RU2207284C2

RU2207284C2 - Bicycle

Info

Publication number: RU2207284C2
Application number: RU2000130948/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Медведев
Original assignee: Медведев Вячеслав Петрович
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: invention relates to drive of bicycle propulsive devices which not come in contact with road. Proposed aerodynamic propulsive devices 8, such as centrifugal fans, are arranged at both sides of frame, and they force out air in plane of rotation of working wheels. There is no transmission of rotation from pedal drive 2, 11 directly to rear wheel 5. Rotation of working wheels of both propulsive 8 is provided by common shaft 9 on which gear 10 is rigidly mounted. Driven sprocket 7 and gear wheel 6 connected with gear 10 are rigidly secured on axle 4. rear wheel 5 can rotate only on axle 4 installed for rotation in frame rear fork. Wheels can be replaced by skies or skates. EFFECT: increased speed of riding. 5 dwg

Description

Изобретение относится к велотранспорту и может быть использовано для увеличения скорости движения велосипеда на ровной (без подъема) дороге. Область использования данного изобретения ограничена дорогами с уклоном не более 12 градусов. The invention relates to cycling and can be used to increase the speed of a bicycle on a flat (without lifting) road. The scope of this invention is limited to roads with a slope of not more than 12 degrees.

Известен велосипед, содержащий раму, педальный привод, установленный в ней, цепную передачу, связывающую педальный привод с ведущим задним колесом, установленным в задней вилке рамы, переднее колесо, установленное в передней поворотной вилке рамы, жестко связанной с рулем, седло, закрепленное на раме, и ручные тормозные устройства (см., например, каталог велосипедов ПО "Пермский машиностроительный завод им. Октябрьской Революции" ордена Трудового Красного Знамени тип. изд. "Звезда", 614600, г. Пермь, ГСП-131, ул. Дружбы, д. 34, заказ 5764). A bicycle is known comprising a frame, a pedal drive installed therein, a chain gear linking the pedal drive to a driving rear wheel mounted in a rear fork of the frame, a front wheel mounted in a front rotary fork of the frame rigidly connected to the steering wheel, a saddle mounted on the frame , and manual brake devices (see, for example, the catalog of bicycles PO Perm Machine-Building Plant named after the October Revolution of the Order of the Red Banner of Labor, publishing house Zvezda, 614600, Perm, GSP-131, Druzhby St., d 34, order 5764).

Движущей силой этого известного велосипеда является сила взаимодействия заднего ведущего колеса с дорогой. The driving force of this famous bike is the power of the interaction between the rear drive wheel and the road.

Максимальная скорость велосипеда достигается при максимальной скорости вращения шатунов педального привода ω_ш _max.The maximum speed of the bike is achieved at the maximum speed of rotation of the connecting rods of the pedal drive ω _w _max .

По достижении ω_ш _max, которая не может быть более определенного физиологического предела человека, скорость велосипеда не может быть более увеличена, т.к. для этого нужно увеличить ω_ш более физически возможного предела. Поэтому, несмотря на интенсивное вращение педалей, ведущее колесо лишь катится по дороге, но не отталкивается от нее.Upon reaching ω _w _max , which cannot be more than a certain physiological limit of a person, the speed of the bicycle cannot be more increased, because for this it is necessary to increase ω _w more physically possible limit. Therefore, despite the intensive pedaling, the drive wheel only rolls along the road, but does not push away from it.

Это можно считать недостатком известного велосипеда, если дорожные условия позволяют более высокую скорость движения. This can be considered a disadvantage of the well-known bicycle, if road conditions allow a higher speed.

Известен также аэродинамический движитель, вектор тяги которого располагается в плоскости вращения его рабочего колеса (см. патент Российской Федерации на изобретение 2136539 того же автора). Also known is an aerodynamic propulsion device, the thrust vector of which is located in the plane of rotation of its impeller (see the patent of the Russian Federation for invention 2136539 of the same author).

Этот движитель, плоский по конструкции, содержит корпус и установленное в нем с возможностью вращения рабочее колесо, при вращении которого создается тяга Т, действующая на корпус движителя. При этом
T = ρω²R³h,
где ρ - плотность воздуха;
ω - угловая скорость вращения рабочего колеса движителя;
h - высота рабочего колеса (ширина лопаток рабочего колеса).This mover, flat in design, contains a housing and an impeller mounted in it with the possibility of rotation, the rotation of which creates a thrust T acting on the housing of the mover. Wherein
T = ρω ² R ³ h,
where ρ is the density of air;
ω is the angular velocity of rotation of the impeller of the propulsion device;
h is the height of the impeller (the width of the blades of the impeller).

Указанный выше недостаток известного велосипеда устраняется тем, что велосипед, содержащий раму, педальный привод, установленный в ней, цепную передачу, связывающую педальный привод с ведущим задним колесом, установленным в задней вилке рамы, переднее колесо, установленное в передней поворотной вилке рамы, жестко связанной с рулем, седло, закрепленное на раме, и ручные тормозные устройства, снабжен двумя аэродинамическими движителями, векторы тяги которых расположены в плоскости вращения их рабочих колес, жестко закрепленными на раме по обе стороны от заднего колеса, заднее колесо установлено с возможностью вращения на оси, установленной с возможностью вращения в задней вилке рамы, на оси жестко закреплены ведомая звездочка и зубчатое колесо, соединенное с приводной шестерней, жестко установленной на валу движителей. The aforementioned disadvantage of the known bicycle is eliminated by the fact that a bicycle containing a frame, a pedal drive installed in it, a chain gear connecting the pedal drive with a driving rear wheel mounted in the rear fork of the frame, a front wheel mounted in the front rotary fork of the frame, rigidly connected with a steering wheel, a saddle mounted on the frame, and hand brake devices, equipped with two aerodynamic propulsion devices, the thrust vectors of which are located in the plane of rotation of their impellers, rigidly fixed to the frame along both sides of the rear wheel, the rear wheel is mounted rotatably on an axis mounted rotatably in the rear fork of the frame, a driven sprocket and a gear connected to the drive gear rigidly mounted on the shaft of the propellers are rigidly fixed to the axis.

Такое выполнение велосипеда позволяет получить (без учета сил сопротивления) движущую силу (тягу Т), независимую от скорости его движения, и, тем самым, в соответствии с формулой T=m•а получить ускорение, т.е. увеличить скорость движения (здесь m - масса велосипеда вместе с велосипедистом, a - ускорение). При этом движущая сила Т получается без устройств переключения скоростей. This embodiment of the bike allows you to get (without taking into account the resistance forces) a driving force (traction T), independent of its speed, and, therefore, in accordance with the formula T = m • а get acceleration, i.e. increase the speed of movement (here m is the mass of the bicycle with the cyclist, a is the acceleration). In this case, the driving force T is obtained without gear shifting devices.

На фиг.1 дана схема предлагаемого велосипеда с аэродинамическими движителями. Figure 1 is a diagram of the proposed bike with aerodynamic propulsion.

На фиг.2 - схема установленной в задней вилке оси с закрепленными на ней ведомой звездочкой, зубчатым колесом и установленным на ней с возможностью вращения задним колесом. Figure 2 is a diagram of an axis installed in the rear fork with a driven sprocket, a gear wheel mounted on it and a rear wheel mounted on it with the possibility of rotation.

На фиг. 3 дана схема велосипеда, установленного на коньках (коньковый велосипед). In FIG. Figure 3 is a diagram of a bicycle mounted on skates (ridge bicycle).

На фиг.4 дана схема лыжного велосипеда (вид сбоку). Figure 4 is a diagram of a ski bike (side view).

На фиг.5 - то же, вид сверху. Figure 5 is the same, top view.

Велосипед состоит из рамы 1 с установленным в ней педальным приводом 2. В задней вилке 3 рамы установлена с возможностью вращения ось 4, на которой с возможностью вращения установлено заднее колесо 5. На оси 4 жестко закреплены зубчатое колесо 6 и звездочка 7. На раме 1 по обе стороны колеса 5 закреплены два аэродинамических движителя 8, имеющих одну общую ось вращения 9 рабочих колес движителей. На оси 9 закреплено зубчатое колесо 10, сцепляемое с зубчатым колесом 6. При этом образуется убыстряющая передача вращения от оси 4 к оси 9 рабочих колес движителей. Звездочка 7 цепью 11 соединена с ведущей звездочкой 12 педального привода 2. The bicycle consists of a frame 1 with a pedal drive installed in it 2. In the rear fork 3 of the frame, an axis 4 is mounted for rotation, on which the rear wheel 5 is mounted for rotation. A gear wheel 6 and an asterisk 7 are rigidly fixed. On the frame 1 on both sides of the wheel 5 are fixed two aerodynamic propellers 8 having one common axis of rotation 9 of the impellers of the propulsors. A gear wheel 10 is fixed to the axis 9, coupled to the gear wheel 6. An accelerated transmission of rotation is formed from the axis 4 to the axis 9 of the impellers of the propellers. Sprocket 7 chain 11 is connected to the drive sprocket 12 of the pedal drive 2.

Велосипед работает следующим образом. При вращении педалей, благодаря цепной убыстряющей передаче, вращается ось 4. Убыстряющая передача, состоящая из зубчатых колес 6 и 9, приводит во вращение рабочие колеса движителей 8. Воздух, выбрасываемый движителями, создает на их корпусах тягу Т, движущую велосипед вперед. The bike works as follows. When the pedals rotate, due to the chain accelerating gear, the axis 4 rotates. The accelerating gear, consisting of gears 6 and 9, rotates the impellers of the propellers 8. The air emitted by the propellers creates traction T on their bodies, which moves the bike forward.

Пусть, например, угловая скорость вращения движителя
ω = 120c^-1 ≅ 1200 об/мин,
R = 0,25 м,
h = 0,36 м
скорость выбрасываемого воздуха
V = ωR = 120•0,25 = 30 м/с.Let, for example, the angular velocity of rotation of the propulsion
ω = 120c ^-1 ≅ 1200 rpm,
R = 0.25 m
h = 0.36 m
air velocity
V = ωR = 120 • 0.25 = 30 m / s.

Тогда

Затрачиваемая мощность

Такую мощность велосипедист в состоянии затрачивать в течение длительного времени.Then

Power spent

The cyclist is able to spend such power for a long time.

При этом передаточное число от шатунов к валу движителей

Здесь принимается

При передаточном числе от шатунов к оси 4 колеса

передаточное число от оси 4 к оси движителя

что вполне осуществимо. Здесь ω_o - угловая скорость вращения оси 4.In this case, the gear ratio from the connecting rods to the propeller shaft

Accepted here

With gear ratio from connecting rods to axle 4 wheels

gear ratio from axis 4 to the axis of the propulsion

which is quite feasible. Here ω _o - the angular velocity of rotation of the axis 4.

В известном велосипеде тяга определяется формулой
FR_шi_ш-кол = TR_кол.In a famous bike, traction is given by
FR _W i _W-count = TR _count

где F - сила нажатия на педаль шатуна,
R_ш - радиус шатуна,
i_ш-кол - передаточное число от шатуна к ведущему колесу велосипеда.where F is the pressure on the connecting rod pedal,
R _W - radius of the connecting rod,
i _w-count - gear ratio from the connecting rod to the driving wheel of the bicycle.

Если R_кол = 30 см, R_ш = 18 см, F = 50 кг (сила почти равна весу велосипедиста), то

Таким образом, максимальная движущая сила известного велосипеда не превышает 10 кг, но при низкой скорости движения, т.к. при этом
ω_ш не более 0,5об/с ≅ 3c^-1,
ω_кол = 9c^-1
а скорость велосипеда

Затрачиваемая мощность при этом

Если принять, что

то при

ω_кол = 54c^-1,
а скорость велосипеда при R_кол = 0,3 м

При такой скорости имеет значение сила лобового сопротивления Q, действующая на велосипед с велосипедистом.If R _number = 30 cm, R _W = 18 cm, F = 50 kg (the force is almost equal to the weight of the cyclist), then

Thus, the maximum driving force of a known bicycle does not exceed 10 kg, but at a low speed, because wherein
ω _w not more than 0.5 rpm ≅ 3c ^-1 ,
ω _count = 9c ^-1
and bike speed

Power spent

If you accept that

then at

ω _count = 54c ^-1 ,
and the speed of the bike with R _count = 0.3 m

At this speed, the drag force Q acting on a bicycle with a cyclist matters.

Известно, что сила лобового сопротивления

где C_x - коэффициент лобового сопротивления,
S - мидель велосипеда,
ρ - плотность воздуха,
V_вел - скорость велосипеда.It is known that the drag force

where C _x - drag coefficient,
S - midsection of the bike,
ρ is the density of air,
V _led - bike speed.

Если принять
S = 0,5 м²,
С_х = 0,5,

то
Q = 0,5•0,5•0,125•16,7²/2 = 4,5 кг.If accept
S = 0.5 m ²
C _x = 0.5,

then
Q = 0.5 0.5 • • • 0.125 16.7 ^2/2 = 4.5 kg.

Таким образом, при скорости

у предлагаемого велосипеда имеется движущая сила (Т-Q) = 10-4,5 = 5,5 кг, что позволяет развить ему еще большую скорость, до того момента, когда силы сопротивления не станут равны движущей силе.Thus, at speed

the proposed bicycle has a driving force (T-Q) = 10-4.5 = 5.5 kg, which allows it to develop even greater speed, until the moment when the resistance forces do not become equal to the driving force.

Действительно,

(здесь

G - вес велосипедиста с велосипедом,
g - ускорение свободного падения)
и по прошествии времени t = 6 с скорость велосипеда
V_вел. = V_о+at = 16,2+0,55•6 = 19,5 м/c = 70 км/ч.Really,

(here

G is the weight of the cyclist with the bicycle,
g - gravity acceleration)
and after time t = 6 s, the speed of the bicycle
V _led. = V _о + at = 16.2 + 0.55 • 6 = 19.5 m / s = 70 km / h.

Известный велосипед при скорости V_вел = 16 м/с имеет угловую скорость вращения колеса

что равно предельной физической скорости вращения шатунов педалей и, следовательно, скорость велосипеда не может быть более повышена.Famous bicycle at a speed of V _led = 16 m / s has an angular speed of rotation of the wheel

which is equal to the maximum physical speed of rotation of the connecting rods of the pedals and, therefore, the speed of the bicycle cannot be increased more.

Следует отметить, что предлагаемый велосипед не может преодолевать подъемы (уклоны) дороги выше 12 градусов, т.к. It should be noted that the proposed bike can not overcome the climbs (slopes) of the road above 12 degrees, because

T ≥ Gsin12^o.T ≥ Gsin12 ^o .

При G = 75 кг
T ≥ 75•0,2 = 15 кг,
что можно обеспечить немного увеличив ω_ш. Поэтому предлагаемый велосипед предназначен для использования на ровных дорогах, где он обеспечивает более высокую скорость. Несмотря на дополнительные элементы (движители и зубчатую передачу привода), конструкция велосипеда мало усложняется, т.к. отпадает необходимость в устройстве перемены скоростей, а движители и зубчатое колесо на оси заднего колеса можно изготовить из легких пластиковых материалов. Если заменить колеса велосипеда на пару коньков - передний и задний (или лыж), то получится коньковый велосипед, который может быть использован на катках, т.е. для перемещения по льду.At G = 75 kg
T ≥ 75 • 0.2 = 15 kg
which can be achieved by slightly increasing ω _w . Therefore, the proposed bike is intended for use on flat roads, where it provides higher speed. Despite the additional elements (propellers and gear drive), the design of the bike is a little complicated, because there is no need for a device for changing speeds, and the propulsors and gear on the axis of the rear wheel can be made of lightweight plastic materials. If you replace the bicycle wheels with a pair of skates - front and rear (or skis), you get a skate bicycle that can be used on skating rinks, i.e. to move on ice.

Claims

A bicycle containing a frame, a pedal drive installed therein, a chain gear, a rear wheel mounted in a rear fork of a frame, a front wheel mounted in a front swivel fork of a frame rigidly connected to the steering wheel, a saddle mounted on the frame, and hand brake devices, characterized in that it is equipped with two aerodynamic propellers, the thrust vectors of which are located in the planes of rotation of their impellers, rigidly mounted on the frame on both sides of the rear wheel, the impellers of the aerodynamic propellers are installed They are mounted on a common shaft, the rear wheel is rotatably mounted on an axis mounted rotatably in the rear fork of the frame, the driven sprocket and gear wheel are rigidly fixed to the axis, connected to the drive gear mounted rigidly on the common shaft of the aerodynamic propellers.