ВЕЛОПРИВОД БЕЗ «МЕРТВЫХ ЗОН»

Повышение эффективности привода — проблема, которая волнует не только конструкторов велосипедов, но и владельцев этих машин. Со времени изобретения велосипеда педальный привод доведен, можно сказать, до совершенства. Повысить его эффективность без усложнения механизма вряд ли возможно.

На спортивных и туристских велосипедах, например, устанавливают многоступенчатые передачи, но даже в этих приводах остается так называемая «мертвая зона», когда шатуны находятся возле своего вертикального положения. Педали проходят эту зону по инерции, так как создать в это время полноценный крутящий момент ногами очень сложно.

Наиболее простым решением проблемы казалось применение в приводе эллиптической ведущей звездочки. С тех пор минуло немало лет, но что-то не видно, чтобы производители велосипедов воспользовались этим техническим решением. То ли они пока не осмыслили саму идею, то ли их останавливают технологические трудности.

У меня тоже есть вариант решения этой проблемы. Только я изменил не сам привод, а лишь вилку заднего колеса — встроил в нее шарнирно-пружинный механизм, который выполняет роль аккумулятора потенциальной энергии. Шарнир возвращает сполна энергию усилия приводу как раз в те моменты, когда шатуны проходят «мертвые зоны».

Предлагаю читателям это опробованное в деле техническое решение для повышения эффективности педального привода обычного дорожного велосипеда, на которое я получил авторское свидетельство об изобретении.

Двухшарнирный механизм (а — положение деталей механизма без нагрузки в момент прохождения педальными шатунами «мертвых зон»; б — положение деталей механизма в момент передачи максимальной нагрузки (крутящего момента) приводом:

1 — шарнирное соединение подседельной вилки с рамой (шпилька М10 с гайками); 2 — подседельная вилка; 3 — наконечник двойного шарнира (4 шт.); 4 — направитель цепи; 5 — правый шатун; 6 — двуплечий рычаг; 7 — пружина (нормально сжатая); 8 — консоль; 9 — хомут; 10 — ограничительный ролик; 11 — кронштейн крепления оси ролика; 12 — цепная вилка; 13 — левый шатун

Вид двухшарнирного механизма с правой стороны. Здесь смонтированы направитель цепи, двуплечий рычаг с пружиной и консолью.

Вид двухшарнирного механизма с левой стороны. Здесь установлен ограничительный ролик. Хорошо видны и наконечники с шатуном

Прежде всего, об изменениях в конструкции велосипеда. Они состоят в том, что подседельная вилка в узле ее крепления к раме (под седлом) соединяется теперь шарнирно шпилькой-осью М8. На велосипедах старых марок это сделать совсем нетрудно: верхние концы вилки в подседельном узле прикреплены к раме болтом, который надо лишь заменить на шпильку-ось. На более новых моделях велосипедов верхние приваренные концы придется отрезать от трубы рамы и просверлить в них отверстия под шпильку.

Перья цепной вилки разрезаются примерно на одной четверти своей длины от оси колеса. Перья в месте разреза разводятся — передние отгибаются вниз на расстояния, равные размерам между отверстиями в шатунах двухшарнирного механизма (рис.1, дет. 5,13).

В месте разреза в трубку каждого пера вилки вставляется по стальному наконечнику. Каждый из них закрепляется в пере двумя болтами М4. В каждой паре наконечников одного пера болтами М6 закреплено по шатуну выполненному из 4-мм стального листа, причем левый шатун немного больше правого. Этим обеспечивается более равномерное перемещение шатунов при их работе.

С правой стороны на нижней оси шатуна установлен двуплечий рычаг с пружиной растяжения с усилием 0,5 — 1 кг. Другой конец пружины зацеплен за консоль, притянутую хомутом к передней части пера вилки. Для регулировки натяжения пружины по длине плеча рычага и консоли просверлено по нескольку отверстий.

Схема переделки рамы (подседельной и цепной вилок):

1 — шарнирное крепление подседельной вилки к раме; 2 — усиление коренных концов вилок; 3 — подседельная вилка; 4 — наконечники; 5 — цепная вилка; 6 — рама

Ограничительный ролик:

1 — ролик (Ст3, пруток Ø32); 2 — подшипник серии 1000096 (2 шт.); 3 — ось (СтЗ, шпилька М6); 4 — кронштейн (Ст3, лист s3); 5 — гайка М6 (4 шт.); 6 — опора (Ст3, лист s4, 2 шт.); 7 — стопорное кольцо (2 шт.)

Устройство работает следующим образом. В движении при нажатии на педаль верхний участок цепи не только вращает звездочку ведущего заднего колеса, но и тянет за собой само колесо, которое продвигается немного вперед, поворачивая шатуны устройства. При этом верхний конец правого шатуна толкает двуплечий рычаг, который противоположным концом растягивает пружину. При этом происходит небольшой подъем задней части рамы вместе с седлом и велосипедистом.

При снятии усилия с педалей (что происходит и во время их прохождения через «мертвые зоны») осуществляется обратный ход шатунов механизма и колеса под давлением массы велосипедиста и сжатия пружины. При этом слабина цепи выбирается, звездочка с ведущим колесом продолжают вращение, а шатуны проходят «мертвую зону». За один полный оборот шатуна происходит два таких цикла.

Поскольку во время подвижки заднего колеса вперед нижний участок цепи слегка провисает, то здесь нужен был бы компенсатор длины цепи. Но он неминуемо усложнил бы конструкцию механизма и потребовал замены ножного тормоза на ручной. Для того чтобы цепь со звездочки колеса при провисании не соскакивала, на задней части правого пера вилки я установил направитель цепи и закрепил его теми же двумя болтами, что и смонтированный здесь наконечник.

И еще. При передаче значительного крутящего момента сам привод стремится развернуть ведущее колесо против часовой стрелки (поскольку привод расположен с правой стороны). При значительных люфтах в шарнирно-пружинном механизме (что неминуемо при его изготовлении в домашних условиях) приводу это удается и шина колеса начинает задевать за левое перо. Чтобы этого не происходило, здесь установлен ограничительный ролик.

Велосипед после модернизации

Ролик смонтирован на оси на двух подшипниках серии 1000096, хотя целесообразнее было бы установить подшипники типа 80000 или 180000 — с защитными шайбами или уплотнениями, но у меня таких не было. Ролик имеет возможность перемещаться вдоль оси в тех пределах, в которых позволяет перемещаться заднему колесу шарнир. Ось ролика — шпилька М6 установлена в кронштейне, который приварен к двум опорам и закреплен на правом пере неподвижной части цепной вилки с помощью хомутов и винтов. Хомуты я подобрал готовые, но можно было сделать самому — такие же, какие устанавливают сантехники на водопроводных трубах, когда нужно устранить течь без сварки

И последнее. Поскольку конструкции подседельной и цепной вилок претерпели изменения и оказались ослабленными, то их коренные концы (стыкуемые с рамой) усилил накладками из дюралюминиевого листа толщиной 5 мм с резиновыми прокладками, стянув каждую пару накладок двумя болтами М8.

Специальных измерений по увеличению эффективности привода с встроенным в раме шарнирно-пружинным механизмом я не производил, но по ощущениям предполагаю, что работа велосипедиста облегчается вдвое. Езда на таком велосипеде даже по грунтовой дороге и сильно пересеченной местности — сплошное удовольствие.

С. РЕШЕТОВ, г. Казань