Изобретение относится к транспортным средствам, аккумулирующим энергию в маховике. Велосипед имеет привод, соединенный с ведущим колесом (2) и с маховиком (8), который имеет пружинную подвеску (19) с возможностью прижима маховика (8) к ведущему колесу (2). При этом ведущее колесо (2) своими фланцами (6) установлено на подшипниках (7) на раме (1), а маховик (8) установлен на двухрычажном маятнике (10) внутри ведущего колеса (2) с возможностью прижима маховика (8) к внутренней поверхности обода (3) колеса (2). Техническое решение направлено на обеспечение периодической, через короткие промежутки времени, передачи части накапливаемой энергии от маховика на ведущее колесо. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть применено на различных транспортных средствах, велосипедах, инвалидных колясках.
Известны транспортные средства, в которых аккумулируется механическая энергия и затем передается на колесо транспортного средства. Рекуператор имеет вид ленточной пружины (RU 2097248, 1997 г.). В US 4037854, 1977 г. раскрыт привод велосипеда, соединенный с ведущим колесом и с маховиком, имеющим пружинную подвеску с возможностью прижима маховика к ведущему колесу. В JP 08-169381, 1996 г. раскрыт маховик, части которого имеют возможность прижима к внутренней поверхности выходного звена. В US 2588681, 1951 г. раскрыт привод, в котором тяжелый шар посредством рычага поднимается внутри полого цилиндра, а затем стремится привести его вращение посредством своей массы. Далее полый цилиндр передает вращение колесу, внутри которого он расположен.
Создание двигателей, движителей и других устройств для получения нетрадиционных видов механической энергии, ее воспроизводство, аккумулирование и использование являются важными направлениями в развитии и совершенствовании динамичных, малогабаритных и доступных транспортных средств. В предлагаемом велосипеде с инерционным движителем, приводимым в действие мускульной силой человека, или приводным двигателем, рабочее тело, выполненное в виде тонкостенного цилиндрического кольца и расположенное на крестовине, при вращении создает и накапливает кинетическую энергию момента инерции вращения этого рабочего тела. Часть накапливаемой энергии периодически, через короткие промежутки времени, рабочим телом передается на ведущее колесо велосипеда и вызывает его поступательное движение.
Заявленный велосипед имеет привод, соединенный с ведущим колесом и с маховиком, имеющим пружинную подвеску, с возможностью прижима маховика к ведущему колесу, и характеризуется 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.
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.
Двухрычажный маятник одними концами рычагов установлен на подшипниках оси педалей, а на других концах рычагов маятника установлен на подшипниках вал с маховиком, которые имеют возможность смещения относительно оси педалей на небольшой угол.
Маховик посредством двух пружин имеет возможность находиться в подвешенном состоянии, с исключением касания маховика с внутренней поверхностью ведущего колеса.
Внутренняя поверхность обода колеса и наружный периметр рабочего тела маховика покрыты фрикционным составом.
Колесо состоит из обода, боковых дисков с фланцами под опорные подшипники, при этом с одним из фланцев соединена звездочка с муфтой свободного хода.
На ободе колеса расположены две и более велосипедных шин.
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. педали обеспечивают вращение и раскручивание только маховика;
При вращении педалей возможности движения с использованием инерционного движителя, так и без использования.
Может быть установлен двигатель, который связан с приводом посредством цепи, соединенной с ведущей звездочкой.
Управляемое переднее колесо может быть установлено на стойке во втулке рамы, или управляемых два колеса могут быть 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.
Сиденье может быть выполнено поворотным.
Тормозная колодка, воздействующая непосредственно на шины колеса, установлена на пальце на раме в зоне сиденья и соединена с рычагом для обеспечением торможения.
На фиг.1 изображен велосипед с приводом только от педалей (вид сбоку).
На фиг.2 изображен этот же велосипед (вид спереди).
На фиг.3 изображено устройство колеса, внутри которого находится маховик.
На фиг.4 изображен велосипед с дополнительным двигателем.
На фиг.5-7 изображены схемы сил, воздействующие на маховик и колесо.
Предлагаемая конструкция транспортного средства состоит из рамы 1, ведущего колеса 2, инерционного движителя, приводного двигателя или ножного привода с цепной передачей, управляемого переднего или задних колес с рулем, тормоза. Рама 1 сварная, трубчатого сечения. Ведущее колесо 2 состоит из обода 3 с шинами 4, боковых дисков 5 с фланцами 6 и подшипников 7 и установлено в гнездах 5 рамы 1.
Инерционный движитель состоит из маховика 8, вала 9, двухрычажного маятника 10, муфты свободного хода 11. Маховик 8 включает рабочее тело 13, выполненное в виде тонкостенного цилиндрического кольца, крестовину 14, установленную на валу 9. Рабочее тело 13 расположено на периметре крестовины 14 маховика 8, внутри ведущего колеса 2. Двухрычажный маятник 10 одними концами на подшипниках 45 установлен на оси 16 педалей 17, на других концах маятника 10 установлен на подшипниках 18 вал 9 с маховиком 8. Маятник 10 может поворачиваться относительно оси 16 на небольшой угол и поддерживается пружинами 19 в подвешенном положении, исключая несанкционированное касание маховика 8 с ободом 3, так как ось вала 9 смещена относительно оси колеса 2.
Ножной, мускульный привод маховика 8, расположенный с одной стороны колеса 2, включает ведущую звездочку 20, установленную на оси 16, двойную звездочку 21, расположенную на пальце 22 маятника 10, и звездочку 23 с муфтой 11 свободного хода, установленную на валу 9, звездочки парами соединены цепями 24.
С другой стороны колеса 2 расположен привод колеса 2, включающий звездочку 25 с муфтой 12 свободного хода, установленные на фланце 6 диска 5 колеса 2, и звездочку 26, закрепленную на оси 16, звездочки 25 и 26 соединены цепью.
Переднее колесо 27 с рулем 28 управляемое, установлено на стойке 29 во втулке 30 рамы 1, или два спаренных, рулевых управляемых колеса 31, расположенных сзади велосипеда на оси 32, с общей стойкой 33, установленной во втулке 34 на раме 1, на стойке 33 снизу закреплен зубчатый сектор 35, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором 36 руля 37, руль 37 установлен во втулке 38 на раме 1.
Приводной двигатель 39 соединен цепью со звездочкой 26. Сиденье 41 поворотное. Тормозная колодка 42 установлена на пальце 43 на раме 1 возле сиденья 41 и соединена с рычагом 44, при торможении колодка 42 прижимается непосредственно к шинам 4 колеса 2.
Работа велосипеда с инерционным движителем. При вращении педалей 17 усилие передается через звездочки 20, 21, 23, цепь 24 и муфту свободного хода 11 на маховик 8, одновременно через звездочки 25 и 26, цепь и муфту свободного хода 12 усилие передается на колесо 2, в результате велосипед движется и раскручивается маховик 8, который накапливает кинетическую энергию момента инерции вращения рабочего тела 13.
При нажатии на маятник 10 последний вместе с вращающимся маховиком 8 поворачивается на малый угол ϕ (фиг. 5-7), периодически, на короткий промежуток времени прижимает периметр рабочего тела 13 маховика 8 к внутренней поверхности обода 3 колеса 2 в точке А (на линии АА), соприкасающиеся поверхности рабочего тела 13 и обода 3 покрыты фрикционным составом, часть кинетической энергии передается ободу 3 колеса 2, возникает сила Р реакции обода 3, которая вызывает силу Р д поступательного движения маховика 8.
Кроме этого, в период контакта маховика 8 с ободом 3 колеса 2 в точке А (на линии АА) скорости масс точек рабочего тела 13 изменяются и на линии контакта АА возникает мгновенный центр вращения (МЦВ) рабочего тела 13, скорость МЦВ равна нулю, в это мгновение проявляется момент силы М массы mcp рабочего тела 13 на плече мгновенного радиуса R относительно МЦВ, этот момент силы М также вызывает силу Р м поступательного движения маховика 8. В результате на велосипед от маховика 8 воздействуют две силы поступательного движения:
а) сила Р д момента инерции вращения рабочего тела 13 маховика 8,
Т=J·ω 2 · 1 / 2 , где Т - кинетическая энергия вращения рабочего тела 13,
a J=m·r 2 , где J - момент инерции рабочего тела 13 (кг·м 2), m - масса рабочего тела 13, r - радиус рабочего тела 13, ω - угловая скорость вращения рабочего тела 13;
б) момент силы М массы mcp рабочего тела 13 маховика 8 относительно МЦВ,
а М=mcp·R, где М - момент силы массы mcp рабочего тела 13 относительно МЦВ; mcp - масса части рабочего тела 13, которая расположена выше его горизонтального диаметра; R - мгновенный средний радиус рабочего тела 13 при повороте рабочего тела 13 относительно МЦВ.
При массе m рабочего тела 5 кг и 2000 оборотов в минуту (40000 рад в сек) рабочего тела 13 и его радиусе r, равном 0,3 м, кинетическая энергия Т=9000 кг·м 2 ·рад·сек 2 .
При вращении твердого тела вокруг оси роль массы играет момент инерции. В процессе движения велосипеда расход энергии составит около 3 кгм в секунду, что обеспечит скорость движения велосипеда не менее 50 км/час в течение 150 секунд без подзарядки (раскручивания) рабочего тела 13. За это время будет израсходовано около 50% максимального запаса его кинетической энергии. На подзарядку (раскручивание) маховика 8 с рабочим телом 13 до расчетной величины числа оборотов потребуется несколько секунд. Период контакта рабочего тела 13 маховика 8 с ободом 3 колеса 2 равен 4-6 секунд через промежутки 8-10 секунд.
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.
Похожие патенты:
Изобретение относится к производству спортивного и прогулочного снаряжения и может быть использовано при создании новых моделей тренажеров и снарядов-аналогов: велосипедов, самокатов, роликовых коньков, лыж, снегоходов, снегокатов, коньков, буеров, весельных лодок, байдар, каноэ.
Изобретение относится к предметам, удовлетворяющим жизненные потребности человека, и может применяться как спортивный снаряд для развития координации движений, реакции, мускул ног и спины, преимущественно у детей и молодежи, как средство развлечения взрослых и детей в местах организованного отдыха (в санаториях, туристических базах, парках культуры) и как спортивный снаряд и средство передвижения для инвалидов с различными поражениями двигательной системы, но для случаев, когда инвалид может выполнять приседания.
Группа изобретений относится к вариантам мускульного привода. Привод по первому варианту содержит педали или рукоятки и крутильную пружину, которая с одного конца соединена с нагрузкой, например с движителем, а с другого конца соединена с обгонной муфтой, закрепленной в станине, и с еще одной или несколькими обгонными муфтами, соединенными с педалями или рукоятками. Все обгонные муфты допускают вращение второго конца пружины только в одну сторону. Привод по второму варианту содержит педали или рукоятки, соединенные с компрессором, который соединен с емкостью, соединенной с пневмодвигателем. Выход газа из пневмодвигателя направлен на вход компрессора через промежуточную эластичную емкость. Обеспечивается получение максимальной степени превращения мускульной энергии в произведенную работу. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к транспортным средствам, аккумулирующим энергию в маховике
Изобретение относится к транспортным средствам, аккумулирующим энергию в маховике. Велосипед имеет привод, соединенный с ведущим колесом (2) и с маховиком (8), который имеет пружинную подвеску (19) с возможностью прижима маховика (8) к ведущему колесу (2). При этом ведущее колесо (2) своими фланцами (6) установлено на подшипниках (7) на раме (1), а маховик (8) установлен на двухрычажном маятнике (10) внутри ведущего колеса (2) с возможностью прижима маховика (8) к внутренней поверхности обода (3) колеса (2). Техническое решение направлено на обеспечение периодической, через короткие промежутки времени, передачи части накапливаемой энергии от маховика на ведущее колесо. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Рисунки к патенту РФ 2264323
Изобретение относится к машиностроению и может быть применено на различных транспортных средствах, велосипедах, инвалидных колясках.
Известны транспортные средства, в которых аккумулируется механическая энергия и затем передается на колесо транспортного средства. Рекуператор имеет вид ленточной пружины (RU 2097248 , 1997 г.). В US 4037854, 1977 г. раскрыт привод велосипеда, соединенный с ведущим колесом и с маховиком, имеющим пружинную подвеску с возможностью прижима маховика к ведущему колесу. В JP 08-169381, 1996 г. раскрыт маховик, части которого имеют возможность прижима к внутренней поверхности выходного звена. В US 2588681, 1951 г. раскрыт привод, в котором тяжелый шар посредством рычага поднимается внутри полого цилиндра, а затем стремится привести его вращение посредством своей массы. Далее полый цилиндр передает вращение колесу, внутри которого он расположен.
Создание двигателей, движителей и других устройств для получения нетрадиционных видов механической энергии, ее воспроизводство, аккумулирование и использование являются важными направлениями в развитии и совершенствовании динамичных, малогабаритных и доступных транспортных средств. В предлагаемом велосипеде с инерционным движителем, приводимым в действие мускульной силой человека, или приводным двигателем, рабочее тело, выполненное в виде тонкостенного цилиндрического кольца и расположенное на крестовине, при вращении создает и накапливает кинетическую энергию момента инерции вращения этого рабочего тела. Часть накапливаемой энергии периодически, через короткие промежутки времени, рабочим телом передается на ведущее колесо велосипеда и вызывает его поступательное движение.
Заявленный велосипед имеет привод, соединенный с ведущим колесом и с маховиком, имеющим пружинную подвеску, с возможностью прижима маховика к ведущему колесу, и характеризуется 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.
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.
Двухрычажный маятник одними концами рычагов установлен на подшипниках оси педалей, а на других концах рычагов маятника установлен на подшипниках вал с маховиком, которые имеют возможность смещения относительно оси педалей на небольшой угол.
Маховик посредством двух пружин имеет возможность находиться в подвешенном состоянии, с исключением касания маховика с внутренней поверхностью ведущего колеса.
Внутренняя поверхность обода колеса и наружный периметр рабочего тела маховика покрыты фрикционным составом.
Колесо состоит из обода, боковых дисков с фланцами под опорные подшипники, при этом с одним из фланцев соединена звездочка с муфтой свободного хода.
На ободе колеса расположены две и более велосипедных шин.
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. педали обеспечивают вращение и раскручивание только маховика;
При вращении педалей возможности движения с использованием инерционного движителя, так и без использования.
Может быть установлен двигатель, который связан с приводом посредством цепи, соединенной с ведущей звездочкой.
Управляемое переднее колесо может быть установлено на стойке во втулке рамы, или управляемых два колеса могут быть 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.
Сиденье может быть выполнено поворотным.
Тормозная колодка, воздействующая непосредственно на шины колеса, установлена на пальце на раме в зоне сиденья и соединена с рычагом для обеспечением торможения.
На фиг.1 изображен велосипед с приводом только от педалей (вид сбоку).
На фиг.2 изображен этот же велосипед (вид спереди).
На фиг.3 изображено устройство колеса, внутри которого находится маховик.
На фиг.4 изображен велосипед с дополнительным двигателем.
На фиг.5-7 изображены схемы сил, воздействующие на маховик и колесо.
Предлагаемая конструкция транспортного средства состоит из рамы 1, ведущего колеса 2, инерционного движителя, приводного двигателя или ножного привода с цепной передачей, управляемого переднего или задних колес с рулем, тормоза. Рама 1 сварная, трубчатого сечения. Ведущее колесо 2 состоит из обода 3 с шинами 4, боковых дисков 5 с фланцами 6 и подшипников 7 и установлено в гнездах 5 рамы 1.
Инерционный движитель состоит из маховика 8, вала 9, двухрычажного маятника 10, муфты свободного хода 11. Маховик 8 включает рабочее тело 13, выполненное в виде тонкостенного цилиндрического кольца, крестовину 14, установленную на валу 9. Рабочее тело 13 расположено на периметре крестовины 14 маховика 8, внутри ведущего колеса 2. Двухрычажный маятник 10 одними концами на подшипниках 45 установлен на оси 16 педалей 17, на других концах маятника 10 установлен на подшипниках 18 вал 9 с маховиком 8. Маятник 10 может поворачиваться относительно оси 16 на небольшой угол и поддерживается пружинами 19 в подвешенном положении, исключая несанкционированное касание маховика 8 с ободом 3, так как ось вала 9 смещена относительно оси колеса 2.
Ножной, мускульный привод маховика 8, расположенный с одной стороны колеса 2, включает ведущую звездочку 20, установленную на оси 16, двойную звездочку 21, расположенную на пальце 22 маятника 10, и звездочку 23 с муфтой 11 свободного хода, установленную на валу 9, звездочки парами соединены цепями 24.
С другой стороны колеса 2 расположен привод колеса 2, включающий звездочку 25 с муфтой 12 свободного хода, установленные на фланце 6 диска 5 колеса 2, и звездочку 26, закрепленную на оси 16, звездочки 25 и 26 соединены цепью.
Переднее колесо 27 с рулем 28 управляемое, установлено на стойке 29 во втулке 30 рамы 1, или два спаренных, рулевых управляемых колеса 31, расположенных сзади велосипеда на оси 32, с общей стойкой 33, установленной во втулке 34 на раме 1, на стойке 33 снизу закреплен зубчатый сектор 35, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором 36 руля 37, руль 37 установлен во втулке 38 на раме 1.
Приводной двигатель 39 соединен цепью со звездочкой 26. Сиденье 41 поворотное. Тормозная колодка 42 установлена на пальце 43 на раме 1 возле сиденья 41 и соединена с рычагом 44, при торможении колодка 42 прижимается непосредственно к шинам 4 колеса 2.
Работа велосипеда с инерционным движителем. При вращении педалей 17 усилие передается через звездочки 20, 21, 23, цепь 24 и муфту свободного хода 11 на маховик 8, одновременно через звездочки 25 и 26, цепь и муфту свободного хода 12 усилие передается на колесо 2, в результате велосипед движется и раскручивается маховик 8, который накапливает кинетическую энергию момента инерции вращения рабочего тела 13.
При нажатии на маятник 10 последний вместе с вращающимся маховиком 8 поворачивается на малый угол (фиг. 5-7), периодически, на короткий промежуток времени прижимает периметр рабочего тела 13 маховика 8 к внутренней поверхности обода 3 колеса 2 в точке А (на линии АА), соприкасающиеся поверхности рабочего тела 13 и обода 3 покрыты фрикционным составом, часть кинетической энергии передается ободу 3 колеса 2, возникает сила Р реакции обода 3, которая вызывает силу Р д поступательного движения маховика 8.
Кроме этого, в период контакта маховика 8 с ободом 3 колеса 2 в точке А (на линии АА) скорости масс точек рабочего тела 13 изменяются и на линии контакта АА возникает мгновенный центр вращения (МЦВ) рабочего тела 13, скорость МЦВ равна нулю, в это мгновение проявляется момент силы М массы mcp рабочего тела 13 на плече мгновенного радиуса R относительно МЦВ, этот момент силы М также вызывает силу Р м поступательного движения маховика 8. В результате на велосипед от маховика 8 воздействуют две силы поступательного движения:
а) сила Р д момента инерции вращения рабочего тела 13 маховика 8,
Т=J· 2 · 1 / 2 , где Т - кинетическая энергия вращения рабочего тела 13,
a J=m·r 2 , где J - момент инерции рабочего тела 13 (кг·м 2), m - масса рабочего тела 13, r - радиус рабочего тела 13, - угловая скорость вращения рабочего тела 13;
б) момент силы М массы mcp рабочего тела 13 маховика 8 относительно МЦВ,
а М=mcp·R, где М - момент силы массы mcp рабочего тела 13 относительно МЦВ; mcp - масса части рабочего тела 13, которая расположена выше его горизонтального диаметра; R - мгновенный средний радиус рабочего тела 13 при повороте рабочего тела 13 относительно МЦВ.
При массе m рабочего тела 5 кг и 2000 оборотов в минуту (40000 рад в сек) рабочего тела 13 и его радиусе r, равном 0,3 м, кинетическая энергия Т=9000 кг·м 2 ·рад·сек 2 .
При вращении твердого тела вокруг оси роль массы играет момент инерции. В процессе движения велосипеда расход энергии составит около 3 кгм в секунду, что обеспечит скорость движения велосипеда не менее 50 км/час в течение 150 секунд без подзарядки (раскручивания) рабочего тела 13. За это время будет израсходовано около 50% максимального запаса его кинетической энергии. На подзарядку (раскручивание) маховика 8 с рабочим телом 13 до расчетной величины числа оборотов потребуется несколько секунд. Период контакта рабочего тела 13 маховика 8 с ободом 3 колеса 2 равен 4-6 секунд через промежутки 8-10 секунд.
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.
Главный лесничий герцога Баден-Вюртембергского Карл Фридрих Драйс барон фон Зауэрбронн (Karl Friedrich Christian Ludwig Freiherr Drais von Sauerbronn , 17851851) получил патент на двухколесный велосипед в 1817 году. После того как 12 июля 1817 года Драйс на своей машине проехал за час 15 километров, велосипед вошел в моду. И тут же изобретатели Старого и Нового Света начали наперегонки состязаться в усовершенствовании двухколесного «костотряса». К концу XIX века, когда велосипед уже имел современные формы, велоконструкторы успели получить несколько десятков тысяч патентов. Однако этот процесс, несмотря на кажущуюся его нелепость, продолжается и сейчас, в XXI веке. При этом патентуются не только курьезные модели велосипедов, но и вполне прогрессивные машины, имеющие неоспоримые достоинства по сравнению с каноническим двухколесным приспособлением для езды при помощи мускульных усилий.
Два колеса много!
Некогда в цирке была популярна езда на одноколесном велосипеде, требующая от артистов немалой сноровки, поскольку данная конструкция весьма неустойчива. Сейчас, в связи с ростом популярности экстремальных развлечений, акробатом стал как минимум каждый пятый молодой человек. В связи с этим точно такие же, как и в цирке, монопеды, правда, с седлом, а иногда и с рулем, появились в широкой продаже. И экстремалы используют их для таких развлечений, как, например, соревнования по покорению Эйфелевой башни . Разумеется, поднимаются они по ступеням, а не по наружной стороне башни.
Однако оказалось, что и одноколесной конструкции вполне можно придать значительную устойчивость и применить ее для поездок отнюдь не спортивных и далеко не молодых людей. Изобретатель Олег Маханьков снабдил серийное велосипедное колесо четырьмя металлическими пластинами. Две из них постоянно параллельны земле. Две другие, благодаря шарнирам и пружинной подвеске, изменяют угол наклона в зависимости от рельефа дороги, скорости езды и положения тела наездника. К верхней параллельной пластине крепится ось колеса, к нижней рама седла. Это приводит к тому, что центр тяжести конструкции существенно смещен вниз, в связи с чем достигается приемлемая устойчивость. При езде по ухабам за счет продуманной системы амортизации наездник, невзирая на рельеф, движется строго в горизонтальной плоскости.
 |
Существует и принципиально иное расположение велосипедиста относительно колеса он находится внутри, примостившись на небольшом сиденье, вращая педали и управляя диковинной конструкцией при помощи обычного руля. Качение внешнего колеса диаметром 1, 74 метра осуществляется за счет нейлоновых роликов. Велосипедист «карабкается» на переднюю часть колеса при помощи педалей, связанных с фрикционной передачей. Такая конструкция также устойчива за счет низкого центра тяжести. Правда, при торможении возникают проблемы: в этот момент необходимо отклониться назад, поскольку за счет инерции седока может крутануть так, что он окажется ногами вверх, головой вниз. Когда же происходит экстренное торможение, срабатывают выдвижные «лапы» с роликами на концах. Они предотвращают кувырок.
Такие велосипеды серийно выпускаются в Китае . Правда, изобретены они бразильцем Тито Лукасом Оттом (Tito Lucas Ott). Да и не велосипед он изобретал, а моноцикл с двигателем внутреннего сгорания. Не так давно его изобретение, в реализации которого прежде многие сомневались, было использовано как впрямую в США налажен выпуск бензиновых моноциклов, так и с расчетом на силу мышц ног. И тут инициативу захватили китайцы, у которых суммарная сила мышц огромна, а с бензином и моторами намного хуже.
С определенной натяжкой можно назвать велосипедом конструкцию, созданную американцем Брюсом Макленнаном Блэквеллом (Bruce MacLennan Blackwell), поскольку изобретатель снабдил маленькое колесо диаметром 25 сантиметров электромоторчиком, работающим от аккумулятора. Ни седла, ни руля поворота у моноцикла нет. Человек просто встает на две подножки, расположенные по бокам от колеса, и едет. Управление осуществляется при помощи отклонения тела в нужную сторону. Для увеличения скорости надо отклониться вперед, для торможения назад. Проблема повышения устойчивости моноцикла решена при помощи использования высокоскоростного гироскопа. Решена в достаточной степени, поскольку Блэквелл, не будучи эквилибристом, до сих пор не только не сломал ни одной кости, но и не нажил синяков.
Минималисты
В связи с тем, что крупные города мира страдают от перегруженности транспортных артерий, в последнее время стала актуальна проблема создания компактных складных велосипедов. На них можно добраться до ближайшей станции метро, а потом, провезя велосипед под землей, доехать до места работы. В Англии создан велосипед, который можно сложить за 30 секунд и, что самое главное, спрятать его в чемодан, чтобы не торчали руль и педали. Пока это изобретение лондонцы не сметают с прилавков, а воспринимают лишь как игру блестящего ума.
Еще более компактный велосипед сконструировал Клайв Синклер (Clive Sinclair), известный изобретатель, в свое время создавший популярный компьютер Spectrum. Его велосипед, получивший название A-Bike , за двадцать секунд укладывается в кейс. В разобранном состоянии он похож на букву А (отсюда и название A-Bike). При всем при том эта кроха способна выдерживать 120-килограммового седока и позволяет передвигаться со скоростью 24 км/час. Снизить вес велосипеда до 5 килограммов удалось за счет того, что большинство его деталей изготавливается из пластика.
Модель Синклера породила соревновательный эффект. Складные портативные велосипеды начали выпускать во Франции , в Японии и в Америке . Несомненно, такое средство передвижения было бы очень полезно и в Москве, несмотря на то, что столичное правительство судорожно накручивает вокруг Кремля все новые и новые транспортные кольца.
Самый же маленький и легкий велосипедик сделал электромонтер из Польши Збигнев Ружанек. Он весит всего 1,5 килограмма. Диаметр переднего колеса 11, а заднего 13 миллиметров. Велосипед всем хорош за исключением того, что он не имеет абсолютно никакой практической пользы. Ружанек сделал его исключительно для того, чтобы попасть в книгу рекордов Гиннесса . Бравый электрик проехал на своем хлипком аппарате 5 метров, прославился на весь мир, на том и успокоился.
Друзья парадокса
Есть изобретатели, которые с блеском доказывают, что механика сулит нам еще немало открытий чудных. К таковым относится физик-ядерщик Юрий Макаров . Выйдя на заслуженный отдых, он применил свой интеллектуальный потенциал для изобретения принципиально новых конструкций велосипедов. В одной из его моделей педали вращаются... в обратную сторону! Казалось бы, работа совершается та же самая, однако в ней участвуют другие группы мышц, более сильные. Поэтому на велосипеде Макарова можно развивать большую скорость при тех же самых усилиях. В другой модели установлена коробка автоматического переключения передач, а велосипедная цепь представляет собой лист Мёбиуса , что позволяет заметно увеличить КПД механизма. Есть модель-«тяжеловоз», при помощи которой изобретатель-пенсионер буксирует микроавтобус и перевозит 100-килограммовые грузы.
На Московском международном салоне промышленности Макарова наградили Большой золотой медалью «Архимед-99». Его велосипед экспонировался на выставке техники будущего в Милане. Этим все и закончилось. Отечественные велосипедостроители внедрять в производство машину Юрия Алексеевича категорически отказались, посчитав, что это самое будущее в нынешнем веке не наступит.
Инженер из Барнаула Геннадий Васильев за свой велосипед получил еще более высокую награду Золотую медаль Международной женевской выставки изобретений по номинации «механика». Эта награда особо ценна, поскольку 15 последних лет в этой номинации лауреаты не назначались.
 |
Велосипед Васильева способен развивать скорость в 75 км/час. При этом педали крутить не надо, они совершают линейные возвратно-поступательные движения. Секрет столь высокой эффективности механизма заключается в том, что в нем применен «принцип юлы». Припомним, как в годы нашего золотого детства мы раскручивали юлу до запредельных скоростей, юла приобретала свойства гироскопа. Такая передача давно известна в машиностроении, и называется она шарико-винтовой. Условно говоря, она представляет собой «разболтанную» пару винтгайка, промежутки между которыми заполнены шариками. Если сверху давить на винт, гайка начинает вращаться. При этом изобретатель не слепо скопировал известную передачу, а модернизировал ее, так что вполне можно говорить о «передаче Васильева».
В Женеве на «нового Кулибина» обрушилась лавина предложений от иностранных фирм о сотрудничестве. Ему приглянулся бельгийский машиностроительный концерн. Однако вскоре у Васильева создалось ощущение, что компаньоны намереваются, как говорят в российских деловых кругах, кинуть его. И он вернулся домой, чтобы внедрить своего чудо-коня в российское производство. Однако родина встретила Васильева неприветливо. Уже четыре года он пытается найти взаимопонимание в различных инстанциях.
А велосипед Федора Сычева из Набережных Челнов позволяет без больших физических затрат подниматься на гору. Это достигается за счет использования кривошипно-шатунного механизма с большим рычагом. И у него точно такая же история с внедрением изобретения в производство. Можно предположить, из-за того, что наша страна имеет преимущественно равнинный рельеф. В странах Закавказья, а, тем более, в Непале ему цены бы не было.
А вот канадские производители велосипедов, компания Ktrak Cycle , позаботились о велосипедистах на славу. Известно, что зима в Канаде не менее снежная, чем, скажем, в Сибири . А по сугробам и льду на велосипеде кататься не слишком весело. И тогда остроумные канадцы заменили переднее колесо лыжей, а заднее гусеничным приводом. Конструкция достаточно проста, и утяжеляет велосипед всего на два с половиной килограмма. Тем не менее, усовершенствованный таким образом велосипед без особых проблем едет не только по снегу, но и по песку что также непросто для обычных «байков». Востребованность изобретения оказалась такова, что уже на выставке Interbike, где новинка впервые была представлена публике, нашлось немало желающих приобрести эту систему. Главная же ценность пакета Ktrak в том, что вам не нужно приобретать новый велосипед: достаточно переоборудовать уже имеющийся в наличии горный велик. А весной вы снова поставите на него колеса, и, как ни в чем не бывало, поедете по любимым оврагам и перелескам.
Весьма полезную модель велосипеда придумали в американском университете Пердью (Purdue University). Велосипед имеет два задних колеса, которые в неподвижном состоянии располагаются под углом друг к другу, соединяясь вверху и расходясь внизу. За счет этого получается устойчивый трехколесный велосипед, на который с легкостью садится и начинает крутить педали ребенок либо не обученный езде «чайник». По мере увеличения скорости и обретения велосипедом инерционной устойчивости задние колеса соединяются в единое колесо. При остановке происходит обратный процесс колеса внизу «растопыриваются».
На арене эксцентрики!
В этой номинации у нас всего два кудесника велосипедостроения. Но каких!
Тим Пикенс (Tim Pickens), президент британской фирмы Orion Propulsion , занимающейся разработками в области ракетостроения, в начале 2006 года прикрепил на свой серийный велосипед реактивный двигатель, который используется для коррекции орбиты спутников. К счастью, он заправил его не ракетным топливом, благодаря чему не улетел под облака. В качестве топлива бесстрашный Пикенс использовал мазут, в связи с чем тяги хватило только на то, чтобы за пять секунд разогнать мистера Пикенса лишь до скорости 100 км/час.
А кубанский пенсионер Евгений Михайлов использует для перемещения в пространстве сконструированного им велосипеда конскую тягу. Процедура такова. Михайлов сажает «на облучок» велосипеда специально обученного коня, прикрепляет к его копытам педали, и конь начинает их крутить. И крутит так усердно, что конструкция несется по проселочной дороге со скоростью 70 км/час. Велосипедист управляет машиной при помощи руля, а поддает газа вожжами. Есть коробка передач на три скорости. Вот только тормоза пока отсутствуют. Потому что конструктору сейчас не до таких мелочей. Он загорелся идеей создать конный аэроплан того же принципа действия. Остается не вполне понятным, как на эти эксперименты смотрят кубанские защитники животных?
Концептуальная версия футуристического электрического инерционного велосипеда City Bike (Городской велосипед), которая была разработана дизайнером Девраем Бхадра, представляет собой традиционный велосипед, который кроме того, что является экологически чистым, приносит большое удовольствие во время езды по улицам.
Покрытие данного изобретения выполнено из стекловолокна, при этом сам скелет велосипеда произведен из углеродного волокна. Такая конструкция делает это транспортное средство довольно легким. При этом, в колеса велосипеда встроены небольшие двигатели, которые избавляют его от веса спиц и, соответственно, уменьшают трение и сопротивление во время движения.
Согласно идее разработчика, этот же механизм позволяет повысить контроль велосипедистом каждого из колес, ведь питание передается непосредственно от двигателей колесам, что позволяет City Bike оставаться стабильным в условиях изменения скорости движения. Инерция, которая вырабатывается во время движения, идеально настроена на каждого из велосипедистов. Таким образом, благодаря использованию всей системы, велосипедисты разной комплектации и размеров могут максимально комфортно управлять этим велосипедом.
Инерция этого транспортного средства передается с рабочей цепи, главной передачи и колес, в результате чего у пользователя во время езды возникает иллюзия маневрирования даже в условиях нахождения в стационарном положении на месте. Данная система работает аналогично маятнику, поэтому водитель имеет возможность управлять велосипедом на разных скоростях по-разному.
сеть переменного «ока в качестве балластных, заменяющих резисторы, но тогда они не за^жаются, а пеоеээряжаюгся 100 раз в секунду, а запасенная конденсатором энергия используотся во внешней цепи
Но если в рукоятку сковороды спрягать ионисгор - конденсатор с двойным электрическим слоем, - а в днише разместить нагревательный элемент, то такое «чудо* может стать реальностью
Дело в том, что удельный заряд иочисторов в десятки тысяч раз пре восходит заряд обычных конденсэ-тоээв, и они все шире применяются в качестве накопителей энергии в самых разнообразных устройствах, даже играют роль сгартерных аккумуляторов в автомобилях. Так что с куском мяса или котлетами справятся запросто.
Велосглон
ВЕЛОСИПЕД С МАХОВИКОМ
«Я любитель быстрой езды на велосипеде, но ставить мотор на свой байк не хочу - и внешний вид пор-тит и шумит сильно, - пишет наш постоянный читатель Егор Масальский иэ Орска. - Вот я и придумал выход: что, если поставить на велосипед маховик? Махови^ный двигатель бесшумный, его легко спрятать под красивым кожухом. Маховик можно раскручивать дома, перед вь i-еадом на проулку, а в поездке подзаряжать его при спуске с горки*.
Идея маховичного (инерционного) двигателя известна В Англии был даже построен опытный образец тролле!i6yca, маховик которого раскручивался на остановках от уличной электросети. Е прошлом
номере нашего журнапа, в спецвыпуске «Шаг в будущее»» мы описывали {)аботу школьника иэ С тэгута Дмитрия Ковалева, который не только подложил идею инерционного автобуса для перевозки пассажиров иэ Сургута до поселка Федоровский но рассчитал параметры, которыми должен обладать махивичный движок. iКстати, предлагаем и Егору вернуться к своей идее и прикинуть какими численными параметрами - массой, размерами и скоростью - должен обладать велосипедный маховичок)
У инерционных приводов много привлекательных свойств - большой запас энергии, бесшумчосто работы, чистота, но есгь и недостатки Главный - сдерживающий широкое их применение в технике - это сложный привод от маховика к раздаточному валу. Ведь маховиг вращается с постоянной огромной скоростью, и жесткое сцепление, нагример шестеренчатое, не пойдет, а фрикционы часто ropw и неэкономичны, переводят много энергии в тепло. Кстати, велосипедный маховик легко подключать к колесу Достаточно между колесом и маховиком ввести передвточный ролик, как показано на рисунке. Механизм этот тоже далек от совершенства, но про« - и вполне функционален, в отличие от предлагаемого Егором хра повика и звездочек.
Это могло бы сделать идею Егора осуществимой. Но, увы, не только в механике дело. Оценивая идею Егора Масальского как любопытную, эксперты ПБ вспомнили о так называемом гироскопическом эффекте Любое вращающееся тело, и маховик не исключение, стрраетоя сохранить свое положение в пространстве И если для массивного автобу