PL229197B1 - Układ zawieszenia tylnego koła pojazdów jednośladowych - Google Patents

Abstract

Układ zawieszenia zawiera dolny łącznik (8) i górny łącznik (6) ułożyskowane w czterech punktach (A), (B), (C), (D), układ zawieszenia wahacza (7) obejmuje w dolnej części ramy dolny łącznik (8) połączony przednim końcem z suportową mufą (5), z punktem obrotu (A), i połączony tylnym końcem z przednim końcem wahacza (7), z punktem obrotu (B) zaś w górnej części ramy wymieniony układ zawieszenia obejmuje górny łącznik (6) połączony tylnym końcem z wahaczem (7), z punktem obrotu (D), i połączony przednim końcem z górną rurą (2) ramy, z punktem obrotu (C), przy czym obrotowe mocowanie dolnego łącznika (8) z przednią częścią ramy w suportowej mufie (5) znajduje się tylko po jednej stronie w osi suportu (5), przeciwległe do łańcucha napędu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ zawieszenia tylnego koła pojazdów jednośladowych, w szczególności rowerów.

Zawieszenie tylnego koła roweru, zwłaszcza roweru przeznaczonego do jazdy terenowej górskiej, powinno wykazywać następujące cechy:

- zawieszenie reaguje na każdy typ nierówności - od małych po największe uderzenia,

- zawieszenie działa przy każdej prędkości,

- pedałowanie nie ma wpływu na pracę zawieszenia,

- hamowanie nie ma wpływu na pracę zawieszenia,

- tylny trójkąt ramy jest sztywny, nie przemieszcza się na boki,

- układ zawieszenia nie jest podatny na luzy,

- wszystkie zużywające się elementy są łatwo serwisowalne (wymienne),

- istnieje dobry dostęp do wszystkich regulacji tylnego amortyzatora,

- występuje progresywna charakterystyka - zawieszenie utwardza się wraz ze wzrostem ugięcia, co zapobiega dobijaniu,

- masa zawieszenia jest możliwie jak najmniejsza.

Projektanci rowerów próbują zoptymalizować wydajność amortyzacji tylnego koła tak, aby zawieszenie nie wpadało w kołysanie podczas pedałowania a zarazem reagowało na każdą najechaną nierówność. Najprostszym zabiegiem jest oddalenie punktu obrotu ramienia wahacza od osi suportowej. Takie konstrukcje tylnego zawieszenia można ogólnie podzielić na trzy kategorie: niskiego obrotu w przykładzie US 6877591, wysokiego obrotu - w przykładzie US 5244224 oraz zmiennego punktu obrotu - w przykładzie US 20080054595 A1.

Zawieszenia z niskim punktem obrotu, bardzo dobrze sprawują się na małych nierównościach i przy niskich prędkościach, ale gorzej radzą sobie przy dużych prędkościach, szczególnie na większych przeszkodach. Dodatkowo, tak nisko umieszczony punkt obrotu powoduje niekorzystne kołysanie zawieszenia podczas pedałowania i stratę energii rowerzysty. Natomiast wysoko umieszczony punkt obrotu powoduje, że linia koła podczas pracy zawieszenia ma charakter odchodzący do tyłu, odnosząc się do kierunku jazdy, a zatem taka konstrukcja lepiej nadaje się do pokonywania większych przeszkód z większymi prędkościami. Problemem, przy tak umieszczonym punkcie obrotu, jest nadmierne wydłużenie łańcucha, który z kolei powoduje niekorzystny, bo nadmierny ruch ramion korb w przeciwnym kierunku, do pedałowania. Efekt ten nazywany jest „pedal kickback”.

Próbę rozwiązania tego problemu stanowi układ zawieszenia z tymczasowym, zmiennym punktem obrotu (VPP - Virtual Pivot Point). Jednak układ ten nie zapewnia pełnych korzyści, zarówno niskiego jak i wysokiego punktu obrotu. Konstrukcje tego typu są uśrednieniem obu położeń punktu obrotu zawieszenia, przy częstym pogorszeniu innych parametrów zawieszenia, takich jak usztywnienie zawieszenia podczas hamowania.

Znany jest z opisu zgłoszeniowego US 20140103617 A1, układ zawieszenia dwuwahaczowy. Żaden z wahaczy nie jest bezpośrednim łącznikiem między przednią częścią ramy a tylnym kołem. Układ ten składa się z głównej i tylnej części ramy oraz amortyzatora z ramieniem przedłużającym. Główna część ramy zawiera górną rurę, główkę ramy, rurę podsiodłową, mufę suportową i dolną rurę. Na dolnej rurze, przy suporcie, znajduje się przegub dolnego wahacza zawierający parę łańcuchowych profili oraz pierwsze ramię i drugie ramię. Przedni koniec amortyzatora połączony jest obrotowo z główną ramą. Tylny koniec amortyzatora połączony jest przez przedłużenie, które jest obrotowo połączone z wahaczem. Pomocniczy wahacz, za pomocą łącznika połączony przegubowo z główną częścią ramy, zawiera parę górnych profili. Układ ten pozwala zoptymalizować wydajność zawieszenia w ramie rowerowej, zminimalizować oddziaływanie pomiędzy rowerzystą a tylną częścią ramy podczas pedałowania i odizolować hamowanie od pracy zawieszenia.

Rozszerzenie tego rozwiązania jest przedstawione w opisie zgłoszeniowym US 20150137477 A1. Konstrukcja zawieszenia dodatkowo uwzględnia przesunięcie amortyzatora względem osi ramy. Amortyzator mocowany jest bezpośrednio do przedniej części ramy oraz do tylnej, zwanej wahaczem, poprzez kołnierze montażowe.

Inne rozwiązanie układu zawieszenia przedstawione jest w opisie patentowym US 6203042. Rozwiązanie to obejmuje ramę roweru, na którą składa się główka ramy, rura podsiodłowa i mufa suportowa w dolnej części ramy. Główka ramy, rura podsiodłowa i mufa suportowa są połączone ze sobą przez elementy ramy takie jak dolny profil i górny profil oraz profil łączący te elementy. W rozwiązaniu tym

PL 229 197 B1 występuje ponadto pierwszy punkt obrotu dla dolnego łącznika, oraz drugi punkt obrotu dla górnego łącznika. Pierwszy punkt obrotu znajduje się nieco do przodu i powyżej mufy suportowej, a drugi punkt obrotu znajduje się powyżej i usytuowany jest z przodu w stosunku do pierwszego punktu obrotu. Drugi punkt obrotu dolnego łącznika jest połączony przegubowo z przednim końcem profili łańcuchowych. Trzeci punkt obrotu znajduje się do dołu i do tyłu od pierwszego punktu obrotu. Trzypunktowy dolny łącznik jest połączony przegubowo z amortyzatorem. Górny łącznik ma pierwszy koniec i drugi koniec przegubowo połączone z ramą i górną parą profili. Amortyzator jest obrotowo zamocowany do stałego elementu ramy na jednym końcu i obrotowo na drugim końcu. Opisane powyżej rozwiązanie ma korzystną linię koła oraz nisko usytuowany środek ciężkości.

Celem wynalazku jest opracowanie układu kinematyki zawieszenia, które posiada wsteczną linię koła, przy zachowaniu wysokich parametrów jezdnych.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że układ zawieszenia zawiera dolny łącznik i górny łącznik, ułożyskowane w czterech punktach, układ zawieszenia wahacza obejmuje w dolnej części ramy dolny łącznik połączony przednim końcem z suportową mufą, z pierwszym punktem obrotu, i połączony tylnym końcem z przednim końcem wahacza, z drugim punktem obrotu. W górnej części ramy wymieniony układ zawieszenia obejmuje górny łącznik połączony tylnym końcem z wahaczem, z trzecim punktem obrotu, i połączony przednim końcem z górną rurą ramy, z czwartym punktem obrotu, przy czym obrotowe mocowanie dolnego łącznika z przednią częścią ramy w suportowej mufie znajduje się tylko po jednej stronie w osi suportu, przeciwległe do łańcucha napędu.

Punkt obrotu tylnego końca górnego łącznika jest wyznaczony promieniem okręgu, którego środek usytuowany jest w osi tylnego koła osadzonego na końcu wahacza, przy czym odległość tego punktu na promieniu od środka osi tylnego koła zawiera się w zakresie od R 15 mm do R 150 mm.

Środek osi tylnego koła w punkcie SAG (czyli wstępne ugięcie zawieszenia, mierzone w procentach), przez który wyznaczona jest linia do środka koła, w położeniu zero tworzy z podłożem kąt w zakresie od 71° do 76°.

Dolny łącznik posiada dźwignię kompresującą amortyzator i kompresująca dźwignia położona jest względem płaszczyzny ramy po lewej stronie, w odniesieniu do kierunku jazdy, i odsunięta od niej w zakresie 0-50 mm.

Amortyzator posiada przedłużkę, która umożliwia skręcenie jednej z osi montażowej amortyzatora do 90° natomiast drugi koniec osi mocowany jest do uchwytu lub bezpośrednio do przedniej części ramy.

Rama posiada zębatkę lub rolkę, przez którą przechodzi łańcuch napędowy, przy czym zębatka umiejscowiona jest na podsiodłowej rurze lub na górnej rurze przedniego trójkąta ramy, powyżej suportowej mufy.

Amortyzator obchodzi górną rurę tak, że kształt rury obejmuje swoim przekrojem co najmniej 10% przekroju poprzecznego amortyzatora.

Górna rura w miejscu gdzie omija przedłużkę i amortyzator jest zlokalizowana w > 60% swojego przekroju poprzecznego po stronie prawej w odniesieniu do płaszczyzny ramy.

Amortyzator położony jest wzdłuż dolnej rury przedniego trójkąta tak, aby ta rura w swoim przekroju poprzecznym mieściła kształt amortyzatora w > 10%.

Górny łącznik ma kształt zbliżony do litery H lub Y a jego stosunek długości do dolnego łącznika wynosi 3:1, w odstępstwie 10%, a w stosunku do długości wahacza wynosi 1:1, w odstępstwie 15%, przy czym górny łącznik mocowany jest symetrycznie względem płaszczyzny ramy i łożyskowany w punkcie obrotu.

Wahacz w korzystnym wykonaniu posiada montażowe otwory hamulca tylnego.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest poprawa trakcji tylnego koła. Zawieszenie charakteryzuje się niskim „pedal kickback”, a cała konstrukcja posiada nisko usytuowany środek ciężkości. Dodatkowo podczas hamowania nie dochodzi do upośledzenia pracy zawieszenia, a co za tym idzie skrócenia drogi hamowania i poprawy bezpieczeństwa.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

fig. 1 - ramę w widoku bocznym, fig. 2 - przykład wykonania amortyzatora i układu zawieszenia, w widoku perspektywicznym, fig. 3 - tylną część wahacza z punktem obrotu D, fig. 4 - ramę z oznaczonymi płaszczyznami ramy i amortyzatora, w widoku od tyłu, fig. 5 - schemat zawieszenia ze zmiennym punktem obrotu.

PL 229 197 B1

Rama rowerowa według wynalazku zbudowana jest z przedniej części I i tylnej części II. Przednia część I obejmuje główną rurę 1, górną rurę 2 i łączącą je sterową rurę 3. Z górną rurą 2 połączona jest podsiodłowa rura 4. Górna rura 2 dochodzi do suportowej mufy 5. Tylna część II, osiowo pozycjonowana względem przedniej części I, obejmuje górny łącznik 6 i wahacz 7, korzystnie wykonany z dwóch profili, na którego tylnej części osadzone jest tylne koło. Przednia i tylna część ramy nie jest bezpośrednio połączona, elementami pośrednimi w przekazywaniu ruchu są obracające się łączniki - górny łącznik 6 i dolny łącznik 8.

Układ zawieszenia wykorzystuje łączniki 6, 8 ułożyskowane w czterech punktach A, B, C, D. Pierwszy przedni punkt obrotu A dolnego łącznika 8 znajduje się w osi suportowej mufy 5. Drugi punkt obrotu B dolnego łącznika 8 znajduje się w przedniej części wahacza 7. Pierwszy przedni punkt obrotu C górnego łącznika 6 znajduje się na górnej rurze 2. Na drugim końcu łącznika 6 znajduje się punkt obrotu D, który jest ułożyskowany z wahaczem 7.

Amortyzator X mocowany jest na pierwszym końcu do przedłużki 9 i na drugim końcu obrotowo do uchwytu 10.

Na rurze górnej 2, nieco poniżej punktu obrotu C, znajduje się łożyskowana zębatka 11 prowadząca łańcuch oraz klatka zabezpieczająca 12. Prowadzenie łańcucha przez zębatkę 11 skutkuje regulacją wielkości „pedal kickback”, tak aby praca zawieszenia nie była zakłócona a jednocześnie rower dobrze przyspieszał. Zębatka 11 może być zastąpiona przez rolkę.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się zmiennym punktem obrotu (VPP), co schematycznie przedstawiono na fig. 5. Dzięki temu, że punkt obrotu zmienia swoje położenie, można uzyskać zawieszenie, które będzie pracować niemalże niezależnie od napędu. Zawieszenie to wykazuje optymalne anty-sprężanie, czyli nie będzie zapadać się podczas każdego naciśnięcia na pedały i jednocześnie będzie reagować na każdą nierówność w drodze.

Dolny łącznik 8 jest mocowany asymetrycznie tylko po jednej stronie przedniej części ramy w suportowej mufie 5 względem płaszczyzny ramy P1, przeciwlegle do łańcucha napędu i skręcany po prawej stronie za pomocą suportowej miski 13. W przykładzie wykonania przedstawiającym klasyczne usytuowanie łańcucha po prawej stronie, w odniesieniu do kierunku jazdy, obrotowe mocowanie dolnego łącznika 8 z przednią znajduje się w osi suportu 5 po lewej stronie, w odniesieniu do kierunku jazdy. Dolny łącznik 8 łożyskowany jest w osi suportu tak, że łożyska rozstawione są na krawędziach suportowej mufy 5 lub odsunięte od tej krawędzi dla umożliwienia montażu standardowych korb rowerowych. Dolny łącznik 8 posiada dźwignię kompresującą 14 amortyzator X, do którego mocowana jest przedłużka 9 z własnym łożyskowaniem. Dźwignia kompresująca 14 położona jest względem płaszczyzny ramy P1 po lewej stronie, w odniesieniu do kierunku jazdy, i odsunięta od niej w zakresie 0-50 mm. Korzystne umiejscowienie obrotu dolnego łącznika 8 w miejscu osi suportowej wyeliminowało dodatkowe miejsce łożyskowania w przednim trójkącie ramy, w przeciwieństwie do konwencjonalnego zawieszenia o zmiennym punkcie obrotu. Ponadto wykorzystanie suportowej mufy 5 jako punktu obrotu dolnego łącznika 8 znacznie zwiększa sztywność konstrukcji, jednocześnie ją upraszczając i zmniejszając jej masę.

Górny łącznik 6 ma kształt zbliżony do litery H lub Y a jego stosunek długości do długości dolnego łącznika 8 wynosi 3:1, w odstępstwie 10%, a w stosunku do długości wahacza 7 wynosi 1:1, w odstępstwie 15%. Górny łącznik 6 mocowany jest symetrycznie względem płaszczyzny ramy P1 i łożyskowany w punkcie obrotu C w przedniej części ramy na górnej rurze 2, nieco powyżej mocowania zębatki 11 prowadzącej łańcuch. Drugi koniec górnego łącznika 6 jest łożyskowany obustronnie do wahacza 7 w punkcie D.

Miejsce łożyskowania tylnego punktu obrotu D górnego łącznika 6 jest ściśle określone przy pomocy promienia R okręgu, którego środek usytuowany jest w osi E tylnego koła.

Odległość punktu D na promieniu R od środka osi E zawiera się w zakresie od R = 15 mm do R = 150 mm.

Takie usytuowanie punktu obrotu D względem całego układu zawieszenia jest korzystne ponieważ pozwala na umiejscowienie zacisku tylnego hamulca na wahaczu 7, który podczas uginania zawieszenia w niewielkim stopniu zmienia kąt swojego położenia poniżej 14 stopni względem położenia początkowego. Zatem im mniejsza różnica między początkowym a końcowym położeniem zacisku hamulca, tym hamowanie mniej upośledza pracę zawieszenia. Hamulec mocowany jest do montażowych otworów 15 na jednym z profili wahacza 7.

Amortyzator X umiejscowiony jest asymetrycznie względem płaszczyzny ramy P1, jego płaszczyzna P2 jest odsunięta od płaszczyzny ramy w zakresie 0-50 mm. Amortyzator X położony jest korzystnie na

PL 229 197 B1 głównej rurze 1 przedniego trójkąta. Dolny profil tej rury jest ukształtowany tak, aby mieścił w swoim przekroju kształt amortyzatora, co najmniej w 10%. Przedłużka 9 sprzężona jest z amortyzatorem X i umiejscowiona jest tak, że od lewej strony powyżej suportowej mufy 5 omija górną rurę 2. Górna rura 2 jest tak wyprofilowana, aby podczas pracy zawieszenia bezkolizyjnie mijała przedłużkę 9 i amortyzator X.

W przykładzie wykonania amortyzator X nie jest bezpośrednio połączony z przednią częścią ramy, ani tylną. Uchwyt 10 może być nierozłącznym elementem przedniego trójkąta ramy lub oddzielną częścią przykręcaną do przedniego trójkąta, co przedstawiono na fig. 1. Drugi koniec amortyzatora X jest mocowany obrotowo do tylnej przedłużki 9 tak, aby oś otworu montażowego O2 była skręcona o co najmniej 30° względem osi otworu montażowego O1. W korzystnej odmianie różnica kąta między osiami mocowania amortyzatora O1 i O2 wynosi 90°. Możliwość różnej konfiguracji montażu i ustawienia amortyzatora X nie ogranicza konstrukcji.

Claims (11)

1. Układ tylnego zawieszenia pojazdu jednośladowego, w szczególności roweru, którego rama składa się z części przedniej i części tylnej zawierającej uchylny wahacz z osadzonym tylnym kołem, współpracujący z amortyzatorem drgań, przy czym wahacz połączony jest obrotowo z uchylnym górnym łącznikiem, który to układ charakteryzuje się zmiennym punktem obrotu (VPP) wahacza, znamienny tym, że układ zawieszenia zawiera dolny łącznik (8) i górny łącznik (6) ułożyskowane w czterech punktach (A), (B), (C), (D), układ zawieszenia wahacza (7) obejmuje w dolnej części ramy dolny łącznik (8) połączony przednim końcem z suportową mufą (5), z punktem obrotu (A), i połączony tylnym końcem z przednim końcem wahacza (7), z punktem obrotu (B) zaś w górnej części ramy wymieniony układ zawieszenia obejmuje górny łącznik (6) połączony tylnym końcem z wahaczem (7), z punktem obrotu (D), i połączony przednim końcem z górną rurą (2) ramy, z punktem obrotu (C), przy czym obrotowe mocowanie dolnego łącznika (8) z przednią częścią ramy w suportowej mufie (5) znajduje się tylko po jednej stronie w osi suportu (5), przeciwlegle do łańcucha napędu.

2. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że punkt obrotu (D) tylnego końca górnego łącznika (6) jest wyznaczony promieniem okręgu, którego środek usytuowany jest w osi (E) tylnego koła osadzonego na końcu wahacza (7), przy czym odległość punktu (D) na promieniu R od środka osi (E) zawiera się w zakresie od R = 15 mm do R = 150 mm.

3. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że środek osi tylnego koła (E) w punkcie SAG, przez który wyznaczona jest linia do środka koła (E), w położeniu zero tworzy z podłożem kąt w zakresie od 71° do 76°.

4. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że dolny łącznik (8) posiada dźwignię (14) kompresującą amortyzator (X) i kompresująca dźwignia (14) położona jest względem płaszczyzny ramy (P1) po lewej stronie, w odniesieniu do kierunku jazdy, i odsunięta od niej w zakresie 0-50 mm.

5. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że amortyzator (X) posiada przedłużkę (9), która umożliwia skręcenie jednej z osi montażowej amortyzatora do 90° natomiast drugi koniec osi mocowany jest do uchwytu (10) lub bezpośrednio do przedniej części ramy (I).

6. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że rama posiada zębatkę (11), przez którą przechodzi łańcuch napędowy, przy czym zębatka (11) umiejscowiona jest na podsiodłowej rurze (4) lub na górnej rurze (2) przedniego trójkąta ramy, powyżej suportowej mufy (5).

7. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że amortyzator obchodzi górną rurę (2) tak, że kształt rury (2) obejmuje swoim przekrojem co najmniej 10% przekroju poprzecznego amortyzatora (X).

8. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że górna rura (2) w miejscu gdzie omija przedłużkę (9) i amortyzator (X) jest zlokalizowana w > 60% swojego przekroju poprzecznego po stronie prawej w odniesieniu do płaszczyzny ramy (P1).

9. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że amortyzator (X) położony jest wzdłuż dolnej rury (1) przedniego trójkąta (I) tak, aby ta rura (1) w swoim przekroju poprzecznym mieściła kształt amortyzatora (X) w > 10%.

PL229 197 Β1

10. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że górny łącznik (6) ma kształt zbliżony do litery H lub Y a jego stosunek długości do dolnego łącznika (8) wynosi 3:1, w odstępstwie 10%, a w stosunku do długości wahacza (7) wynosi 1:1, w odstępstwie 15%, przy czym górny łącznik (6) mocowany jest symetrycznie względem płaszczyzny ramy (P1) i łożyskowany w punkcie obrotu (C).

11. Układ zawieszenia według zastrz. 1, znamienny tym, że wahacz (7) posiada montażowe otwory (15) hamulca tylnego.