KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK třída 4 TL školní rok 2003/2004 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA (středové složení) obecná část aplikační část

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA obecná část zpět shrnutí výsledků ročníkové práce charakteristika jízdního kola, pro něž je středové složení určeno rozbor namáhání součástí (středová osa, ložiska)

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět silové poměry na ose (síly v řetězu, síly na klikách, síly v ložiskách) výpočet redukovaného napětí ve středové ose 3D model středového složení

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA obecná část zpět shrnutí výsledků ročníkové práce V ročníkové práci jsem se v obecné části zabýval teorií valivého odporu, popsal jsem používání ložisek na jízdním kole a porovnal jsem různé typy středových složení. Nejdůležitějším poznatkem vycházejícím z obecné části byl výsledek porovnání plné a duté osy co se týče poměru tuhosti a hmotnosti. V aplikační části jsem navrhl středové složení s čtyřhranným rozhraním ISO pro kola do náročného terénu.

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA obecná část zpět charakteristika jízdního kola, pro něž je středové složení určeno Středové složení může být použito pro běžná sportovní kola, kde bude výhodou velká životnost v nepříznivých podmínkách a tuhost kompletu. Při použití větší díry a lehčího materiálu osy může být výhodou i nízká hmotnost. Složení je ale hlavně konstruováno pro tzv. technické disciplíny (sjezd, freeride, trial, fourcross). U těchto sportů musí složení odolávat velkým zatížením při dopadech skoků. Složení by mělo svou konstrukcí a použitými materiály být schopné toto splnit. Složení je konstruováno pro montáž do rámové trubky o standardních rozměrech (BSA: 1,37“ x 24 tpi a ITA: 36 x 24 tpi). Montované kliky musí být opatřeny drážkováním ISIS.

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA obecná část zpět rozbor namáhání součástí (středová osa, ložiska) Charakteristika kombinovaného namáhání Kombinované namáhání je namáhání dvěma nebo více druhy základního namáhání současně. Konkrétně daná středová osa je namáhána krutem (důsledek šlapání levou klikou kdy se přes osu přenáší kroutící moment na převodníky nebo při stání v pedálech) a zároveň ohybem (při šlapání i při stání v pedálech- viz obr).   Jedná se o tečné (krut) a normálové (ohyb) namáhání, která nelze slučovat ani algebraicky ani vektorově. Proto se pro výpočet napětí zavádí tzv. Redukované napětí, které v bodě tělesa vyvodí stejné důsledky jako napětí daná. Pro výpočet redukovaného napětí platí pro každý materiál jiné teorie. Pro houževnaté materiály (případ středové osy) je používána teorie Huber, Mises, Henckyova (HMH): σ red= ≤σDt. Při výpočtu dále záleží na způsobu zatížení součásti. Zavádí se tzv. Bachův opravný součinitel αB; αB= σD pro daný způsob zatížení / φ pro daný způsob zatížení kde φ= σD/.Konečný vzorec tedy vypadá takto: σ red ≤σDt. Pro způsob zatížení středové osy je αB roven 1.

Mez únavy, vliv tvaru součásti na mez únavy DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA obecná část zpět rozbor namáhání součástí (středová osa, ložiska) Mez únavy, vliv tvaru součásti na mez únavy   Mez únavy je největší amplituda napětí při cyklickém namáhání, při které materiál vydrží neomezený počet cyklů. Plastické materiály mez únavy nemají. Snížením amplitudy pouze zvětšíme jejich životnost, ale neexistuje amplituda, kterou vydrží neomezeně. Počet cyklů je pro ocel kolem 3 – 10x106. Na mez únavy mají vliv různá osazení součásti, zápichy, drážky, závity, otvory, různé opracování, tepelné zpracování apod. U středových os s čtyřhranným rozhraním je nejkritičtějším místem přechod kruhového profilu v profil čtvercový (viz. obr.1). Zde se koncentruje napětí a nejčastěji zde dochází k porušení součásti. Tento problém eliminují osy s drážkovým rozhraním (viz obr. 2). Na obr. 3-4 vidíme jak čtyřhranný systém nevydržel extrémní zátěž při závodě. Obr.3 Obr.1 Obr.4 Obr.2

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA obecná část zpět rozbor namáhání součástí (středová osa, ložiska) Rozbor zatížení ložisek Ložiska složení jsou převážně namáhána silou radiální. Ta má při šlapání směr výslednice reakce síly v řetězu na sílu působící při záběru na pedál. Při stání v pedálech je směr působení síly shodný se směrem síly tíhové resp. setrvační. Vnější kroužek ložiska je vždy zatížen bodově. Obvodové zatížení vnitřního kroužku nastává při šlapání. Při stání v pedálech (např. při dopadech skoků) je i vnitřní kroužek namáhán bodově.  

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model základní pohled

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model středové složení v rámu

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model řez složením

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model detail řezu uložení

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model montáž složení

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model montáž složení VIDEO

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět silové poměry na ose Síly v řetězu V řetězu obecně působí obvodová a odstředivá síla a síla od hmotnosti řetězu. Pro případ jízdního kola lze poslední dvě síly zanedbat a zabývat se pouze obvodovou silou. Ta vzniká jako reakce síly při záběru na pedálech (viz obr.). Lze vypočítat pomocí momentové věty: F1 x l1 = F2 x r .   Uvažujeme-li sílu F1 od jezdce zhruba 900 N (při záběru vestoje), délku kliky l 175 mm (standart) a poloměr r 60 mm (prostřední převodník) dostaneme sílu v řetězu F2 velkou 2625 N. Jelikož síla potřebná k přetržení řetězu je (pro cyklistické řetězy) asi 10 000 N, je řetěz zcela vyhovující. F2 F1 r l1

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět silové poměry na ose   Síly na klikách Kliky jsou při šlapání i při stání v pedálech namáhány současně na ohyb a jelikož síla, kterou jezdec vyvíjí, nepůsobí v ose kliky, jsou kliky namáhány i krutem.

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část   při doskoku: zpět silové poměry na ose   Síly v ložiskách   Při šlapání: pravou nohou: Při doskoku   l2   Vyšetřit působení sil při šlapání levou nohou je náročné a znamenalo by řešit prostorový ohyb, což je již nad rámec práce.

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět výpočet redukovaného napětí ve středové ose Síla, která namáhá středovou osu byla, brána jako zhruba 2/3(odhadovaný poměr rozložení síly na středovou osu a na řidítka) síly, kterou na ni působí jezdec o hmotnosti 80 kg při skoku z výšky 8 m na dopad pod úhlem 45° ( situace při freerideovém závodě – viz obr.1). Dále jsme uvažovali, že jezdec dopad tlumí zhruba na 1,5 m při dopadové rychlosti 15,5 m.s-1. Skutečná hloubka skoku je podle výpočtu (viz obr.2) 12,5 m a gravitační zrychlení je bráno 10 m.s-2. vo=4 m.s-2 V0 h=0,5.g.(s/vo)2   h=-5/8.s2 h=s-8 0=-5/8s2-s+8 x2=(-)4.5 m h=12,5 m s=v0.t h=0,5.g.t2 h=s-8 vlastní výpočet Obr.1 Obr.2

DLOUHODOBÁ MATURITNÍ PRÁCE JAROSLAV NOVÁK KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ UZLU JÍZDNÍHO KOLA aplikační část zpět 3D model montáž složení