Młody student-konstruktor, za projekt tego innowacyjnego roweru składanego, został wyróżniony w konkursie Design Tech Forum 2007 oraz uplasował się wśród trzydziestu pięciu najlepszych projektów kategorii „Model” i „Photorealistic Images” w organizowanym w U.S.A. światowym konkursie „SolidWorks 2007 Design Contest”. Rozwój cywilizacji – to truizm – następuje dzięki ludziom poszukującym nowych rozwiązań służących np. ułatwieniu życia. Takim człowiekiem jest, bez wątpienia, autor poniższego artykułu-relacji. Oddajemy mu głos.
Skąd Pomysł.
Wszystko zaczęło się od projektu, który należało wykonać na III roku moich studiów na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Projektem miało być większe złożenie wykonane w programie SolidWorks. Nad pomysłem myślałem około miesiąca, aż pewnego dnia przeglądając Internet natrafiłem na rowery składane, a że często jeżdżę rowerem i bardzo to lubię, temat od razu wydał mi się interesujący. Były to moje początki pracy z programem SolidWorks i stworzyłem prototyp składanego roweru. Na wakacjach Pan dr inż. Andrzej Łukaszewicz (prowadzący moje zajęcia projektowe) skontaktował się ze mną i poinformował o konkursie na projekt innowacyjnego roweru. Nie zastanawiając się długo zabrałem się do pracy tworząc rower od nowa wykorzystując wcześniejszą koncepcję składania roweru.
Mój prototyp, na tle innych rowerów, wyróżniał niespotykany sposób składania – rozkładania. Postanowiłem, iż oprócz tej innowacji, rower musi też mieć ciekawy, a wręcz zaskakujący „design” – nie spotykany w dostępnych dotychczas na rynku konstrukcjach rowerów składanych – wzbudzający zachwyt i zainteresowanie. Na taką stylistykę miał wpływ emitowany na kanale Discovery Channel program „Orange County Choppers”, który oglądałem. Wiele zaprezentowanych tam elementów jednośladów jest właśnie projektowanych przy użyciu współczesnych narzędzi inżynierskich i nierzadko wytwarzanych na obrabiarkach numerycznych. I tak powstał conceptbike „DUBIKE”.
Dostępne rowery składane zbudowane są na zasadzie dwóch komponentów powstałych po podzieleniu ramy nośnej – występuje sztywny (nieskładający się) tylni wahacz i również sztywny (nieskładający się) przedni wahacz.
Wadą takiego rozwiązania są duże gabaryty po złożeniu roweru oraz kształt bryły jest nieregularny. Choć powoli można już spotkać na rynku innowacyjne rozwiązania eliminujące wyżej wymienione wady.
Konstrukcja prezentowanego roweru bazuje na dwóch tzw. koszykach, w których chowane są koła jezdne, kierownica, siedzisko i korby z pedałami. Cała konstrukcja jest składana przy pomocy elementów zatrzaskowych w 7 czynno-ściach, do których nie potrzeba żadnych kluczy ani znacznej siły. Zastosowanie zatrzasków wpływa na skrócenie czasu tych operacji. Po złożeniu rower zajmuje mało miejsca i mieści się w bagażniku standardowego samochodu osobowego, przyjmując kształt bryły sześciennej o wymiarach 580x463x406 mm, rozwiązując w ten sposób wady dostępnych na rynku rowerów składanych.
Prezentowany projekt, nazwany „Dubike” jest koncepcyjnym opracowaniem 3D innowacyjnego roweru składanego. Głównym założeniem projektowym było uzyskanie, po złożeniu jak najmniejszych gabarytów. Rower jest dedykowany dla osób o normalnej posturze, z dość szerokim zakresem regulacji wysokości siodełka (założony zakres regulacji 30 cm). Prowadzone prace projektowe i stylizacyjne miały zapewnić ciekawy design, niepowtarzalny wśród tego typu konstrukcji.
PODZESPOŁY ROWERU DuBIKE:
1) przednie koło jezdne, 2) tylnie koło jezdne, 3) tylni wahacz, 4) koszyk tylni, 5) jedna z czterech zębatek, 6) jeden z trzech pasków zębatych, 7) korba wraz z pedałem, 8) łącznik, 9) koszyk przedni, 10) widelec przedni, 11) kierownica, 12) sztyca, 13) siedzisko, 14) jeden z zatrzasków
Konstrukcja nośna wyposażona jest w amortyzatory w przednim widelcu (rys. 1), jak i amortyzator pod siedzeniem (rys. 2). Zastosowana jest amortyzacja sprężynowa. Mimo, że olejowo- sprężynowe są komfortowe, płynnie pracują i mogą mieć duży skok, niestety zazwyczaj nie są lekkie. Nie ukrywam, iż użycie sprężyn było również po nikąd celowe, gdyż dodają uroku i dobrze się prezentują. Rower posiada oświe-tlenie komponujące się z ogólnym charakterem stylistyki. Również same pedały wyróżniają się niepowtarzalnością i nie można ich zobaczyć w dostępnych modelach oferowanych w sklepach.
Zastosowane zostało innowacyjne rozwiązanie mocowania kierownicy, która jest osadzona na prowadnicach ułożyskowanych tocznie (rys. 3). W konstrukcji wyróżnia się cztery prowa-dnice – po dwie na stronę. Wahacz ma cztery „ramiona” wyposażone w 6 kulek łożyskowych – po 3 z góry i dołu „ramienia” (rys. 4). Każda z prowadnic wyposażona jest w taśmę, która podąża za obracającym się wahaczem i pełni rolę osłony przed zanieczyszczeniami z zewnątrz. Osadzona jest ona w rowkach prowadzących. Rozwiązanie to przyczyniło się do zmniejszenia gabarytów roweru. Takiego rozwiązania nie spotkałem w dostępnych źródłach. Rower wyposażony jest w klasyczny hamulec tarczowy (uruchamiany linką), stylistyką nawiązujący do całej linii roweru (rys. 5), zaś obrotowa manetka hamulca jest integralną częścią kierownicy (rys. 6).
Przekazanie napędu w rowerze zostało opracowane tak, by jego konstrukcja była jak najprostsza i nie wymagała dodatkowych czynności podczas składania-rozkładania roweru. Napęd składa się z trzech pasków zębatych, co umożliwia zastosowanie kół zębatych z tworzyw sztucznych. Zapewnia to jednocześnie bezobsługowość i cichobieżność wykorzystanej przekładni w porównaniu z tradycyjnym napędem łańcuchowym oraz zmniejsza wagę konstrukcji. W tylnym koszyku zastosowano ręczny naciąg paska (rys.7) – luzując nakrętkę podnosimy koło zębate do góry naciągając jednocześnie dwa paski, a w tylnym wahaczu – śrubowy mechanizm napinający wraz z układem umożliwiającym ustawienie koła. Śruba została tak dobrana, aby w prosty sposób, a mianowicie dokręcając ją do końca, ustawić koło w odpowiedniej pozycji (rys. 8). Paski zębate są lżejsze od łańcuchów tradycyjnych i przypadku dłuższej przejażdżki można zabrać zapasowe ze sobą i w razie awarii dokonać szybkiej wymiany.
Materiały jakie chciałbym zastosować w modelu to stopy aluminium i kompozyty z włókien węglowych (karbonu – potoczne określenie). Biorąc pod uwagę koszty wyprodukowania roweru, to można zaproponować dwa warianty cenowe: tańszy odpowiednik miałby ramę ze stopu aluminium, zaś droższy z kompozytów. Osobiście skupiłbym się na wykonaniu ramy z włókien węglowych, ponieważ dzięki możliwości kierunkowego ich ułożenia można dokładnie zaprojektować charakterystykę ramy, przy fantazyjnych kształtach jakie tutaj właśnie występują. Przy produkcji takiej ramy można wykorzystać jedną z metod, np. skorupową, w której szkieletem dla kompozytu jest pianka lub pęcherz wypełniony gazem. Przy wytwarzaniu ramy z laminatów można w dowolny sposób kształtować cechy mechaniczne: sztywność i wytrzymałość, zmieniając kąt ułożenia włókien, oraz ich ilość i rodzaj zastosowanych warstw. W dużym stopniu taka technologia wpływa na istotną cechę – wytrzymałość właściwą. Zalety jakie niesie ze sobą stosowanie włókiem węglowych – w porównaniu do innych materiałów konstrukcyjnych – to przede wszystkim mały ciężar właściwy, duża wytrzymałość, 100% odporność na korozję, łatwość formowania dowolnych kształtów oraz w przypadku kompozytów węglowych zdolność tłumienia drgań. Niestety wadą jest stosunkowo wysoka cena półproduktu wynikająca z potrzeby opracowania specjalnych przyrządów i stosowanie w procesie produkcyjnym dodatkowych urządzeń np. pomp próżniowych.
W mojej konstrukcji roweru zaproponowałem koła tradycyjne dętkowe i bezdętkowe, jak i z pełnym ogumieniem, niewymagającym pompowania – które nie są spotykane w rowerach, szczególnie składanych (rys. 9, 10). Obręcz jest komorowa dla zwiększenia wytrzymałości i sztywności – wykonana ze stopu aluminium. Jednak przy zastosowaniu włókien węglowych możemy zredukować jej masę.
Oryginalność sposobu składania-rozkładania polega na tym, że przeprowadza się go w 7 czynnościach. Pierwsza czynność polega na odblokowaniu zatrzasków i rozłożeniu dwóch „koszyków” przedniego i tylnego o kąt 180º i ponowne zblokowanie koszyków zatrzaskami (rys. 11, 12, 13). Drugą, jest odblokowanie zatrzasku znajdującego się na korbie pedału i zdjęcie z suportu, obrócenie o 180º i ponowne umieszczenie jej na suporcie blokując zatrzaskiem (rys. 14, 15). Trzecią czynnością – jest odblokowanie zatrzasku znajdującego się na drugiej korbie pedału i zdjęcie jej z suportu, obrócenie o 180º i ponowne umieszczenie jej na suporcie blokując zatrzaskiem, co jednocześnie odblokowuje tylny wahacz z kołem jezdnym (rys. 16). Czwarta, polega na rozłożeniu z koszyka tylnego wahacza z kołem jezdnym o 180º i zablokowaniu go w zatrzasku składającym się z dwóch części, z których dolna umiejscowiona jest na tylnym wahaczu, a górna na tylnym koszyku (rys. 17, 18). Podczas tej czynności napęd roweru nie wymaga ingerencji użytkownika w postaci zakładania czy napinania któregoś z występujących pasków zębatych. Piąta czynność wymaga odblokowania zatrzasków znajdujących się na przednich widełkach i wysunięciu prze-dniego koła jezdnego do momentu wskoczenia zatrzasków blokujących samoczynnie przednie koło jezdne (rys. 19). Szósta czynność polega na podniesieniu obu rączek kierownicy o kąt 90º, które wówczas zostaną zblokowane przez zatrzaski (rys. 20, 21). Ostatnią, siódmą czynnością jest wyciagnięcie sztycy z siedziskiem do odpowie-dniej dla użytkownika wysokości i zablokowanie zatrzaskiem (rys. 22). Po tych 7 czynnościach rower jest gotowy do użytku.
Do projektowania roweru wykorzystałem system modelowania powierzchniowo-bryłowego w programie „SolidWorks”. Stosowałem zaawansowane techniki modelowania części i złożeń. Do wizualizacji modelu geometrycznego wykorzystałem dodatkowe narzędzia pracujące w środowisku SolidWorks – PhotoWorks oraz Animator.
Prezentowany projekt to nietypowy conceptbike, pokazujący możliwości rozwoju konstrukcji i stylistyki jednośladów.
Projekt w całości został wykonany przeze mnie. Konsultacji, wskazówek i porad odnośnie środowiska oprogramowania SolidWorks, jak i samego projektu udzielał dr inż. Andrzej Łukaszewicz – pracownik Katedry Mechaniki i Informatyki Stosowanej Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej. Praca nad tym projektem zajęła mi 5 miesięcy – od pomysłu do modelu pokazanego na zdjęciach. Czas ten stale się wydłuża, ze względu na wciąż postępujące prace.
Projekt roweru jest udoskonalany w ramach wolnego czasu. Wprowadzam kolejne pomysły i rozwiązania, dopracowuje szczegóły i brakujące elementy, między innymi możliwość regulacji wysokości kierownicy, zmianę niektórych profili umożliwiających ukrycie śrub. Pod względem stylistycznym pracuję nad wkomponowaniem świateł odblaskowych, nawiązujących do linii roweru i zapewniających bezpieczeństwo na drodze, zastosowanie w tylnej piaście przekładni, jak również nad dalszym zmniejszeniem gabarytów i masy roweru.
Dawid Fionik
Student Wydziału Mechanicznego
Politechniki Białostockiej
Autor: Tekst i rysunki: Dawid Fionik
