Single Wheel Bike Trailer (No Weld)

Bicycle trailers! What a bustling topic huh? Only here at Instructables I've accounted above a hundred entries! Well, in this tutorial I'll show a way I found to build a single wheel bike trailer using 20x20 and 20x40 slotted aluminum profiles (are being popular for CNC frame building). Besides being lightweight, this model I designed also counts with shock absorbers for a smoother ride and to protect fragile goods that might be carried around.

I'm not aiming to make a real step-by-step guide describing all the nuts, bolts and etc, as the exact parts may not be available in your location or you may want to customize the project to your needs. Then feel free to ask about any specifics that you couldn't figure out!

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Reboques para bicicleta! Que tópico agitado, hein? Só aqui no Instructables contei mais de 100 registros! Neste tutorial, mostrarei uma maneira que encontrei de construir uma carretinha com perfis de alumínio estrutural de 20x20 e 20x40 (populares na montagem de máquinas CNC). Além de leve, esse modelo que projetei também conta com amortecedores para tornar a condução suave e proteger melhor cargas sensíveis.

Não tenho intenção de fazer um verdadeiro passo a passo descrevendo todas as porcas, parafusos e etc, pois as peças exatas podem não estar disponíveis na sua localidade ou você pode querer personalizar o projeto às suas necessidades. Então fique à vontade para perguntar sobre qualquer detalhe que não tenha compreendido!

Step 1: Drawing

To get a better picture about sizes and moving parts, I decided to draw in 3D first. I used the open source FreeCAD program for that and I've drew only the profiles (no connectors, hitch and other hardware). The 16" wheel I found somewhere on the web. Couldn't upload the file here, it seems the .FCStd extension is not accepted, so I'll leave a link: https://app.box.com/s/hsq83v5wsbl7oh25g906deb86sqe7lne

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Para ter uma melhor ideia de tamanhos e partes móveis, decidi desenhar em 3D primeiro. Usei o programa de código aberto FreeCAD e desenhei somente os perfis (sem conectores, engate e outras peças). A roda de 16" encontrei em algum lugar na web. Não consegui upar o arquivo aqui, parece não aceitar a extensão .FCStd, então vou deixar um link: https://app.box.com/s/hsq83v5wsbl7oh25g906deb86sqe7lne

Step 2: Main Structure

Once the profile's measures are defined, next step is to specify them to your local supplier. I've attached a catalog (in Brazilian Portuguese) to better illustrate about the connectors, accessories and other technical aspects. The coolest thing about those profiles is that you can easily assemble the whole thing in your living room using only a hex Allen key set.

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Uma vez definidas as medidas dos perfis, o próximo passo é especificá-las ao fornecedor. Anexei um catálogo para ilustrar melhor a respeito dos conectores, acessórios e outros aspectos técnicos. O mais legal sobre esses perfis é que você pode montar tudo na sua sala de estar usando apenas um conjunto de chaves Allen.

Step 3: The Suspension Arm

The simplest way I figured to articulate the profiles was using one of the hinge sets shown in the same catalogue, they're zamak made and seems tough enough. First assemble them on the 20x20x270mm profile, then fix it on the main structure and finally mount the two 20x20x260mm profiles on it. I used 60x60x20mm aluminum brackets to reinforce this part.

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A maneira mais simples que pensei para articular a suspensão foi usando um conjunto de dobradiças mostrado no mesmo catálogo, são feitas em zamac e parecem resistentes o bastante. Primeiro monte-as no perfil de 20x20x270mm, depois fixe na estrutura principal e finalmente monte os dois perfis de 20x20x260mm. Usei cantoneiras de alumínio 60x60x20mm para reforçar esta peça.

Step 4: The Wheel

I've opted for a 16" wheel, but the hubs for this size are usually very poor constructed. Then I got a Shimano 32-hole with center lock and mounted the spokes spacing one hole to one another. Two fork-like pieces were handcrafted in aluminum to fix the hub to the suspension arm.

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Optei por uma roda aro 16", mas os cubos para este tamanho normalmente são bem frágeis. Então adquiri um Shimano de 32 furos com blocagem e montei os raios espaçando em um furo. Foram feitas duas peças em alumínio para fixar o cubo ao braço da suspensão.

Step 5: Shock Absorbers

One of the main features of this trailer is a low-cost suspension system. You noticed that I used simple gas springs (for wardrobe cabinets and general furniture). Many simple "full-suspension" bikes and trailers uses only a metal spring for absorbing the impacts, but with no dampening. The final effect it's a jumpy sheep.

They were fixed with the included hardware in one end, and at the other end with ø10mm ball studs and 30x30x20mm aluminum brackets. As finishing, I thought it was a good idea to wrap them in a piece of inner tube, in order to protect the rods from dirt. Each of these gas springs has a force of 120N, but you may vary that number according to your needs. As a comparative, I plan to carry a load of about 15Kg.

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Um dos principais atrativos deste reboque é um sistema de suspensão baratinho. Você notou que eu usei molas a gás simples (para armários de guarda-roupa e móveis em geral). Muitas bicicletas "full" e reboques simples usam apenas uma mola para absorver os impactos, mas sem amortecer a oscilação. O efeito final é um pula-pula.
Os pistões foram fixados numa extremidade com as ferragens inclusas, e na outra extremidade com pinos esféricos de ø10mm e cantoneiras de alumínio 30x30x20mm. Para acabamento, achei uma boa ideia envolvê-los num pedaço de câmara, de modo a proteger as hastes da sujeira. Cada uma destas molas a gás tem uma força de 120N, mas você pode variar esse número de acordo com as suas necessidades. Como comparativo, pretendo transportar uma carga de cerca de 15Kg.

Step 6: Trailer's Arm

The measurements of this arm will depend on the size of the bicycle wheel and the height at which the hitch is fixed, so I suggest simulate via 3D drawing or mock-up with some cheap material first. The reinforcement is imperative, as roughly half of the load will sit on this arm and the 20x40 profile itself is not very stiff.

The joint of this arm with the main structure is made with 2 M05 Allen bolts on the top and 4 M05 bolts at the bottom, mediated by this last 20x20x80mm profile with 4 through holes.

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As medidas deste braço vão depender do tamanho da roda da bicicleta e da altura que for fixado o engate, por isso sugiro simular primeiro por desenho 3D ou por mock-up com algum material barato. O reforço é obrigatório, já que que cerca da metade do peso ficará sobre este braço, e o perfil 20x40 em si não é muito rígido.
A união deste braço com a estrutura principal é feita com 2 parafusos M05 na parte superior e 4 parafusos M05 na parte inferior, intermediado por este último perfil de 20x20x80mm com 4 furos passantes.

Step 7: The Hitch

The hitch was the most troublesome part for me, as I was used to the axle and two wheels system. A single wheel trailer must only articulate in two axis. I'll take borrow the terms pitch and yaw to describe them: the first allows the trailer to flex up and down to follow the ground leveling; the second allows it to turn left and right. The rolling, though, must be subject to the bicycle's and the joint must be as tight as possible to prevent swinging at the roll axis. One important thing is to fix the yaw axis vertically (that is, do not use the seat post as axis), otherwise the trailer will lean sideways when making turns. Another thing is that the two axis must not be in the same plane, as it can be seen, I left a couple of inches between them.

For this construction, I used a piece of square aluminum tube that fits as close as possible to the arm profile, a cheap axial bearing and a bent piece of steel with holes that I had to ask a locksmith to make. Later I improvised a reinforcement with a steel support, as the bent plate was flexing too much. I'm really not proud of that solution and hope that someone have a better (and feasible) idea to share further on!

A curious detail, the bicycle-trailer set is able to stand still by positioning one 90 degrees to another... and I didn't plan it!! It happens that on the pitch axis the square profile is limiting the trailer's arm motion. Have you ever felt like your design was almost creating itself??

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O engate foi a parte mais problemática para mim, pois eu estava acostumado com o sistema de eixo e duas rodas. Um reboque de uma roda só deve articular somente em dois eixos. Vou usar os termos "pitch" e "yaw" para descrever: o primeiro permite flexionar o reboque para cima e para baixo para acompanhar o nivelamento do solo; o segundo permite que ele vire à direita e à esquerda. A "rolagem", no entanto, deve estar sujeita à da bicicleta e a articulação deve ser o mais firme possível para evitar oscilações nesse eixo. Uma coisa importante é fixar a articulação vertical (yaw) à 90º, portanto, não usar o canote do selim como eixo. Caso contrário o reboque irá inclinar lateralmente quando fizer curvas. Outra coisa é que os dois eixos (pitch e yaw) não devem estar no mesmo plano. Como pode ser visto, deixei alguns centímetros entre eles.
Para esta construção, usei um pedaço de tubo quadrado de alumínio que entra no perfil do braço (o mais próximo possível), um rolamento axial barato e um pedaço de chapa de aço dobrada com furos que tive que pedir a um serralheiro para fazer. Mais tarde improvisei um reforço com outro suporte de aço, pois a placa dobrada estava flexionando demais. Não estou muito orgulhoso dessa solução e espero que alguém tenha uma ideia melhor (e viável) para compartilhar mais adiante!

Um detalhe curioso, o conjunto bicicleta e reboque é capaz de ficar parado de pé posicionando um a 90º do outro... e eu não o planejei isso!! Acontece que no eixo "pitch" o perfil quadrado está limitando o movimento do braço do reboque. Já teve a sensação que seu projeto estava quase que criando a si mesmo??

Step 8: Utilities

As I plan to carry some electronics, this plastic waterproof case showed as a good solution. For fixing, two shelf L brackets, slot nuts and Allen bolts.

The trailer is very low of height and hard to be seen inside a car, so a very important item is a signaling flag. I've used a 1/4" piece of aluminum tube and a very eye-catching thin plastic sheet, fixed with double-sided tape.

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Como tenho planos de carregar equipamentos eletrônicos, esta caixa plástica à prova d'água me pareceu uma boa solução (apesar de meio cara). Para fixação, duas mãos francesas, porcas meia cana e parafusos Allen.
O trailer é muito baixinho e difícil de ser visto dentro de um carro, por isso é muito importante ter uma bandeira de sinalização. Usei um pedaço de tubo de alumínio de 1/4" e uma folha de plástico fina e reluzente, colada com fita dupla face.

Step 9: First Test

On my research for similar solutions, I couldn't see in any video the reaction for side shakings (as I did), and I'm wondering if it's acceptable. I can't figure out a way to make it more sturdy, at the moment. We'll have to wait until I have my special cargo ready and make a real test drive, then I'll update this part!

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Na minha pesquisa por soluções similares, não consegui observar em nenhum vídeo a reação dos reboques à sacolejos laterais (como eu fiz), e estou me perguntando se é aceitável. Não consigo pensar numa maneira de torná-lo mais robusto, no momento. Vamos ter que esperar até que eu termine a carga especial que irei levar e fazer um test drive pra valer, aí eu atualizo esta parte!

Step 10: Remarks

Why single wheeled? Actually, I had another bike trailer that I've assembled with the same kind of technique, but with an axle and two wheels. The sound system I pulled was bigger and lead-acid feed (heavy!), such that I was forced to get an e-bike conversion kit to be able to tow it. Even with electric assistance, it was still a bulky burden to carry and maneuver around. A thing that used to happen was flipping over when passing with one wheel on a ledge at a higher speed. Also, it was too wide to pass thru in some occasions I needed, as between cars in jammed traffic, narrow cycle lanes, crowded streets... have had enough of it all.

I'm not stating this is the best solution, of course. Each scenario is unique. But for my current mood, needs and limitations, I consider this design arrived close to a good answer regarding the trailer. Now I'm heading to the next part of the challenge, that is, the super lightweight bike trailer sound box combo!

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Por que uma roda só? Na verdade, eu tinha outra carretinha que montei com o mesmo tipo de técnica, mas com um eixo e duas rodas. O sistema de som que puxava era maior e a alimentação era com bateria de chumbo (pesado!), de tal forma que fui obrigado a instalar um kit elétrico na bike para poder rebocá-lo. Mesmo com assistência elétrica, ainda era um fardo pesado e volumoso para carregar e manobrar por aí. Uma coisa que costumava acontecer era capotar ao passar com uma roda sobre uma saliência numa velocidade um pouco maior. Também era largo demais para passar em algumas ocasiões que eu precisava, como entre carros no trânsito congestionado, ciclovias estreitas, ruas cheias de gente... já estava farto disso tudo.
Não estou dizendo que esta é a melhor solução, claro. Cada cenário é único. Mas pelo meu ânimo, limitações e necessidades atuais, considero que este projeto chegou perto de uma boa solução em relação ao reboque. Agora estou indo para a próxima parte do desafio, que concatena esse reboque à uma caixa de som, numa combinação super leve!