БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

Основы патентоведения

Спортивный шоссейный велосипед

Выполнил студент гр. УИТ-33

Колесников И. А.

Принял

преподаватель каф. УИТ

Бубенок В. П.

“ “ 2003

2003

СОДЕРЖАНИЕ

1 Заявление 2

2 Описание изобретения 11

3 Формула изобретения 12

4 Чертежи 13

5 Реферат 14

6 Список используемых источников 15

Спортивный шоссейный велосипед

Область техники. Изобретение относится к области спорта. Спортивный шоссейный велосипед предназначен для спортивных соревнований на шоссе (дорогах), тренировок, а также для спортивного туризма, но преимущественно изобретение применяется, для соревнований. Известен способ, при котором данное изобретение при езде способствует общему физическому развитию человека, может служить оздоровительным средством. Все эти особенности определяют использование велосипеда как спортивного снаряда.

Уровень техники. Известен также ”дорожный велосипед”. Предназначен для использования на дорогах различного профиля с любым покрытием и без покрытия, а также вне дорог на уплотненном грунте. Основными признаками этих велосипедов являются установка на них двухкомпонентных шин, состоящих из раздельных покрышки и камеры, хорошо подрессоренных седел на витых цилиндрических пружинах и рулей с приподнятыми ручками, обеспечивающими удобную для продолжительного передвижения посадку. Они как правило оборудуются багажником (иногда двумя над задними и передним колесами). Большинство дорожных велосипедов не оборудуются многоступенчатыми передачами, и в этом случае на них устанавливают тормозную втулку заднего колеса, с помощью которой осуществляют рабочий и свободный ход, а также торможение велосипеда. Педали не имеют туклипсов. В соответствии с требованиями безопасности дорожного движения велосипеды оснощают задним и боковыми световозвращателями и световозвращателями на педалях, а при отсутствии осветительных приборов (фар)-передним световозвращателем белого цвета. По официальной классификации (ГОСТ-5503-87) вид дорожного велосипеда определяется конструкцией рамы. Велосипеды могут быть с закрытой, открытой, складной (складные велосипеды имеют однотрубные складывающиеся пополам открытые рамы. Вблизи кареточного узла труба рамы имеет разъем с шарнирным замком, обеспечивающим надежную фиксацию рамы в рабочем и сложенном положениях без применения инструмента.) и разъемной (разновидность складного велосипеда) рамами. Велосипеды с открытой рамой, верхняя труба которой для облегчения посадки на велосипед наклонна опущена к каретке. Открытые рамы, как правило, имеют меньшую высоту, чем закрытые. Масса таких велосипедов состовляет 15,8….16,3 кг. Немаловажно, что стоимость таких дорожных велосипедов остается низкой. Дорожные велосипеды для подростков до 15 лет как правило повторяет конструкцию узлов дорожных велосипедов для взрослых, но несколько меньших размеров. Высота рам состовляет 400 мм. Масса велосипеда состовляет 12,5…13 кг. В этих велосипедах используются унифицированные подшипниковые узлы, стандартные тормозные втулки заднего колеса. Укажем признаки аналога, которые совпадают с существенными признаками нашего изобретения, а именно: переднее колесо, передняя вилка, ручной тормоз переднего колеса, руль, закрытое трапециевидной формы рама, седло держатель, седло, заднее колесо, цепь, шатун, педаль, ведущая звездочка, каретка. Укажем недостатки данного аналога, препятствующие достижению требуемого положительного эффекта (технического результата). Недостатком объекта является: масса дорожного велосипеда значительная по сравнению с нашим изобретением, масса которого 5.5….6 кг. Руль, который представляет собой (неудобную для спортивных соревнований форму) трубчатую конструкцию, жестко связанную с передней вилкой велосипеда. Основными элементами руля являются стержень руля, рулевая труба и соединяющая деталь-вынос. Руль нашего изобретения имеет форму: (удобную для спортивных соревнований) по обе стороны от выноса идут прямые участки, затем труба изгибается вперед и далее под сравнительно большим радиусом вниз концы ее имеют равные горизонтальные участки, параллельные продольной оси велосипеда, концы рулевой трубы обматывается специальной пластмассовой лентой, такой руль можно держать руками в трех местах: за концы рулевой трубы, за изогнутую под большим радиусом часть трубы (опираясь кистями рук на корпуса тормозных рукояток) и за горизонтальные участки трубы сверху. Руль сделан из алюминиевого сплава. Глубина изгиба рулевой трубы 135 мм. Кроме этого на передним колесе располагается дополнительная звездочка (меньшего диаметра) благодаря чему развивается очень большая скорость (до 100 км/ч), необходимая для соревнований. У дорожного велосипеда скорость недостаточная для соревнований (до 40 км/ч).

Спортивный велосипед. Имеет следующие разновидности: а) трековый велосипед б) трековый велосипед для гонки за лидером с) велосипеды-тандемы д) спортивно-туристский велосипед.

Трековый велосипед. Предназначен для соревнований на специально оборудованных треках и не используются на дорогах. Они не имеют механизма свободного хода (за исключением построенных в единичных экземплярах велосипедов для рекордных заездов) и многоступенчатых передач. В зависимости от вида соревнований и физических возможностей спортсмена в их передачи могут быть поставлены ведущая и ведомая звездочки с различными числами зубьев для подбора надлежащего передаточного отношения. Замена ведущих звездочек может производиьтся без демонтожа других деталей каретки. Отсутствие механизма свободного хода исключает необходимость оборудования велосипеда тормозной системой, так как плавное замедление движения можно осуществлять, воздействуя соответствующим образом на педали, а необходимость экстренного торможения на треке практически не возникает. Для облегчения прохождения поворотов, преград и улучшения маневренности велосипед имеет укороченную базу и увеличенный дорожный просвет, устойчивость на поворотах обеспечивает повышенный наклон рулевой колонки. Передние вилки трековых велосипедов имеют трубы круглого, а не овального сечения, что придает вилкам равнопрочность их элементов. Седло своей передней частью может опираться на раму посредством специального регулируемого упора. Подобный упор с опорой на вилку может быть установлен и на руле. Признаки аналога которые совпадают с нашим изобретением такие как и в дорожном велосипеде. У данного велосипеда руль имеет круглую форму, а у нашего изобретения руль имеет эллептическую немного вытянутую форму. Вес велосипеда все еще значительный, но очень близкий к нашему изобретению. И нет дополнительной звездочки для увеличения скорости. Эти все причины препятствуют получению требуемого результата.

Трековый велосипед для гонки за лидером. Он несколько отличается от трековых велосипедов других видов. В этом виде соревнований спортсмен-велосипедист на предельно коротком расстоянии следует за специально оборудованным мотоциклом, который создает за собой зону уменьшенного воздушного сопротивления. Поэтому велосипед имеет уменьшенное переднее колесо и переднюю вилку с обратным изгибом (изгиб назад). Этому соответствует и форма рамы, несколько отличающаяся от рам других трековых велосипедов. Поскольку скорость может достигать значений, значительно больших, чем в любых других видах соревнований, передачи велосипеда для гонок за лидером имеют очень большие ведущие звездочки ( с числом зубьев 60…70 ) и маленькие ведомые ( 13…. 15 зубьев). Данный велосипед имеет неудобную форму переднего калеса, большие ведущие звездочки, и мотоцикл который следует перед велосипедом. Это все препятствует нашему изобритению. Признаки которые совпадают с существенными признаками нашего аналога такие как и в дорожном велосипеде.

Велосипеды-тандемы. Изготовляемые по специальным заказам, относятся также к спортивно-трековым велосипедам. Двухместный велосипед, приводимый в движение одновременно двумя велосипедистами, имеет прочную и очень жесткую раму с двумя кареточными узлами, на которых монтируются две пары шатунов с ведущими звездочками. Рама и передняя вилка изготовлены из труб легированной стали увеличенного сечения. Ободья колес усиленные. Колеса снабжены шинами размером 60027мм. Велосипед имеет две цепи. Ведущая и ведомая звездочки передней цепной передачи имеют одинаковые числа зубьев.Регулировка натяжения передней цепи может осуществляется посредством эксцентрикового механизма, расположенного в передней каретке. Данный велосипед имеет значительный вес и отсутствует ручной тормоз, кроме того он предназначен для двоих велосипедистов. Все это препятствует достижению требуемого результата. Признаки совподающие с нашим изобретением такие как и у дорожного велосипеда.

Спортивно-туристский велосипед. По конструкции спортивно-туристские велосипеды предназначены для дальних туристских поездок. База этих велосипедов (около 1060 мм) короче базы дорожного велосипеда. Облегченные по сравнению с дорожными рамы трапециевидной формы для улучшения маневренности велосипеда имеют большой угол наклона рулевой колонки. Колеса, по сравнению с дорожными велосипедами, тоже облегчены, что приближает данный аналог к нашему изобретению. Они имеют более тонкие спицы и ободья из алюминиевого сплава с узкими бортовыми (состоящими из камеры и покрышки шинами 32-622 (271 1/4)). Ведущие звездочки крепятся к фланцу (лапам) шатуна винтами и могут быть заменяемыми. На велосипедах применяют облегченные металлические педали, снабженные резиновыми накладками и встроенными световозвращателями - так называемые комбинированные педали. На них можно устанавливать туклипсы. Так как велосипеды имеют бестормозные втулки заднего колеса с трещеткой и четырьмя ведомыми звездочками, на них устанавливают тормоза клещевого типа с ручным приводом на обоих колесах. Руль с глубоким изгибом трубы вперед-вниз-назад, наиболее приближен по конструкции к нашему изобретению. Седло жесткое с узкой кожаной покрышкой. Необходимым оборудованием спортивно-туристских велосипедов являются багажники. Это является существенным отличием от нашего изобретения. На некоторых моделях устанавливают даже два багажника - над задним и передним колесами. В отличие от других спортивных велосипедов туристские оборудуют щитками колес, а также оснащают сигнальными приборами (звонок и световозвращателями). Для передвижения в темное время суток велосипеды оборудуются осветительными приборами генератором и фарой. Этот велосипед обладает хорошей прочностью, небольшим весом, если снять с него ненужные нагромождения (багажник и так далее). Приближенность параметров этого велосипеда к нашему изобретению позволяет выбрать этот объект как наиболее близкий из аналогов, следовательно, в качестве прототипа выберем этот велосипед.

Сущность изобретения. Данная задача на решение которой направлено наше изобретение следущяя: велосипеды для соревнований на шоссе предназ- начены для достижения максимально высоких скоростей. В этой связи совершенствование их конструкций в жестких рамках регламента, устано- вленного международным союзом велосипедистов, идет в основном по двум направлениям: уменьшения массы велосипеда и снижения аэродинамического сопротивления движению. Указанный технический результат достигается тем, что велосипед имеет блок из двух ведущих звездочек на каретке, который монтируется на переднем колесе велосипеда и обеспечивает цепную передачу- это дает возможность получить десять передач, благодаря чему достигается значительная скорость велосипеда. Данное изобретения позволяет это осуществить на современном уровне развития технологий, а именно снизить вес велосипеда до 5,5….6 кг и сделать детали конструкции велосипеда более оптикаемыми (каплевидной формы и так далее). Уменьшение массы велосипеда в настоящее время возможно только путем использования для изготовления деталей новых материалов меньшей плотности с высокими механическими характеристиками. В велостроении применяют высокопрочные легированные стали, алюминивые и титановые сплавы, различные композиционные материалы. Из алюминиевых сплавов делают ободья колес, шатуны и ведущие звездочки, трубы и детали рулей, корпуса втулок колес, детали ручных тормозов, отдельные детали рамы, (например пружина седла изготовлена из алюминиевого сплава, рама сделана целиком из сверхлегких сплавов трубы которых выполнены из композиционных материалов (углепластик)). Для изготовления сильно нагруженных деталей используют титан и его сплавы. Из них изготовляют валы каретки и оси педалей, переключателей передач, некоторые детали трещеток, цепей. Другим направлением совершенствования велосипеда является стремление снизить аэродинамическое сопротивление, испытываемое велосипе- дистом при движении, хотя на сопротивление системы гонщик-велосипед, очевидно, основное влияние оказывает сам велосипедист. Одним из условий снижения аэродинамического сопротивления движению велосипеда является придание его узлам аэродинамических форм в пределах, разрешенных регла- ментом Международного союза велосипедистов. В этих целях трубам рамы и руля придают каплевидный, обтекаемый профиль поперечного сечения, другие детали, например рукоятки тормозов, делают обтекаемой формы. Возможно большее число деталей, например тросы управления тормозами, убирают внутрь труб рамы. Для снижения аэродинамического сопротивления вращению колес на спортивных велосипедах применяют дисковые колеса, собранные на основе сплошных дисков с гладкой поверхностью. В качестве конструкционного материала для изготовления дисков используют высокопрочные композиционные материалы, армированные ориентированными углеродными волокнами. Все перечисленные приимущества также относятся и к прототипу.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Спортивно шоссейный велосипед предназначен для соревнований на шоссе, и представляют собой средство передвижения, приводимое в действие мускульной силой человека. Велосипедист, нажимая на педали, обеспечивает движения ведущий и ведомой звездочки через цепную передачу и благодоря блоку из двух ведущих звездочек велосипедист затрачивает меньше энергии для осуществления передвижения по дороге. Они имеют бестормозную втулку заднего колеса со свободным ходом (с трещеткой), на которой располагаются пять ведомых звездочек с различными числами зубьев. На велосипеде устанавливаются два переключателя передач-передний и задний. В передаче применена узкая цепь, отличающаяся по ширине от цепей велосипедов других типов и невзаимо- заменяемая с ними. Колеса крепятся к раме при помощи специальных экс- центриковых устройств, позволяющих быстро снять и поставить колесо на велосипед без применения инструмента. Это делает возможным замену колес в процессе соревнований. Оборудованы надежной тормозной системой из двух клещевых тормозов с ручным приводом на обоих колесах, обладают высокой легкости хода и малой массе. При использовании велосипеда на улицах и дорогах его можно оснастить приборами сигнализации-световозвращателями и звонком. Благодаря присущим велосипеду положительных качествам интерес самых широких слоев населения к нему не ослабевает, о чем свидетельствует стойкая тенденция постоянного увеличения выпуска велосипедов во всем мире. Отсутствие двигателя делает велосипед экологически чистым и басшумным средством передвижения, не требующим затрат на топливо. Низкая стоимость, простота в изготовлении и эксплуатации, наименьшая масса из всех колесных средств передвижения-таковы основные достоинства велосипеда. По отношению к массе пассажира масса велосипеда состовляет 20 %. При движении по дороге с гладким твердым покрытием велосипедист затрачивает примерно в 5 раз меньше энергии, чем пешеход на преодоление такого же расстояния, а скорость его передвижения в среднем в 4 раза выше. Если используется багажник, то можно перевозить грузы, масса которых превышает массу самого велосипеда. Для движения велосипеда достаточно неширокой велосипедной дорожки. Низкая нагрузка на колесо велосипеда обеспечивает сохранность дорожного покрытия. На велосипеде возможно передвижение по дорогам без покрытий и преодоление таких участков пути, которые являются непроезжими для других колесных транспортных средств. Кроме того, благодаря небольшой массе через небольшие препятствия велосипед можно перемещать вручную. Таким образом, передвижение на велосипеде в большинстве случаев, оказывается вполне осуществимым там, где может пройти пешеход. К достоинствам велосипеда можно отнести и то, что при хранении он занимает сравнительно мало места (не требует специальных сооружений, и в случае необходимости его можно хранить в жилище). Срок службы велосипеда может составлять не один десяток лет, уход за ним необременителен.