Victor Reshetnjak
А физически проверить - делали?

Если перепроверять законы природы - Бог может обидиться.

_
Я старался. Представьте: в системе звездочка под цепь и такая же шестерня под рейку. Длина шатуна равна радиусу звездочки под цепь. Мы можем давить на педаль с шатуном и на педаль с рейкой. Цепляем гирю и измеряем натяжение цепи. Натяжение цепи с рейкой постоянно с кривошипом переменно. Площадь (мощность) в рейке D*R, в кривошипе pi*Rквадрат*0.5 (меньше примерно в два раза! )
Я не проверял, с цифрами, обязательно перепроверьте (вообще то площадь синусоиды считается через интеграл но мне лень ).

Ничего из этого не имеет никакого отношения к физике, но ладно. А площадь под графиком одного полупериода синусоиды равна 2 ровно. Если это как-то и чем-то вам поможет.

Victor Reshetnjak
Так физический опыт - с собой, велом, и пешим подъемом по лестнице - Сделали?
Что у Вас получилось в эксперименте?

На счет любой траектории тоже далеко не так. В крутой подъем я попросту не поднимусь на веле - не смогу прокрутить, а по вертикальной лестнице ногами - без проблем.
Время проезда одинаковой кольцевой дистанции в горах и на равнине - тоже разное.
Как у нас порой шутят, описывая маршрут - старт и финиш на уровне моря - стало быть и набор высоты нулевой.
Про синусоиду - А собственно зачем? Строить вел или иную машину с линейным приводом вроде не собираетесь Вы, и точно не собираюсь я, по крайней мере в обозримом будущем.
Как измерить натяжение цепи при реальном педалировании и контроле отдаваемой человеком мощности - тоже знаю, методика довольно простая. Причем хватит трейнера, и видеокамеры, и компа - для покадрового анализа и простой приспособы - ролика с пружиной, нажимающего или тянущего цепь по нормали. При достаточно малых отклонениях и приличного качества съемки это не сложно. Ну а протестировать отклонение при разных нагрузках - задача для школьной лабы.
Еще и еще раз - дело не в конструкции самого механизма, а в согласовании этого механизма с человеком.
Сколько бы я не тужился - но даже и тонну поднять - нереально. А закатить машину в полторы тонны с севшей батареей в пологий подъем, и развернувши, запустить с наката - случай типичный и не удивительный для многих, кому приходилось это делать в одиночку.

Отличная картинка! И Мааааленькая ошибка. Картиночки в разном масштабе, а накладываются -как будто в одном. Впрямую Ярай этого не делал, но именно такое впечатление и возникало при беглом взгляде.
Какой путь пройдет рейка? 2R
А какой, за то же смещение гири, пройдет цепь на шестерне? piR Длины оснований прямоугольного зуба и синусоидального - разные. Основание синусоидального - в Pi/2 больше. Площади РАВНЫ. E=mgh И никуда тут не денешься. Закон однако, тот, который сохранения энергии.
Как бы мы не крутили шестерню - рейкой или цепью - при равном смещении гири будет произведена равная работа. При отсутствии трения, естественно. Школа, 8 класс. Еще - площадь под графиком силы - не мощность, а работа. Мощность - работа в единицу времени.
Убедил?
А проверять и перепроверять своё понимание законов природы - Он - не обидится. Наоборот, подкинет задачу поинтереснее. Собственно, это и есть одна из изначальных задач человека - постигать образец для приближения к нему.

waterlaz - к физике - отдаленное. А вот к психологии восприятия и к правилам постановки эксперимента, что физического, что математического - отношение непосредственное. И показать эту ошибку - дело очень нужное. Если строятся графики и применяется графоаналитический метод - то необходимо соблюсти одинаковый масштаб. А то в одном случае берем путь по диаметру, в другом - по окружности, а на рисунке они получаются равными! Канделябром!!!! Еще во времена Союза, будучи свежеиспеченным инженегром, к ужасу своему, нашел аналогичный, хотя и глубоко закопанный, похожий зевок, в докторской своего тогдашнего научного руководителя. В диком смущении прибежал к нему с просьбой найти, где я ошибся... Не нашли, и пришлось ему менять тему... Хорошо, что еще до предзащиты. А такая красивая модель была...Многообещающая.

Я наконец-то понял что участники спора говорят про совершенно разные вещи.

Одни утверждают что линейный привод лучше обычного велосипедного потому что у него больше КПД, их оппоненты утверждают что никакой разницы нет.

Другие утверждают что линейный привод при правильном подборе длин рычагов для человека УДОБНЕЕ обычного ссылаясь не некоторые физиологические особенности человека и поэтому человек на нем разовьет большую мощность чем на обычных велосипедных педалях. Их оппоненты утверждают что и обычный велопривод при правильном подборе диаметров шатунов, звездочек, расстояния до седла и проч. - дает точно такие же результаты.

Но, я повторяю, были проделаны многочисленные опыты на всевозможных тренажерах со всеми возможными комбинациями педалей, рычагов и тросов и было доказано что при правильном подборе длин тросов, рычагов и шатунов никакой разницы в результатах нет. Везде человек потребляя определенное количество кислорода и выделяя определенное количество углекислоты производит одно и то же количество работы. Поэтому велоэргометры и получили такое распространение: они проще и дешевле любых других тренажеров а результаты дают вполне достоверные.
Велоэргометр в барокамере:

Kochegar
Именно так.
Любая система трансмиссии, в которой нет перехода энергии из одного вида в другой - грубо говоря - рычаг или их комбинация, той или иной степени сложности. Меняем направление, поступательное - на вращательное, прямо - на криво и наоборот, медленную силу на быструю слабость... Но всегда одна И потери в ней, вне зависимости от способа реализации - потери на трение, в широком смысле слова. И царит в этом деле золотое правило механики.
Тут споры особого смысла не имеют, а гениальные идеи проверяются экспериментально. Придумал лучше - пойдут по следам, причем частенько, стоптав самого автора, придумал хуже - грустно смотришь вслед толпе...

А когда имеем дело с биологическим источником - то наши входные возможности очень сильно ограничены.
И создавая механизм, приходится танцевать именно от этих ограничений - чтоб использовать возможности человека ли, лошади, собаки максимально эффективно.
Дальше - еще одно, а вернее целое множество ограничений и производства и использования.
Стоимость изготовления и ресурс, стоимость владения и эксплуатации, прибыль изготовителя и продавца, реакция общества... Последнее, часто оказывается очень важным, а то и важнейшим. И любое изобретение, пусть даже и не слишком сильно задевающее интересы сильных мира сего либо берется ими на вооружение, либо - тщательно затаптывается. Так и живем.

Лестница, человек и вел лишние детали.
Я говорю о трансмиссии.
1 Кривошип, звездочка, цепь.
2 Рейка, шестерня.
Все остальное добавляет кучу дополнительных эффектов (типа аэродинамики, не имеющей к трансмиссии никакого отношения) искажающих картину и уводящих в сторону, требующих внимания и загружающих память. Да они есть, этого никто не отрицает, но для трансмиссии аэродинамика 0.
Об экспериментах. Когда нужен эксперимент? Когда неизвестен закон которому подчиняется процесс. Тогда ставится эксперимент, выводится закон и далее уже пользуемся законом для прогнозирования результатов.
Закон механической работы известен:
Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы
Короче говоря, поднимая груз 1кг на высоту 1 м мы совершаем работу около 10 джоулей.
И без человеческих заморочек типа "замахался подымать". Человек существо субьективное и как измермтельный прибор совершенно непригодное.


Не удивительно. Вы двигаетесь "на разных передачах" Надеюсь ВЫ не забыли, что трансмиссия велосипеда - ускоряющая? А пешком - 1:1.

А я присматриваюсь! Поэтому здесь и жужжу Я бы хотел здесь обсуждать способы практической реализации линейного привода.

Опять про человека! Наверное скоро стану человеко ненавистником.

Опять на разных передачах. Просто поднять это 1:1 а пологий подъем это клин (отношение длинны к высоте), физика 5й класс.

Та это одна и таже картинка! Я слишком ленив рисовать все заново.
О чем говорят картинки? Кривошип дергает за цепь периодически а рейка давит непрерывно. В ВМТ и НМТ кривошип вообще не тянет. Рядом тянет слабо. Наиболее сильно тянет когда шатун стоит горизонтально. Рейка тянет все время так как кривошип при горизонтальном шатуне. Вот в этом преимущество реечного механизма.

Значит если обвести красные стрелочки на рисунках то площади полученых фигур будут равны?

Даже на глаз видно что нет. Ну не может площадь синусоиды вписаной в прямоугольник быть равной площади самого прямоугольника!

Мы же не о потерях. О потерях это про КПД.

Нет. Это взгляд с другого конца трубы. А если приплетаем сюда время то для равномерного движения гири нужно неравномерно крутить педали, по закону Y = sinX. Но это и происходит в натуре - ведь велосипед не двигается рывками. Значит рывками двигаются наши ноги. Но мы привыкли и не замечаем. Но мы сравниваем два механизма а для сравнения нужны одинаковые условия. Равные условия это пути гирь а не рейки и цепи.
Вот вы сами и подтверждаете:

Золотые слова. Я говорю о той фигне что торчит в каретке. У меня есть подозрение, что она может работать лучше. Если ее заменить рейкой. На ноги будет легче.
Нужно будет продумать конструкцию для обычного велосипеда. Так быстрее можно реализовать.
Ждем идей.

Гребной привод одобряете?

http://www.rowingbike.com/en/modellen/historie



http://rowingbike.free.fr
http://web298.webclient2.de/Wordpress/w ... Bild07.jpg
http://web298.webclient2.de/Wordpress/w ... Bild03.jpg
http://web298.webclient2.de/Wordpress/w ... ild-01.jpg

http://tilting.org.za/bok/pic/bike/harmdenh.jpg
http://www.bikeforest.com/alternative_rowingbike.jpg
http://uabike.com/uploads/posts/1148620 ... erland.jpg
http://4.bp.blogspot.com/-0io5h-3XoJk/U ... lltrek.jpg

http://www.thegreenhead.com/imgs/rowbike-1.jpg
http://jeanpba.homeip.net/Divers/200708 ... mers-g.jpg
http://images.gizmag.com/hero/1610_01.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/c ... Fahrer.jpg

Причем в довесок к прелестям линейного привода работают и руки, и ноги, и спина.

Тандем порадовал

Victor Reshetnjak
Человек - как раз и есть самая главная, она же - и ограничивающая деталь. Именно человек - как двигатель.
Трансмиссия лишь может сожрать часть, но не прибавить.
Кривошип, звезда/звезды, и цепь + система переключения + кассета, трещетка и колесо.
Имеем колебательно - вращательное движение ног, у техничного ездока практически с одной, наиболее выгодной скоростью, что обеспечивает наиболее энергетически выгодный режим работы большого числа мышц, работающих перекрывая большую часть цикла оборота педалей, и натяжение цепи с колебаниями около 30% у третьеразрядников юниоров и менее 10% - у КМС. Среднее усилие на педали - около 30-40% веса гонщика. Пульс - около 75% от максимального, работа в аэробной зоне - так можно крутить часами.
Нагрузки на колени и голеностоп, на ахиллово сухожилие - примерно вдвое меньше, чем при ходьбе, и тем более, при беге. Амплитуда движения в коленном суставе - та же, что и при аналогичном движении на линейном приводе ( у Ярая - привод не совсем линейный - педали движутся по дуге *) Вес всей системы такой трансмиссии без педалей от 1700 грамм у топовых до 2000 грамм у туристского уровня.
Стоимость - кусачая. К примеру цена топового группсета 1970 фунтов Производство не дешевое, требует неплохой промышленной базы и приличных сталей или дюраля. Ресурс - тоже невелик, у рядовых. У рядовых жестянок -где то треть цены вела. Но там ресурс - слезы, и вес - тоже.


* То есть и у него - кривошип и шатуны, но вместо вращения по кругу используется маятниковое движение по части дуги, причем не с фиксированным, длиной шатуна - ее можно менять ступенчато, по числу педалей, и углу - по желанию ездока. Последняя фишка, за редким исключением, в современных велах реализуется только подбором длины шатунов, или креплением педали не на ее оси а эксцентрично ( очень интересное было ощущение - на таких педалях ехать, который год в планах себе опять сделать такие, хоть подшипники они кушают быстро)
Вся система Ярая, на мой взгляд очень удачная, не содержит ни одной дорогой и сложной детали! Реализовав ее чуть иначе, и используя часть стандартного велооборудования - трещетку и два фривила на пром валу, и, может быть, подвижную точку крепления на педальных рычагах, вместо набора педалей, можно сделать ее очень дешево, качественно и легче, чем современную топовую (Шатуны, система, каретка - весомы и дороги).
Проблема, к сожалению, в том, что вращение педалей энергетически выгоднее для человека, нежели их толкание и холостой возврат при сгибании ноги. Несложно и сделать так, чтоб загрузить ногу и при ее сгибании, но тут вылезает другая проблема - знакопеременная нагрузка на коленный сустав, причем меняющаяся резко. (при вращении - она тоже меняется, но и меньше по модулю, и плавно.) Если Вам доводилось бегать в сапогах с налипшей глиной - то будет похожее ощущение, но послабее. Значит самому ездоку следует подтормаживать свои ноги в начале и конце каждого движения - ведь не может тело имеющее массу ни ускорится, ни затормозить мгновенно - Вот и потери на границе - человек/линейный привод. И если родовой недостаток КШМ - наличие "мертвых точек" в технике преодолевается либо введением маховика, либо увеличением числа шатунов и их разнесением по кругу - звездообразные двигатели, то в веле - проще. Нога - не поршень в цилиндре, и со своими мышцами и тремя шарнирами (тазобедренный, коленный и голеностопный суставы), отлично обеспечивает и прохождение мертвых точек, и относительное постоянство нагрузки на цепь. И, самое главное его преимущество - непрерывность движения и минимизацию ударных нагрузок на ноги, да и на механизм - тоже. Линейный механизм с чистым возвратно поступательным движением ног этого не может.

- Чудесно! Попробовав, в своё время, линейный привод, и накушавшись, готов признать, что его применение еще и в веле - истинное человеконенавистничество. . А вот мысль поднять каретку и опустить седло год от года кажется мне всё привлекательнее, если бы не машины...

Плюс Яраевского - изменение передаточного числа. Как оно реализовано - на кпд влияет мало. И, к сожалению, не в лучшую сторону.

по картинкам:
Если использовать линейный привод, то, чтобы повернуть шкив/звездочку на половину оборота, рейка должна будет пройти путь pi*R, и этот путь будет равен ее перемещению.
Значит работа, произведенная ездоком на одно движение рычага, будет F*pi*R.
А вот перемещение ноги на педали, в отличие от ее пути - 2*R. Работа, соответственно, F*R. Интеграл синуса по полупериоду как раз и даст половинку от того (F*2*R) прямоугольника*. И получается, что на то же смещение вела потрачено в pi раз меньше работы.
Крутить педали, даже в этой модели, очень грубой, в три с лишним раза ЛЕГЧЕ, чем на линейном приводе. Кстати, именно поэтому на велосипеде Ярая и его клонах столь длинные рычаги.

* возьмем график синуса на угле 0 - 180 градусов, нарисуем на кальке, заштрихуем под графиком, и разрежем посередине, там, где максимум. Совместим половинки по кривой, и увидим заштрихованый квадратик 1*1 и такой же - чистый. То есть над и под синусоидой - равные площади.

Для того же поворота шкива/звезды, и равного вытягивания цепи, и равного перемещения велосипеда. Перемещение - равное, работа - разная.


Теперь ясно, что не так с картинками?
Можно и так - за то время, что пользующийся предложенным Вами вариантом линейного привода сделает 1 цикл движений, затративший ту же энергию "крутильщик" - сделает три оборота педалей.

Насчет равномерности - в начале и конце движения ноги на линейном приводе нога останавливается. Натяжение цепи на очень короткое время падает до 0. При кручении педалей этой остановки - нет. Есть плавное изменение нагрузки, причем у техничного ездока - весьма малое. Ноги при педалировании НЕ движутся рывками, они движутся более менее равномерно - посмотрите сами любой клип с работой на трейнере. А вот на линейном - таки да, рывками. Что можно увидеть на любом силовом тренажере с тросовым приводом и гиревым нагружением, дающим на мышцы постоянную нагрузку.

А насчет придумать - бросайте желаемую кинематику движения ног, и попробую придумать, как ее реализовать на стандартном решении рамы вела. Влетать в бревно звездой системы - не самое приятное, и довольно болезненное дело. Тут я согласен, если убрать каретку повыше, то может получиться довольно интересно. С линейным приводом - сильно сомневаюсь.
И еще маленькая мелочь. Для не затяжеленной ноги наилучшая, в смысле энергетической выгодности частота шага - около 90. Близкая
к предельной для здорового человека, но не спортсмена 120-130. Профи крутят и выше, ну так то - профи. Может пригодиться.
В гребном - задействована почти вся мускулатура, так что на коротких дистанциях он вполне может иметь преимущество.
Ездит у нас один старикан на полноприводном байке - хорошо за 70 ему, и ездит, для своего возраста, очень даже неплохо. На заднее - штатный привод, на переднее - гребет рулем. Фоток не будет - пока он не оформил патента - сниматься не хочет. Но лапа - грецкие орехи колоть. В кулаке.

andr
Вот это подборка! Спасибо.

Если уж речь зашла о приводе на переднее колесо... Мне кажется, самым рациональным было бы иметь на велосипеде обычный привод на заднее колесо, а впридачу к нему на переднем колесе - линейный привод работающий от колебаний передней подвески.

Тогда во-первых получится полный привод, во-вторых привод переднего колеса не будет мешать нормальной езде в спокойных условиях, не будет затруднять маневрирование. И - главное - он будет сильнее всего помогать езде именно тогда когда больше всего нужен: в момент когда переднее колесо наткнулось на препятствие в виде бордюра или какой-то колдобины. И при необходимости можно было бы работать им и на ровном месте толкая руль руками вверх-вниз.

Во! И я об этом. Кривошип сжирает больше чем линейный привод. Кто говорит? Эргономика.
Представьте - у Вас есть каманный но полноценный велосипед.

Это кадр из фильма. В фильме он реально едет. Но он неэргономичен.
Но ехать можно. На кривошипе ехать можно вполне успешно. Вот и ездим. Освоили, привыкли и ездим.
А некоторые в цирке ездят по канату. Тоже освоили, привыкли.
Но до изобретателей велосипеда никто не пытался освоить езду на деревянной скамейке пока один не попробовал.