Aandrijvingen

Er wordt in dit hoodfstuk gekeken naar wat voor soort aandrijvingen er zijn. Bij deze aandrijvingen wordt gekeken naar de voor- en nadelen en de werking. Daarnaast wordt gekeken welke aandrijving het meest geschikt is om te gebruiken voor het vluchtvoertuig.

De tandriemaandrijving

Dit is een riem/snaar met uitsparingen waar het tandriemwiel in pakt, zie figuur 1& 2.

Voordelen: het is een soepele aandrijving omdat er niet gescharnierd hoeft te worden zoals bij een normale fietsketting. Het is onderhoudsvriendelijk, het hoeft niet gesmeerd te worden. De aandrijving heeft een lange levensduur, uit duurtests is gebleken dat hij twee tot drie keer langer mee gaat als een gewone ketting. De riem is sterk mede doordat deze versterkt zijn met kevlar of carbonvezels. Ook zorgt dit ervoor dat er weinig rek in de riem zit, waardoor deze vaak alleen na het eerste gebruik opnieuw gespannen moet worden maar daarna niet meer. Verder is er geen kettingkast nodig omdat het vuil door de opengewerkte tandwielen naar buiten wordt geperst. De tandriemaandrijving is heel licht, ongeveer 300 gram, inclusief voor en achtertandwiel. Dit is afhankelijk van de lengte.

Nadelen: de tandriemaandrijving kan alleen gecombineerd worden met versnellings-

naven en niet met een derailleursysteem. Omdat de tandriem een gesloten band is

moet de achtervork open kunnen. Hiervoor is een speciaal frame nodig. Dit frame moet heel nauwkeurig gemaakt worden en is daardoor lastig om deze zonder professionele werkplaats te maken. De tandriem is niet te repareren wanneer deze breekt en moet in zijn geheel vervangen worden. Door de hoge constructie-eisen en het materiaal is de ketting duur, zo tussen de €300 en €500.

De kettingwielaandrijving

Deze ketting wordt gebruikt op alle recreatieve fietsen. De energie wordt overgebracht doormiddel van een ketting en een kettingwiel, zie figuur 3.

Voordelen: de ketting is makkelijk op maat te maken door schakels toe te voegen of te verwijderen. Wanneer de ketting goed gespannen is zit er geen slip op de ketting. Ook is het stukken goedkoper dan andere soorten aandrijvingen. Wanneer de ketting goed wordt onderhouden heeft deze een hoge overbrengingsverhouding.

Nadelen: hoe ouder de ketting is hoe meer energieverlies erop treedt, omdat de ketting slijt. Ook heeft de ketting wel onderhoud nodig, deze moet af en toe gesmeerd worden en schoongemaakt worden na gebruik. De ketting is wel gevoelig voor roest, wanneer deze lange tijd niet gebruikt wordt bestaat de kans dat deze gaat roesten.

Cardanaandrijving

Hierbij wordt doormiddel van een as de energie overgebracht op de achteras. Deze aandrijving komt vaak voor op motoren en auto’s. In plaats van een kettingwiel wordt op de trapas een kroontandwiel geplaats. Deze drijft vervolgens de cardanas weer aan die de energie overbrengt (doormiddel van kroontandwielen) op het wiel. In figuur 4 is een cardanaandrijving afgebeeld.

Voordelen: het systeem is compacter dan een normale kettingkast. Er is minder onderhoud nodig dan bij een fiets met kettingkast. Doordat het een gesloten systeem is komt er niet veel vuil bij de assen.

Nadelen: de cardanaandrijving heeft een iets groter energieverlies ten opzichte van een goed onderhouding ketting. Ook is het een complexe aandrijving die moeilijker te fabriceren is en daardoor ook duurder wordt. De frameconstructie moet worden aangepast op de asaandrijving, hierdoor wordt het systeem samen met het frame ook zwaarder dan bij een kettingaandrijving.

Voorwielaandrijving of achterwielaandrijving?

Om een goede keuze te maken voor de aandrijving wordt er gekeken naar de voor en nadelen van elke aandrijving.

Een tandriemaandrijving is een goede optie omdat het weinig energieverlies heeft, weinig onderhoud nodig heeft, goed tegen vuil kan en een lange levensduur heeft. Ook is de kans dat de ketting eraf valt klein. Het grote nadeel is dat het lastig te vervaardigen is in een niet profesionele werkplaats. Daarom wordt er in dit project gekozen om met een kettingaandrijving te werken. Ook omdat een kettingaandrijving, mits goed onderhouden, bijna geen energieverlies heeft en ook lang mee kan gaan

Naast de soort aandrijving is er een keuze tussen voorwielaandrijving of een achterwielaandrijving. Bij een voorwielaandrijving wordt bij ligfietsen vaak gebruik gemaakt van een kantelknik mechanisme. Dit houdt in dat er gestuurd wordt met de benen. Afhankelijk van het ontwerp kan de ketting ook kort vrij kort zijn.

De achterwielaandrijving is de meeste gebruikte manier op een ligfiets. Hierdoor heeft de fiets een betere grip dan fietsen met voorwielaandrijving. Ook loopt de ketting minder schuin ten opzichte van de tandwielen. Hierdoor wordt de kans dat de ketting eraf gaat kleiner. Wel wordt de ketting erg lang, bijna drie keer zo lang, omdat hij van voor naar achteren loopt. Doordat de ketting zo lang wordt, is de kans groter dat de ketting eraf gaat. Maar ook zijn er meer tandwielen nodig waardoor er meer energieverlies optreedt.

Tijdens de vluchtpoging moet men snel weg kunnen en is het belangrijk dat de breekkans en de kans dat de kettings eraf valt zo klein mogelijk wordt gemaakt. Om dit te kunnen verwezenlijken wordt er gekozen om met een voorwielaandrijving te werken.

Overbrenging

Nu de soort aandrijving bepaald is, moet er berekend worden wat voor soort overbrenging en ketting nodig is voor het vluchtvoertuig.

Eerst wordt het rekenvermogen van de doelgroep bepaald. Hiermee kan vervolgens het rolweerstandcoëfficiënt op verschillende ondergronden worden berekent, waaruit ook de maximaal bereikbare snelheid komt. Met de voorgaande berekeningen kan de gewenste overbreng verhouding, i, van de eventuele versnellingsnaaf worden berekend. Als laatst wordt de soort ketting bepaald.

Het vermogen waar vanuit wordt gegaan is 100 Watt. Dit is bepaald aan de hand van verschillende bronnen op internet. Ook is er zelf getest wat een getrainde jongeman in 10 minuten voor vermogen levert, dit is 200 Watt. Er wordt gekozen voor 100 Watt omdat ook ongetrainde personen in een vluchtsituatie dit waarschijnlijk wel halen.

Het vluchtvoertuig moet over verschillende ondergronden kunnen rijden waardoor er ook verschillende rolweerstandscoëfficiënten zijn. Het voertuig moet over gras en asfalt kunnen rijden. Gras heeft een rolweerstandcoëfficiënt 0.2, asfalt heeft een rolweerstandscoëfficiënt van 0.015. De waardes van de rolweerstandscoëfficiënten zijn het gemiddelde van waardes die zijn gevonden op internet.

De snelheid wordt bepaald aan de hand van het vermogen en de rolweerstandcoëfficiënt. Bij de snelheid wordt de luchtweerstand verwaarloosd.

Met de formule van het vermogen kan de snelheid worden berekend als de formule wordt omgebouwd naar een formule van de snelheid, zoals onderstaand is te zien.

Snelheid op gras:

Snelheid op asfalt/ beton:

Met de bekende fietssnelheid zijn het aantal omwentelingen per seconde van het wiel te berekenen. Dit gebeurd aan de hand van onderstaande formule. De diameter van het wiel is 406 mm. Dit wordt berekent in het hoofdstuk Banden.

Voor het fietsen op vlakke ondergronden ligt te optimale trapfrequentie tussen de 70 en 100 omwentelingen per minuut. Er wordt gekozen om bij de berekeningen gebruik te maken van 90 omwentelingen per minuut wat gelijk is aan 1.5 omw/sec voor de voet. Voor de berekening geldt dus .

De overbrenging op het gras is i = 3.2, dit bekent dat i > 1, wat resulteert in een vertraging. De overbrenging op asfalt is i = 0.25, dit betekent i< 1, wat resulteert in een versnelling. Voor het rijden op gras is dus een vertragende overbrenging nodig en op asfalt is een versnellende overbrenging nodig. Wanneer er versnellingen op het vluchtvoertuig komen, kan er het meest efficient gefietst worden.

Het grote kettingwiel wordt aangenomen waarbij het aantal tanden van het kettingwiel, z1 = 53

Uit bovenstaande berekening blijkt dat dit kettingwiel 16 tanden moet hebben. Het kleinste kettingwiel slijt het snelst waardoor deze als maatgevend wordt genomen. Hiermee wordt dan ook het kettingtype bepaald. Daarvoor is eerst het gecorrigeerd vermogen nodig. De waarde 1.1 komt uit de tabel voor het correctiefactor voor vermogen.

In onderstaande tabel kan nu het kettingtype worden afgelezen. Er is een kettingsteek van 15.88 mm nodig, wanneer deze regelmatig wordt belast en een levensduur van ongeveer 15000 uur heeft. Bij deze kettingsteek is er een aanbevolen hartafstand van 760 mm.