ВЕЛОСИПЕД МЕНЯЕТ ФОРМУ #3

За два столетия со времен изобретения велосипеда каких только идей не возникало по оснащению его различными двигателями: внутреннего сгорания, электрическими, маховичными и даже парусами. Однако мускульный привод для этого транспортного средства остается наиболее приемлемым, выгодно отличая его от других машин тем, что передвижение на нем способствует физическому развитию человека. Вопрос лишь в том, как рациональнее, в зависимости от дорожных условий, велосипедисту распределить свою силу.

И в этом плане современный велосипед достаточно совершенная конструкция. Но все же новаторы продолжают пытливо искать и открывать его дополнительные резервы. И небезуспешно. Свидетельством тому очередная публикация (предыдущие см. в «Моделисте-конструкторе» № 10’97, 5’2000, 6’01) с новыми разработками изобретателя В.М.Гаврилова из поселка Иноземцево Железноводского района Ставропольского края.

МНОГОСКОРОСТНОЙ ДОРОЖНИК

Дорожный велосипед прост и надежен. У него безотказный ножной тормоз, что немаловажно при движении по бездорожью, но нет переключения передач, как, например, у многоскоростных велосипедов типа «Турист», так необходимых при езде по пересеченной (с холмами и оврагами) местности. Однако «Турист» имеет только ручной тормоз, на мой взгляд, не обладающий ни плавностью, ни надежностью, ни износостойкостью, да и стоит он гораздо дороже.

А нельзя ли объединить достоинства обоих типов велосипедов? Оказывается, если подумать, то частично можно, установив на дорожном вместо штатной ведомой звездочки блок из трех жестко скрепленных (сваренных) через дистанционные проволочные кольца соосных звездочек.

Первая (малая) звездочка, имеющая 18 зубьев, штатная. Она закаленная, поэтому ее для последующей сварки в блок надо отпустить, то есть разогреть на огне (в костре или над газовой горелкой) до красного цвета и охладить на воздухе.

Вторая и третья звездочки, соответственно с числом зубьем 24 и 28, самодельные. Они изготовлены из листовой стали толщиной 2,3 мм по следующей технологии. На небольшом листе ватмана циркулем проводится окружность (для второй звездочки диаметром 97 мм). Затем ватман укладывается на мягкий картон (или несколько слоев газет). На листе размещается часть велосипедной цепи (24 звена) так, чтобы центры осей ее звеньев расположились приблизительно на начерченной окружности, а расстояние между осями первого и последнего звена было равным шагу цепи — 12,7 мм. Эта часть цепи аккуратно накрывается кусочком фанерного листа и через него рукой прижимается к ватману. На бумаге останутся отпечатки осей. Затем на стальной лист наклеивается этот оттиск и через него на металле, по середине отпечатанных кружочков от осей, накерниваются центры и сверлятся 24 отверстия диаметром 8,5 мм. Далее из стального листа зубилом или ножовкой вырезается заготовка звездочки. Остается лишь по шаблону разметить, аккуратно обточить на наждаке и напильником каждый ее зуб, а также сделать центральное отверстие диаметром 51 мм.

Таким же способом изготовлена и третья звездочка, только диаметр окружности на ватмане равнялся 112 мм и на нее были уложены 28 звеньев цепи. На место этой звездочки можно установить и готовую от старого детского велосипеда — она имеет такое же количество зубьев с тем же шагом. Только перед сваркой ее тоже нужно отпустить.

Две кольцевые дистанционные вставки с внутренним диаметром 52 мм согнуты из 6-мм стальной проволоки. Прежде чем соединить звездочки в единый блок, для удобства и надежности сварки их с кольцами в самодельных звездочках просверлено несколько технологических отверстий диаметром 12 мм. После этого, обеспечив соосность звездочек для предотвращения биения зубчатых венцов, кольца и звездочки последовательно приварены друг к другу точками, равномерно распределенными по окружности.

Изготовленный блок звездочек посажен на наружную часть ведущего конуса задней втулки велосипеда и штатная (меньшая) звездочка приварена к нему по кругу надежным сплошным швом. Можно было бы просто зафиксировать блок «родным» пружинным кольцом, как обычно, но нет гарантии, что термически отпущенные шлицы малой звездочки выдержат увеличившиеся нагрузки.

Для сварочных работ ведущий конус освобожден от подшипника и роликов и термически отпущен аналогично звездочке. Повторную закалку детали, как показала эксплуатация, можно не делать.

Длины оси хватает, чтобы закрепить ведущее колесо с блоком звездочек в задней вилке велосипеда.

А вот простой и надежный самодельный механизм переключения скоростей я, как ни старался, сконструировать не смог. Поэтому установил на своем дорожнике стандартный механизм от старого велосипеда «Турист», жестко закрепив его болтом М10 прямо в отверстии рамы. Рычажок переключения передач расположил под сиденьем. Тем же, у кого нет такого переключателя скоростей, советую заготовить два отрезка цепи с замками на обоих концах: первый — с пятью звеньями, второй — с девятью. Тогда перед очередной поездкой еще дома можно удлинить (или укоротить) цепь и поставить ее на нужную звездочку в зависимости от предполагаемого характера трассы, скорости движения и своей физической формы. Например, если предстоит ехать налегке по шоссе, то выбираются меньшая звездочка и укороченная цепь (без вставок). Когда же надо преодолевать путь по проселочной дороге, да еще с грузом, в цепь вставляется длинный отрезок — для большей звездочки.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ

Как известно, для изменения величины крутящего момента на ведущем колесе велосипеда в зависимости от дорожных условий (подъемы — спуски, грунт — шоссе) используют два основных способа: либо применяют задние ведомые звездочки различного диаметра путем последовательной переброски на них цепи, либо изменяют длину шатунов.

Если первый способ давно испытан и внедрен во многие серийные модели, то о втором этого сказать нельзя. Тем не менее, простота последнего позволяет предположить его возможную популярность в будущем.

Предлагаемая конструкция позволяет автоматически регулировать длину шатунов и, следовательно, крутящий момент, то есть переключать скорости в зависимости от «сопротивления» трассы.

Следует сразу отметить, что левый шатунный узел аналогичен правому. И хотя слева цепь отсутствует, но звездочка необходима и здесь для крепления на ней деталей. В штатный шатун вместо педали ввинчен палец, изготовленный из конца термически отпущенного кареточного вала шатунов, для чего в пальце нарезана резьба М14х1,25 (правая).

Автоматическая многоступенчатая трансмиссия:

1 — ведущая звездочка; 2 — штатный шатун; 3 — межшатунный палец (от конца кареточного вала); 4 — дополнительный шатун; 5 — педаль; 6 — планка (сталь, полоса 30×3); 7 — приводная цепь; 8 — фиксатор; 9 — пружина; І0 — ось пружины; 11 — втулка; 12 — шайба

На пальце штифтом с незначительным люфтом закреплен дополнительный шатун так, что он позволяет шатунам поворачиваться относительно друг друга на небольшой угол. И уже на конце дополнительного шатуна установлена педаль, расстояние от которой до оси вращения ведущей звездочки может изменяться и регулироваться с помощью стальной планки с пазами.

Планка свободно смонтирована на оси педали и опирается пазами на приваренный к звездочке цилиндрический фиксатор с надетой на него втулкой между буртиком и шайбой. Планка поджата к оси \/-образной пружиной, которая также свободно установлена на своей оси. Один конец пружины загнут и входит в одно из трех отверстий диаметром 2,5 мм, просверленных в звездочке. Ось изготовлена по типу фиксатора и одинаковым образом с ним смонтирована на звездочке. Другой конец пружины также слегка отогнут внутрь и введен в канавку, образованную спиленными под 45° кромками планки и приваренной к ней накладки, что обеспечивает постоянный контакт фиксатора и планки оси при разных ее положениях. Дополнительный шатун слегка изогнут так, чтобы его конец с педалью вошел в плоскость штатного шатуна, а планка располагалась параллельно звездочке (верхний ее конец тоже слегка отогнут).

Окончательные угловые размеры пазов планки определяются и подгоняются напильником при обкатке в зависимости от параметров пружины и силы ног велосипедиста. Отверстия в звездочке под конец пружины позволяют изменять ее усилие. После подгонки пазов детали (планка с приваренной к ней накладкой) закаляются разогревом на пламени до светло-красного цвета и охлаждением в машинном масле.

Принцип работы устройства следующий. Положение, изображенное на рисунке, соответствует минимальному крутящему моменту, поскольку педаль максимально приближена к оси вращения звездочки, что оптимально при быстрой езде по ровному шоссе. При увеличении крутизны дороги возрастают и усилия на планке, в результате скошенная кромка первого паза скатывается с втулки фиксатора, преодолевая сопротивление пружины, и на фиксатор перескакивает соседний паз. Это приводит к увеличению радиуса вращения педалей и крутящего момента. По мере повышения сопротивления трассы планка последовательно переходит в следующий паз, и так до последнего, у которого нижняя сторона (как и верхняя у первого) перпендикулярна оси планки, что ограничивает дальнейшее ее перемещение.

Для уменьшения крутящего момента и длины рабочей части планки (при уменьшении подъема дороги) велосипедист в верхней «мертвой точке», прекращая педалирование, с силой давит ногой на педаль и этим вызывает аналогичный возврат планки в следующий паз.

Конструкция проста, надежна и эффективна, как показали ее испытания, и обеспечивает почти двойной перепад крутящих моментов и, следовательно, «скоростей». Педаль при этом отстоит достаточно далеко от земли, а стопа — от переднего колеса. Заднюю вилку рамы можно слегка подправить молотком так, чтобы шатуны ее не касались.

Приведенные размеры устройства относятся к взрослому велосипеду с закрытой треугольной рамой. Очевидно, что его можно установить на любой велосипед с ножным торможением.

МОЖНО И БЕЗ ЗВЕЗДОЧКИ

Представляемый привод для велосипеда, успешно опробованный мной на практике, — принципиально новый механизм. Действие его основано не на вращении шатунов, а на их возвратно-колебательном движении. Что это дает? Во-первых, работают одновременно обе ноги, что значительно повышает мощность привода. Во-вторых, можно существенно удлинить педальные шатуны, что также увеличит крутящий момент. В-третьих, легче переключать скорости, что важно при движении на подъем.

Для использования этого привода из задней втулки дорожного велосипеда извлечен тормозной барабан для свободного обратного вращения малой ведомой звездочки, а велосипед оборудован ручными тормозами. Кроме того, одновременный подъем обеих ног требует более развитых мышц бедер и брюшного пресса (но это, как говорится, дело наживное).

Привод состоит из блока шатунов (назовем их так): скоростного, натяжного и двух педальных — по одному для каждой ноги, жестко соединенных между собой в единую конструкцию. Педальные шатуны длиной 240 мм — комбинированные, сваренные каждый из двух обычных (первый из них укорочен). Чтобы они не касались на поворотах переднего колеса, последнее взято меньшего диаметра — от велосипеда «Салют» (подойдет и колесо от «Камы»), Скоростной шатун тоже комбинированный. Он так же, как и педальный, сварен внахлестку из двух обычных таким образом, что расстояние между их концами составляет 50 мм. Концы шатунов сточены на наждаке, образуя два крюка. За них цепляется петля, изготовленная из 3-мм стальной проволоки, соединенная с верхним концом цепи. К этому же шатуну, на 50 мм ниже, приварен еще один крюк. Он позволяет еще в более широких пределах регулировать крутящий момент. Петля же для изменения скорости движения при этом перебрасывается велосипедистом на нужный крюк правой рукой. Скоростной шатун закреплен на валу каретки, как обычно, клиновым штифтом, а к нему в этом месте под углом 70° приварен правый педальный шатун. Для надежности и жесткости их можно дополнительно соединить стержнем, образующим с ними треугольник (на рисунке не показан). К педальному шатуну приварен еще один шатун — натяжной, направленный противоположно скоростному. На его конце закреплена пружина, связанная с цепью и обеспечивающая ей натяжение при зацеплении петли с любым крюком. Нижний предел хода блока шатунов ограничен стержневым упором, закрепленным на нижней (подкосной) трубе рамы.

Техника езды с таким приводом требует дополнительных приспособлений. Для того, чтобы поднимать педали, надо хотя бы одну из них снабдить туклипсом, в который стопа должна легко входить и еще легче выводиться. Его можно вырезать из листа металла, пластика или толстой кожи по размерам обуви. Разобрав педаль и выбив стяжные болты из резиновых брусочков, последние обрезают на толщину стенок туклипса и, установив его, вновь собирают педаль.

Когда обе ноги толкают педали вниз, то массы тела может оказаться недостаточно, чтобы обеспечить максимальное усилие. Поэтому для езды на велосипеде с таким приводом требуется прочный пояс, на который сзади одним концом накидывается стальная скоба, а второй конец при езде заводится под низ сиденья. При остановке скоба легко выводится из зацепления с сиденьем. Изготавливается она из полосы 3-мм стали, а ее длина подбирается индивидуально.

Перед поездкой велосипедист, затянув ремень с подвешенной сзади на поясе скобой, вводит стопу (например, левую) в туклипс педали, опущенной в положение, когда скоростные шатуны доведены до упора. Оттолкнувшись от дороги другой ногой, садится в седло и, опираясь на руль, резко поднимает ноги и с усилием нажимает на педали. Если подъем дороги значительный и требует таких усилий, что корпус начинает подниматься над седлом, то велосипедист одной рукой заводит нижний конец скобы под седло. Это обеспечит дополнительную связь с велосипедом и позволит ногам развивать максимальное усилие, хотя такое постоянное зацепление скобы с седлом не будет мешать и в обычной поездке.