Карданный велосипед?!

 Привод Хилдика - не совсем удачная альтернатива цепи (1898 г.).

Эскиз вального велосипедного привода с коническими шестернями (1898 г.).

 Задняя коническая шестерня.

Rohloff-планетарный механизм переключения передач, встроенный в заднюю втулку.

В конце XIX в. многие изобретатели и конструкторы пытались создать бесцепные велосипедные приводы. Кроме вала предлагалось множество других альтернатив цепи, но только вальный привод получил дальнейшую практическую реализацию.

Первые вальные приводы для велосипедов были изобретены и в 1890 г. независимо друг от друга в США и Великобритании. А. Фернхед создал такой привод в Лондоне в 1890 г. и запатентовал его 1891 г. В его прототипе вал вращался внутри трубки, которая находилась над пером рамы, в более поздних моделях вал вращался непосредственно внутри пера.
В США Вальтер Стиллман подал заявку на патент для велосипедного вального привода десятого декабря 1890 г. Патент был выдан 21 июля 1891 г.

Вальный привод не был хорошо принят в Англии, поэтому в 1894 г. Фернхед привез его в США, где компания Pope Manufacturing Company купила эксклюзивные права на это изобретение на территории США.

Любопытно, что известный конструктор велосипедов того времени, профессор Арчибальд Шарп, был против вала; в своей классической книге «Велосипеды и трициклы» 1896, он пишет:
"Механизм Фернхеда .... если бы можно было изготавливать конические шестерни с большой точностью и минимальными затратами, то можно было бы сказать, что передачи такого типа смогли бы заменить цепной привод, но факт того, что зубья конических шестерен невозможно фрезеровать с необходимой точностью, является серьёзным препятствием для его практического внедрения." 

Производство вальных приводов в США начались уже в 1893 г. компанией League Cycle Company. Вскоре после этого, французская компания Metropole выпускает бесцепной велосипед «Acatane». В 1897 г. начинается массовое производство бесцепных приводов в США по лицензии компании League Cycle Company. В 1898-99 гг. бесцепные велосипеды становятся довольно популярными, но количество их продаж заметно меньше, чем классических велосипедов, из-за относительно высокой цены.

Вальные велосипеды были также несколько менее эффективны. Около восьми процентов потерь энергии приходилось на передачи, в частности, из-за ограниченных производственных технологий того времени. Заднее колесо было труднее снять, чтобы заменить покрышку или камеру. Многие из этих недостатков были преодолены в двадцатом веке.

youtube.com - Съем и установка колеса на кардане

В 1902 г. компания Hill-Climber выпустила на рынок трехскоростной велосипед с приводом от вала, в котором разные передаточные отношения был реализованы тремя наборами конических шестерней. Хотя небольшое количество бесцепных велосипедов производилось, по большей части, велосипеды с валом исчезли из вида на протяжении 20-го в.

Однако, до сих пор существует ниша на рынке велосипедов, которую занимают велосипеды с вальным приводом, особенно в секторе дорожных (городских) велосипедов. И есть ряд производителей, которые предлагают такие велосипеды. Ярким примером являются велосипеды компании Biomega (Дания).

Техническая реализация.
Для обеспечения возможности переключения передач приводной вал соединяют с встроенным в заднюю втулку (ступицу) редуктором. На сегодняшний день можно выделить три наиболее крупных производителя встроенных (внутренних) редукторов, которые можно использовать с вальным приводом, это Shimano, SRAM и Sturmey-Archer.

 Коническая зубчатая передача.
Использование конических шестерен позволяет развернуть ось крутящего момента, который идет от педалей, на 90 градусов. Для передачи крутящего момента к заднему колесу требуется две пары конических шестерен (Z-образная передача), одна возле кареточного узла, вторая возле втулки заднего колеса. Конические шестерни − самый эффективный способ изменения угла оси вала, они обеспечивают меньшее трение по сравнению с червячными передачами.

У многих велосипедистов (да и пешеходов, имеющих общие представления о механике) безусловно возник вопрос: "Крутить ногами вал - наверняка тяжелее, чем цепь. Да и обслуживание более сложного механизма более трудоемкое, а некоторым и не под силу".
Но так ли это на само деле?!
Как цепной привод, так и карданный имеют свои преимущества и дают близкий КПД на уровне около 95%. Карданный привод является более безопасным и простым. Он исключает опасность рывков цепи при езде по пересечённой местности. Он чище и наезднику больше не придется иметь дела с перепачкаными маслом цепью и одеждой. Также он более долговечен и неприхотлив, поскольку все части привода закрыты.
Цепной же привод гибче и он может поглотить больше толчков, поскольку может растягиваться. Также он имеет больше места для различных шестерен, а наличие различных передаточных соотношений является важным для плавной и комфортной езды (в автомобилях это обеспечивается педалью сцепления). Кроме того, он дешевле, чем карданный привод.
Итак, у карданный привод: 
"+" оригинален, 
"+" реже требует профилактики,
"+" закрытость конструкции делает ее более стойкой к внешним механическим и климатическим воздействиям,
"+" значительно больший клиренс (около 30 см),
"+" большая безопасность для пользователя - одежда не может быть "закушена" или испачкана, легче транспортировать,
"+" почти постоянный КПД - 95% (в зависимости от технического состояния цепь дает 74-95%),
"+" лучшая аэродинамика,
"-" при этом профилактика кардана сложнее, 
"-" больший вес (на данном уровне развития технологии (вспомните историю с мобильными телефонами ;))),
"-" большая стоимость (тоже временно),
"-" сложность реализации вальной передачи на полноподвесных велосипедах (возможно, тоже решится скоро),
"-" более жесткий ход - передача ударов от колеса на педали/ноги (и это может быть исправлено),
"-" не дает возможности так же компактно реализовать большое количество передач; но переключение передач на кардане происходит плавнее. 

 Но следует заметить, что вальный привод уже сегодня вполне подойдет для прогулочных и городских велосипедов, особенно с точки зрения элегантности и эстетичности внешнего вида велосипеда.
 

Что касается стоимости карданных веломашин, то на сегодня она составляет около 30000 рублей (где купить такой веловипед в Украине я пока не нашел, поэтому переводите в гривны соответственно текущего курса валют).

Источники информации:
wikipedia.org
velosvit.com.uа