Велосипед

<час />

Фон

Велосипеды - один из самых популярных видов транспорта в мире:около 800 миллионов велосипедов вдвое превосходят количество автомобилей. Велосипеды также являются наиболее энергоэффективным транспортным средством:велосипедист сжигает около 35 калорий на милю (22 калории на км), а автомобиль сжигает 1860 калорий на милю (1156 калорий на км). Велосипеды используются не только для передвижения, но и для фитнеса, соревнований и путешествий. Они бывают самых разных форм и стилей, включая гоночные, вездеходные и стационарные, а также одноколесные, трехколесные и тандемы.

История

Еще в 1490 году Леонардо да Винчи представил машину, удивительно похожую на современный велосипед. К сожалению, да Винчи не пытался построить автомобиль, и его эскизы не были обнаружены до 1960-х годов. В конце 1700-х годов француз по имени граф де Сиврак изобрел Celerifere, грубую деревянную лошадь для хобби, сделанную из двух колес, соединенных балкой. Всадник сидел на перекладине и приводил в движение устройство, упираясь ногами в землю.

В 1816 году немецкий барон Карл фон Драйс изобрел управляемую лошадь для хобби, и через несколько лет верховая езда стала модным занятием в Европе. Наездники также обнаружили, что они могут ездить на этом устройстве, не теряя равновесия, не отрывая ног от земли. Итак, в 1840 году шотландский кузнец по имени Киркпатрик Макмиллан создал двухколесное устройство, которое приводилось в действие педалью. Два года спустя он проехал целых 40 миль (64 км) за один отрезок во время рекордного 140 миль (225 км) перелета туда и обратно до Глазго. Пару десятилетий спустя француз Эрнест Мишо сконструировал лошадку-хобби, в которой использовались кривошипы и вращающиеся педали, соединенные с передней осью. Велоцинф, сделанный с деревянными колесами и утюгом . рама и покрышки, получившие прозвище «косторез».

1860-е годы оказались важным десятилетием для усовершенствования велосипедов с изобретением ступиц на шарикоподшипниках, колес с металлическими спицами, твердых резиновых шин и четырехступенчатого рычага переключения передач. Примерно в 1866 году Джеймс Стэнли создал в Англии необычную версию Velocipede. Он назывался «Обычный» или «Пенни Фартинг», и у него было большое переднее колесо и маленькое заднее колесо. Ordinaries вскоре были экспортированы в США, где компания также начала их производить. Эти велосипеды весили изрядные 70 фунтов (32 кг) и стоили 300 долларов - значительная сумма по тем временам.

К 1885 году другой англичанин, Джон Кемп Старли, создал Rover Safety, названный так потому, что он был более безопасным, чем Ordinary, который имел тенденцию перекатывать всадника через большое переднее колесо при резких остановках. У Safety были колеса одинакового размера из цельной резины, заднее колесо с цепным приводом и ромбовидная рама. Другие важные разработки 1800-х годов включали использование пневматических шин Джона Бойда Данлопа с заполненными воздухом внутренними камерами, обеспечивающими амортизацию. Тормоза Coaster были разработаны в 1898 году, и вскоре после этого свободное движение упростило езду на велосипеде, позволив колесам продолжать вращаться без нажатия на педали.

Рама состоит из переднего и заднего треугольников, причем передняя часть действительно представляет собой четырехугольник из четырех труб:верхняя, сиденье, нижняя и головная трубы. Задний треугольник состоит из нижних перьев, перьев сиденья и выпадателей задних колес. К рулевой колонке в передней части рамы прикреплены вилка и рулевая колонка.

В течение 1890-х годов велосипеды стали очень популярными, и основные элементы современного велосипеда уже были на своем месте. В первой половине 20-го века более прочные стальные сплавы позволили сделать рамы более тонкими, что сделало велосипеды легче и быстрее. Также были разработаны переключатели передач, обеспечивающие более плавную езду. После Второй мировой войны популярность велосипедов упала по мере расцвета автомобилей, но восстановилась в 1970-х годах во время нефтяного кризиса. Примерно в то время горные велосипеды были изобретены двумя калифорнийцами, Чарли Келли и Гэри Фишером, которые объединили широкие шины старых велосипедов с баллонной шиной с легкостью гоночных велосипедов. За 20 лет горные велосипеды стали популярнее гоночных. Вскоре гибриды двух стилей объединили достоинства каждого.

Сырье

Самая важная часть велосипеда - ромбовидная рама, которая связывает компоненты вместе в правильной геометрической конфигурации. Рама придает велосипеду прочность и жесткость и в значительной степени определяет управляемость велосипеда. Рама состоит из переднего и заднего треугольников, причем передняя часть фактически представляет собой четырехугольник из четырех труб:верхней, сиденья, нижней и рулевой. Задний треугольник состоит из нижних перьев, перьев сиденья и выпадателей задних колес. К рулевой колонке в передней части рамы прикреплены вилка и рулевая колонка.

На протяжении большей части истории велосипеда рама строилась из тяжелой, но прочной стали и легированной стали. Материал рамы постоянно улучшался, чтобы повысить прочность, жесткость, легкость и долговечность. В 1970-е годы появилось новое поколение более универсальных легированных сталей, которые можно было сваривать механически, что увеличило доступность легких и недорогих рам. В следующее десятилетие легкие алюминиевые рамы стали популярным выбором. Однако самыми прочными металлами являются сталь и титан, ожидаемый срок службы которых составляет десятилетия, в то время как алюминий может устать в течение трех-пяти лет.

Достижения в области технологий к 1990-м годам привели к использованию еще более легких и прочных каркасов, сделанных из композитов структурных волокон, таких как углерод. Композиционные материалы, в отличие от металлов, анизотропны; то есть они наиболее прочные вдоль оси волокон. Таким образом, композиты могут быть сформированы в виде цельных каркасов, обеспечивающих прочность там, где это необходимо.

Такие компоненты, как колеса, переключатели, тормоза и цепи, обычно изготавливаются из нержавеющей стали. Эти компоненты обычно производятся в другом месте и покупаются производителем велосипеда.

Производственный
процесс

Бесшовные трубы каркаса изготавливаются из цельных стальных блоков, которые протыкаются и «втягиваются» в трубы в несколько этапов. Они обычно превосходят трубы со швом, которые изготавливают путем вытягивания плоской стальной полосы, упаковки ее в трубу и сварки по всей длине трубы. Затем с бесшовными трубками можно дополнительно манипулировать для увеличения их прочности и уменьшения веса путем стыковки или изменения толщины стенок трубки. Стык включает увеличение толщины стенок в местах стыков или концов трубки, где возникает наибольшее напряжение, и утонение стенок в центре трубки, где напряжение относительно невелико. Трубы со стыковкой также повышают упругость рамы. Трубы с баттингом могут быть одинарными, с одним концом толще; двусторонний, с обоими концами толще центра; тройное встык, с разной толщиной с обоих концов; и четырехугольный, похожий на тройной, но с истончением центра к середине. Однако трубы постоянной толщины также подходят для некоторых велосипедов.

Трубки собирают в раму ручной пайкой или сваркой на машине, причем первый процесс является более трудоемким и, следовательно, более дорогим. Композиты можно соединять прочным клеем или пластиковыми связующими. Компоненты, как правило, производятся на станках и могут быть прикреплены к раме вручную или машинным способом. Окончательные настройки производятся опытными сборщиками велосипедов.

Сборка рамы

Пошив тюбиков

• 1 Металл подвергается отжигу или размягчению при нагревании и выдолблен, образуя «пустоты» или «соцветия». Их снова нагревают, протравливают кислотой для удаления накипи и смазывают.
• 2 Полости измеряются, вырезаются и подгоняются под соответствующие размеры. Размеры рамы для взрослых велосипедов обычно составляют от 19-25 дюймов (48-63 см) от вершины трубы подседельного штыря до середины подвески шатуна.
• 3 Затем выемки устанавливаются на оправку или стержень, прикрепленный к волочильному станку. Чтобы добиться нужной толщины, полости проходят через матрицы, которые превращают их в более тонкие и длинные трубы. Этот процесс называется холодным волочением.
• 4. Трубки могут иметь форму и конус различной конструкции и длины. Лезвия вилки с коническим калибром, возможно, придется пройти более десятка операций, чтобы добиться нужной прочности, веса и упругости.

Пайка, сварка и склейка

• 5 трубок можно соединить в раму вручную или на машине. Рамы могут быть паяными, сваренными или приклеенными, с проушинами или без них, которые представляют собой металлические втулки, соединяющие две или более трубы в месте соединения. Пайка - это, по сути, сварка при температуре около 1600 ° F (871 ° C) или ниже. Газовые горелки равномерно расположены вокруг наконечников, которые нагреваются, образуя белый флюс, который плавится и очищает поверхность, подготавливая ее к пайке. В качестве припоя обычно используется латунь (медно-цинковый сплав) или серебро, которые плавятся при более низких температурах, чем соединяемые трубы. Наносится наполнитель, и по мере его плавления он обтекает стык, герметизируя его.

Выравнивание и очистка

• 6 Собранные рамы помещаются в приспособления и проверяются на правильность совмещения. Регулировки производятся, пока рама еще горячая и податливая.
• 7 Излишки флюса и припоев удаляются травлением в кислотных растворах, а также промывкой и шлифовкой припоя до получения гладкого состояния.
• 8 После охлаждения металлов выполняется дальнейшая точная юстировка.

Завершение

• 9 Рамы окрашены не только для придания более законченного вида, но и для защиты рамы. Каркас сначала грунтуется грунтовкой, а затем окрашивается цветной эмалью. Краску можно наносить вручную или пропуская рамы через камеры для автоматического электростатического напыления. Отрицательно заряженные рамки притягивают положительно заряженные брызги краски, поскольку рамки вращаются для полного покрытия. Наконец, на каркас наносятся переводы и лак. Хромирование также может использоваться вместо краски на таких компонентах, как лезвия вилки.

Сборка
компонентов

Переключатели и рычаги переключения передач

• 10 В зависимости от стиля велосипеда рычаги переключения передач устанавливаются либо на нижней трубе - популярной на гоночных велосипедах - на выносе руля, либо на концах руля. Прилагается трос, идущий к переднему и заднему переключателям. Передние переключатели, которые перемещают цепь от одной ведущей звездочки к другой, могут быть закреплены или припаяны к подседельной трубе. Задние переключатели могут быть установлены с помощью подвесок на болтах или встроенных подвесок.

Руль, вынос и гарнитуры

• 11 Руль может быть поднят, спущен или упал. Они привинчиваются к штоку велосипеда, который затем вставляется в рулевую трубу. Компоненты гарнитуры, включая подшипники, чашки и контргайки, прикреплены к рулевой трубе. Гарнитура позволяет вилке поворачиваться внутри рулевой трубы, что облегчает управление.

Тормоза

• 12 Тормозные рычаги прикреплены к рулю. Тросы идут к тормозам и крепятся к суппортам. Затем на руль можно прикрепить ленту, сделанную из пластика или ткани, и заглушить концы.

Седла и подседельные штыри

• 13 Подседельные штыри обычно изготавливаются из стали или алюминиевого сплава и закрепляются на месте болтами или зажимами. Седло обычно изготавливается из формованной набивки и покрывается нейлоном или пластиком. Хотя кожа долгое время была нормой для седел, сегодня она используется реже.

Шатуны

• 14 Кривошипная система поддерживает педали и передает мощность от педалей на цепь и заднее колесо. Шатуны состоят из шатунов из стали или алюминиевого сплава, цепных колец и узла каретки, состоящего из оси, чашек и подшипников. Они крепятся болтами и заглушками к нижнему кронштейну рамы велосипеда. Затем педали прикручиваются к концам шатунов.

Колеса, шины и ступицы

• 15 производителей колес соответствуют системе AJ Международной организации по стандартизации (ISO) в отношении диаметра колес и размеров шин. Колеса могут быть сконструированы с помощью машин, которые сворачивают стальные полосы в обручи, которые привариваются к ободам. В ободах просверлены отверстия для спиц, которые зашнурованы поочередно между ободом и фланцем ступицы.
• 16 Колесо необходимо отрегулировать или выпрямить в радиальном и поперечном направлениях для достижения равномерного натяжения. Затем прикрепляются вкладыш обода, шина и камера. Цепь также можно установить на велосипед.
• 17 Задние колеса оснащены обгонным колесом, состоящим из нескольких зубцов и проставок, которое освобождает заднее колесо от кривошипно-шатунного механизма, когда водитель прекращает крутить педали.
• 18 Колеса прикреплены к раме велосипеда с помощью оси, проходящей через ступицу колеса. Ось может быть затянута болтами на концах или с помощью быстросъемных шпажек.

Будущее

Будущее велосипедов выглядит многообещающим по мере приближения к 20-му веку. Развитие велосипедных технологий в 1990-х годах привело к успехам в разработке транспортных средств с приводом от человека (HPV). Большинство ВПЧ - это лежачие лежаки с низкой посадкой, которые более аэродинамичны, чем обычные велосипеды, и, следовательно, уменьшают сопротивление и увеличивают скорость. Лежачие люди также более безопасны, и многие из них обеспечивают грузовое пространство и защиту от непогоды. Гибрид велосипеда и автомобиля под названием Ecocar начал появляться на европейских улицах к 1990-м годам. Разработанный голландским хирургом Вимом Ван Вийненом, он обеспечил защиту от непогоды, безопасность, камеру хранения, простоту обслуживания, комфорт и скорость.

Использование компьютерных технологий значительно расширило дизайнерские возможности производителей и дизайнеров. Дизайнеры могут смоделировать различные силы, действующие на велосипед, например педалирование и дорожный удар. Компьютерные программы упрощают тестирование, а вариации дизайна изменяются более легко и быстро.