Вальный привод. Тема Вальный привод велосипеда
 Скачать 111.39 Kb.
|
|
РХ ХПК гАбакан Тема Вальный привод велосипеда СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Теоретическая часть Практическая часть ВВЕДЕНИЕ Велосипед с вальным приводом — класс велосипедов, в которых передача крутящего момента от кареточного узла к колесу происходит через вал (в разговорной речи такую передачу могут называть карданной, хотя в конкретном устройстве нет карданного шарнира), с зубчатой передачей, состоящей из двух конических. Цель проекта: Задачи: Объект исследования: Предмет исследования Теоретическая часть История идеи велосипеда с вальным приводом Вальный велосипедный привод был запатентован в конце XIX века, но не получил широкого распространения вследствие сложной технологии производства и невозможности изменения передаточного отношения трансмиссии. Только в первом десятилетии XXI века развитие технологий позволило сравнять передаточные отношения цепных приводов и внутривтулочных редукторов, что привело к появлению на рынке небольшого количества серийных велосипедов с вальными приводами.  Рисунок 1. - Привод Хилдика, не совсем удачная альтернатива цепи, 1898 г. В конце XIX века многие изобретатели и конструкторы пытались создать бесцепные велосипедные приводы. Кроме вала предлагалось множество других альтернатив цепи, но только вальный привод получил дальнейшую практическую реализацию. Первые вальные приводы для велосипедов были изобретены в 1890 году независимо друг от друга в США и Великобритании. А. Фернхед (англ. A. Fearnhead) создал такой привод в Лондоне в 1890 г. и запатентовал его 1891 году. В его прототипе вал вращался внутри трубки, которая находилась над пером рамы, в более поздних моделях вал вращался непосредственно внутри пера[1]. В США, Вальтер Стиллман (англ. WalterStillman) подал заявку на патент для велосипедного вального привода десятого декабря 1890 года. Патент был выдан 21 июля 1891 года[2]. Вальный привод не был хорошо принят в Англии, поэтому в 1894 году Фернхед привёз его в США, где компания Pope Manufacturing Company (англ.) купила эксклюзивные права на это изобретение на территории США. Любопытно, что известный конструктор велосипедов того времени, профессор Арчибальд Шарп (англ. ArchibaldSharp), был против вала; в своей классической книге «Велосипеды и трициклы» 1896, он пишет: Механизм Фернхеда .... если бы можно было изготавливать конические шестерни с большой точностью и минимальными затратами, то можно было бы сказать, что передачи такого типа смогли бы заменить цепной привод, но факт того, что зубья конических шестерен невозможно фрезеровать с необходимой точностью, является серьёзным препятствием для его практического внедрения[3].Archibald Sharp, 1896 Производство вальных приводов в США начались уже в 1893 году компанией League Cycle Company[4]. Вскоре после этого, французская компания Metropole выпускает бесцепной велосипед «Acatane»[4]. В 1897 году начинается массовое производство бесцепных приводов в США по лицензии компании League Cycle Company[4]. В 1898-99 годах бесцепные велосипеды становятся довольно популярными, но количество их продаж заметно меньше, чем классических велосипедов, из-за относительно высокой цены. Вальные велосипеды были также несколько менее эффективным, чем обычные велосипеды. Около восьми процентов потерь энергии приходилось на передачи, в частности, из-за ограниченных производственных технологий того времени. Заднее колесо было труднее снять, чтобы заменить покрышку или камеру. Многие из этих недостатков были преодолены в двадцатом веке. В 1902 году компания Hill-Climber выпустила на рынок трёхскоростной велосипед с приводом от вала, в котором разные передаточные отношения был реализованы тремя наборами конических шестерён[5]. Хотя небольшое количество бесцепных велосипедов производилось, по большей части, велосипеды с валом исчезли из вида на протяжении большей части 20-го века. Однако до сих пор существует ниша на рынке велосипедов, которую занимают велосипеды с вальным приводом, особенно в секторе дорожных (городских) велосипедов. И есть ряд производителей, которые предлагают такие велосипеды, либо как часть более широкого класса, либо как отдельный класс велосипедов. 1.2 Технические особенности Для обеспечения возможности переключения передач приводной вал соединяют с встроенным в заднюю втулку (ступицу) редуктором. На сегодняшний день можно выделить три наиболее крупных производителя встроенных (внутренних) редукторов, которые можно использовать с вальным приводом, это Shimano, SRAM и Sturmey-Archer. Использование конических шестерён позволяет развернуть ось крутящего момента, который идёт от педалей, на 90 градусов. Для передачи крутящего момента к заднему колесу требуется две пары конических шестерён (Z-образная передача), одна возле кареточного узла, вторая возле втулки заднего колеса. Конические шестерни − самый эффективный способ изменения угла оси вращения, они обеспечивают меньшее трение по сравнению с червячными передачами. 1.3 Принцип работы велосипедов с карданным приводом Самые распространенные и известные велосипеды, конечно с цепным приводом. Но существуют еще и ременной, карданный и электрический. И так как модернизация велобайка постоянно развивается, то и на улицах городов, все чаще встречаются усовершенствованные конструкции с карданным приводом. Он представляет из себя не цепную, а вальную передачу: у него отсутствуют звезды и велоцепь; не надо следить за состоянием цепи; передачи переключать нет необходимости; передача крутящего момента происходит за счет шестеренок.  Рисунок 2 -  Рисунок 3 - Карданный или вальный привод не имеет гнущихся элементов, выглядит единым механизмом из металла. Вращение происходит через вал (а не через цепь) спереди на заднее колесо по цельной трубке. Весь механизм выглядит одним целым. В целом велосипед выглядит точно также, как и обычный. Чаще данная трансмиссия устанавливается на городские версии двухколесников. Отличительные технические особенности карданного привода: В конструкции привода применены шестерни в форме конуса. Благодаря им, становится возможно развернуть ось вращающегося момента, который проходит от педали на 90 градусов; Чтобы велобайку передать заднему колесу движение, необходимо две пары конических шестерен, Z – образной передачи. Расположение первой – возле кареточного узла, второй – у втулки заднего колеса; Способ изменения угла оси вращения с помощью конических шестерен, позволяет обеспечивать наименьшее трение, по сравнению с другими типами передач. Ресурс использования привода в разы увеличивается, такую конструкцию можно смело эксплуатировать до нескольких лет подряд без технического обслуживания. 1.4 Достоинства и недостатки Велосипед с карданным приводом имеет следующие достоинства: полное отсутствие шума при езде, по сравнению с шумом цепной передачи; не изнашивается и не рвется цепь; техническое обслуживание необходимо очень редко, очевидна долговечность механизма; система работает отлажено и четко; показания надежности и прочности выше, чем у цепочного механизма; в связи с отсутствием цепи и звезд, исчезает возможность попадания одежды (брючин, подола юбки) в цепочный механизм — карданный привод полностью закрыт; попадание грязи, посторонних предметов, воды в механизм велосипеда сведен к минимуму, благодаря достаточно герметичной защите; осуществляется переключение передач даже без движения велосипеда – это комфортно при езде по дорогам города; отличная аэродинамика велобайка. Однако, у механизма есть и некоторые минусы: при поломке механизма, самостоятельно устранить неполадки не получится, требуется техобслуживание; количество передач у такой системы меньше, не более 8; вся конструкция двухколесника весит на 1-3 кг тяжелее; стоимость обычно выше, чем у цепочных моделей. Но все эти недостатки незначительны. При передвижении по городским улицам, вполне достаточно количества предлагаемых скоростей. Небольшой перевес вряд ли ощутим. При регулярном ТО, байк будет служить многие годы без смены механизма. Сервисный интервал для велобайка с приводом — карданом – более 30 000 км пробега! (для цепочных моделей – до 5 000 км!) А это как раз и оправдывает слегка завышенные цены. 2.Практическая часть 2.1 Подбор материала 2.2. Расчет передаточного числа Велосипед, в котором используется карданный вал, и отсутствуют цепи и звездочки. Во время движения нет надобности, следить за состоянием цепи и переключать передачи. Карданный вал представляет собой единый металлический механизм без гнущихся частей. За счет цельной трубки система получается несгибаемой. Все передвижения полностью передаются на заднее колесо. Вращение передается через вал вместо цепи. Преимущество валовой передачи: Не спадает и не рвется цепь. Улучшена проходимость за счет клиренса. Подходит для прогулок по горной местности. Сохраняется целостность одежды благодаря отсутствию цепи и звездочке. Редко требуется техническое обслуживание. Налаженная работа системы, что повышает надежность транспортного средства. Существует защита трансмиссии от механических и климатических влияний. Безупречная аэродинамика. Возможность переключать передачи на месте (удобно для поездок по городу). Отличия карданных велосипедов от конкурентов Основным конкурентом карданной передачи до сих пор остается велосипед с цепным приводом. Транспортное средство с цепной передачей требует постоянного ухода системы. Скорость может меняться за счет зацепления цепи на малые звезды. Это приводит к рывкам и колебаниям во время движения. По КПД карданный (95%) и цепной (80-95%) приводы близки друг к другу. Передаточное число Передаточное число — один из параметров пары зацепления из двух зубчатых колёс (двух шестерён), определяемый как соотношение числа зубьев большего зубчатого колеса к меньшему. Формула расчета: u = z2 / z1 где z1 – число зубьев ведущей шестерни; z2 – число зубьев ведомой шестерни. Так как на велосипеде установлено две пары шестерен, мы посчитали передаточное число двух пар и передаточное число всей валовой передачи. Таким образом мы получили, что передаточное число первой пары шестерен равна: U= 15/32=0,47 Передаточное число второй пары равно: U=16/16=1 И передаточное число всей валовой передачи равно отношению второй пары шестерен к первой: U= 1/0,47= 2,13 То есть если мы крутим педали со скоростью 40 оборотов в минуту, то на выходе мы имеем 80 на колесе. 2.3. Технологическая карта процесса При изготовлении карданного вала на велосипед были выстроенны следующие технологические процессы:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Интернет ресурсы: https://lakkroll.ru/velosiped-s-kardannym-privodom-svoimi-rukami/ - Велосипед с карданным приводом своими руками https://dzen.ru/a/W3gzum0lvgCo0MKW - Карданная передача велосипеда – вальный велосипедный привод https://ru.wikipedia.org/wiki/Велосипед_с_вальным_приводом -Велосипед с вальным приводом |