Кривошип

Педальные кривошипы на велосипеде
Велосипедный кривошип с отверстиями под винты для передней звезды и отверстием для соединения с валом каретки.

Кривошипа представляет собой рычаг прикреплен к валу с шагом для размещения стопы на свободном конце. Приводной крутящий момент передается на вал через кривошип посредством кругового движения . Обычно используются две педали со смещением на 180 °, чтобы можно было использовать обе ноги.

Чаще всего используются две кривошипные педали, прикрепленные к концам короткого вала каретки на велосипеде . Нажатие на педали велосипеда на концах шатунов приводит в движение вал и переднюю звезду .

Педальные кривошипы также используются для управления водными велосипедами , мопедами , велоэргометрами , педальными генераторами и приводами барабанов стиральных машин в странах третьего мира. В прошлом педальные приводы также использовались для работы с кустарными устройствами, такими как вращающиеся точильные камни для амбулаторных ножниц и точильных машин для ножей .

Следующие объяснения относятся к кривошипам педалей на велосипедах.

функция

Человек, который управляет шатунами, обычно сидит на седле. «Подшипник вала» приводится в движение путем попеременного нажатия на педали. При движении стоя крутящий момент также может быть получен от веса тела. Приводное усилие обычно передается на заднее колесо через цепную , зубчатую , карданную или ременную передачу.

Материал и размеры

Шатуны педалей раньше делались из стали, тогда как сегодня велосипеды почти полностью изготавливаются из алюминия, а некоторые из них также из пластика, армированного углеродным волокном . Длина кривошипа измеряется от центра оси педали до центра оси каретки. Большинство шатунов имеют длину от 170 до 175 мм. Существуют также шатуны от 150 до 190 мм, что может быть эргономическим преимуществом для коротких или длинных ног . Исследования велоспорта на треке показывают, что более короткие шатуны длиной от 155 до 160 мм обладают не только эргономическими преимуществами, но и меньшим сопротивлением воздуху.

Горизонтальное расстояние между внешней поверхностью левого и правого кривошипа - это так называемая добротность .

изобретатель

Шатун педали Генриха Милиуса (1845 г.)

Первый шатунный велосипед в Германии задокументирован немецким механиком, диалектным поэтом и дизайнером Генрихом Милиусом примерно в 1845 году в Темаре . Говорят, что Милиус построил двухколесный мотоцикл, который был оснащен кривошипами на переднем колесе до кривошипного колеса Фишера (1853 г.). Дата сейчас считается спорной. По сравнению с байком Fischer бросается в глаза своеобразная задняя вилка. Это говорит о более старом году строительства. Можно предположить, что Милиус и Филипп Мориц Фишеры (1812–1890) знали друг друга, потому что оба жили всего в 80 километрах друг от друга. Милий бежал в Америку во время революции 1848/1849 годов .

Как изобретатель педального кривошипа на велосипедах, с ним также связаны:

  • Пьер Мишо (1813–1883), Франция - Педальный привод для велосипедов в 1861 году, когда он сделал две копии своего Velocipede публично на Всемирной выставке 1867 года , что привлекло внимание мировой общественности и помогло добиться успеха в продажах.
  • Пьер Лаллеман (1843–1891), Франция - патент США на педальный велосипед 1866 г.

технология

Место соединения вала и кривошипа подвергается сильным знакопеременным нагрузкам. См .: Нижний кронштейн # Соединение вала каретки и кривошипов .

Кривошип для шатунов с квадратной головкой к оси каретки .
Слева съемник лучшего качества. Два других съемника доступны по цене менее 10 евро. Из-за закругленной резьбы они уже непригодны. Средний съемник разобран на две отдельные части.
Шаг внутренней резьбы кривошипа мал по отношению к диаметру и действующей растягивающей силе. Простые качественные съемники часто изготавливаются из такого мягкого материала, что их резьба изнашивается уже после нескольких использований. В этом случае также будет повреждена внутренняя резьба застрявшего кривошипа. Инструмент проскальзывает, и кривошип можно вынуть только с большим усилием.

Большинство велосипедных кривошипов с квадратным соединением с валом каретки имеют внутреннюю резьбу, которая используется для ввинчивания специального винтового инструмента, с помощью которого кривошипы снимаются с вала. Тонкая внутренняя резьба легко повреждается, если инструмент для снятия кривошипа наклонен, или если его резьба изношена после многократного использования или из-за использования с нечистой внутренней резьбой. Если съемник проскальзывает по внутренней резьбе при затягивании внутреннего винта, необходимо использовать другой метод снятия кривошипа:

  • Кривошип нагревается снаружи пламенем или нагнетателем горячего воздуха вокруг опоры вала. Быстрый нагрев - преимущество. Затем кривошип можно сбить с вала молотком или молотком и зубилом, пока квадратное гнездо кривошипа расширилось из-за тепла, а сам вал еще остается холодным.
  • Снаружи кривошипа может быть прикреплен двуплечий или трехплечий съемник . Как и в случае съемника, ввинчиваемого изнутри, затем внутри инструмента к валу ввинчивается оправка, чтобы снять кривошип. Однако в случае кривошипов с закругленными краями по бокам часто бывает трудно повесить рычаги съемника на задней части кривошипа, чтобы они не соскользнули. Экстракторы с цилиндром, прорезанным с одной стороны, который надвинут на головку кривошипа и охватывает его с трех сторон (съемник шаровых шарниров или съемник), работают более надежно.
  • Если кривошип больше не будет использоваться, головку можно разрезать с обеих сторон резаком до тех пор, пока кривошип не сломается.
  • Если винт, которым шатун крепится к валу, ослаблен или снят, шатун во многих случаях отключается сам по себе, когда велосипед некоторое время движется таким образом. Однако этот метод вытягивания рукоятки не рекомендуется, так как это приводит к усталости материала.

Форма шатунов

До 1980-х годов шатуны на велосипедах обычно были прямыми и параллельны раме. С тех пор в основном использовались «низкопрофильные» кривошипы, которые выдвигаются наружу и поэтому сочетаются с немного более короткой осью каретки. Это обеспечивает большую свободу движений пятки и определенную экономию материала.

Длина кривошипа

Длина кривошипов должна соответствовать длине ноги. Главное - не слишком долго выбирать шатуны.

Таким образом, точная длина кривошипов оказывает лишь незначительное влияние на эффективность передачи мощности.

Даже если максимальная длина не превышена, оптимальную длину кривошипа редко можно предсказать с помощью значений формулы, поскольку она зависит от геометрии, конструкции и области использования велосипеда, личных предпочтений и других различных факторов. Часто только после длительного периода привыкания становится возможным определить, насколько хорошо тело может справиться с определенной длиной шатуна.

При той же частоте вращения педалей более короткая рукоятка требует большего усилия на педали. Однако это компенсируется тем, что при более коротких кривошипах ноги изгибаются менее резко. Благодаря более удобному плечу рычага с вытянутой ногой, увеличенное усилие на педаль может быть легко применено без необходимости увеличения мышечной силы. Кроме того, более высокая частота вращения педалей может быть достигнута с помощью коротких шатунов, что снова снижает необходимое усилие на педали.

В то время как слишком длинные кривошипы могут привести к проблемам с коленями, короткие кривошипы не вызывают серьезных недостатков. Даже очень высокие люди обычно хорошо ладят со стандартной длиной кривошипа 170, 172,5 и 175 мм, и даже для водителей длиной до 1,90 м может быть полезно попробовать еще более короткие шатуны.

Важно обеспечить, чтобы велосипеды для детей, маленьких людей и людей с относительно короткими ногами были оснащены соответственно более короткими шатунами.

В зависимости от геометрии и положения сиденья, многие лежачие велосипедисты лучше справляются с более короткими шатунами. Типичная длина шатуна для лежачих велосипедов составляет 155 мм. Иногда указывается, что длина кривошипа у лежачих составляет 19–21% от длины шага и что нога не должна сгибаться за пределы прямого угла в «верхней» мертвой точке, чтобы избежать проблем с коленями.

Поломка из-за усталости материала на шатуне

Поломка из-за усталости материала педального рычага. Усталостный излом (темный, со штрихами ) на литом алюминиевом плече шатуна; легкий: сила или хрупкое разрушение

Переход от кривошипа к валу подвержен высоким нагрузкам и большому количеству изменений цикла нагрузки. Типичный крутящий момент при езде по дороге составляет 100 Нм, в рельсовом спорте - до 500 Нм при трогании с места, поэтому здесь чаще встречаются повреждения и усталость материала. Излом под нагрузкой изменяется - Beanspruchung плеча кривошипа называется усталостным изломом, называемым вибрационным разрушением или, в просторечии, усталостным изломом.

литература

  • Фриц Винклер, Зигфрид Раух: Ремонт, строительство, производство велосипедной техники. 10-е издание, BVA Bielefelder Verlagsanstalt GmbH & Co. KG, Билефельд, 1999, ISBN 3-87073-131-1

веб ссылки

Сноски

  1. ↑ https://fahrzeug-museum-suhl.de/fahrrad.htm
  2. ↑ Вольфганг Гронен, Вальтер Лемке, стр.41.
  3. ↑ mylius-schleiz.net
  4. ↑ https://www.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-mvi/intern/Dateien/PDF/PM_Anhang/161021_Fahrrad_Jubilaeum_Geschichtlicher_Hugel.pdf
  5. ↑ a b Шелдон Браун: Велосипедные шатуны , В: SheldonBrown.com
  6. ↑ a b c Велосипедные шатуны: проверьте свои шатуны! , В: Myra-Simon.com
  7. ↑ Стефан Гольдманн: Подбор правильной длины шатуна для гоночного велосипеда - как и любая часть гоночного велосипеда, шатуны также должны быть адаптированы к гонщику. Однако некоторые из предполагаемых преимуществ длины кривошипа - мифы. , В: Triathlon-Tipps.de
  8. ↑ Длина кривошипа a b - анатомические соображения , обсуждение на Velomobilforum.de с января 2017 г.
  9. ↑ Хайко Брехтель: Вопрос об оптимальной длине шатуна ... , В: Customcranks.de