Как самому сделать звездочку для цепной передачи. Велосипедные звездочки. Передаточное отношение ведущих и ведомых звезд

Использовать на велосипеде вместо круглой ведущей звездочки эллипсную предложил еще в 1892 году профессор В. Прусаков. Он решил разместить шатуны вдоль малой оси эллипса, что позволило более рационально использовать силы велосипедиста. Эксперимен-ты показали, что даже неопытный велосипедист на машине с эллипсной звездочкой затрачивает энер-гию приблизительно на 30% мень-шую, чем на движущейся с той же скоростью веломашине с круглой

звездочкой. А по данным амери-канских инженеров, использование овальной зубчатки увеличивает среднюю скорость велосипедиста примерно на 14%.

Но, несмотря на все это, некруг-лая звездочка не получила широ-кого распространения ни у нас, ни за рубежом: велопромышленность оказалась не готовой к производ-ству нетрадиционных элементов цепного привода.

Однако рассчитать и изготовить эллипсную звездочку не так уж сложно самостоятельно. Нужно лишь учесть, что ее эффективность зависит от соотношения большой и малой осей эллипса: чем оно боль-ше, тем выигрышнее ее использо-вание. Учитывая это и конструк-тивные особенности велосипеда, определяют максимальный размер большой оси и минимальный — малой оси звездочки. Затем надо

где 12,7 — шаг велосипедной цепи, n— количество зубьев эллипсной звездочки (выбирается по той же методике, что и для цепной передачи с круглыми звездочками). Длина эллипса вычисляется по формуле:

где а — большая ось эллипса, b малая ось эллипса. Выбрав размер одной из осей эллипса, находим величину,другой оси эллипса. Она должна быть такой, чтобы совпадало с L** с точностью до второго знака после запятой. \ "На заготовке из листового металла, из которого будет изготавливаться звездочка, строится эллипс центров роликов по формулам:

где a — большая ось эллипса, b -малая ось эллипса; х и у — Координаты точки относительно центра эллипса; а = 0°, 10°, 20° …… 360"

Далее эта замкнутая кривая линия делится с помощью циркуля на п равных частей с шагом 12,7 мм Теперь вырезать из металла эллипсную звездочку будет не сложнее чем круглую. Исследования пока-зали, что эффективность эллипс-ной звездочки возрастает, если малая ось эллипса будет «отста-вать» от шатуна на 10°…25°. Для спортивных и спортивно-ту-ристических велосипедов Харьков-ского велосипедного завода была рассчитана и изготовлена эллипсная звездочка с 46 зубьями и раз-мерами осей а = 110,18 мм, b = 73,981 мм с отношением а/b =1,49. Отставание малой оси эллипса от шатуна — 15°. Все остальные раз-меры звездочки приведены на чер-теже.

А теперь самое интересное!

Один из моих читателей сделал звездочку по чертежам этой статьи:

Вот что он пишет:

Эксплуатационные свойства и принцип изготовления читайте здесь . От себя скажу, что эффект меня просто поверг в шок, я такого даже не предполагал. К примеру на форварде с передачей 28-34(передняя-задняя звезда) в очень крутую и длинную гору я заезжал и хотелось упасть и не вставать, язык на плечо, ноги отваливаются. На этом лисапеде после установки эллипсных звёзд с передачей 32-28 я заезжал в ту-же гору и даже дыхание сильно не сбивалось, ноги нагрузку намного меньше ощущали. Причём скорость движения в эту гору на форварде 6-6.5 км/ч, а на этом 7,5-8 км/ч!!! И по прямой по асфальту скорость движения возросла.

Как сделать самодельный блок звездочек для велосипеда . Дорожный велосипед прост и надежен. У него безотказный ножной тормоз, что немаловажно при движении по бездорожью, но нет переключения передач, как, например, у многоскоростных велосипедов типа «Турист», так необходимых при езде по пересеченной (с холмами и оврагами) местности.

Однако «Турист» имеет только ручной тормоз, на мой взгляд, не обладающий ни плавностью, ни надежностью, ни износостойкостью, да и стоит он гораздо дороже. А нельзя ли объединить достоинства обоих типов велосипедов? Оказывается, если подумать, то частично можно, установив на дорожном вместо штатной ведомой звездочки блок из трех жестко скрепленных (сваренных) через дистанционные проволочные кольца соосных звездочек.

Первая (малая) звездочка , имеющая 18 зубьев, штатная. Она закаленная, поэтому ее для последующей сварки в блок надо отпустить, то есть разогреть на огне (в костре или над газовой горелкой) до красного цвета и охладить на воздухе. Вторая и третья звездочки, соответственно с числом зубьев 24 и 28, самодельные. Они изготовлены из листовой стали толщиной 2,3 мм по следующей технологии. На небольшом листе ватмана циркулем проводится окружность (для второй звездочки диаметром 97 мм).

Затем ватман укладывается на мягкий картон (или несколько слоев газет). На листе размещается часть велосипедной цепи (24 звена) так, чтобы центры осей ее звеньев расположились приблизительно на начерченной окружности, а расстояние между осями первого и последнего звена было равным шагу цепи- 12,7 мм.

Эта часть цепи аккуратно накрывается кусочком фанерного листа и через него рукой прижимается к ватману. На бумаге останутся отпечатки осей. Затем на стальной лист наклеивается этот оттиск и через него на металле, по середине отпечатанных кружочков от осей, накерниваются центры и сверлятся 24 отверстия диаметром 8,5 мм.

Далее из стального листа зубилом или ножовкой вырезается заготовка звездочки. Остается лишь по шаблону разметить, аккуратно обточить на наждаке и напильником каждый ее зуб, а также сделать центральное отверстие диаметром 51 мм. Таким же способом изготовлена и третья звездочка, только диаметр окружности на ватмане равнялся 112 мм и на нее были уложены 28 звеньев цепи. На место этой звездочки можно установить и готовую от старого детского велосипеда - она имеет такое же количество зубьев с тем же шагом. Только перед сваркой ее тоже нужно отпустить.

Две кольцевые дистанционные вставки с внутренним диаметром 52 мм согнуты из 6-мм стальной проволоки. Прежде чем соединить звездочки в единый блок, для удобства и надежности сварки их с кольцами в самодельных звездочках просверлено несколько технологических отверстий диаметром 12 мм. После этого, обеспечив соосность звездочек для предотвращения биения зубчатых венцов, кольца и звездочки последовательно приварены друг к другу точками, равномерно распределенными по окружности.

Изготовленный блок звездочек посажен на наружную часть ведущего конуса задней втулки велосипеда и штатная (меньшая) звездочка приварена к нему по кругу надежным сплошным швом. Можно было бы просто зафиксировать блок «родным» пружинным кольцом, как обычно, но нет гарантии, что термически отпущенные шлицы малой звездочки выдержат увеличившиеся нагрузки. Для сварочных работ ведущий конус освобожден от подшипника и роликов и термически отпущен аналогично звездочке . Повторную закалку детали, как показала эксплуатация, можно не делать.

Длины оси хватает, чтобы закрепить ведущее колесо с блоком звездочек в задней вилке велосипеда. А вот простой и надежный самодельный механизм переключения скоростей я, как ни старался, сконструировать не смог. Поэтому установил на своем дорожнике стандартный механизм от старого велосипеда «Турист», жестко закрепив его болтом М10 прямо в отверстии рамы.

Рычажок переключения передач расположил под сиденьем. Тем же, у кого нет такого переключателя скоростей, советую заготовить два отрезка цепи с замками на обоих концах: первый - с пятью звеньями, второй - с девятью. Тогда перед очередной поездкой еще дома можно удлинить (или укоротить) цепь и поставить ее на нужную звездочку в зависимости от предполагаемого характера трассы, скорости движения и своей физической формы.

Например, если предстоит ехать налегке по шоссе, то выбираются меньшая звездочка и укороченная цепь (без вставок). Когда же надо преодолевать путь по проселочной дороге, да еще с грузом, в цепь вставляется длинный отрезок - для большей звездочки.

Блок звездочек на ведущем конусе задней втулки дорожного велосипеда: 1 - малая звездочка (z = 18, t = 12,7, от дорожного велосипеда); 2 - промежуточная звездочка (z = 24, сталь, лист s2,3); 3 - большая звездочка (z = 28, сталь, лист s2,3); 4 - кольцевые дистанционные вставки (сталь, проволока диаметром 6); 5 - ведущий конус втулки; 6,12 - пыльники; 7 - наконечник задней вилки велосипеда; 8 - ось; 9 - гайка; 10 - шайбы; 11 - неподвижный конус; 13 - корпус втулки; 14 - чашка; 15 - ведущий ролик; 16 - подшипники

Изготовление звездочки

Изготовление оттиска: 1 - приводная цепь; 2 - лист ватмана

Сварка дистанционных вставок со звездочкой через технологические отверстия: 1 - звездочка; 2 - дистанционная вставка

Одной из проблем педального привода велосипеда была и пока остается необходимость изменения крутящего момента на ведущее колесо в зависимости от дорожных условий. И надо сказать, что конструкторы ее решают, но по-разному. Ими созданы даже планетарные приводные втулки, однако они сложны, а значит, и не дешевы. Поэтому чаще всего на заднем колесе устанавливают многоступенчатую передачу с несколькими звездочками и механизмы переброски и компенсации длины цепи. Это наиболее отработанный и недорогой вариант. Но количества звездочек (обычно три, иногда четыре) иногда не хватает. Тогда для увеличения числа "скоростей" ведущую звездочку тоже делают двух- и даже трехступенчатой.

Суть такого устройства в том, что ведущая звездочка разрезается на четыре сектора, которые посредством многоступенчатого кулачка одновременно симметрично раздвигаются во все стороны (или сдвигаются обратно), меняя передаточное отношение привода. Но проблема здесь в том, что секторы охватывает не ремень, а цепь, и как их раздвинуть? Тогда с зубьями оставляем только два противоположных сектора для обеспечения передачи крутящего момента, а у другой пары секторов зубья срезаем - они будут служить только для опоры и направления цепи. Теперь, когда один из секторов с зубьями выйдет из зацепления, ручным разворотом кулачка раздвигаем (сдвигаем) секторы, изменяя крутящий момент. Но практически можно обойтись и без гладких опорных секторов. Тогда цепь будет охватывать "квазиэллиптический" контур. Таким образом, здесь реализуется еще и идея эллиптической звездочки, как известно, значительно повышающей КПД привода.

Установить же такую двухсекторную звездочку можно на любой велосипед вместо штатной, снабдив цепной привод простым пружинно-рычажным компенсатором вблизи ведомой звездочки.

Итак, конструкция устройства. Сначала отметим, что все его детали - стальные, а плоские выполнены из 3-мм листа.

К внутренней части кареточной головки штатного правого шатуна приварен направляющий диск диаметром 260 мм. В диск симметрично на расстояние 65 мм от центра жестко вмонтированы (приварены) две оси, на каждой из которых предварительно с подкладной дистанционной шайбой (толщиной чуть больше кулачка) свободно надет рычаг. К каждому рычагу через шайбы двумя винтами прикручен девятизубый сектор, вырезанный из стандартной 28-зубой ведущей звездочки детского велосипеда. Винты, расположенные ближе к осям, на концах имеют проточки (штыри), которые входят в контакт с уступами двухлепесткового многоступенчатого кулачка, свободно надетого на кареточный вал. Для поворота кулачка к его последним выступам приварены рукоятки. Винты со штырями обоих рычагов (а значит, и зубчатые секторы) стянуты между собой нормально сжатой цилиндрической пружиной. Глубина уступов кулачка в процессе предварительной сборки и наладки корректируется напильником с таким расчетом, чтобы первые зубья секторов свободно входили в звенья цепи. С этой же целью (чтобы цепь вдруг не соскочила, не попав на первый зуб) к нему приварены усики - направляющие. Чтобы при максимальном раскрытии секторов усики не цеплялись за раму велосипеда, их не следует делать широкими. В крайнем случае можно немного молотком подправить раму.

Для переключения передач надо прежде всего расположить шатун так, чтобы один из секторов вышел из зацепления с цепью. Нагнувшись, велосипедист правой рукой разворачивает рукояткой многоступенчатый двухлепестковый кулачок на один или несколько уступов, увеличивая (или уменьшая) тем самым передаваемый приводом крутящий момент.

Поскольку общая разность звеньев цепи при максимальной раздвижке зубчатых секторов и при минимальной сдвижке составляет 16 штук, то в приводе тоже необходим пружинно-роликовый компенсатор изменения длины цепи. Компенсатор состоит из жестко закрепленного на задней вилке рамы кронштейна и шарнирно (на оси) подвешенного на нем поворотного рычага. На концах рычага на своих осях установлены два ролика из шарикоподшипников 201, "обжатых" шайбами для направления цепи. Один конец рычага соединен с рамой пружинной растяжкой.

Воспользоваться здесь, конечно, лучше ручными тормозами, но можно и ножным. Для этого на заднюю вилку рамы следует установить дополнительно ложеуловитель, сделанный из жести, который предотвратит попадание провисшей части цепи между колесом и рамой. Рычаг компенсатора при этом упрется в перо вилки и вернется на место после окончания торможения под действием пружины.

Для обеспечения работы устройства необходимо хорошо смазать все контактирующие поверхности и звенья.

Многоскоростная ведущая звездочка:
1 - правый шатун; 2 - направляющий диск; 3 - двухлепестковый кулачок; 4 рукоятка разворота кулачка (проволока 04, 2 шт.); 5 - цепь; 6 - нормально сжатая пружина; 7 - зубчатый сектор (от ведущей 28-зубой звездочки детского велосипеда, 2 шт.); 8 - рычаг (2 шт.); 9 - палец крепления рычага к диску (2 шт.); 10 - кареточный вал; 11 - винт крепления сектора к рычагу (2 шт.); 12 - винт крепления сектора к рычагу со штырем (2 шт.); 13 - дистанционная шайба (2 шт.)

Механизм компенсации изменения длины цепи:
1 - правый шатун; 2 - направляющий диск; 3 - рукоятка поворота двухлепесткового кулачка; 4 - цепь; 5 - правое перо задней вилки; 6 - ложеуловитель (жесть s0,5); 7 - пружина (от старого эспандера); 8 - кронштейн (Ст3, лист s3); 9 - поворотный рычаг (Ст3, лист s3); 10 - ограничительная шайба (4 шт.); 11 - приводная звездочка заднего колеса; 12 - ролик (подшипник 201, 2 шт.)