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, жестко закрепленное на раме (например, RU 2025385, В62К 3/00. 1991.10.24).
Недостатком конструкции известных велосипедов при их использовании является то, что заднее колесо имеет только одну степень свободы движения относительно рамы (вращение колеса), что не позволяет конструкции велосипеда при осуществлении поворота создавать значительную амплитуду пространственных перемещений заднего конца рамы и седла в вертикальной и горизонтальной плоскости, в следствии чего корпусу велосипедиста (посредством седла) не сообщается значительное волнообразное перемещение в пространстве во время поездки (далее - волнообразная траектория седла). В частности это относится к случаю движения с поворотами на ровной горизонтальной поверхности.
Кроме того, к недостаткам известного велосипеда могут быть отнесены:
- недостаточная маневренность;
- возникновение ударной нагрузки на конструкцию велосипеда при преодолении препятствий и движению по неровной поверхности дороги;
- недостаточное число точек контакта с поверхностью дороги (две опорные точки колес).
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению 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, выполненной наклонной со смещением продольной оси втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления патент РФ на полезную модель №72933, В62К 3/00, 2008.01.21.
В конструкции указанного велосипеда заднее колесо имеет две степени свободы относительно рамы (вращение колеса относительно рамы и поворот заднего колеса относительно рамы вместе с задней непрямолинейной вилкой, в задней опорной втулке), что позволяет конструкции указанного велосипеда при осуществлении поворота создавать характерную волнообразную траекторию седла (вторая степень свободы заднего колеса далее - поворот заднего колеса).
Кроме того, указанный велосипед имеет
- значительную маневренность;
- снижение ударной нагрузки на конструкцию велосипеда (мягкость хода);
- снижение удельной нагрузки на опорную поверхность (дорога, грунт);
- три точки контакта с поверхностью дороги (опорные точки колес), которые могут располагаться не на одной линии.
Однако конструкция указанного велосипеда (при имеющемся конструктивно свободном повороте заднего колеса относительно рамы) не обеспечивает необходимую степень точности и устойчивости управления поворотом заднего колеса (особенно при развлекательном и спортивном использовании), что проявляется в возможности поворота заднего колеса относительно рамы на величину угла большую, чем это необходимо для достижения конкретных целей использования велосипеда, что может приводить к недостижению цели.
Причина заключается в недостаточной эффективности имеющихся связей, посредством которых может осуществляться управление величиной угла поворота заднего колеса.
Управление может осуществляться действиями велосипедиста, например, посредством поворота переднего колеса через связь с поверхностью дороги или посредством толчкового смещения седла корпусом велосипедиста, а так же управляющее влияние на величину угла поворота заднего колеса может осуществляться конструктивно, например, посредством использования различных величин угла смещения продольной оси задней опорной втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления и т.д.
Недостаточная эффективность перечисленных управляющих связей (особенно при значительных величинах угла смещения продольной оси задней
опорной втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления может приводить:
- к неточному, неустойчивому получению велосипедистом предпочтительных отрезков, фрагментов волнообразной траектории седла;
- к повороту (смещению) заднего колеса в положение, препятствующее качению;
- к неточному, неустойчивому управлению велосипедом при сложном повороте, развороте, особенно вращении системы велосипедист-велосипед (в том числе с опорой только на приводное и заднее колеса с поднятым над поверхностью дороги передним);
- к неточному, неустойчивому управлению предпочтительной (большей или меньшей) степенью маневренности велосипеда.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение точности и устойчивости управления величиной угла поворота заднего колеса указанного велосипеда, путем снабжения конструкции велосипеда элементами(ом), конструктивно обеспечивающими создание дополнительной управляющей связи, позволяющей осуществлять более точное и устойчивое управление.
Технический результат, получаемый при использовании заявляемого устройства, заключается в предотвращении поворота заднего колеса относительно рамы на величину угла большую, чем предельно допускаемая величина угла поворота, заданная конструктивным выполнением (расположением) элементов устройства велосипеда.
Указанный технический результат достигается велосипедом, содержащим 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, выполненной наклонной со смещением продольной оси втулки в переднюю сторону рамы за счет того, что он снабжен ограничителем поворота заднего колеса.
А также за счет того, что ограничитель поворота заднего колеса выполнен с диапазоном смещения при повороте на угол не менее 30° и не более 160° (при смещении продольной оси задней опорной втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления на угол не более 13°).
А также за счет того, что ограничитель поворота заднего колеса выполнен в виде двух упорных элементов на задней опорной втулке и выступа на вилке, размещенного в створе между упорными элементами с возможностью симметричного смещения (или не симметричного, в пределах работоспособности ограничителя и велосипеда).
Сущность заявляемой полезной модели проявляется в том, что в указанной совокупности признаков ограничительной части формулы технического решения применение ограничителя поворота заднего колеса конструктивно обеспечивает создание дополнительной управляющей связи, посредством которой конструктивно предотвращается поворот заднего колеса на величину угла большую чем заданная. За счет такого предотвращения происходит повышение точности и устойчивости управления, так как наиболее сложная часть работы велосипедиста по управлению величиной угла поворота заднего колеса осуществляется элементами конструкции велосипеда автоматически.
В условиях такого взаимодействия частей велосипеда функцией ограничителя является управление относительно свободным поворотом заднего колеса (его свободной связью с рамой) посредством конструктивно создаваемой несвободной связи, которая может воздействовать на свободную связь временно или постоянно, быть жесткой или гибкой, упругой (например пружина необходимой жесткости) или иметь их различные сочетания.
Заявляемый вариант конструкции ограничителя (при определенной величине угла поворота заднего колеса) создает жесткую временно действующую несвободную управляющую связь между рамой (задней опорной втулкой) и задней вилкой в момент контакта упорного элемента на задней опорной втулке и выступа на задней вилке. В период контакта конструктивно осуществляется управление поворотом заднего колеса, заключающееся в предотвращении возможности дальнейшего поворота заднего колеса (в том же направлении) относительно рамы. Конструктивным выполнением ограничителя контакт осуществляется в заданной точке, соответствующей предельно допускаемой величине угла поворота заднего колеса которая определена, запланирована для конкретного случая использования велосипеда.
Таким образом, применение ограничителя величины угла поворота заднего колеса позволяет предотвращать поворот заднего колеса относительно рамы на величину угла большую, чем предельно допустимая величина угла поворота, заданная конструктивным выполнением (расположением) элементов устройства ограничителя.
Если при любом использовании велосипеда по его назначению (особенно как развлекательного или спортивного) ограничителем создается управляющая несвободная связь (например, посредством контакта его элементов), ограничитель признается работающим, а технический результат - осуществляющимся.
Применение ограничителя поворота заднего колеса позволяет:
- повысить точность и устойчивость получения велосипедистом предпочтительных отрезков, фрагментов волнообразной траектории седла;
- предотвратить поворот (смещение) заднего колеса в положение, препятствующее качению;
- повысить точность и устойчивость управления при сложном повороте, развороте, вращении системы велосипедист-велосипед;
- конструктивно устанавливать, задавать предпочтительную (большую или меньшую) степень маневренности велосипеда.
В условиях такого взаимодействия частей велосипеда диапазон ограничения смещения заднего колеса относительно рамы при повороте на угол не менее 30° и не более 160° (не менее 15° не более 80° в одну сторону) соответствует наиболее предпочтительным для использования на практике углам ограничения поворота заднего колеса относительно рамы (при условии смещения продольной оси задней опорной втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления на угол не более 13°), что не исключает возможности использования углов за пределами указанного диапазона ограничения поворота заднего колеса.
Чем меньше используемый угол заявляемого диапазона ограничения (при смещении продольной оси задней опорной втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления на угол не более 13°), тем меньше получаемая предельная величина угла поворота заднего колеса относительно рамы, тем меньше получаемый отрезок, фрагмент волнообразной траектории сидения, тем велосипед менее маневрен и наоборот, а также в данных условиях
конструктивно обеспечивается предотвращение поворота (смещения) заднего колеса в положение, препятствующее качению и повышение точности и устойчивости управления в том числе при сложном повороте, развороте, вращении.
Следует отметить, что в случае, если величина угла смещения продольной оси задней опорной втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления больше чем 13°, например 14° и более (в пределах относительной работоспособности заднего колеса) пропорционально возрастает (при повороте заднего колеса) величина смещения опорной точки заднего колеса в сторону приводного колеса, поэтому в данном случае следует применять соответствующие предпочтительные меньшие величины углов указанного диапазона ограничения (использование больших величин угла диапазона ограничения возможно исключительно при развлекательном, аттракционном использовании, т.к. в этом случае возможна потеря равновесия системы велосипедист-велосипед).
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 продольным осевым отверстием, в которое входит сопрягаемая деталь, в данном случае осевая опорная часть вилки;
"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.
"рабочее расположение колес" - расположение колес при прямолинейном движении на горизонтальной опорной поверхности.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан схематический общий вид велосипеда с наклонной задней
опорной втулкой со смещением продольной оси втулки в переднюю сторону рамы относительно вертикального направления. На фиг.2 и 3 показан ограничитель, характеризующийся жесткой временно действующей управляющей несвободной связью, на фиг.2 - вид А фиг.1 на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.2.
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 переднюю сторону рамы 1 относительно вертикального направления. Между передним и задним колесами расположено приводное колесо 10 с приведем 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 предотвращения поворота задней вилки 8 с задним колесом 9 относительно рамы 1 на величину угла большую, чем величина угла, предельно допускаемая в соответствии с целью использования велосипеда, велосипед снабжен ограничителем поворота заднего колеса 9, который в этом случае может быть выполнен с предпочтительным диапазоном ограничения смещения при повороте на угол "v" не менее 30° и не более 160°, обеспечиваемым, например, двумя упорными элементами 14 и 15 на задней опорной втулке 4 и выступом 16 на непрямолинейной вилке 8, размещенным в створе между упорными элементами 14 и 15 с возможностью симметричного смещения (или относительно не симметричного, в пределах работоспособности ограничителя и велосипеда).
Работа велосипеда происходит следующим образом. При движении велосипедист располагается в седле 2, управляя рулем 6 передним колесом 7 и приводя в движение приводом 11 приводное колесо 10 (заднее колесо 9 при движении поворачивается посредством поворота переднего колеса в основном автоматически через связь с поверхностью дороги или посредством смещения седла корпусом велосипедиста).
При движении велосипеда прямо и при допускаемых углах поворота задней
вилки 8 с задним колесом 9 относительно рамы 1, выступ 16 на непрямолинейной вилке 8, не касается упорных элементов 14 и 15 и колеблется в створе между ними. При возможности поворота задней вилки 8 с задним колесом 9 на величину угла большую, чем величина предельно допускаемая и заданная конструктивным выполнением (расположением) упорных элементов 14 и 15, выступ 16 упирается в один из упорных элементов 14 или 15, препятствуя задней вилке 8 и заднему колесу 9 повернуться на больший угол.
Применение ограничителя поворота заднего колеса обеспечивает:
- повышение точности и устойчивости получения велосипедистом предпочтительных отрезков, фрагментов волнообразной траектории седла (чем меньше применяемая величина угла диапазона ограничения поворота заднего колеса, тем меньше получаемый отрезок фрагмент и наоборот);
- предотвращение смешения заднего колеса в положение, препятствующее качению (выбором необходимой величины угла диапазона ограничения поворота заднего колеса в соответствии с особенностями конструкции велосипеда, например величиной угла смещения продольной оси задней опорной втулки, а так же в соответствии с целями использования);
- повышение точности и устойчивости управления велосипедом, особенно при сложном повороте, развороте, вращении системы велосипедист-велосипед (выбором необходимой величины угла диапазона ограничения в соответствии с конструкцией велосипеда и планируемым предельным радиусом поворота, разворота, вращения).
Так, например, действиями велосипедиста, выступ 16 перемещается до упора в один из упорных элементов 14 или 15, происходит односторонняя фиксация задней вилки 8 с задним колесом 9 относительно рамы в неподвижном положении и далее совершается поворот, разворот, вращение, в том числе с опорой только на приводное и заднее колеса.
- возможность конструктивно задавать большую или меньшую степень маневренности велосипеда. Чем меньше применяемая величина угла указанного диапазона ограничения, тем меньше маневренность и наоборот.
- Кроме того, механизм ограничения поворота заднего колеса может быть использован для сохранения равновесия велосипеда (или системы велосипедист-велосипед) при его неподвижном стоянии на трех колесах. Выступ 16 перемещается до упора в один из упорных элементов 14 или 15, происходит односторонняя фиксация задней вилки 8 с задним колесом 9 относительно рамы в неподвижном положении, в следствии чего опорная точка заднего колеса образует с опорными точками двух других колес треугольник, что обеспечивает относительное равновесие велосипеда, когда проекция центра масс находится внутри опорной площади треугольника.
Предложенное техническое решение может быть реализовано на машиностроительном предприятии средней технической оснащенности, что подтверждает соответствие полезной модели критерию патентования «промышленная применимость».