Який стосунок має велосипед до авіаційної інженерії? Якщо відверто - жодного. Натомість має пряме відношення до навчання інженерної справи, якою вже понад 10 років займається навчальна команда нашої компанії! І, як ви вже здогадалися, сьогодні настав день, коли ми знайшли хвилинку вам про це розповісти.
Чому на цей раз для серії дослідів у нашому навчальному центрі ми вибрали саме велосипед?
З одного боку, велосипед є досить складним пристроєм, щоб зібрати у собі чимало різноманітних механічних завдань, для вирішення яких потрібні хороші комплексні знання як статики, так і кінематики.
З іншого боку, ці завдання все-таки порівняно прості, щоб методи їх вирішення за пару місяців встигли усвідомити найкращі слухачі традиційних курсів «Airframe Structural Design & Sizing», що проводяться нами в Києві.
Оскільки у нашому плані занять кінематика йде найпершою та використовується як «розігрів» перед статикою, то й перший наш «велосипедний» досвід присвячений практичному застосуванню «кінематичних» знань.
У чому він полягав?
Ми вирішили почати з найбанальнішого завдання: визначення швидкості велосипеда залежно від швидкості обертання його педалей.
Тому наша початкова ідея полягала у тому, щоб максимально правдоподібно змоделювати процес руху, а значить, як вихідні дані задавати швидкість, з якою велосипедист тисне ногою на педаль. Тобто, з погляду фізики нам потрібно було задати лінійну швидкість точки на осі кріплення педалі до її кривошипа (фанати велоспорту часто називають його «шатуном»). Саме на цій базі було отримано всі наші міркування нижче.
Проте наші слухачі не змогли вигадати, як реалізувати цей задум на практиці не дуже трудомістким чином. Тож було вирішено задавати кутову швидкість обороту педалі, тобто частоту її обертання.
Оскільки блок педалей та передня ведуча зірка з'єднані між собою жорстко та обертаються навколо однієї загальної осі, точка на осі кріплення педалі та зірка обертатимуться з однаковою кутовою швидкістю. Значить, знаючи радіус кола, яке описує точка на осі кріплення педалі, і відстань від осі обертання зірки до лінії, утвореної одягненим на неї ланцюгом (далі ми називатимемо її радіусом зірки), можна визначити лінійну швидкість точок ланцюга на ведучій зірці.
Оскільки зірки та ланцюг сталеві (тобто ланцюг має досить високу та при цьому постійну по довжині жорсткість на розтяг, а зуби зірок – жорсткість на згин), а також тому, що зазори між «вікнами» у ланцюгу та зубами колеса відразу виберуться у початковий момент провороту педалей, можна вважати, що лінійні швидкості будь-якої точки ланцюга однакові та рівні швидкості точок на колах зірок. Тому швидкість точок ланцюга на колі ведучої та ведених зірок теж не відрізняються. Отже, знаючи радіус обертання ланцюга на задній веденій зірці, можна визначити кутову швидкість обертання веденої зірки.
Оскільки ведена зірка та заднє колесо з'єднані між собою жорстко та обертаються навколо однієї загальної осі, точки на колі, що утворюється ланцюгом, який рухається по зірці, і точки на зовнішньому колі шини колеса будуть обертатися з однаковою кутовою швидкістю. Отже, знаючи зовнішній радіус шини, можна визначити лінійну швидкість її точок.
Але як перейти від швидкості обертання зовнішньої поверхні шини до швидкості велосипеда?
Інтуїтивно здається, що вони збігатимуться. Але інтуїція – не найкращий порадник при розробці техніки!
Бажаєте дізнатися, яка правильна відповідь на це питання?
Тоді читайте закінчення нашої оповіді та дивиться відео нашого досліду у Фейсбуці!
Нагадуємо, що для цього вам необов'язково бути користувачем цієї соцмережі. Розумний Телеграм покаже вам нашу історію і так – у вбудованому браузері.
>>Click here to continue<<
