Как и обещал, выкладываю статью. Тапки и помидоры приветствуются.
Добавлено: Сейчас
При сборке «авторского» велосипеда иногда приходится устанавливать вилку либо от другой модели, либо вилку после правки геометрии. И часто бывает, что после этого велосипед меняет свой характер – становится неустойчивым в повороте или избыточно «острым» в управлении.
Этот материал не содержит рекомендаций, он предназначен для выявления взаимосвязей различных параметров рулевого управления. А каким образом и в каком сочетании применять, это уже каждый должен решить сам, исходя из требований к велосипеду.
Начнем с параметра, наиболее бросающегося в глаза даже при «невооруженном» взгляде (а «вооруженным» взглядом там можно ещё много чего увидеть…) на велосипед – угла наклона рулевой колонки, или кастора, как его называют автомобилисты. Казалось бы- угол и угол, у кого- то больше, у кого-то меньше… Но посмотрим, как он влияет на поведение велосипеда. Лезть в дебри стереометрии не будем, да и большинство не бросится за калькулятором, чтобы с дрожью в душе рассчитать свой «волшебный» угол. Рассмотрим влияние изменения этого угла. Для этого возьмем два случая, в реальном велосипеде не встречающихся, но удобных для определения зависимостей. Рисунков приводить не стану, думаю и так все будет понятно.
Первый случай – рулевая колонка имеет угол наклона 90 (не забываем, что отсчет угла ведется от горизонтали). Что мы будем иметь при повороте руля на какой-то угол? Вслед за рулем переднее колесо повернется и задаст радиус поворота, причем реально задаваемый угол (а он берется в проекции на горизонтальную плоскость) будет равен углу поворота руля.
Второй случай – рулевая колонка имеет угол наклона равный нулю, то есть она расположена горизонтально. Что будет в этом случае при повороте руля на тот же угол, что и в первом случае? Колесо наклонится в сторону, но изменения направления движения не произойдет. Более того, если каким-то образом удастся удержать велосипед в равновесии, то он начнет поворачивать в сторону, противоположную повороту руля.
Все реальные углы наклона рулевой колонки сочетают «свойства» этих двух крайних положений. Нам достаточно понять, что чем меньше угол наклона рулевой, тем больше реально задаваемый угол поворота колеса «отстает» от угла поворота руля. Именно из-за этого спортивные велосипеды с большим углом наклона рулевой имеют более «острую» реакцию на поворот руля, а дорожники с малым углом наклона приобретают некоторую «вальяжность» в поведении.
Второй параметр, на который еще обращают внимание и который виден невооруженным взглядом – вылет вилки. Начнем с того, что вылет есть практически у любой вилки, даже у тех, на которых его вроде бы и нет – вилках дешевых «ашанов» с дропаутами, расположенными посередине подвижной трубы амортизатора. У них этот угол задан формой короны вилки. В исключение из правила могут попасть цирковые и специальные трюковые велосипеды. Почему «могут»? Просто у меня нет данных по их геометрии. Вполне возможно, что они имеют вполне нормальные вилки.
Сочетание первого и второго параметров определяют плечо устойчивости велосипеда. На этом параметре останавливаться не станем, поскольку это отлично расписано в «Современном крокодиле» коллегой Kisa. А рассмотрим взаимодействие вылета вилки и кастора (использую этот термин для краткости) – смотрим рисунок.
Если повернуть рулевую колонку на 360, то можно заметить, что средняя точка оси переднего колеса описывает окружность диаметром D, равным удвоенному вылету вилки k. Также обратим внимание, что она расположена под углом «a» к горизонтальной плоскости, который определяется углом кастора. И точка на окружности, соответствующая положению руля «прямо» находится в наивысшей точке траектории. А эта точка соответствует точке устойчивого равновесия – не забываем про вес. То есть, при любом отклонении руля от положения «прямо», эта точка смещается вниз. Но поскольку колесо не может опуститься вниз (песок и болота всуе не упоминаем – это уже сюжет из другой оперы), то приподнимется велосипед. Значит даже в статике у нас появляется сила, стремящаяся вернуть руль в исходное положение. У «сферического велосипеда» в вакууме при отсутствии трения так и произойдет. В реальности все немного иначе, но, тем не менее, эта сила есть, и она работает.
Обращаем внимание, что эта сила растет, когда уменьшается угол кастора и когда увеличивается вылет вилки.
Закончим рассматривать велосипед «профиль» и посмотрим в «анфас», а точнее – сверху.
Подробный рисунок рисовать не стану, рассмотрим схему.
На схеме точки О1, О2, О3 – это опорные точки колес (О3 – для уменьшенной базы)
Точки Р, Р1, Р2 – точки пересечения оси рулевой колонки с горизонтальной плоскостью
R1, R2 – точки, задающие положение радиуса поворота.
Если руль велосипеда установлен в положение «прямо», то две опорные точки колес О1, О2, точка пересечения оси рулевой колонки с горизонтальной плоскостью Р1 и точка центра масс ЦМ расположены на одной прямой. То есть велосипед находится в положении статического и динамического равновесия. То, что статическое равновесие является неустойчивым, пока забудем, на этом этапе нас будет интересовать динамика.
Повернем руль на угол «а». Поскольку колесо может повернуться только относительно опорной точки, точка Р переместиться в положение Р1. И рама велосипеда сместиться вслед за этой точкой — рама то связана с рулевой колонкой (линия О2-Р1). Мы видим, что центр масс сместился в сторону от линии, соединяющей опорные точки и помогает велосипеду наклонится в сторону поворота. Но велосипедист и сам наклоняет велосипед в ту же сторону. И дополнительная «добавка» может довольно серьезно изменить характер «железного коня».
Заметим, что уменьшение плеча устойчивости уменьшает смещение центра масс при том же угле поворота колеса, увеличение – увеличивает. Уменьшение базы велосипеда уменьшает и радиус поворота (на рисунке – точки О3 и R2), что увеличивает центробежную силу.
На поведение велосипеда при езде влияют и другие факторы, вроде величины увода и ширины покрышки, но это не входит в формат этого материала.
Добавлено: Сейчас
Для одноколесного прицепа крайне желательно обеспечить движение прицепа по следу велосипеда. Как пример — посмотрите конструкцию "сочлененных" тандемов — задачи там стоят те же.
