего колеса 9 в направлении к приводному колесу 10 в положение, препятствующее качению велосипеда.
На фиг.3 показан заявляемый велосипед с изначально наклоненной опорной втулкой 4, со смещением оси опорной втулки в заднюю сторону рамы 1 относительно вертикального направления в той же позиции, что и указанный ближайший аналог на фиг.2.
При осуществлении поворота на двух колесах, передняя часть рамы 1 с передним колесом 7 поднята (действиями велосипедиста) над поверхностью дороги, но ось опорной втулки 4, изначально смещенной в заднюю сторону рамы 1, относительно вертикального направления, либо остается смещенной в заднюю сторону рамы 1, относительно вертикального направления, либо приобретает вертикальное положение, либо приобретает не столь значительное смещение в переднюю сторону рамы 1.
В первом из приведенных вариантов, при нагружении седла 2 заявляемого велосипеда силой тяжести по стрелке А, противодействующая ей сила реакции опоры направлена от приводного колеса 10 по стрелке В, препятствуя заднему
колесу 9 повернуться в сторону приводного колеса 1. Таким образом, сочетание силы тяжести велосипеда и велосипедиста с противодействующей силой реакции опоры является препятствием, ограничивающим возможность смещения заднего колеса 9 в сторону приводного колеса 10. Для того, чтобы произошло значительное смещение заднего колеса 9 в направлении к приводному колесу 10 в положение, препятствующее качению, оно должно преодолеть сопротивление опоры, значительно подняв заднюю часть рамы 1 и седло 2 с велосипедистом. Однако, даже при максимально возможном подъеме задней части рамы 1, заднее колесо 9 остается на участке удаленном от приводного колеса 10, причем в неустойчивом положении неравновесия сил стремящихся вернуть систему к равновесию.
Такой же принцип взаимодействия заднего колеса и реакции опоры проявляется и при повороте, развороте малого радиуса с опорой на три колеса указанного и заявляемого велосипеда.
При поворотах заявляемого велосипеда происходит так же и увеличение опорной длины, т.к. при прочих равных условиях траектория движения опорной точки заднего колеса 9 заявляемого велосипеда проецируется на (ровную горизонтальную) поверхность дороги отрезком кривой меньшей длины (считая от положения опорной точки при прямолинейном движении велосипеда), чем проекция траектории движения опорной точки указанного ближайшего аналога. Поэтому, чем больше угол смещения продольной оси задней опорной втулки в заднюю сторону рамы, тем на более удаленном участке с меньшей площадью работает опорная точка заднего колеса 9 заявляемого велосипеда.
Работа велосипеда происходит следующим образом.
При движении велосипедист располагается в седле 2, управляя рулем 6 переднего колеса 7 и приводя в движение приводом 11 приводное колесо 10.
Работа велосипеда при повороте на двух колесах с опорой на приводное 10 и заднее колесо 9 с поднятым над фунтом передним колесом 7 происходит, например, следующим образом. Велосипедист из исходного положения движущегося или неподвижного велосипеда смещает (поворачивает) заднее колесо 9 на какой-либо угол путем смещения своего центра масс, затем смещает приводное колесо 10 с помощью педалей 11 в направлении от себя, а руль 6 смещает в направлении на себя, отчего передняя часть рамы 1 с передним колесом 7 поднимаются над фунтом и далее вращая педалями 11 приводного
колеса 10 совершает поворот или разворот, удерживая равновесие. Затем опускает переднее колесо 7 на грунт, возвращаясь в исходное положение.
Предложенное техническое решение может быть реализовано на машиностроительном предприятии средней технической оснащенности, что подтверждает соответствие полезной модели критерию патентования «промышленная применимость».