Велосипедное производство

Велосипед

ВЕЛОСИПЕДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. Велосипедом называется двух- или трехколесный экипаж, приводимый в движение ногами ездока. В современном велосипеде различают следующие основные части: 1) раму с передней вилкой и рулем, 2) колеса с пневматическими шинами и 3) двигательный механизм, состоящий из педалей, кривошипов, зубчатых колес и бесконечной цепи.

I. Рама. Рама современного велосипеда изготовляется из стальных труб и состоит из переднего четырехугольника (фиг. 1), образуемого трубами 1, 2, 3 и 4, и заднего треугольника, образуемого нижней вилкой 5 и задней стойкой 6.

Рама современного велосипеда изготовляется из стальных труб

Передняя вилка состоит из двух перьев 7, соединенных посредством коронки 8 со стержнем 9. Труба 2, называемая головкой рамы, служит втулкой для стержня передней вилки, вращающегося на шарикоподшипниках (фиг. 2).

Втулка для стержня передней вилки велосипеда, вращающегося на шарикоподшипниках

Трубы соединяются в раму специальными муфтами с помощью пайки медью или электрической сварки. Различают внутреннюю и внешнюю пайку: в первом случае муфты находятся внутри труб, а во втором случае трубы входят в соответствующие патрубки муфт. Внутренняя пайка труднее, но зато она дает более изящные и гладкие рамы. В заднем треугольнике нижняя вилка соединяется всегда наглухо с остальными частями, задняя же стойка обыкновенно прикрепляется к подседельной муфте посредством стяжного болта, а внизу соединяется с концевыми вилками пайкой или винтами. Размеры рамы при заданном диаметре колес определяются следующими величинами: длиной В (фиг. 1), длиной д, наклоном верхней трубы а, высотой каретки над уровнем земли в, длиной головки рамы е, выносом передней вилки б и, наконец, тремя углами (α, β и γ), образуемыми с горизонтом головкой рамы, подседельной трубой и задней стойкой. Длина В технически называется «высотой рамы» и определяет размер велосипеда в зависимости от роста седока. Все вышеуказанные размеры меняются в связи с модой и требованиями публики. В настоящее время нормальными размерами считаются: В (высота рамы) для детских велосипедов 450—500 мм, для дамских 500—600 мм и для мужских 550—600 мм. Длина д около 600 мм (д ≈ В), наклон а для городских машин 0—10 мм, для дорожных 20 мм, для гоночных 35 мм и больше. Головку рамы в современных машинах делают возможно малой, для придания раме большей жесткости. Вынос передней вилки б = 60—80 мм; высоту каретки берут в 275—300 мм (для гоночных машин часто больше); углы α = 65—68° (обычно около 68°), β = 60—70°, γ = 60—62°. При соблюдении всех этих размеров общая длина хода мужского велосипеда г составит 1100—1200 мм. От высоты каретки в зависит наибольший допустимый наклон, а, следовательно, и скорость машины на поворотах (при данной длине кривошипов и педалей), и вместе с тем - общая высота велосипеда. В трековых гоночных машинах размер в приходится делать настолько значительным, что сохранение нормальной высоты достигается удлинением всей рамы. Величина а влияет на распределение веса ездока на оба колеса; длина хода г также оказывает сильное влияние на ездовые качества велосипеда.

Материалом для рам служат трубы из мягкой (для дорожных и легкодорожных машин) или полутвердой (для гоночных и полугоночных машин) стали, тянутые по способу Эргарта, вальцованные по системе Маннесмана, а также сваренные автогенным или электрическим путем. Условия, которым должна удовлетворять сталь, приведены в табл. 1.

Свойства стали для велосипедных рам

Независимо от способа изготовления все идущие для велосипедного производства трубы подвергаются протягиванию в холодном состоянии на стальной оправке через ряд последовательно уменьшающихся стальных полированных колец (холоднотянутые трубы), чем достигается, во-первых, правильность размеров, а во-вторых, улучшение механических качеств материала. Главные трубы рамы (верхняя, нижняя и подседельная) имеют диаметр 25,4 мм (для гоночных и полугоночных) или 28 мм (для дорожных и легкодорожных машин); толщина стенок д. б. 0,5—0,6 мм для легких, 0,7—0,8 мм для средних и до 1,5 мм для тяжелых машин. Головка рамы (если она не делается из одного куска) д. б. толще остальных, а именно: для легких машин -  диаметр 32—35 мм и толщина стенок 1,2—1,5 мм, а для тяжелых - соответственно 35—40 мм и 2,0—2,2 мм.

Соединительные муфты изготовляются штамповкой из листовой стали с последующей сваркой или пайкой швов, или же отливкой из ковкого чугуна. Материалом для штампованных муфт служит мягкая сталь с содержанием: около 0,09—0,12% С; около 0,4% Мn; ≤ 0,03% Si; 0,01% Р и 0,035% S; при испытании листовой стали толщиной в 1,5 мм прибором Эриксена глубина отпечатка д. б. не меньше 10 мм. Толщина штампованных муфт делается в зависимости от веса велосипеда 1,5—2,5 мм. Материалом для литых муфт служит ковкий чугун хорошего качества, имеющий до отжига следующий химический состав: 3,2—3,8% С; 0,8—1,2% Si; ≥ 0,1% Мn; < 0,2% S и < 0,1% Р. После отжига нормальной пробы (12 мм ø) в течение 8 суток она должна показывать в поперечном разрезе следующую металлографическую картину: до 0,5 мм от поверхности - чистый феррит, на глубине 0,5—3,0 мм - феррит, перлит и углерод отжига (Temperkohle), середина (не более 6 мм ø) - перлит, цементит и углерод отжига. Механические качества ковкого чугуна (проба 12 мм ø): сопротивление на разрыв 32 кг/мм2, предел упругости 18 кг/мм2, удлинение ≥ 2%. Отливку производят в песочные формы; отжигу подвергают в течение 6—8 суток.

Резка труб производится на отрезном станке. На фиг. 3 изображен отрезной станок новейшей системы, дающий до 400 отрезов в час, совершенно ровных и без заусенцев.

Отрезной станок

Ширину перьев передней вилки часто делают убывающей книзу; для этого круглую трубу сначала суживают к одному концу на специальном станке (наподобие описанного ниже станка для утончения спиц), затем изгибают по лекалу и плющат под прессом в матрице.

Второй операцией, производимой над трубами, является изгибание их для руля, задней стойки и для рамы дамских велосипедов. Для этого их заливают канифолью или применяют особые гибкие стальные стержни. Трубы изгибают по лекалам от руки или в прессах и на специальных станках. Приспособление, употребляемое для изгибания руля в эксцентриковом прессе с большим ходом, изображено на фиг. 4.

Приспособление, употребляемое для изгибания руля в эксцентриковом прессе с большим ходом

Оно состоит из нижней матрицы М, опирающейся снизу на сильные пружины из неопускающихся роликов аа и связанных с верхним штампом Ш опускающихся роликов бб. Труба Т кладется на матрицу и закрепляется клином к. Ролики бб, двигаясь вместе со штампом Ш вниз, придают трубе сначала средний выгиб (положение Т'), после чего поверхности nи n' соприкасаются и штамп, двигая всю матрицу вниз, протаскивает трубу между роликами аа, придавая ей требуемую форму Т".

Некоторые фасоны литых муфт изображены на фиг. 5: а - верхняя муфта головки, б - подседельная муфта, в и г - коронки, д - втулка каретки, е - мост задней вилки, ж и з - концевые вилочки; из этих литых деталей в, е, ж и з предназначены для внутренней пайки, а, б, г и д - для наружной. Тяжеловесность и относительная ненадежность литых муфт заставили искать способа делать их из того же материала, что и трубы.

Фасоны литых муфт

Значительное распространение получил способ штампования муфт из листовой стали указанных выше свойств. Каждый завод выработал свои приспособления и свои методы работы. Примером может служить штампование рулевой муфты, последовательные стадии которого изображены на фиг. 6: высечка бланкета а, изгиб его в матрице м1, куда он кладется между упорками у и получает форму б; окончательный изгиб в матрице м2 с помощью оправки д в форму в.

Штампование рулевой муфты

Штампование более сложной части, головки рамы, изображено на фиг. 7: сначала вырезается бланкет а, кладется между упорами у1 и у2 в матрицу м1 и прессуется соответствующим штампом, придающим ему вид б; затем его кладут в матрицу м2, где штамп ш2, опускающейся вниз оправкой о придает ему окончательную форму в.

Штампование головки рамы

Остающиеся после штампования швы свариваются автогенным или электрическим способом или же паяются медью; в последнем случае необходимо применять гораздо более тугоплавкий припой, чем для последующей пайки рамы. Часто применяется штампование вместе с вытягиванием; на фиг. 8 изображено такое изготовление косоугольной муфты: высечка бланкета а, вытягивание стакана в три хода б, в, г на матрицах образца б1, обрезка краев д штампом д1, изгиб в матрице е, обрезка штампом ж и окончательный загиб краев в матрице помощью оправки з1 и штампа з; окончательная форма муфты - и.

Изготовление косоугольной муфты

Следующая операция по изготовлению рамы - сборка. Необходимая в массовом производстве точность сборки м. б. достигнута лишь применением соответствующих приспособлений (см. фиг. 9 и 10).

Приспособление для сборки велосипедных рам

После сборки рамы в каждом соединении трубы с муфтой просверливается отверстие диаметром 1,5—2,5 мм, в которое загоняется коническая шпилька, обеспечивающая неизменяемость положения частей при последующей пайке.

Приспособление для сборки велосипедных рам

После этого рама вынимается из калибра и идет в пайку. Окончательное соединение частей рамы между собой производится тремя различными способами: пайкой, автогенной или электрической сваркой. Наиболее употребительным способом остается до настоящего времени пайка медью или нейзильбером. В табл. 2 приведены рецепты некоторых употребительных припоев.

Составы припоев

В мелких мастерских пайка производится от руки помощью бунзеновской горелки специальной формы; в более крупных производствах для этого служат газовые паяльные столы (фиг. 11), нагревающие подлежащее спайке место сразу с обеих сторон и препятствующие излишнему рассеиванию теплоты при помощи поставленных по бокам огнеупорных кирпичей.

Газовый паяльный стол

В массовом производстве и этот способ оказывается недостаточно производительным, и в таком случае прибегают к пайке в газовых печах или способом погружения. Печь первого типа для пайки вилок изображена на фиг. 12.

Печь для пайки вилок

Печь второго типа применяется гл. образом для рам; она имеет сверху два отверстия: одно из них служит для предварительного подогрева спаиваемого места, второе лежит над графитовой ванной, в которой помещается расплавленный припой, покрываемый для уменьшения потерь от окисления угольным порошком. Места, которые желательно защитить от припоя, перед погружением покрывают иногда графитовой или другой замазкой.

Из двух остальных способов, электрической и автогенной сварок, первая более распространена и при правильном выборе материала труб и, муфт достаточно надежна. Сварка производится впритык по способу расплавления на нормальных машинах мощностью около 10 kW, снабженных лишь специальными зажимами. В общем приведенные способы можно характеризовать сл. обр.: пайка газовыми горелками надежна, но дорога, т. к. мало производительна (опытный мастер паяет до 20 передних вилок в час); пайка в специальных и газовых печах надежна и дешева (до 50 вилок в час); пайка погружением очень надежна и производительна (до 60—80 паек в час), но вызывает значительный расход припоя и работу по очистке; электрическая сварка дешева, производительна, не всегда надежна и затрудняет правильную сборку; автогенная сварка мало производительна и ненадежна.

Очистка рамы от излишков припоя производится вручную, но в последнее время рекомендуется электролитический способ (Langbein – Pfannhauser - Werke, Лейпциг): спаянные предметы опускают в ванну, растворяющую только припой, причем анодами служат сами обрабатываемые предметы, а катодами - латунные листы; работа ведется при плотностях тока в 3—5 А/дм2 и продолжается 15—30 минут. Делавшиеся неоднократно попытки заменить пайку и сварку рамы механическими способами соединения (свинчиванием, раскаткой и т. д.) до сих пор не получили сколько-нибудь заметного распространения.

На всех образцовых заводах рама после спайки подвергается испытанию на прочность статической или динамической нагрузкой. Последний способ предпочтительнее, но в виду его длительности (несколько часов и даже дней) он м. б. применяем лишь на выдержку. Схема его приведена на фиг. 13.

На всех образцовых заводах рама после спайки подвергается испытанию на прочность динамической нагрузкой

Рама зажимается в середине неподвижно, тогда как оси переднего и заднего колес могут перемещаться в горизонтальном направлении; к подседельной и верхней рулевой муфте прикрепляются длинные шатуны, верхние концы которых совершают 200—300 колебаний в минуту с амплитудой в 5—6 мм. Машина служит только для сравнительных испытаний, причем счетчик отмечает число колебаний, выдержанных рамой до поломки. Испытание статической нагрузкой производится по схеме, приведенной на фиг. 14, где указаны размеры и направления нагрузок при испытании рамы, руля, подседельного крюка и обода переднего колеса (для заднего колеса нагрузка увеличивается до 150 кг). После всех этих испытаний части не должны обнаруживать остающихся деформаций.

На всех образцовых заводах рама после спайки подвергается испытанию на прочность статической нагрузкой

По испытании рама направляется в отделку. Загрунтовка особой эмалью производится кистями, пульверизаторами или погружением в ванну с краской; последний способ наиболее производителен и допускает применение поточной работы. Краске дают стекать в продолжение 10—15 минут, после чего рама поступает в сушильную печь, где она сохнет при 150—170° в течение 1,5—2 ч. Затем ее в 2—3 приема окончательно покрывают эмалью, причем она каждый раз поступает для сушки в печь (для черной эмали при 140—160° на 1,5—2 ч., для цветной при 60—100° несколько дольше). В массовом производстве рамы передвигаются от одной ванны к другой и через сушильные печи на бесконечных цепях или подвесных однорельсовых дорогах.

2. Колеса. Обода колес делают деревянные или стальные; несколько типичных профилей первых изображены на фиг. 15 (1, 2 для однотрубных, 3 и 4 для двухтрубных шин).

Обода колес делают деревянные или стальные

Материалом для них служат преимущественно гикори и ясень. Профили стальных ободов чрезвычайно разнообразны; некоторые из них приведены на фиг. 16.

Профили стальных ободов

Наиболее употребительны: 1 - для шин типа Денлоп и 3 - для шин с бортами. Ходовые диаметры резиновых шин: для детских велосипедов - 560 м, редко - 610 мм; для прочих - 660 и 710 мм. Нормальные размеры ободов для шин в 710 мм приведены в табл. 3.

Нормальные размеры ободов для шин в 710 мм

Число отверстий для спиц - 36, их диаметр - 4,5 мм.

Материалом для ободов служит хорошо сваривающаяся, не слишком твердая сталь такого же состава, как и для штампованных муфт. Она вальцуется холодным способом в длинные ленты соответствующего сечения. В последнее время для шин с бортами употребляют часто обода, имеющие посредине небольшой выступ (фиг. 16, 3, а), который придает сечению большую жесткость, а также скрывает до некоторой степени головки ниппелей. Стальная лента, намотанная на катушки, пропускается через специальные вальцы, придающие ободу надлежащий профиль и изгибающие его одновременно в кольцо. За последней парой вальцов находятся ножницы, которые отрезают ленту надлежащей длины. Производительность машины около 150 ободов в час. Стык спаивается, а чаще сваривается впритык расплавлением на электрических сварочных машинах сопротивления. Мощность машины около 15 kW, продолжительность одной сварки 15—20 секунд. Остающийся после сварки шов удаляют обработкой наждачным колесом вручную или на специальных станках, служащих одновременно для выверки круговой формы обода. Схема действия такого станка изображена на фиг. 17: два неподвижных а и один переставной ролик б вместе с тремя наждачными кругами придают ободу А окончательную форму.

Остающийся после сварки шов удаляют обработкой наждачным колесом вручную или на специальных станках, служащих одновременно для выверки круговой формы обода

После этого приступают к сверлению отверстий для спиц. Применяемые здесь сверлильные станки обычно являются специальной конструкцией велосипедных заводов. При одном повороте рукоятки р (фиг. 18) обод А зажимается распорками б, соединенными с шатунами k.

Применяемые здесь сверлильные станки обычно являются специальной конструкцией велосипедных заводов

Зажимная муфта помещается на одной оси с делительным кругом д и составляет требуемый расхождением спиц угол с осями двух сверлильных шпинделей с, находящихся в бабках Б и приводимых в движение ремнем от потолочного привода. Станок пригоден для сверления как металлических, так и деревянных ободов. Время сверления обода составляет около 6 мин.; один рабочий может свободно обслуживать 3—4 станка. После сверления обода поступают в отделку.

В настоящее время употребляются исключительно т. н. тангентные спицы, работающие только на растяжение и имеющие поэтому по сравнению с обыкновенными очень слабое сечение. Они изготовляются из специальной стальной проволоки (Speichendraht), тянутой холодным способом, толщиной 1,8—2,0 мм. Спицы делают или одинаковой толщины по всей длине или с утончением по середине до 1,5—1,6 мм. Нормальные длины спиц равны 285, 295, 305 и 315 мм. Проволока непосредственно с кругов поступает в специальную машину, где она выпрямляется, режется, снабжается головкой и изгибается; производительность машины - около 3500 спиц в час. Утончение средней части производится на специальных станках с молоточками, которые подвергают спицу многочисленным, сравнительно слабым, но частым ударам (до 20000 в минуту), вследствие чего происходит вытягивание спицы и одновременно улучшаются механические качества материала. Нарезка спиц иногда производится на специальных винторезных станках, но в последнее время ее стали делать почти исключительно накатыванием на специальных машинах. Производительность таких машин составляет до 2500 спиц в час. Ниппеля делают латунные или стальные. Латунь, с содержанием около 70% Сu и 30% Zn, прессуется из проволоки в матрицах для получения надлежащей формы, после чего на специальных станках просверливается отверстие, нарезается резьба, фрезеруется квадрат и пропиливается прорезь; иногда квадрат делается при самом прессовании, и тогда остальная обработка ведется на автоматических токарных станках. Стальные ниппеля делают таким же образом или же их вытачивают из пруткового материала на автоматических токарных станках. На германских заводах материалом служит так называемая сталь для автоматов следующего химического состава: 0,07—0,12% С; ≤ 0,2% Si; 0,5—0,6% Мn; 0,1—0,15% Р и 0,1—0,15% S (содержание Р и S указано не предельное, но желательное); сопротивление на разрыв 40—45 кг/мм2, удлинение 22—28%.

Нормальные размеры ниппеля и ход обработки

Нормальные размеры ниппеля и ход обработки изображены на фиг. 19: а - движение прутка, б - обдирка наружной поверхности и сверление большого отверстия, в - шлихтование наружной поверхности и сверление малого отверстия, г - нарезка резьбы, д - отрезание и прием ниппеля зажимным приспособлением, подводящим его к круглой пиле, и е - выпиливание прорези. Затем ниппеля полируются во вращающихся бочках и никелируются.

Весьма ответственной работой является сборка колес. Для ускорения этой работы на всех крупных заводах применяются специальные станки (фиг. 20).

Весьма ответственной работой является сборка колес. Для ускорения этой работы на всех крупных заводах применяются специальные станки

Втулку со вставленными уже в нее спицами надевают на ось о, после чего кладут обод на круглый вращающийся стол с и зажимают центрующе посредством щек к, которые приводятся в движение от педали n. Навинчивание и предварительную затяжку ниппелей производят либо вручную, либо с помощью механической отвертки, с передачей через фрикционную муфту от электромотора; в первом случае равномерность затяжки зависит от опытности мастера, во втором - она обеспечивается постоянством максимального вращающего момента, передаваемого муфтой. Производительность такого станка при работе механическими отвертками 6—10 колес в час. После сборки колеса поступают для окончательной выверки к мастерам-специалистам, т. к. эта работа требует особой опытности и сноровки.

Все три главные оси велосипеда (передняя, задняя и ось каретки) вращаются на шарикоподшипниках. Несущие ось шарики помещаются между двумя соответственным образом сформированными поверхностями. Смотря по величине угла между осью вращения и касательной в точке катания шариков мы различаем 4 рода шарикоподшипников (фиг. 21): I - нормальные (α = 0°), II - с внутренним конусом (0° < α < 90°), III  - упорные (α = 90°) и IV – с внешним конусом (90° < α < 180°).

Смотря по величине угла между осью вращения и касательной в точке катания шариков мы различаем 4 рода шарикоподшипников

Первый род применяется в последнее время все чаще, особенно во втулке каретки, второй и четвертый - во всех трех втулках, а третий - в головке рамы. Наиболее совершенной является первая форма, т. к. здесь происходит чистое катание шариков без скольжения. Теоретически наивыгоднейшая форма конусных подшипников (фиг. 22, а и б), - когда обе касательные или прямые, проходящие через обе точки катания шариков, пересекаются на оси подшипника.

Теоретически наивыгоднейшая форма конусных подшипников

Это условие весьма трудно выполнимо на практике, почему обычно конусу и чашке придают форму в. Употребительные размеры радиусов закруглений конуса р1 = 0,70 d, чашки р2 = 1,17 d, а глубина канавок г 0,17 d; угол α делается нормально около 45° (фиг. 22). В конусных подшипниках один из четырех элементов (2 конуса и 2 чашки) должен быть подвижным для возможности регулировки, после чего все части втулки д. б. надежным образом закреплены.

Материалом для корпуса втулок служит обыкновенно та же сталь что и для автоматов; в тех случаях, когда некоторые части втулки должны быть цементированы и закалены, употребляется специальная сталь для цементации, имеющая следующий химический состав: 0,3—0,35% С; ≤ 0,8% Mn; ≤ 0,35% Si; ≤ 0,05% Р и ≤ 0,05% S. Требуемые механические свойства представлены в табл. 4.

Свойства стали для втулок

Этот же сорт стали употребляют для осей, конусов и чашек (для последних в том случае, если их закаливают после цементации). Для лучших машин конуса и чашки закаливают в целом, для чего берут специальную хромовую сталь следующего химического состава: 0,9—1,1% С; 1,4—1,6% Сr; 0,2—0,3% Мn; 0,2—0,3% Si со следующими механическими качествами в отожженном состоянии: предел упругости 32—40 кг/мм2; удлинение 20—16%; после закалки в масле при 820—840° твердость по Бринеллю 620—650, сопротивление на изгиб до 120—140 кг/мм2.

Конструкции передней втулки

Шарики для различных втулок употребляются следующих размеров (в дм.):

Шарики для различных втулок употребляются следующих размеров (в дм.)

Конструкции передней втулки даны на фиг. 23, размеры втулки - в табл. 5.

velosiped proizv 29

Задние втулки без свободного хода совершенно сходны по конструкции с передними, с той лишь разницей, что их диаметр немного больше и с правой стороны они снабжаются нарезкой для навинчивания зубчатки и контргайки. Нарезка нормально имеет наружный диаметр в 34,9 мм; диаметр по дну нарезок - 33,9 мм, число ниток - 24 на 1"; резьба правая. Контргайку делают с левой нарезкой наружного диаметра 32,7 мм, внутреннего диаметра - 31,77 мм, 24 нитки на 1". Одним из существенных размеров задней втулки является расстояние цепной линии от средней плоскости заднего колеса; нормальными размерами являются 33, 35 и 38 мм, причем последняя величина наиболее употребительна. Нормальные размеры задних втулок приведены в табл. 6.

Нормальные размеры задних втулок

Большинство современных велосипедов снабжаются т. н. свободным ходом, т. е. такой задней втулкой, которая допускает передачу усилия только в одном направлении, благодаря чему велосипед продолжает на ходу катиться вперед и при остановленных педалях. На фиг. 24 изображена втулка свободного хода системы Торпедо.

Втулка свободного хода системы Торпедо

При вращении зубчатки р вперед, в направлении, указанном на разрезе А-Б стрелкой, тело храповика n вращается в том же направлении, причем ролики и, заклиниваясь между храповиком и корпусом втулки е, передают рабочее усилие на заднее колесо. Если при вращающемся вперед колесе мы остановим зубчатку, то втулка е, продолжая вращаться в том же направлении, откатит ролики вглубь канавок храповика и т. о. нарушит сцепление между зубчаткой и колесом. При вращении же педалей, а, следовательно, и зубчатки, в обратном направлении ролики, упираясь в вырезы клетки о, начнут вращать последнюю в том же направлении. Клетка о имеет на левом конце (см. продольный разрез) винтовые поверхности, соприкасающиеся с винтовыми поверхностями промежуточной втулки з; пока последняя вращается вместе с клеткой о вперед, ролики ш (см. разрез В-Г) удерживаются в глубине вырезов промежуточной втулки кольцом ч, скользящим с легким трением (благодаря пружинкам х) в тормозной втулке ж. Последняя удерживается от вращения двумя выступами, входящими в вырезы левого конуса ф, снабженного в свою очередь рычагом б, соединенным с рамой велосипеда. При вращении промежуточной втулки з в тормозящем направлении ролики ш выдвигаются кнаружи и, входя в одну из канавок тормозной втулки ж, удерживают втулку з от дальнейшего вращения в этом направлении; в этот момент вступают в действие винтовые поверхности, которые продвигают втулку з влево, благодаря чему состоящая из двух половин, удерживаемых вместе пружиной м, тормозная втулка ж надвигается на конусные поверхности ф и з, распирающие ее и вызывающие т. о. торможение заднего колеса. Иногда заднюю втулку снабжают еще двумя сменными скоростями, позволяющими уменьшать передачу при подъеме на гору или на плохой дороге. Конструкции втулок каретки также весьма разнообразны; некоторые типичные примеры их даны на фиг. 25.

Конструкции втулок каретки также весьма разнообразны

Наиболее употребительна система А с внутренними конусами и закреплением кривошипов клиньями. Нормальные размеры втулки каретки определяются следующими требованиями: расстояние между внешними поверхностями кривошипов не должно превосходить 125 мм; расстояние между цепной линией и средней плоскостью рамы должно быть равно 33, 35 или 38 мм соответственно задней втулке; наружный диаметр корпуса каретки - 41 мм. Вал каретки не должен обнаруживать остающихся деформаций после нагрузки в 150 кг на плече, равном длине кривошипа. Нормальный диаметр вала для обыкновенных велосипедов 16 мм, для тяжелых машин - 18,5 мм.

По изготовлении частей для втулок большинство их подвергается цементации и закалке. В более крупных частях, которые должны быть цементированы не по всей поверхности, части, долженствующие остаться мягкими, покрываются замазкой из глины в 5—8 мм, а в последнее время стали покрывать их тонким слоем меди гальваническим способом. При употреблении стали, о которой говорилось выше, цементация продолжается 5—8 ч. при температуре 850—900°. Закалку можно производить или непосредственно из печи для цементации или, еще лучше, дать всему медленно остыть и затем закаливать особо. Мелкие части с выгодой цементируются при помощи газа в специальных вращающихся печах по типу изображенной на фиг. 26.

Мелкие части с выгодой цементируются при помощи газа в специальных вращающихся печах

Подлежащие цементации предметы загружаются в печь (смотря по размеру ее, от 20 до 400 кг за раз), которая затем доводится до температуры 750—780°, причем через, рабочее пространство печи пропускается содержащий углерод газ (обычно карбюрированный бензином или бензолом аммиак), который и производит цементацию. Печь вращается со скоростью 1—6 об/мин., чем достигается равномерность цементации. Продолжительность последней равна 0,5—2 час., в зависимости от требуемой глубины цементации. Закалку производят непосредственно из печи, для чего под конец понижают температуру до 850°. При этом способе на 100 кг цементированных изделий расходуется около 8 кг нефти, 12 м3 аммиака, 0,6 кг бензина (для карбюрации) и около 1,5 ч. рабочего времени. После закалки рабочие поверхности втулок, конусов и чашек подвергаются шлифованию наждачными кругами с водой на специальных шлифовальных станках. Подлежащую никелированию наружную поверхность втулок после шлифовки обезжиривают. Обе операции м. б. заменены электролитическим декапированием в специально составленной ванне. При последнем способе предметы м. б. одновременно покрыты тонким слоем меди. Никелировка производится в движущейся ванне, в которой или только сама жидкость поддерживается в постоянном движении пропусканием воздуха или, кроме того, и никелируемые предметы двигаются в ванне. Прочности и быстроте никелирования содействует также применяемое теперь непрерывное фильтрование жидкости, для чего имеется особый центробежный насос. Никелировочная установка, начиная с электролитического декапирования, м. б. совершенно автоматической (фиг. 27), являясь таким образом органическим звеном современной поточной работы.

Никелировочная установка

Сравнительные данные различных способов никелировки приведены в табл. 7 (принимая среднюю толщину слоя ≈ 0,015 мм).

Сравнительные данные различных способов никелировки

Толщина никелевого слоя для лучших велосипедов делается в 0,03 мм (около 250 г/м2), для более дешевых велосипедов – от 0,01 до 0,015 мм (90—180 г/м2).

3. Передаточный механизм. В современном велосипеде рабочее усилие передается на заднее колесо почти исключительно с помощью роликовой цепи; передача карданным валом с коническими шестернями, несмотря на многочисленные попытки, не получила сколько-нибудь значительного распространения. Величина передачи условно обозначается в дюймах, причем число дюймов передачи равняется воображаемому диаметру колеса, пробегающего за один оборот тот же путь, что и данный велосипед при полном обороте кривошипов. Величина передачи исчисляется по формуле

velosiped proizv 36

где К - передача в дм., Z - число зубцов шестерни каретки, z - число зубцов шестерни заднего колеса, a d - диаметр заднего колеса в дм. Употребительные размеры передачи для различных видов велосипеда приведены в табл. 8.

Употребительные размеры передачи для различных видов велосипеда

Задние зубчатки имеют 7—12 (для ленточной цепи) и 12—24 (для роликовой цепи) зубцов. Большие (средние) зубчатки при этих данных должны иметь от 30 до 70 зубцов (для роликовой цепи). Удобным набором являются: 4 малых зубчатки с 15, 16, 17, 18 и 4 больших с 30, 39, 50, 63 зубцами; получаемые из их комбинаций 16 передач покрывают почти все встречающиеся на практике требования (табл. 9).

Наборы зубчаток и их передачи

Передаточный механизм состоит из двух зубчатых колес, цепи, кривошипов и педалей. Кривошипы укрепляются на валу каретки. Наиболее употребительным способом является закрепление при помощи клиньев (фиг. 28, а и 25, А).

Кривошипы укрепляются на валу каретки

Недостаток этого способа - значительное давление, возникающее между клином и валом каретки и доходящее (отбрасывая уменьшающую его силу трения) до 150 кг/мм2, т. е. до размеров, которым не может противостоять наилучший материал. Другим, также весьма употребительным способом является закрепление кривошипов на валу помощью 3- или 4-гранного отверстия (фиг. 28, б и 25, Б), которое для облегчения пригонки и уничтожения износа делают конической формы, что сильно затрудняет и удорожает обработку. Хороший способ соединения кривошипов изображен на фиг. 28, в: здесь каждый кривошип составляет одно целое с соответствующей половиной вала; соединение достигается затягиванием сквозного болта, прижимающим оба полувала друг к другу и к стенкам окружающей их трубки. Прикрепление зубчатки к кривошипу производилось прежде почти исключительно привинчиванием ее к лапкам, откованным заодно с кривошипом (фиг. 28, а); теперь предпочитают снабжать правый кривошип особым фланцем, центрирующим шестерню, которая либо прикрепляется болтиками, либо навинчивается и закрепляется контргайкой (фиг. 28, б). Сечение кривошипов делается прямоугольным или овальным; длина их равняется нормально 160—180 мм; на конце делают для педали отверстие с винтовой нарезкой 9/16" = 14,28 мм наружного диаметра с 20 нитками на 1", правой для правого, левой для левого кривошипа. Материалом для кривошипов служит сталь, которая обладает в отожженном состоянии следующими механическими свойствами: предел упругости 26—28 кг/мм2, сопротивление на разрыв 38—44 кг/мм2, удлинение 25—30 %, ударная работа 28 кгм/см2 нормального образца. Для лучших велосипедов место прикрепления кривошипа к валу цементируется и закаливается. Кривошипы отковываются в матрицах при 1150—1000°, затем отжигаются 2—3 ч. при 600—650°, после чего следует обработка, производящаяся либо на сверлильных, либо на полуавтоматических токарных станках. После обработки кривошипы иногда цементируются (3—4 ч. при 800—850°) и затем закаливаются при 880—900°. Кривошипы должны без остающихся деформаций выдерживать нагрузку в 160 кг, приложенную в педальном очке параллельно оси каретки, и в соединении с осью - по 150 кг на обоих кривошипах, действующих перпендикулярно к плоскости, проходящей через оба кривошипа и ось.

Зубчатки делают в настоящее время почти исключительно из листовой стали, толщиной около З мм и обладающей теми же механическими свойствами, что и материал для кривошипов.

Элементы зубцов

Элементы зубцов (фиг. 29) вычисляются по следующим формулам:

velosiped proizv 41

где Dt- диаметр начальной окружности, Dn- наружный диаметр, Db- диаметр по дну зубцов, t - длина звена цепи, z- число зубцов, d - диаметр ролика цепи, L - тангенциальный зазор, b- толщина колеса и В - внутренняя ширина цепи.

Общепринятые размеры цепей, которые употребляются для различных видов машин, приведены в табл. 10.

Общепринятые размеры цепей, которые употребляются для различных видов машин

Наиболее употребительные роликовые цепи (фиг. 30, А), затем - ленточные (фиг. 30, Б) и двойные роликовые (фиг. 30, В).

Велосипедные  цепи

Материалом для боковых звеньев служит листовая сталь следующего химического состава: 0,75% С; 0,50% Мn; 0,15—0,25% Si; Р и S не больше 0,05% каждого в отдельности и максимум 0,08% вместе. Сопротивление на разрыв вальцованного материала 90—95 кг/мм2, удлинение ≥ 3%. Боковые пластинки высекаются в автоматических эксцентриковых прессах нормального типа (производительность до 200000 шт. в день), затем продырявливаются и чеканятся, причем последняя операция имеет целью придать звеньям более изящный внешний вид, снабжая их фаской и штемпелем завода (40000 в день); после этого звенья полируются во вращающихся барабанах со стальными шариками и воронятся огневым или электролитическим способом. Внутренние рамки для более дорогих цепей вытачиваются из пруткового материала на так называемых винтовых автоматах, для более же дешевых накатываются из ленточной стали на специальных станках, принцип действия которых понятен из фиг. 31 (производительность 30000—35000 штук в день).

velosiped proizv 44

Материалом служит вальцованная холодным способом сталь следующего химического состава: 0,13—0,20% С; ≤ 0,4% Мn; ≤ 0,35% Si; < 0,06% Р и < 0,06% S; сопротивление на разрыв 34—40 кг/мм2, предел упругости 24—30 кг/мм2, удлинение 30—25%. Затем ролики цементируют (преимущественно в газовых печах), закаливают и полируют катанием между полированными валками. Наружные ролики изготовляются из того же материала на многоштемпельном прессе (30000—35000 в день). Оси делаются в специальной машине (наподобие гвоздильного станка), которая перерабатывает непосредственно из кругов проволоку того же состава, что и для роликов, режет ее на куски требуемой длины и снабжает их на концах углублениями, облегчающими последующее расклепывание концов (производительность 30000 в день). Сборка внутренних звеньев производится на ножном рычажном прессе с приспособлением, изображенным на фиг. 32 (производительность до 4000 звеньев в день).

Сборка внутренних звеньев производится на ножном рычажном прессе с приспособлением

После этого внутренние звенья калибруются прогонкой через полированные стальные стержни; работа производится на ножном прессе, причем производительность одной работницы составляет около 14000 звеньев в день. Для сборки наружных звеньев служит специальная машина, работающая автоматически и собирающая до 20000 полузвеньев в день. Окончательная сборка цепей производится двумя работницами: из них одна вставляет наружные полузвенья во внутренние и передвигает образовавшуюся цепь ко второй работнице, которая накладывает верхние наружные пластинки и сжимает все вместе на ножном прессе (до 20000 звеньев в день). Собранные цепи пропускаются на зубчатых колесах между двумя наждачными кругами, снимающими излишек металла на осях (производительность до 40000 звеньев в день), после чего головки штифтов расклепываются на машине (фиг. 33) с помощью пуансона, делающего несколько тысяч легких ударов в минуту и расплющивающего ось, не зажимая звеньев цепи.

Машина для расклепывания головок штифтов велосипедных цепей

Затем цепь вытягивается в приспособлении, схема действия которого видна из фиг. 34; скорость движения цепи около 80 м в мин., а натяжение около 200 кг.

Приспособление для вытяжки велосипедной цепи

Цепи должны выдерживать нагрузку в 500 кг без деформаций; разрыв происходит обычно при нагрузке, превышающей 800 кг. После вытягивания, продолжающегося около 2 мин. (производительность станка 16000 звеньев в день), цепи соединяют в серии по 6—10 штук и закладывают в машину для приработки цепей, где они проходят через целый ряд роликов, изгибающих попеременно цепи в разных направлениях. Натяжение цепи равняется 75—100 кг, скорость около 100 м в минуту, продолжительность обработки для каждой серии около 15 мин. (дневная производительность 15000—25000 звеньев).

Зубчатые колеса штампуются из листовой стали толщиной 3—4 мм, причем шестерни для более дорогих машин снабжаются вальцованными на специальных станках закраинами, придающими ободу зубчатки особую прочность и служащими опорой для звеньев цепи. После отжига окружность колеса, а также и внутреннее центрирующее отверстие обтачивают на токарном станке, а затем колеса зажимают по несколько десятков штук на общей оправке и передают на автоматический фрезерный станок, где и происходит нарезка зубцов фасонным фрезером, по системе последовательного деления, или червячным фрезером, по способу разверток. После нарезки зубцов колеса шлифуются, полируются и никелируются. Производство малых зубчаток ничем существенно не отличается от изложенного.

Иногда после нарезки зубцов внешнюю часть колес цементируют и закаливают; для этого зубчатки пакуют стопками в особые горшки (фиг. 35), которые помимо экономии в цементирующем порошке дают еще то преимущество, что предохраняют от цементации среднюю часть колес.

Зубчатки пакуют стопками в особые горшки

Педали наиболее употребительных типов изображены на фиг. 36.

Педали наиболее употребительных типов

Рамки и поперечины педалей, штампуют из обыкновенной мягкой листовой стали; ось конус и втулку вытачивают из прутков на автоматических токарных станках. Закрывающий отверстие втулки колпачок прессуется из стального листа и снабжается нарезкой на полуавтоматическом токарном станке. Нормальные размеры педалей видны из табл. 11.

Нормальные размеры педалей

Ось педали снабжается на свободном конце соответствующей кривошипам нормальной нарезкой; толщина оси д. б. такова, чтобы ось могла выдержать без деформации нагрузку в 200 кг, приложенную на расстоянии 45 мм от кривошипа. Нормальный диаметр оси в несуженной ее части 10 мм.

Форма и размеры профиля нарезки

Специальные нарезки, употребляемые в велосипедном производстве, приведены в табл. 12; форму и размеры профиля нарезки можно видеть из фиг. 37, причем h = 0,866 S, F = 0,533 S,

velosiped proizv 52

Специальные нарезки, употребляемые в велосипедном производстве

Сборка. Сборка велосипеда производится в монтажной мастерской. Правильная организация последней значительно понижает стоимость готовых машин. Прежде монтаж производился от начала до конца одной группой монтеров, которым в помощь давалось несколько чернорабочих. На одном крупном германском заводе 80 монтеров и 40 чернорабочих работали над сборкой велосипедов сериями по 20 штук, причем каждая группа состояла из 4 монтеров и 2 рабочих. Одна группа собирала в среднем около 4 машин в час, и т. о. производительность всей монтажной равнялась 80 велосипедам в час. После рационализации производства монтаж стал производиться по движущейся цепи: в начале сборочной к цепи подвешивалась голая рама, которая проходила 25 последовательных станций; на этих станциях надлежало произвести следующие манипуляции (буквы а и б обозначают, что на данной станции сборка производится одновременно с правой и левой стороны рамы двумя монтерами): 1) вложить в головку рамы запор для руля; 2а) надеть на переднюю вилку нижнюю чашку и, наложив коронку с шариками, вставить вилку; 2б) положить сверху коронку с шариками и привинтить верхнюю чашку; 3) урегулировать и затянуть контргайку; 4) ввинтить стойку ручного тормоза и вставить колодку; 5) вставить и закрепить руль; 6а и б) собрать окончательно ручной тормоз; 7) прикрепить передний щиток; 8) вставить переднее колесо; 9а и б) урегулировать его и затянуть контргайку; 10а) ввинтить правую чашку каретки; 10б) вложить ось каретки с двумя конусами и шариками; 11) ввинтить левую чашку и отрегулировать; 12) затянуть контргайки каретки; 13а) вставить правый кривошип и вложить клин; 13б) вставить левый кривошип и вложить клин; 14а) затянуть правый клин и ввинтить педаль; 14б) затянуть левый клин и ввинтить педаль; 15а и б) прикрепить задний щиток; 16) вставить заднее колесо и наложить цепь; 17) соединить цепь и установить заднее колесо; 18) затянуть гайки заднего колеса и щитка; 19) вставить и закрепить подседельный крюк; 20) вставить и закрепить седло; 21а и б) подвязать сумку; 22) вложить в нее инструменты и масленку; 23, 24 и 25) проверить готовую машину. Продолжительность каждой операции составляет 30 сек., т. е. часовая производительность монтажной - 120 велосипедов, при 33 монтерах и 5—7 подсобных рабочих. В сравнении с групповым монтажом производительность одного рабочего увеличилась в 4,5 раза. Кроме того, поточный монтаж дает возможность значительно уменьшить площадь мастерской: вместо 1800 м2 при новой системе оказалось достаточным 480 м2.

Велосипедное производство является одним из важных факторов развития металлообрабатывающей индустрии. Точных данных о размерах ее не имеется, т. к. крупные велосипедные фирмы весьма часто занимаются также постройкой швейных машин и мотоциклов и под этими рубриками попадают в статистические сборники. Некоторое представление о значении велосипедном производстве в четырех главнейших производящих странах можно получить сравнением данных о внешней торговле велосипедами и их частями (табл. 13).

Внешняя торговля велосипедами и их частями

В 1926 году велосипедное производство в Германии дало 980000 велосипедов, не считая 286000 рам, которые затем поступили для сборки в мелкие мастерские; из этого числа вывезено за границу около 100000 машин. Исключительно производством велосипедов и принадлежностей к ним занималось около 550 заводов, большинство которых является, однако, мелкими предприятиями; крупные же заводы вырабатывают одновременно и другие изделия.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.

Еще по теме:

Избранное