2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Велосипед с вальным приводом

Карданный велосипед?!

  • Тип информационной страницы:
    • Блоги


Велосипед Dynamic «Runabout» с вальным приводом компании Sussex.

Велосипед с вальным (карданным) приводом — велосипед, в котором для передачи крутящего момента от кареточного узла к колесу осуществляется через вал вместо цепи. В разговорной речи такую передачу называют карданной, даже если в конкретном устройстве нет карданного узла, а используется цельный вал с конической передачей.

Вальный велосипедный привод был запатентован более века назад, но не получил широкого распространения вследствие сложной технологии производства и невозможности переключать передаточное отношение ( скорости ). 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.

История развития идей.

Первые вальные приводы для велосипедов были изобретены и в 1890 г. независимо друг от друга в США и Великобритании. А. Фернхед создал такой привод в Лондоне в 1890 г. и запатентовал его 1891 г. В его прототипе вал вращался внутри трубки, которая находилась над пером рамы, в более поздних моделях вал вращался непосредственно внутри пера.
В США Вальтер Стиллман подал заявку на патент для велосипедного вального привода десятого декабря 1890 г. Патент был выдан 21 июля 1891 г.

Вальный привод не был хорошо принят в Англии, поэтому в 1894 г. Фернхед привез его в США, где компания Pope Manufacturing Company купила эксклюзивные права на это изобретение на территории США.

Любопытно, что известный конструктор велосипедов того времени, профессор Арчибальд Шарп, 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. «

Производство вальных приводов в США начались уже в 1893 г. компанией League Cycle Company . Вскоре после этого, французская компания Metropole выпускает бесцепной велосипед «Acatane». В 1897 г. начинается массовое производство бесцепных приводов в США по лицензии компании League Cycle Company . В 1898-99 гг. 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 эффективны. 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.

youtube.com — Съем и установка колеса на кардане

В 1902 г. компания Hill-Climber выпустила на рынок трехскоростной велосипед с приводом от вала, в котором разные передаточные отношения был реализованы тремя наборами конических шестерней. Хотя небольшое количество бесцепных велосипедов производилось, по большей части, велосипеды с валом исчезли из вида на протяжении 20-го в.

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. Ярким примером являются велосипеды компании Biomega (Дания).

Техническая реализация.
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 .

Коническая зубчатая передача.
Использование конических шестерен позволяет развернуть ось крутящего момента, который идет от педалей, на 90 градусов. Для передачи крутящего момента к заднему колесу требуется две пары конических шестерен (Z-образная передача), одна возле кареточного узла, вторая возле втулки заднего колеса. Конические шестерни − самый эффективный способ изменения угла оси вала, они обеспечивают меньшее трение по сравнению с червячными передачами.

У многих велосипедистов (да и пешеходов, имеющих общие представления о механике) безусловно возник вопрос: «Крутить ногами вал — наверняка тяжелее, чем цепь. Да и обслуживание более сложного механизма более трудоемкое, а некоторым и не под силу».
Но так ли это на само деле?!
Как цепной привод, так и карданный имеют свои преимущества и дают близкий КПД на уровне около 95%. Карданный привод является более безопасным и простым. Он исключает опасность рывков цепи при езде по пересечённой местности. Он чище и наезднику больше не придется иметь дела с перепачкаными маслом цепью и одеждой. Также он более долговечен и неприхотлив, поскольку все части привода закрыты.
Цепной же привод гибче и он может поглотить больше толчков, поскольку может растягиваться. Также он имеет больше места для различных шестерен, а наличие различных передаточных соотношений является важным для плавной и комфортной езды (в автомобилях это обеспечивается педалью сцепления). Кроме того, он дешевле, чем карданный привод.
Итак, у карданный привод:
«+» оригинален,
«+» реже требует профилактики,
«+» закрытость конструкции делает ее более стойкой к внешним механическим и климатическим воздействиям,
«+» значительно больший клиренс (около 30 см),
«+» большая безопасность для пользователя — одежда не может быть «закушена» или испачкана, легче транспортировать,
«+» почти постоянный КПД — 95% (в зависимости от технического состояния цепь дает 74- 95%),
«+» лучшая аэродинамика,
«-» при этом профилактика кардана сложнее,
«-» больший вес (на данном уровне развития технологии (вспомните историю с мобильными телефонами ;))),
«-» б о льшая стоимость (тоже временно),
«-» сложность реализации вальной передачи на полноподвесных велосипедах (возможно, тоже решится скоро),
«-» более жесткий ход — передача ударов от колеса на педали/ноги (и это может быть исправлено),
«-» не дает возможности так же компактно реализовать большое количество передач; но переключение передач на кардане происходит плавнее.

Читать еще:  Самодельная рама для велосипеда

Но следует заметить, что вальный привод уже сегодня вполне подойдет для прогулочных и городских велосипедов, особенно с точки зрения элегантности и эстетичности внешнего вида велосипеда.

Что касается стоимости карданных веломашин, то на сегодня она составляет около 30000 рублей (где купить такой веловипед в Украине я пока не нашел, поэтому переводите в гривны соответственно текущего курса валют).

Велосипеды с карданным приводом

7 минут Автор: Михаил Скворцов 477

Карданный привод на велосипеде не требует наличия цепи и звёзд, что улучшает герметичность конструкции трансмиссии. Усилие с системы на колесо проходит с помощью специального вала и конических зубчатых передач. Такой привод был изобретён ещё в конце 19 века, но сейчас он плохо распространён ввиду сложности производства. Раньше такие велосипеды имели только одну передачу, однако сейчас разработали и такие велосипеды с карданным приводом, у которых могут переключаться конические шестерни, то есть может меняться передаточное число.

Кардан обычно используется в городских велосипедах. В маунтинбайке он совсем не распространён из-за невозможности ремонта трансмиссии в полевых условиях.

История развития

Первые велосипеды на карданном приводе были созданы около 100 лет назад. А. Фернхед изобрёл карданный механизм, который расположил под задним треугольником рамы. Через десятилетие карданные велосипеды приобрели огромную популярность. В 1910 году компания Pierce Arrow Automobile начала производить их серийно. Карданные байки быстро раскупались, а затем райдеры на них стали завоёвывать призовые места на соревнованиях.

Преимущества

  • Отсутствие проблем с цепью. Если она рвётся, пачкает штаны, рвёт одежду, постоянно слетает и так далее, то у велосипеда с карданным валом таких проблем нет.
  • Меньшая склонность к поломкам. Это связано с тем, что у рассматриваемой передачи меньше трущихся и вращающихся частей.
  • Долговечность. Опять же за счёт более надёжной конструкции трансмиссии.
  • Закрытая карданная передача реже требует ТО и регулировок. Она не подвержена влиянию погодных условий и механических повреждений.
  • Большее расстояние от привода до земли, что позволит входить в более резкие повороты и ездить по гористой местности.
  • В отличие от цепной передачи, здесь можно переключать скорости, стоя на месте. Для первой нужно время, чтобы цепь перекинулась с одной звезды на другую, у последней же это время сведено к минимуму.

Недостатки

  • Карданная передача прибавляет массу на 1–3 килограмма.
  • Сложность ремонта в полевых и домашних условиях.
  • Меньшее количество скоростей, чем на мультиспидах с цепной передачей. Это вызвано тем, что несколько конических зубчатых передач занимают много места и значительно прибавляют вес байку. Поэтому количество скоростей у велосипеда с валовым приводом всего около 7–8.
  • Высокая стоимость.

Отличия от цепных велосипедов

Цепная и карданная передача конкурируют между собой. Что же выбрать?

Цепь требует постоянного обслуживания: замены смазки, настройки переключателей или даже смены петуха.

КПД этих двух передач почти не отличаются.

Безопасность карданной трансмиссии по сравнению с цепной позволит вам выезжать на длительные велопрогулки как по дороге, так и по пересечённой местности.

Где купить

Карданные велосипеды очень редкие. Не в каждом магазине такие байки продаются, и даже не в каждом втором. Поэтому лучше всего заказывать их в интернет-магазинах. Минусом покупки в Интернете является то, что вы не можете пощупать байк, прокатиться на нём. Если вы всё же решили заказывать, обязательно обратите внимание на ростовку велосипеда и его назначение.

Основные производители

Наиболее известными фирмами-производителями велосипедов с карданным приводом считаются следующие.

Alpine Bikes

Эта кампания производит как цепные, так и карданные велосипеды. Это очень крепкие и надёжные байки, не требующие постоянного обслуживания.

Карданный привод Alpine наиболее надёжный, но он проигрывает в весе.

Отзывы владельцев об Alpine Bike 30M говорят о том, что это тяжёлый, но очень прочный велосипед. Радует хороший накат, плавный ход и отсутствие посторонних шумов при езде. Для работы вала необходимо всего около 50–70 граммов масла, которое достаточно менять лишь раз в год. Кардан вращается в заднем пере и передаёт усилие на планетарную втулку. Качественная втулка Nexus Inter8 чётко работает. Очень удобно, что при езде не надо следить за переключателями и положением цепи. Ресурс трансмиссии – не менее 50 тысяч километров. Велосипед готов служить вам долго!

Привод не скрипит и не люфтит, всё отлично после нескольких тысяч километров. КПД кручения педалей возрос, достаточно легко разогнать байк. Alpine Bike 30M явно не для гонок, а создан, скорее всего, для туристов, ведь на нём установлен задний багажник, полноразмерные крылья, сидушка с пружинами и тормоза типа V-brake.

Eltreco

Фирма Eltreco разработала не просто байк с карданной передачей, а велогибрид, работающий от электромотора. На нём вы можете прекратить педалирование, если устали, но при этом продолжать движение. Рассмотрим велосипед Eltreco Patrol Кардан 28”.

Большие 28-дюймовые колёса положительно сказываются на инертности, поэтому он отлично подходит для длительных поездок. Шины с агрессивным протектором и антипрокольным покрытием обеспечивают хорошее сцепление с земляным или дорожным покрытием в любую погоду.

Ещё одно достоинство – складная рама. У вас не возникнет проблем с транспортировкой байка. Рама сделана из алюминия 6061. В местах швов и крепления аккумулятора она дополнительно усилена, что придаёт конструкции отличную надёжность.

Читать еще:  Каким клеем заклеить камеру велосипеда

Карданный привод резко и быстро переключает скорости, а также не требует частых переборок и обслуживания. Мастер поможет вам выполнить первоначальную настройку трансмиссии, а затем надо будет лишь менять масло по мере необходимости.

Качественная покраска в стиле милитари имеет хорошую устойчивость к любым погодным условиям и не выгорает на солнце. Байк рассчитан на райдера, чей вес не превышает 110 кг. Вес самого велосипеда – 26 кг.

На этом электробайке можно ездить только от аккумулятора или только за счёт вращения педалей, а можно и совместить эти режимы, помогая своим мышцам электромотором.

Очень цепкие дисковые тормоза от японской фирмы Shimano никогда не подведут в ответственный момент!

В общем, Eltreco Patrol Кардан 28” – это то, что нужно для езды по городу или велопутешественнику, ведь в байке сочетаются качества, необходимые для быстрой езды по дороге и длительных поездок.

Как вы уже поняли, карданные байки нужны для катания по городу, причём они не требуют с ними возиться, смазывать трансмиссию каждые 100 км и ремонтировать. Для человека, который просто хочет кататься, а не копаться в велосипеде, такой байк – идеальный вариант!

Велосипеды без цепи: популярные технологии, их преимущества и недостатки

Идея заново изобрести велосипед, создав модель без классического цепного привода, не покидала инженеров с конца XIX века. Большинству проектов не суждено было продвинуться дальше прототипов, но ряд конструкторских идей сумел заслужить право на жизнь, выйдя на массовое производство. Сегодня на рынке существует несколько классов бесцепных велосипедов, способных полноценно конкурировать с традиционными моделями.

Велосипеды с вальной передачей

Изобретение вальной передачи – первая успешная попытка заменить цепной привод. К идее передавать крутящий момент через прямой вал с двумя зубчатыми передачами инженеры пришли еще в конце XIX века. Но это были односкоростные велосипеды, которые не смогли конкурировать с классическими цепными моделями.

Многоскоростные велосипеды с прямым валом начали создавать уже в наше время. Сегодня на рынке доступен пусть и ограниченный, но стабильный сегмент велосипедов с таким приводом, имеющий своих почитателей. Данные модели присутствуют в линейках таких крупных велобрендов как Sturmey-Archer, Shimano, SRAM.

Объективно о преимуществах

В чем прямой вал объективно выигрывает у цепи, и за что почитатели таких байков готовы выкладывать немалые суммы?

Велосипед с прямым валом – более практичен и безопасен в эксплуатации. Здесь нет открытых механизмов и можно не переживать, что одежда попадет в цепной механизм или будет запачкана в масле. Это удобно в первую очередь для людей, использующих велосипед в качестве ситибайка: для езды на работу, прогулок в городе и пр.

Высокая надежность и безотказность системы – также немаловажные преимущества моделей с вальной передачей. Компонентов трансмиссии здесь существенно меньше, и все они скрыты внутри корпуса. Таким образом, детали не подвержены воздействию воды, грязи и пыли; их не нужно чистить, смазывать и периодически подстраивать систему переключения скоростей как в обычных велосипедах. С такими велосипедами исключается вероятность срыва цепи со звездочек, и отпадает необходимость в ее замене по мере износа.

Использование прямого вала с коническими шестернями позволяет уменьшить коэффициент трения на механизмах, это отражается на высоком КПД и, как следствие, надлежащей эффективности педалирования. Отсутствие передней звезды обеспечивает увеличенный просвет между рамой и дорогой, что сказывается на улучшенной проходимости велосипеда, особенно в условиях города, где много бордюров.

О достоинствах планетарных втулок

Велосипеды с прямым валом имею систему планетарного переключения скоростей. При таком конструкторском решении все звездочки и другие компоненты трансмиссии находятся внутри задней втулки. Планетарные втулки обеспечивают широкий ряд практических преимуществ, о которых уместно поговорить отдельно.

Такие системы переключения надежны, долговечны и нетребовательны к обслуживанию благодаря своей закрытой конструкции, защищающей механизмы от грязи, воды и пыли. Велосипеды с планетарными втулками особенно удобны для городского движения, т.к. переключать скорости можно на месте, что актуально при постоянных остановках на светофорах и в пробках. Втулка с планетарным механизмом обеспечивает четкое и мягкое переключение передач, эффективный старт с места и плавный разгон.

Недостатки велосипедов с вальной передачей

Прежде всего – это их цена. Она объясняется высокой себестоимостью моделей и отсутствием массового производства. Но велосипед с вальной передачей – это хоть и дорогая, но, бесспорно, выгодная инвестиция, которая позволит в дальнейшем очень долго использовать байк без лишней головной боли связанной с техническим обслуживанием.

Велосипеды с прямым приводом критикуют за более жесткий ход, чем у цепных моделей. Подобное мнение не лишено оснований, но этот недостаток не ощущается при езде на хорошей и ровной дороге. Бесцепные велосипеды надежны и долговечны, но, как и любая другая техника, они не застрахованы от возможных поломок. Ремонт в этом случае будет на порядок сложнее и дороже или же окажется невозможен.

Велосипеды с ременным приводом

Модели с ременной передачей являются наиболее состоятельной альтернативой велосипедам с цепью. Сегодня такие байки присутствуют в ассортименте каждого крупного велобренда. Их спрос неуклонно растет последние 10 лет, с того момента как Gates Corporation – американская компания по производству передаточных ремней – представила свой революционный концепт Carbon Drive System, позволивший по-новому взглянуть на возможности ременной трансмиссии.

В конструктивном плане такая трансмиссия выглядит без лишних сложностей. Вместо цепи используют гибкий ремень с зубьями на внутренней поверхности. Передняя и задняя звездочка заменена двумя шкивами с отверстиями, через которые выдавливается грязь, налипающая на ленту. Ремень всегда остается в одной плоскости, и не перекидывается при смене передач. Переключение скоростей производится при помощи планетарной втулки, о которой мы уже успели рассказать выше.

Читать еще:  Как кататься на велосипеде зимой

Насколько надежная ременная трансмиссия?

Это первый вопрос, которым задаются, когда речь заходит о ременных передачах. Опасения что ремень порвется, будет прокручиваться при силовом педалировании и со временем растянется – невольно возникают у большинства людей, первый раз сталкивающихся с подобной технологией.

В качестве аргумента свидетельствующего о незаурядной надежности синхронных ремней Gates, чью технологию сегодня в той или иной степени копируют все производители, достаточно упомянуть тот факт, что их успешно используют для мотоциклов, лент транспортеров, двигателей гоночных авто и другой техники, где механические нагрузки несопоставимо выше, чем в велоприводе.

Приводные ремни изготавливают из гибкого полимера на тканевом армирующем каркасе. Лента имеет слоеную структуру с прослойками из углеродных волокон (карбона), благодаря которым она не растягивается и демонстрирует феноменальную приспособленность к большим динамическим нагрузкам. Поверхность зубцов покрыта синтетическими полиамидами для защиты от преждевременного износа.

Объективно о преимуществах ременной трансмиссии

В сравнении с обычной цепью ременная передача обладает довольно внушительным перечнем достоинств. Она создает меньше шума – работает тихо, без скрежета и лязганий металла, а нижнее перо не пачкается и не повреждается железной цепью. Ремень ощутимо легче – это значимый аргумент, прежде всего, для приверженцев скоростного катания, которые не пренебрегают малейшей возможностью облегчить свой велосипед.

Обслуживание ременной трансмиссии сводится только к периодическому ополаскиванию водой, и в отличие от цепи ее не нужно смазывать. Сам ремень не подвержен коррозии и максимально практичен в повседневном использовании – не пачкает, не зажевывает и не рвет одежду.

При всей своей технологичности ремень все же подвержен износу прежде всего из-за стирания зубцов на внутренней поверхности ленты. Но опыт использования таких велосипедов показывает, что эксплуатационный ресурс ленты выше; в среднем она служит в два раза дольше, чем цепь. КПД ленточной трансмиссии при этом не уступает цепному приводу. В дополнение к перечисленным достоинствам, велосипедисту доступны все преимущества планетарной втулки – ее эксплуатационная неприхотливость, возможность переключения передач с места, отзывчивое и точное управление скоростями.

Недостатки ременной передачи

Велосипедный ремень является неразъемным. Поэтому конструкция велорамы должна предусматривать возможность разъединения пера для продевания ремня во время его установки. Наличие разъемного узла на раме, причем в месте, испытывающем большие нагрузки, по мнению некоторых скептиков, является существенным недостатком, негативно сказывающимся как на надежности самой рамы, так и на качестве наката. Сам же ремень поменять намного проще, чем цепь, поскольку нет необходимости в его расклепывании и пачкании рук в масле.

Для эффективной работы трансмиссии нужен ремень строго определенной длины. В отличие от цепи укоротить и самостоятельно подогнать его под свой велосипед не получится. Чтобы гарантированно избежать проблем с размером ремня и получать удовольствие от эффективной работы трансмиссии, его следует заказывать у производителя велосипеда. Очевидно, что владельцы такой техники становятся заложником проблем с запчастями.

В сравнении с цепью лента работает при гораздо большем натяжении. Это нужно для того, чтобы она не проскальзывала на шкивах и обеспечивала надлежащую передаточную способность. Высокое натяжение может увеличивать нагрузки на подшипники, снижая таким образом срок их службы.

Как продлить жизнь велосипедного ремня?

Ремень намного практичней обычной цепи. Его не нужно смазывать, оберегать от коррозии и он намного легче очищается от загрязнений. Но бесцепной привод в большей степени уязвим перед неправильной эксплуатацией, поэтому важно помнить о некоторых моментах, которые продлят жизнь ременной трансмиссии.

Ремень должен лежать в прямой плоскости, т.е. передний и задний шкивы должны быть хорошо выровнены и находиться строго напротив друг друга. Перекос ленты значительно ускоряет износ зубьев на ее внутренней поверхности и приводит к ухудшению работы трансмиссии, несмотря на то, что сам ремень продолжает передавать крутящий момент на колесо.

Распространенная причина преждевременного выхода ремня из строя – его загрязнение смазкой. Особенно уязвимыми являются торцы: попадание масла на эти места может вызвать расслоение ленты и ее преждевременный разрыв.

Вопреки заверениям скептиков, современные ремни не разрушаются от температурных перепадов и не меняют своих механических характеристик как при критически высоких, так и критически низких температурах. Но они уязвимы перед нежелательными механическими воздействиями – такие ремни нельзя сминать, завязывать в узел, натягивать на звезды-шкивы с помощью металлических инструментов.

Перспективные концепты бесцепных велосипедов

Среди наиболее значимых разработок последнего времени особым образом выделяется бесцепная трансмиссия велосипеда Driven, который в 2018 году представили инженеры датской компании CeramicSpeed.

На первый взгляд их концепт похож на велосипед с обычной вальной передачей. Но при более внимательном рассмотрении можно увидеть ряд принципиально новых конструкторских решений, которые позволяют на целых 49% снизить коэффициент трения в сравнении с обычной цепной трансмиссией.

Вместо цепи в этом велосипеде используют регулируемый вал – переключение скоростей происходит за счет изменения его длины. Классические зубчатые передачи на концах вала заменены на оригинальные подшипниковые механизмы. Они передают крутящий момент с минимальным трением и высокой энергоэффективностью.

В велосипеде имеется 13 передач, но потенциально их может быть намного больше благодаря узкой конструкции зубчатой кассеты. За счет ограниченного набора компонентов и отсутствия широкой задней кассеты трансмиссия имеет минимальный вес и в меньшей степени подвержена загрязнениям.

Из всех существующих концептов – это наиболее перспективная технология, которая с большой долей вероятности выйдет на массовый рынок.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector