Підвищення ефективності привода — проблема, яка хвилює не лише конструкторів велосипедів, а й власників цих машин.
Від часу винаходу велосипеда педальний привод доведено, можна сказати, до досконалості. Підвищити його ефективність без ускладнення механізму навряд чи можливо. На спортивних і туристських велосипедах, наприклад, встановлюють багатоступеневі передачі, але навіть у цих приводах залишається так звана «мертва зона», коли шатуни перебувають біля свого вертикального положення. Педалі проходять цю зону за інерцією, бо створити в цей час повноцінний крутний момент ногами дуже складно.
Найпростішим рішенням проблеми здавалося застосування у приводі еліптичної ведучої зірочки. Відтоді минуло чимало років, але щось не видно, щоб виробники велосипедів скористалися цим технічним рішенням. Чи то вони ще не осмислили саму ідею, чи то їх зупиняють технологічні труднощі.
У мене теж є варіант розв’язання цієї проблеми. Тільки я змінив не сам привод, а лише вилку заднього колеса — вбудував у неї шарнірно-пружинний механізм, який виконує роль акумулятора потенціальної енергії. Шарнір повністю повертає енергію зусилля приводу саме в ті моменти, коли шатуни проходять «мертві зони».
Пропоную читачам це випробуване на практиці технічне рішення для підвищення ефективності педального привода звичайного дорожнього велосипеда, на яке я отримав авторське свідоцтво на винахід.
1 — шарнірне з’єднання підсідлової вилки з рамою (шпилька M10 з гайками); 2 — підсідлова вилка; 3 — наконечник подвійного шарніра (4 шт.); 4 — напрямник ланцюга; 5 — правий шатун; 6 — двоплечий важіль; 7 — пружина (нормально стиснута); 8 — консоль; 9 — хомут; 10 — обмежувальний ролик; 11 — кронштейн кріплення осі ролика; 12 — ланцюгова вилка; 13 — лівий шатун
Передусім про зміни в конструкції велосипеда. Вони полягають у тому, що підсідлова вилка у вузлі її кріплення до рами (під сідлом) з’єднується тепер шарнірно шпилькою-віссю М8. На велосипедах старих марок це зробити зовсім неважко: верхні кінці вилки в підсідловому вузлі прикріплені до рами болтом, який треба лише замінити на шпильку-вісь. На новіших моделях велосипедів верхні приварені кінці доведеться відрізати від труби рами і просвердлити в них отвори під шпильку.
Пера ланцюгової вилки розрізають приблизно на одній чверті своєї довжини від осі колеса. Пера в місці розрізу розводять — передні відгинають вниз на відстані, рівні розмірам між отворами в шатунах двошарнірного механізму (рис.1, дет. 5, 13).
У місці розрізу в трубку кожного пера вилки вставляють по сталевому наконечнику. Кожен із них закріплюють у пері двома болтами М4. У кожній парі наконечників одного пера болтами М6 закріплено по шатуну, виготовленому з 4-мм сталевого листа, причому лівий шатун трохи більший за правий. Цим забезпечується рівномірніше переміщення шатунів під час їхньої роботи.
З правого боку на нижній осі шатуна встановлено двоплечий важіль із пружиною розтягування із зусиллям 0,5 — 1 кг. Інший кінець пружини зачеплено за консоль, притягнуту хомутом до передньої частини пера вилки. Для регулювання натягу пружини по довжині плеча важеля і консолі просвердлено по кілька отворів.
Пристрій працює так. У русі під час натискання на педаль верхня ділянка ланцюга не лише обертає зірочку ведучого заднього колеса, а й тягне за собою саме колесо, яке просувається трохи вперед, повертаючи шатуни пристрою. При цьому верхній кінець правого шатуна штовхає двоплечий важіль, який протилежним кінцем розтягує пружину. При цьому відбувається невелике підняття задньої частини рами разом із сідлом і велосипедистом.
Коли зусилля з педалей знімається (що відбувається і під час їхнього проходження через «мертві зони»), здійснюється зворотний хід шатунів механізму і колеса під тиском маси велосипедиста та стиснення пружини. При цьому слабина ланцюга вибирається, зірочка з ведучим колесом продовжують обертання, а шатуни проходять «мертву зону». За один повний оберт шатуна відбувається два такі цикли.
1 — шарнірне кріплення підсідлової вилки до рами; 2 — підсилення корінних кінців вилок; 3 — підсідлова вилка; 4 — наконечники; 5 — ланцюгова вилка; 6 — рама
Оскільки під час переміщення заднього колеса вперед нижня ділянка ланцюга трохи провисає, тут був би потрібен компенсатор довжини ланцюга. Але він неминуче ускладнив би конструкцію механізму і вимагав би заміни ножного гальма на ручне. Щоб ланцюг із зірочки колеса під час провисання не зіскакував, на задній частині правого пера вилки я встановив напрямник ланцюга і закріпив його тими самими двома болтами, що й змонтований тут наконечник.
І ще. Під час передачі значного крутного моменту сам привод прагне розвернути ведуче колесо проти годинникової стрілки (оскільки привод розташований із правого боку). При значних люфтах у шарнірно-пружинному механізмі (що неминуче при його виготовленні в домашніх умовах) приводу це вдається, і шина колеса починає зачіпати за ліве перо. Щоб цього не відбувалося, тут встановлено обмежувальний ролик.
1 — ролик (Ст3. пруток Ø32); 2 — підшипник серії 1000096 (2 шт.); 3 — вісь (Ст3. шпилька М6); 4 — кронштейн (Ст3, лист s3); 5 — гайка М6 (4 шт.); 6 — опора (Ст3. лист s4, 2 шт.); 7 — стопорне кільце (2 шт.)
Ролик змонтовано на осі на двох підшипниках серії 1000096, хоча доцільніше було б встановити підшипники типу 80000 або 180000 — із захисними шайбами чи ущільненнями, але в мене таких не було. Ролик має можливість переміщатися вздовж осі в тих межах, у яких дозволяє переміщатися задньому колесу шарнір. Вісь ролика — шпилька М6 — встановлена в кронштейні, який приварено до двох опор і закріплено на правому пері нерухомої частини ланцюгової вилки за допомогою хомутів і гвинтів. Хомути я підібрав готові, але можна було зробити самому — такі самі, які встановлюють сантехніки на водопровідних трубах, коли треба усунути течу без зварювання.
І наостанок. Оскільки конструкції підсідлової та ланцюгової вилок зазнали змін і виявилися ослабленими, то їхні корінні кінці (що стикуються з рамою) підсилив накладками з дюралюмінієвого листа товщиною 5 мм із гумовими прокладками, стягнувши кожну пару накладок двома болтами М8.
Спеціальних вимірювань щодо підвищення ефективності привода з вбудованим у раму шарнірно-пружинним механізмом я не проводив, але за відчуттями припускаю, що робота велосипедиста полегшується вдвічі. Їзда на такому велосипеді навіть ґрунтовою дорогою і сильно пересіченою місцевістю — суцільне задоволення.
«Моделист-конструктор» № 7’2005, С. РЕШЕТОВ