Что такое собачка на велосипеде
Храповой механизм (храповик) – механизм свободного хода с собачкой. Описание и примеры использования
Храповой механизм (англ. ratchet mechanism) или просто храповик (англ. ratchet) — механизм, который обеспечивает свободное линейное или вращательное движение только в одном направлении, блокируя движение в обратную сторону. Ударение в первом слове ставится на последний слог, а написание «храповый» — неправильное.
В машиностроении подобные устройства относятся к классу механизмов свободного хода (МСХ) (англ. Freewheel mechanism). Механизмы свободного хода обеспечивают, подобно диодам в электронике, передачу крутящего момента только в одном направлении.
Храповой механизм состоит из двух основных деталей:
1. Собачка (англ. pawl — защелка, фиксатор, стопор) – деталь, которая обеспечивает непрерывное линейное или вращательное движение в прямом направлении, но блокирует обратное движение. При прямом движении рейки или зубчатого колеса собачка скользит по зубчикам, не препятствуя движению. При смене направления движения собачка упирается в деталь, мешая обратному ходу. Иногда собачку называют палом, стопором, защелкой.
2. Зубчатое колесо (шестеренка) или зубчатая рейка – деталь с зубчиками, которые, как правило, скошены в обратную сторону от направления свободного движения шестеренки или рейки. Несимметричные зубчики улучшают скольжение собачки, уменьшают шумность и обеспечивают надежное зацепление при движении в обратную сторону.
Чтобы механизм работал в любом положении, собачку прижимают к зубчикам с помощью пружины, упругой пластины или резинки. Без дополнительных деталей собачка прижимается только за счет силы тяжести.
Принцип действия
Во время движения зубчатой детали в прямом направлении собачка скользит по верхушкам зубчиков. Когда собачка соскакивает с зубчика на зубчик, часто можно услышать характерный звук трещотки. Каждый, кто ездил на современном велосипеде, слышал этот звук во время движения накатом.
Во время смены направления движения рейки или зубчатого колеса, собачка упирается в крутой склон зубчика и не дает детали свободно поворачиваться в этом направлении.
Как говорят инженеры, уникальность храповых механизмов свободного хода по сравнению с остальными МСХ заключается в замыкании механического диода под действием тангенциальных сил (лат. tangens — касательный), т.е. действующих по касательной к храповику. Остальные МСХ (шарикового, роликового, сухарного типа) действую по принципу фрикционного клинового замыкания.
Ниже приведен пример работы линейного храпового механизма с зубчатой рейкой вместо зубчатого колеса.
Люфт
Люфт – зазор, свободный ход одной детали относительно другой. В храповом механизме с зубчатой рейкой или шестеренкой максимальный люфт — это расстояние от одного зубчика до другого.
В устройствах, в которых нужно убрать обратное движение практически до нуля, могут вместо зубчатого колеса или зубчатой рейки использовать деталь с гладкой упругой поверхностью с большой силой трения, например, из резины. В таком случае на обратном ходе собачка «споткнется» о резину, и при ее заглублении в упругий материал произойдет заклинивание механизма.
История
Храповой механизм начали использовать в технических устройствах давным-давно. В Древней Греции инженеры использовали зубчатую рейку со стопорной защелкой в механизме заряжания гастрафета.
Большие и тяжелые парусные корабли, бороздящие моря и океаны, издревле начали оснащаться шпилем, или кабестаном (франц. cabestan). Шпиль (кабестан) представляет собой корабельный механизм типа ворот для наматывания цепи или каната на барабан. Шпиль используется для опускания или поднятия якоря (якорный шпиль), а также для швартовки корабля к пристани (швартовочный шпиль).
Некоторые шпили могли оснащаться храповым механизмом для предотвращения нежелательного разматывания якорной цепи или швартовочного троса.
Собачка храпового механизма в корабельной терминологии называется палом. Так… Вернемся на начало статьи и посмотрим на определения. Ведь в английском языке собачка обозначается словом «pawl», что означает «защелка, фиксатор, стопор». Интересно, что в русском морском словаре используется английский термин для этой детали.
Согласно Морскому этимологическому словарю Николая Ткаченко «Слово pal (пал, защелка, собачка) образовалось в первобытном языке от старинного корня polo (пал, защелка, собачка), потом оно через индоевропейский перешло в романские, германские и в балтно-славянские языки, потом через лат., фр., и голл. слово это перешло в русский, и сейчат это бывшее голландское слово пал применяется в русском морском языке: пал (pawlbit, pawl of the capstan) — прямой или выгнутый металлический брусок, сидящий на оси и не допускающий вращения шпиля или ворота в сторону, противоположную той, в которую его вертят при работе; иногда его называют задержником; палгед (pawl head) — нижняя часть баллера шпиля, на которую насаживаются откидные стопора, называемые палами; палгун (pawl rim, pawl ring) — фундамент шпиля, прикрепленный к палубе и имеющий по окружности зубчатую рейку, по которой передвигаются палы при вращении шпиля».
Примеры использования
Торцевые гаечные ключи и отвертки
Торцевые гаечные ключи, оснащенные храповым механизмом, ещё называют трещотками. В самом простом варианте конструкции в трещотку стовят по две собачки. Поворотом рычажка можно либо отворачивать гайку, либо её закручивать, не вынимая ключа на каждом обороте, как с обычным инструментом.
Кабельные стяжки
Кабельные стяжки делают из пластика одной деталью. Собачка прижимается к зубчатой пластине силой упругости. После затягивания стяжка не ослабляется даже при очень большом усилии.
Противооткатные устройства
Изначально противооткатные устройства с храповым механизмом начали использовать на железной дороге в горах Пенсильвании, США, при перевозке угля примерно с 1846 года. Чтобы груженый состав по крутому склону не откатился назад в случае отказа двигателя паровоза, на вагонах устанавливались «собачки».
Позже эта схема нашла применение на американских горках, чтобы в случае отключения электричества поезд с любителями острых ощущений не покатился назад.
Лебедки
Лебедки – это механизм для перемещения предметов с помощью каната. Электрическую лебедку устанавливают во внедорожники, чтобы вытянуть из трясины застрявший автомобиль.
Чтобы натянутый трос не разматывался с барабана используют храповой механизм. Примеры его использования на ручных лебедках можно увидеть на этих фотографиях.
Обгонная муфта велосипеда
Обгонную муфту (англ. overrunning clutch) также называют муфтой свободного хода. Она позволяет предотвратить передачу крутящего момента от ведомого вала (колеса) к ведущему (на цепь и педали), если ведомый вал начинает вращаться быстрее. Например, после прекращения вращения педалей без муфты свободного хода колеса продолжали бы раскручивать цепь и педали, как это было в первых велосипедах. То же самое было бы при спуске с горки.
Впервые обгонную муфту с простейшим храповым механизмом запатентовал в 1869 году Уильям Ван Анден из Покипси, штат Нью-Йорк, США. В обгонной муфте Ван Андена храповик был встроен в ступицу переднего колеса велосипеда.
Почти все современные велосипеды – заднеприводные. Обгонная муфта в них встраивается в заднюю втулку или заднюю звездочку. Обгонные муфты с храповым механизмом издают характерный звук и их еще называют велотрещотками.
Обгонная муфта стартера автомобиля
Механизм свободного хода с храповиком используется в стартерах автомобилей как защитное устройство. Стартер – это механизм, который с помощью электромотора запускает двигатель внутреннего сгорания, вращая его коленвал через маховик.
Скорость вращения ведомого зубчатого колеса стартера невысокая – может быть около 3000 об/мин. После запуска двигатель на холостом ходу развивает около 1000 об/мин. Но передаточное отношения стартер-маховик из-за разности диаметров зубчатых колес может достигать значения 20:1. Т.е. запущенный двигатель на холостых оборотах может раскрутить электромотор стартера до 20 000 об/мин.
Чтобы стартер не вышел из строя после запуска двигателя на него ставят обгонную муфту.
Коробка передач автомобиля
В данном примере собачка храпового механизма используется для перевода автоматической коробки передач в режим парковки.
Другие конструкции механизмов свободного хода (МСХ)
Вместо собачки в конструкции механизма свободного хода могут использовать шарикоподшипники, ролики, сухари или иные детали, блокирующие вращение в обратную сторону.
Храповой механизм из образовательного конструктора Lego
С помощью образовательных конструкторов можно собирать модели с храповым механизмом. В данном примере храповик собран из стандартного зубчатого колеса и собачки, состоящей из трех деталей (штифта, красного фиксатора и короткой оси). Зубчатое колесо приводится в движение ручкой. Важно подобрать такой угол собачки относительно зубчатого колеса, чтобы происходил надежный зацеп при обратном вращении.
В следующем примере перекидная собачка используется в модели механического вентилятора, собранного из набора Lego Education EV3. В момент поднятия груза храповой механизм препятствует случайному разматыванию нити. Далее собачка перекидывается на другую сторону, чтобы не мешать работе вентилятора.
В примере с катапультой на противоположном конце от собачки установлен длинный рычаг. Под весом длинного конца рычага собачка упирается в зубчатое колесо и блокирует вращение оси. Катапульта выстрелить не может. Стоит надавить на длинный рычаг вверх и собачка выйдет из зацепления, разблокировав ведущую ось.
Механическая катапульта из Lego EV3
Инструкцию к катапульте можно скачать по этой ссылке.
Как работает храповой механизм в задней втулке или кассете велосипеда
Прежде всего, давайте дадим определение – что такое храповой механизм.
Храповой (храповый) механизм (англ. ratchet mechanism) или просто храповик (англ. ratchet) — это механизм, обеспечивающий свободное линейное или вращательное движение в одном направлении и блокирующий движение в обратную сторону. Их еще называют механизмом свободного хода (МСХ) (англ. Freewheel mechanism).
Кстати, общераспространенное название «храповЫй», не совсем верное – правильно называть его как раз «храповОй».
В велосипедном деле он используется у многоскоростных велосипедов в задней втулке для кассет или в трещотках. В чем отличия трещоток от кассет можно почитать здесь.
Сам храповой механизм состоит из трех основных деталей:
Суть принципа работы этого механизма в следующем. При вращении педалей вперед через цепь усилие передается на задние звезды кассеты (трещетки), а от неё на втулку заднего колеса. При этом собачки цепляются за зубья обгонной муфты, связываясь с ней в единое целое, и таким образом усилие от педалей передается прямо на заднее колесо велосипеда.
Если педали вообще прекратить крутить или вращать назад, то собачки станут скользить по скошенным зубьям обгонной муфты и не будут передавать никакого усилия на заднее колесо.
Очень хорошо принцип работы храпового механизма показан на этом видео:
Во время работы храпового механизма издается характерный звук – щёлкание собачек по зубчикам обгонной муфты. Если собачки стачиваются или перестает работать пружинка, то происходит прокручивание цепи на задней втулке, так как собачка не может зацепиться за зубчики обгонной муфты.
Вот в принципе и вся суть работы храпового механизма в велосипедной втулке или кассете.
Как можно ездить с собакой на велосипеде
Вы когда-нибудь мечтали взять с собой собаку на велосипеде? За последние несколько лет мы встретили разные способы езды с собаками на велосипеде и сегодня мы разберём каждый из них, а также поделимся советами о том, как подготовить свою собаку и безопасно путешествовать по городу и за его пределами, непосредственно от велосипедистов с собаками.
Способы поездок на велосипеде с собакой
Мы часто встречаем небольших собак, мчащихся по оживленной улице вместе со своими хозяевами на велосипеде. Но также есть и те, кто путешествуют в рюкзаке, прицепе, на грузовом велосипеде или бегут рядом! Мы начали собирать истории и получили несколько идеальных представителей среди собак: Lluwi, Luna, Gus & Glitch и Lily, чьи хозяева расскажут вам о своём подходе!
Прежде чем погрузиться в опыт собак и их хозяев, просто обратите внимание: езда на велосипеде с вашей собакой всегда сопряжена с риском, и это занятие не для всех (пожалуйста, будьте осторожны!)
#1. Велосипедная корзина для собак
Маленькие собаки легко могут путешествовать в корзине, размещённой прямо на велосипеде. Шпиц Ллуви — один из них, и он катается на велосипеде со своей хозяйкой Гердой с тех пор, как ему исполнился год. «Как только он достаточно подрос, мы решили, что должны попробовать это!» — сказала она.
Обучение
Герда шаг за шагом познакомила Ллуви с ездой на велосипеде. «Сперва мы положили внутрь велосипедной корзины мягкую подстилку и небольшую подушку сбоку, чтобы сидеть в ней было комфортно. Когда Ллуви освоился, привык к корзине и понял, что необходимо находиться в ней, я медленно начала катить велосипед и шла рядом с ним по дороге», — объяснила она.
«Сначала он был неуверен и пытался выпрыгнуть, поэтому требовалось постоянное утешение и немного угощения. С каждой поездкой Ллуви становился все увереннее, и теперь устраивается поудобнее и спокойно сидит всю дорогу, наслаждаясь поездкой.»
Плюсы и минусы катания в собачьей корзине
Плюсы: «В случае, если ваша собака испытывает стресс в общественном транспорте или ей не нравятся ограниченные пространства, то при езде на велосипеде она будет лучше контролировать ситуацию и сможет увидеть больше всего вокруг. Ну и конечно, вы сможете путешествовать в те места, куда захотите, а не только куда ходит общественный транспорт. Вы также получаете много внимания от публики и много «Ух ты!», так как не каждый день видят милую собачку на велосипеде.»
Минусы: «Проблема заключается в том, что когда он видит других собак, то пытается привстать. При этом я беспокоюсь, что он упадет, поэтому останавливаюсь, успокаиваю его и мы продолжаем ехать дальше. Кроме того, проезжая большие неровности на дороге, вы должны быть осторожны, так как он может чувствовать их немного сильнее, поэтому лучше осторожно их объезжать или замедляться.»
Дополнительное оборудование
«В данный момент мы не используем никакого специального снаряжения, кроме шлейки и поводка, но я хотела бы купить ему специальную закрытую собачью переноску на велосипед. Единственная проблема заключается в том, что Ллуви такой независимый и не любит сидеть в переносках, хотя такой способ безопаснее, чем быть в корзине. Я также хотела бы купить ему небольшие очки, чтобы он мог использовать их для защиты глаз при сильном ветре», — отмечает Герда.
В продаже есть специальные корзины, которые имеют сверху сетчатую крышку для дополнительной безопасности питомца. Например, Мария, владелица следующей собаки, использовала корзину Trixie dog basket.
Советы
Герда делится некоторыми советами из своего опыта с Ллуви:
Выбрать подходящую для себя и своей собаки корзину на велосипед можно в одном из предыдущих обзоров.
#2. Рюкзак-переноска для собак
Собаки-спасатели Gustavito и Glitch иногда путешествуют со своей мамой Марией на её велосипеде. Гас начал ездить с ней в рюкзаке, когда они ещё жили в Испании, 6 лет назад. Они пробовали разные способы, в том числе закрытую сверху корзину Trixie. К собачьему рюкзаку они пришли после того, как попробовали детскую переноску, дополненную ремнем безопасности.
Обучение
Мария делится опытом обучения своих собак безопасной езде и говорит, что главное — это угощение. — Сначала у нас была обычная открытая корзина на заднем багажнике. Я положила Гаса в неё, сперва без движения велосипеда, дала ему угощение, потом немного проехала и дала ему еще угощений. Первое время он немного нервничал и пытался спрыгнуть, но потом понял, что это нормально и удобно, особенно когда устал!» — объясняет Мария.
Плюсы и минусы
«Открытая корзина была, очевидно, довольно опасна, так как собака могла спрыгнуть. Закрытая же корзина вполне безопасна, но Гас тяжеловат для заднего колеса, и это делает поездку довольно трудной. Рюкзак тоже очень безопасный и удобный, но через какое-то время его тяжесть начинает излишне ощущаться на плечах», — отмечает Мария.
Советы
Выбрать для себя и своего питомца подходящий рюкзак можно в одном из наших предыдущих обзоров.
#3. Грузовой велосипед
В начале этого года мы отправились в путешествие на грузовом велосипеде с фокстерьерами Хэтти и Хамфри. Это определенно хороший вариант для собак, которые не поместятся в корзине или рюкзаке. Существуют различные типы грузовых велосипедов, которые вы можете взять напрокат или купить. Есть 2-колесные и 3-колесные самых разных марок: Bakfiets, Nihola, Babboe и другие.
В Лондоне, например, вы можете взять напрокат карго-байк для собак на день или на более длительный период времени в CarryMeBike, они их также продают, так что вы можете попробовать перед покупкой. Опыт этих собак и советы для безопасной и приятной поездки вы сможете прочитать в нашем следующем посте. Он будет слишком объёмным для этой статьи.
Среди грузовых велосипедов Cargobike Nihola также есть специальный для собак, у которого имеется спереди дверь, что облегчает попадание больших собак в ящик, и, по-видимому, имеет способ закрепить поводок в нижней части коробки (но фотографий нет).
#4. Трейлер для велосипеда
Корги Луна путешествует в трейлере, прикрепленном к велосипеду ее хозяина Аластера, вот уже 4 с половиной года. Аластер рассказывает, что он начал с ней заниматься с самого раннего возраста, когда ей было 4 месяца. «Луна всегда любила это, потому что в конце поездки всегда был парк!» — добавил он.
Плюсы и минусы
Плюсы: «Вы очень заметны, а машины предоставляют вам много места на дороге. Я держусь в основном по центру дорожной полосы и никогда не имел никаких проблем с автомобилями или автобусами. Трейлер никоим образом не меняет баланс или управляемость во время поездки, поэтому такой способ всегда был самым безопасным вариантом как для меня, так и для Луны. Если я упаду с велосипеда, трейлер не опрокинется, и то же самое происходит наоборот.»
Минусы: «Минусы в том, что он тяжелый и громоздкий. Вам нужен хороший велосипед с хорошими передачами и приличное место для хранения зверя (трейлер, а не собака).»
Советы по безопасной езде с прицепом для собаки
Варианты
Аластер объясняет, что в общей сложности у него было 3 трейлера, и выбор несколько ограничен. «Я обнаружил, что каждый трейлер служит чуть больше года, если вы используете его ежедневно в любых погодных условиях, поэтому на самом деле нет большой разницы между ними. Единственный совет по покупке, который я бы дал, заключается в том, чтобы у трейлера было мягкое дно. У нас был один с деревянным основанием, и бедная Луна довольно сильно подпрыгивала, пока мы не добавили еще подушек!» — добавляет он.
Мы встречали велосипедистов с таким прицепом, но в него тоже желательно класть что-то мягкое.
#5. Бег рядом с велосипедом на специальном поводке
Ньюфаундленд Лили и её хозяин Сашикантом гуляют с помощью велосипеда с тех пор, как ей исполнился год, один или два раза в неделю. У Лили очень много энергии, и Сашикант понял, что недостаточно просто взять ее на 40-минутную прогулку.
«Подзыв её был ужасен, поэтому тренировки без поводка приводили к тому, что я бегал повсюду за ней. Итак, я стал искать оборудование, которое позволило бы мне кататься на велосипеде с моей собакой, бегущей на поводке рядом. Сначала я думал, что могу просто держать ее поводок в одной руке или привязать к рулю, но быстро понял, какая это большая ошибка — 40-килограммовый щенок бегает как сумасшедший», — сказал Саши.
«Я познакомил Лили с велосипедом, когда ей было около года, но всё же следовало подождать еще месяцев 6. Много положительного подкрепления. Держа лакомство в одной руке, а руль в другой, мы начинали. Я поощрял её вкусняшкой в тот момент, когда она бежала рядом с велосипедом на расстоянии около 60 см. Так мы повторяли ежедневно в течение нескольких дней, пока она не освоилась с этим упражнением.»
Наши велосипедные прогулки никогда не были продолжительнее 20 минут за раз, подчеркивает Саши. Обычно 10 минут, чтобы добраться до ближайшего парка, отпустить её поиграть с другими собаками, немного потренироваться распознавать запахи, а затем вернуться на велосипеде обратно.
Видео ниже любезно предоставлено Сашикантом. Пожалуйста, обратите внимание, что это коллаж из видео. Лили обычно бежит по грунту, а не по бетону, и у нее частые перерывы.
Варианты
Сашикант провел много исследований, прежде чем решить, какой поводок использовать для этой цели. «После моих исследований я остановился на двух вариантах – один из них представляет собой прямой стержень, который горизонтально отходит от подсидельного штыря, а другой — более гибкий, который крепится рядом с осью на заднем колесе, один из Bike Tow Leash», — объяснил Сашикант.
Саши больше говорил о физике решений и о том, почему он выбрал второе. «Я прочитал историю человека, который изобрел велосипедный поводок (по-видимому, авиационный инженер), и был впечатлен тем, как он решал вопросы физики. Например, первый поводок, о котором я упомянул, находится слишком высоко от вашего центра тяжести, а это значит, что сильной собаке будет очень легко утянуть вас за собой. С помощью велосипедного поводка к оси колеса центр тяжести находится довольно близко к земле, и собака практически не имеет влияния на велосипед. У меня были случаи, когда Лили пыталась погнаться за белками и лисами, встречающимися нам по пути, и никогда это не мешало движению. Пока вы держите свой зад на велосипедном сиденье, всё будет в порядке – то есть, если вы по какой-то причине остановитесь и не сядете, то собака легко может утянуть вас с велосипедом. Я определенно рекомендую Bike Tow Leash«.
Советы по безопасности
#6. Сиденье для собак на велосипед
Бекки и её собака-спасатель Рэмбо использовали другой способ путешествовать вместе на велосипеде. Бекки купила ему собачье сиденье на свой велосипед и с тех пор очень довольна своим выбором.
«Рэмбо — послушная собака-спасатель, которую познакомили с Buddyrider [собачьим сиденьем] в возрасте 8 лет. В первый раз мы уговорили его, пометив сиденье каплями арахисового масла. Он все еще немного нервничал, забираясь сверху. Но как только он усаживался, кажется, приходило наслаждение поездкой и видом», — рассказывает Бекки.
Плюсы и минусы
«Плюсы в том, что Рэмбо надежно закреплен на сиденье, поэтому не может броситься в погоню за кошками. Вес находится почти в центре велосипеда, поэтому он чувствует себя вполне безопасно. Кроме того, велосипедист получает возможность смотреть на мир из-за двух маленьких ушей, что очень мило. Минусы в том, что собака не может выскочить в случае аварии: мы используем ее только на спокойных маршрутах, хотя знаем людей, которые выбирают такой способ для ежедневной поездки на работу. А максимальный вес, который такое сиденье может выдержать, составляет 11,5 кг. Только очень желательно, чтобы на велосипеде была установлена подножка и он не раскачивался, пока вы сажаете собаку на её место».
Варианты
Бекки использует Buddyrider. — Насколько нам известно, Buddyrider — единственный в своем роде. Иногда они заканчиваются, но в данный момент, похоже, находятся на складе. Это не дешево, но изделие прочное и качественно сделано, его очень легко как установить, так и снять с вашего велосипеда. Последний совет: измерьте свой велосипед перед покупкой сиденья. Он подходит для большинства типов и размеров, но технические характеристики есть на сайте Buddyrider, и лучше проверить»