велосипед с амортизированной задней подвеской

Формула изобретения

Велосипед с амортизированной задней подвеской, содержащий переднее колесо, передний тормоз, вилку, пару тормозных ручек, руль с рулевой трубой и выносом, пару манеток, раму, седло, подседельный штырь, заднее колесо с ведомыми звездочками, задний тормоз, задний и передний переключатели передач, цепь, пару педалей, пару шатунов с ведущими звездочками, жестко закрепленными на одном шатуне, каретку с осью для крепления шатунов, поперечину горизонтальных перьев и поперечину наклонных перьев задней подвески, которая жестко закреплена на наклонных перьях между задним колесом и подседельной трубой на расстоянии от нее не менее продольного хода наклонных перьев при максимальной нагрузке велосипеда, кроме того, рама содержит рулевую колонку, верхнюю и наклонную трубы и подседельную трубу, одни концы верхней и наклонной труб рамы жестко соединены с концами рулевой колонки, а другие - с концами подседельной трубы, к нижним концам подседельной и наклонной труб рамы жестко прикреплена каретка, причем в состав амортизированной задней подвески входят: пара наклонных и пара горизонтальных перьев с шарнирными концами, пара линков, пара петель, причем амортизатор содержит цилиндрическую пружину, кроме того, линки выполнены в виде пластин со сквозными круглыми отверстиями, верхние отверстия шарнирно соединены верхними концами наклонных перьев подвески, причем петли выполнены в виде треугольников со сквозными круглыми отверстиями у одной их вершин, к которым шарнирно присоединены нижние концы линков, кроме того, нижние концы наклонных перьев подвески шарнирно прикреплены к задним концам горизонтальных перьев подвески, отличающийся тем, что введены: корпус амортизатора, ось корпуса амортизатора, круглая шайба, крепежный болт, вторая поперечина, которая жестко соединяет верхние концы наклонных перьев, и упругий отбойник, причем цилиндрическая пружина амортизатора выполнена в виде торсиона из двух половин пружины с противоположными направлениями навивки витков, внешний диаметр торсиона равен или меньше внутреннего диаметра корпуса амортизатора, а его внутренний диаметр больше диаметра оси корпуса амортизатора, подвижные концы торсиона крепятся неподвижно в выемках передних шарнирных концов горизонтальных перьев подвески на максимально возможном удалении от оси корпуса амортизатора в пределах его внутреннего радиуса, кроме того, корпус амортизатора выполнен в виде отрезка цилиндрической трубы, внутренний диаметр которой равен или больше наружного диаметра торсиона, длина корпуса равна сумме длины торсиона, без учета длины его подвижных концов, и удвоенной глубины кругового паза, выполненного на шарнирах передних концов горизонтальных перьев подвески, причем шарнирные передние концы горизонтальных перьев задней подвески крепятся к торцам корпуса амортизатора с помощью оси корпуса амортизатора с возможностью вращения вокруг его геометрической оси, концы оси амортизатора жестко скреплены с передними шарнирными концами горизонтальных перьев, кроме того, к нижнему концу подседельной трубы и каретке параллельно ее оси жестко прикреплен корпус амортизатора задней подвески, причем длина второй поперечины наклонных перьев больше диаметра подседельной трубы, а длина наклонных перьев и толщина отбойника обеспечивают горизонтальное положение горизонтальных перьев в собранной подвеске, кроме того, петли основаниями жестко прикреплены к передней средней части подседельной трубы и расположены вдоль нее, нижние концы линков шарнирно соединены с петлями, длина линков больше продольного перемещения наклонных перьев задней подвески при максимально допустимой нагрузке велосипеда, к другим концам линков шарнирно прикреплены верхние концы жестко соединенных второй поперечиной наклонных перьев задней подвески, отбойник жестко закреплен на второй поперечине или на подседельной трубе напротив второй поперечины, причем в стенке корпуса амортизатора по середине его длины выполнено сквозное отверстие, диаметр которого меньше толщины шайбы, диаметр шайбы равен внутреннему диаметру корпуса амортизатора, а толщина шайбы больше диаметра болта, в центре шайбы выполнено сквозное круглое отверстие, диаметр которого равен или больше диаметра оси корпуса амортизатора, на круглой боковой поверхности шайбы параллельно оси симметрии выполнен паз шириной и глубиной, равной диаметру проволоки торсиона, кроме того, на круглой боковой поверхности шайбы вдоль ее радиусов выполнены со стороны, противоположной пазу, два или больше глухих отверстия с резьбой под крепежный болт, причем средняя часть торсиона, между двумя половинами его пружины, закреплена неподвижно в пазу шайбы, шайба неподвижно закреплена внутри корпуса с помощью болта, пропущенного через отверстие в стенке корпуса и ввинченного в одно из глухих боковых отверстий шайбы, причем поперечина горизонтальных перьев закреплена на них между корпусом амортизатора и задним колесом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к велосипедам с амортизированной задней подвеской, которые предназначены для кроссов и деловых поездок.

Известен велосипед с амортизированной задней подвеской (RU, патент № 2281876, бюл. № 23, 20.03.05.), который содержит двухступенчатую цепную передачу привода заднего колеса с расположенными на одной оси ведомой звездочкой первой ступени, связанной с прикрепленной к валу кривошипов с педалями звездочкой, ведущей звездочкой второй ступени, связанной с установленной на втулке колеса звездочкой, соосно совмещенной с ними механизмом изменения передаточного отношения, и подпружиненный рычаг задней подвески с осью поворота на раме. При этом механизм изменения передаточного отношения и совмещенные с ним звездочки размещены на рычаге подвески таким образом, что их ось расположена между осью вала кривошипа и осью поворота рычага.

Амортизатором задней подвески служит вертикально установленная цилиндрическая пружина, которая крепится внутри рамы к рычагу задней подвески и не имеет регулировки начального натяжения, что является недостатком. Кроме того, недостатками являются большой вес подвески и ее размещение амортизатора внутри рамы велосипеда. Аналог не предназначен для кроссов.

Наиболее близким аналогом - прототипом является велосипед WHEELER PRORIDE с амортизированной задней подвеской (велокаталог «trassa», с.28, 2008 г.). Прототип содержит: переднее колесо, передний и задний дисковый тормоз, вилку, пару тормозных ручек, руль с рулевой трубой и выносом, пару монеток переключения передач, раму, седло, подседельный штырь, заднее колесо с ведомыми звездочками, задний и передний переключатели передач, цепь, соединенная с ведущей и ведомой звездочками, пару педалей, пару шатунов с ведущими звездочками, жестко закрепленными на правом шатуне, каретку с осью для крепления шатунов и амортизированную заднюю подвеску.

Рама содержит: рулевую колонку, верхнюю и наклонную трубы и подседельную трубу. Передний конец верхней трубы и верхний конец наклонной трубы жестко соединены с рулевой колонкой. Задний конец верхней трубы и нижний конец наклонной трубы рамы жестко соединены с концами подседельной трубы. К месту соединения нижнего конца наклонной трубы с нижним концом подседельной трубы жестко прикреплены каретка и параллельно ей корпус шарнира передних концов горизонтальных перьев задней подвески.

Внутри рулевой колонки с возможностью вращения закреплены рулевая труба и вилка, на свободном конце которой неподвижно закреплена ось переднего колеса.

В состав амортизированной задней подвески входят: наклонная труба рамы, пара наклонных и пара горизонтальных перьев задней подвески (левые и правые), пара линков - связок (левый и правый), две пары петель (левая и правая в каждой паре) и амортизатор. Амортизатор выполнен в виде цилиндрической пружины с осью внутри, работающей на сжатие, которая расположена внутри рамы горизонтально вдоль велосипеда. На оси выполнена резьба, на резьбу навинчена гайка, позволяющая регулировать начальное сжатие пружины, на концах оси пружины выполнены шарниры.

Горизонтальные перья подвески между корпусом шарнира и колесом жестко соединены перемычкой. Наклонные перья подвески тоже жестко соединены перемычкой, расположенной между колесом и подседельной трубой на расстоянии от нее больше продольного хода перьев при максимальной нагрузке велосипеда. К наклонной трубе рамы внутри нее выше и ниже середины жестко прикреплены вдоль нее две пары петель. К верхней паре петель шарнирно прикреплен передний шарнир оси пружины, а к нижней паре - шарнирно прикреплены нижние концы линков. Середины линков соединены осью, к которой шарнирно прикреплен задний конец оси пружины. Верхние концы наклонных перьев подвески шарнирно прикреплены к верхним концам линков, нижние концы наклонных перьев подвески шарнирно прикреплены к задним концам горизонтальных перьев, на которых неподвижно закреплена ось заднего колеса.

К недостаткам прототипа относятся: крепление амортизатора к наклонной трубе рамы, которая несет всю нагрузку велосипеда и поэтому должна быть прочной и тяжелой. Кроме того, наклонные перья несут 2/3 нагрузки велосипеда, поэтому тоже должны быть прочными, а значит тяжелыми. Сила от оси заднего колеса, которая толкает велосипед вперед, на 55% передается жестко через горизонтальные перья задней подвески, а 45% через пружину амортизатора, что уменьшает приемистость велосипеда.

Причем прототип имеет тяжелый амортизатор - большую цилиндрическую пружину с осью, системой ее начального сжатия и шарниры для крепления оси пружины к верхней паре петель и линкам. Большая часть пространства внутри рамы занята амортизатором, двумя парами петель и парой линков, что не позволяет крепить к раме необходимые в дороге предметы, тем более, что багажник не может быть установлен на прототипе, который является двухподвесом. Характерным недостатком прототипа является люфт в шарнирном соединении заднего конца оси амортизатора с осью в центре линков, который увеличивается на 0,5 мм с каждой 1000 км пробега, что ухудшает его ходовые качества.

Задача изобретения - уменьшение веса велосипеда при сохранении его прочности и качества амортизации задней подвески за счет уменьшения веса задней подвески, уменьшения диаметров, а значит и веса, наклонной трубы рамы и наклонных перьев задней подвески и освобождение пространства внутри рамы для крепления необходимых в дороге предметов, устранение люфта в задней подвеске и увеличение приемистости велосипеда.

Технический результат изобретения:

- уменьшен вес велосипеда;

- устранен люфт в задней подвеске;

- увеличена приемистость;

- созданы удобства для деловых поездок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид велосипеда с амортизированной задней подвеской; на фиг.2 приведена конструкция амортизированной задней подвески; на фиг.3 приведена конструкция амортизатора задней подвески; 3а - продольное осевое сечение амортизатора; 3б - вид слева; 3в - сечение по А -А; 3г - сечение по В-В; на фиг.4 приведена номограмма параметров торсиона и задней подвески; на фиг.5 приведены схемы распределения толкающей силы колеса задней подвески для прототипа 5а и изобретения 5б.

На фигурах введены обозначения:

1 - переднее колесо;

2 - передний тормоз;

3 - вилка;

4 - тормозные ручки (левая и правая);

5 - руль;

6 - монетки (левая и правая);

7 - вынос руля;

8 - рама;

9 - седло;

10 - подседельный штырь;

11 - отбойник;

12 - линки (левый и правый);

13 - петли крепления линков к подседельной трубе (левая и правая);

14 - наклонные перья задней подвески (левое и правое);

15 - заднее колесо;

16 - задний тормоз;

17 - ролик суппорта заднего переключателя передач;

18 - горизонтальные перья задней подвески (левое и правое);

19 - цепь;

20 - корпус амортизатора;

21 - педаль (левая и правая);

22 - шатуны (левый и правый);

23 - каретка;

24 - круглая шайба;

25 - торсион;

26 - ось корпуса амортизатора;

27 - средняя неподвижная часть торсиона;

28 - поперечина горизонтальных перьев задней подвески;

29 - вторая поперечина наклонных перьев задней подвески;

30 - первая поперечина наклонных перьев задней подвески;

31 - глухие отверстия с резьбой в шайбе 24;

32 - крепежный болт.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что велосипед содержит (фиг.1): переднее колесо 1, передний тормоз 2, вилку 3, пару тормозных ручек 4 (левая и правая), руль 5 с рулевой трубой и выносом 7, пару монеток 6 (левая и правая), раму 8, седло 9, подседельный штырь 10, заднее колесо 15 с ведомыми звездочками, задний тормоз 16, задний (с роликом 17) и передний переключатели передач, цепь 19, пару педалей 21, пару шатунов 22 с ведущими звездочками, жестко закрепленными на одном шатуне, каретку 23 с осью для крепления шатунов, поперечину горизонтальных 28 и поперечины наклонных 29 и 30 перьев задней подвески и амортизированную заднюю подвеску.

Кроме того, рама 8 содержит: рулевую колонку, верхнюю и наклонную трубы и подседельную трубу. Передние концы верхней и наклонной труб рамы 8 жестко соединены, например, с помощью сварки, с концами рулевой колонки, а задние - с концами подседельной трубы. К нижним концам подседельной и наклонной труб жестко, например, с помощью сварки, прикреплена каретка 23 (фиг.1,2). Кроме того, к нижнему концу подседельной трубы и каретке симметрично и параллельно ее оси жестко прикреплен, например, с помощью сварки, корпус 20 амортизатора задней подвески (фиг.1, 2).

В состав амортизированной задней подвески (фиг.2) входят выполненные из металла: подседельная труба рамы 8, пара наклонных 14 и пара горизонтальных 18 перьев задней подвески (левые и правые), пара линков 12 (левый и правый), пара петель (левая и правая) 13. Кроме того, в состав амортизированной задней подвески входят упругий отбойник 11, выполненный, например, из резины, и амортизатор задней подвески.

Наклонные перьев 14 имеют две поперечины - первую 30 и вторую 29. Вторая поперечина 29 жестко соединяет верхние концы перьев 14, длина которой больше диаметра подседельной трубы. Первая поперечина 30 имеет длину больше ширины шины колеса и жестко закреплена на перьях между задним колесом и подседельной трубой (фиг.2). Расстояние от поперечины 30 до подседельной трубы равно или больше продольного перемещения наклонных перьев 14 при максимальной нагрузке велосипеда. Отметим, что по изобретению впервые в велосипедостроении наклонные перья 14 работают на растяжение и принципиально могут быть заменены мягким креплением, например тросом.

Горизонтальные перья 18 жестко соединены поперечиной 28, закрепленной между задним колесом и корпусом 20 амортизатора (фиг.2).

В состав амортизатора задней подвески входят (фиг.3): торсион 25, корпус 20 амортизатора, ось 26 корпуса амортизатора и шайба 24 с крепежным болтом 32. Известно, что торсион представляет собой пружину, работающую на кручение (Политехнический словарь, Москва, «Советская энциклопедия», с.505, 1977).

Торсион 25 выполнен в виде стальной цилиндрической пружины из двух половин с противоположными направлениями навивки витков и служит упругим элементом амортизатора задней подвески. Торсион предназначен для работы на закручивание витков обеих половин пружины в одну сторону. Внешний диаметр торсиона равен или меньше внутреннего диаметра корпуса 20, а его внутренний диаметр больше диаметра оси 26 корпуса 20.

Корпус 20 амортизатора выполнен в виде отрезка металлической цилиндрической трубы, внутренний диаметр которой равен или больше наружного диаметра торсиона. Длина корпуса 20 равна сумме длины торсиона 25 без учета длины его подвижных концов, длина которых равна или меньше толщины передних концов горизонтальных перьев 18, и удвоенной глубины кругового паза, выполненного на шарнирах передних концов горизонтальных перьев, и меньше расстояния между шатунами у оси каретки. Круговые пазы на шарнирах передних концов горизонтальных перьев 18 предназначены для шарнирного соединения перьев с торцами корпуса 20 амортизатора с помощью оси 26 корпуса. Кроме того, на шарнирах передних концов горизонтальных перьев выполнены центральные круглые отверстия для возможности их крепления к торцам корпуса амортизатора 20 с помощью оси 26. Подвижные концы торсиона 25 крепятся неподвижно в углублениях, выполненных на передних концах горизонтальных перьев подвески 18 (фиг.3а). В стенке корпуса по середине его длины выполнено сквозное отверстие, диаметр которого меньше толщины шайбы 24 и которое служит для неподвижного крепления шайбы в корпусе с помощью крепежного болта 32.

Круглая шайба 24 выполнена из металла, например стали, диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса 20 амортизатора, а ее толщина больше диаметра болта 32, предназначенного для неподвижного крепления шайбы 24 в корпусе 20 (фиг.3а). В круглой шайбе 24 в ее центре выполнено сквозное круглое отверстие, диаметр которого равен или больше диаметра оси 26 корпуса 20 (фиг.3а, в, г). На круглой боковой поверхности шайбы 24 параллельно оси симметрии выполнен паз шириной и глубиной, равной диаметру проволоки торсиона 25 (фиг.3б, г). Кроме того, на круглой боковой поверхности шайбы 24 вдоль радиусов выполнены со стороны, противоположной пазу, два или больше глухих отверстия с резьбой под болт 32, которые предназначены для изменения значения начального крутящего момента торсиона 25 на собранной подвеске и неподвижного крепления шайбы 24 внутри корпуса 20 (фиг.3г).

К торцам корпуса 20 с помощью оси 26 корпуса амортизатора шарнирно прикреплены с двух сторон концы горизонтальных перьев 18 задней подвески. Подвижные концы торсиона 25 неподвижно закреплены в углублениях, выполненных на концах горизонтальных перьев 18 на максимально возможном удалении от оси 26 корпуса 20 в пределах его внутреннего радиуса (фиг.3а). Ось 26 амортизатора неподвижно скреплена с передними концами горизонтальными перьями 18 подвески с возможностью их вращения как единого целого вокруг продольной геометрической оси корпуса 20 (фиг.3а). Средняя часть 27 торсиона 25 между двумя половинами его пружины размещена неподвижно в пазу шайбы 24. Причем шайба 24 неподвижно закреплена внутри корпуса 20 с помощью крепежного болта 32, пропущенного через отверстие в стенке корпуса 20 и ввинченного в одно из резьбовых глухих боковых отверстий 31 шайбы 24 (фиг.3а, г).

Линки 12 выполнены из металлических пластин со сквозными круглыми отверстиями на концах и служат для шарнирного соединения верхних концов наклонных перьев 14 подвески и шарнирного соединения с подседельной трубой рамы 8 через петли 13 (фиг.2).

Наклонные перья 14 задней подвески работают на растяжение и предназначены для компенсации начального крутящего момента торсиона. Нагрузку велосипеда несут горизонтальные перья 18 и вилка 3.

Длина линков 12 должна быть больше продольного перемещения наклонных перьев 14 задней подвески при максимально допустимой нагрузке велосипеда.

Петли 13 выполнены из металла в виде треугольников со сквозными круглыми отверстиями в одной из их вершин, которые служат для шарнирного крепления к ним нижних концов линков (фиг.2). Петли 13 своими основаниями жестко, например с помощью сварки, соединены с верхней половиной подседельной трубы и расположены вдоль нее. К другим концам линков шарнирно прикреплены верхние концы наклонных перьев 14 задней подвески, которые между собой жестко соединенные второй перемычкой 29 (фиг.1, 2). Нижние концы наклонных перьев 14 подвески шарнирно прикреплены к задним концам горизонтальных перьев 18 задней подвески (фиг.1, 2).

Отбойник 11 служит для ограничения перемещения задних концов горизонтальных перьев вниз начальным крутящим моментом торсиона (фиг.1, 2). Отбойник может быть выполнен из резины и закреплен жестко либо на второй поперечине 29 наклонных перьев 14, либо, например, с помощью винта на подседельной трубе напротив поперечины 29.

Металлическая поперечина 28 между горизонтальными перьями 18 подвески расположена на горизонтальных перьях между задним колесом 15 и корпусом 20 амортизатора и жестко закреплена на них, например с помощью сварки, а поперечина 30 жестко закреплена между наклонными перьями 14 подвески, например с помощью сварки, и расположена на наклонных перьях 14 между задним колесом 15 и подседельной трубой рамы 8 от нее на расстоянии, равном или больше продольного перемещения перьев 14 при максимальной нагрузке велосипеда (фиг.2).

Технология сборки задней подвески

Последовательность сборки задней подвески:

1. Среднюю часть 27 торсиона 25 вставляют в паз шайбы 24, так чтобы торсион и шайба были соосны (фиг.3а).

2. Сборку по п.1 соосно вставляют в корпус 20 амортизатора (фиг.3а).

3. С помощью крепящего болта 32 и одного резьбового отверстия 31 в шайбе 24, сборку по п.2 (шайбу и торсион) неподвижно закрепляют внутри корпуса 20 амортизатора (фиг.3а, г).

4. К торцам корпуса 20 со сборкой по п.3 прикладывают передние шарнирные концы горизонтальных перьев 18 задней подвески так, чтобы подвижные концы торсиона 25 вошли в углубления концов перьев, выполненных на максимальном удалении от оси 26 корпуса 20 в пределах его внутреннего радиуса, а торцы корпуса 20 вошли в круговые пазы передних шарнирных концов перьев 18 (фиг.3а, б).

5. Сборку по п.4 скрепляют осью 26, для чего ось пропускают через центральное отверстие шарнира одного горизонтального пера 18, через торсион, шайбу и центральное отверстие шарнира второго пера 18. После этого концы оси жестко, например с помощью сварки или застопоренным винтом, скрепляют с передними шарнирами перьев 18 с возможностью вращения перьев как единого целого вокруг продольной геометрической оси корпуса 20 амортизатора (фиг.3а).

6. Горизонтальные перья 18, например с помощью сварки, жестко соединяют между собой металлической перемычкой 28, расположенной между задним колесом 15 и корпусом 20 амортизатора (фиг.2, 3а, б).

7. Сборку по п.6, например с помощью сварки, жестко прикрепляют к каретке велосипеда и нижнему концу подседельной трубы симметрично и так, чтобы оси каретки и корпуса амортизатора были параллельны, а горизонтальные перья 18 подвески находились под углом минус 17° к горизонту (к прямой линии, соединяющей оси двух колес велосипеда) для обеспечения в собранной задней подвеске начального крутящего момента торсиона.

8. К задним концам горизонтальных перьев 18 шарнирно прикрепляют нижние концы наклонных перьев 14.

9. С помощью усилия, приложенного к концам горизонтальных перьев 18, преодолевают начальный крутящий момент торсиона 25 и приводят перья 18 в горизонтальное положение, а верхние концы наклонных перьев 14 соединяют жестко перед подседельной трубой с помощью перемычки 29, на которой закреплен отбойник 11. Длина наклонных перьев 14 с учетом толщины отбойника такая, что горизонтальные перьев 18 в собранной подвеске удерживаются в горизонтальном положении. Наклонные перья 14 работают на растяжение, компенсируя начальный крутящий момент торсиона (фиг.1, 2).

10. Пару петель 13 основаниями жестко крепят, например с помощью сварки, напротив друг друга и параллельно между собой к верхней половине подседельной трубы, вдоль ее оси внутри рамы (фиг.1, 2).

11. К петлям 13 шарнирно крепят нижние концы линков 12 (фиг.1, 2).

12. Верхние концы линков 12 шарнирно соединяют с концами наклонных перьев 14. При этом перемычка верхних концов наклонных перьев 14 опирается на прикрепленный к подседельной трубе отбойник, а если отбойник 11 прикреплен к перемычке, то отбойник опирается на подседельную трубу (фиг.1, 2).

Амортизированная задняя подвеска собрана и готова к работе.

Работа амортизированной задней подвески

Работа амортизированной задней подвески поясняется номограммой фиг.4, на которой приведены зависимости:

- угол закручивания (ось ординат) подвижных концов торсиона в функции крутящего момента М, кгм (ось абсцисс). Функция графически представляет наклонную прямую Q (Q_p - отрезок прямой рабочей зоны торсиона). На номограмме обозначено: М_н - начальный крутящий момент торсиона, М_р - рабочий крутящий момент торсиона, M_max - максимальный крутящий момент торсиона;

- в рабочей зоне торсиона - наклонная прямая Q _p (не заштрихованная часть графика) угол закручивания (ось ординат) подвижных концов торсиона в функции нагрузки на велосипед Р (ось абсцисс) и М, где обозначено: h, мм (ось ординат) - ход задней подвески; Н, мм (ось ординат) - проседание каретки.

На велосипеде с собранной амортизированной задней подвеской торсион создает начальный крутящий момент М _н, как было описано выше. Горизонтальные перья 18 амортизированной задней подвески находятся в горизонтальном положении, в котором их удерживает перемычка 29, жестко соединенная с верхними концами наклонных перьев 14, (фиг.1, 2). Во всех известных автору велосипедах наклонные перья задней подвески работают на сжатие. Перемычка 29 упирается в отбойник 11, закрепленный на перемычке или на подседельной трубе (фиг.1, 2). При нагрузке велосипеда весом менее 60 кг (менее начального крутящего момента торсиона М _н=7,8 кгм), высота каретки над землей не меняется, и горизонтальные перья подвески остаются в горизонтальном положении. При нагрузке велосипеда больше 60 кг каретка проседает. При нагрузке велосипеда 80 кг каретка опускается на 36 мм от первоначального положения, и торсион закручивается до рабочего крутящего момента М_р =10,3 кгм, при этом ход подвески составляет 60 мм. Угол между горизонтальными перьями и горизонтом становится равным 6°, При максимальной нагрузке велосипеда, равной 100 кг, что соответствует максимальному крутящему моменту торсиона M_max=13 кгм, каретка проседает на 72 мм, при этом ход подвески составляет 120 мм. Угол между горизонтальными перьями 18 и горизонтом становится равным 12°.

Доказательство увеличения приемистости велосипеда по изобретению

На фиг.5 приведены схемы распределения толкающей силы G колеса задней подвески для прототипа 5а и изобретения 5б, где обозначено П_р - пружина амортизатора; - угол между двум направлениями сил G₁ и G ₂, на которые раскладывается сила G, толкающая велосипед вперед. Сила G₁ жестко толкает велосипед вперед, а G₂ мягко - через пружину амортизатора задней подвески. «Мягкая» сила уменьшает приемистость велосипеда.

В прототипе силы G₁ и G₂ направлены соответственно вдоль горизонтальных и наклонных перьев задней подвески, которые работают на сжатие.

По изобретению при рабочей нагрузке велосипеда 80 кг силы G₁ и G ₂ соответственно направлены вдоль горизонтальных перьев задней подвески, которые находятся под углом 6° к горизонту, и ортогонально горизонту на закручивание торсиона. Наклонные перья 18 силу, толкающую велосипед вперед, не передают, так как работают на растяжение.

Нетрудно показать, что силы G₁ («жесткая») и G₂ («мягкая» - упругая, через пружину), действующие вдоль разных направлений, рассчитываются по формулам (1) и (2), как части силы G, толкающей велосипед вперед

.

Для прототипа угол между наклонными и горизонтальными перьями составляет 34°, cos 34°=0,83, поэтому G₁=0,55G, а G ₂=0,45G.

«Жесткая» сила G ₁ составляет 55% силы G, толкающей велосипед вперед, а «мягкая» сила G2 - 45%, что уменьшает приемистость велосипеда.

По изобретению угол составляет 84°, cos 84°=0,104, следовательно, G₁=0,9G и G₂=0,1G.

«Жесткая» сила G₁ составляет 90% силы G, толкающей велосипед вперед, что увеличивает приемистость велосипеда по сравнению с прототипом.

Пример выполнения велосипеда с амортизированной задней подвеской

Рама 8 велосипеда выполнена из алюминиевых труб. Труба рулевой колонки имеет длину, равную 140 мм и наружный диаметр - 41 мм (фиг.1).

Верхняя труба рамы 8 имеет длину, равную 560 мм, и наружный диаметр - 35 мм.

Наклонная нижняя труба рамы 8 имеет длину, равную 630 мм, и наружный диаметр - 38 мм (у прототипа наружный диаметр трубы равен 50 мм при той же толщине стенок и материале трубы).

Подседельная труба рамы 8 имеет длину, равную 480 мм, и наружный диаметр - 35 мм.

Колеса 1 и 15 имеют размеры 26×2,1". На заднем колесе 15 закреплены соосно оси колеса семь ведомых звездочек.

Вилка 3 имеет пружинный амортизатор, как у прототипа (фиг.1).

Передний 2 и задний 16 тормоза выполнены дисковыми диаметром 160 мм.

Длина выноса 7 руля равна 80 мм.

Седло 9 мягкое, имеет три степени свободы для его крепления к подседельному штырю.

Подседельный штырь 10 имеет длину, равную 300 мм, и наружный диаметр - 27 мм.

Передний и задний переключатели передач имеют суппорты с ходом: передний в толщину трех ведущих звездочек, а задний в толщину семи ведомых звездочек.

Передний конец верхней трубы рамы 8 и верхний конец нижней трубы рамы с помощью сварки в одной плоскости соединены жестко с рулевой колонкой.

Каретка 23 приварена к нижним концам наклонной и подседельной труб рамы 8 перпендикулярно вертикальной плоскости симметрии велосипеда (фиг.1,2).

К нижнему концу подседельной трубы рамы 8 и каретке 23 параллельно ее продольной оси с помощью сварки закреплен корпус 20 амортизатора (фиг.1,2).

Наклонные 14 и горизонтальные 18 перья задней подвески выполнены из алюминиевых труб. Поперечина перьев 18 выполнена из стали, а поперечины перьев 14 выполнены из алюминия. С двух концов горизонтальных перьев приварены стальные шарниры. Кроме того, к нижним концам наклонных перьев также приварены стальные шарниры. Верхние концы наклонных перьев соединяются неподвижно металлической перемычкой, а с верхними отверстиями линков - шарнирно, нижние шарниры соединены подвижно с отверстиями на задних концах горизонтальных перьев. Передние шарниры горизонтальных перьев 18 соединяются с торцами корпуса 20 амортизатора с возможностью вращения на угол от - 17 до+12° к горизонтали.

Длина наклонных перьев задней подвески равна 490 мм, диаметр - 17 мм.

Длина горизонтальных перьев равна 420 мм, диаметр - 25 мм.

Линки 12 выполнены из алюминия и имеют длину, равную 100 мм, ширину - 30 мм и толщину - 8 мм, их нижние концы шарнирно соединены с петлями 13, а верхние - с поперечиной 29 верхних концов наклонных перьев 14 (фиг.1, 2).

Петли 13 выполнены из алюминия в форме равносторонних треугольников с тупым углом при вершине и имеют ширину основания, равную 70 мм, высоту - 50 мм и толщину - 5 мм, и приварены основаниями по середине подседельной трубы и вдоль нее (фиг.1, 2).

Отбойник 11 выполнен в виде цилиндра из резины и винтом прикреплен к перемычке 29 концов наклонных перьев 14 (фиг.1, 2). Диаметр и длина отбойника равны 20 мм.

Торсион 25 выполнен из стальной проволоки марки 25Х13М2 диаметром 10 мм, в виде цилиндрической пружины из двух половин с противоположными направлениями навивки витков. Внешний диаметр торсиона равен 40 мм (минусовый допуск 0,1 мм), внутренний - 20 мм, длина - 60 мм. Длина подвижных концов торсиона равна 6 мм (фиг.3а). Концы предназначены для их неподвижного крепления к передним концам горизонтальных перьев. Корпус 20 амортизатора, его ось 26, шайба 24 и все перемычки выполнены из стали марки СТ3. Торсион работает на закручивание каждой половины пружины в одну сторону - подвижные концы торсиона вращаются с нижнего положения, в сторону конца велосипеда и вверх.

Корпус 20 амортизатора выполнен в виде отрезка металлической цилиндрической трубы, внутренний диаметр которой равен 40 мм (плюсовый допуск 0,1 мм), наружный - 50 мм, длина - 66 мм и жестко прикреплен - приварен к каретке и нижнему концу подседельной трубы (фиг.3а).

На стенке корпуса по середине его длины выполнено сквозное отверстие диаметром 8 мм, которое служит для неподвижного крепления шайбы 24 в корпусе 20 с помощью крепежного болта М8 (фиг.3а).

Круглая стальная шайба 24 имеет диаметр, равный 40 мм (минусовый допуск 0,1 мм), и толщину - 9 мм.

В шайбе 24 соосно ее оси симметрии выполнено сквозное цилиндрическое отверстие диаметром 10 мм (плюсовый допуск 0,1 мм) (фиг.3а, в, г). Со стороны цилиндрической боковой поверхности шайбы параллельно ее оси симметрии выполнен паз шириной и глубиной 10 мм (плюсовый допуск 0,1 мм) (фиг.3в, г). Кроме того, на боковой цилиндрической поверхности шайбы 24 по ее радиусу напротив поперечного паза в шайбе под углами - 8; 0; +8° выполнены три глухих отверстия с резьбой под болт М8 (фиг.3г). Эти отверстия предназначены для изменения начального крутящего момента торсиона 25 после жесткого соединения корпуса амортизатора с кареткой и подседельной трубой и неподвижного крепления шайбы в корпусе 20 амортизатора.

К торцам корпуса 20 с помощью его оси 26 шарнирно прикреплены с двух сторон передние концы горизонтальных перьев 18 задней подвески (фиг.3а). Подвижные концы торсиона 25 неподвижно закреплены в пазах, выполненных на передних концах горизонтальных перьев 18 (фиг.3а).

Ось 26 корпуса 20 выполнена из стали марки Ст3 диаметром, равным 10 мм (минусовый допуск 0,1 мм), длиной - 80 мм и с помощью сварки концы оси жестко прикреплены к передним концам горизонтальных перьев 18 задней подвески. Средняя неподвижная часть 27 торсиона 25 имеет длину 9 мм и закреплена неподвижно в пазу шайбы 24 (фиг.3в, г). Шайба 24 неподвижно закреплена внутри корпуса 20 с помощью болта М8, пропущенного в сквозное отверстие в стенке корпуса и ввинченного в среднее резьбовое отверстие шайбы 24 (фиг.3а, г).

Стальная поперечина 28 горизонтальных перьев 18 задней подвески приварена к ним между задним колесом 15 и корпусом 20 амортизатора. Первая поперечина 30 наклонных перьев 14 подвески жестко закреплена на перьях между задним колесом и подседельной трубой на расстоянии 50 мм от нее, а вторая поперечина 29 жестко прикреплена к верхним концам перьев 14.

Исходные данные для расчета параметров задней подвески

1. Вес велосипедиста - 80 кг (рабочая нагрузка на велосипед).

2. Ход задней подвеске - 120 мм.

3. Длина горизонтального пера задней подвески 420 мм

4. Расстояние между осями колес велосипеда 1080 мм.

Основные параметры задней подвески

1. Тип пружины и направления навивки витков торсиона.

2. Материал проволоки пружины торсиона.

3. Распределение нагрузки на переднюю и заднюю ось колес велосипеда.

4. Крутящие моменты торсиона: рабочий, начальный и максимальный.

5. Диаметр проволоки торсиона.

6. Угол закручивания 9 подвижных концов торсиона.

7. Максимальная длина продольного перемещения верхних концов наклонных перьев.

Расчет параметров торсиона

Расчет параметров торсиона произведен по методике, изложенной в книге В.А.Заплетохина «Конструирование деталей механических устройств». Ленинград. «Машиностроение», 1990 г, сс.284-287. Таблица 3.47. Пример расчета пружины кручения (торсиона).

1. В качестве торсиона была выбрана цилиндрическая пружина, выполненная из двух половин с противоположными направлениями навивки витков. Средняя часть торсиона между двух половин закреплена неподвижно. Подвижные концы торсиона работают на закручивание витков обеих половин торсиона в одну сторону и закреплены на передних концах горизонтальных перьев задней подвески.

2. В качестве материала проволоки торсиона выбрана сталь марки 25Х13М2, предел прочности которой - _пп равен 300 кг/мм².

3. Распределение нагрузки на переднюю и заднюю оси колес.

Расстояние между осями колес велосипеда 1080 мм. Расстояние от каретки до передней оси равно 660 мм, до задней - 420 мм.

По методике, приведенной в книге В.И.Федосеева, Сопротивление материалов, Москва, «Наука», 1974 г., с.121, рассчитано, что при весе велосипедиста 80 кг на заднюю ось велосипеда приходится 49 кг, на переднюю - 31 кг. На задний конец одного горизонтального пера задней подвески приходится нагрузка 24,5 кг.

4. Крутящие моменты торсиона: рабочий, начальный и максимальный.

Рабочий крутящий момент М равен произведению длины горизонтального пера - 0,42 м на рабочую нагрузку 24,5 кг и составляет 10,3 кгм.

Начальный крутящий момент Мн принимаем равным 0,75М, поэтому он равен 7,8 кгм.

Максимальный крутящий момент M_max принимаем равным 1,25 М, поэтому он равен 13 кгм.

5. Диаметр проволоки пружины.

Диаметр d проволоки пружины рассчитывался по формуле

,

где ³ - кубический корень из подкоренного выражения;

К - коэффициент, значения которого лежат в пределах 1,1-1,4, принимаем К=1,2;

- допустимое напряжение принимаем равным 150 кг/мм ², что составляет половину предела прочности стали марки 25X13M2 (300 кг/мм²).

Диаметр d проволоки округляем до целых значений миллиметров -10 мм.

6. Угол закручивания подвижных концов торсиона.

Угол закручивания при максимальной нагрузке велосипеда 100 кг, при длине горизонтального плеча задней подвески r=0,42 м и максимальном вертикальном ходе задней оси колеса велосипеда на упругой подвеске R=0,12 м рассчитывался по формуле (2)

.

7. Из геометрических построений осей труб задней подвески легко показать, что максимальная длина продольного перемещения верхних концов наклонных перьев, по данным п.6, равна 50 мм.

Отличительные признаки изобретения

Корпус 20 амортизатора, ось 26 корпуса амортизатора, круглая шайба 24, крепежный болт, вторая поперечина, которая жестко соединяет верхние концы наклонных перьев 18, и упругий отбойник 11.

Цилиндрическая пружина амортизатора выполнена в виде торсиона 25 из двух половин пружины с противоположными направлениями навивки витков, середина 27 торсиона закреплена неподвижно, внешний диаметр торсиона равен или меньше внутреннего диаметра корпуса 20 амортизатора, а его внутренний диаметр больше диаметра оси 26 корпуса амортизатора, подвижные концы торсиона закреплены неподвижно в выемках передних шарнирных концов горизонтальных перьев 18 подвески на максимально возможном удалении от оси 26 корпуса 20 амортизатора в пределах его внутреннего радиуса.

Корпус 20 амортизатора выполнен в виде отрезка цилиндрической трубы, внутренний диаметр которой равен или больше наружного диаметра торсиона 25, длина корпуса равна сумме длины торсиона, без учета длины его подвижных концов, и удвоенной глубины кругового паза, выполненного на шарнирах передних концов горизонтальных перьев 18 подвески.

В корпусе 20 амортизатора размещены соосно: торсион 25, ось 26 корпуса 20 амортизатора и круглая шайба 24. Шайба 24 в корпусе размещена так, что сквозное отверстие в стенке корпуса 20 совпадает с одним из глухих отверстий 31 в шайбе и закреплена болтом 32.

На передних шарнирных концах горизонтальных перьев 18 выполнены: центральные круглые отверстия для оси корпуса 20 амортизатора, круговые пазы для подвижного соединения с торцами корпуса 20 и углубления для неподвижного крепления подвижных концов торсиона 25.

Шарнирные передние концы горизонтальных перьев 18 задней подвески крепятся к торцам корпуса 20 амортизатора с помощью оси 26 корпуса амортизатора с возможностью вращения вокруг его геометрической оси как единого целого, концы оси амортизатора жестко скреплены с передними шарнирными концами горизонтальных перьев.

К нижнему концу подседельной трубы и каретке, параллельно ее оси, жестко прикреплен корпус 20 амортизатора задней подвески.

Длина второй поперечины наклонных перьев 14 больше диаметра подседельной трубы, а длина наклонных перьев и толщина отбойника 11 обеспечивают горизонтальной положение горизонтальных перьев на собранной задней подвеске при компенсации начального крутящего момента торсиона.

Петли 13 основаниями жестко прикреплены к передней средней части подседельной трубы и расположены вдоль нее, нижние концы линков 12 шарнирно соединены с петлями 13, длина линков больше продольного перемещения наклонных перьев задней подвески при максимально допустимой нагрузке велосипеда, к другим концам линков прикреплены шарнирно верхние концы, жестко соединенные второй поперечиной 29, наклонных перьев 14 задней подвески, отбойник 11 жестко закреплен на второй поперечине или на подседельной трубе напротив второй поперечины.

В стенке корпуса 20 амортизатора по середине его длины выполнено сквозное отверстие, диаметр которого меньше толщины шайбы 24, диаметр шайбы равен внутреннему диаметру корпуса 20 амортизатора, а толщина шайбы больше диаметра болта, в шайбе в ее центре выполнено сквозное круглое отверстие, диаметр которого равен или больше диаметра оси 26 корпуса 20 амортизатора, на круглой боковой поверхности шайбы 24 параллельно оси симметрии выполнен паз шириной и глубиной, равной диаметру проволоки торсиона 25.

На круглой боковой поверхности шайбы 24 вдоль ее радиусов выполнены со стороны, противоположной пазу, два или больше глухих отверстия 31 с резьбой под болт.

Средняя часть 27 торсиона 25 между двумя половинами его пружины установлена неподвижно в пазу шайбы 24, шайба неподвижно закреплена внутри корпуса 20 с помощью болта, пропущенного через отверстие в стенке корпуса и ввинченного в одно из глухих боковых отверстий 31 шайбы 24.

Отличительные признаки изобретения обеспечивают технический результат изобретения: уменьшен веса велосипеда на 3 кг, устранен люфт в задней подвеске, увеличена приемистость велосипеда и созданы удобства для деловых поездок.