Использование изобретения в велосипедах. Сущность изобретения в том, что устройство изменяющее длину рычагов педалей велосипеда позволяет одновременно изменять длину рычагов обеих педалей как для увеличения, так и для уменьшения крутящего момента. Устройство изменяющее длину рычагов с целью изменения крутящего момента, имеющая направляющую втулку и подвижный рычаг, при этом имеется подвижные упоры, вал имеющий защитную муфту с выступами и шестерней входящей в зацепление с пазами на подвижном рычаге. 6 ил.
Изобретение относится к транспортным средствам, приводимым в действие мускульной силой человека. На спортивном велосипеде для изменения крутящего момента применяется несколько пар звездочек и устройство для переброски цепи на эти звездочки. Патент Франции N 610396, 1930 г. Рычаг велосипеда, имеющий подвижный элемент, подвижный штифт и пружину, направляющую втулку, имеющую отверстия для установки этого штифта, при изменении места расположения штифта изменяется длина рычага, вследствие этого происходит изменение крутящего момента. Известно устройство, изменяющее длину рычагов для изменения крутящего момента, содержащее направляющую втулку, подвижный рычаг с пазами, подвижные упоры, вал с шестерней для зацепления с пазами подвижного рычага, установленный в направляющей втулку и его фиксаторе /FR, N 535191, 1922/. Подвижность рычага в прототипе ограничена, а так же существует сложность установки необходимой длины. Устройство предназначено для одновременного изменения длины обеих рычагов педалей велосипеда и обеспечивает более удобное управление ими в отличие от прототипа. В зависимости от выдвинутой пары упоров возможно как увеличивать, так и уменьшать крутящий момент, т.е. удлинять или укорачивать рычаги. На фиг. 1 изображена правая педаль велосипеда (левая имеет аналогичное устройство); на фиг. 2 вал с защитной муфтой и шестерней; на фиг. 3 вид А изображенной на фиг.1; на фиг. 4 система рычагов для выдвижения упоров; на фиг. 5 вид Б фиг.4; на фиг. 6 вид сверху фиг. 4. На фиг. 1 изображена правая педаль велосипеда со звездочкой, подвижными упорами 2 и 3, вал 4 с защитной муфтой 5 с выступами и шестерней 6, фиксатор 7, направляющая втулка 8, подвижный рычаг 9 с пазами 10. Левая педаль имеет аналогичное устройство. Упоры 2,3,11,12 расположены в направляющих стойках 13,14; рычаг 15 установлен на оси 16, имеется также трос 17 с пружиной 18. Рычаг 19 связан с упорами 3 и 12. Вал с защитной муфтой 5 и шестерней 6 имеет подвижную пластину 20 с пазами, болт 21, шайбу 22, неподвижную пластину с выступами 23 и пружинящую шайбу 24. При выдвижении упора 2 он войдет в зацепление с выступом защитной муфты 5. При вращении педалей вал 4 повернется до следующего выступа и зафиксируется фиксатором 7. При каждом обороте педали вал 4 будет вращаться до следующего выступа муфты 5. Шестерня 6 через пазы 10 будет передвигать рычаг 9. При выдвижении упора 3 вал 4 будет вращаться в противоположном направлении, рычаг 9 соответственно будет двигаться в обратную сторону. Муфта 5 предназначена для защиты вала 4, шестерни 6 и пазов 10 в крайних положениях рычага 9. При натяжении троса 17 рычаг 15 выдвинет упоры 2 и 11. Пружина 18 возвращает упоры в исходное положение. Рычаг 19 выдвигает упоры 3 и 12.
Формула изобретения
Устройство, изменяющее длину рычагов для изменения крутящего момента, содержащее направляющую втулку, подвижный рычаг с пазами, подвижные упоры, вал с шестерней для зацепления с пазами подвижного рычага, установленный в направляющей втулке, и его фиксатор, отличающееся тем, что на валу установлена защитная муфта с выступами для зацепления с подвижными упорами и механизм управления подвижными упорами для изменения длины рычагов.
Похожие патенты:
Изобретение относится к педальному кривошипно-шатунному механизму велосипеда. Педальный кривошипно-шатунный механизм велосипеда состоит из педалей, на собственной оси соединенных со свободными концами оппозитно расположенных на валу каретки шатунами, имеющими раздвижные в осевом направлении детали. Неподвижно соединенные с валом каретки детали шатунов имеют на противоположных своим педалям поверхностях по выступу, а педальные оси в свободных концах раздвижных деталей имеют возможность вращаться вместе с неподвижно к ним присоединенными педалями и заканчиваются на противоположных своим педалям сторонах шатунов одноплечими рычагами, расположенными параллельно опорной поверхности педалей по направлению к их пяточной области. Свободные концы одноплечих рычагов имеют по выступу, которые, посредством штанг, подвижно соединены с выступами деталей шатунов, неподвижно соединенных с валом каретки. Достигается улучшение управляемости велосипеда. 1 табл., 4 ил.
Устройство, изменяющее длину рычагов для изменения крутящего момента, крутящий момент велосипеда, как изменить крутящий момент
С успехом опробовал свое «детище» на базе серийного образца классического велосипеда (фото 1-2). Принципиальное изменение заключается в том, что велосипедист не крутит педали, а поочередно нажимает на них сверху. На рис. 1 видно,что У-образные рычаги (педали)с закрепленным на них отрезком велосипедной цепи, совершая возвратно-поступательные движения, приводят во вращение соприкасающуюся с цепью звездочку. Последняя, в свою очередь, сочленена с механизмом, преобразующим возвратно-вращательное движение во вращательное. Узел, заставляющий колесо двигаться, смонтирован во втулке заднего колеса (на рисунке не показано). При движении рычага А (дальнего) сверху вниз совершается рабочий ход. При этом рычаг В (ближний) движется вверх.
Рис. 1. Общий вид велосипеда
А, Б-рычаги усилий (педали), 1 - У-образные рычаги, 2 - цепь, 3 - звездочка, 4 - каретка заднего колеса
Достигнув верхней точки, он начинает двигаться вниз, совершая рабочий ход и завершая цикл и т. д.
За счет удлинения рычагов и применения узла без храповых механизмов у предлагаемой конструкции в 2-3 раза возрастает усилие на ведущее колесо по сравнению с велосипедами классической схемы (рис. 2). Правда, при этом несколько уменьшается длина хода колеса, что заставляет велосипедиста интенсивнее работать ногами (но ведь нажимать на педали значительно легче, чем крутить).
Рис 2. Сравнительный график
А - распределение момента сил велосипеда классической схемы за один рабочий цикл;
Б-распределение момента сил предлагаемого велосипеда за один рабочий цикл;
М - момент силы, равный произведению прилагаемой силы на длину рычага;
Н - величина длины пробега колеса за один рабочий цикл.
Еще одно новшество - благодаря конструкции бесхрапового механизма заднее колесо стопорится при движении назад. Это может оказаться полезным при езде в гору. Другими словами, если велосипедист не в состоянии двигаться вверх, застопорившееся колесо не позволит транспортному средству скатиться вниз.
Рассмотрим, как возникает движение велосипеда во время инерционного хода. Пока продолжается свободное вращение задней втулки, вы можете выбрать удобное для вас положение педалей, с тем, чтобы начать снова работать ими, когда ход по инерции закончится. Наиболее эффективным является в этом случае самое верхнее положение педали, так как, прилагая силу именно к этой точке, вы можете совершить максимально полезную работу.
Разумеется, это положение обусловлено тем, что сам велосипедист находится над педальной втулкой. Если бы приходилось вращать педали, предположим, лежа на спине, а большая шестерня располагалась бы вверху, наиболее удобной точкой рабочей педали было бы крайняя нижняя.
В момент, когда нога находится в самой крайней верхней точке при строго вертикальном расположении педалей, давить на них бесполезно. Таким способом шестеренку все равно не стронуть с места. Такое состояние вала есть во всех современных машинах, оно и получило название «мертвая точка» - момент, когда вращающая сила приложена к центру вала.
Опытный велосипедист знает, что в этот момент педаль нужно дослать немного вперед, а потом уже вниз. А от велогонщиков вы сможете услышать, что вся хитрость быстрой езды на велосипеде заключается в том, что на педали нужно не «давить», а именно «вращать» их.
Почему же в велосипедах, не имеющих храповика, такого понятия, как «мертвая точка», не наблюдается?
Заднее колесо у них играет роль маховика, а цепная передача не дает педалям остановиться в какой бы то ни было точке. Как только рычаги педалей окажутся в вертикальном положении, инерция маховика заднего колеса заставит их провернуться дальше.
И все же от «мертвой точки» можно избавиться. А заодно и увеличить ход передней шестерни.
В 1963 году во Франции был изобретен велосипед с педалями-шатунами. Конструкцию его вы можете рассмотреть на фото вверху. Как видите, на педальных рычагах подвешены дополнительные колена. С такими педалями велосипедист может совершать гораздо большую работу и при этом значительно меньше уставать.
Усовершенствовать свой велосипед подобным образом вы можете, изменив конструкцию рамы и рычагов педалей.
Экспериментировать лучше с имеющим раму классической конфигурации старым велосипедом, у которого задняя вилка позволяет регулировать положение задней втулки.
Прежде всего, необходимо изменить конфигурацию рамы (см. рис.). Для этого отпилите нижнюю переднюю стойку и запилите срезы. После этого вырежьте втулку педалей вместе с задней вилкой. Освободившуюся трубку от передней стойки приварите к втулке педалей по осевой с задней вилкой. Затем натяните бечевку на раме от места среза передней стойки до места среза на задней вилке и отметьте место пересечения бечевки с центральной стойкой седла. От точки отметки отмерьте еще 3 см (в сторону седла) и в этом месте укоротите центральную стойку. Приложите педальную втулку к месту среза центральной стойки, определите необходимую длину передней стойки и обрежьте лишнее. Затем приварите педальную втулку вместе с задней вилкой к раме велосипеда.
По длине выпиленного отрезка изготовьте из стальной полосы толщиной 4...5 мм и шириной 20 мм два дополнительных колена для рычагов педалей (см. рис.). Высверлите в них по два отверстия. После этого отвинтите педали и привинтите дополнительные колена. А уже к ним, в свою очередь, привинтите педали.
Опробовав новую педальную конструкцию, вы обнаружите, что «мертвая точка» как будто исчезла. Происходит это за счет дополнительного угла между педалью и рычагом. Вместе с тем появился новый запас хода, в результате чего велосипедист быстрее разгоняется с места и меньше устает, поднимаясь в гору.
«Левша» № 8 2005 г.
Шатун в велосипеде является неотъемлемой частью механизма, с мощью которого преобразовывается возвратно-поступательное движение во вращение заднего колеса. Отдельно шатун работать не может, он должен быть сроднен со звездочками, и рамой велосипеда. Чаще всего одна ведущая звезда или кассета звездочек неразделимо соединена с правым рычагом. Так делается у недорогих двухколесников. Может быть и по-другому. На дорогих велосипедах передние звездочки можно открутить от системы шатунов для замены, когда их зубья становятся слишком изношенными.
У большинства велосипедистов нет возможности на своем транспорте заменить только источенные до предела звездочки, приходится снимать все сразу. Затем нужно покупать шатуны на велосипед вместе с передними звездами. Хотя сами шатуны теряют работоспособность редко, только в случае аварии изгибаются, переламываются, разнашиваются посадочные места на них.
Покупая рычаги педалей, следует знать, что существует несколько непохожих типов кареток, у которых различные способы крепежа к концам вала. В этом нет ничего сложного - просто нужно взять с собой образец. Также, при необходимости, в продаже несложно найти кареточный узел в сборе с шатунами.
Материал шатунов
Рычаги педалей могут изготавливать из разных материалов:
- сталь,
- алюминий,
- титан,
- карбон.
На какие только ухищрения не идут производители шатунов, чтобы снизить вес: изготавливают их сложной замысловатой формы, делают канавку снаружи, оставляют пустоту внутри. Более легкие шатуны, кроме того что снижают общий вес велосипеда, так ещё легче раскручиваются. Чем меньшую массу нужно раскрутить, тем быстрее можно ускориться.
Хотя шатуны и являются одними из самых нагруженных деталей велосипеда, их можно сделать пустотелыми. Как в случае с рамой велосипеда, точно так же полый рычаг педали сохраняет свою прочность и жесткость при намного меньшем весе. Наличие пустоты внутри детали значительно на показатели прочности не влияет.
Стальные шатуны могут быть цельными и трубчатыми. Для отечественных велосипедов и шоссейных их делают цельными. Очень часто на горные велосипеды и спорт байки BMX ставят облегченные полые рычаги педалей.
Все прочные, у которых низка вероятность поломки, алюминиевые детали изготавливают горячей или холодной ковкой. Велосипедные шатуны прессуют по металлической вставке, а затем её удаляют, после чего получается готовая деталь с фигурной канавкой. Полые рычаги из алюминия делают только методом холодной ковки Hollowtech, впервые внедрённым фирмой Shimano. Такие изделия применяются вместе с полым валом каретки, закреплённые на его 8-ми шлицевых торцах увеличенного диаметра.
Для редких спортивных велосипедов изготавливают шатуны из титана или карбона. Карбоновые изделия могут быть как однородными, так и с алюминиевой или титановой основой внутри. Ясное дело, что чем сложнее технология изготовления, тем дороже готовое изделие.
Полые шатуны велосипеда
Размеры шатунов
В зависимости от ростовки рам, шатуны выпускают разной длины. Высоким велосипедистам удобнее крутить длинные рычаги педалей, людям меньшего роста они требуются более короткими. Слишком длинные рычаги на низкорослой раме могут привести к неудобству при езде по бездорожью, даже в городе ими можно ударить по рельсу на переезде или бордюру.
Короткие рычаги трудно раскрутить, но зато потом ими легче поддерживать высокую скорость. Это можно объяснить таким показателем, как каденция - количество оборотов педалей за единицу времени. Каденция возрастает, если приходится крутить педали с короткими рычагами, а в случае с длинными всё происходит с точностью наоборот.
Длина шатунов может варьироваться в пределах от 150 до 185 мм. Для взрослого велосипеда нужно выбирать рычаги в пределах от 165 до 185 мм. На детском и подростковом байке удобны будут шатуны длиной от 150 до 177,5 мм.
Окончательно точку при выборе по длине ставит каждый велосипедист сам, учитывая свои предпочтения в стиле катания. Укороченные шатуны предпочитают трековые гонщики. На горных велосипедах предпочтительна сниженная каденция для дополнительного подхвата при спуске. В частности, фанаты даунхилла ставят рычаги как можно большей длины.
Способы крепления на валу каретки
1. Клиновидный штифт - многим знакомая деталь у старых велосипедов, сейчас встречается разве что на детских двухколёсниках.
2. Квадратный торец вала - это традиционный способ крепления, при котором оба шатуна фиксируются на скошенных незаметным клином плоскостях квадратного сечения. Подтяжка на клине происходит при помощи винта или гайки, которые вкручиваются в концы вала. Места соединения всегда закрываются пластмассовым пыльником.
Этот тип крепления применяется на старых или недорогих велосипедах: шатуны к квадратному профилю вала притянуты гайкой
Такой тип крепления можно заметить на оборудовании Shimano Deore, Alivio, Acera велосипедов средней ценовой категории: шатуны затянуты болтом с головкой под шестигранник на 8
Часто встречается и такой способ крепления, отличающийся от предыдущего тем, что болт, который вворачивается в торец вала, сделан под накидной ключ на 15
3. Шестигранный торец вала - также делается со скосом для заклинивания надеваемого шатуна.
4. Шлицевое соединение - это стандарт OctaLink: вал каретки сделан со сквозным отверстием по оси, но имеет увеличенный диаметр; торцы вала круглой формы с восьмью выступами; шатуны притягиваются большим полым болтом под шестигранник на 10; снаружи соединение закрывается пыльником. Традиционный съёмник для разборки этого соединения применить не получится, ведь ему не во что будет упереться.
Крепление шатунов по стандарту OctaLink на дорогом горном велосипеде, в частности у оборудования Shimano Deore LX/XT и XTR
Q – фактор
На велосипеде для повышения эффективности педалирования нужно учитывать расстояние между плоскостями, в которых вращаются концы шатунов, то есть Q-фактор. Проверено на стенде, что при правильно выбранном Q-факторе человек развивает на 4% больше мощности, чем при поставленных с наклоном ногах.
Так устроено природой, что коленные суставы человека не могут нести длительные нагрузки, если ноги не находятся близко друг к другу. Наибольшее давление ногой можно сделать, когда вектор прикладываемой силы находится точно под углом 90 градусов к поверхности.
С появлением внедорожных велосипедов, чтобы вставить широкую покрышку, пришлось раздвигать перья заднего треугольника рамы. С уменьшением свободного зазора понадобилось сделать шатун для педали изогнутым, иначе он бы бил по раме. Поэтому на всех горных велосипедах Q-фактор завышен.
От природы или по другим причинам ноги у людей разные: искривленные в коленях или прямые, суженные у таза или выгнутые в стороны. Например, у женщин кости таза от рождения шире, чем у мужчин. Учесть анатомическую неповторимость каждого при массовом производстве велосипедов невозможно, а для профессиональных спортсменов подобрать индивидуально Q-фактор вполне реально.
Типы шатунов
1. Односоставные - монолитная конструкция, объединяющая вал и два шатуна. По сути это согнутый в разные стороны под прямыми углами толстый металлический пруток. Такая система шатунов применялась на . В настоящее время её можно увидеть на BMX и детских велосипедах.
Такая цельная деталь имеет лишний вес, зато очень проста и надёжна
2. Двухсоставные - это не только объединенные цельно правый шатун и ведущие звёздочки, а также намертво приваренный к ним вал каретки. В этом случае лишь левый рычаг является отдельной деталью, которая фиксируется на свободном конце вала.
До недавнего времени такой способ сборки шатунов в велосипеде считался устаревшим, пока в 2004 году на заводах Shimano не возродили двухсоставную конструкцию, усовершенствовав её картриджной кареткой с подшипниками большого диаметра. Другие производители деталей для велосипедов поддержали идею возрождения системы двухсоставных шатунов.
Двухсоставные шатуны отдельно от картриджной каретки
3. Трёхсоставные - самая популярная конструкция на сегодняшний день, у которой возможно заменить ведущие звездочки отдельно от правого рычага. Разбирается в ней всё: шатуны для педалей и сами топталки, отдельно вал каретки и передние звёздочки по одной.
Трёхсоставные шатуны: разобранные и в сборе
Нестандартные конструкции
1. Роторная система RS4X
Стандартно шатуны на велосипеде закрепляются по одной прямой линии. При этом нога велогонщика оказывается чрезмерно согнутой в колене у верхней мертвой точки. Неудивительно, что коленные суставы периодически испытывают стресс.
Кроме того, подмечено, что при вращении педалей случается такая ситуация, при которой велосипедист не может передать целиком свою силу к заднему колесу. Мертвая зона наблюдается, когда шатуны оказываются в горизонтальном положении к земле. Естественно, из-за этого снижается коэффициент полезного действия.
В роторной системе RS4X радикально решаются перечисленные проблемы. При смещении от прямой занижается верхняя мертвая точка и исключается провал момента силы в течение всего цикла вращения педалей, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия.
Одно из последних новшеств - роторная система, в которой шатуны устанавливаются не прямо, а со сдвигом в несколько градусов
Практика показывает, что новая схема установки обеспечивает фактический прирост мощности в 16% на трековом велосипеде. Из-за отсутствия резкого перепада нагрузки уменьшается риск возникновения боли в коленном суставе, а также растяжения сухожилий.
2. Шатуны для велосипеда с эллиптическими звездами
Эксперимент со звездочками нестандартной формы начался ещё в конце XIX века. Уже тогда знали о существовании проблемной мертвой зоны.
Впервые массовый выпуск овальных звезд под брендом Biopace открыла компания Shimano в 1983 году. Тогда в мире велоспорта было много споров о необходимости нововведения, но со временем они отпали, поскольку профессиональным велосипедистам новинка не понравилась. Термин Biopace прижился, и так называют случаи неравномерного вращения педалей. В настоящее время выпускается два экземпляра овальных звезд Osymetric и Q-rings специально для гоночных велосипедов.
Овальность допускается в 30%, если её величина ниже 7%, то такие звездочки можно использовать даже на велосипедах без натяжителя цепи с фиксированной передачей
Овальные звезды позволяют легче преодолевать провал в горизонтальном положении педалей. Передаточное отношение в этой точке повышается, чтобы соответствовать сниженному усилию на педали. Как результат, крутятся педали более плавно. Однако чудес не бывает, и при подъеме в горку придется попотеть, ведь из ничего ничто не получается.
О том, как снимать шатуны с велосипеда, - в полезном видеоролике:
