HPV-byggeside
Udarbejdet af Frank Hansen fh@teknik.dk
Opdateret d. 7.12.2001
Indhold
Status
Baggrund
Fælge
Dæk
Krankrør og bremsestag
Kædehjul
Sæde
Stel
Montering af baggaffel
Slaglodning
Sædebeslag
Styr
Ny forgaffel
Byggetips
Materialevalg
Styrkeberegning
Egerlængdeberegner (nu også på WAP)
Status
Vinteren nærmer sig så cyklen er pudset en sidste gang og sat i hi.
I løbet af sommeren har jeg kørt 1800 km, og cyklen har levet op til alle mine forventninger.
Det eneste jeg har skiftet ud er kædehjulene på stellet. De er ændret fra 11 til 13 tænder for at få en roligere gang. Jeg var ikke opmærksom på at en kæde hopper når den kører rundt på et kædehjul. Det gør den fordi kædehjulet ikke beskriver en cirkel, men en polygon bestående af linier fra centrum til centrum af hver led. Derfor bliver det mere rundt jo flere tænder der er på hjulet.
En ting som jeg er blevet glædeligt overrasket over, er hvor behageligt man ligger i sædet. Selv min dårlige ryg bliver overhovedet ikke belastet som den gør på en almindelig cykel.
Det eneste ubehagelige ved at ligge så lavt er at de store hunde pludselig er i øjenhøjde. Når de så oven i købet først begynder at gø når man er lige ud for den indkørsel hvor de står og holder vagt, ja så er der kun tilbage at gøre som Polle - skide i bukserne!
Jeg har fået en del henvendelser fra folk som vil bygge en cykel efter min tegning. Det er også helt fint men da det er en prototype og den første cykel jeg har lavet er der jo selvfølgelig nogle ting der kan gøres bedre på den næste.
Det som godt kan blive et problem er at når sædet sidder så lavt og kæden følger stelrøret foran sædet, så er der ikke meget plads til lårerne. Jeg kan lige være der, men med lidt tykkere lår så vil man ramme kædeskærmen hele tiden. Problemet kan løses ved at flytte de øverste kædehjul længere frem på stellet, da der er lidt plads endnu før kæden vil ramme forbremsen. Måske skal man så tilsvarende flytte de nederste kædehjul tilbage, så kæden ikke rammer den bagerste del af fordækket når man drejer. For at dette skal se pænt ud vil jeg ændre vinklen tilsvarende på stelrøret foran sædet, så kæden stadig følger dette. Det kan man gøre ved at flytte sammensvejsningen af stellet hen til kronrøret.
Dette er ikke for at afholde nogen fra at bygge sådan en cykel, men blot for at gøre opmærksom på hvad man kan støde på af problemer hvis man bygger direkte efter min tegning.
Baggrund
Da jeg startede byggeriet af min liggecykel i sommeren 2000, mærkede jeg frustrationen over ikke at kunne finde de nødvendige dele i den nærmeste cykelforretning.
Jeg har derfor samlet de informationer her, som jeg har ledt længe efter. Jeg håber hermed at kunne hjælpe andre som går og roder med et lignende projekt.
Klik på billederne for at se en større udgave.
Fælge
Jeg har fundet to fælge fra Alesa med samme udvendige profil.
Forfælgen hedder: 219-406-19.
Bagfælgen: 217-622-17.
Indvendig måler forfælgen 19 mm og bagfælgen 17 mm. Det skyldes nok at det er nødvendigt med mere gods i siderne på den store fælg.
De er skaffet hjem af Pedersen-cykler i Rosengårdcentret i Odense.
Hvis du har adressen på Alesa's hjemmeside, så send mig venligst en mail.
Rigida har flere fælgprofiler, som fås i både 406 og 622mm. På deres hjemmeside er alle profilerne vist med mål. Hvis du ved hvem som sælger dem her i landet, vil jeg meget gerne vide det.
Dæk
Fordækket 35 x 406, har jeg fundet hos Vredestein i Holland. Det har Dennis fra Jensen Cykler på Amager skaffet hjem i løbet af tre uger.
Jensen Cykler er Vredestein's danske forhandler.
På dækket er max tryk opgivet til 90 Psi.
Pris: 189 kr.
Krankrør
Færdige krankrør med gevind og bremsestag til V-bremser, har jeg købt hos Tonny fra Tornado Cykler. Tornado Cykler bygger racercykler efter mål. Firmaet ligger i Højby syd for Odense.
Kædehjul
Til føring af træksiden af kæden på siden af stellet, har jeg drejet to nav hvor et 11-tands kædehjul fra en Shimano 7-krans kan presses på. I navet har jeg monteret et kugleleje, SKF 6000-2RS1, hvori der er et 10 mm hul.
Til den 'slappe' side af kæden anvender jeg to kædehjul fra en bagskifter.
Sæde
Sædet har jeg støbt i glasfiberarmeret polyester, i en form fremstillet af karosseriplade.
Stel
Stellet svejses af ø63,5 x 1,5mm rør. Røret hvor kranken er monteret, er ø60 x 1.5mm. det giver 0,5mm luft til lakeringen. Baggaflen laves af firkantrør 40 x 20 x 1,5mm. Rørene er lagervare hos Lemvig möller & munch. De kan købes igennem den lokale smed i længder a seks meter.
Pris. Ca. 300 kr. pr længde.
Montering af baggaffel
Stellet er her monteret på siden af tre vinkler som er monteret på mit byggebord. Det er spændt fast med tre bolte i de rør hvor sædet og kædehjul skal monteres. Jeg har så lagt spændeskiver imellem stellet og vinklerne for at få det til at stå vinkelret. Gevindstangen og de to møtrikker, som er drejet tredive grader konisk, har jeg brugt til at kontrollere kronrørets centerlinje.
Slaglodning
Jeg har her monteret bøsninger til fastspænding af krankrøret. Bøsningerne er først savet op efter lodning.
For at få placeret bremsestagene rigtigt, har jeg lavet en plade med to arme som kan justeres. I armene har jeg boret to otte millimeter huller hvor stagene passer i. Så er man sikker på at de ikke sidder skævt i forhold til hinanden.
Under lodningen ligger pladen løst, men er styret af gevindstangen og stagene som er filet til så de passer på gaflen. På gevindstangen hviler pladen på en møtrik som justeres så pladen ligger parallelt med gaflen.
Her er så det færdige resultat.
Sædebeslag
Sædebeslagene er lavet af de samme firkantrør, som anvendes til baggaflen (40x20x1,5). Faconen er først savet groft til og derefter gjort færdig med vinkelsliberen. For at få de to plader til at sidde rigtigt under lodningen, har jeg savet spor i både rør og plade så de passer sammen uden slør. For at få sporbredden til at passe, satte jeg to klinger uden på hinanden i saven.
Styr
For at lette ind- og udstigningen, har jeg lavet styret så det kan vippe op til lodret. Det fastspændes med en hurtigspænder fra en saddelpind. For at man skal kunne hænge armene i styret, har jeg lavet et stop som går ind mod frempinden når det er nede.
Ny forgaffel
Efter den første prøvetur med en standard 20 tommer forgaffel, valgte jeg at lave en ny med et større efterløb for at få bedre retningsstabilitet ved højere hastigheder.
Den nye forgaffel er lavet at en 27 tommer gaffel, som er kortet af. Enderne er klemt sammen så de passer til de nye gaffelender, som så er loddet i.
Byggetips
For at få skåret rørene af i de rette vinkler og placeret huller til kronrør, rør til kædehjul og montering af sædet, har jeg tegnet den udfoldede kontur på computeren (Man skal lige huske på at når man skærer et rør skråt over og derefter folder det ud, får det form som en sinuskurve). Jeg har så printet dem ud, klippet dem til, og rullet dem rundt om røret og sat dem fast med tape. Jeg har så tegnet konturen op med en tynd permanent tusch. Det er herefter let at save røret over efter stregen. Hullerne i røret har jeg boret ud tæt på stregen og så filet det sidste med en rundfil. På den måde kommer begge ender og hullerne til at ligge temmelig præcist i forhold til hinanden.
Jeg fandt ud af at det var svært at svejse rørerne sammen kant mod kant uden at brænde hul. Jeg lavede derfor nogle bøsninger af det tynde rør som bruges til montering af kranken. bøsningen blev herefter sat ind i de to stelrør som skulle svejses sammen. Jeg lod ikke rørenderne gå helt sammen, men sørgede for at der var en spalte på 1-2 millimeter. på den måde var det let at sikre en ordentlig gennembrænding.
Materialevalg
De rør jeg har valgt til stellet er fremstillet af stål 37-42. Det er billigt, nemt at svejse i og til at få fat i.
Der er sikkert nogen som vil sige at jeg hellere skulle bruge crom-molybdæn rør, da det er meget stærkere. Men det gør jeg ikke af følgende grund:
Hærdet stål er ikke stivere end blødt stål. Men det kan tåle en større belastning før det får en blivende forlængelse.
Så længe man ikke belaster stålet mere end op til flydegrænsen (det er der hvor det får en blivende forlængelse), opfører det sig lige som en elastik. D.v.s. fordobler man belastningen, fordobles forlængelsen. Dette forhold er udtrykt i Hook's lov som lyder: Spændingen = elasticitetsmodulet x relativ forlængelse.
Hvis man vender formlen om til følgende: Elasticetsmodulet = spændingen / relativ forlængelse , kan man finde elasticetsmodulet ved at trække i en stang med en given kraft pr. mm^2 og så måle hvor meget den er blevet længere(den relative forlængelse er det stålet er blevet længere divideret med den oprindelige længde). Elasticetsmodulet ligger på ca. 210000 N/mm^2 for alle ståltyper. Man kan således regne ud, at stål 37 med en flydespænding på ca. 250 N/mm^2, kan få en forlængelse på: Relativ forlængelse = Spændingen / elasticitetsmodulet = 250 / 210000 = 0,00119 = 0,12%. En ståltype med en flydespænding på 700 N/mm^2 kan således tåle en forlængelse på 0,33%.
Hvis man vil udnytte dette ved at anvende rør med en mindre godstykkelse, må man altså acceptere at stellet fjedrer mere.
Ved et normalt cykelstel hvor der er langt mellem rørene gør det ikke så meget at de rør der er tryk i bliver kortere og de rør der er træk bliver længere. Det ændrer ikke ret meget på geometrien.
Anderledes ser det ud på et stel som mit hvor stellet kun er 63,5 mm højt. Her vil en forkortelse af oversiden af røret og en forlængelse af undersiden på 0,33%, betyde en alt for stor nedbøjning.
Jeg har lavet en beregning af mit stel der hvor momentet er størst. Der ligger spændingen på ca. 70 N/mm^2. Det resulterer i en nedbøjning på knap 2 mm. Den ønsker jeg ikke at øge for at spare noget vægt med et tyndere rør.
Styrkeberegning
Når man konstruerer og bygger sit eget stel, er det rart at finde ud af om det kan holde til belastningen, inden man begynder at svejse det hele sammen.
Jeg har her vist en simpel metode som også kan anvendes af dem som ikke roder med tekniske beregninger til daglig.
I beregningen tager jeg kun hensyn den statiske belastning, d.v.s. cyklens og førerens vægt. Jeg har således ikke taget hensyn til de dynamiske belastninger som fremkommer når man træder i pedalerne, holder igen i styret eller kører over et hul i vejen.
Jeg har ligeledes for at gøre det hele mere simpelt, tilladt mig at samle hele belastningen i en kraft som angriber i førerens tyngdepunkt. Da cyklens egenvægt kun er ca 15% af den totale vægt har jeg blot lagt den til her. Det er heller ikke ret langt fra cyklens tyngdepunkt.
På min cykel hvor sædet ligger temmelig langt ned, er førens tyngdepunkt lige omkring hofteleddet.
Det ville selvfølgelig være mere korrekt, at fordele vægten ud på pedalerne og de to punkter hvor sædet er monteret. Forskellen er dog ikke særlig stor, og ved at samle kraften et sted får man den største belastning af stellet. Man er så på den sikre side.
Det første man skal gøre er at finde reaktionerne R1 og R2, der hvor dækkene rører vejen. Det er understøtning A og B.
Understøtningerne A og B kan ikke optage noget moment, så her er M = 0. D.v.s står man i punkt A og kigger hen imod B, så vil R2 x (L1 + L2) - F x L1 = 0. Man skal her huske at regne med fortegn. Man skal her tænke sig punkt A er et omdrejningspunkt hvor F og R2 drejer omkring, h.h.v. med uret og mod uret. Jeg vælger her at regne positivt mod uret, da det er R2 som skal findes. Formlen vendes om så R2 isoleres:
R2 = F x L1 / (L1 + L2) = 1000 x 545 / (545 + 870) = 385 N.
Man kan så foretage en tilsvarende beregning ud fra understøtning B for at finde R1, eller som de dovne blot trække R2 fra F.
R1 = F - R1 = 1000 - 385 = 615 N.
Næste punkt er at finde momentet det sted på stellet hvor man ønsker at beregne spændingen i røret. I dette tilfælde har man det største moment der hvor kraften F angriber. Man kan forestille sig at man her saver røret over og holder fast i den ene del. Man skal så holde igen med et moment som modsvarer det moment som fremkommer ved kraften R2 gange længden L2. Man kan også se på den anden halvdel og bruge kraften R1 og længden L1. Det skulle gerne give samme resultat!
I mit tilfælde bliver momentet:
M = R2 x L2 = 385 x 870 = 334950 Nmm
Der optræder ganske vist også en snitkraft R3 som modsvarer R2, Men den bevirker kun en lille spænding i røret i forhold til bøjespændingen. I dette tilfælde 3,4 N/mm^2.
Næste punkt er at finde rørprofilets inertimoment. Det er et udtryk for hvordan arealet er placeret i forhold til profilets tyngdepunktsakse. Profilets tyngdepunktsakse er der hvor det vil ballancere hvis man klipper det ud i pap og placerer det på kanten af en linial.
Formlerne for inertimomentet for h.h.v. en cirkel og et rektankel er som følger:
Cirkel, I = 0.05 x D^4
Rektankel, I = 1/12 x B X H^3
Når det er et rør man vil regne på, trækker man blot inertimomentet for hullet fra inertimomentet for yderkonturen.
Til mit stel hvor jeg anvender et rør på ø63,5 x 1,5 bliver inertimomentet således:
I = (0,05 x 63,5^4) - (0,05 x 60,5^4) = 143081 mm^4
For at beregne spændingen i røret skal man bruge profilets modstandsmoment W. Modstandsmomentet er inertimomentet divideret med den vinkelrette afstand a, fra tyngdepunktsaksen til de yderste fibre i profilet.
W = 143081 / 31,75 = 4506 mm^3
For at finde spændingen i røret, divideres momentet med modstandsmomentet:
Spændingen = M / W = 334950 / 4506 = 74 N/mm^2.
Dette er kun ca. 1/3 af flydespændingen, men da der skal være plads til huller i vejen og de andre stød verden giver, vil jeg ikke anbefale en højere belastning.
Egerlængdeberegner
Hvis du har brug for en egerlængdeberegner, har jeg programmeret en, som kan bestilles her gratis.
Hvis du har en WAP-telefon, kan du prøve dette link når du står nede i butikken: hpv.homepage.dk/wap/beregner.wml
