Задняя коробка передач на велосипед. Сколько передач должно быть у велосипеда? Использование движущихся механизмов
Если вы не знаете, сколько передач у вашего велосипеда, вы не в курсе, как правильно их иcпользвать и, сколько в действительности передач вам нужно, пожалуйста не волнуйтесь в этом плане — вы не одиноки. Поэтому, в нашем сегодняшнем, совсем не стандартном для автомобильного материала издании, мы постараемся простыми словами всем заинтересовавшимся читателям объяснить, как работает система переключения передач именно на велосипедах, какие полезные факты о ней желательно знать и почему эти велосипедные передачи в чем-то схожи с автомобильной трансмиссией. И так, давайте поближе познакомимся со всеми этими переключателями, звездочками, цепями, именно с их помощью вы приводите свой велосипед в движение. Конечно, если таковой у вас имеется.
Понимание основ работы велосипедных передач и того, как изменение размера звездочек на передней и задней кассете повлияет на ваше педалирование (по-простому - кручение педалей), поможет выбрать наиболее подходящее передаточное число для вашей физической подготовки и даст возможность адаптироваться вам под сложный участок трассы.
Если автомобиль появился у вас раньше чем велосипед, задача выбора двухколесного спортивного снаряда или транспортного средства для развлекательных прогулок, может оказаться не настолько простой, как это может показаться на первый взгляд. Цель эта на самом деле абсолютно нетривиальная.
Мало того, что при выборе велосипеда необходимо для начала определиться с направлением его использования, так называемым стилем катания, так как этих самых стилей в наши дни развелось так много, что можно просто запутаться. Их просто великое множество! Это может быть езда, как по шоссе на гоночном или полупрофессиональном байке, так и заезды по пересеченной местности на кросс-кантрийных велосипедах, а еще разнообразные экстремальные виды велосипедного спорта или простое использование прогулочных городских моделей, как для мужчин (мальчиков), так и для женщин (девочек) любых возрастов.
Для каждой из таких моделей и направлений использования вело-байка, будет применяться разнообразная по своему типу трансмиссия, т.е., от простейшей односкоростной (по такому же принципу действия, как когда-то была установлена на велосипеде «Урал» и на подобных ему простых "велостаричках") и до разнообразных мультискоростных версий цепных передач. Зачем нужны эти многозвездочные переключатели на байках, как они работают и какой из типов привода является лучшим? Давайте вместе с вами посмотрим.*
*Мы специально коснемся только лишь основы велосипедной трансмиссии. Именно, перефирии, вроде ременных передач, полных приводов, и таких вот видов трансмиссий, как мы упомянули выше. , затрагивать специально по ней тему мы сейчас не будем.
Велосипедные передачи: основы
Сколько скоростей на моем велосипеде?
Начнем изучение велосипедной трансмиссии с самых ее азов, а именно? С количества скоростей. Как определить или подсчитать, сколько скоростей на велосипеде? Эта задачка для первого класса школы велосипедистов. Количество скоростей на байке подсчитать очень легко, для этого достаточно просто умножить количество звездочек сзади, на их количество спереди. Таким образом, если у вас спереди стоит три звезды (некоторые велосипедисты называют этот элемент «чейнринг», суть от этого не меняется), а сзади установлена кассета на 10 звезд , то ваш велосипед обладает 30-ти скоростной трансмиссией . Другими словами мы скажем, что при движении можно использовать каждую из этих десяти задних звездочек в сочетании с каждой из трех передних звезд.
Данный простейший алгоритм подходит для подсчета любых многоскоростных велосипедных передач, например,- спереди 2 звезды, сзади 11, это значит, что у велосипеда 22 скорости, и так далее и т.п..
Зачем нужна многоскоростная трансмиссия на велосипеде?
А зачем вообще нужен такой большой набор звездочек? 30 передач,- не много ли? У легковых машин всего . Ответить на этот вопрос можно в двух словах, необходимость в том или ином количестве передач напрямую продиктована стилем самого катания и сферой их спортивного применения. Такой широкий спектр передач позволяет велосипедистам-спортсменам поддерживать удобную скорость педалирования (так называемый каденс - количество оборотов педалей в минуту, которое велосипедист совершает во время езды) независимо от уклона или рельефа местности, то, чего не может дать ни одна односкоростная цепная передача.
Высокая передача , называемая иногда велосипедистами "большой передачей", самая оптимальна при спуске или езде (передвижению) на высоких скоростях. Самая высокая или самая большая передача на велосипеде подбирается, путем совмещения самой большой по размерам передней звезды с самой компактной по количеству зубьев задней звездочкой. К примеру, она (передача) может выражаться соотношением- "53×11".
И также наоборот, сочетание наименьшего размера передней шестеренки с наибольшей по размеру задней звездочкой дает доступ к наименьшей из доступных передач , которая поможет вам не напрягаясь крутить педали даже на очень крутых подъемах.
Давайте сразу проясним такую вещь, а именно, что наличие большого количества передач явно не означает, что велосипед у вас от этого будет быстрее. Динамичнее - безусловно да, быстрее - никак нет! Велосипед с 30-ю или более передачами не является показателем самой машины, предназначеной для того, чтобы побивать рекорды скорости на суше и обходить по скорости велосипед у которого одна передача, и это при условии, что у этих байков используются идентичные передаточные коэффициенты.
Большое количество передач может помочь вам подняться и спуститься с горки, но быстрее от них вы не поедете
Речь здесь конкретно идет о самой эффективности и о наличии гораздо большего и широкого диапазона выбора передач для конкретной ситуации, с которой приходится бороться спортсмену-велосипедисту на трассе или на бездорожье. Точно так же, как и автомобили, велосипеды выигрывают здесь именно в динамике от старта на низкой передаче при разгоне, из положения покоя, или выигрывают при подъеме на крутой холм, при этом многоскоростная трансмиссия позволяет достигнуть максимально возможных скоростей без какого-либо чрезмерного высокого педалирования, поскольку, еще до набора максимальной скорости можно раз за разом переключаться на более высокую передачу.
Продолжая наше сопоставление велосипеда с автомобилем, можно сказать, что использование слишком низкой передачи на высокой скорости обычно приводит к высокому расходу топлива у последнего (автомобиля). То же самое касается и педалирования на велосипеде. Если слишком быстро будете крутить педали, то быстро выдохнетесь. Отсюда только один вывод, - чем больше шестеренок в трансмиссии, тем больше возможности найти нужную передачу под конкретную ситуацию, то есть скорость и каденс для комфортной и эффективной безопасной езды.
В более широком понимании все приводится к тому, что во времена господства 5-ти и 6-ти скоростных кассет диапазон из 12 - 25 зубьев на звездах обычно достигался путем, добавления значительного количества зубьев на каждую последующую заднюю шестеренку, что приводило к резкой смене нагрузок. В таких системах отсутствовала плавность переключения и непрерывность прогрессии. Современные 10-ти и 11-ти скоростные кассеты сегодня решают данную проблему. Поэтому ездить или перемещаться на них на много комфортнее и удобнее. А также, все эти современные системы на много медленнее изнашиваются.
Почему некоторые люди выбирают односкоростной велосипед (синглспид)?
Интересно, что в наш современный век, развития всевозможных технологий переключения передач для велосипеда (их примеры приведем ниже), некоторый тип людей предпочитает использовать только односкоростную трансмиссию, так называемые- «синглспиды». У этих байков исключительно всего одна передача, которая подобрана определенным соотношением звездочек - передней и задней. Правильный подбор соотношения зубьев позволяет достатчно резво стартовать и разгоняться до максимальной скорости в 30 - 34 км/ч.
Односкоростные велосипеды в основном популярны среди , живущих в равнинных местностях и передвигающихся на своих двухколесных железных конях только исключительно по городу, или занимающихся только экстремальными видами велоспорта, на так называемых «трюковых велосипедах».
Плюсов у такого односкоростного байка тоже не мало:
1. Дешевизна. -Действительно, собрать односкоростной велосипед значительно дешевле. Насколько? Все будет зависеть от уровня компонентов. Если взять действительно качественные, т.е. гоночные компоненты самого высокого уровня из линейки Shimano - XTR, то получится примерно следующее (подсчет стоимости компонентов многоскоростного велосипеда):
I. Система Shimano XTR на 11-ть скоростей в среднем будет стоить порядка 25 тыс. рублей.
II. Каретка высокого уровня (в нее входят подшипники, корпус с резьбой под посадку в раму) - около 3тыс. 500 рублей.
III. Звезда передняя (Shimano XTR) - 5 тыс. рублей.
IV. Цепь уровня XTR на 11-ть скоростей - 3 тыс. рублей.
V. Задний переключатель XTR от Shimano - 15 тыс. рублей (по скидкам), стоимость без них в велосезон может доходить до 22 тыс. рублей.
VI. А ведь еще нужна так называемая «манетка» - переключатель скоростей (около 6 тыс. 500 рублей ), тросики, рубашки и конечно же задняя кассета, которая тоже стоит недешево - 5 тыс. рублей .
Итого, только на одну трансмиссию уйдет порядка 63 тыс. рублей ! Да, на сегодняшний момент это расклад цен на действительно качественные компоненты (детали) гоночного уровня. Они будут прочными, легкими, отлично будут работать, ну и так далее. Но за эти же самые деньги можно купить целиком и трюковый велосипед с одной передачей, и на не менее качественных и на более прочных компонентах. Чувствуете разницу?
2. Надежность. -Знаете, чем подкупает многих автомат Калашникова? Нет, не угадали, не своей меткостью стрельбы на дальние дистанции. Он практически считается просто безотказным в любых сложных условиях своей эксплуатации. Тоже самое и с односкоростными велосипедами. Там просто нечему ломаться! Вспомните старые советские велосипеды, которые вы хотя бы раз, но наверняка видели в глубинке. Они служат своим хозяевам десятилетиями… Не зря экстремалы по всему миру для своих трюков всегда почти используют велосипеды «синглспид».
3. Ремонтопригодность. -Починить велосипед с одной передачей несложно. Да и запчасти на него недорогие. Чего не скажешь о «мультиспиде». Если даже взять приблизительно средний ценовой диапазон из приемлемых по надежности компонентов, такой например, как Shimano XT или SRAM X9, то все равно это получается недешево. За один задний переключатель одного из этих производителей вы отдадите примерно 6 тыс. рублей .
4. Гоночные амбиции. -Вы удивитесь, но даже сами гонщики иногда используют односкоростную трансмиссию. Делают они это для снижения веса самого велосипеда (все дополнительное навесное оборудование, каким бы легким оно не было, все же имеет вес) и для исключения риска проблем с переключением передач. В этом случае выбор правильного передаточного числа имеет решающее значение.
5. И наконец-то последнее, трековый велосипед изначально имеет всего только одну передачу. Это не преимущество - это просто факт.
В результате этого, с правильно подобранным соотношением велосипедист получает более ровное и более точное педалирование, без каких-либо затруднений в момент перескакивания цепи на большую или меньшую звездочку. А это значит, что педалирование в определенных режимах езды будет происходить более эффективнее.
Некоторые выигрывают, а некоторые проигрывают
Если вы никогда не интересовались велосипедной тематикой, то наверняка удивитесь следующему, что не смотря на такое большое наличие количества передач оказывается, не на каждой из них нужно и можно ездить.
Реальность этой мультиспид трансмиссии такова, что «перекрывание» некоторых диапазонов определенным сочетанием звездочек, практически неизбежно. Вот например, при наличии 33-х передач, такие комбинации звездочек как, 53×19 и 39×14 являются фактически передачами с одним и тем же соотношением. То есть, у них (у передач) будет идентичным, как и их максимальная скорость.
Кроме этого, нельзя использовать, по крайней мере постоянно, крайние ряды звездочек по диагонали. Например, крайнюю левую переднюю звезду и малую звездочку, т.е. крайнюю правую звездочку на кассете. Такой перекос будет создавать чрезмерное натяжение цепи, от этого повысится износ зубьев на звездах, возникнет перегрузка на пружину лапки заднего переключателя и дорогостоящая трансмиссия на вашем велосипеде будет усиленно изнашиваться.
Старый совет от бывалых, все еще актуален: - Избегайте «пересечения цепи». (См. левый рисунок, иллюстрирующий это,- так делать нельзя):
Также, еще один из советов, который поможет вам сохранить дорогостоящий компонент (сегмент) как можно дольше: - Не производите переключение передач по средине подъёма, это создает очень сильную нагрузку на саму трансмиссию, на переключатели и на цепь. Чтобы избежать этой проблемы перед началом уклона, переключайтесь на пониженную передачу заранее.
Как теперь видите, вы не получаете все эти 33 передачи в свое распоряжение и не всегда сможете их использовать. Назвать это маркетинговым ходом велопроизводителей, или еще каким-то обманом, наверно нельзя, просто подобный технологический изъян уже изначально лежит в самой схеме переключения передач велосипеда и от него теперь никуда не деться.
Тем более, что большое (общее) количество не является самоцелью, гораздо важнее другое, чтоб трансмиссия обладала непрерывной прогрессией в нагрузке, чего можно добиться только исключительно минимальным расхождением, между количеством зубцов звездочек на задней кассете.
Какие бывают типы передач?
В наши дни существует куча (много) вариантов вело трансмиссий, поэтому подобрать нужную для ваших вело-занятий не составит ни какого труда. Давайте пробежимся по основным типам трансмиссий.
Стандартная двойная
Две звезды спереди сопряжены с 11-ю звездочками сзади. Стандартная двойная схема обычно является предпочтительным выбором для велогонок, предполагая (предлагая) наибольшие звезды спереди, для поддержания высокой скорости движения.
Тройная схема
Получив три ведущие звезды, вы получаете возможность переключаться на малую переднюю звезду. При перекидывании цепи на большую заднюю звездочку вы тем самым получаете - велосипед-вездеход, который способен забираться на очень крутые подъемы.
Компактный
Компактный вариант трансмиссии первого типа. Здесь обе передние звезды уменьшены в размерах. Обычно внутренняя представлена 34-мя - 36-ю зубьями, соответственно внешняя - 48-ю - 50-ю зубцами. Очень популярная сегодня схема в основном для спортсменов-любителей, которая позволяет не снижать каденс даже на крутых подъемах.
Синглспид
Здесь все понятно. Две звезды и одна передача. Никаких переключателей и других «лишних» деталей.
Планетарная втулка
Сложный в техническом плане, тяжелый и непростой в обслуживании (впрочем, частой обслуги и не просит) недешевый элемент трансмиссии, больше всего похожий . Переключение происходит без внешних «переклюков» и каких-то других вспомогательных механизмов. На данный момент на рынке существуют, - двух, четырех, семи, восьми, девяти и двенадцати-скоростные планетарные втулки от компаний, SRAM, Shimano и Sturmey-Archer. Есть даже 14-ти ступенчатые «планетарки» от компании Rohloff. Стоимость одной такой втулочки вас неприятно удивит - порядка 90 тыс. рублей .
Подходят скорее для прогулочных велосипедов, чем для велогонок.
Словарь велосипедных терминов
«Чейнринг» (передняя звезда): зубчатое кольцо спереди цепного привода, прикрепленное бонками (заклепками) или болтами к шатуну привода.
Кассета: группа звезд на задней части трансмиссии. Может содержать разное количество звездочек, в основном от 7 до 11, различных размеров (отличаются по диаметру и количеству зубьев). Надеваются на барабан задней втулки.
Блок звезд с трещоткой: еще один термин для блока задних звездочек. Он, на самом деле, относится к более старой технологии, в которой барабан с трещоткой стоят в кассете и, который, в свою очередь, накручивается на ось втулки.
Переключатели: передние и задние переключатели выполняют всю тяжелую работу по перемещению цепи от одной звездочки к другой.
Звездочка: относится к отдельной передаче в кассете/трещотке.
Коэффициент: описывает отношение между звездочками задней кассеты и передними звездами. Например, "53×12", или звездами на кассете (11-25).
« t»: сокращение от слова «teeth» - зубы (находятся на звездочке). Используется для обозначения количества зубов на звезде, например - " 23t’.
Эффективное использование велосипедных передач поможет вам легко и безопасно подниматься в гору
Трансмиссия: термин, группирующий в единую систему все движущиеся части, объединяющие шатуны с задним колесом, а, следовательно, приводящаю в движение весь велосипед посредством передних звезд, цепи, кассеты и переключателя.
Каденс (педаляж): скорость вращения педалей за единицу времени, измеряемая количеством оборотов шатунов в минуту.
STI lever: сокращение от «Shimano Total Integration» — это термин, обозначающий дизайн Шимано, совмещающий тормоза и рычаги переключения для шоссейных велосипедов. Иногда термин применяют к переключателям /тормозным рычагам независимо от марки.
Ergo lever: Фирменное название компании Campagnolo, специализирующейся на производстве навесного оборудования для шоссейных велосипедов. Брендовая версия интегрированного переключения передач и тормозных рычагов.
DoubleTap lever: кусок пирога SRAM, с точки зрения технологии переключения — использует один и тот же рычаг для повышающих и понижающих передач.
Идея установить коробку передач на велосипед появилась еще в далеком 19-ом веке. Но эта идея просуществовала на чертежах и в мыслях вплоть до 1915 года. Тогда продавали только планетарные втулки для велосипеда стоимостью в 3 английских фунта стерлингов. На наши деньги это более чем достаточно, чтобы офигеть 🙂 Вес такой втулки составлял выше 3-х килограммов. В период с 19 века вплоть до времен Второй мировой войны, переключали передачи при помощи малоэффективных поводковых и рамочных систем.
Именно это и послужило мотивацией создать компактную коробку передач на велосипед. Первый вопрос, который возник перед инженерами – где поместить ее? Решено было однозначно – около каретки.
В 1935 году ряд немецких производителей начали производство коробки передач для велосипеда с 3-мя скоростями, которая размещалась в кареточном узле. Рычаг КПП находился в том месте, где, когда то на советских шоссейных велосипедах устанавливались переключатели передач – в верхней части нижней трубы рамы. Парочка фирм выпускала коробки передач только с двумя передачами. Возможно, эти разработки дошли бы до логического завершения и массового перехода велосипедов на коробки передач, но началась война, которая сломала много планов и много жизней….
Какие преимущества были у коробок передач того времени?
Большой срок службы.
Защита от грязи и воды благодаря удачному размещению.
Простота в обслуживании и настройке.
Удачное распределение веса, опять-таки, благодаря размещению над кареточным узлом.
Минусов было всего несколько – ощутимая потеря мощности, именно поэтому такие коробки не устанавливались на шоссейные велосипеды, ну и стоимость изготовления КПП желала быть ниже.
И вот прошла война, прошло много времени, а к усовершенствованию КПП на велосипеде никто не возвращался. Только в начале 90-х годов именно развитие дисциплины ДХ послужило к модернизации коробок передач. Как известно, при быстром спуске с горы задний суппорт постоянно бьется об раму и плохо переключает передачи. Именно тогда начали придумывать такой механизм переключения передач, который не будет находиться сзади и будет отлично выполнять свои функции.
Из книжки «Современный велосипед» мы почерпали следующую информацию.
Было три основных разработки – немецкая компания Nicolai, и японцы Хода и СР Сантур. Немцы установили КПП открытого типа на основе планетарной втулки. У привода было две цепи, внутренняя цепь передает усилие от шатунов к планетарке, а внешняя – от планетарки к задней звездочке. Honda взяла за основу компоненты Shimano и создала велосипед 18 кг весом и с 7 передачами. Внешняя цепь раскручивает заднее колесо, а короткая цепь перемещает модернизированный задний суппорт по кассете. Сантур вообще решил не мелочиться и создал 9-ти ступенчатую коробку передач весом в 4,5 килограмма, которая напоминала КПП автомобиля в миниатюре.
Суть в том, что разработки интересны, но дорогие и изготавливались в небольшом количестве. В книге написано: «Но если дело пойдет…» и это был примерно 2000-ый год. Сейчас мы можем смело написать в 2015 году – дело не пошло.
И так, пока что коробки передач прекратили свое развитие. А что же тогда пришло им на смену?
Планетарная каретка.
Это что-то похожее на планетарную втулку, только находится в каретке 🙂
Есть много подробной информации о развитии планетарных кареток с точными датами и числами. Грузит себя и Вас этой информацией мы не желаем, поэтому расскажем самое интересное.
Главной целью планетарной каретки были компактность и повышающий коэффициент. Вес разработок колебался от 1200 грамм до 2000 грамм вместе с шатунами. Были разработки фирмы Николай, в которых имелся магнитный привод переключения передач.
Основным минусом всех разработок была несовместимость размеров планетарных кареток со стандартными размерами кареток. Но и плюсы также видно на лицо. Во-первых, чтобы переключить передачу не обязательно крутить педали, во-вторых малая передняя звезда позволяет установить задний суппорт с короткой лапкой. Известно, что такие суппорта более стойкие к ударам и износам. В третьих, такое явление, как перекос цепи, практически исчезает а значит увеличивается срок службы самой цепи.
Все-таки планетарная каретка – это интересная разработка, но больший успех получила именно планетарная втулка, о чем мы и опишем ниже.
Планетарные втулки.
История гласит, что первая планетарная втулка современного типа появилась на свет еще в 1898 году, представляете? Лично нам трудно это представить 🙂 Втулка имела встроенный тормозной механизм и несколько передач. Далее пошли разработки вверх и появлялись втулки уже с 3-мя передачами. Более скоростные и успешные втулки начали появляться уже ближе к началу 20-ого века. Один из самых известных производителей – Sachs Bicycle Component, сейчас эта фирма входит в состав корпорации SRAM. Именно производство планетарных втулок перевернуло немного веломир и исключило производство и разработку иных типов внутреннего переключение передач.
Сейчас существуют планетарные втулки в 3, 5 и 7 передач. Если лет 5 назад были только обычные втулки, так последнее время уже широко обустроились на рынке планетарные втулки с дисковым тормозом и со встроенным тормозом. И еще одно отличие старых втулок от новых – совместимость с передним переключателем передач. А в последнее время – и с установкой кассеты на заднее колесо. То есть, у Вас как бы обычные передачи 3х8 и еще и планетарка в 3 скорости. И еще, для сравнения. Диапазон передаточных числе стандартной системы переключения 3х7 около 500%, а некоторые втулки на 14 передач фирмы Rohloff имеют целых 600%. Круто, не правда ли? 🙂
Краткие преимущества планетарных втулок:
Большой диапазон передаточных чисел, о чем мы писали выше.
Легкость и плавность в переключении передач.
Высокая скорость переключении.
Простота в обслуживании и исключении потребности в постоянном ТО.
А также несколько минусов:
Качение.
Ремонт редкий, но меткий.
Свое предназначение планетарные втулки нашли в основном в городских велосипедах. Это удобно и просто.
Карданный привод передачи крутящего момента.
Преимущества карданного вала перед цепью огромные, и очень странно, что сейчас такой тип не используется. Основные преимущества:
Защита от внешних воздействий.
Большая надежность.
Не пачкает одежду и не цепляет штанину.
КПД показатель не выше, но независим от количества грязи и болота на кардане.
А минусы вот:
Стоимость на порядок выше.
Вес также выше.
Ломался кардан мало, но, так же как и планетарки, требовал отдельных знаний в починке.
Невозможность установки переключения передач.
Сложность снятия заднего колеса.
Современные разработки смогли устранить ряд вышеописанных минусов, особенно проблема с переключением передач – установка планетарной втулки давала возможность все-таки переключать передачи.
Ременной привод.
Ременной привод применяли очень давно и со временем перестали, потому что самый главный минус — недостаточная прочность и проскальзывание. Но опять таки, наука и инженерия не стоит на месте и на сегодняшний день появляется явная конкуренция между ременным и цепным приводом. Главным недостатком ремня есть цельность, невозможность установки переключателей передач и сложность в ремонте и замене комплектующих.
Вариаторы.
Преимущество вариатора – это бесступенчатое переключение передач и возможность большого диапазона передач. Но минусы, к сожалению, значительные. Самое главное – это малая эффективность, из-за проскальзывания в самом вариаторе. К минусам также отнесем и потерю мощности, стоимость.
Сейчас вариаторы начинают возвращать популярность из-за развития технологий и благодаря бессонным ночам инженеров. Вес втулок раньше составлял около 5-ти килограмм, а сейчас стремительность опускается к 3. Посмотрим, что из этого получится через несколько лет, пока что ясно только одно – будущее у вариаторов будет.
И так, а сейчас попытаемся понять, почему все эти разработки не прижились? Столько нового, столько интересного, но все остается: цепь и передачи. А знаете почему? А потому что все гениальное просто. Велосипед любят все за его простоту. И не нужно ничего усложнять. Два колеса, рама, тормоза и руль, что еще надо? Именно поэтому перед тем как модернизировать свой велосипед, подумайте хорошо, нужно ли Вам это, и принесет ли это пользу в велопоходе.
Системы и передачи
Постоянное совершенствование цепи как механизма позволило создать велосипед таким, каким он сейчас является. Благодаря цепной передаче отпала необходимость сидения сверху колеса, а велосипедист для лучшего баланса мог удобно разместиться между двух одинаковых по величине колес. Именно развитие различных передач способствовало эффективному управлению транспортными средствами. Теперь велогонщики могли без особого труда покорять любые подъемы даже с самым большим уклоном, а также с удовольствием развивали большие скорости.
Элементы трансмиссии
Использование движущихся механизмов
В XV веке Леонардо да Винчи работал над развитием идеи совместной работы зубьев и механической цепи. Что удивительно, эта идея прозвучала задолго до проектирования первого велосипеда и только лишь спустя четыре века нашла практическое применение. Чтобы трансмиссия эффективно функционировала нужно правильно передавать усилие, создаваемое ногами велогонщика, на заднее колесо велосипеда. Конструкция должна быть создана так, чтобы усилие при вращении педалей не создавало для гонщика дискомфорта.
Для этого внедрялись инженерные и технологические разработки, применялись прочные материалы, что позволило цепной передаче к концу XIX века стать обычным механизмом.
Достоинства цепного привода
Сам привод без передач весьма эффективно функционирует на спусках и ровных поверхностях. Но в то же время велосипедист, стартуя с равнинной поверхности без переключателя скоростей либо начиная подъем с движущимся на него ветром, вынужден стоя крутить педали, затрачивая на это значительные усилия. Темп езды при этом падает до минимума. Цепной привод с передачами позволяет гонщику независимо от рельефа местности, направления ветра крутить педали на протяжении всей поездки в удобном для него ритме. На первых велосипедах с высокими колесами педали размещались на самом колесе, то есть один оборот колеса равнялся полному вращению педали.
Соотношение передач может меняться самим велосипедистом по его желанию. К примеру, покоряя крутой склон, гонщик может , при которой педали будут вращаться легче и чаще, само колесо же будет вращаться медленнее. То есть будет производиться легкая передача. Тяжелая передача выбирается в том случае, когда необходимо пересечь равнинную местность либо при спуске вниз: несколько вращений колеса происходят за полный поворот педали. В передаче большая звездочка стоит спереди, маленькая – сзади. Чтобы прокрутить колесо требуется определенное усилие и чем его создать, тем больше оборотов совершит колесо.
Необходимое количество зубьев
Ученый Эксплораториума, Пол Догерти, на примере личного велосипеда объясняет соотношение передач. Данный метод позволяет определить количество ведущих (передних) и ведомых (задних) зубьев. Например, Пол предлагает рассмотреть вариант передачи, когда передаточное отношение равно 54:27. Исходя из этого отношения, становится понятно количество зубьев передней звездочки – 54, а задней – 27, то есть при полном обороте передней звездочки по кругу ведущей звездочки проходит 54 зуба. В это же время ведомая звездочка совершает 54:27 =2 оборота, то есть заднее колесо поворачивается дважды. Это соотношение можно сократить и получится 2:1. Но если ведомая звездочка имеет 11 зубьев, то в этом случае передаточное число будет ближе к 5:1.
Стоит обратить внимание на тот факт, что при каждом полном обороте ведущей звездочки ведомая кассета вращается в два раза больше.
Френс Твист и Пенни-фартинг
Пол Догерти утверждает, что этот метод подсчета передаточного числа является одним из множества подобных. В Великобритании передаточное число рассчитывается исходя из диаметра большого колеса велосипедов называемых Пенни-фартинг. Выше оговаривалось, что Пол Догерти использовал соотношение 2:1. То есть при трансформации в два раза необходимо было умножить диаметр заднего колеса. Это означает, что цепная передача с передаточным числом 2:1 при заднем 27-дюймовом колесе считалась бы 54-дюймовой. Итак, определив длину окружности колеса, умножаем ее на передаточное число. То есть если использовать метод Пола Догерти при передаточном соотношении 2:1 и длине окружности ведомого колеса в полтора метра получим длину окружности ведущего колеса. Она равняется трем метрам. Такой метод в отличие от английской системы помогает определить величину пройденного пути либо понять как далеко вы уехали.
Метрическая система использовалась во Франции. Метрической называется десятичной системы единиц (СИ), которая основана на применении грамма и метра. Сегодня система СИ призвана во всем мире. В этой системе преобразование заключается в произведении либо делении на число 10, то есть в десятичной дроби запятая просто смещается.
Если речь идет о резьбе, то метрическая система указывает ее шаг и диаметр. Шаг резьбы – это расстояние между витками. Взять, к примеру, популярный размер резьбы М5, который применяют для анкерных болтов крепления троса, для крепления флягодержателя, в отверстиях крепления крыла либо багажника, рычагов переключателей скоростей, обозначается М5,0X0,8, то есть диаметр равен 5 мм, а расстояние между витками резьбы составляет 0,8 мм.
Цепной привод в трансмиссии и его действие
Цепным называется такой механизм, который соединяет педали с ведомым колесом. Благодаря цепному механизму сила, воздействующая на педали, трансформируется на заднее колесо. Таким образом, велосипед приводится в движение.
Что вам следует взять:
Для того чтобы иметь минимальное представление, а также понять суть цепной передачи вам необходимо подготовить такие предметы:
- несколько катушек нитей. Одна катушка должна быть либо большего, либо меньшего размера, а пара остальных нужно взять одинаковой величины;
- ленты резиновые;
- плоские доски из древесины;
- пачка гвоздей.
На деревянной плоскости с помощью гвоздей на значительном расстоянии друг от друга фиксируются катушки с нитями. Укрепить их необходимо таким образом, чтобы при их соединении резинка не растягивалась, а сами катушки могли свободно и легко двигаться. После этого произведите соединение двух катушек посредством резинки.
Понаблюдайте за тем, как ведет себя одна катушка относительно вращения другой катушки. Что видно? Они движутся в унисон, с одинаковыми скоростями и направлением вращения?
Какими способами можно исследовать передачу:
- Необходимо при помощи специального маркера на обеих катушках сделать пометки, после чего провернуть их. Для этого применяют две катушки, одна из которых по размеру больше другой. Итак, как вращается одна катушка относительно другой?
- Совершите одно вращение на резинке таким образом, чтобы она описала восьмерку. Как повлияло это обстоятельство на скорость вращения и направление движения катушек?
- Осмотрите цепь велосипеда и переключатели скоростей. Существует ли подобие с велосипедной трансмиссией? Какое у них отличие?
Диагностирование системы передач.
Передачи помогают велосипедисту наиболее эффективно совершать вращение педалей, позволяя ему легко и быстро покорять самые крутые подъемы и некоторые препятствия.
Что необходимо взять, чтобы продемонстрировать работу передач? Какие материалы следует подготовить:
- велосипед, оснащенный передачами;
- брусок мыла и рулон скотча;
- лист бумаги и простой карандаш.
Эксперимент
Необходимо поставить передачу так, чтобы ведущая звездочка была самой маленькой, а ведомая – самой большой. Кусочком скотча либо мелом отметьте верхнюю часть заднего колеса. В то же время следует зафиксировать педали. Теперь нужно совершить полный оборот педалей и посчитать, а также записать количество вращений, совершенных задним колесом.
На следующем этапе эксперимента впереди поставьте большую звездочку, а меленькую – сзади. Какое количество оборотов совершило заднее колесо при полном обороте педалей? Какая из двух комбинаций наиболее подходит для покорения крутого подъема? А какая эффективна для спринта по равнинной местности?
Проведение эксперимента со средним диапазоном передач.
Для этого нужно начертить таблицу, куда будут заноситься передаточные соотношения, количество полных оборотов колеса за один оборот педалей. Почему, по вашему мнению, совершенствованию велосипедов способствовало развитие такого механизма, как цепная передача?
Каденс
Частота вращения педалей называется каденсом . Система передач дает возможность велосипедистам сохранять наиболее оптимальный ритм движения (скорость вращения педалей), что делает вращение педалей весьма продуктивным. Сегодня мнения гонщиков разнятся относительно того, каким должен быть ритм велосипедной езды. Однако абсолютное большинство согласны с тем, что каденс является наиболее важным. Из слов Пола Догерти: «Человеческое тело доставляет наибольшее количество энергии на вращение педалей в наиболее эффективный способ при определенном каденсе. Я стараюсь держать каденс между 60 и 90 циклов в минуту» . Он также отмечает, что большинство рекреационных велосипедистов педалируют слишком медленно, неэффективно, расходуя энергию на высоких передачах.
Каденс у профессиональных велогонщиков очень высокий, у шоссейников находится в пределах 75–120 об/мин. Совсем другой показатель каденса в маунтинбайке.
Рути Маттес, чемпионка мира по кросс-кантри объясняет: «В маунтинбайке зачастую поднимаешься в очень крутой подъем и сразу спускаешься по быстрому спуску, иногда даже не педалируя. Просто балансируешь на велосипеде, без тормозов так быстро, как только можно. В маунтинбайке используется широкий спектр и разнообразие каденса».
Велосипедная трансмиссия – это набор компонентов для велосипедов, которые все вместе служат для передачи усилий мышц велосипедиста на заднее колесо велосипеда, чтобы ехать. Именно благодаря трансмиссии велосипед едет, когда вы крутите педали.
Виды трансмиссии велосипеда
Многие начинающие велосипедисты ошибочно считают, что трансмиссия — это всегда цепь и звездочки, но это не так. Существует много видов:
- Прямой, когда ведущее колесо с педалями скреплено напрямую, без применения системы с цепью. Такая трансмиссия встречается на пенни-фартингах, моноциклах (с одним колесом), трехколесных детских велосипедах.
- Зубчатой, в которой используются шестеренки с зубьями.
- Вальной, в которой используются валы для передачи крутящего момента.
- Ременной. Здесь используются ремни, которые, в отличие от цепей, не требуют смазки.
- Гидравлической. Используется гидравлическая система, а не механическая.
- В виде планетарной втулки, состоящей из большого числа деталей и напоминающей коробку передач автомобиля.
- Комбинированной, являющейся гибридом сразу двух видов трансмиссий для велосипеда: внешней и внутренней (планетарной).
Каждый из перечисленных типов имеет свои преимущества и недостатки, а также целевое назначение.
Составные части трансмиссии
Классические вариант трансмиссии велосипеда имеет много частей. Рассмотрим каждую из них.
Система ведущих звёзд
Это передний набор звёзд велосипеда, расположенный на валу каретки. Служит для преобразования поступательного движения ног велосипедиста во вращательное и изменения передаточного отношения (при наличии переключателя передач).
Шатуны велосипеда
Кривошипы (шатуны) соединяют оси педалей с осью каретки. Звёзды прикрепляются, как правило, к правому шатуну. Существуют системы как с несъемными звёздами, так и поставляемые отдельно от звёзд.
Систему можно разделить на группы:
- MTB системы для горных велосипедов
- DH (англ. DownHill) системы
- Шоссейные системы
- Системы для дорожных велосипедов
- Системы с несколькими звёздами
- Планетарные системы
- С одной звездой
- С двумя звёздами («двойники»)
- С тремя звёздами («тройники»)
Этой информации достаточно, чтобы получить общее представление о системе.
Каретка
Каретка велосипеда — это подшипниковый узел, который соединяет шатуны с рамой и обеспечивает функцию крутящего момента шатунов велосипеда.
Каретка велосипеда
Каретка расположена в кареточном стакане рамы, который расположен между нижней трубой и на пересечении нижних перьев велосипеда.
Система задних звёзд
Система задних звёзд - находится на заднем колесе и крепится к втулке. Состоит она из ряда различных по размеру шестерен — звезд, которые обеспечивают широкий спектр передач в зависимости от количества зубцов звезды. Благодаря кассете можно с легкостью преодолевать подъемы и быстро ехать по прямой.
Кассета велосипеда
Существует 2 типа систем: кассета и трещотка. Вторая считается устаревшей и ненадёжной, зато дешевой.
Задняя втулка
Это центральная деталь колеса, которая вращается вокруг неподвижной оси на подшипниках. В трансмиссии велосипеда участвует только задняя втулка.
Задняя втулка велосипеда
Если с правой стороны имеется резьба, то такая втулка предназначена для установки трещотки. Втулка под установку кассеты имеет прикреплённую полым болтом трещотку в виде шлицевого барабана, на который надеваются задние звёзды.
Задний и передний переключатели скоростей
Переключатель скоростей (передач) задний. Выполняет не только функцию переключения передач, но и регулирует натяжение цепи (поддерживает ее во время переключений). Изменение передачи осуществляется путем перевода цепи с одной звездочки на другую.
Задний и передний переключатели
Передний переключатель — переводит цепь с одной звезды на другую, как и задний переключатель, но при этом не регулирует натяжение цепи. Он есть только у велосипедов с 2 и 3 передними звездами.
Велосипедная цепь
Цепь – составляющая ходовой велосипеда, которая передает энергию от педалей, через шатуны и звезды к заднему колесу. Цепь состоит из звеньев, которые могут быть соединены между собой пином или замочком. Цепи могут быть разной ширины и иметь большее или меньшее расстояние между узлами (спинами).
Именно благодаря цепи вся трансмиссия велосипеда работает как единое целое.
Шифтеры или же манетки
Шифтеры — рычаги которые находятся на руле, и работают как коробка передач в автомобиле. С помощью тросов они соединяются с задним и передним переключателями передач. Нажимаете на рычаг — цепь перекидывается на нужную звездочку спереди или сзади.
Манетки (шифтеры)
На этом перечень компонентов классической велосипедной трансмиссии подходит к концу.
Прогресс не стоит на месте и с равной периодичностью на рынке появляются определенные новшества велосипедного рынка. Где-то такие изобретения находят своего покупателя и остаются. А какие-то новые детали или даже целые системы не получают популярности и распространения и исчезают обратно в небытие. Сейчас на велосипедном рынке появилось новое чудо - автоматическая коробка передач для велосипеда. Вот только насколько она вообще нужна?
АКП - так ли необходимо
Основной идеей такой коробки изначально была попытка защитить переключение передач от грязи, мусора, пыли, механических повреждений и коррозии металла. Уже существует планетарная втулка, но она устроена таким образом, что вся развесовка велосипеда сильно оттянута к заднему колесу велосипеда.
В случае же автоматического переключения центр тяжести находится точно в центре велосипеда, позволяя улучшить его маневренность и внешний вид.
Основным минусом подобного атрибута на велосипеде будет появление дополнительного лишнего веса аппарата - коробки передач весят порядка 2,5-3 килограмм, увеличивая вес железного друга в среднем на четверть. Если не брать в расчет тяжелые горные варианты, даунхилы и кросс-кантри, где 3 килограмма не имеет такого большого значения, то средний велосипед имеет 9-13 килограмм.
Преимущества коробки
Подобные коробки передач требуют построенную именно под них раму, которая до сих пор не придумана. В имеющейся коробка выглядит неправильно, при этом сама рама смотрится менее устойчивой. Незавершенные треугольники заставляют задуматься о том, что такая рама проще треснет в самый неподходящий момент. Но все не так плохо, как может показаться на первый взгляд. Автоматические коробки передач были придуманы не от безделья и они вовсе не бесполезны. Среди явных и неоспоримых плюсов можно отметить:
- Больше безопасности. Максимально закрытая коробка защищает владельца от падения в результате попытки переключить скорость с застрявшей в звезде веточкой.
- Обслуживать нужно только открытые части трансмиссии. Все, что закрывается в коробку, можно годами не открывать и не обслуживать. Сам производитель заявляет, что нужно будет лишь подливать в нее масло раз в год.
- Гораздо реже необходима замена деталей.
- Правильно распределенный вес.
- Легко подстроить под эксклюзивные замены цепи - ремни, канаты и прочие привлекающие вид вещи.
- При этом цепь или ее замена точно не будет болтаться.
- Переключение скоростей возможно без прокрутки педалей, в любую погоду и загрязнение цепи.
- Шкала переключений скоростей интуитивно понятна, и передачи не повторяются.
- Максимально снижен вес заднего колеса и снято с него лишнее оборудование, которое легко могло поломаться.
- Поддается ремонту, более того, у этого велосипеда имеется 70 километров гарантийного пробега. Всегда можно вернуть некачественный товар.
Однако не стоит забывать о значительно более высокой цене по сравнению с обычными велосипедами. Чтобы кататься на таком эксклюзиве, придется выложить приличную сумму. Кроме того, у таких аппаратов хуже КПД, но это становится заметно только в большом спорте. Человек, который брал велосипед для катаний с друзьями или для самостоятельного длительного перехода, даже не заметит этой разницы, так как она составляет до 7%.
Как это работает
Принцип действия автоматического переключения не сильно отличается от схожего узла у автомобиля. Коробка собирается с участием в ней трех валов. На шестернях зубья прямые, что обеспечивает лучшее переключение передач. Нижний вал отвечает за педали, шестерни верхнего вала жестко к нему прикреплены вместе со звездой. Между ними находится третий вал, который свободно движется и нужен для связки остальных деталей между собой.
Также здесь отсутствует задний переключатель, поэтому цепь натянута достаточно хорошо и не будет слетать на бездорожье. Трансмиссия полностью открыта - цепь, ведущие и ведомые звезды. Их придется регулярно обслуживать, следить за состоянием и готовностью к работе. Но это нужно выполнять в любом велосипеде, в этом нет ничего удивительного. Но при этом трансмиссия выполняется в более широком виде - ее целью больше не является гибкость, только передача усилий для увеличения скорости.
В разных моделях имеется обычно от 9 до 18 скоростей. Переключаются скорости последовательно, одна за другой нужные шестеренки соединяются и разъединяются, фиксируя нужную на среднем валу. Но скорости соответствуют заявленным производителем, если указано 9, то именно столько их и будет. Планетарные втулки не могут показать такой результат.
Зачем может понадобиться
Несмотря на то, что такие велосипеды появились относительно недавно, они уже нашли своего покупателя, вышли на небольшую нишу рынка и понемногу модернизируются. Если владелец такого аппарата - любитель кататься по большому бездорожью или горным склонам, то велосипед с автоматическим переключением передач подойдет ему идеально. Они выгодно выглядят, когда нужно срочно переключить скорость. Кроме того, на заднем колесе тут отсутствует дополнительная конструкция, которая могла бы соскакивать.
Они легко совмещаются с любым видом тормозов, предоставляя наезднику самостоятельно определиться с выбором.
На руле в этом случае отсутствует большое количество переключателей, манеток и прочей неэстетичной загруженности рулевой части. Конечно, есть и над чем еще работать.
В первую очередь, нужно добиться полного закрытия трансмиссии в целях обеспечения безопасности здоровья владельца, непрерывной работы самого велосипеда и планетарных втулок. Нужно закрыть цепь и комплектующие кожухом или подобной конструкцией. Это позволит полностью исключить попадание грязи в неподобающие места, не даст ломать звенья цепи, обрывать ее или нарушать целостность смазки. Есть наработки, в которых вся конструкция переключения передач находится внутри карбоновой рамы и полностью защищена от возможных механических повреждений.
Другим регулируемым вопросом остается цена вопроса. Такие модели дороже обычных механических собратьев. Однако, при увеличении спроса на подобный товар и массового его производства цена будет снижаться, а отсутствие необходимости в постоянном техническом обслуживании велосипеда способствуют увеличению продаж. В конце концов, кататься на таком аппарате будет значительно комфортнее, особенно тем, кто привык к бездорожью, холмистой местности и небольшим склонам гор. Там такая техника будет просто незаменимой.
