외발자전거

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배경

외발자전거는 전통적으로 서커스 공연에 사용되는 외바퀴 차량입니다. 스포크 휠, 페달 및 시트에 부착된 튜브 모양의 몸체로 구성됩니다. 외발자전거는 자전거처럼 만들어집니다. 개별 부품은 별도로 생산된 다음 제조업체에서 함께 조립됩니다.

연혁

외발자전거의 역사는 자전거의 발명과 함께 시작되었습니다. Comte De Sivrac은 18세기 후반에 처음으로 자전거를 개발했습니다. celerifere라고 불리는 그의 장치는 나무 기둥으로 연결된 두 개의 바퀴가 달린 목마였습니다. 1816년에 이와 같은 목마는 조향 장치를 추가하여 개선되었습니다. 1840년에 Kirkpatrick Macmillan은 발로 취미 말에 동력을 공급하는 메커니즘을 도입했습니다. 1860년대에는 고무 타이어, 금속 스포크 휠 및 볼 베어링 허브가 도입되면서 상당한 진전이 있었습니다. 1866년에 James Stanley는 Penny Farthing이라는 독특한 자전거를 발명했습니다. 외발 자전거의 영감으로 여겨지는 것이 바로 이 차량입니다.

19세기 후반에 Penny Farthing은 인기 있는 자전거였습니다. 큰 앞바퀴와 작은 뒷바퀴가 있었습니다. 페달 크랭크가 앞 차축에 직접 연결되어 있기 때문에 뒷바퀴가 공중으로 올라가고 라이더가 약간 앞으로 움직입니다. 이로 인해 라이더는 뒷바퀴를 공중에 두고 얼마나 오래 탈 수 있는지 알게 되었고 외발자전거가 탄생했습니다. 이 발달 이론에 대한 증거는 큰 바퀴가 달린 외발 자전거를 보여주는 18세기 후반의 사진에서 찾을 수 있습니다.

외발자전거는 자전거보다 더 고도의 기술이 필요하기 때문에 탈 수 있는 많은 사람들이 연예인이 되었습니다. 수년 동안 외발 자전거 애호가들은 제조업체가 좌석이 없거나 키가 큰 기린 외발 자전거와 같은 새로운 디자인을 만들도록 영감을주었습니다. 1980년대 후반에 일부 익스트림 스포츠맨들이 외발자전거에 관심을 갖게 되었고 거친 지형에서 야외 외발자전거가 탄생했습니다. 오늘날 외발 자전거는 상대적으로 잘 알려지지 않은 차량으로 남아 있지만 그 어느 때보 다 더 많은 사람들이 외발 자전거를 타고 있습니다.

디자인

외발자전거는 바퀴가 하나뿐인 차량입니다. 일반적으로 휠 허브에 부착된 프레임에 부착된 시트로 구성됩니다. 좌석은 다양한 크기와 모양으로 제공됩니다. 자전거 시트와 달리 종종 약간 아래쪽으로 구부러져 대칭입니다. 패딩 처리되어 있으며 라이더가 피할 수 없는 추락 중 하나에서 보호하기 위해 양쪽 끝에 "범퍼"가 있을 수 있습니다. 일부 좌석은 라이더가 다양한 트릭을 할 수 있도록 전면에 손잡이가 있도록 설계되었습니다.

시트는 시트 포스트를 통해 프레임에 부착됩니다. 사용 가능한 다양한 유형의 기둥은 높이 조절이 가능한 방식으로 차별화할 수 있습니다. 가장 기본적인 안장 기둥은 일정한 간격으로 구멍이 뚫린 금속 튜브입니다. 본체에는 싯포스트를 고정하기 위한 볼트가 들어가는 구멍도 있습니다. 시트를 높이거나 낮추기 위해 볼트를 제거하고 시트를 다음 구멍으로 조정하고 볼트를 교체합니다. 보다 정교한 시트 포스트는 구멍이 없지만 클램프를 통해 프레임에 부착됩니다. 클램프는 오점 또는 육각 렌치 나사로 풀거나 조여 안장 기둥의 높이를 조정합니다. 이 디자인을 통해 시트 높이를 미세하게 조정할 수 있습니다. 이러한 차이점 외에도 일부 시트 포스트는 각도 조정이 가능합니다.

외발 자전거 프레임은 바퀴에 부착되는 두 개의 포크와 안장 기둥에 연결되는 중공 튜브가 있는 금속 구조입니다. 다른 디자인을 사용할 수 있습니다. 가장 단순한 것은 바퀴 위에 볼트로 결합된 플랫 포크가 있고 안장 기둥에 부착되어 있습니다. 이 디자인의 보다 정교한 버전에는 더 나은 강성을 위해 곡선형 포크가 있습니다. 더 나은 디자인은 사각형 또는 둥근 포크 크라운이 있는 관형 원피스 바디입니다. 이러한 구조는 약점이 적고 내구성이 뛰어납니다.

프레임은 베어링, 페달 크랭크 및 스포크 허브와 함께 휠 중앙에 부착됩니다. 베어링은 마찰을 줄이는 밀봉된 강철 볼입니다. 페달 크랭크는 베어링에 부착되어 있으며 크랭크 끝에는 페달이 있습니다. 스포크 허브는 각 휠 스포크가 부착되는 영역입니다. 허브는 스포크에 부착되는 직선 또는 각진 플랜지를 가질 수 있으며 분할 또는 분할 샤프트가 있습니다.

스포크는 두께가 0.2~0.32cm(0.08~0.125인치)인 얇은 금속 튜브입니다. 외발 자전거의 스포크 수는 디자인에 따라 다르며 28개에서 48개까지 가능합니다. 일반적으로 스포크는 많을수록 좋습니다. 스포크는 휠에서 다양한 패턴으로 배열될 수 있습니다. 예를 들어 3개 또는 4개의 교차 패턴을 가질 수 있습니다. 또한 강도와 안정성을 추가하는 인터리브 패턴을 가질 수 있습니다. 스포크는 일련의 구멍을 통해 타이어 림에 부착됩니다. 이 구멍은 스포크의 각도와 일치하도록 직선 또는 각을 이룰 수 있습니다.

외발 자전거의 마지막 구성 요소는 타이어입니다. 표준 외발자전거 타이어는 둥근 단면과 평평하거나 매끄러운 트레드를 가지고 있습니다. 이 디자인은 평평한 표면에서 타는 데 이상적입니다. 일부 실외 외발 자전거 타이어는 거친 지형에 더 적합한 두꺼운 트레드를 가지고 있습니다. 표준 외발자전거 타이어의 크기는 26인치(66cm)입니다.

방금 설명한 표준 외발 자전거 외에도 다른 디자인을 사용할 수 있습니다. 기린 외발자전거는 자전거처럼 체인으로 구동되는 키가 큰 차량입니다. 표준 외발 자전거의 높이는 약 3피트(0.91m)인 반면 기린 외발 자전거는 15-20피트(4.6-6.1m)입니다. 기린 외발 자전거의 기록 높이는 약 30.5m입니다. 외발 자전거의 또 다른 유형은 Ultimate Wheel이라고 합니다. 이 버전은 휠과 페달로만 구성된 시트나 바디가 없습니다. 스포크는 일반적으로 라이더의 발목 부상을 줄이기 위해 합판 디스크로 교체됩니다. 임파서블 휠은 라이더가 서 있는 휠과 사이드 포스트로 구성되어 있습니다. 이 외발자전거의 도전은 스스로 추진하는 방법을 찾는 것입니다. 마지막으로 희귀한 외발자전거 유형은 모노사이클입니다. 이 디자인은 안쪽에 좌석이 있는 큰 바퀴로 구성되어 있습니다.

원자재

외발자전거를 만드는 데는 수많은 원료가 사용됩니다. 본체는 강도와 강성을 제공하면서도 가벼움을 유지해야 하므로 일반적으로 강철 합금, 알루미늄 또는 티타늄으로 만들어집니다. 강철은 주로 철로 구성된 재료입니다. 포함될 수 있는 다른 금속에는 알루미늄, 망간, 티타늄, 텅스텐, 바나듐 및 지르코늄이 포함됩니다. 1990년대에는 탄소 섬유와 같은 복합 재료가 도입되어 현재는 외발 자전거 프레임을 만드는 데 사용되기도 합니다. 프레임 재질에 따라 베이크온 에나멜, 분말 코팅 또는 크롬 도금을 포함한 다양한 코팅으로 보호할 수 있습니다.

금속 합금은 림, 스포크, 페달 크랭크, 허브 및 시트 포스트의 구성에도 사용됩니다. 가장 기본적인 림은 크롬 도금된 강철로 구성됩니다. 보다 정교한 구조는 강철 합금 또는 크롬 도금 강철 합금을 사용합니다. 일반적인 스포크는 아연 도금 강철로 만들어집니다. 스테인레스 스틸 또는 크롬 도금 스틸로 만들 수도 있습니다.

외발 자전거의 다른 구성 요소는 다양한 재료를 사용하여 만들어집니다. 페달은 고무 또는 플라스틱으로 만들어집니다. 기본 페달은 스핀들 조정이 없는 단단한 고무 블록 구조로 되어 있습니다. 더 나은 페달은 다양한 크기의 라이더에 맞게 조정 장치가 있는 단단한 플라스틱으로 만들어집니다. 시트는 가죽이나 비닐과 같은 다양한 재료로 만들 수 있습니다. 그들은 또한 폴리스티렌 또는 폴리프로필렌 패딩을 가질 수 있습니다.

제조
프로세스

외발자전거의 생산은 일반적으로 두 단계로 이루어집니다. 첫 번째 단계에서 개인 외발자전거. 구성 요소가 만들어집니다. 특정 구성 요소를 전문으로 하는 별도의 제조업체가 일반적으로 이 작업을 수행합니다. 두 번째 단계에서는 외발자전거 제조업체가 부품을 구매하여 조립합니다.

프레임 만들기

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1 프레임용 이음매 없는 튜브는 강철 블록으로 만들어집니다. 강철을 가열하여 실린더 모양으로 성형합니다. 이 실린더는 용광로에 넣어 하얗게 뜨거워집니다. 그런 다음 고압으로 압연됩니다. 압연은 강철을 늘리거나 빼내고 중앙에 구멍을 만듭니다. 총알 모양의 피어싱 포인트가 강철을 굴릴 때 강철의 중앙을 통해 밀리게 됩니다. 피어싱 단계 후 튜브는 불규칙한 모양이나 두께를 수정하기 위해 일련의 압연기를 통과합니다.

2 튜브를 외발 자전거 프레임으로 만들기 위해 먼저 부드러워질 때까지 가열합니다. 이를 통해 튜브가 구부러지고 적절한 구조로 형성됩니다. 외발 자전거 디자인의 한 유형에서 포크는 평평하고 끝이 압착되어 밀봉됩니다. 이 끝은 또한 더 큰 안정성과 강도를 제공하기 위해 용접됩니다. 프레임이 휠 축에 부착될 장소를 제공하기 위해 주름진 끝에 구멍이 뚫려 있습니다. 이 과정은 기계나 손으로 할 수 있습니다. 싯포스트에 부착되는 프레임 부분을 롤러를 이용하여 적당한 두께로 뽑아낸 후 재단합니다. 그런 다음 3개의 프레임 조각은 포크에 부착되는 2개의 구멍과 세 번째 조각에 부착되는 중간의 반대쪽에 1개의 구멍이 있는 금속 커플러로 함께 결합됩니다. 이 링크는 용접으로 닫혀 있습니다.

3 프레임을 지그에 올려 놓고 정렬 및 모양이 올바른지 확인합니다. 아직 뜨거우니 미세한 조절이 가능합니다. 과도한 플럭스와 브레이징 금속이 제거되고 용접부가 매끄럽게 연마됩니다. 금속이 냉각된 후 다른 조정이 이루어질 수 있습니다.

4 금속 프레임을 보호하고 외관을 더욱 돋보이게 하기 위해 일반적으로 코팅됩니다. 코팅은 핸드 스프레이 페인팅 또는 자동 정전기 스프레이 룸을 통해 프레임을 통과하여 수행할 수 있습니다. 이 방에서는 프레임에 음전하를 띠고 양전하를 띤 페인트를 뿌립니다. 프레임이 회전하여 전체 적용 범위를 얻습니다. 그런 다음 마감 래커가 적용됩니다. 일부 외발 자전거는 페인트 대신 크롬 도금으로 코팅되어 있습니다.

5 시트는 일반적으로 외부 계약자가 만들어 공장으로 배송합니다. 시트 포스트는 시트 바닥에 볼트로 고정되어 있습니다. 그런 다음 안장 기둥을 외발 자전거 프레임에 삽입하고 볼트 또는 클램프로 부착합니다.

휠, 림 및 스포크

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6 림은 강철 스트립을 원형 고리로 굴리는 기계에서 생산됩니다. 그런 다음 후프를 용접하고 추가 모양을 만듭니다. 구멍은 설정된 간격과 각도로 림에 뚫립니다. 타이어의 공기 노즐에 접근할 수 있도록 림에도 더 큰 구멍이 뚫려 있습니다.

7개의 스포크가 이 구멍의 림에 부착됩니다. 스포크의 한쪽 끝에는 림 구멍에 나사로 고정하는 니플이 있습니다. 스포크의 다른 쪽 끝은 금속 디스크 모양의 장치인 휠 허브에 부착되어 있습니다. 스포크는 특정 패턴으로 림 구멍과 허브에 배치됩니다. 스포크는 휠을 곧게 펴기 위해 균일한 방향으로 조입니다. 스포크에 의한 손상으로부터 내부 튜브를 보호하기 위해 라이너가 림 내부에 배치됩니다.

8 고무 내부 튜브를 림 주위에 배치한 다음 외부 타이어를 부착합니다. 에어 노즐은 림 프레임을 통해 당겨지고 내부 튜브는 적절한 공기 압력으로 팽창됩니다.

최종 조립

9 외발자전거를 완성하기 위해 다양한 조각들이 연결되어 있습니다. 프레임은 단단한 금속 튜브를 통해 바퀴에 부착됩니다. 베어링은 페달 크랭크와 함께 동일한 영역을 따라 부착됩니다. 전체 어셈블리는 너트와 볼트로 제자리에 고정됩니다. 외발자전거 타이어가 팽창되고 최종 조정이 이루어집니다.

품질 관리

외발자전거의 각 부분이 사양을 충족하는지 확인하기 위해 다양한 테스트가 수행됩니다. 품질 관리의 첫 번째 단계는 외발 자전거 부품 공급업체에서 제공합니다. 육안 검사는 대부분의 제조 공정에서 수행됩니다. 플라스틱 부품 제조업체의 경우 육안 검사를 통해 변형된 부품 및 부적절하게 장착된 부품과 같은 것을 찾을 수 있습니다. 또한 다른 품질 관리 조치가 취해집니다. 예를 들어, 강관 제조업체는 특정 두께로 관을 형성해야 합니다. 이를 위해 X선 게이지로 알려진 장치를 사용합니다. 이 장비는 생산 라인에 직접 부착되어 있으며 두께 변화가 감지되면 롤러를 제어하여 강관의 크기를 조정합니다.

품질 관리의 두 번째 단계는 외발 자전거 제조 공장에서 수행됩니다. 들어오는 구성 요소는 사양을 충족하는지 확인하기 위해 물리적으로 검사됩니다. 예를 들어 타이어의 지름을 측정하거나 프레임의 색상을 확인합니다. 외발자전거가 조립된 후 품질 관리 전문가가 명백한 결함이 있는지 테스트합니다. 예를 들어, 바퀴가 똑바른지 확인하기 위해 회전하거나 볼트가 조여졌는지 확인합니다.

미래

외발 자전거 디자인은 수년에 걸쳐 거의 변경되지 않았지만 발명가들은 더 나은 자전거를 만들기 위한 노력을 멈추지 않았습니다. 이러한 시도의 대부분은 외발자전거를 더 안전하고 타기 쉽게 만드는 것과 관련이 있습니다. 예를 들어, 1994년에 미국에서 발행된 특허에는 제한된 기울기를 갖도록 설계된 외발자전거가 설명되어 있습니다. 본 발명은 페달에 부착된 접지 접점을 사용하여 라이더가 경험하는 기울기의 양을 제한합니다. 1999년에 발행된 또 다른 특허는 초보 라이더를 도울 수 있는 핸들바가 장착된 외발 자전거에 대해 설명합니다. 이러한 새로운 디자인 외에도 외발자전거의 다른 개선 사항은 차량을 더 강하고 내구성 있고 더 가볍게 만드는 새로운 복합 재료의 형태일 것입니다.

자세히 알아보기

도서

Kirk-Othmer 화학 기술 백과사전. 뉴욕:John Wiley &Sons, 1994.

정기간행물

Johnson, R. C. "외발자전거와 분기점." 미국 물리학 저널 (1998년 7월).

Martin, S. "Miyata Unicycle./ 자전거 타기 (1993년 4월).

기타

외발자전거 웹 페이지. 2001년 12월. .

페리 로마노프스키