Контроллер натяжения цепи для двухколесных велосипедов с ручным приводом
CHAIN TENSION CONTROLLER FOR TWO-WHEELED BICYCLES WITH MANUAL DRIVE

Контроллер натяжения цепи для двухколесных велосипедов с ручным приводом Изобретение относится к области транспортных средств с мускульным приводом, а именно к контролеру натяжения цепи для двухколесных велосипедов с ручным приводом. Существует несколько способов натяжения цепи.
1. Классический способ (единое натяжение), когда цепь натягивается с помощью специальных направляющих (петухи), в которые крепится ось заднего колеса. Эти направляющие имеют наклонно-горизонтальное положение для оттяжки колеса назад и соответственно натяжения цепи вдоль оси привода
2. Современный способ (оттяжение), когда цепь натягивается наружу от оси привода с помощью дополнительного устройства - переключателя скоростей (дерэйлера), в многозвездочной системе, либо натяжителя цепи в однозвездочной системе. Длинные петухи в таких велосипедах отсутствуют и ось заднего колеса встает в короткие пазы без регулировки. Принцип работы натяжителей следующий - цепь увеличенной длины проходит через одну или две звездочки натяжителя, который обычно крепится к оси заднего колеса. С помощью пружины либо фиксировано, натяжитель отводится назад, натягивая нижний участок цепи с обратным ходом.
3. Способ для велосипеда с ручным приводом (притягивание). Для установки колеса используются выносы на передней вилке (дропауты). Ось колеса встает в короткие пазы. Натяжение осуществляется с помощью контроллера, притягивающего участок цепи с обратным ходом к оси вращения привода.
Известен натяжитель цепи (RU 2480367, опубл. 27.04.2013), содержащий цепь и звездочки с устройством их крепления к опоре. Натяжитель выполнен в виде магнита любого типа и формы. При вертикальном расположении звездочек и цепи магнит размещен между ветвями цепи в требуемом положении благодаря использованию подвижной штанги и бобышки. Штанга фиксируется винтом по вертикали, а бобышка фиксируется в опоре по горизонтали. При горизонтальном расположении звездочек и цепи один магнит расположен над обеими ветвями цепи у ведущей звездочки, а другой магнит закреплен над обеими ветвями цепи у ведомой звездочки. Магниты пространственно размещены между звездочками.
Недостатком данного технического решения является используемый способ натяжения - за счет магнита. Сила притяжения цепи в приводе, достаточная для ее натяжения, контроля и удержания от соскальзывания, должна быть значительной, что потребует применения габаритных магнитов. Это приведет к возрастанию общей массы велосипеда и отрицательно скажется на его функциональных возможностях.
Известен натяжитель (RU 2053154, опубл. 27.01.1996), используемый в велосипеде. Данный велосипед содержит колесную раму, несущую педальный привод и цепную передачу с роликами натяжителя цепи, оси вращения его педалей и роликов пространственно ориентированы и проекция этих осей на плоскость их вращения образует вершины треугольника, внутри которого размещена аналогичная проекция оси вращения ведущего колеса велосипеда.
Недостатком данного натяжителя является слишком сложная конструкция, затрудняющая его применение в вертикальном приводе с креплением ведущего колеса к удлиненным дропаутам. Также к недостатком вышеприведенного аналога можно отнести излишний функционал, акцентированный на переключение скоростей и ножное педалирование.
Известен стандартный велосипедный переключатель скоростей или дерэйлер (derailleur) (Успокоители, натяжители, ограничители цепи // Сайт velo1000 URL: http://velo1000.ru/index.php/component/virtuemart/uspokoiteli-natyazhiteli-ogranichiteli-ts дата обращения - 03.08.2020), который используют в хендбай как для инвалидов, однако там он выполняет двойную задачу - переключение скоростей и одновременно контроль вибрации. Использование данного переключателя скоростей в качестве гасителя вибрации в хендбайке предполагает схожую конструкцию с велосипедом, в частности горизонтальный наклон цепи и жесткую конструкцию переднего привода. Трехколесная схема и горизонтальное положение тела при езде также позволяют использовать данный натяжитель.
В качестве прототипа контроллера цепи выбран переключатель скоростей или дерэйлер (derailleur), используемый в велосипедах с многозвездочной задней втулкой (Успокоители, натяжители, ограничители цепи // Сайт velo1000 URL: http://velo1000.ru/index.php/component/virtuemart/uspokoiteli-natyazhiteli-ogranichiteli-tsepi, дата обращения - 03.08.2020), а так же натяжителя и успокоителя цепи, используемых в обычных велосипедах с однозвездочной задней втулкой. В зависимости от типа велосипеда, такие устройства имеют различную конструкцию и устанавливаются в разных местах рамы:
- универсальный переключатель скоростей для разных типов велосипедов на ось задней втулки;
- успокоители цепи (одно- и двух- роликовые) на шоссейные байки на ось задней втулки;
- натяжитель цепи (однороликовый) на трюковые байки на ось задней втулки.
Все вышеприведенные устройства рассчитаны на взаимодействие с цепью, расположенной между большой и малой звездой по горизонтальной оси. Вся система привода - педальная каретка, большая звезда, заднее нижнее перо, заднее колесо со звездой являются жестко фиксированной рамной конструкцией. Расстояние между осями большой и малой звезды делается минимальным. Принцип натягивания - оттягивание цепи вдоль либо от горизонтальной оси. Использование таких конструкций приведет периодическому провисанию цепи во время движения, кроме того, в таких конструкциях не обеспечивает гашение вибрации, возникающей в процессе руления.
В двухколесном велосипеде с ручным приводом применение таких решений невозможно в силу принципиально иной конструкции привода, а именно - расположение большой и малой звезды находится вдоль наклонной вертикальной оси и соответственно вертикального натяжения цепи между ними. Вся система привода - педальная каретка, большая звезда, вынос, вилка, переднее колесо со звездой являются сборной конструкцией, выполняющей одновременно руление и создающей крутящий момент. Расстояние между звездами в приводе значительно большее (почти в 2 раза) чем в обычном велосипеде.
Технической проблемой является необходимость разработки контроллера натяжения цепи для двухколесных велосипедов с ручным приводом.
Технический результат состоит в повышении эффективности натяжения цепи в двухколесных велосипедах с ручным приводом и надежности в процессе эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в контроллере натяжения цепи для велосипедов с ручным приводом, включающим стойку и ролик, согласно изобретению к стойке прикреплена направляющая и входящий в нее стержень, с одной стороны соединенный с роликом, а с другой стороны выступающий за пределы направляющей и оснащенный пружиной.
Вышеприведенная конструкция обеспечивает: постоянное и одновременно оптимальное натяжение цепи, гашение вибраций в цепи, а также универсальность в применении для разных типов велосипедов с ручным приводом с однозвездочной втулкой на ведущем колесе. В отличие от известных конструкций, подразумевающих «натяжение» цепи вдоль оси привода, или «оттяжение» от оси привода, заявляемое устройство обеспечивает «притяжение» цепи к оси привода, что дополнительно улучшает контакт большой и малой звезды с цепью. Указанные особенности в совокупности обеспечивают повышение эффективности и надежности натяжения цепи в двухколесных велосипедах с ручным приводом.
Заявляемое устройство включает стойку 1 натяжителя, которая может быть разной конфигурации и оснащаться элементами крепления к дропауту 2, к передней вилке 3 или непосредственно на ось ведущего колеса в зависимости от конструкции велосипеда. В качестве способа крепления предпочтительно использовать винтовое соединение (не показаны на чертеже) через крепежные отверстия 4. К стойке 1 присоединена направляющая 5 в виде полой трубки. В направляющую 5 вставлен ходовой стержень 6 аналогичной формы сечения, к которому с одного конца крепится ролик 7, а другой конец выступает за пределы направляющей и проходит через пружину 8 (в контроллере используется тип пружины на растяжение). Стержень 6 и направляющая 5 соразмерны для возможности обеспечения запаса хода стержня при растяжении пружины 8. Для упора пружины с края стержня имеется ограничительная шайба 9, удерживаемая винтом 10. Для упора пружины 8 со стороны направляющей 5 имеется вторая ограничительная шайба 9 (предпочтительно закрепленная на направляющей 5). Для соединения ролика с ходовым стержнем имеется соединительная планка 11, с возможностью регулировки расположения ролика в горизонтальной плоскости для точного взаимодействия с цепью, для этого в планке имеется прорезь 12 под винт 13, который фиксирует ее на торце ходового стержня. Ролик 7 крепится к планке 11 с помощью стандартного крепления, применяемого в дерэйлерах 13. Также на чертеже показана цепь 14 и втулочная звезда 15. В предпочтительном варианте реализации изобретения ролик 7 выполнен в виде звезды, используемой в дерэйлерах.
Заявляемый контроллер натяжения цепи работает следующим образом.
Контроллер крепится к дропауту 2 со стороны втулочной звезды с помощью крепежных винтов и соответствующих отверстий 4 на стойке 1. Иная конструкция стойки позволяет крепить контроллер непосредственно к трубе передней вилки 3 или на ось ведущего колеса. Пользователь вставляет втулочную ось ведущего переднего колеса в прорези дропаутов на передней вилке привода до упора. Следующим шагом он совмещает звенья провисающей цепи с зубьями втулочной звезды. Далее пользователь выдвигает ходовой стержень 6 в противоположную от вилки 3 привода сторону, тем самым сжимая пружину 8, захватывает цепь с обратным ходом 14 роликом 7 и после этого прекращает оказывать давление. Пружина на растяжение 8 толкает ходовой стержень 6 в обратную сторону и притягивает цепь 14 к приводу до оптимального уровня ее натяжения. В ходе эксплуатации велосипеда пружина 8 также компенсирует кратковременное провисание цепи 14, возникающее вследствие прогиба привода под воздействием разных динамических и ударных нагрузок. В дополнение к сказанному, конструкция натяжителя и принцип его размещения на приводе устраняют продольную и поперечную вибрацию цепи во время движения, следствием которой является частое соскальзывание цепи с втулочной звезды.
Заявляемое изобретение поясняется примером.
Для оценки эффективности натяжения цепи был собран образец 1, соответствующий заявляемому устройству, и образец 2, в основу которого были положены конструктивные особенности устройства-прототипа.
Оба устройства были установлены на одинаковых двухколесных велосипедах с ручным приводом. При этом процесс натяжения цепи при установке устройства для образца 1 занял значительно меньше времени. В процессе 30-ти минут эксплуатации велосипеда с образцом 1 цепь не слетела, при этом на велосипеде с образцом 2 цепь слетала несколько раз и, в целом, пользователем был отмечен дискомфорт при движении.
Таким образом, заявляемый контроллер натяжения цепи для двухколесных велосипедов с ручным приводом обеспечивает повышение эффективности натяжения цепи в двухколесных велосипедах с ручным приводом.