Велосипедная система

Как устроен велосипед

11 mins Автор: Михаил Скворцов 428

Двухколесный велосипед – удобное, практичное и полезное транспортное средство, которое прочно обосновалось и в городе, и в сельской местности. Помимо прямого назначения, велик широко используется в различных видах спорта. Общая конструкция идентична, если сравнивать простой городской байк, шоссейник или кросс-кантри. Простое устройство велосипеда, однако, не ограничено лишь описанием «колеса, руль, седло, педали» и включает в себя ряд тонкостей. В этой статье подробно остановимся на составных частях байка и поясним назначение каждой из них.

На чем держится велосипед

Строение велосипеда схоже с автомобильным: здесь есть несущая конструкция, на которую крепятся все рабочие узлы. Для легковой машины это кузов, а у велосипеда – рама. Тип рамы во многом определяет назначение, а ее качество отвечает за срок эксплуатации байка.

Рама велосипеда представлена ромбовидным остовом, сваренным из элементов:

• главные передние трубы – верхняя и нижняя (закрытые), изогнутая передняя труба (открытые);
• подседельная труба;
• верхние перья;
• нижние перья.

Передние трубы «сшиваются» между собой в рулевой стакан, нижние труба и перья с подседельной – в кареточный стакан, а перья между собой – в дропауты заднего колеса. По обеим сторонам передние трубы и перья приварены сверху к подседельной трубе.

Относительно подседельной трубы передняя и задняя части представлены двумя неодинаковыми треугольниками, размеры и геометрия которых зависят от типа и назначения велосипеда. Для современного ассортимента существует большое количество вариантов рам, но все они разделяются на классы:

• городские – жесткие, прочные и тяжелые;
• горные – стойкие к нагрузкам, мобильные, прочные;
• шоссейные – легкие;
• спортивные – устойчивые к высоким нагрузкам, прочные, ударостойкие;
• трюковые – используют для BMX-велосипедов.

Велосипеды делятся на полноразмерные и складные. Первые не имеют складного механизма, и для перевозки в метро, общественном транспорте и багажнике автомобиля их необходимо разбирать. Складные имеют, по крайней мере, один стык, по которому складывается рама. Они более удобны в перевозке и хранении, но уступают полноразмерным по ходовым показателям.

Большое влияние на эксплуатацию велосипеда оказывает материал несущего остова. Современные велосипеды выпускаются на стальных, алюминиевых и карбоновых рамах.

Сталь используют на сити-байках. Материал обладает высокой прочностью и ударостойкостью, а его недостатки – тяжесть и невысокая гибкость, из-за чего рама плохо сглаживает толчки. Все это не лучшим образом сказывается на динамике велосипеда.

Алюминий – легкий, прочный и гибкий материал. По сравнению со стальными аналогами, рамы из него обладают лучшей маневренностью и пассивной амортизацией. Легкость и прочность улучшают динамику и не создают существенного сопротивления движению. Разумеется, стоимость их будет выше.

Самыми дорогими являются рамы на основе углеродного волокна – карбона. Этот материал используется на дорогих моделях шоссейных, горных и спортивных велосипедов. В числе достоинств по сравнению с металлическими конкурентами – долговечность, прочность, ударостойкость и легкость. Плюс к этому велосипеды на карбоне обладают лучшей маневренностью по сравнению с алюминием.

Из чего состоят колеса

Велосипедные колеса – прочные и легкие конструкции, которые дают движение и за счет вращения удерживают раму в вертикальном положении. Традиционно велосипед имеет задний привод, то есть заднее колесо – толкающее, а переднее – ведомое и отвечает за управление.

На рисунке показано, из чего состоит классическое велоколесо. Устройство простое и почти не изменилось со времен своего основания.

Втулка – центральная часть, состоит из оси, подшипников и шайб. Основное назначение – задание и удержание крутящего момента. На задние втулки закрепляются трансмиссионные звездочки. Внутреннее устройство сложнее, чем у передних, так как втулка участвует непосредственно в раскручивании колеса. На дорожных моделях, помимо этого, в задние втулки интегрирован тормозной механизм. Планетарные задние втулки имеют скрытый механизм переключения скоростей.

Обод – круглое кольцо, которое закрепляется к втулке через спицы. Геометрия обода в сочетании с натяжением спиц определяет устойчивость колеса к повреждениям и динамическим нагрузкам. Ободья для велосипедных колес изготавливают из алюминия, спицы – из легких сплавов с хромовым напылением. Традиционно головки-регуляторы натяжения спиц находятся у ободьев, но существуют и «перевертыши», которые настраиваются на втулке.

Шины состоят из камеры и покрышки. Камера – полое резиновое изделие, которое накачивается воздухом до нужного давления. С «внешним миром» она связана ниппелем, через него воздух закачивается внутрь шины. Неплохо также узнать, какими бывают велониппели и чем они различаются. Для защиты камеры от остриев головок спиц поверх внутренней части обода накладывается резиновый флиппер.

Покрышка – внешняя часть шины и состоит из бортов, боковин и контактной части – протектора. В зависимости от предназначения велосипеда, устанавливаются различные типы покрышек:

• слики, полуслики – на шоссейники, для ровных дорог;
• дорожные – шины со средним рисунком протектора;
• агрессивные – покрышки с выраженным рисунком, для горных велосипедов;
• гибридные: могут использоваться и на ровном покрытии, и в бездорожье (но уступают по проходимости агрессивным).

Видимость колеса в темноте в лучах света дает катафот – оранжевая вставка на спицы. В связи с требованиями по безопасности движения катафотами оснащаются колеса всех велосипедов.

Система управления и амортизация

К основному элементу устройства велосипеда относится рулевой узел. Он включает в себя несколько составляющих:

Велосипедная вилка служит соединительным узлом для руля и переднего колеса. Устанавливается в передний стакан рамы при помощи штока. Руль вставляется непосредственно внутрь вилки, а колесо закрепляется на ушках ног – дропаутах.

Для того чтобы вилка могла свободно вращаться при поворотах, внутри стакана устанавливается рулевая колонка. Она состоит из верхней и нижней чашек, подшипников и фиксирующих колец. Чашки могут быть запрессованы или накручиваться на внутреннюю резьбу стакана (на дорогих профессиональных моделях). Подшипники делятся на закрытые промышленные и насыпные шариковые. Кольца надеваются на шток вилки, который фиксируется в рулевой колонке.

Руль велосипеда состоит из горизонтальной изогнутой трубы и вертикального штока. По форме рули разделяют на:

• прямые (для МТБ и гибридов);
• изогнутые вверх (дорожные);
• изогнутые вниз;
• бараны (на шоссейники).

Вертикальный шток руля имеет на конце разводник, который фиксирует трубу в вилке при закручивании гайки.

Вынос – деталь, которая определяет расстояние руля от рамы и крепится к регулировочной трубе. На разных моделях ставятся жесткие и регулируемые выносы. Простые велосипеды дорожного типа выносом не оснащаются. Удаленность руля влияет на посадку: чем он дальше, тем больше велосипедист принимает горизонтальное положение.

Седло зафиксировано в центральной трубе рамы подседельным штырем. Регулировка высоты позволит подобрать оптимальную посадку. Ширина седел различается в зависимости от типа велосипеда: на дорожных моделях они шире, чем у МТБ и шоссейных. Седла могут различаться по форме и длине. Снизу они подпружинены или оснащаются демпферами.

Амортизация – способность гасить колебания и смягчать ударные нагрузки. Традиционно амортизационная система находится в передней вилке, а такие велосипеды носят название хардтейлов.

Амортизация состоит из пружины и демпфера. В зависимости от используемых компонентов, вилки разделяются на несколько типов (пружина/демпфер):

• пружинные (без демпфера);
• пружинно-эластомерные;
• пружинно-масляные;
• воздушно-масляные.

Регулировка параметров вилки: длина хода (Preload), скорость отбоя (Rebound) и блокировка. Вилки без амортизации называются жесткими и ставятся на шоссейные и дорожные модели.

В дополнение к стандартной амортизации, на горные велосипеды устанавливают задний амортизатор, который сглаживает колебания рамы. Велосипеды с двумя амортизаторами называются двухподвесами.

Устройство трансмиссии и велосипедных тормозов

Трансмиссия – это то, без чего велосипед не поедет. Достаточно сложный узел, в его состав входит большая часть механизмов:

• каретка;
• ведущие звезды;
• шатуны и педали;
• цепь;
• задние звезды;
• переключатели скоростей и монетки.

Кареточный узел расположен в нижнем стакане рамы, служит соединительным узлом для шатунной пары и передних звезд. Каретка обеспечивает свободное вращение без проворачивания за счет фиксированных подшипников и сквозной оси на них. Разделяется на два типа: с открытыми подшипниками и картриджная, где весь механизм скрыт внутри корпуса.

Шатуны – детали для соединения каретки с педалями. Могут иметь два варианта крепления: шлицевое и квадратное. Двусоставные, или парные, шатуны идут комплектом с передней звездой (звездами на скоростные модели), закрепленными на правом шатуне.

Педали – опоры для ног, через которые усилия передаются на шатуны, каретку и передние звезды. В зависимости от сферы применения различают несколько видов:

• классические, или платформы – ставятся на велосипеды начального уровня, можно использовать любую обувь, зацепление за педали за счет сил трения;
• контактные – со специальные вставками, предназначены только для велообуви, улучшенное сцепление поверхностей;
• экстремальные – для спортивного велосипеда, широкая поверхность, толщина, вставки-фиксаторы;
• педали с ремешками;
• педали-мини.

Задние трансмиссионные звезды скоростного велосипеда крепятся к втулке заднего колеса. На одну переднюю звезду приходится 2-3 задние. Маленькие звезды отвечают за высокие, а большие звезды – за низкие передачи.

Соединительным звеном между передними и задними звездами служит цепь: на велосипеде используется блочная модель Галля. Переброс цепи осуществляется с помощью переключателей, которые управляются манетками на руле. Манетки делятся на два типа – барабанные и рычажные. С переключателями их соединяют приводные тросы.

На синглспиде отсутствуют переключатели, передняя и задняя звезда в единственном экземпляре, цепь короче.

Тормоза – самая важная система, без которой велосипед выкатывать строго запрещено. Современные тормозные системы для велосипедов различных классов:

• ободные – клещи, V-brake;
• дисковые;
• барабанно-втулочные.

Ободные тормоза представляют собой зажимные устройства с колодками, воздействуют на ободья колес, замедляя их вращение. Клещевые модели имеют одно крепление, за счет движения рычага скобы сближаются, а при ослаблении раздвигаются обратно. Клещи ставятся на место закрепления крыльев. Используются как дополнительные тормоза на синглспидах и на шоссейных велосипедах.

V-brake работает по такому же принципу, но скобы находятся в закрепленном состоянии: к вилке для переднего, к перьям – для заднего тормоза. V-brake обладают большей точностью и силой торможения по сравнению с клещевыми.

Дисковый тормоз состоит из закрепленного на втулку диска (тормозная поверхность), калипера и привода – рычага и тросика. На калиперах закрепляются тормозные колодки, которые прижимаются к диску при нажатии ручки. Точность дисков выше, чем у V-brake благодаря большей поверхности торможения, меньшему ходу колодки и независимости от геометрии обода. По типу привода дисковые тормоза делят на механические и гидравлические.

Барабанно-втулочные тормоза порядком устарели, но продолжают активно устанавливаться на дорожные модели. Барабан спрятан в задней втулке и приводится в соприкосновение с колодками нажатием педалей назад. Чтобы втулка не прокручивалась, встроен специальный стопорный механизм. Эффективность торможения низкая в сравнении с ободными и дисковыми аналогами, но для односкоростных дорожников лучшего варианта не придумать.

Заключение

Велосипед – довольно обширный механизм, и состоит из большого количества узлов. При эксплуатации важным показателем является исправное состояние каждого из них. Теперь, когда знаем, как устроен велосипед, можно заниматься диагностикой, ремонтом и обслуживанием запчастей.

Типы велосипедных систем

Одна из наиболее важных элементов велосипеда – система шатунов и звезд, и конечно же рама и вилка. Но сегодня говорим, именно о системе шатунов, благодаря которой велосипедист передаёт усилие от ног к колёсам и велосипед начинает ехать.

Давайте разберемся, чем отличаются системы.

Форма звезд. Большинство велосипедных систем имеют круглые звезды, но есть и системы с овальными звездами, они дают чуть более высший КПД.

Количество звезд. В системах могут быть от 1 до 3 звезд. Они стоят на разных типах велосипедов, так к примеру, 1 звезда стоит на городских велосипедах, горных, а так же великах для триала и даунхила. 2 звезды (имеющие пару 42-52 зуба) установлены на туринговых и шоссейных велосипедах, а 3 звезды обычно ставят на MTB/ATB и гибриды (характерная тройка 44(42)-34-22 зуба).

Крепление шатунов к каретке бывают двух видов: первый – шатуны совмещенные с осью каретки, в основном ставится на бюджетных моделях велосипедов и на детских, второй – с конусным креплением на ось.

Длина шатунов. Большая длина шатуна позволяет развивать большее усилие и скорость. Стандартная длина велосипедных шатунов 170мм и 175мм. Однако, езда с очень длинными шатунами – это дело привычки.

Немаловажный параметр – материал, из которого изготовлены звезды и шатуны. Большинство современных производителей изготавливают недорогие системы с шатунами из алюминия, это уменьшает вес, добавляет прочность на изгиб. Самые бюджетные модели сделаны со стальными шатунами. Если в алюминиевом шатуне пустая полость – его вес снижается, но стоимость больше, хотя в целом, само качество полости ни как не влияет на прочность.

Звезды производятся из стали и алюминиевых сплавов, иногда они могут быть смешанные. Последнее справедливо для бюджетных велосипедов, чья стоимость не превышает 600$.

Как показывает практика, алюминиевые звезды превосходят по качеству стальные. Звезды изготавливаются либо путем штамповки, либо путем фрезеровки. Отличаются они стоимостью, штампованные дешевле, а фрезерованные устанавливаются на велосипеды с высокими группами оборудования (от LX) за счет их более высокого качества.

Типы велосипедных систем

Система включает в себя два шатуна, паук и звезды. А в интегрированных системах добавляется ось.

Шатуны это рычаги, которые являются связкой между педалью и звездами. Шатуны бывают П-образной формы, либо полость, о которой говорилось выше, что дает возможность облегчить конструкцию без потери жесткости.

«Паук» для шатуна

Связывает шатуны и звезды. Они могут сниматься, быть несъемными и цельные с шатуном. Некоторые велосипеды оснащены встроенным датчиком измерения мощности, который располагается в «пауке». Есть несколько типов таких конструкций, где «пауки», предназначенные для одной, двух, трех и даже четырех звезд. Самые распротраненные «пауки» на 2 или 3. Тип крепления – от 3 до 5 лапок.

На бюджетных моделях велосипедов звезды не снимаются, приходится менять всё систему целиком, а на дорогих моделях они являются съемными.

Отличие этих систем от других в том, что у них имеется вал каретки, который впрессовывается в один из шатунов, преимущественно в правый. Вал выглядит как трубка, то есть он полый. У него достаточно большой диаметр по сравнению с традиционными валами каретки. Чашки каретки в интегрированных системах раздельные, с внешними промподшипниками, а между чашами стоит пластиковая проставка.

Устройство системы велосипеда

Системой шатунов (или сокращенно “системой” или “шатунами”) называют механизм, передающий усилие от педалей к цепи. Этот, обычно, третий по стоимости компонент велосипеда (после рамы и вилки), довольно серьезно влияющий на вес велосипеда в целом.

Устройство.

Рассмотрим типичную систему шатунов для горного велосипеда. Она состоит из:

1. Звезды. Бывают стальные (тяжелее и долговечнее) или алюминиевые (легче, но менее износоустойчивые).
2. Защита от звезд (опционально). Защищает одежду от смазки и повреждения.
3. Крепление звезд. Заклепки или бонки (специальные болты). Если установлены бонки, то звезды можно менять по мере износа. Актуально в дорогих системах с алюминиевыми звездами.
4. Лапки. К ним крепятся звезды.
5. Посадочный интерфейс каретки (подробнее читайте ниже).
6. Шатуны.
7. Место крепления педалей.

Левая и правая педали имеют разную резьбу. Не перепутайте их, при установке.

Типы крепления.

Важным моментом при выборе системы является тип интерфейса каретки. На протяжении последних лет, стандартом в бюджетном секторе стал “квадрат”. Более совершенной (и более дорогой) альтернативой являются шлицевые интерфейсы, которые постепенно становятся всё доступнее и уже встречаются на младших моделях велосипедов некоторых производителей.

Шлицевых стандартов довольно много (часто у каждого крупного производителя встречается свой собственный стандарт), но есть и “общие”, например, ISIS. Встречаются и системы, с интегрированной кареткой. На сегодня, это самый современный тип крепления.

Материалы.

Что касается материалов, то они напрямую зависят от цены и применения шатунов.

Самые простые в любой дисциплине – стальные. В более дорогих моделях:

• В горных и шоссеных – алюминий и карбон (на велосипедах про-уровня);
• В экстремальных велосипедах алюминий дополняют (или заменяют вовсе) хром-молибденом.

Стоит заметить, что алюминиевые шатуны практически полностью вытеснили стальные даже в бюджетном секторе. Между собой алюминиевые модели часто отличаются конструкцией (литые, фрезерованные, полые).

Всегда хорошо закручивайте шатуны при установке. Плохая затяжка легко выводит из строя даже самые дорогие модели.

Типы звезд.

В среднем и дорогом сегменте используют съемные звезды. Это актуально, если вы много катаетесь и есть вероятность износа звезд (пробеги от 20 тыс. км). Звезды могут быть стальные или алюминиевые. Первые тяжелее но надежнее, вторые больше подходят для спортивных велосипедов т.к. легче, но и менее надежны.

Стоимость современной системы лежит в пределах от $15 до $500. Самая простая система – стальная, неразборная, под “квадрат”. С ростом класса (а следовательно и цены), в конструкции применяется больше дорогих облегченных материалов (алюминий, хром-молибден, карбон), возможность замены звезд и современные системы крепления (шлицевые, часто с интегрированной кареткой).

Велосипедная система

Велосипедная система

Система ведущих звезд (система) — передний набор звезд велосипеда, расположенный на оси каретки, часть велосипедной трансмиссии. Система служит для преобразования поступательного движения ног велосипедиста во вращательное и изменения передаточного отношения (при наличии на велосипеде устройства переключения передач).

Шатуны (кривошипы) соединяют валы педалей с валом каретки. Звезды прикрепляются, как правило, к правому шатуну. Существуют системы как с несъемными звездами, так и поставляемые отдельно от звезд.

Классификация систем

1. По области применения:

• MTB системы:
  • Даунхилл системы – особо прочные одинарные.
  • Гибриды – тройные системы с набором звезд наподобие 26-36-48. Ориентированы в большей степени на движение по шоссе и туризма.
  • Кросс-кантри – тройные системы с набором звезд 22-32-42 (у дешевых), 22-32-44 или 24-32-42 (Shimano Dyna-Sys ). Последние системы высокого уровня (Shimano SLX и выше, Sram X.7 и выше) могут быть двойными: 26-38(39) или 28-40(42), подразумевая использование 10-звездной кассеты. Последние разработки – системы с 1 звездой спереди (при кассете на 11 звёзд сзади), полностью пропадает необходимость в переднем переключателе.
  • Компакт-системы – двойные системы со звездами 34-50, 36-50. Больше подходят для гонок в холмистой местности. Для новичков и развлекательной езды — тройные системы 30-39-50.
  • Велокроссовые системы – всегда двойные. Характерный набор звезд — 36-46, но выпускаются и традиционные 34-50.
• Шоссейные системы – системы пятилапки и звезды на 5 болтов.
• Системы для дорожных велосипедов – двойные системы с большими звездами наподобие 39-52, 42-53 и т. п. Для новичков и развлекательной езды — тройные системы 30-42-52.

2. По количеству звезд:

• С одной звездой.
• С двумя звездами (“двойники”).
• С тремя звездами (“тройники”).

3. По принципу работы механизма переключения передач:

• Системы с несколькими звездами.
• Планетарные системы.

В тандемных велосипедах системы имеют обычно дополнительные звезды для передачи крутящего момента от педалей второго ездока. Дисковый тормоз, встроенный в систему, применяется на велосипедах со втулкой без свободного хода (например, в велосипедах для велотриала). А иногда механизм свободного хода также располагается в системе ведущих звезд.

Стандарты крепления системы к валу каретки:

• соединение “на клиньях” – использовалась на старых советских велосипедах.
• соединение “под квадрат” нескольких разновидностей (JIS, ISO, JISLP)
• С полой осью под шлицевую посадку (Shimano Octalink, ISIS и др.)

В некоторых случаях вал каретки и один из шатунов изготавливаются неразъемными. Существуют так же системы, в которых оба шатуна образуют с валом единую деталь (встречаются, например, в BMX).

Шатуны

Шатун – это рычаг, передающий усилие с педали на вал каретки. В процессе эксплуатации шатуны для велосипеда подвергаются достаточно большой нагрузке, поэтому для их производства используются прочные материалы: сталь, алюминиевые сплавы, карбон. Стальные шатуны зачастую выпускаются полыми, что способствует уменьшению их веса.

В зависимости от конструкции шатуны для велосипеда разделяются на следующие типы:

• односоставный шатун — представляет собой цельнометаллическую конструкцию, состоящую из оси, правого и левого шатунов; имеет большой вес, но достаточно прочен и надёжен;
• двухсоставный шатун — конструкция, состоящая из правого шатуна, оси и ведущей звезды; левый шатун является отдельной деталью и фиксируется при помощи стяжного болта или клина на шлицах оси;
• трёхсоставный шатун — самая распространённая конструкция, в которую входит три составных части: левый шатун, ось и правый шатун со звездой.

Длина шатуна должна быть пропорциональна длине ног велосипедиста. Чтобы два велосипедиста разного роста, в верхней точке амплитуды, поднимали ногу на один и тот же угол, у них должны быть установлены шатуны разной длины. Алгоритмы вычисления длины шатунов не детерминированы. На рынке наибольшую популярность получили шатуны от 160 до 180 мм.