Инерционный велосипед


Практически все конструкции привода велосипедов имеют общий недостаток, снижающий их кпд. Этот порок заключается в неэкономичном расходовании мускульной энергии при смене усилий с одной ноги на другую во время прохождения педалями «мёртвых точек» (вертикального положения шатунов). Большая часть мускульного усилия в этот момент направлена к оси вращения педалей и не столько совершает полезную работу, сколько повышает износ подшипников каретки.

Не зря велосипедисты перед началом движения выводят шатуны из вертикального положения. В результате рабочий ход начинается при частичной потере мускульной энергии, что вызывает преждевременную усталость велосипедиста. Предлагаемое усовершенствование велосипедного привода устраняет этот недостаток, позволяя любителям дальних поездок ехать в экономичном режиме, рационально используя мускульную энергию, расходуя её почти как при обычной ходьбе.

Для этого в конструкции привода используется устройство прерывания взаимодействия шатунов с ведущей звёздочкой, обеспечивающее свободное и быстрое прохождение шатунов с педалями секторов около «мёртвых точек» за счёт инерции.


Общий вид конструкции привода велосипеда с инерционным прерывающим устройством показан на рисунке 1, где шатуны 1 (с педалями) закреплённые на кареточном валу 2, имеют подвижное (скользящее) соединение с ведущей звёздочкой 3 за счёт взаимодействия шипов, выполненных на втулке 4, закреплённой на правом шатуне, и диаметральных пазов — на ведущей звёздочке 3.

Пазы позволяют шатунам быстро проходить неэффективную зону, а спиральная пружина изгиба 5 — смягчает удар в конце их свободного хода. Как видно из рисунка привода, конструктивному изменению подвергается только соединение ведущей звёздочки с правым шатуном, поэтому подобный привод можно изготовить на любой модели велосипеда. Для этого из стали ЗОХГСА изготавливается втулка с выступами согласно чертежу поз.4, которая приваривается к шатуну, снятому с кареточного вала и доработанному в соответствии с чертежом поз.1.

Ведущая звёздочка тоже дорабатывается — в ней выполняются пазы под выступы втулки. Пружина изготавливается «на холодную» из углеродистой проволоки диаметром 4 — 5 мм и содержит один неполный виток. Концы пружины можно загнуть в домашних условиях после нагрева места изгиба проволоки над газовой горелкой. Направляющая шайба 10 изготавливается согласно чертежу из любой стали. При установке ведущей звёздочки в её пазы вставляются шипы втулки 4, на которых крепится шайба 10 тремя винтами М4.


Ограничитель 6, выполненный из мягкой проволоки и закреплённый на ведущей звёздочке путём загиба концов на её перемычках-лучах, препятствует отходу от плоскости звёздочки пружины при её напряжённом состоянии во время работы. Далее правый шатун 1 с ведущей звёздочкой обычным способом закрепляется на валу 2 кареточного узла велосипеда с помощью клина 9. При установке пружины один её конец устанавливается в подходящее отверстие на ведущей звёздочке, а другой загнутый конец обхватывает шатун около педали.

Для расширения регулировки усилия пружины 5 на ведущей звёздочке дополнительно сверлится ряд отверстий по диаметру проволоки для установки в них отогнутого конца пружины. Работает привод следующим образом. В начальный период, например при установке правой ‘ноги на правую педаль, находящуюся в верхнем положении, шатуны 1 совместно с валом 2 и втулкой 4 поворачиваются до рабочего взаимодействия шипа втулки с ведущей звёздочкой 3, при этом пружина 5 сжимается и создаёт крутящий момент на ведущей звёздочке. После приложения мускульного усилия к правой педали ведущая звёздочка приводится во вращение — и велосипед разгоняется.

При приближении правой педали к крайнему нижнему положению происходит прерывание рабочего взаимодействия шатунов (шипа втулки) с ведущей звёздочкой путём задержки вращения шатунов относительно ведущей звёздочки после снижения усилия на педаль за счёт обратного действия пружины и инерционного движения велосипеда. При этом пружина поддерживает вращение звёздочки и отводит её от взаимодействия с шатунами.


В результате в начале следующего рабочего цикла шатуны переходят область вертикального положения с некоторым обратным угловым смещением относительно ведущей звёздочки, что обеспечивает свободный переход вертикального положения и очередное аккумулирование пружины уже для левого кривошипа. Далее процесс работы привода повторяется. Свободный переход педалями крайних верхних и нижних положений исключает потери мускульной энергии при смене циклов их работы, что повышает кпд привода.

В установившемся режиме работы происходит задержка вращения шатунов, а затем они эффективно подталкивают ведущую звёздочку. В результате вращение педалей осуществляется в экономичном «толкательном» режиме. Такой режим работы позволяет без излишних усилий и длительное время поддерживать высокую скорость, что подобно поддержанию вращения маховика прерывистым касательным усилием. Задержка вращения шатунов способствует компенсации инерционных сил, действующих на ноги велосипедиста в области «мёртвых точек» при их быстром вращательном перемещении.

На экономичность и стабильность работы привода влияет усилие аккумулирования пружины, которое подбирается в зависимости от массы и физической подготовки самого велосипедиста. Если после рабочего хода шатуны не отводятся от ведущей звёздочки — то надо установить более упругую пружину. И наоборот, если для свободного перехода педали верхнего положения к ней прикладывается заметное мускульное усилие и при рабочем ходе отсутствует рабочее взаимодействие шатунов с ведущей звёздочкой — то упругость пружины необходимо снизить.


Это можно сделать путём подбора диаметра пружинной проволоки. Для нормальной работы привода величина обратного перемещения кривошипов должна быть меньше их начального углового смещения. При таких условиях в переходных процессах работы поддерживается начальный крутящий момент на ведущей звёздочке, что дополнительно усиливает демпфирующие свойства пружины для сглаживания пиковых нагрузок при толкательном вращении ведущей звёздочки.

При освоении поездок на велосипеде с таким приводом от велосипедиста требуется определённое внимание за контролем равномерности вращения ведущей звёздочки со свободным ходом шатунов. При получении определённых навыков равномерность вращения ведущей звёздочки и величина обратного перемещения шатунов поддерживаются автоматически и не представляют каких-либо затруднений и дискомфорта.

Экспериментальные ходовые испытания в пределах 3500 км подтвердили экономичность и надёжность работы привода. По сравнению с обычным велосипедом заметно снижается утомляемость при дальних поездках, что расширяет возможности велосипедиста. Возможно, подпружинивание педалей относительно ведущей звёздочки также может занять своё место в большом спорте, как и подпружинивание задней части лезвия относительно пятки ботинок беговых коньков.

(Автор: В.ЗЕЛЕНОВ, г. Воронеж)


«Экономичный» велопривод

«Экономичный» велопривод: 1—доработанный правый шатун с педалью; 2 — вал каретки; 3—доработанная ведущая звёздочка цепной передачи; 4 — втулка (сталь ЗОХГСА, круг 55); 5 — пружина кручения (углеродистая проволока 05); 6 — ограничитель пружины (мягкая проволока диаметром 4); 7—приводная цепь; 8—приводная звёздочка; 9 — клин крепления шатуна на валу; 10—направляющая шайба (сталь, лист s3); 11 —крепёж шайбы к втулке (винт М4, 3 шт.); 12 — кареточный узел

velomobil.masteraero.ru

Цепной привод становится неактуальным?

Велосипед без цепиПервые велосипеды приводились в действие педалями, размещенными непосредственно на оси колеса, затем был сделан большой шаг вперед – внедрена цепная передача крутящего момента. Со временем она совершенствовалась, появилась возможность регулировки прикладываемого усилия – переключения скоростей.

Казалось бы, что еще надо, система прошла испытание временем, проста и надёжна. Но конструкторы и изобретатели не успокаиваются.


Несколько лет назад группа венгерских инженеров представила в итальянской Падуе принципиально новый вид передачи усилия с педалей на ведущее колесо. Системе дано название Stringdrive, она чем-то напоминает ременную передачу, но это лишь внешнее сходство.

При вращении педалей усилия с них передаются на фигурные рычаги, которые совершают качательные движения. На рычагах размещены каретки с двумя шкивами. Каретки могут перемещаться вверх-вниз по зубчатой планке при переключении скоростей.

С обеих сторон ведущего заднего колеса установлены подпружиненные муфты, на каждый из которых намотаны и жестко закреплены тросики, который далее проходят через шкивы на рычагах педалей и жестко крепится к раме велосипеда.

Принцип действия таков. При движении педали вперед тросики натягиваются, раскручивая муфту на ведущем колесе, которая и передает ему вращательное движение. При обратном ходе педали муфта, под действием пружины, возвращается в исходное положение, вновь закручивая тросики на свои шкивы. Попеременное действие левой и правой педалей обеспечивает ровное поступательное движение велосипеда.

Интересно, что переключение их можно осуществлять как в движении, так и во время остановки. Кстати, есть возможность не только синхронного изменения передачи на обе стороны рамы, но и подстройки каждой педали индивидуально – это может быть актуальным для людей, у которых, в силу анатомических особенностей, заметна разница в развитии нижних конечностей.

Отличает такой велосипед и симметричность конструкции, что повышает его устойчивость и маневренность. Испытания показали, что машина обладает отменной плавностью хода, после которого становится даже несколько неудобно ездить на велосипеде, собранном по классической схеме.


Электровелосипед Yamaha PASЕсть и еще несколько очень оригинальных разработок передачи усилия на колесо. Например, немецкие и японские конструкторы усовершенствовали карданную передачу, которая уже применялась иногда и ранее.

Новшество в том, что они снабдили ее автоматической компьютеризированной коробкой передач, которая сама выбирает оптимальный режим движения в зависимости от рельефа трассы и дорожной обстановки. Кроме того, эти новинки фирм Yamaha и Mercedes оснащены «умными» системами освещения и сигнализации, самостоятельно включающимися при снижении общей освещенности.

Как правильно хранить велосипед зимойА вы знаете, как правильно хранить велосипед зимой? Этот материал поможет продлить годы жизни вашего железного друга.

Что такое автожир и как он летает можно прочитать по этой ссылке. Все об этом необычном летательном аппарате.

Так же не пропустите небольшой рассказ о парашютном спорте здесь: pro-extrim.com/vysota/parashyuty/parashyutnyjj-sport.html


Можно ли изменить раму?

Тросик вместо трубыГруппа американских конструкторов пришла к выводу, что классическая треугольная схема рамы в ряде велосипедов – излишество, утяжеляющее общий вес машины.

В самом деле, труба, идущая от педалей к рулевой муфте, имеет постоянное напряжение лишь на разрыв, так почему бы не заменить ее прочным тросом?

Мало того что конструкция велосипеда значительно облегчается. Использование пружинного демпфера в передней части стального нержавеющего тросика и шарнирного соединения горизонтальной трубы рамы с вертикальной позволяют амортизировать удары, принимаемые передним колесом, при этом общая прочность конструкции ничуть не страдает.

Но и это еще не все. Испытания показали значительное повышение КПД подобного велосипеда.

Пружина, установленная в передней части троса имеет способность аккумулировать энергию, которая ранее тратилась впустую в «мертвой» части такта вращения педалей, и даже энергию ударов, пришедшихся на переднее колесо.

Растягиваясь, тросик с пружиной несколько увеличивают колесную базу велосипеда, а сокращаясь – придают ему дополнительное поступательное усилие.

Не боимся упасть!


Упал с велосипедаДвижущийся велосипед сохраняет устойчивость по ряду причин, в том числе и из-за того, что вращающиеся колеса имеют гироскопические свойства – способность сохранять ориентацию своей оси в пространстве.

Но начинающему велосипедисту этого не объяснить, для него главное – преодолеть свой первоначальный страх падения – дальше все придет. Как помочь новичку, неважно, ребенок это, или взрослый, который по каким-либо причинам не освоил этой науке в детстве?

Выход один – предоставить ему двухколесный велосипед с еще большей устойчивостью, подарить несколько секунд уверенности, в течение которых он сможет удержаться или беспроблемно остановиться.

Решение напрашивается само собой – усилить гироскопическое действие колеса. Именно этим путем пошли некоторые конструкторы при создании велосипедов повышенной безопасности.

Устойчивое колесо со встроенным гироскопомОдин из вариантов – установка на одной оси с передним колесом, внутри спиц, дополнительного маховика – гироскопа.


Он раскручивается вместе с колесом при начале движения, но так как обладает большой массой и, стало быть, инерционностью, продолжает вращаться даже при значительном снижении скорости велосипеда, обеспечивая ему вертикальную устойчивость.

Воплотить такую идею в жизнь удалось группе студентов Дартмутского колледжа, они назвали свою разработку GyroBike. Кстати, их конструкция была лицензирована и вошла в серийное производство, а наименование первой модели стало брендом созданной ими впоследствии компании «GyroBike».

Один лишь недостаток – гироскоп начинает вращаться только при движении велосипеда. А можно ли его раскрутить заранее, например, для самых маленьких ездоков, только осваивающих первые метры? Конечно, можно, для этого созданы колеса Gyrowheel со встроенным электрическим гироскопом.

Первой продукцией были 12-дюймовые колеса для детских велосипедов. Их компоновка обеспечивает размещение электродвигателя, аккумуляторов и массивного маховика-гироскопа. Электропривод дает возможность запуска системы стабилизации до начала движения, а значительное увеличение угловой скорости вращения гироскопа существенно увеличивает устойчивость велосипеда.

Успех первых моделей был столь заметен, что было принято решение о выпуске 16-дюймовых колес, и даже колес для стандартных «взрослых» велосипедов. Кроме того, в планах компании – кооперация усилий с производителями байков с целью выпуска фирменной модели велосипеда повышенной безопасности.

Давление в шинах велосипедаКак выбрать покрышки и какое должно быть давление в шинах велосипеда, читайте на нашем сайте.

Сборник лучших фильмов про альпинистов смотрите на странице этого сайта. Не нужно искать по всему интернету.

Дадим ногам отдохнуть!

Велосипед с пропеллеромПодавляющее большинство моделей велосипедов используют для движения мускульную силу ног ездока. Существуют интересные разработки, в которых привод осуществляется с помощью рук, но они, скорее, похожи на спортивные тренажеры, нежели на средство передвижения.

Конструкторская мысль всегда работала над вопросом, как облегчить велосипедисту жизнь, какие способы придания поступательного движения можно дополнительно применить на этой небольшой машине.

Размещаются на велосипедах компактные двигатели внутреннего сгорания. Существует немало разновидностей электроприводов, в том числе и мотор-колесо.

Некоторые разработчики создают даже электрические велосипеды, у которых необходимая энергия поступает с солнечных батарей, встроенных в колеса.

Если честно, идея эта рассматривалась уже давно, энтузиастами неоднократно изготавливались самодельные устройства. Но несколько лет назад американская компания PacificWind выпустила на рынок модельный ряд ранцевых винтовых двигателей, разработанных специально для движения на велосипеде.

Идея понравилась, кстати, и любителям роликовых коньков, лыжникам, скейтбордистам.

Ранец ThrustpacРанец невелик по размеру, не отличается большой шумностью, но, вместе с тем, в него заложена мощность в полторы лошадиных силы. Это дает возможность велосипедисту, без использования педалей, разгоняться до скорости более 50 км/час. Винт, в целях безопасности, имеет ограждение, оббитое мягким материалом.

Двигатель имеет интересный принцип управления – гибкий тросик соединён со специальной перчаткой, и велосипедист выбирает нужные режимы работы привода буквально «мановением пальцев».

Система очень экономична – в среднем от полутора до двух литров топлива на 100 километров пробега, при этом вес ранца – всего от 5 до 8 килограмм, в зависимости от модели и ее мощности.

Существуют и более «сумасшедшие» идеи – оснащение велосипеда портативными реактивными ускорителями – но это, скорее, лежит в плоскости экспериментального творчества, не предназначенного для повседневного использования.

Самодельный электровелосипедИмеет ли право на жизнь идея самодельного электровелосипеда? Читайте на страницах нашего сайта.

Научиться ездить на заднем колесе и удивлять всех своих друзей сможет любой, кто не пропустил вот этот материал )

Рассказ о нескольких разновидностях экстремального спорта, связанного с прыжками с большой высоты: pro-extrim.com/vysota/dzhamping/jumpings.html

Велосипед-амфибия

Велосипед-амфибияЭто не миф — велосипеды учатся преодолевать водные преграды, позволяют своему владельцу совершать поездки по спокойной воде. И это уже – не только смелые эксперименты, а серийная модель.

Итальянская компания SBK Engineering из города Виджевано освоила выпуск комплекта, который в считанные минуты превращает шоссейный велосипед в самодвижущийся катамаран.

Весь комплект, за исключением нескольких деталей, которые постоянно закреплены на велосипеде, легко умещается в небольшой ранец, весом всего 11 килограмм. Процесс перевода велосипеда из сухопутного в «водоплавающий» занимает 10–15 минут и не требует никаких специальных инструментов.

Привод – винтовой, крепится к переднему колесу, и служит как для придания тягового усилия, так и для управления этим плавучим транспортом.

Велосипедист обычным образом садится в седло, крутит педали и управляет направлением движения, как и на суше – с помощью руля.

Вращение передается с педалей на заднее колесо, а с него, через гибкий тросик — уже на сам привод. Кстати, этот же тросик используется и в процессе сборки, для передачи усилия на насос для накачки двух входящих в комплект поплавков: достаточно сесть на велосипед, как на велотренажер, и, вращая педали, быстро накачать оба поплавка.

Неугомонные конструктора и дизайнеры не прекращают своей деятельности по изобретению новых велосипедов. Теряешься в догадках – какие еще усовершенствования у них в разработке? Но то, что новаторские идеи у них есть и будут – в этом сомнений нет никаких.

pro-extrim.com

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Велосипед, имеющий привод, соединенный с ведущим колесом и с маховиком, имеющим пружинную подвеску с возможностью прижима маховика к ведущему колесу, отличающийся тем, что ведущее колесо своими фланцами установлено на подшипниках на раме транспортного средства, а маховик установлен на двухрычажном маятнике внутри ведущего колеса с возможностью прижима маховика к внутренней поверхности обода колеса.

2. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что маховик, установленный внутри ведущего колеса с образованием инерционного движителя, имеет рабочее тело, выполненное в виде тонкостенного цилиндрического кольца, закрепленное на крестовине, установленной на валу, базирующемся на подшипниках в рычагах маятника.

3. Велосипед по п.2, отличающийся тем, что двухрычажный маятник одними концами рычагов установлен на подшипниках оси педалей, а на других концах рычагов маятника установлен на подшипниках вал с маховиком, при этом вал с маховиком имеют возможность смещения относительно оси педалей на небольшой угол.

4. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что маховик посредством двух пружин имеет возможность находиться в подвешенном состоянии, с исключением касания маховика с внутренней поверхностью ведущего колеса.

5. Велосипед по п.2, отличающийся тем, что внутренняя поверхность обода колеса и наружный периметр рабочего тела маховика покрыты фрикционным составом.

6. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что ведущее колесо состоит из обода, боковых дисков с фланцами под опорные подшипники, при этом с одним из фланцев соединена звездочка с муфтой свободного хода.

7. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что на ободе ведущего колеса расположены две и более велосипедных шин.

8. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что маховик, установленный внутри ведущего колеса с образованием инерционного движителя, имеет привод, включающий ось педалей, установленную на подшипниках, которые запрессованы в гнезда рамы, при этом на оси педалей установлен на подшипниках двухрычажный маятник, две ведущие звездочки и педали, при этом ведущая звездочка с одной стороны оси соединена цепью со звездочкой и муфтой свободного хода колеса, а ведущая звездочка с другой стороны оси соединена цепью с парной звездочкой, установленной на рычаге маятника, которая соединена со звездочкой и муфтой свободного хода вала маховика, с обеспечением следующих возможностей: при вращении педалей возможности одновременного вращения колеса и маховика; при нажатии на маятник и передаче части энергии от маховика к колесу возможности более быстрого вращения колеса, причем без передачи усилия от педалей на колесо, т.к. при этом педали имеют возможность обеспечения вращения и раскручивания только маховика; при вращении педалей возможности движения с использованием инерционного движителя, так и без использования.

9. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что установлен двигатель, который связан с приводом посредством цепи, соединенной с ведущей звездочкой.

10. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что управляемое переднее колесо установлено на стойке во втулке рамы.

11. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что управляемые два колеса спарены и установлены на оси со стойкой в задней части велосипеда, при этом стойка установлена во втулке на раме, а на стойке снизу закреплен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором вала руля.

12. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что сиденье выполнено поворотным.

13. Велосипед по п.1, отличающийся тем, что тормозная колодка, воздействующая непосредственно на шины колеса, установлена на пальце на раме в зоне сиденья и соединена с рычагом для обеспечения торможения.

www.freepatent.ru

Преимущества:

  • Бесшумный ход
  • Экологически чистый
  • Не требует непрерывной контактной сети (в отличие от троллейбуса)
  • Возможность гибко изменять маршрутную сеть в случае необходимости.
  • Недостатки

  • Большой вес — гиробус, предназначенный для перевозки 20 человек на 20 километров, должен иметь маховик весом в 3 тонны
  • Вращающийся со скоростью в 3000 оборотов в минуту маховик требует особых мер безопасности (линейная скорость обода маховика достигает 900 километров в час)
  • Управлять гиробусом сложно, так как его маховик обладает свойствами гироскопа (стремится сохранять неизменное положение в пространстве).
  • Компания Volvo испытывает механический вариант системы KERS

    Производители рассчитывают, что используя механическую систему рекуперации энергии при торможении удастся сэкономить не менее 20 процентов топлива. Кроме того, KERS добавит авто около 80 л.с. дополнительной мощности.

    KERS Volvo устроен довольно просто: на задней оси размещен шестикилограммовый маховик из углепластика, диаметром в 20 см., который, вращаясь в вакууме аккумулирует энергию торможения.

    Двигатель в момент замедления отключается, а маховик, наоборот, раскручивается до 60 тыс. оборотов в минуту. Как только машина снова начинает разгон, маховик, через отдельную систему передач передает энергию вращения задним колесам.

    Разработчики обещают, что динамика авто с четырехцилиндровым мотором и KERS будет не хуже, чем у машин с шестицилиндровым двигателем. Кроме того, экономия будет немногим меньше, чем при использовании дорогих гибридных силовых установок.

    Ну вот немного пищи для раздумий, или как нас учат в школе make up your mind

    alkatrion.com


    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.