В предыдущей теме два вопроса, которые многих интересовали –
1. сколько может выдержать педальная ось, и
2. сколько она на самом деле должна выдержать – так и остались без ответа.
Графический анализ – это конечно здорово, но реальной пользы от него немного. Он позволяет увидеть слабые места детали, которые обычно и без него известны. А чтобы рассчитать, какую нагрузку реально может выдержать деталь, надо точно знать из какого материала она сделана – а это в наших условиях практически невозможно. И уж совсем никакого толка от такого анализа в вопросе номер два.
Но можно пойти другим путем, попробовать оценить максимально возможную нагрузку. В.Штракин оценил нагрузку на консольную ось прямолинейно движущегося трайка как трехкратно превышающую вес, приходящийся на колесо. Он обещал вспомнить подробности, а пока я попробую зайти с другой стороны.
Рассмотрим веломобиль в повороте. Берем статью об устойчивости и «творчески перерабатываем». Т.е. то, что мне показалось спорным или непонятным, я выбросил, а остальное перескажу своими словами. И картинку тоже пришлось переделать.
Посмотрим на ВМ спереди(нижний рисунок). На веломобиль в повороте действуют центробежная сила и сила тяжести (и естественно, противодействующие им сила трения и реакция опоры). Понятно, что ВМ опрокидывается, когда сумма этих двух сил(показана красным) оказывается выше зеленой линии, соединяющей центр тяжести и точку О. Точка О – это проекция линии соединяющей точки опоры правого и переднего колес. По-моему, более правильно измерять эффективную полуширину вдоль линии, соединяющей центр тяжести и центр поворота. Отношение полуширины L к высоте центра тяжести H я бы назвал коэффициентом устойчивости. Если он меньше единицы, т.е. L < Н, то ВМ переворачивается при достаточно крутом повороте, а если наборот, L > Н , то для того, чтобы ВМ опрокинулся, центробежная сила должна быть больше силы тяжести. Это возможно только когда коэффициент трения больше единицы, то есть никогда
. Значит, при коэф. устойчивости больше единицы, ВМ не опрокинется, а сорвется в занос. Насколько мне известно, большинство трайков имеют коэффициент устойчивости меньше единицы и легко опрокидываются.С точки зрения консольной оси, хуже всего ей придется, когда L = H. Будем считать коэффициент трения равным 1, тогда при повороте на грани опрокидывания сила трения равна нагрузке на колесо. При этом ВМ практически стоит на двух колесах, и если его полный вес 150 кг и нагрузка распределена поровну, на каждое колесо действует сила 750 Н. При радиусе колеса 30см получим изгибающий момент на оси 225 Нм. Это максимум, который можно получить при повороте, сила трения больше не даст .
Кроме того, на каждую ось действует изгибающий момент от силы тяжести(точнее реакции опоры). Но тут при той же силе 750 Н, значительно меньше плечо, примерно 5см (расстояние от точки крепления оси до центра ступицы). То есть, момент примерно в 6 раз меньше, чем от центробежной силы. И действует он в противоположном направлении, слегка уменьшая нагрузку на ось до 188 Нм.
Итого, при полном весе ВМ 150 кг и расстоянии от точки крепления оси до центра ступицы 5 см, консольная ось должна выдержать момент 188 Нм, если вы имеете привычку проходить повороты на двух колесах.
Проверить это несложно, после установки оси на нее надевается труба длиной 1м, на свободный конец которой вешается груз 20 кг. Но т.к. вес между колесами распределен не поровну, и вообще, мало ли что, я бы повесил 50 кг.
Заранее извиняюсь перед В. Штракиным, что спорю с его расчетами. По его оценкам ось должна выдержать момент примерно 75 Нм. Но на этот раз перестраховщик я
.