Возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда
RECIPROCATING FOOT DRIVE FOR BICYCLE

Изобретение относится к области приводов для велосипедов, реализуемых посредством приложения мускульной силы человека на ножные педали.
При любом виде физических нагрузок, совершаемых человеком для привода в движение различных механизмов, важное значение имеет максимально эффективное использование совершаемых при этом мускульных усилий. Многолетняя практика езды на велосипеде основана на использовании приводов, заключающихся в преобразовании мускульной силы вращательного движения ног велосипедиста, прикладываемой на педали, во вращательное движение ведущей звезды, соединенной цепной передачей с ведомой звездой заднего (задних) колеса (колес).
С точки зрения эффективности использования мускульных усилий человека, такие приводы имеют два основных недостатка:
для преодоления цепной передачей расстояния, равного диаметру ведущей звезды, требуется преодолеть расстояние по дуге, равной 0,5 длины окружности ведущей звезды, то есть примерно в 1,57 больше ее диаметра; следовательно, эффективность использования мускульных усилий, прикладываемых велосипедистом, снижается не менее, чем на эту величину;
необходимость приложения дополнительных усилий и мастерства для преодоления так называемых «мертвых зон», когда шатуны, в особенности, перед началом движения велосипеда, находятся примерно на одной оси с вектором приложения мускульных усилий ног велосипедиста.
При рассмотрении технической литературы выявлен ряд технических решений, относящихся к указанной проблематике.
Известен велосипед, содержащий раму с установленными на ней передним управляемым колесом, задним приводным колесом, сиденьем со спинкой и двумя ветвями тросовой передачи по обеим сторонам велосипеда, состоящими из направляющих труб, закрепленных на раме, с установленными в них каретками, на которые крепятся педали, возвратно-поступательные движения которых тросами передаются на шкивы-храповики, установленные на ступицы заднего колеса, механизм возврата педалей в исходные положения, состоящий из троса, крепящегося к кареткам и перекинутого через блок, ось которого закреплена на раме (патент на полезную модель RU 117132, кл. В62М 1/04, опубл. 20.06.2012 г., бюл. №17).
Известен привод для велосипедов и веломобилей, содержащий ведущий вал с кривошипами и педалями, ведомый вал с обгонной муфтой в ведущем колесе, гибкую передачу, двуплечий рычаг, прикрепленный к правому кривошипу или установленный на ведущем валу, тросы, перекинутые через криволинейные поверхности, выполненные на концах двуплечего рычага, средние части тросов намотаны и закреплены на двух шкивах, установленных на ведущем колесе с возможностью взаимодействия с ним через обгонные муфты, а в средней части двуплечего рычага имеется рычаг с эластичной тягой, например, пружиной, второй конец которой зацеплен за раму (патент на изобретение RU 2294859, кл. В62М 1/04, В62М 1/10, G05G 5/05, опубл. 10.03.2007 г., бюл. №7).
Основными недостатками указанных технических решений являются:
дугообразная траектория приложения мускульных усилий на педали, что снижает эффективность использования этих усилий;
использование тросовых гибких связей, которые при недостаточном их натяжении или их влажной поверхности могут приводить к эффекту проскальзывания, что также снижает эффективность приложения мускульных усилий.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является мускульный привод Староверова (варианты), содержащий педали или рукоятки, крутильную пружину, которая с одного конца соединена с нагрузкой, например, с движителем, а с другого конца соединена с обгонной муфтой, закрепленной в станине, и с еще одной или несколькими обгонными муфтами, соединенными с педалями или рукоятками, причем все обгонные муфты допускают вращение второго конца пружины только в одну сторону, в качестве обгонной муфты используется храповая муфта или шариковая, или роликовая, или клиновая обгонные муфты, в качестве пружины кручения используется плоскоспиральная пружина или объемно-спиральная пружина, или торсион, или барабан с намотанным на него эластичным шнуром, в любом месте потока передачи мощности имеется редуктор или мультипликатор с постоянным или с переменным передаточным соотношением, дополнительно имеется муфта свободного хода перед движителем, имеет преобразователь движения, расположенный после педалей или рукояток, например, рычажная параллелограммная или трапециевидная система, или кулисная передача, или цепная передача с продольно движущейся кареткой, или зубчатая передача с зубчатой рейкой, или барабан с тросом, привод имеет по меньшей мере одну возвратную пружину педалей или рукояток, педали или рукоятки соединены с компрессором, который соединен с емкостью, соединенной с пневмодвигателем, а выход газа из пневмодвигателя направлен на вход компрессора через промежуточную эластичную емкость, имеющую обратный клапан, направленный внутрь емкости (патент на изобретение RU 2560226, кл. В62М 1/10, В62М 19/00, В62М 6/40, опубл. 20.08.2015 г., бюл. №23).
Основным недостатком указанного привода является дугообразная траектория приложения мускульных усилий на педали, что снижает эффективность использования этих усилий.
Из этого следует, что наиболее эффективным, с точки зрения использования мускульных усилий человека, является привод, реализующий возвратно-поступательный принцип движения педалей велосипеда.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем разработки конструкции ножного привода для велосипеда, основанной на возвратно-поступательном движении педалей и обеспечивающей повышение эффективности использования мускульных усилий, воздействующих на педали велосипеда, и удобства езды на нем.
Технический результат изобретения заключается в придании велосипеду, оснащенному усовершенствованным ножным приводом, более высоких потребительских свойств.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда содержит корпус, неподвижно установленный не менее чем на двух креплениях на подседельной трубе рамы велосипеда, передний и задний ползуны, установленные во внутренней полости корпуса в одной плоскости параллельно друг другу с возможностью размещения между ними велосипедной цепи, каждый из которых подвижно установлен между двумя неподвижно закрепленными на соответственно задней и передней торцевых гранях корпуса направляющими планками и снабжен двумя подпружиненными захватами, подвижно установленными на осях между боковинами и входящими в зацепление со звеньями велосипедной цепи при движении ползуна вниз, а также двумя упорами, установленными над подпружиненными захватами, левый и правый Г-образные рычаги с педалями, каждый из которых помещен в выполненную соответственно в левой и правой боковых гранях корпуса прорезь, и жестко присоединен к центрам боковин соответствующего ползуна, верхний и нижний направляющие блоки для велосипедной цепи, установленные на опорах, жестко закрепленных соответственно на верхней и нижней гранях корпуса, трос, неподвижно закрепленный своими концами на концах левого и правого Г-образных рычагов и перекинутый через шкив, установленный на верхней грани корпуса с противоположной стороны от места установки верхнего направляющего блока, два пыльника, подвижно закрепленных между направляющими колодками над прорезями соответственно в левой и правой боковых гранях корпуса.
Изобретение поясняется фиг. 1-5.
На фиг. 1 схематично изображен велосипед с возвратно-поступательным ножным приводом, вид сбоку.
На фиг. 2 схематично изображен возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда в начальной фазе перемещения его педалей, вид в разрезе сбоку.
На фиг. 3 схематично изображен возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда в промежуточной фазе перемещения его педалей, вид в разрезе сбоку.
На фиг. 4 схематично изображен возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда, вид в разрезе со стороны его торцевой части.
На фиг. 5 схематично изображен возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда, вид в разрезе сверху.
На фиг. 1-5 применены следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - передний ползун;
3 - задний ползун;
4 - подпружиненный захват;
5 - велосипедная цепь;
6 - левый Г-образный рычаг;
7 - правый Г-образный рычаг;
8 - педаль;
9 - ось;
10 - упор;
11 - трос;
12 - шкив;
13 - верхний направляющий блок;
14 - нижний направляющий блок;
15 - опора;
16 - натяжной блок;
17 - заднее колесо;
18 - ведомая звезда;
19 - боковина;
20 - направляющая планка;
21 - подседельная труба рамы велосипеда;
22 - уголок;
23 - крепление;
24 - прорезь;
25 - пыльник;
26 - направляющая колодка.
Возвратно-поступательный ножной привод для велосипеда работает следующим образом.
Между боковинами 19 переднего 2 и заднего 3 ползунов, в верхней и нижней их частях, закрепляют на осях 9 по два подпружиненных захвата 4 и устанавливают над ними упоры 10 таким образом, чтобы при вхождении подпружиненных захватов 4 в зацепление со звеньями велосипедной цепи 5 во время движения переднего 2 или заднего 3 ползунов вниз продольные оси этих подпружиненных захватов 4 находились перпендикулярно продольным осям боковин 19 соответственно переднего 2 или заднего 3 ползунов. Ширину той части каждого подпружиненного захвата 4, которую устанавливают между боковинами 19, принимают равной примерно 1,1 внешней ширины велосипедной цепи 5, а ширину той части подпружиненного захвата 4, которая входит в зацепление со звеньями велосипедной цепи 5 - равной примерно 0,9 внутренней ширины велосипедной цепи 5. Для крепления к боковинам 19 соответственно левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов в середине боковин 19 выполняют монтажные отверстия (не показаны). Передний 2 и задний 3 ползуны помещают между двумя направляющими планками 20 с возможностью их свободного перемещения между этими планками. Направляющие планки 20 неподвижно закрепляют на соответственно задней и передней торцевых гранях корпуса 1. Для обеспечения свободного возвратно-поступательного перемещения левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов в направляющих планках 20 предварительно выполняют продольные прорези (не показаны). К уголкам 22, неподвижно установленным по продольным краям задней и передней торцевых граней корпуса 1, неподвижно присоединяют правую боковую грань корпуса 1 с предварительно выполненной в ней прорезью 24. Для удобства и повышения эффективности приложения мускульных усилий ног на педали 8 возвратно-поступательного ножного привода велосипеда конфигурацию левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов выполняют таким образом, чтобы установленные на них педали 8 находились в одной плоскости с продольной осью корпуса 1. Конец левого Г-образного рычага 6 пропускают через продольные прорези (не показаны) направляющих планок 20 заднего ползуна 3, через монтажные отверстия (не показаны) в боковинах 19 заднего ползуна 3 и неподвижно присоединяют левый Г-образный рычаг 6 к боковинам 19 заднего ползуна 3. Конец правого Г-образного рычага 7 пропускают через прорезь 24 правой боковой грани корпуса 1, через продольные прорези (не показаны) направляющих планок 20 переднего ползуна 2, через монтажные отверстия (не показаны) в боковинах 19 переднего ползуна 2 и неподвижно присоединяют правый Г-образный рычаг 7 к боковинам 19 переднего ползуна 2. При этом части левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов, присоединяемые к боковинам 19 соответственно заднего 3 и переднего 2 ползунов, выполняют длиной, при которой их концы находятся в одной плоскости относительно друг друга, параллельно левой боковой грани корпуса 1. В верхней торцевой части корпуса 1 закрепляют верхнюю торцевую грань (не показана) с выполненными в ней прорезями (не показаны) для велосипедной цепи 5 и троса 11. В нижней торцевой части корпуса 1 закрепляют нижнюю торцевую грань (не показана) с выполненной в ней прорезью (не показана) для велосипедной цепи 5. На верхней торцевой грани жестко закрепляют опору 15 с подвижно установленным на ней верхним направляющим блоком 13, а на нижней торцевой грани жестко закрепляют опору 15 с подвижно установленным на ней нижним направляющим блоком 14. На верхней торцевой грани с противоположной стороны от места установки верхнего направляющего блока 13 жестко закрепляют шкив 12, задний ползун 3 переводят в крайнее верхнее положение, а передний ползун 2 - в крайнее нижнее положение, трос 11 перекидывают через шкив 12 и присоединяют его концы к концам левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов, помещенным во внутреннюю полость корпуса 1. Заднюю торцевую грань корпуса 1 неподвижно устанавливают не менее чем на двух креплениях 23 на подседельной трубе рамы велосипеда 21, велосипедную цепь 5 устанавливают на ведомую звезду 18 заднего колеса 17 пропускают через верхний направляющий блок 13, между задним 3 и передним 2 ползунами, вводя подпружиненные захваты 4 заднего ползуна 3 в зацепление с ее звеньями, далее - через нижний направляющий блок 14 и натяжной блок 16, закрепленный на подседельной трубе рамы велосипеда 21. Левую боковую грань корпуса 1 через ее прорезь 24 пропускают по свободной концевой части левого Г-образного рычага 6 и закрепляют на уголках 22, неподвижно установленных по продольным краям задней и передней торцевых граней корпуса 1. Для предотвращения попадания пыли во внутреннюю полость корпуса 1 прорези 24 правой и левой его боковых граней закрывают пыльниками 25 с возможность их перемещения по направляющим колодкам 26, которые неподвижно закрепляют на правой и левой боковых гранях корпуса 1. К свободным внешним концам левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов присоединяют педали 8.
При нажатии ногой, например, на педаль 8 левого Г-образного рычага 6 перемещают его вниз по прорези 24 и по продольным прорезям (не показаны) в направляющих планках 20. При этом посредством левого Г-образного рычага 6 воздействуют на боковины 19 заднего ползуна 3 и через его подпружиненные захваты 4, опирающиеся на упоры 10 и находящиеся в зацеплении с соответствующими звеньями велосипедной цепи 5, приводят в движение велосипедную цепь 5, которая, перемещаясь по установленным на опорах 15 верхнему 13 и нижнему 14 направляющим блокам и натяжному блоку 16, приводит во вращение ведомую звезду 18 заднего колеса 17 велосипеда. По мере опускания заднего ползуна 3 передний ползун 2 поднимают вверх посредством воздействующего на его правый Г-образный рычаг 7 троса 11, перекинутого через шкив 12. При этом подпружиненные захваты 4 переднего ползуна 2 поворачиваются на своих осях 9 и выходят из зацепления со звеньями велосипедной цепи 5. После переноса мускульных усилий на педаль 8 правого Г-образного рычага 7 подпружиненные захваты 4 переднего ползуна 2 входят в зацепление с соответствующими звеньями велосипедной цепи 5 и перемещают велосипедную цепь 5 в той же последовательности, как при приложении мускульных усилий на педаль 8 левого Г-образного рычага 6. При этом по мере опускания по направляющим планкам 20 переднего ползуна 2 посредством троса 11 поднимают по направляющим планкам 20 задний ползун 3. В процессе движения переднего 2 и заднего 3 ползунов пыльники 25 под воздействием левого 6 и правого 7 Г-образных рычагов перемещают по направляющим колодкам 26, не допуская попадания пыли во внутреннюю полость корпуса 1. Устойчивость положения возвратно-поступательного ножного привода для велосипеда обеспечивают посредством неподвижного соединения креплений 23 корпуса 1 с подседельной трубой рамы велосипеда 21. При необходимости установки новой или восстановленной велосипедной цепи 5 отсоединяют одну из боковых граней корпуса 1 от уголков 22, неподвижно установленных по продольным краям задней и передней торцевых граней корпуса 1, устанавливают велосипедную цепь 5 на ведомую звезду 18 заднего колеса 17 заводят велосипедную цепь 5 во внутреннюю полость корпуса 1, устанавливают ее между передним 2 и задним 3 ползунами, на верхний 13 и нижний 14 направляющие блоки и натяжной блок 16, отсоединенную боковую грань корпуса 1 закрепляют на уголках 22.
Конструктивные особенности предложенного ножного привода для велосипеда по сравнению с известными техническими решениями позволяют:
снизить удельные затраты энергии велосипедиста за счет сокращения расстояния движения его ног в каждом цикле приложения мускульных усилий на педали для их передачи на ведомую звезду заднего (задних) колеса (колес) велосипеда;
полностью исключить появление эффекта так называемых «мертвых зон», затрудняющих передачу энергии на ведомую звезду заднего (задних) колеса (колес) велосипеда, характерного для технических решений, основанных на вращательном движении ног велосипедиста;
обеспечить повышение устойчивости велосипеда во время его движения за счет установки педалей возвратно-поступательного ножного привода в одной плоскости с продольной осью его корпуса;
применять любую амплитуду движения ног в зависимости от их длины или условий конкретной местности, что способствует повышению комфортности езды на велосипеде.
Таким образом, в результате реализации предложенной конструкции ножного привода для велосипеда, основанном на возвратно-поступательном движении его педалей, обеспечивается повышение эффективности использования мускульных усилий человека, повышение удобства и безопасности езды на велосипеде, а также придание ему более высоких потребительских свойств.