Определение проблемного вопроса 3 Постановка целей и задач работы 3



Дата11.02.2017
Размер1.41 Mb.
Просмотров273
Скачиваний0
ТипПлан работы



Веломобиль

d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\dsc03985 а.jpg
Выполнил:

Попов Илья 8А класс, школа №13



Руководитель:

Снытников Александр Анатольевич

Учитель технического труда школы 13
Г. Горно-Алтайск 2011
Одно из самых доступных механических средств передвижения это велосипед. Он необходим для отдыха, работы, занятий спортом. В общем, для активного образа жизни.

План работы

1. Определение проблемного вопроса _____________ 3

2. Постановка целей и задач работы_________________3

3. Изучение опыта постройки веломобилей________4

4. Подбор материалов__________________________________4

5. Конструирование основной схемы________________4

6. Решение схемы нагрузок____________________________7

7. Изготовление опытной конструкции_____________9

8. Испытания чернового варианта и доработка____9

9. Результаты работы__________________________________9

10. Навесное оборудование ___________________________10

11. Шасси _________________________________________________10

13. Литература___________________________________________11

14. Приложения__________________________________________12



1.Определение проблемного вопроса

Я уже 10 лет управляю велосипедом. Было много различных конструкций двухколёсных машин классического вида, а в детстве и трёхколёсных. Сейчас в продаже большое количество модификаций и в летний период на велосипеде можно увидеть людей всех возрастов выбравших для себя подходящую. Велосипед – это мобильность и дешевизна передвижения. Основное достоинство велосипеда – не нужно топливо.

Но почему на велосипеде легче и быстрее? Ведь нужно везти не только собственный вес, но и вес велосипеда. На этот вопрос ответ даёт физика: сила трения качения меньше силы трения скольжения суставов.

Изучая физическую основу движения на велосипеде возникает проблемный вопрос: как можно модернизировать велосипед для его более эффективного применения.

Я занимаюсь в кружке «Техническое конструирование» 3 года. Изготавливал модели транспортных средств, собирал и модернизировал в группе с другими колёсный вездеход. Научился сварочным работам, механизированной резке металла, получил технические навыки. И теперь с уверенностью могу взяться за решение поставленного вопроса.

Кроме того, будущим летом, как и в прошлом году, организуется велопробег школьного спортивного лагеря в район Телецкого озера. Интересно использовать свою разработку.



Обоснование выбора темы

1. Любопытство;

2. Создание собственной конструкции мускульного транспортного средства;

3. Изготовление простого транспортного средства для путешествий;

4. Туристическое направление РА;

5. Экологичность веломобиля;

6. Приобретение практического опыта для дальнейшего коммерческого использования.

7. Определение направления работы кружка.


2. Постановка целей и задач работы

Для выяснения ответа на основной проблемный вопрос нужно проводить испытания и на практике определять влияние элементов конструкции на ходовые качества. Находить «золотую середину».



Цель: изготовить действующее транспортное средство на мускульной силе.

Для достижения цели необходимо выполнить ряд работ.

Задачи:

1. Изучить конструкции мускульных транспортных средств.



2. Разработать и изготовить велосипед собственной конструкции.

3. Адаптировать велосипед к водителю, механической тяговой установке и шасси.



3. Изучение опыта постройки веломобилей.

Наиболее интересное описание конструкций веломобилей даётся в старых журналах «Моделист конструктор». Это различные простые самоделки. Из журналов я взял большое количество рекомендаций по устройству, снижению веса, комплектации и внешнему виду.

Рабочие конструкции веломобилей можно найти в интернете. Это видеоролики отдельных машин в YouTube и слёты любителей веломобилей.

Весь материал был переработан и проанализирован с друзьями, учителями, родителями, которые мне помогли в изготовлении веломобиля.


4. Подбор материалов.

Конструкция веломобиля достаточно проста. Нагрузки не большие. Привод от мускульной силы, поэтому нужно стремиться к минимальному весу.

Для изготовления можно использовать тонкостенные трубки от старых велосипедов и готовые конструктивные элементы: задние и передние вилки, блоки педалей, рулевая колонка.

У меня были отслужившие свой срок велосипед «Урал», колёса от такого велосипеда и подвижные части, а также части велосипеда «Десна» (см. прил. Рис.1).



Колёса. Колёса велосипеда «Урал» наиболее выгодны: чем больше колесо, тем легче оно катится и меньше подпрыгивает на кочках.

Для рамы мог использовать тонкостенные трубки ножек старых столов и другие, бросовые и распространенные материалы.

Все имеющиеся материалы были подобраны с учётом возможности их восстановления и повторного использования подвижных механизмов.

Ещё один принцип подбора материалов – их распространённость. Это даст возможность легко и быстро ремонтироваться и повторить или модернизировать конструкцию.

Учитывая имеющиеся возможности и с учётом опыта других конструкций, я принялся за создание своей конструкции веломобиля.
5. Конструирование основной схемы.

Анализ существующих конструкций опубликованных в журналах и интернете позволил мне решить основные вопросы:



5.1 Количество седоков и их расположение.

Число седоков может быть любым. Это зависит от прочности рамы и колёс. В материалах я ограничен. Это старые трубки и механизмы. Поэтому большие нагрузки на них давать нельзя. Если седок не один, то их можно расположить рядом, что увеличит ширину на 60-80 сантиметров или по длине, что увеличит длину и уменьшит маневренность (см. прил. рис.2 и рис.3).


Кроме того, нужно будет значительно усиливать раму, а значит утяжелять её. Это усложнит использование веломобиля одним ездоком и саму конструкцию.

Поэтому я решил сделать веломобиль на одного седока с небольшим багажником (см. прил. Рис.4).


5.2 Количество колёс веломобиля и их расположение.

Из школьного курса геометрии известно, что плоскость велосипеда может опираться на три точки или колеса. Четвёртое колесо даёт больше устойчивости, но на неровностях нужна ломающаяся рама. Иначе одно из колёс будет подниматься. Сложная рама утяжелит конструкцию. Поэтому, в данном случае лучший вариант три колеса.

Трёхколёсная схема может быть с одним и двумя передними колёсами (см. прил. рис.5).

Выбор схемы




Схема 1 d:\веломобиль\расположение1.bmp

Схема 2 d:\веломобиль\расположение2.bmp

+

1. Рулевое колесо одно;

2. Основная нагрузка на 2 задних колеса;

3. Педали не выходят за габариты веломобиля

4. Рулевая колонка одна;

5. Руль стандартный от велосипеда;

6. Боковая нагрузка на вираже на два задних колеса;

7. Расположение багажника за сиденьем в габаритах веломобиля;

8. Есть место для крепления прицепа.



1. удобная посадка;

2. Низкое расположение рук;

3. Нет ограничений по установке педалей;

4. Можно снижать центр тяжести;

5. Легко установить кабину.


-

1. Для жёсткости рамы нужны дополнительные элементы;

2. Педали поворачиваются вместе с колесом;

3. Высокое расположение педалей.


1. Два рулевых колеса и две рулевых колонки;

2. Увеличение ширины для поворота колёс;

3. Выход педалей за габариты колёс;

4. Сложность устройства багажника


Таблица сравнения схем расположения седока показывает, что лучший вариант 1 с двумя задними колёсами и одним передним.


5.3 Привод и расположение ведущего колеса.

Основная проблема выбранной схемы – поворот педалей вместе с рулевым колесом. При повороте меняется расстояние до педалей, и нога может задевать за колесо или рулевую колонку. Это ограничивает маневренность на малых скоростях (см. прил. рис.6).

Этого можно избежать, сделав ведущим одно или два ведущих колеса и установив педали перед передним рулевым колесом (см. прил. рис.7). Одно ведущее боковое колесо будет «тянуть» руль в сторону. Придётся делать дифференциал, полуоси. Это сильно усложняет и утяжеляет конструкцию. Руль нужно будет удлинить до рук водителя. Длина всего веломобиля увеличится.

Таким образом, я выбрал конструкцию с поворотом переднего колеса и педалей расположенными над колесом (см. прил. рис.8).



5.4 Решение жёсткости рамы.

Рама это основа веломобиля. Крепкая рама – основная задача при её разработке и изготовлении. Нужно расположить её элементы так, чтобы они не гнулись и не утяжеляли конструкцию. Поэтому я придерживался принципов:



  1. Использование трубчатых элементов.

  2. Материал тонкостенный.

  3. Минимум элементов.

  4. Применение треугольных упоров.

  5. Использование готовых угловых соединений от велосипедов.

За основу взяты элементы от велосипедов. Это две задние вилки и одна передняя с трубками крепления (обозначены чёрным) (см. прил. рис.9). Для поперечины использована тонкостенная труба 50мм. В качестве крепления передней вилки к поперечине изготовлена ферма. Следующая задача опереть заднюю часть фермы на оси задних колёс так, чтобы небыло скручивания поперечины.

Для этого я использовал раму сиденья. Она удерживает заднюю сторону фермы, опираясь на трубчатую распорку между задними колёсами(см. Прил. Рис. 10). Опоры спинки выполнены в виде треугольника наклоненного назад.

Поэтому:


  1. Вес седока давит на спинку стараясь поднять её и заднюю сторону фермы (см. прил. Рис. 10.1).

  2. Вес седока равномерно распределён на задние колёса.

  3. Разгружается соединение втулки оси педалей с поперечиной.

Для укрепления соединения спинки с фермой приварена трубчатая тяга спинки. Вертикальные стойки боковин опёрты на поперечину боковыми опорами.

Рама получилась жёсткой и лёгкой.
5.5 Управление веломобилем.

Основная проблема управления веломобилем – рулевое колесо поворачивает вместе с педалями. Это может сильно мешать ногам. Чем больше угол поворота, тем неудобней ногам (см. прил. рис.6). Эксперименты показали, что этот вопрос легко решить. Нужно вилку поворотного колеса расположить на расстоянии колен. При этом угол поворота колеса может достигать 400.

Другая проблеманоги седока высоко подняты. Это можно решить двумя способами:

1. Уменьшить диаметр переднего колеса. Я так и сделал. Поставил вилку и колесо от «Десны».

2. Подтянуть переднее колесо ближе к седоку и передвинуть ось педалей вперёд ведущего колеса. Это тоже частично сделано для того, чтобы приблизить руль и увеличить маневренность. Правда это уменьшает устойчивость.

Поворот осуществляется рулём и педалями. Как показал дальнейший опыт, на прямой рулить можно педалями.

Тормоз такой же как и на обычном велосипеде. Торможение должно быть лучше - вес всего веломобиля переносится на переднее колесо.

6. Решение схемы нагрузок

6.1 Основные нагруженные части веломобиля это рама и колёса.

Схема рамы такая, что основной вес седока на задних колёсах. Нагрузка на переднее колесо увеличивается во время торможения и при резком повороте на скорости. Это опасно переворотом и поломкой заднего колеса от боковой нагрузки.

Для решения схемы нагрузок я поставил задачи: определить среднюю и максимальную нагрузки на колёса и составить таблицу максимальной скорости на повороте.

1. Определение средней и максимальной нагрузки на колёса.

Для решения нужны исходные размеры (см. прил. рис.11).

Вес рамы: 13,5 кг.

Средний вес седока: 70 кг.

Вес багажника с грузом: 10 кг.

Центр тяжести снаряжённого веломобиля 0,6 м

Диаметр заднего колеса Ф=0,7м, радиус R=0,35м

Расстояние между центрами задних колёс 0,7м.

Расстояние между осями переднего и задних колёс

Расстояние от задней оси до оси центра тяжести 0,35м.

Максимальная нагрузка на переднее колесо происходит во время торможения когда вес всего веломобиля с седоком и грузом 16,4кг+70кг+10кг=96,4 переходит на него с ускорением. Расчётная максимальная скорость 40 км/ч=11 м/с. Тормозной путь должен быть 15м. Из курса физики известны формулы ускорения a =(v2-v1)/t и пути S=at2/2. Откуда время остановки:

t=2S/(v1-v2), t= 2х15м/(11м/с-0м/с)=2,7с.

Ускорение a=(v2-v1)/t, a=(0м/с-11м/с)/2,7с=-4,1м/с2 знак минус обозначает уменьшение скорости.

Значит сила действующая на переднее колесо при торможении F=ma, F=96,4кг х 4,1м/с=395кг. Это очень большая нагрузка. Значит впереди нежелательно использовать колесо большого диаметра, так как оно менее прочное и применять экстренное торможение.

На задние колёса приходится нагрузка примерно 65% седока, это м1=70кг/100%х65%=45кг, рамы веломобиля м2=8кг, багажа м3=10кг. Итого м1+м2+м3=63кг осевой нагрузки. На каждое колесо приходится по 31,5кг. Это небольшой вес. Поэтому можно использовать колёса большого диаметра. Например, от велосипеда «Урал». Они нужны для более плавного и лёгкого качения. Проблема – боковая нагрузка на задние колёса на повороте. Для уменьшения этой нагрузки колёса можно поставить под небольшим углом, который я попробую рассчитать дальше.


6.2 Таблица максимальной скорости на повороте.

На веломобиле пока не предусмотрен спидометр. Но расчёт безопасной скорости на вираже нужен для выяснения расстояния между осями переднего и задних колёс и определения развала задних колёс.

Для расчёта скорости на повороте удобно пользоваться упрощённой схемой в виде треугольника вместо рамы, и тремя опорами вместо колёс (см. прил. рис.11). На рисунке показано расположение центра тяжести над сиденьем на высоте 0,6м над дорогой.

От центра тяжести опора идёт на колесо Fколес.

Сила тяжести в центре тяжести Fтяж=96,4 кг=964Н. Нужно найти центробежную силу (сила переворота) Fцб=м х а, где: м-масса снаряжённого веломобиля, а - центробежное ускорение.

а=(v2/R), где v-скорость, R-радиус закругления дороги.

Откуда: Fцб=м v2/R . Здесь 2 неизвестных: сила переворота Fцб и радиус поворота R. Fцб найдём с помощью схемы на рисунке: Fцб/Fтяж=240/600, откуда: Fцб=240 х Fтяж/600.

Fцб=240 х964/600=385Н=38,5кг/с.

Итак: для переворота веломобиля нужно потянуть его в бок с силой 385Ньютон. Теперь используя производные формулы

Fцб=м v2/R можно составить таблицу максимальных скоростей на поворотах. R=м v2/Fцб, например: R=964 х 1,392/385=4,83м



Радиус закругления дороги R, м

4,8

19

43

77

120

173

236

308

390

Скорость v км/ч / м/с

5

1,39


10

2,77


15

4,16


20

5,55


25

6,94


30

8,33


35

9,72


40

11,11


45

12,5


Осталось найти силу ломающую колесо вбок. Из рисунка:
Fколес=Fтяж2+0,242)(96,42+0,242)=96 кг/с.

Для уменьшения силы ломающей и преобразования её в силу опоры колеса, развал задних колёс сделаю отрицательным и установлю их под углом 5-70 к вертикальной линии (см. прил. рис.12)


7. Изготовление опытной конструкции

Работу по изготовлению я начал с подгонки деталей друг к другу. Две рамы велосипедов «Урал» немного отличались. Когда конструкция и материалы определены, собрать их не сложно. Основные детали были выставлены на ровном полу и сварены инверторным аппаратом электродами диаметром 3мм. Основная сложность - сварка тонкостенных велосипедных трубок (см. прил. Рис. 13).

Затем были установлены усиления, педали, сиденье и проведены испытания.
8. Испытания чернового варианта и доработка.

Испытания проводились в спортивном зале на твёрдом ровном полу. В целом конструкция получилась удачной: жёсткая рама, хорошая управляемость и лёгкость хода, высокая маневренность, комфортная посадка. Усилие на педалях оказалось небольшим. Ведущее колесо от «Десны» можно заменить на большее от «Урала» (см. прил. Рис.14).

Слабые места были доработаны. Это регулируемое по росту крепление блока педалей, усилено крепление рычага тормоза на колесе (заводское отрывает), изменён угол подголовника сидения.

В качестве окончательной доработки на веломобиль установлены крылья колёс.



9. Результаты работы

Основной результат работы – изготовление действующей конструкции веломобиля (см. прил. Рис.15). Кроме того, её можно дополнить навесным оборудованием, о котором будет сказано дальше.



Рама выполнена из элементов старых велосипедов. Они получились удачно соединены на поперечину и усилены рамой сиденья. Это значительно уменьшило вес. Недостаток рамы – нет рессор (см. прил. Рис.16).

Колёса велосипедов имеют стандартные крепления. Поэтому подобрать их по месту и отремонтировать старые оказалось дёшево и легко. Кроме того есть возможность поставить колёса меньше и понизить центр тяжести.

Управление собрано на передней вилке (см. прил. Рис. 17). Это руль, педали, привод и тормоз. Такая компоновка позволяет держать рулевое колесо одними педалями. Перенос веса вперёд придает устойчивость. На малых скоростях веломобиль маневренный: радиус поворота, вращая педали, составляет 3 метра, а накатом 1,5 метра. Недостаток – при малом радиусе поворота ноги срываются с педалей.

Повторяемость. Такая конструкция веломобиля легко повторяема. Её можно изготовить из других велосипедов, например для детей. Возможна установка переключения скоростей и дополнительного тормоза на задние колёса.
10. Навесное оборудование

Конструкция веломобиля позволяет использовать дополнительное оборудование. Это багажник на 10 кг груза. Он устанавливается за сиденьем на 4 болта (см. прил. рис.18). На нём можно закрепить походный рюкзак или сумку. Задняя часть багажника сделана из толстостенной квадратной трубы, и за неё можно крепить прицеп общей массой 30 кг.

Интересным дополнением получилась установка аэротяги. Она устанавливается на навесную раму и имеет вес 12,5 кг, легко управляется и перевозится (см. прил. рис.19).

Можно установить козырёк или крышу. Её просто сделать из сотового поликарбоната. Он лёгкий и прочный. Но дополнительно нужно ветровое стекло. Иначе крыша превращает веломобиль в трубу.


11. Шасси

Вместо используемых колёс можно поставить большие или меньшие. Предусмотрена установка передней вилки и колеса от велосипеда «Урал». Это может пригодиться для больших расстояний, когда повороты плавные, а скорости нужны большие.

Вместо задних колёс можно поставить лыжи или коньки.

В летнем походе я планирую установить веломобиль на плот и попробовать привод от педалей и аэродвижителя.


Итак, конструкция веломобиля получилась хорошей. Основные испытания она пройдёт в летний период во время велопробега школьного спортивного лагеря до Телецкого озера.

13. Литература.


  1. Журналы«Моделист конструктор».

  2. Интернет (Сайты, видеоролики).

  3. Горский В.А. Техническое творчество школьников:-М.: Просвещение, 1981.- 96с., ил.

  4. Твори, выдумывай, пробуй!: кн. Для учащихся 4-8 кл../ Сост М.С. Тимофеев.- М.: Просвещение, 1981. – 111 с., ил.


Приложения
d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломоб. сони\dsc03936.jpgd:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломоб. сони\dsc03932.jpg d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломоб. сони\dsc03938.jpg d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломоб. сони\dsc03935.jpg

Рис.1 Имеющиеся материалы.



d:\веломобиль\2 седока1.bmp d:\веломобиль\2 седока2.bmp

Рис.2 Два седока по ширине. Рис.3 Два седока по длине.


d:\веломобиль\велом.расположение\1 седок.bmp

Рис. 4 компоновка на одного седока.


d:\веломобиль\расположение1.bmp d:\веломобиль\расположение2.bmp

1 2

Рис.5 Схема расположения седока на трёхколёсном веломобиле.


d:\веломобиль\расположение3.bmp d:\веломобиль\расположение4.bmp

Рис.6 Поворот переднего Рис.7 Привод на задние

колеса. колёса.
d:\веломобиль\расположение5.bmp

Рис.8 Окончательное решение схемы веломобиля.


. d:\веломобиль\веломобиль рама\веломоб рама 5.bmp d:\веломобиль\веломобиль рама\веломоб рама 10.bmp

Рис. 9 Последовательность конструирования рамы.



d:\веломобиль\веломобиль рама\веломоб рама 15.bmp

Рис. 10 Решение жёсткости рамы.



d:\веломобиль\веломобиль рама\веломоб рама 16.bmp

Рис.10.1 Компенсация сил действующих в узлах рамы



d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\велом.расположение\расположение6.bmp

Рис.11 Расчёт переворачивающей силы.



d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломобиль рама\веломоб рама 14.bmp

Рис.12 Угол установки колёс.


d:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломоб. сони\dsc03950.jpgd:\с.а.а\ноу,проекты\ноу веломобиль 11\веломоб. сони\dsc03952.jpgd:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03940.jpg

Рис. 13 Сборка рамы веломобиля.


d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03957.jpg d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03959.jpg d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03960а.jpg

Рис.14 Испытания веломобиля идоработка.


d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03985.jpg d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03990.jpg

Рис. 15 Действующая конструкция веломобиля.


d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03973.jpg d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03983.jpg

Рис. 16 Рама веломобиля. Рис. 17 Передняя вилка.


d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc03993.jpg d:\веломобиль\веломоб. сони\dsc04000.jpg

Рис. 18 Багажник. Рис. 19 Аэродвижитель.
Каталог: DswMedia
DswMedia -> «Развитие креативного мышления у детей старшего дошкольного возраста в процессе создания мультфильмов»
DswMedia -> Построение предметно-развивающей среды в рамках требований фгос до
DswMedia -> Основная образовательная программа мбдоу «црр детский сад №14»
DswMedia -> Конкурс «Педагог года в дошкольном образовании»
DswMedia -> «Роль компьютерных игр все «за» и
DswMedia -> Образовательная программа в области театрального искусства Горно-Алтайск
DswMedia -> Материально-техническое обеспечение и оснащенность образовательного процесса в мбдоу г. Астрахани №65
DswMedia -> «Использование информационно – коммуникационных технологий в воспитательно-образовательном процессе в доу» Цель
DswMedia -> Значение различных игр для интеллектуального, творческого, эмоционального развития ребенка невозможно переоценить
DswMedia -> 3. план поэтапной реализации программы


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал