что такое передаточное число на велосипеде
Как подобрать передаточные числа под размер колес велосипеда
| Размер покрышки | Обороты колеса | Скорость |
| 29х2,2 дюйма (2298мм) | 3,09х2,298=7,1 м | 80х7,1мх60мин=34080м/ч=34км/ч |
| 0,85х2,298=1,9 м | 80х1,9мх60мин=9120м/ч=9,12км/ч | |
| 26х2,1 дюйма (2068мм) | 3,09х2,068=6,39 м | 80х6,39мх60мин=30528м/ч=30,5км/ч |
| 0,85х2,068=1,75 м | 80х1,75мх60мин=6960м/ч=6,9км/ч | |
| 24х2,0 дюйма (1925мм) | 3,09х1,925=5,95 м | 80х5,95мх60мин=28552м/ч=28,5км/ч |
| 0,85х1,925=1,64 м | 80х1,64мх60мин=7854м/ч=7,8км/ч | |
| 20х1,95 дюйма (1565мм) | 3,09х1,565=4,84 м | 80х4,84мх60мин=23232м/ч=23,2км/ч |
| 0,85х1,565=1,33м | 80х1,33мх60мин=6384м/ч=6,4км/ч |
Как мы видим из таблицы, при одном и том же каденсе и одинаковой трансмиссии скорость велосипедистов ощутимо разнится в зависимости от размеров их колес. И если 34-я звезда спереди вполне разумна для больших колес (у меня 27,5х2,8, что по сути почти те же самые 29 по длине окружности), то для складных велосипедов с 20-ти дюймовыми колесами её явно маловато.
Разный каденс, разные звезды, один диаметр.
Но каденс-то тоже можно менять! Начинающие велосипедисты катают с каденсом примерно от 60 оборотов в минуты, каденс же спортсменов переваливает за полторы сотни! Комфортные значения для большинства варьируются от 70 до 120, но это сильно зависит от уровня подготовки. За собой я заметила, что с годами мой каденс стал ощутимо выше, и вместо силового педалирования на высоких передачах я все чаще выбираю езду на более низких с высоким каденсом. Это снижает нагрузку на колени, но требует определенной тренированности.
Рассмотрим изменение скорости в зависимости от каденса на примере синглспид велосипеда, который вы, может быть, хотели бы себе собрать, но не знаете, какие подобрать звезды для того, чтобы комфортно на нем ездить по плоскому городу типа Санкт-Петербурга.
Итак, у вас модный сингл/фикс, легкий и быстрый, на узкой резине 700х25 (2105мм окружность), сзади звезда на 18 зубов, и вы хотите на нем вкручивать 40км/ч, но вам любопытно также, насколько будет комфортна более медленная езда.
Пойдем от обратного! Я, как уже говорилось, гуманитарий, поэтому будем считать поэтапно.
Для начала выясним расстояние, которое нужно пройти за один оборот колеса при фиксированном каденсе.
40км/ч=40000м/ч, при каденсе 120об/мин получаем
40000м/ч:(120об/мин х 60минут)=5,55 метров пройдет колесо за один оборот.
Зная его окружность, получим передаточное соотношение
5,55:2,105м=2,64.
Окей, а с какой скоростью сможем на ней катить, снизив каденс до 70 оборотов в минуту? 48/18=2,66
2,66х2,105х70х60=23576м/ч=23,6км/ч
Если вас эти значения устраивают, тогда 48-я звезда с данными колесами и с 18 звездой сзади для вас оптимальна.
Надеюсь, эта статья поможет вам разобраться в огромном мире велосипедных колес и трансмиссий.
Велосипедная трансмиссия
Трансмиссия — одна из важнейших частей велосипеда, определяющая его возможности и значительно влияющая на итоговую стоимость байка. От правильного выбора трансмиссии (привода) во многом зависит то, как вы сможете использовать свой велосипед в дальнейшем — будь то городская езда, гонки по бездорожью, езда по шоссе или внедорожный туризм. Заранее отметим, что универсального и идеально подходящего для всех условий решения здесь нет и быть не может — выигрывая в одном, мы всегда проигрываем в другом. Поэтому при покупке велосипеда или комплектующих для апгрейда важно учитывать свои нынешние и возможные будущие потребности. В конечном счете, никто не говорит, что велосипед должен быть одним для всех условий эксплуатации — многие опытные байкеры имеют несколько различных велосипедов.
3. Выбор и апгрейд трансмиссии
В предыдущих двух частях статьи мы рассмотрели существующие виды велосипедных трансмиссий, а также их составные части. Сейчас мы расскажем вам об основных принципах подпора компонентов под конкретные задачи.
3.1. Количество передач
Многие начинающие велосипедисты задаются вопросом: зачем на велосипеде нужно 24-33 передачи, когда, например, машины обходятся четырьмя-восемью? Не говоря уже о том, что на «Аисте» или «Украине» вообще всего одна передача. Ответ складывается из двух частей: требуемого диапазона трансмиссии и расстояния между соседними передачами.
Во-первых, скорость велосипедиста на маршруте в разных условиях может быть от 3 до 60 км/ч, что обуславливает необходимость широкого диапазона трансмиссии (насколько широкого — другой вопрос). Во-вторых, ноги человека, по сравнению с автомобильным двигателем, имеют очень узкий диапазон «рабочих оборотов» (частота вращения педалей называется каденсом). Скажем, если автомобиль нормально едет при оборотах двигателя от 2000 до 6000 об/мин. (разница в 3 раза), то у человека этот диапазон всего лишь 75-100 об/мин. (разница в 1,33 раза). Если крутить медленнее, то могут болеть и изнашиваться коленные суставы, а быстрее — уже физически тяжело, без контактных педалей вообще малореально.
Некоторые могут спросить, почему нельзя переключать передний и задний переключатели синхронно, например, в процессе разгона с 2-4 переключаться на 3-3, потом на 2-5, потом на 3-4. Так понадобится гораздо меньше передач. Да, действительно, так приходилось делать при езде на совсем старых велосипедах с 4-5 звездами сзади. Практика показала, что передний переключатель плохо подходит для постоянного дергания туда-сюда: он гораздо хуже переключает под нагрузкой, медленнее меняет передачи, чаще отказывает из-за загрязнения или замерзания. Плюс такое переключение займет гораздо больше времени, поскольку оба переключателя одновременно двигать нельзя. Поэтому гораздо удобнее пользоваться задним переключателем, а передний трогать только при резкой смене условий движения (например, если началась горка или закончилась дорога).
Таким образом, мы неизбежно приходим к тому, что трансмиссия должна быть: а) с достаточно широким диапазоном, б) с небольшими расстояниями между передачами, чтобы не выходило так, что при некой скорости ноги на одной передаче крутят слишком быстро, а на другой — слишком медленно. Современные двойные-тройные системы и кассеты с 9-11 звездами как раз обеспечивают выполнение обоих этих требований. Разумеется, ничего не бывает бесплатным — чем больше звезд сзади, тем выше цена, металла там меньше, цепь уже, что опять-таки сказывается на ресурсе.
Отметим, что совершенно не обязательно наращивать число передач до предела. У шоссейных велосипедов типичная трансмиссия это 2х9, 2х10 или 2х11, при этом кассета имеет узкий диапазон и очень маленькие расстояния между передачами для удобства выбора идеального каденса. На горных велосипедах гонщики часто снимают малую звезду системы (т.к. они медленно не ездят), а туристы и экстремалы — большую (т.к. они быстро если едут, то с горки, где крутить педали нет смысла). Наконец, кассета с 11 звездами на МТВ (например, SRAM XX1 или X01, либо Shimano XTR 9000-й серии) позволяет вообще упразднить передний переключатель без особого ущерба для ходовых качеств.
В случае с планетарными втулками у нас похожая ситуация. 2-3-скоростные городские модели имеют слишком большие расстояния между передачами, порядка 37% (тогда как у кассеты разница между звездами 20% уже считается большой). Но они и не предназначены для интенсивной езды, когда появление «неудобных» скоростей недопустимо. Более продвинутые модели (например, Shimano Alfine) уже имеют приемлемые расстояния между передачами, поэтому там количество передач вполне соответствует диапазону трансмиссии.
С точки зрения диапазона и расстояния между передачами, синглспид — это вообще экстремальный вариант трансмиссии, требующий либо очень сильные и здоровые ноги, либо полное отсутствие требований к ходовым качествам велосипеда. Проще говоря, в зависимости от соотношения звезд, у большинства людей синглспид будет ехать либо очень медленно, либо только по ровной асфальтовой дороге (без груза и встречного ветра), либо ни то, ни сё.
3.2. Совместимость с велосипедными рамами
Вопрос совместимости привода с рамой часто возникает при смене трансмиссии на другой тип. По совместимости с теми или иными трансмиссиями рамы можно разделить на несколько групп:
Рамы для классической трансмиссии — сейчас наиболее распространены. Имеют вертикальные дропауты (прорези для оси колеса) и петух (несменный или чаще сменный), служащий для установки заднего переключателя. При использовании трансмиссии с внутренним переключением (проще говоря, планетарной втулки) или синглспида нужно как-то натягивать цепь, для чего такая рама не приспособлена. Поэтому вместо заднего переключателя ставится натяжитель цепи (просто подпружиненный ролик), однако такое решение ликвидирует часть достоинств планетарной втулки и делает невозможным использование ножного тормоза.
Рамы для трансмиссии с внутренним переключением. Имеют горизонтальные или наклонные дропауты, позволяющие натягивать цепь. Но из-за отсутствия петуха, к которому крепится задний переключатель, они не совместимы с классической трансмиссией.
Универсальные рамы с горизонтальными дропаутами. Почти ничем не отличаются от предыдущего вида, плюс оснащены петухом, позволяющим использовать также и классическую трансмиссию. Вообще, горизонтальные дропауты не очень удобны по своей сути, поскольку вставлять колесо в вертикальные — гораздо удобнее. Зато это самый простой и дешевый вид универсальных рам.
Последующие типы рам имеют красивую и элегантную конструкцию, но технически сложнее, дороже, тяжелее, а движущиеся/сменные узлы теоретически могут издавать звуки, прикипать или постепенно разбалтываться.
Универсальные рамы со сменными дропаутами. Тут всё просто: по желанию пользователя, он привинчивает к раме либо вертикальные дропауты с петухом, либо горизонтальные.
Универсальные рамы со сдвижными или качающимися дропаутами. Здесь используется достаточно хитрая конструкция вертикальных дропаутов, позволяющая сдвигать их в продольном направлении и тем самым натягивать цепь.
Универсальные рамы с эксцентриковой кареткой — имеют обычные вертикальные дропауты, при этом каретка специальной конструкции позволяет сдвигать систему взад-вперед на расстояние, достаточное для натяжения цепи.
Установка втулок типа Rohloff — вообще отдельный разговор, поскольку для них оптимальны редкие рамы с дропаутами особого вида.
3.3. Требуемые передаточные отношения
Передаточные отношения трансмиссии во многом определяют ходовые качества велосипеда — то, как он будет покорять тяжелые дороги, и насколько быстро сможет разогнаться по шоссе. Большинство современных велосипедов уже на заводе оснащаются трансмиссиями с передаточными числами, подобранными для решения типичных задач с хорошим запасом:
Досаточно часто бывает, что владелец велосипеда хочет изменить доступные передаточные отношения путем замены звезд. К этому вопросу стоит подойти обдуманно, чтобы вместо улучшения ходовых качеств не получить их ухудшение (например, после установки шоссейной звезды на MTB он сможет разгоняться с горки до 70 км/ч, но для езды по ровным дорогам такая звезда скорее вредна).
Освободившийся ресурс в виде «лишних» передач полезно пустить на уменьшение расстояния между соседними передачами, чтобы было комфортнее подбирать нужный каденс. Вариант — упразднить одну из звезд системы для облегчения велосипеда и упрощения работы с трансмиссией. Если же по вашим расчетам требуются совсем кардинальные переделки в трансмиссии, то задумайтесь, не логичнее ли будет купить велосипед другого класса? Ведь горный велосипед в любом случае не создан для гонок по асфальту, а шоссейный — для бездорожья и гор.
3.5. SRAM, Shimano или вообще планетарка?
Несколько лет назад в Интернете кипели нешуточные страсти между фанатами оборудования фирм SRAM и Shimano. В тот период в Shimano позволяли себе смелые и часто спорные эксперименты с конструкцией оборудования (например, упразднение горных триггерных манеток в пользу Dual Control), из-за чего фирма потеряла часть своих клиентов, которые перебежали в стан компании SRAM. Американцы не остались в долгу и не упустили возможность развернуться к клиентам лицом и предложить им много вкусностей:
На почве нелегкого выбора между привычными, но слегка странными японцами, и передовыми американцами было сломано немало копий. На взгляд автора, SRAM действительно был чуть впереди до наступления эпохи 10-скоростных кассет на МТВ. Однако сейчас страсти утихли, в Shimano переняли большую часть нововведений SRAM, откатили наиболее спорные нововведения, и такого острого выбора уже нет, можно смело покупать оборудование той фирмы, которая больше нравится. Но у конкурентов по-прежнему остались небольшие, но интересные особенности: хорошие грип-шифты и привод 1х11 у SRAM, меньшая цена и чуть более продвинутая конструкция манеток у Shimano (в перспективе — электрическое переключение и привод 1/2/3х11).
Бывает, что в очередной спор по выбору компонентов трансмиссии врываются поклонники планетарок, считающие, что такая втулка обязана стоять на каждом велосипеде. На самом деле, как и любое другое устройство, планетарная втулка имеет свои достоинства и недостатки. В целом можно сказать, что планетарные втулки рассчитаны на эксплуатацию при невысоких нагрузках в мягких условиях эксплуатации. Тогда они проживут очень долго и почти не будут требовать ухода, кроме ежегодного ТО, которое лучше доверить специалисту. В отличие от систем внешнего переключения, где нужно регулярно чистить, смазывать и периодически подновлять компоненты.
Если же макать планетарки в грязь и броды, форсировать горы с багажом, участвовать в гонках (не забываем про их большой вес и чуть худший КПД) и вообще всячески издеваться над ними — долго такая втулка не проживет. Возможно, разве что кроме 14-скоростной втулки Rohloff стоимостью как неплохой велосипед. Не надо забывать и про то, что в случае поломки или резкого ухудшения работы владельца может ждать дорогостоящий ремонт, который должен проводиться специалистом. Тогда как большинство поломок классического привода могут быть исправлены на месте простым смертным.
Таким образом, можно сделать нехитрый вывод о том, что планетарки идеальны для каждодневной городской езды, также вполне подходят для покатушек по асфальту и ненапряжного «европейского» туризма. Если же ожидаются огребания, высокие нагрузки, соревнования, тяжелые дороги, не дай бог «грузовые» автономные походы — лучше классического привода для таких условий пока ничего не придумали.
3.6. Уровни оборудования
Практически любой начинающий велосипедист наверняка задавался вопросом, почему стоимость похожих на вид деталей может различаться в 10 и более раз. На самом деле, выбор здесь диктуется в большей степени отведенным на велосипед бюджетом, чем некими кардинальными преимуществами более дорогих компонентов. Важно понимать, что даже очень дорогой велосипед не поедет сам по себе (не считая моделей с мотором), и подготовленный человек на дешевом байке обгонит неподготовленного на дорогом. С другой стороны, более дорогое оборудование легче и обычно приятнее в эксплуатации.
На что же уходят деньги? С ростом стоимости оборудования, оно может улучшаться в разных направлениях:
Для рядового потребителя лучше всего бросаются в глаза пункты 1 и 2 (не без помощи маркетологов), тогда как с пунктом 4 нам приходится либо верить на слово производителю, либо полагаться на отзывы и тесты, зачастую со спорной достоверностью. Уменьшение веса — достаточно неоднозначный момент. Конечно, легкий велосипед лучше тяжелого, однако с уменьшением веса цена растет по экспоненте, и на определенной стадии за экономию очередных 50 г приходится платить сотни долларов.
Другая сторона вопроса — влияние облегчения на надежность. В какой-то момент инженеры упираются в физические ограничения, и дальнейшее уменьшение веса происходит за счет снижения прочности (особенно в случае тонкостенных или мелких алюминиевых и титановых деталей). Впрочем, проблема сколько-нибудь существенного снижения надежности характерна только для отдельных особо легких компонентов. Производители не враги себе, и сознательно выпускать дорогие ненадежные детали мало кому нужно.
При росте стоимости каждый компонент теоретически должен проходить такие стадии:
Тяжелый и очень недолговечный
Tourney-Altus-Acera, бессерийные компоненты «нулевых» и «первых» серий
Тяжелый с вполне удовлетворительным ресурсом
Altus-Acera-Alivio, бессерийные компоненты 200-300 серий
Среднего веса с хорошим ресурсом
Alivio-Deore-SLX, бессерийные компоненты 400-500 серий
Среднего веса с хорошим ресурсом и дополнительными особенностями
Лёгкий и дорогой, с хорошим ресурсом и дополнительными особенностями
Очень лёгкий и очень дорогой. Возможна особо передовая конструкция
Видно, что диапазоны групп оборудования перекрываются. Это значит, что здесь нет и не может быть жестких разграничений — в одной и той же группе один компонент может быть супер-удачным и мало отличающимся от более дорогих собратьев (например, тормоза SLX), а другой — переоцененным и мало отличающимся от более дешевых. Сравнение разных производителей — еще более неблагодарное дело, поскольку общепринятых методик тестирования и сравнения попросту не существует. Также не надо забывать, что один человек может накатывать на Acera многие тысячи километров, а другой — приведет ХТ в негодность за полсезона или в первой же поездке.
Рассмотрим ситуацию подробнее: чем же отличаются друг от друга компоненты разных уровней? (помимо разного веса)
Заключение
Итак, в этой статье мы постарались дать начинающим велосипедистам общее представление о велосипедной трансмиссии, ее видах, составных частях, а также общих принципах подбора компонентов под свои задачи. Исходя из прочитанного, некоторые велосипедисты могут решить, что наиболее простой способ получить хорошую трансмиссию — это вложить побольше денег в оборудование уровня ХТ и выше. Однако не следует забывать, что велосипед — это не только трансмиссия, его формируют также и другие компоненты, такие как вилка, рама, колеса, которые также требуют обдуманного вложения денег. Бездумно покупать какие попало компоненты, лишь бы подороже, — неоптимальное решение, таким образом можно получить велосипед стоимостью 2000 долларов с весом и ходовыми качествами ашанбайка из ближайшего супермаркета. В результате может оказаться, что втрое-вчетверо более дешевый велосипед в сборе прямо из веломагазина, в принципе, ничем не хуже, если аккуратно ухаживать за ним, менять износившиеся расходники и делать положенные ТО.
Где же остановиться? Как уже говорилось, от использования более дешевого оборудования велоспед не перестанет ехать. С другой стороны, велосипед на дорогом оборудовании доставит больше удовольствия. Можно посоветовать выбирать уровень оборудования, исходя из собственного достатка и понимания целесообразности, основываясь на том, какой бюджет кажется вам разумным (не забывая о других обязательных тратах на шлем, инструмент, аксессуары). Разумеется, есть нижняя планка стоимости велосипеда (около 300-500 долларов для горных хардтейлов и ригидов), за которой качество становится неудовлетворительным, и оборудование такого класса уже не внушает доверия в сколько-нибудь ответственных поездках. А выше этой планки на технику уже вполне можно положиться при условии соответствующего ухода.
Чтобы велосипед двигался с той же скоростью, использование более низкой передачи (большее механическое преимущество) требует, чтобы велосипедист крутил педали с большей частотой вращения педалей, но с меньшим усилием. И наоборот, более высокая передача (меньшее механическое преимущество) обеспечивает более высокую скорость для данной каденции, но требует от гонщика приложения большей силы. У разных велосипедистов могут быть разные предпочтения в отношении частоты вращения педалей и силы педалирования. Продолжительное приложение слишком большой силы на слишком высокой передаче при слишком низкой частоте вращения педалей может увеличить шанс повреждения колена; частота вращения педалей выше 100 об / мин становится менее эффективной после коротких рывков, как во время спринта.
СОДЕРЖАНИЕ
Измерение передаточных чисел
Методы
При измерении спереди / сзади учитываются только размеры передней и задней звездочки. В дюймах шестерни и метрах развития также учитывается размер заднего колеса. Коэффициент усиления идет дальше и также учитывает длину кривошипа педали.
Зубчатые дюймы и метры развертки тесно связаны: чтобы преобразовать из зубчатых дюймов в метры развертки, умножьте их на 0,08 (точнее: 0,0798, или точно: 0,0254π).
Приведенные ниже методы расчета предполагают, что любая ступичная шестерня находится в прямом приводе. Умножение на дополнительный коэффициент необходимо, чтобы учесть любое другое выбранное передаточное число ступицы (многие онлайн-калькуляторы передач имеют эти коэффициенты, встроенные для различных популярных ступичных передач).
Примеры
В следующей таблице представлено сравнение различных методов измерения шестерен (конкретные числа для велосипедов с шатунами 170 мм, колесами 700C и шинами 25 мм). Также указаны скорости для нескольких тактов в оборотах в минуту. В каждой строке относительные значения для шестерен в дюймах, метрах развития, передаточного числа и скорости более или менее верны, в то время как значения переднего / заднего колеса являются ближайшим приближением, которое может быть сделано с использованием типичных размеров передних звезд и зубчатых колес. Обратите внимание, что велосипеды, предназначенные для гонок, могут иметь низшую передачу около 45 дюймов (или 35 дюймов, если они оснащены компактной шатуной).
| Механизм | Зубчатые дюймы | Развитие счетчика | коэффициент усиления коэффициент | Передняя / задняя | 60 об / мин | 80 об / мин | 100 об / мин | 120 об / мин | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| миль / ч | км / ч | миль / ч | км / ч | миль / ч | км / ч | миль / ч | км / ч | |||||
| Очень высоко | 125 | 10 | 9,4 | 53/11 | 22,3 | 36 | 29,7 | 47,8 | 37,1 | 59,7 | 44,5 | 72 |
| Высокий | 100 | 8 | 7,5 | 53/14 | 18 | 29 | 24 | 38,6 | 30 | 48,3 | 36 | 57,9 |
| Середина | 70 | 5,6 | 5.2 | 53/19 или 39/14 | 12,5 | 20 | 16,6 | 26,7 | 21 год | 33,6 | 25 | 40 |
| Низкий | 40 | 3.2 | 3.0 | 34/23 | 7.2 | 11,6 | 9,6 | 15.4 | 11,9 | 19,2 | 14,3 | 23 |
| Очень низко | 20 | 1.6 | 1.5 | 32/42 | 3.5 | 5,6 | 4,7 | 7,6 | 5.9 | 9,5 | 7.1 | 11,4 |
Односкоростные велосипеды
Одной скорости велосипед является типом велосипеда с одним передаточным отношением. Эти велосипеды не имеют переключателей передач, ступичных передач или других методов для изменения передаточного числа велосипеда. Односкоростные велосипеды для взрослых обычно имеют передаточное число от 55 до 75 дюймов, в зависимости от водителя и предполагаемого использования.
Общие Соображения
Хотя длинные крутые подъемы и / или большие нагрузки могут указывать на необходимость более низкой передачи, это может привести к очень низкой скорости. Балансировка велосипеда становится сложнее на более низких скоростях. Например, нижняя передача около 16 дюймов дает эффективную скорость, возможно, 3 мили / час (5 км / час) или меньше, и в этот момент можно будет быстрее ходить (если позволяет велосипедная обувь).
Относительное зацепление
Что касается ног велосипедиста, то при переключении передач относительная разница между двумя передачами более важна, чем абсолютная разница между передачами. Это относительное изменение от более низкой передачи к более высокой передаче обычно выражается в процентах и не зависит от того, какая система используется для измерения передач. Езда на велосипеде имеет тенденцию чувствовать себя более комфортно, если почти все переключения передач имеют более или менее одинаковую процентную разницу. Например, замена звездочки с 13 зубьями на звездочку с 15 зубьями (15,4%) очень похожа на замену звездочки с 20 зубьями на звездочку с 23 зубьями (15%), хотя последняя имеет большая абсолютная разница.
Для достижения таких постоянных относительных различий абсолютные передаточные числа должны быть в логарифмической прогрессии; большинство серийных зубчатых колес делают это с небольшими абсолютными различиями между меньшими звездочками и все более большими абсолютными различиями по мере того, как звездочки становятся больше. Поскольку звездочки должны иметь (относительно небольшое) целое число зубьев, невозможно добиться идеального хода; например, семь звездочек переключателя 14-16-18-21-24-28-32 имеют средний размер шага около 15%, но фактический шаг варьируется от 12,5% до 16,7%. Эпициклические шестерни, используемые в ступичных зубчатых колесах, имеют больше возможностей для изменения количества зубьев, чем звездочки переключателей, поэтому можно значительно приблизиться к идеалу постоянных относительных различий, например, Rohloff Speedhub предлагает 14 скоростей со средней относительной разницей. 13,6% и отдельные вариации около 0,1%.
В отличие от этого, автомобильные двигатели обеспечивают мощность в гораздо большем диапазоне скоростей, чем ноги велосипедистов, поэтому для автомобильных коробок передач характерны относительные различия в 30% и более.
Используемые шестерни
На велосипеде с более чем одним механизмом переключения передач (например, передним и задним переключателями) эти три числа могут сильно отличаться в зависимости от относительных ступеней переключения различных механизмов. Количество передач для велосипеда с таким переключателем часто указывается упрощенно, особенно в рекламе, и это может вводить в заблуждение.
Рассмотрим велосипед с переключателем передач с 3-мя звездочками и 8-звездочной звездочкой:
Комбинация из 3-х звездочек и 8-звездочного зубчатого колеса не дает 24 используемых передаточных числа. Вместо этого он обеспечивает 3 перекрывающихся диапазона с 7, 8 и 7 передаточными числами. Внешние диапазоны имеют только 7 передаточных чисел, а не 8, потому что крайние комбинации (наибольшая передняя звезда к наибольшей задней звездочке, наименьшая передняя звезда к наименьшей задней звездочке) приводят к очень диагональному выравниванию цепи, что неэффективно и вызывает чрезмерный износ цепи. Из-за перекрытия обычно будет несколько дубликатов или почти дубликатов, так что может быть только 16 или 18 различных передаточных чисел. В любом случае может оказаться невозможным использовать эти различные передаточные числа в строгой последовательности от низкого к высокому из-за сложных схем переключения (например, одновременное двойное или тройное переключение на заднем переключателе и одинарное переключение на переднем переключателе). В худшем случае может быть только 10 различных передаточных чисел, если процентный шаг между звездочками такой же, как процентный шаг между звездочками. Однако, если продублировать наиболее популярное передаточное число, возможно, будет целесообразно продлить срок службы зубчатой передачи, используя различные версии этого популярного передаточного числа.
Диапазон передачи
Диапазон передач указывает на разницу между нижней и верхней передачами и дает некоторую меру диапазона условий (высокая скорость в сравнении с крутыми склонами), с которыми могут справиться передачи; также важны сила, опыт и физическая подготовка велосипедиста. Диапазон 300% или 3: 1 означает, что при той же скорости вращения педалей велосипедист может двигаться в 3 раза быстрее на верхней передаче, чем на нижней передаче (при условии достаточной силы и т. Д.). И наоборот, при одинаковом усилии на педали велосипедист может подняться на более крутой холм на нижней передаче, чем на верхней.
Приведенные ниже приблизительные диапазоны передач являются лишь ориентировочными для типичных настроек передачи и могут несколько отличаться от велосипеда к велосипеду.
| диапазон | коробка передач | пригодные для использования шестерни | средний шаг |
|---|---|---|---|
| 180% | 3-ступенчатые ступичные шестерни | 3 | 34,2% |
| 250% | 5-ступенчатые ступичные шестерни | 5 | 25,7% |
| 300% | 7-ступенчатые ступичные шестерни | 7 | 20,1% |
| 307% | 8-ступенчатые ступичные шестерни | 8 | 17,4% |
| 327% | типичная установка переключателя передач с одной звездой (1×10, 11-36) | 10 | 14,1% |
| 327% | установка переключателя переднего колеса Road 1 (1×11, 11-36) | 11 | 12,6% |
| 380% | Бесступенчатая трансмиссия NuVinci | непрерывный | никто |
| 409% | 11-ступенчатые ступичные шестерни | 11 | 15,1% |
| 420% | Установка переключателя передней звезды Mountain 1 (1×11, 10-42) | 11 | 15,4% |
| 428% | Установка переключателя переднего колеса Road 2 (2×10, 50-34 x 11-32) | 13 | 12,9% |
| 441% | Установка переключателя передач Road 3 (3×10, 52/39/30 x 11-28) | 15 | 11,2% |
| 500% | установка крайнего 1 переднего переключателя (1×12, 10-50) | 12 | 15,8% |
| 518% | Установка переключателя передних звезд Mountain 2 (2×10, 38-24 x 11-36) | 14 | 13,5% |
| 526% | 14-ступенчатая ступица Rohloff Speedhub | 14 | 13,6% |
| 630% | Установка переключателя Mountain 2×11 (24/36 x 10-42) | 14 | 15,2% |
| 636% | 18-ступенчатая коробка передач с кареткой | 18 | 11,5% |
| 655% | Установка переключателя передач Mountain 3 (3×10, 44-33-22 x 11-36) | 16 | 13,3% |
| 698% | установка переключателя передач с тремя передними звездами (3×10, 48-34-20 x 11-32) | 15 | 14,9% |
Диапазон передач почти 700% может быть достигнут на настройках переключателя, хотя это может привести к некоторым довольно большим шагам между передачами или некоторым неудобным переключениям передач. Однако путем тщательного выбора передних звезд и задних зубчатых колес, например, трех звездочек 48-34-20 и 10-скоростной кассеты 11–32, можно получить чрезвычайно широкий диапазон шестерен, которые все еще хорошо разнесены. Такая установка оказалась полезной на множестве велосипедов, таких как грузовые велосипеды, туристические велосипеды и тандемы. Еще более высокие диапазоны передач могут быть достигнуты при использовании 2-скоростной ступицы каретки в сочетании с подходящими переключателями.
Типы механизмов переключения передач
Внешний (переключатель)
Большинство гибридных, туристических, горных и гоночных велосипедов оснащены как передним, так и задним переключателями. Есть несколько передаточных чисел, которые имеют прямой путь цепи, но при большинстве передаточных чисел цепь будет двигаться под углом. Использование двух переключателей обычно приводит к дублированию или почти дублированию передаточных чисел, так что количество различных передаточных чисел обычно составляет около двух третей количества заявленных передаточных чисел. Более распространенные конфигурации имеют определенные названия, которые обычно связаны с относительными размерами шага между передними звездочками и задними зубчатыми колесами.
Передача кроссовера
К преимуществам такого расположения можно отнести:
Одним из недостатков является то, что перекрывающиеся диапазоны передач приводят к большому или почти дублированию передаточных чисел.
Многодиапазонная передача
Альпийская передача
Этот термин не имеет общепринятого значения. Первоначально это относилось к зубчатой передаче, которая имела одну особенно низкую передачу (для восхождения на альпийские перевалы); на этой низкой передаче часто переход на следующую низшую передачу был больше среднего. В 1960-х годах этот термин использовался продавцами для обозначения современных 10-скоростных велосипедов (2 передние звезды, 5-звездочная зубчатая передача) без какого-либо отношения к его первоначальному значению. Ближайший ток, эквивалентный исходному значению, можно найти в зубчатых колесах Shimano Megarange, где большая часть звездочек имеет относительную разницу примерно в 15%, за исключением самой большой звездочки, которая имеет разницу примерно 30%; это обеспечивает гораздо более низкую передачу, чем обычно, за счет большого скачка передачи.
Полушаговая передача
Есть две передние звезды, относительная разница которых (скажем, 10%) составляет примерно половину относительного шага на зубчатой передаче (скажем, 20%). Это использовалось в середине 20-го века, когда передние переключатели могли выполнять только небольшой шаг между передними звездами, а задние шестерни имели лишь небольшое количество звездочек, например, передние звезды 44-48 и шестерни 14-17-20-24-28. Эффект состоит в том, чтобы обеспечить два чересстрочных диапазона передач без какого-либо дублирования. Однако для последовательного переключения передаточных чисел требуется одновременное переднее и заднее переключение при каждом втором переключении передач.
Полушаг плюс бабушка передача
Внутренний (концентратор)
Внутренняя передача называется так потому, что все задействованные шестерни скрыты внутри ступицы колеса. Ступичные шестерни работают с использованием внутренней планетарной или планетарной передачи, которая изменяет скорость корпуса ступицы и колеса относительно скорости ведущей звездочки. У них есть только одна передняя звезда и одна задняя звездочка, и почти всегда между ними прямой путь цепи. Доступны ступичные шестерни с 2-мя и 14-ю скоростями; вес и цена имеют тенденцию к увеличению с увеличением количества передач. Все заявленные скорости доступны как отдельные передаточные числа, управляемые одним переключателем (за исключением некоторых ранних 5-ступенчатых моделей, в которых использовалось два переключателя). Ступичная передача часто используется для велосипедов, предназначенных для езды по городу и поездок на работу.
Внутренний (нижний кронштейн)
Внутренний и внешний комбинированный
Иногда можно комбинировать ступицу с шестернями переключения передач. Есть несколько коммерчески доступных возможностей:
Другие
Были и существуют несколько совершенно разных методов выбора другого передаточного числа:
Эффективность
Цифры в этом разделе относятся к эффективности трансмиссии, включая средства трансмиссии и любую систему зубчатых передач. В этом контексте эффективность связана с тем, какая мощность передается на колесо по сравнению с мощностью педалей. Для хорошо обслуживаемой системы передачи КПД обычно составляет от 86% до 99%, как подробно описано ниже.
Факторы, помимо зубчатой передачи, которые влияют на производительность, включают сопротивление качению и сопротивление воздуху:
Человеческий фактор также может иметь значение. Рохлофф утверждает, что в некоторых случаях общая эффективность может быть повышена за счет использования немного менее эффективного передаточного числа, когда это приводит к большей эффективности человека (в преобразовании еды в мощность педали), поскольку используется более эффективная скорость вращения педалей.
Обзор
Энциклопедический обзор можно найти в главе 9 «Велосипедной науки», которая охватывает как теорию, так и экспериментальные результаты. Некоторые детали, извлеченные из этих и других экспериментов, представлены в следующем подразделе со ссылками на исходные отчеты.
Факторы, которые, как было показано, влияют на эффективность трансмиссии, включают тип системы трансмиссии (цепь, вал, ремень), тип системы зубчатой передачи (фиксированная, переключатель, ступица, бесступенчатая регулировка), размер используемых звездочек, величина входной мощности, скорость вращения педалей и степень ржавости цепи. Для конкретной зубчатой передачи разные передаточные числа обычно имеют разный КПД.
В некоторых экспериментах использовался электродвигатель для привода вала, к которому прикреплены педали, в то время как в других использовались средние значения ряда реальных велосипедистов. Неясно, как стабильная мощность, выдаваемая двигателем, сравнивается с циклической мощностью, обеспечиваемой педалями. Рохлофф утверждает, что постоянная мощность двигателя должна соответствовать пиковой мощности педали, а не средней (которая составляет половину максимальной мощности).
Имеется мало независимой информации, касающейся эффективности ременных передач и бесступенчатых зубчатых передач; даже производители / поставщики не хотят предоставлять какие-либо цифры.
Подробности
Механизмы типа переключателя типичного продукта среднего класса (типа, используемого серьезными любителями) достигают от 88% до 99% механического КПД при 100 Вт. В механизмах переключения передач самый высокий КПД достигается за счет более крупных звездочек. Эффективность обычно снижается с уменьшением размеров звездочки и передней звезды. Эффективность переключателя также снижается из-за перекрестной цепи или перехода от большого кольца к большой звездочке или от малого кольца к маленькой звездочке. Это перекрестное соединение также приводит к повышенному износу из-за бокового прогиба цепи.
Честер Кайл и Фрэнк Берто сообщили в «Human Power» 52 (лето 2001 г.), что испытания трех систем переключения (от 4 до 27 передач) и восьми ступичных трансмиссий (от 3 до 14 передач), выполненные с мощностью 80 Вт, 150 Вт, Входы 200 Вт дали следующие результаты:
При более типичной мощности 150 Вт, ступичные шестерни, как правило, примерно на 2% менее эффективны, чем система переключения скоростей, если обе системы находятся в хорошем состоянии.