Велосипед, мабуть, найпоширеніший транспортний засіб. А те, що він і найекономічніший — немає сумнівів: досить двох бутербродів з маслом, щоб дві години крутити педалі. Але чи можна збільшити ефективність людського «двигуна»? Зі зменшенням витрат «пального» нічого не вийде. Тертя і вага машини зведені майже до мінімуму. Існує й «коробка швидкостей» — пристрій для зміни передавального відношення за рахунок перекидання ланцюга на малі або великі зірочки. Залишається лише подовжувати важелі педалей, але спеціалісти категорично заявляють, що їх оптимальна довжина — 170 мм.
Оригінальним рішенням стала запропонована в останні роки еліпсовидна ведуча зірочка. Читачі детально ознайомлені з цим винаходом. За допомогою еліпса передавальне відношення змінюється циклічно, краще підлаштовуючи педальний механізм під людину, але… не полегшуючи роботи.
1 — рама велосипеда, 2 — переднє колесо, 3 — ведуча зірочка, 4 — педальний додатковий важіль, 5 — зірочка важеля, 6 — додаткові ланцюгові передачі, 7 — шатун, 8 — кронштейн.
У пропонованому увазі читачів пристрої (рис. 1) вдалося синтезувати переваги еліпсовидної зірочки та «довгих» важелів: тут крутний момент збільшується, коли під натиском незвичні важелі ніби подовжуються, описуючи водночас еліптичну криву, хоча ведуча зірочка зберігає правильне коло. Так досягається виграш у силі й усувається нерівномірність зміни передавального відношення; ноги ж описують коло з оптимальним радіусом — 170 мм.
БУДОВА
1 — кріпильна планка ведучої зірочки, 2 — скоба, 3 — шпонка, 4 — основний важіль (шатун), 5 — шпилька, 6 — втулка, 7 — ролик, 8 — втулка підшипника, 9, 14 — допоміжні зірочки, 10 — опора, 11 — кронштейни, 12 — подовжувальний важіль, 13 — педаль, 15 — кулька підшипника, 16 — болт, 17 — втулка допоміжної зірочки, 18 — шайба, 19 — вісь подовжувального важеля.
Педальний механізм (рис. 2) і тут не обійшовся без звичного основного важеля — шатуна 4, на маточину якого надівається допоміжна зірочка 9. Вона встановлена нерухомо відносно рами велосипеда — через кронштейн 11. До вільного кінця шатуна на шарнірі кріпиться допоміжний подовжувальний важіль 12 із педаллю 13. На валу важеля 12 нерухомо закріплена друга допоміжна зірочка 14. Обидва зубчасті колеса мають однакову кількість зубців і пов’язані між собою ланцюгом.
ПРИНЦИП ДІЇ
А — основний важіль, Б — подовжувальний важіль.
При натисканні на педаль 13 основний важіль починає обертатися, при цьому зірочка 9 (через ланцюг і другу допоміжну зірочку 14) утримує подовжувальний важіль 12 завжди спрямованим уперед і горизонтально. При цьому загальна траєкторія руху подовжувального важеля являє собою еліпс, у «передній» половині якого найбільший радіус припадає на педаль, а в задній — на шарнір важеля. Завдяки цьому винесена вперед педаль дає змогу натискати на неї з максимальною силою саме на найбільш результативній ділянці шляху — від верхньої мертвої точки до нижньої, тобто коли основний важіль ніби подовжується, що й забезпечує виграш у силі. Хоча насправді під час крутіння педалей вони описують правильне коло з радіусом, рівним довжині шатуна (оптимальна довжина — 170 мм), але висунутим уперед на довжину допоміжного важеля (рис. 3).
ВИГОТОВЛЕННЯ
Для простоти розглянемо послідовно деталі в порядку, як вони позначені на рисунку 2.
Планка 1 виготовляється з декапірованої сталі товщиною 5 мм. До неї болтами кріпиться ведуча зірочка шатунів. Залежно від її діаметра та форми середньої частини обираються розміри несучої частини планки (на кресленні не подані).
Скоба 2. Дві такі скоби зроблені з декапірованої сталі товщиною 3 мм. Ними несуча планка нерухомо кріпиться до маточини правого основного важеля — гвинтами М6Х8 із потайною головкою.
Шпонка 3. Потрібні дві, зі сталі Ст45; їх розміри визначаються вирізом в осі шатунів і величиною шпонкового паза маточини.
Основний важіль 4. Їх два — правий і лівий, виготовляються зі сталі Ст40Х. Вони з’єднуються зі своїми важелями (4) зварюванням. Паз для шпонки у втулках повинен бути з одного й того самого боку відносно важеля. Отвір під шпильку (5) в останньому свердлиться після зварювання через втулку.
Шпилька 5 — з пружинної сталі 65Г без додаткової термообробки.
Втулка 6. Їх дві — права (для правого важеля) і ліва (для лівого). Матеріал — сталь Ст3.
Ролик 7. Використані ролики Ø 2,4X10,5 мм від старої хрестовини автомобіля ВАЗ-2101.
Втулка підшипника 8. Знадобляться дві зі сталі Ст40Х. Чотири отвори Ø 5 мм свердляться в них одночасно з отворами на допоміжній зірочці 9 і кронштейні 11.
Допоміжні зірочки 9 і 14. Усього їх чотири. Вони стандартні, від втулки заднього колеса, мають по 19 зубців (продаються в магазинах запчастин для велосипедів). На двох зірочках (9) отвори розточуються до Ø 39 мм. Можуть бути виготовлені і як одна деталь разом із втулкою підшипника 8 і несучою втулкою 17. У цьому випадку кількість зубців не повинна бути меншою за 13. Основний (без зубців) діаметр такої зірочки — 52,5 мм, а зовнішній — 60 мм.
Опора 10. Кріпиться двома гвинтами М3 до лівого кронштейна 11, щоб забезпечити достатній передній люфт між втулкою підшипника і маточиною лівого основного важеля.
Кронштейн 11. З їх допомогою допоміжні зірочки встановлюються нерухомо відносно рами велосипеда. Вони складаються з трьох деталей: плеча і двох скоб, вигнутих відповідно до діаметра рами. Матеріал обох кронштейнів і чотирьох скоб — декапірована сталь товщиною 3 мм. Скоби кріпляться гвинтами М5, а після того як уточниться їх згин по рамі, приварюються.
Подовжувальний важіль 12. Їх два: обидва зроблені зі сталі Ст40Х. На одному кінці кожного — отвір для педалі з різьбою M14, яка повинна бути однойменною: у правого — права, у лівого — ліва. На іншому кінці — отвір для осі (19); вона приварюється. Для більшої міцності по розділовій лінії осі та важеля можуть бути зроблені один або два глухі отвори Ø 4,9X9 мм: перед зварюванням у них забиваються обрубки сталевого стержня Ø 5 мм, що виконують роль шпонки.
Кулька 15. Усього для підшипників подовжувальних важелів знадобиться 84 штуки Ø 3 або Ø 3,2 мм.
Болт 16. Їх два, розміром М6Х10 мм — для фіксації зірочки на важелі.
Втулка 17 під допоміжну зірочку — дві штуки — зі сталі Ст40Х. Три пази по периферії виточуються під виступаючі частини зірочки 14.
Шайба 18. Дві, з декапірованої сталі товщиною 2 мм; внутрішній і зовнішній діаметри відповідно 6,5 мм і 38 мм.
ДОДАТКОВІ РЕКОМЕНДАЦІЇ
Для виготовлення пристрою за даними кресленнями необхідно мати порожнисту вісь каретки. Можна використати й вісь із квадратно-конусними краями, але при цьому отвори в маточині шатунів повинні відповідати її розмірам, а проміжок між маточиною каретки велосипеда і маточинами шатунів повинен бути мінімум 1 мм.
Люфт, необхідний для нормального обертання подовжувального важеля відносно шатуна, досягається підбором товщини сталевої шайби (шайб), закріпленої між віссю подовжувального важеля 12 і шайби 18.
Міжосьова відстань у основного і допоміжного важелів приблизно дорівнює 172 мм. Щоб ланцюг не мав слабкого натягу, його розмір визначається під час монтажу. Як це відбувається? Подовжувальний важіль і зірочка встановлюються на вільному кінці шатуна. На осі каретки монтуються (не остаточно) інша допоміжна зірочка і втулка підшипника 8 на маточині. На обидві зірочки надівається ланцюг довжиною 590 мм, натягується, після чого важіль і маточина приварюються один до одного. При демонтажі шпилька 5 виймається, в отвір М6 загвинчується гвинт, і відповідним борідком через отвір у центральній осі вибивається основний важіль (шатун).
Робиться пробний монтаж, перед яким деталі 1, 2, 4, 8, 11, 12 і 17 піддаються термообробці (цементуванню). Між шатуном і подовжувальним важелем, а також між основним важелем і несучою втулкою вставляються пластмасові ущільнювачі, виготовлені з відповідного за діаметром кільця товщиною 1 мм.
* * *
Педальний механізм з автоматичним подовженням важелів визнано винаходом і захищено в Болгарії авторським свідоцтвом. Усі, хто випробував новинку, відзначають не лише конструктивну оригінальність рішення поставленого завдання, а й досяжний завдяки їй позитивний ефект: «прийомистість» веломашини, обладнаної таким механізмом, легше проходження важких трас і подолання підйому.
«М-К» 7’85, За матеріалами журналу «Направи сам», НРБ