CC BY
51
с высокой точностью и нагруженной большим крутящим моментом. Это, во-первых, упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления передачи, во-вторых, позволяет увеличить длину катков и, тем самым, повысить нагрузочную способность передачи, не увеличивая ее радиальные габариты. Особенность предложенной передачи K-V-V состоит в том, что все три оси ведущего, ведомого и опорного колес не совпадают друг с другом. Предполагается использование передачи в редукторах, для которых необходимо минимизировать радиальный габаритный размер при достижении максимального крутящего момента, например, в редукторах скважинного оборудования.
Список литературы
1 Заявка 2016113781 РФ, МПК F 16 H 1/36, F 16 H 57/023. Фрикционная планетарная передача / Волков Г. Ю, Колмаков С. В.; заявитель и патентообладатель Курганский государственный университет; заявл.11.04.2016.
2 Кудрявцев В. Н. Планетарные передачи : 2-е изд. Л. : Машиностроение, 1966. 308 с.
УДК 629.322.2
В.Г. Котельников, Г.Ю. Волков Курганский государственный университет
велосипед повышенной комфортности
Аннотация. В статье проанализированы недостатки классического велосипеда и известных лигерадов. В результате предложена конструкция нового лигерада, при разработке которой преследовалась цель получения максимально комфортной посадки, сохраняя проходимость, маневренность и вес классического велосипеда.
Ключевые слова: велосипед, лигерад, ри-камбент, эргономика, амортизация кресла.
V.G. Kotelnikov, G.Y. Volkov Kurgan State University
LUXURY BIKE
Annotation. The article analyses the disadvantages of the classic bikes and the known recumbents. Consequently, the design of a new recumbent was proposed. In the development, the goal was to get the maximum comfortable fit, while maintaining the manoeuvrability, agility and weight of a classic bike.
Keywords: bike, recumbent, ergonomics, cushioning of a seat.
Классическая конструкция велосипеда долгое время воспринималась обществом как нечто идеальное и незыблемое, между тем она имеет немало недостатков.
34 -
Главный недостаток обычного велосипеда -это его седло. Человеческий организм не рассчитан на то, чтобы всем весом сидеть на паховой области. Низкая физиологичность велосипедного седла ведет к нарушению кровообращения органов малого таза, как у мужчин, так и у женщин. Указанные проблемы можно снизить за счёт использования сёдел специальной конструкции, однако, такие седла мало распространены, не очень удобны и некрасивы.
При низкой посадке спортсмены испытывают повышенную нагрузку на позвоночник. У них оказываются перегружены также руки. В прочем, каждый велосипедист при длительных поездках на простом велосипеде с достаточно прямой посадкой тоже может чувствовать дискомфорт и боль в спине, шее. Это происходит из-за нефизиологичной позы человека.
Еще одним существенным недостатком классического велосипеда (на котором человек движется головой вперед) является то, что падения с него очень болезненны и травмоопасны.
Классической конструкции велосипеда существует альтернатива, это лигерады (нем.), или рикамбенты (англ.), т.е. «лежачие велосипеды». К сожалению, развитие этой ветви велостроения пошло, главным образом, в направлении достижения максимальных скоростей (рисунок 1). Кстати, на данный момент, рекорд скорости на лигераде с обтекателями составляет 139 км/ч.
Рисунок 1 - Спортивный короткобазовый лигерад
Существующие лигерады делятся на коротко-базовые (пример показан на рисунке 1) и длинно-базовые (рисунок 2). Лигерады более физиологичны, чем классический велосипед) более быстры, но также имеют свои недостатки. У короткобазовых:
+ ограничен обзор (в связи с этим - низкая безопасность).
+ плохая маневренность. + плохая проходимость, + они требуют специальную обувь, пристёгивающуюся к педалям (в противном случае, человек выскальзывает вверх из седла при давлении на п е_д а л и . )
Вестник КГУ, 2016. № 3
+ на них сложно стартовать и спешиваться. + они очень габаритны и большинство из них имеет большой вес.
Длиннобазовые лигерады в настоящее время промышленно не выпускаются и встречаются редко. Отдельные же конструкции таких лигера-дов, известные по патентам, или изготовленные в кустарных условиях, не доведены до необходимого уровня технического и эстетического совершенства. Однако именно длиннобазовый лигерад принят в качестве прототипа для нашей разработки.
<ч Л
££
Рисунок 2 - Длиннобазовый лигерад (US 4527811)
Цель работы состояла в создании велосипеда, превосходящего аналоги в физиологичности, комфорте и безопасности, при сохранении основных ходовых характеристик, имеющего приятный внешний вид и приемлемую цену.
Среди известных длиннобазовых лигерадов (рикамбентов) наиболее удобной в эксплуатации и рациональной, с точек зрения технологичности и снижения веса, представляется конструкция, использованная, в частности, в патентах W08101821 и US 4527811 (рисунок 2). Она содержит жесткую раму, поддерживающую оси приводного заднего колеса, поворотной передней вилки, руля и педальной каретки. Основными несущими элементами этой рамы являются две горизонтальных трубы, расположенные одна под другой. Седло со спинкой закреплено на раме вблизи заднего колеса с возможностью регулирования осевого положения. Руль расположен под седлом и связан тягой с поворотной вилкой переднего колеса. Недостатком данной конструкции является отсутствие амортизации.
Известны двухколесные транспортные средства, в том числе рикамбенты ^и 2453463), с амортизированной маятниковой подвеской заднего колеса. Недостатком подобных систем является некоторое утяжеление конструкции, связанное с обеспечением необходимой прочности и жесткости, как рамы, так и маятниковой вилки заднего колеса.
Существуют телескопические (US 2756071) и маятниковые ^Е 8714301) устройства, обеспечивающие амортизацию собственно седла велосипеда. Телескопические системы не сочетаются со спинкой седла рикамбента, так как горизонтальное усилие, действующее на спинку, будет заклинивать направляющую телескопической подвески седла, а п ри увеличе н и и баз ы н а п р а в л я ю щей
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 11
возрастет вес устройства. Маятниковая подвеска седла при коротком маятниковом рычаге, шарнир-но закрепленном на раме, вызовет нежелательное «кивание» спинки седла, а при длинном рычаге обеспечение требуемой жесткости системы приведет к увеличению ее веса.
Известна конструкция ^и 2434777) паралле-лограммной подвески седла веломобиля, которая включает подседельную балку, два поводка, наклоненных вперед, шарнирно связанных с подседельной балкой и рамой веломобиля, амортизатор, шарнирно связанный с передним концом подседельной балки и рамой. Недостаток данной конструкции обусловлен выбранным наклоном вперед поводков параллелограммного механизма, в силу чего седло не может быть приближено к заднему колесу. Это увеличивает габариты и вес веломобиля.
Существуют и другие конструкции параллело-граммных подвесок седла велосипеда ^Е 833455; FR 633091; WO 9962756; WO 2013033674). Они монтируются на подседельном штыре и имеют свои компоновочные особенности, поэтому, непосредственный перенос этих конструкций на рикамбент (лигерад) к законченным техническим решением не приводит.
С учетом проведенного патентного исследования, наша задача свелась к тому, чтобы оптимальным образом «вписать» параллелограмную амортизирующую подвеску седла, в конструкцию лигерада (рикамбента) - прототипа, выполненного по наиболее простой и проверенной схеме US 4527811.
Предлагаемый велосипед [1] (рисунок 3), подобно прототипу, содержит раму, состоящую из верхней 1 и нижней 2 горизонтальных труб, связанных между собой перемычкой 3, а также верхних 4 и нижних 5 перьев задней вилки. Рама несет ось заднего приводного колеса 6, поворотную вилку 7 переднего колеса 8, а также педальную каретку 9. Седло 10 со спинкой расположено вблизи заднего колеса 6. Руль 11, расположен под седлом 10 и связан тягой 12 с поворотной вилкой 7 переднего колеса 8. Отличие состоит в том, что седло 10 шарнирно закреплено на наклоненных назад переднем 13 и заднем 14 рычагах, шарнирно связанных с рамой. Передний рычаг 13 дополнительно связан с рамой через амортизатор 15, который расположен между горизонтальными трубами 1 и 2 рамы. Амортизатор 15 образует шарнирные соединения с перемычкой 3 рамы и передним рычагом 13, причем, ось шарнира, связывающего передний рычаг 13 с амортизатором 15, расположена ниже оси шарнира, связывающего передний рычаг 13 с перемычкой 3 рамы.
Амортизирующая параллелограммная подвеска седла обеспечивает смягчение ударов в процессе движении по неровной дороге. При этом рычаги 13 и 14 наклоняются назад. Предельный вертикальный ход седла при ударах может достигать 60-70 м м . Го р изо нтальное сме ще н и е спинки
35
Рисунок 3 - Схема нового лигерада ^и 2016104017) [1]
Конструкция подвески соответствует компактному расположению узлов велосипеда. Благодаря наклону переднего и заднего рычагов назад, седло максимально приближено к заднему колесу, что снижает общую длину велосипеда. Амортизатор 15 «спрятан» между горизонтальными трубами 1 и 2 рамы. В результате, предлагаемый велосипед, имеет такие же габариты и вес, как прототип, который можно использовать только на гладких дорогах.
Для обеспечения возможности регулирования расстояния между седлом 10 и педальной кареткой 9 в соответствии с длиной ног человека, нижняя часть седла 10, сопряженная с передним 13 и задним 14 рычагами, выполнена в виде двух пластин 17, имеющих ряд отверстий. Для обеспечения возможности регулирования наклона спинки седла, пластины 17 имеют дополнительный ряд отверстий (на рисунке не показан), расположенный параллельно отверстиям основного ряда.
По соображениям оптимизации расположения педальной каретки и шарнира переднего рычага, а также общего дизайна конструкции, верхняя 1 и нижняя 2 горизонтальные трубы рамы выгнуты выпуклостью вверх с радиусом 1-2 м.
Новая компоновка и форма привычных узлов велосипеда, объединенных в одном аппарате (рисунки 4, 5) впервые позволяет лигераду сравниться с классическим велосипедом в практичности при ежедневном использовании и превзойти его по многим параметрам.
+ Развиваемая скорость, безусловно, зависит от физических возможностей человека. Однако в сравнении с классическим велосипедом скорость лигерадов всегда выше. В первую очередь, из-за более качественного приложения силы, лучших аэродинамических показателей и анатомичности, сказывающейся на общем физическом состоянии человека при длительной езде.
+ Маневренность - ранее это было одним из самых слабых мест лигерадов. Новый лигерад не уступает классическому велосипеду, и даже превосходит его в маневренности на высокой скорости. Это достигается благодаря малому расстоянию между осью заднего колеса и седлом, а также расположению и форме руля. Широкий руль, находящийся непосредственно под седлом, служит не только для поворота переднего колеса, но и в качестве опоры для рук. Это позволяет эффективно управлять положением центра масс системы человек-велосипед, что существенно сокращает время выполнения манёвра.
Рисунок 5 - Маневренность нового лигерада
+ Проходимость - благодаря размерам колес и правильной развесовке, не уступает классическому велосипеду.
+ Эргономичность, удобство - одно из главных основополагающих преимуществ лигерадов. Посадку на новом лигераде скорее можно сравнивать с посадкой человека в автомобиле, нежели с позой обычного велосипедиста. Спине удобно. Руки обычно расслаблены, но при необходимости на них можно опереться, разгружая позвоночник, или для гашения автоколебаний подвески, резонирующей с неровностями дороги.
36
Вестник КГУ, 2016. № 3
+ Безопасность - существенно выше, чем на классическом велосипеде, главным образом из-за движения «вперед ногами», а не головой. Руль не мешает покинуть велосипед, при столкновении с препятствием. Еще одним неоспоримым плюсом в плане безопасности является тот факт, что земля находится ближе.
+ На первый взгляд покажется невероятным, но на лигераде можно спускаться с горы с углом недоступным классическому велосипеду. Чем круче гора, тем более вертикальное положение принимает человек, приближаясь к привычному положению при ходьбе, без риска «выпасть вперед через руль», как на классическом велосипеде.
+ Препятствия - немаловажным требованием к современному велосипеду, является возможность преодоления городских бордюров, не слезая с велосипеда. Если вы молоды и тренированы, то запрыгнете на бордюр, как на обычном велосипеде. Если нет - то, не покидая лигерад можно опустить ноги на землю, приподнять рукой переднюю часть велосипеда и «заползти» на бордюр. На обычном велосипеде этот «маневр» совершить гораздо труднее. На длиннобазовом лигераде, касаясь ногами земли, удобно остановиться перед перекрестком или пропуская пешеходов.
+ Компактность - общая длина нового лиге-рада лишь на 10 см больше длины среднего велосипеда. Неоспоримым преимуществом является возможность вертикального хранения лигерада в условиях дефицита пространства. При этом ли-герад занимает площадь в полтора раза меньше, чем классический велосипед.
+ К сказанному нужно добавить, что новый лигерад имеет максимально возможную совместимость со стандартными велокомпонентами.
Новый лигерад будет полезен самому широкому кругу потребителей: людям, использующим велосипед как транспортное средство, туристам, спортсменам, занимающейся велоэкстримом, и людям, заботящимся о своем здоровье, в том числе пожилым.
Список литературы
1 Заявка на полезную модель РФ № 2016104017: МПК В62К 3/00; В62 Л 1/04. Велосипед рикамбент / Котельников В. Г., Волков Г. Ю.; заявл. 08.02.2016.
УДК 621.01 Н.Н. Крохмаль
Курганский государственный университет
критический анализ определения понятия группы ассура в теории механизмов и машин
Аннотация. В статье проводится критический анализ классического определения понятия групп Ассура, приводимого в учебной и на-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 11
учной литературе. Выявлены противоречия и неполнота классического определения. Указаны причины противоречий и недостаточности определений.
Ключевые слова: рычажные механизмы, определение группы Ассура, противоречия в определении, неполнота определения.
N.N. Krokhmal Kurgan State University
CRITICAL ANALYSIS OF ASSUR group DEFINITION IN THE THEORY OF MACHINES AND MECHANISMS
Annotation. The article provides a critical analysis of the classical definition of Assur groups, cited in the educational and scientific literature. Contradictions and incompleteness of the classical definition elicited. The reasons for the definitions contradictions and inadequacywere stated.
Keywords: lever mechanisms, Assur groups definition, the contradictions in the definition, the incompleteness of the definition.
Любая наука при изучении объектов, принадлежащих к области её исследований, оперирует понятиями и определениями, априорно положенными в её основу. Научный метод предполагает, что базовые понятия и определения в любой науке должны быть непротиворечивы и адекватны объектам, изучаемым наукой.
В отечественной науке о рычажных механизмах (раздел теории механизмов и машин) наиболее известным и применяемым методом представления структуры рычажных механизмов является метод Ассура [1]. Главным элементом структурных моделей механизмов в данном методе является структурная группа - группа Ассура.
Приведём ряд определений из учебной литературы, широко используемой как в процессе обучения студентов, так и в научных исследованиях.
«Группой Ассура будем называть кинематическую цепь с нулевой степенью подвижностью относительно тех звеньев, с которыми входят в кинематические пары свободные элементы её звеньев, и не распадающуюся на более простые цепи, обладающие также нулевой степенью подвижности» [1].
«Кинематическая цепь, число степеней свободы которой относительно элементов её внешних кинематических пар равно нулю, называют структурной группой, если из неё нельзя выделить более простые кинематические цепи, удовлетворяющие этому условию» [2].
«Структурной группой называется кинематическая цепь, число степеней свободы которой равно нулю относительно элементов её внешних пар, причём группа не должна распадаться на более простые кинематические цепи, удовлетворяющие это м у усл о в и ю» [3] .
37
