Устройство и история велосипедов

Велосипеды с педальным приводом появились в 60-х гг. XIX в., и с тех пор эти машины пользуются популярностью во всем мире, особенно в европейских странах. Велопехота участвовала в первой мировой войне.

Первый велосипед. История велосипеда ведет свое начало с безмоторных машин, появившихся во Франции в конце XVIII в В 1791 г. граф де Сиврак построил селерифер-деревянную машину с двумя колесами, расположенными последовательно и соединенными брусом, где находилось сиденье. Седок садился верхом на брус и, отталкиваясь ногами, катился. Подобные машины построили также Жозеф Ньепс (1765-1833) (один из создателей фотографии) в 1816 г. и годом позже немецкий изобретатель Карл фон Дрейс. Машина Дрейса, вскоре ставшая популярной в Англии и Германии, была известна под названием «дрезина» или «конь-качалка».

В 1839 г. шотландец Киркпатрик Макмиллан построил «лошадку» с педальным приводом; возвратно-поступательное движение педалей, расположенных впереди, обеспечивало вращение заднего колеса.

Во Франции братья Пьер и Эрнест Мишо примерно в 1861 г. установили педали непосредственно на переднее колесо. Они .назвали свою машину велосипедом и в течение четырех лет наладили производство до 400 велосипедов в год. В 1869 г. на дорогах Франции было положено начало велосипедным гонкам.

Велосипед «Пенни-фартинг» имел большое переднее колесо, которое приводилось в движение педалями, и маленькое заднее колесо. Он был изобретен в 1871 г. англичанином Джеймсом Стар- ли (1831-1881) и быстро завоевал огромную популярность. Диаметр большого колеса составлял 1-1,5 м.

«Пенни-фартинг», изобретение Дж. Старли, впервые появился в Англии в начале 70-х гг. XIX в. Педали помещались на оси большого переднего колеса. Оно же было рулевым.

Велосипеды с цепными передачами. Первая машина с цепной передачей была создана в 1874 г. Х. Дж. Лоусоном. Педали-рычаги монтировались на раме и вращали большую звездочку, передавая с помощью цепи движение малой звездочке на заднем колесе велосипеда. Велосипедные колеса снова стали примерно одинакового размера. Роверовские безопасные велосипеды (1885), производимые как массовая продукция, за несколько лет полностью вытеснили велосипеды с педалями на переднем колесе. Все первые велосипеды имели твердые резиновые шины, которые монтировались на колесе со стальным ободом.

«Виппет» (1885), модель Линдли и Бриггса, имел шарнирно-подпружиненную раму; ручка руля, седло и педали были независимы от остальных частей рамы и колес.

Велосипед Дерсли - Педерсона (1893) был сконструирован Педерсоном и построен Дерсли в Англии. Детали рамы делались из сдвоенной тонкостенной трубки, спаренной для жесткости; это позволило облегчить конструкцию.

Безопасный велосипед Рейли (1901) имел полностью стальную паяную раму. При пайке места соединения труб, зафиксированные в стальных прессованных втулках, опускались в расплавленную бронзу.

Женский велосипед Свифта (1926) не имел продольного элемента рамы, поэтому юбка не мешала садиться и соскакивать с велосипеда. В отличие от первых тяжелых конструкций рама была легкой.

Итальянский «Велочино» (1930-е гг.)- пример создания компактной конструкции, удобной для хранения и транспортировки. Считалось, что при необходимости такой велосипед легче разобрать.

Английский велосипед Моултона (1962) имел маленькие колеса, резиновую подвеску, низкий центр тяжести. Рама подгоняется почти под любой рост седока; она достаточно прочная для езды по плохим дорогам.

Современные велосипеды. Вехой в истории велосипеда следует считать 1888 г., когда Джон Данлоп (1840-1921) изобрел накачиваемую воздухом (пневматическую) шину. Рама стала стандартной, и в последующие 70 лет в конструкции велосипеда не произошло серьезных изменений. В 1960-е гг. различные фирмы стали выпускать велосипеды с небольшими колесами для езды по городу; некоторые из них можно сложить и поместить в багажник автомобиля. К числу первых велосипедов необычной конструкции относятся тандем - велосипед с длинной рамой для двух седоков и трехколесный велосипед. Последний сыграл чрезвычайно важную роль в создании автомобиля, когда К. Бенц и Г. Даймлер оснастили его бензиновым мотором в 1885 г.

В современном велосипеде имеются крылья (щитки от грязи), электрические фонари, питающиеся либо от батарей, либо от электрогенератора, рычажные или коромысловые тормоза на ободьях колес [7].Часто ставится несколько малых звездочек для изменения передаточных чисел: цепь и передачу закрывают багажники бывают разных типов: рамка над задним колесом, корзина перед рулем и седельная сумка или пара лотков по обеим сторонам заднего колеса.

Современный гоночный велосипед имеет короткую базу (расстояние между осями колес) для лучшей маневренности. Он делается из легких сплавов и имеет два узла для переключения передач: один- на втулке заднего колеса [1], другой на передней каретке [2], что позволяет обеспечить до 28 передаточных чисел. Передачи переключаются двумя рычагами, расположенными на раме [3].

Передняя вилка [4] почти прямая для уменьшения базы, но имеет достаточную кривизну для работы в качестве рессоры. Ручки руля [5] и седло [6] могут подгоняться; седло фиксируется так, чтобы расстояние от него до ручки руля соответствовало длине от локтя седока до кончиков пальцев. Высота седла относительно нижней точки педали в идеальном положении на 9 % больше, чем длина ноги велосипедиста.

Передача [А] обеспечивается шестью малыми звездочками на быстроразборной втулке заднего колеса [7]. Малые зубчатые колеса дают высокие, большие-низкие передачи. Приводную цепь [8] можно перекинуть с одной звездочки на другую рамным переключателем [9], поддерживающим цепь в натяжении посредством пружины. Штанга и вилка в сборе [Б] должны выдерживать большие нагрузки и свободно поворачиваться для управления машиной.

Ручки руля крепятся к кронштейну [10] на верхней части рулевой колонки. Подшипник [11] обеспечивает поворот руля с низким коэффициентом трения. Многие современные машины имеют коромысловые тормоза [12], приводимые в движение гибким тросиком [13]. При натяжении тросика «коромысло» прижимает тормозные колодки [14] к ободу колеса. Шина [15] состоит из парусинового каркаса, покрытого синтетическим каучуком. Каждая спица [16] натягивается гайкой [17].

Рама велосипеда обычно делается из паяных или сварных бесшовных стальных труб. В процессе пайки предварительно разрезанные на мерные длины трубки соединяются, подгоняются через специальные угловые муфты и закрепляются по месту расплавленной бронзой. При сварке переходные втулки не используются: трубки соединяются расплавленной сталью, дающей при затвердевании более прочное соединение, чем сами трубки. Используя специальные легкие сплавы, можно выпускать гоночные велосипеды массой до 7 кг.

Ступицу колеса с ободом соединяют 24-40 проволочных спиц. Ободный конец каждой спицы имеет резьбу, и на него наворачивается гайка для натяжения спицы. Обод делается из алюминиевого сплава, нержавеющей стали и иногда хромируется.

Твердые резиновые тормозные колодки, приводимые в действие рычагами или коромыслами (которые работают как клещи, захватывая обе стороны обода колеса), защемляют и тормозят обод. В другом типе тормоза сила трения воздействует на ось заднего колеса; для торможения педали вращаются в сторону, обратную нормальному движению.

Заднее колесо велосипеда вращается быстрее, чем большая звездочка от педалей. Обычно на большой звездочке 48 зубьев и около 18-на малой. Это дает передаточное число 2,66. Сменные шестерни позволяют развивать разную скорость при постоянном усилии на педали. Шесть звездочек различного диаметра укрепляются на оси заднего колеса и три-на педальной каретке, что обеспечивает большой набор передаточных чисел.

В эпициклической передаче, разработанной Стерми и Арчером, малая звездочка передает усилие небольшому цевочному колесу, связанному с цевочным венцом задней втулки. Венец связан с осью заднего колеса одной из трех планетарных цевок, что дает три передаточных числа. Обе передачи можно объединить в задней втулке, что даст восемь передаточных чисел.