Formaterv
Formatervezési szempontból a kerékpár leglényegesebb része a váz.
Számos váz geometriájának az áttanulmányozása után arra a következtetésre jutottam, hogy egy kerékpárnak minimum négy, de jellemzően inkább öt olyan pontja van, ahol több elem kapcsolódik egymáshoz. Ezek, a kerékpárt oldalról nézve rendre a következők:
hátsó kerék tengelye, hajtókar tengelye, az ülés helye, a villa és a kormány, valamint ezeket a kerékpár hátsó részével összekötő vázelemek csomópontja, az első kerék tengelye. Ez az öt csomópont a kerékpárok legtöbbjénél megtalálható. A tervezést e pontok figyelembe vételével kezdtem meg. A megalkotott váztervek közül külön lapon tisztáztam a legjobb megoldásokat, a jobb szemügyre vételezés céljából.
2. ábra Első megoldásváltozat
A 2. ábrán egy olyan kerékpár látható melynek a hajtása (a középső hajtást tartó elemmel együtt) felhajtható. Így a kerékpárt tekerés helyett futással is lehet hajtani. A koncepció eleget tesz a feladatkiírás azon részének, hogy átalakítással egyaránt alkalmas legyen hosszú és rövid távok megtételére. Azt, hogy nem ebből a tervből fog megvalósulni a kerékpárom, az átalakítási mechanizmus döntötte el. Az átalakítás, vagyis a középső rész felhajtása - bár egy egyszerű művelet- a hajtókarok és a lánckerék felső csőhöz kerülésével jár. A kiálló alkatrészek (például pedál) miatt, sem az ergonómiai sem a jogszabályi követelményeknek nem tesz eleget. Újabb ötletek felhalmozása után arra a következtetésre jutottam, hogy a hátsó kerék meghajtása nem nyújt lehetőséget a kerékpár egy lépésben történő, használható futóbiciklivé alakítására. További lehetőségek felkutatása közben ismertem fel az első kerék meghajtásában rejlő lehetőségeket. Az első
kerekes hajtás alkalmazásával, az átalakítás lépéseinek megtervezésénél, nem kell hangsúlyt fektetni a lánchajtás egyes alkatrészeinek térbeli helyzetének megtervezésére (mivel ezek az első kerékben integráltan kapnak helyet). A bemutatott megoldásváltozatnál a váz öt csomópontjából így csak négy marad. Az ötödik pontnak (hajtás tengelye) a kiesése nagyobb szabadságot biztosít a formatervek elkészítéséhez. A már bemutatott módszerrel kezdtem neki ismét a váz tervezésének.
3.ábra Variációk a vázra
A szóba jöhető variációkat végignézve mérnöki szempontok alapján kiválasztottam azt a négy megoldást, amelyek a feltételeknek megfelelnek. Ezek közül kettőt külön lapon tisztáztam, valamint a bennük lévő lehetőségeket kutattam. Próbálkoztam a váz alkotó csöveinek vastagításával vékonyításával, de az ívek szögletessé tételével is.
4. ábra Variációk a vázra
A formatervezés alapvető kritériumait alapul véve a 4. ábrán az utolsó váztervet választottam. Ez a forma magában hordja az átalakítás lehetőségét valamint teljes mértékben kielégíti a feladatkiírásban meghatározott kritériumokat. Ezek után az adott formán belül új
alternatívákat kutattam. Szemügyre vettem, hogy a vázcsövek görbéinek apróbb módosításával, valamint a keresztmetszetek változtatásával kapható formákat. Ezeket külön lapon stílusukhoz igazított alkatrészeikkel együtt ábrázoltam.
5. ábra Variációk a vázra
A két megoldás közül értékelemző táblázat alapján választottam. A választott megoldást külön lapon grafikailag részletesen kidolgozva ábrázoltam.
6. ábra Végleges formaterv
Ergonómia
Az általam tervezett átalakítható kerékpár egy futóbicikli melynek plusz funkciója a hajthatóság. A legfontosabb méretek kerékpár tervezésénél a láb méretei. A lábbal hajtott alkatrészek helyes elhelyezése biztosítja a kényelmes kerékpározás élményét. A kéz helyzetét és a kényelmes tartást legfőbbképpen a kormány határozza meg. Az átlagos európai emberre vonatkozó mérettartományt a people size pro program
segítségével határoztam meg. A tekeréshez megtervezéséhez szükségem volt a comb valamint a lábszár hosszára. Ezek határozzák meg ugyanis a hajtókarok hosszát, valamint az ülésnek a kerék tengelyétől mért távolságát. A túl rövid hajtókar a láb kisebb elmozdulásaival fordítottan arányos erőkifejtés miatt kényelmetlen lehet hajtás közben. A túl hosszú hajtókar is problémás lehet, mivel az első kereket hajtva hosszú hajtókar esetén a láb jobban hajlik, így a kormányba ütközhet. Az első kerék meghajtásához a kerékpárosnak az első kerék tengelyéhez, így a kormányhoz közel kell elhelyezkedni. Ez a pozíció azonban a bicikli futva történő hajtásánál nem kényelmes. Futó hajtás közben az első kerék hajtásához képest növekednie kell az ülep földtől és villától való távolságát, mivel a futással előidézett gurulás enyhén nyújtott lábbal a leghatékonyabb.
A kerékpár pontos méreteinek meghatározása
Az általam tervezett bicikli eltér a hagyományos hajtással rendelkező kerékpároktól. A váz geometriájának megtervezésekor azonban a már bevált váztervezési szokásokat vettem alapul és később igazítottam a méreteket a saját termékemre. Az általam tervezett kerékpárnak rendelkeznie kell a városi közlekedésre jellemző jó kormányozhatósággal valamint az országutakra jellemző áramvonalassággal. Méreteit az imént említett tulajdonságok figyelembe vételével határoztam meg az országúti és a városi kerékpár méretei között elhelyezkedő skálán.
7. ábra
Váz meghatározó méretei
A 7. ábrán látható méretek megnevezése: a.) nyeregvázcső-szög; b.)
fejcsőszög; c.) nyeregvázcső-hossz; d.) felsőcsőhossz; e.) fejcsőhossz;
f.) láncvillahossz; g.) közép- és első tengely távolsága; h.) tengelytáv; i.) villahossz; j.) villa előrenyúlása; k.) csapágyesés; l.) középcsapágy-magasság; m.) átlépési magasság.
A villa három alapvető fontosságú mérettel rendelkezik: hossz előrenyúlás, valamint utánfutás. A villa hossza a fejcsapágy alsó kónuszának felfekvő felületétől az első agy tengelyvonaláig terjed Az előrenyúlás a villa második fontos adata. Ez az érték megmutatja, hogy a bicikli első tengelye milyen távolságra nyúlik előre a villanyak meghosszabbított hossztengelyéhez képest. Egy átlagos országútinál ez az érték 40-50 mm között változik. Ez az érték ugyanúgy befolyásolja a kormányzást, mint a fejcsőszög, vagy a villa hossza. Minél kisebb ez az érték, a villa annál agilisabb, tehát minél hosszabb, annál jobban tartja az egyenest, de annál nagyobb íven fordul. A villa harmadik fontos értéke az utánfutás, avagy nemzetközi kifejezéssel élve a trail. Ez egy összefoglalónak tekinthető adat és a kerékpár kezelhetőségét hivatott jelezni.
8. ábra
Az utánfutár/trail geometriai értelmezése
A váz legfontosabb méreteit négy érték mutatja, ez a fejcső-, illetve nyeregvázcső-szög, továbbá a nyeregvázcső-hossz és a fejcső hossz. A fejcsőszög határozza meg a villa viszonyát a vázhoz képest. Minél meredekebb a fejcsőszög, azaz minél jobban közelít a merőlegeshez, a kormányzás annál direktebb.
A hajtás megtervezése
A tervezett kerékpár, lánc nélküli hajtással is mozgásba hozható. Az első kerék meghajtásánál a villán kívüli hajtókarokra kifejtett nyomaték villán belülre való átvezetése okoz problémát. Ezt a tengely meghajtásának a racsnira való átvezetésével, valamint a tengely csapágyakon keresztüli villába fogásával oldottam meg. Az első kerék tengelyén elhelyezkedik az agy háza, amely a golyókosárral a küllőket tartja, a racsnis lánckerék valamint a tengely és a lánckerék közötti kapcsolatot biztosító lemezalkatrész, a villában elhelyezkedő csapágyak valamint a hajtást biztosító két hajtókar. A tengely és a rajta elhelyezkedő alkatrészek elvi vázlata a 9. ábrán látható.
9.ábra A hajtás képe
Befejezés
A dolgozatom további részében foglalkozok a hajtást létrehozó erővel, az első keréknél elhelyezkedő csapágyak élettartamának meghatározásával, továbbá a gyártási lehetőségek kutatásával, valamint részletezem a használati utasítás keretein belül a biztonságos használat szükséges feltételeit.
10.ábra A vázról készült modell
Irodalomjegyzék
[1] http://bikemag.hu/tech/altalanos-kerekparvaz-alaktan
[2] Péter J., Dömötör Cs.: Ipari design a fejlesztésben,
Miskolc-Egyetemváros, 2011., elektronikus jegyzet,
http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0001_1A_G3_07_ebo ok_ipari_design_a_fejlesztesben/
G3_07_ipari_design_a_fejlesztesben_1_1.html
[3] Szente József, Bihari Zoltán: Gépelemek, alkatrészek számítógépes tervezése – Terméktervezés, Miskolc: HEFOP, 2005. 150 p.
[4] Bercsey, T. - Döbröczöni, Á. – Dubcsák, A. – Horák, P. – Kamondi, L.
- Péter, J. – Scholtz, P.: Új termék kifejlesztése és bevezetése, a piacravitel ideje és az azt meghatározó tényezők. Miskolc, 1997.
Jegyzet a Phare HU 9305 program támogatásával, pp: 1/258.
[5] Terplán Zénó: Gépelemek I.
Köszönetnyilvánítás
A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.