Як удосконалити велосипедний храповий механізм
Досвід використання велосипедів моделей В-542 «Спорт» та В-555 «Старт-шосе» заводу імені Г.І. Петровського (м. Харків) протягом більш ніж 20 років безперервної жорсткої всепогодної та всесезонної експлуатації дозволив зробити висновок про те, що відмови тріскачки (храпового механізму приводу заднього колеса) займають п'яте місце в загальному обсязі несправностей після вихідних з ладу гуми, ведених зірочок, ланцюга та вузла каретки.
Причому відмови завжди раптові, тобто найбільш чутливі для користувача, оскільки машина одразу втрачає хід. Характер неполадок завжди той самий: вихід з ладу пружинок собачок храпового механізму. При цьому відзначено ще одну закономірність. Частота відмов зростає в міру загального фізичного старіння веломашин і практично не залежить від заміни комплекту собачок та пружинок на новий, що додається до велосипеда під час продажу.
Проаналізуємо роботу механізму та причини відмов. У конструкції базового варіанта (рис. 1) кінець пружинки при підйомі собачки описує дугу кола з центром у точці О п . У свою чергу, собачка також повертається навколо центру (осі) цапфи - точки О, а всі її точки описують дуги кіл відповідних радіусів.
Як видно вище, описані повороти відбуваються на курсах, що розходяться, і завжди є таке граничне кутове положення собачки і пружинки, коли їх взаємодія припиняється - вони виходять з зачеплення. Граничне положення характеризується таким кутом повороту опорного майданчика собачки, коли вона стає дотичною до кола, що описується кінцем пружинки (гранична дотична).
Така ситуація часто виникає навіть при збиранні храпового механізму, створюючи певні незручності. Аналогічні явища відбуваються в ході експлуатації навіть нової та правильнозібраної тріскачки (становище А собачки, рис.2). Причина - зазори: тріскачка завжди збирається із зазорами в насипних підшипниках, завдяки чому собачки храпового механізму в початковий момент працюють нерівномірно (втім, завдяки цим же зазорам в режимі собачки, що встановився, самовстановлюються), що і може бути причиною виходу пружинки з контакту з собачкою.
Інша причина відмов - також зазори, але не складальні, а придбані в ході зносу механізму цапфи собачок і гнізда - 1 зносу собачок по довжині - 2 і зносу зуба храпового колеса по висоті - 3 . Безумовно, позначатиметься і знос доріжок кочення підшипників тріскачки. Як видно, всі три складових зносу призводять до збільшення ймовірності відмов через вихід опорного майданчика собачки за положення граничної дотичної.
При значних зносах цапфи собачки та гнізда внутрішнього корпусу тріскачки виникає ще одна форма відмови - вихід собачки з гнізда корпусу тріскачки (положення Б собачки). Конструкція пружинки базового варіанта не передбачає ніякого контролю і фіксації такого виходу собачки.
У базовому варіанті конструкції пружинки (рис.3) практично завжди сума проекцій всіх сил, що діють на собачку (сила пружності пружинки F, сила в'язкості мастила F , сила нормальних реакцій N 1 N 2 і сила тертя) збігається з напрямом ймовірного виходу собачки з гнізда h , роблячи його ще більш імовірним.
Ідея модернізації цього вузла полягає в тому, щоб у конструкції базового варіанта створити додаткову зовнішню силу впливу на собачку, яка б забезпечила необхідний контроль її положення в усіх умовах її роботи, а також дозволяла б компенсувати знос елементів храпового механізму (цапф собачок і гнізд під них у корпусі тріскачки) та (або)усувати вплив зносу на безвідмовність механізму.
Причому ця ж сила повинна забезпечувати штатний режим роботи храпового механізму без будь-яких переробок базової конструкції. З цією метою пропонується використовувати силу пружності F попередньо деформованої пружини (рис.4), що впливає на основу собачки цапфи. Сила F завжди має активне плече F відносно загальної осі обертання цапфи і собачки, що забезпечує штатний режим роботи храпового механізму.
При повороті собачки щодо осі цапфи відбувається додаткова деформація пружини, так як її положення задано положенням собачки та осі повороту пружини щодо єдиного (з собачкою) корпусу храпового механізму. Наслідком додаткової деформації пружини буде виникнення додаткового крутного моменту, який і забезпечить повернення (підйом) собачки у вихідне положення.
Аналогічно сила F забезпечуватиме постійний контроль становища собачки та компенсацію зносу храпового механізму (рис.5). У пропонованому варіанті баланс проекцій сил на напрям ймовірного виходу собачки істотно змінився «на користь» проекції вектора F. Причому будь-яка спроба переміщати собачку в напрямку її виходу з гнізда призводитиме до збільшення сили F і, як наслідок, практично повного виключення такої поломки.
Для тріскачок так званого вбудованого типу до велосипедів моделей В-39 (В-301) «Супутник», В-542 (153-424) «Спорт» та (153-421) «Турист» пропонується конструкція збірних пружинок, що складаються з дуги та лопатки (рис.6). Дуга зігнута з пружинної сталі діаметром 0,6 мм (сьома струна від гітари без мідного обплетення), лопатка - з відпаленої (пластичної) латуні товщиною 0,5-0,7 мм. Деталі між собою спаяні. У внутрішньому корпусі тріскачки пружинкавстановлена на колишнє місце з використанням штатної осі.
Остаточно розміри і форму пружинки можна визначити лише безпосередньою підгонкою її за місцем у внутрішньому корпусі тріскачки. Підгонка зводиться до послідовного вигину дуги по радіусу і лопатки - по довжині і профілю дна вибірки в корпусі під собачку і зверненої до пружинки поверхні самого собачки, а також до визначення раціональної довжини вільного кінця пружинки.
Правильно підігнані пружинки повинні забезпечувати безвідмовний штатний режим собачок храпового механізму та перешкоджати виходу собачок з гнізд корпусу тріскачки (рис.7). При цьому необхідно звернути особливу увагу на величину додаткового прогину пружинок у серединах їх дуг. Прогин більше 1,5 мм може призвести до контакту пружинок із зубами храповика, що ускладнює нормальний режим роботи храпового механізму або взагалі порушує його.
Найкраще перевіряти тріскачку, спостерігаючи роботу пружинок та собачок без встановлення зовнішнього конуса. Якщо храповик (зовнішній корпус тріскачки), притиснутий рукою до нижнього насипного напівпідшипника, обертається легко, без ривків і заїдань, а пружинки і собачки спрацьовують безвідмовно, то можна виконати остаточне складання.
В іншому випадку необхідно ще раз повторити операції припасування. Хроповий механізм тріскачки з комплектом пружинок запропонованої конструкції та комплектом собачок, які відпрацювали більше десяти років (знос собачок по довжині близько 1 мм, знос по діаметру цапфи близько 0,4 мм), використовуються на веломашині моделі В-542 «Спорт» зразка 1974 року вже четвертий сезон. Загальний пробіг становив близько 18 тис. км. Один раз на рік замінювалося пластичне мастило (ЦИАТИМ-201,202,203,213 чи ЛИТОЛ-24).
Відмов зафіксовано не було. Для велосипеда В-555 «Старт-шосе» з такзваною навернутою тріскоткою була розроблена інша конструкція пружинки (рис.8), яка є лише конструктивною варіацією головної ідеї модернізації. Пружинку можна виготовити з берилієвої бронзи завтовшки 0,3-0,6 мм (наприклад, платівки контактної групи реле) або з пружинної сталі товщиною 0,2-0,4 мм (наприклад, пружини від годинникового механізму або механічної іграшки). Необхідна довжина вихідної заготівлі 35-40 мм.
На одному кінці пружинки виконується вушко з обов'язковою фіксацією паянням. Остаточно форму та розміри пружинок слід визначати припасуванням за місцем у повній аналогії з технологією збірної конструкції. В усіх відношеннях пропонований варіант конструкції пружинки з однієї пластини більш технологічний, ніж збірний. Але він вимагає доопрацювання внутрішнього корпусу тріскачки.
Ширину штатних пазів під пружинки розміром близько 12 мм необхідно збільшити до розміру 31-3.2 мм. Незважаючи на те, що цей корпус виготовлений із шарикопідшипникової сталі ШХ15, термооброблений до твердості порядку HRC = 56. 60, операція профільного шліфування цілком реалізується навіть в умовах домашньої майстерні.
Для цього заточувальний верстат (так званий «наждак») слід оснастити вузьким абразивним кругом або заправити коло наявної ширини профіль паза. Подібна конструкція використовувалася на різних веломашинах при всепогодній експлуатації з підвищеним навантаженням на ланцюговий привід, і в усіх випадках була зафіксована стовідсоткова безвідмовність пружинок при значних (порядку десятків тисяч км) напрацюваннях.
(Автор: М.ПОПОВ, м. Йошкар-Ола)
Рис.1. Схема механізму: 1 - пружина; 2-собачка; 3 - майданчик опорний.
Рис.2. Розташування зон зносу елементів механізму: А, Б положення собачки; ∆1 ∆3 зазори.
Рис.3. Схема сил, що діють на собачку.
Рис.4. Схема застосування попередньо вигнутої пружини: 1 – пружина; 2 - основа цапфи собачки; 3 - собачка; 4 - вісь пружини; 5 - корпус храпового механізму, внутрішній.
Рис.5. Схема сил, що діють на собачку при використанні попередньо вигнутої пружини.
Рис.6. Збірна пружина: 1-дуга; 2-лопатка.
Рис.7. Схема встановлення збірної пружини: 1 - пружина; 2 - корпус механізму, зовнішній; 3 - собачка; 4-корпус механізму, внутрішній; 5-вісь пружини.
Рис.8. Пружина для велосипедів типу В-555 "Старт-шосе".
Рис.9. Доопрацювання внутрішнього корпусу храпового механізму.