Профессиональное обучение
(сборник учебников по профессиям)

Современный
велосипед

       

Педально-цепной привод

Современный педально-цепной привод появился на велосипеде в 1869 году. До этого существовал только ножной привод, когда велосипедист, сидя в седле, отталкивался ногами от земли. В 1821 году появился педальный привод. Англичанин Луи Гомпертс впервые установил педали на переднем колесе. С тех пор было множество попыток придумать другой вариант привода. Из более или менее успешных можно назвать кривошипно-шатунный привод - как на паровозе, но с педалями, шотландского механика Киркпатрика МакМиллана - 1834-1836 годы. Имеется конструкция карданного двухскоростного привода немецкой фирмы Durkopp, разработанного в 1927 году. Такие приводы делали фирмы Express и Brennabor. Попытки продолжаются, но педально-цепной продолжает «царствовать», и конца этому пока не видно.

Преимущества цепного привода:

  • как говорят ученые механики, «цепной привод имеет малую податливость»; на обычном языке это означает, что привод достаточно жесткий, и не надо тратить лишних усилий, гнуть или растягивать механизм, дабы раскрутить заднее колесо;
  • привод прочный - можно прилагать большие усилия к педалям, не рискуя его сломать;
  • у привода высокий КПД,то есть малы потери;
  • у цепи хорошая равномерность хода;
  • цепь может работать с большим продольным перекосом и легко переключаться во всем имеющемся диапазоне передач, что важно для многоскоростных велосипедов.

К сожалению, есть и недостатки. Это достаточно интенсивный износ цепи и звездочек, и необходимость в их частом и тщательном обслуживании - мытье, чистке и смазывании. При этом большой перекос цепи и необходимость уменьшать высоту зубьев на звездочках для облегчения переключения передач значительно ускоряют износ и сокращают срок службы привода. Регулярно приходится менять цепь, ведущие и ведомые звездочки (систему и кассету) и ролики на заднем переключателе, который тоже не вечен, через 2-4 года разбалтывается и нуждается в замене. Несколько облегчить жизнь байкерам может привод, где цепь всегда прямая, как на односкоростных велосипедах, или работает с небольшим перекосом. И такие конструкции есть! Прежде всего, это привода с планетарными втулками со внутренним переключением передач. Они находят достаточно широкое применение (см. раздел «Планетарные втулки»). Или вариант с коробкой передач, которая могла быть встроена в систему, но чаще размещалась в кареточном узле. Последний вариант оказался наиболее успешным.

В 1935 г. немецкая фирма Adler начала выпуск трехскоростной коробки передач в кареточном узле. По конструкции она напоминала коробку передач легкого мотоцикла. Рычаг переключения передач располагался на нижней наклонной трубе рамы, рядом с рулевой трубой. В те же годы фирмы Wanderer, Brennabor, Bismark и Rappa делали велосипеды с двухскоростными коробками передач, также расположенными в каретке. Идея сия не канула в лету. Современная немецкая компания Nicolai предложила свое решение этой проблемы - G-Boxx. У велосипеда Nukleon TFR планетарная втулка объединена в один блок с кареточным узлом. По утверждению фирмы, в принципе все проблемы решены, - подождем испытаний.

Состав привода

Педали, шатуны со звездочками (система), каретка, передний переключатель. А также цепь, кассета или трещотка, задний переключатель, втулка, колесо и велокомпьютер.

А почему, спрашивается, велокомпьютер? Да очень просто. Как уже было сообщено выше, элементы привода приходится менять. Время замены можно определить по износу — существуют разные методы определения износа цепи и звездочек. А можно поступить проще. Примерно зная, сколько ходят цепь и звездочки (это расстояние определяется по компьютеру), можно определить время, когда их необходимо менять.

Из личного опыта автора:

  • цепь в осенне-зимне-весенний период ходит не более 1800-1900 км. В летний сезон - до 2200 км. Хорошие и дорогие цепи при тщательном уходе и катании летом в основном по асфальту могут пройти 4000-5000 км, не повредив существенно звезды и кассету;
  • система. Большая (44Т или42Т) и малая (22Т) алюминиевые звезды-24000-26000 км. Средняя (32Т, 34Т) - 9000-12000 км. (Обозначение: Т- количество зубьев на звезде). Стальные звезды ходят больше на 30-50%.
  • кассета служит 8000-10000 км при замене цепей. Если цепь не менять, то ее хватит на 3000-6000 км.

Есть еще одно верное правило: если новая цепь начинает резво и, что важно, при легкой нагрузке проскакивать (пощелкивать), то звезду пора менять или протачивать. Если щелчки довольно редкие, то есть шанс, что цепь приработается, но лучше не рисковать.

Характеристики привода

Количество передач. В широких веломассах чаще говорят «количество скоростей», что, в общем-то, понятно, но не совсем верно. Система обычно имеет 1-3 звезды, а кассета (трещотка) - 6-10 звезд. Для байков и гибридов мы имеем: 3x6=18, 3x7=21, 3x8=24, 3x9=27 или 3x10=30 передач соответственно. Тридцать передач используются в шоссейных группах. В приводах с количеством передач 18, 21 и 24 совместимость и взаимозаменяемость компонентов очень даже ничего, и не вызывает особых проблем. Можно переставлять цепи, кассеты, системы и переключатели и добиваться если не идеальной, то достаточно адекватной работы.

Манетку (шифтер) на 8 передач можно состыковать с 6-й или 7-й кассетой и, ослабляя трос, убрать одну-две «лишние» передачи. Можно при необходимости поставить манетку на 7 скоростей с 8-й кассетой, «пожертвовав» одной передачей, верхней или нижней, по вашему усмотрению. Приводы на 27 и 30 передач дают больше возможностей в подборе частоты вращения и нагрузки на педали, но взаимозаменяемость их весьма ограничена, особенно с более низкими группами. Разрабатывались они для соревнований и гонок, а посему и изнашиваются несколько быстрее.

Второе соображение - цена. Оснащение велосипеда «по кругу» на 27 или 30 передач стоит уже очень конкретных и весомых денег, замены звезд, цепей и кассет стоят дороже. Кроме того, для неспортивного катания совсем не обязательно иметь очень много передач. Необходимо заметить, что общий тренд благоприятен - с каждым годом за «пригоршню долларов» можно купить «все больше и больше байка», а новейшие разработки постепенно опускаются в нижние группы оборудования. Вполне возможно, что лет через пять-семь 30 передач станут нормой в группах Alivio и Deore.

Диапазон передач

Определяется набором ведущих и ведомых звездочек. Стандарт для байков среднего и верхнего ценового диапазона:

Ведущие звезды: 44Т(42Т)-32Т-22Т.

Ведомые (кассета): 11Т-30Т (32Т) (Т - количество зубьев на звезде).

Диапазон считаем в процентах. 44/11=4; 22/30=0,7333; (4/0,7333) х 100%=545% (581%, если есть ведомая звезда 32 зуба).

Общая формула подсчета диапазона:

r=[(Zlmax/Z2min)/(Zlmin/Z2max)]xl00%.

Чем больше диапазон, тем больше возможность привода создавать тяговое усилие в сложных условиях. Обратим внимание на результат деления i=Zl/Z2 - числа зубьев ведущей звезды, на число зубьев ведомой. Если он больше единицы, 44/11=4, то передача повышающая; если меньше, 22/30=0,7333, то понижающая, а если равен единице, 32/32=1, то нейтральная - именно эта передача используется довольно редко. Значение i=Zl/Z2 называется передаточным числом (см. ниже). Всегда полезно иметь 2-3 понижающих передачи - для гор, крутых подъемов, песчаных грунтов и грязи, когда необходима большая тяга. Повышающие передачи нужны для поддержания высокой скорости на хорошей дороге, шоссе и пологих спусках.

Передаточное число, шаг, укладка

С передаточным числом мы уже знакомы, i=Z1/Z2, где Z: — количество зубьев ведущей звездочки (система), Z2 - количество зубьев ведомой звездочки (кассета, трещотка). Передаточное число может меняться приблизительно от 0,6 до 5,1, но само по себе это число мало что говорит о велосипеде.

Традиционным и более информативным считается параметр k=Di=D(Z1/Z2), где D - диаметр колеса в дюймах. Параметр к называют шагом велосипеда. Он показывает, сколько диаметров заднего колеса (в дюймах) соответствует одному обороту шатунов. Существуют десятилетиями отработанные рекомендации по подбору шага велосипеда для разных стилей катания. Например, для велосипеда с колесом 27 дюймов (0,686 м) см. табл.

Стиль катания и подбор шага велосипеда

Для женщин рекомендуется уменьшить шаг на 10 -15%, а для детей -на 35-40%. Не составляет труда пересчитать шаг, если у велосипеда размер колеса 26 или 24 дюйма и большой диапазон передач. Например, для байка с колесом 26 дюймов максимальное передаточное число iмах=44/11=4, максимальный шаг кмах=26x4=104 дм; iмин=22/30=0,7333; минимальный шаг кмин=26х0,7333=19,07 дм. Таким образом, у «приличного» байка и возможности весьма впечатляющие. А для шоссейного велосипеда с колесом 27 дюймов, ведущими звездочками 56Т-46Т и ведомыми 13Т-25Т, максимальный шаг к=116,3 дм, а минимальный к =49,7 дм. Отсюда сразу можно сделать вывод, что шоссейный велосипед можно разогнать до гораздо большей скорости, зато в крутую горку легче забираться на байке.

Укладка - еще одна традиционная и весьма наглядная характеристика привода велосипеда. Она показывает, сколько метров проедет байк за один оборот шатунов. Считается она просто: L=πDi=πD(ZJ/Z2), где π=3,14 (число «пи»), a D - диаметр колеса, но уже в метрах. И укладка получается в метрах. При этом, как хорошо известно, произведение πD равно длине окружности колеса. Для байка с колесом в 26 дюймов (0,66 м) и без учета «прожатия» шины длина окружности колеса приблизительно равна 2,1 метра. Более точно длину окружности колеса легко померить самостоятельно рулеткой. Теперь легко составить таблицу укладок своего байка. Для наглядности возьмем 24 передачи и стандартный набор звезд.

Таблица укладок байка

Посмотрим на таблицу укладок более пристально. Само собой разумеется, что некоторые значения в ней не работают, их лучше избегать, например, 44/30, 44/24, 22/11, 22/13, 22/15, 32/30. Дляпередач 44/11 и 44/13 разница в укладках получается непомерно большой: 8,4-7,11=1,29 м - «метр с кепкой», что очень невыгодно. При переходе на более высокую передачу приходится раскручиваться почти с нуля. Это приемлемо на спуске, но плохо на ровной дороге или на легком подъеме. Если разница между передачами получается меньше, чем 0,15-0,12 м, то ее уже трудно почувствовать. В данной таблице таких значений нет. Удобно, когда разница в укладках находится в диапазоне 0,3-0,6 метра. Но это общая рекомендация.

Оптимальный набор передач имеет смысл подбирать индивидуально и самостоятельно, руководствуясь простым лозунгом: «Не делайте из кассет культа!». Ибо что такое кассета? Это всего лишь набор стальных шестеренок, скрепленных болтиками или заклепками. Исключение, как всегда, составляют кассеты XTR, XT и Dura Асе, где часть звезд установлены на алюминиевых венцах. А с обычными кассетами все легко. Болтики можно открутить, заклепки спилить, и если у вас есть различные шестеренки, вы можете собрать кассету по своему вкусу. Вот пара-другая простых советов. Не стоит уменьшать диапазон передач, за исключением долгих путешествий и марафонов по ровному асфальту; в этом случае выгодно собрать кассету с «плотным» набором повышающих передач: 11Т-12Т-13Т, а далее через зуб. Для зимы, грязи, гор лучше иметь максимальную плотность набора в зоне нейтральных и понижающих передач и без всякого стеснения поставить большую звезду 34Т (если позволяет задний переключатель). При этом следует учитывать, что чем больше звездочек на кассете, тем они тоньше.

Пластиковые проставки между звездочками бывают разной толщины, а высота кассеты должна соответствовать высоте шлицевого барабана на задней втулке, иначе кассета не уместится или будет «хлябать» и плохо переключаться. Ведущие звезды на системе также можно подбирать под трассу или стиль катания. Для большей тяги, для езды в горах или по грязи можно поставить малую звезду не 22Т, а 20Т, большую звезду 44Т заменить на 40Т или даже 38Т. И наоборот, для асфальта лучше поставить набор 46Т-36Т-26Т (34Т-24Т).

Относительный шаг велосипеда

Для более полного учета всех параметров привода вводится безразмерная характеристика «относительный шаг велосипеда», которая включает в себя длину шатуна 1, диаметр шины d, диаметр обода Do, деформацию шины h под действием нагрузки. Относительный шаг велосипеда Lo равен отношению укладки к длине окружности, которую описывает ось педали.

Lo=(L/2Al)=( Ai[Do+2(d-h)]/2Al)=iD/2l,

где D - эффективный диаметр колеса. Если толщину и деформацию шины не учитывать, то D=0,686 м для колеса в 27 дм и D=0,66 м для колеса в 26 дм. Самые ходовые шатуны имеют длины 170 мм и 175 мм — отличие всего в 3%. Для примера посмотрим значения Lo для этих длин шатунов, колеса диаметром 0,66 м, стандартной кассеты и ведущей звезды 44Т.

Как видно из таблицы, относительный шаг меняется на сравнительно небольшую величину: от 0,08 до 0,22 при изменении длины шатунов. Но даже такое изменение может быть весьма ощутимо и чувствительно при длительных поездках с большой нагрузкой. О влиянии длины шатунов на посадку и работу ног велосипедиста уже говорилось в соответствующей главе. Относительный шаг дает возможность оценить влияние длины шатунов более подробно и отчетливо. С более длинными шатунами относительный шаг меньше, следовательно, легче разгонять байк, меньше усилий надо прикладывать к педалям. С такими шатунами проще при тех же передачах карабкаться в гору, форсировать грязевой или песчаный участок. Короткие шатуны, с другой стороны, облегчают темповое педалирование с частотой 95-115 об/мин по асфальту и 70-90 об/мин по грунту. Кстати, байкерам небольшого роста с короткими конечностями, легче приспособиться к темповому педалированию - «войти в резонанс», чем высоким байкерам, для которых предпочтительно более спокойное вращение педалей.

Относительный шаг

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru