Устройство велосипеда
Велосипед классической конструкции состоит из рамы, шарнирно закреплённой на ней рулевой вилки с рулём и передним колесом, заднего колеса, седла на подседельном штыре, педалей с кривошипами (чаще называемыми шатунами), цепной передачи и тормозов. Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями — катафотами), звуковым сигналом, подставкой-«подножкой».
Колёса
Как правило, на велосипеде устанавливаются два колеса одинакового диаметра. Каждое колесо состоит из обода, который соединяется с втулкой с помощью спиц, резиновой камеры (она аналогична автомобильной, но более тонкая) и покрышки (шины) с протектором. Шире протектор у горных велосипедов, он уменьшает тормозной путь велосипеда и защищает камеру от проколов стеклами, гвоздями и т. д. при движении по асфальту.
Рама
Рама — часть велосипеда, к которой крепятся другие его компоненты — колёса, педали, седло, руль. По мнению многих, рама — самый главный и дорогостоящий компонент велосипеда.
Классическая рама состоит из труб, или перьев, образующих два треугольника — передний и задний, причём задний треугольник раздвоен и образует заднюю вилку для крепления заднего колеса. Такая форма обеспечивает наибольшую жёсткость рамы при минимальном её весе.
Передний треугольник образован подседельной трубой, соединяющей седло и каретку; нижней трубой, соединяющей каретку с рулевой колонкой; и верхней трубой, соединяющей рулевую колонку с подседельной трубой. Задний треугольник образован двумя парами труб, идущих от подседельной трубы и каретки к втулке заднего колеса.
Существуют рамы без верхней трубы или с верхней трубой, идущей рядом с нижней. Такие рамы называются открытыми. Открытая рама тяжелее закрытой с аналогичными характеристиками, но на велосипед с открытой рамой удобнее садиться и слезать. В прошлом велосипеды с открытой рамой использовались женщинами (можно было сесть на велосипед, будучи в юбке и не нарушая приличий), из-за чего их часто называют «женскими». Сейчас они популярны среди обоих полов.
Рамы для городских и детских велосипедов иногда делают складными, что удобно при хранении и транспортировке велосипеда (например, в Московском метрополитене запрещено провозить велосипеды, кроме складных и детских). Складные рамы, как правило, делаются открытыми.
Комфортабельность рамы и ходовые качества велосипеда зависит от мягкости материала. Мягкие рамы лучше поглощают вибрацию и имеют лучший накат (в тяжелом транспорте этот параметр называется «выбег») на неровных поверхностях. Жёсткие рамы позволяют передавать энергию от педалей к колёсам с меньшими потерями.
Рамы могут делаться из стали, сплавов алюминия, титана, магния, а также из углепластика (карбона).
Хорошие стальные рамы делают из хромомолибденовых сплавов. Рамы из хромомолибденовой стали (Cr-Mo steel) лишь немного тяжелее, чем алюминиевые, комфортабельны благодаря своей относительной мягкости и обладают отличными усталостными характеристиками. Если всё же стальная рама страдает от усталости материала, она даёт знать об этом скрипом и снижением жёсткости. Сейчас Cr-Mo используется в производстве рам для велосипедов ВМХ и туристских велосипедов (en:Touring bicycle). Также обширно используется в горных велосипедах, так как Cr-Mo обеспечивает достаточную жесткость и прочность.
Рамы из других марок стали (hi-ten, высокоуглеродистые) отличаются низкой прочностью и большим весом и используются только в дешёвых велосипедах.
Алюминиевые рамы легче стальных и жёстче. Благодаря этому они часто используются для гоночных моделей. Однако усталостные характеристики алюминия плохи.
Титановые рамы также весьма легки, но титан — достаточно дорогой металл, что часто является недостатком. Титановые рамы не боятся ни холода, ни жары, ни химических веществ, и практически вечны.
Магниевые рамы легки примерно так же, как титановые. Магний очень неустойчив к коррозии, поэтому такие рамы необходимо беречь от царапин. Кроме того, магний, как и алюминий, имеет плохие усталостные характеристики.
Рамы из углепластика (карбона) легче всех остальных, но очень дороги. Их главным недостатком, кроме цены, является хрупкость: карбон может быть повреждён сильным точечным ударом.
В настоящее время на большинстве велосипедов используются рамы из алюминиевых сплавов, вытеснившие стальные с массового рынка. Дорогие гоночные велосипеды используют либо алюминиевые рамы с карбоновыми задними перьями, либо полностью карбоновые. Другие материалы (титан, скандий, магний) — скорее, экзотика.
Вилка
Служит для соединения переднего колеса, руля и рамы. Может быть жёсткой или со встроенным амортизатором. Также на вилку крепятся тормоза, крыло, датчик скорости и другое вспомогательное оборудование.
Жёсткие вилки дешевле и легче.
Амортизационные вилки повышают комфортность езды по неровной поверхности, улучшают сцепление с дорогой на неровностях. Они более дорогие, тяжёлые, при педалировании поглощают часть энергии. Амортизационные вилки различаются принципом работы, ходом вилки, наличием различных настроек. Зачастую к таким настройкам относятся: Включение и выключение амортизирующих функций(это позволяет снизить потери энергии при вращении педаль) и регулировка амортизаторов.
Передача
Крутящий момент с оси каретки(вращаемой кривошипами с педалями) на заднее колесо обычно передаётся с помощью цепной передачи. Она состоит из ведущих звёзд, ведомых (задних) звёзд, собственно цепи и дополнительных механизмов. Совокупность ведущих звёзд называется системой, совокупность ведомых звёзд — кассетой.
В простейшем случае велосипед имеет только по одной ведущей и ведомой звезде. Однако максимальную мощность человек развивает при достаточно узком диапазоне усилий, поэтому многие велосипеды оборудованы механизмами переключения скоростей.
Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобрёл известный итальянский велосипедист Туллио Кампаньоло (en:Tullio Campagnulo) в 1950 г. Звезды (как сзади, так и спереди) смонтированы в блоки, и переключение осуществляется с помощью бокового смещения цепи направлением её на нужную звезду. Чтобы обеспечить равномерное натяжение цепи при разных передаточных отношениях, задний переключатель оборудован специальным устройством натяжения. Велосипед может иметь от 3 до 11 ведомых звёздочек и 1—3 передних, что позволяет обеспечить до 33 передач. Впрочем, передачи зачастую частично пересекаются (например, положения 48/16 и 36/12 эквивалентны); но такое пересечение необходимо для более удобного и плавного переключения. Кроме того, эффективность передач не одинакова: при большом перекосе цепи (например, с первой передней на последнюю заднюю звезды) трение и износ цепи сильно возрастает, потому такими передачами активно пользоваться не рекомендуется.
Переключатели управляются с помощью натяжения тросиков, которое регулируется специальными ручками переключения. У велосипедов до конца 1980-х — начала 90-х натяжение тросиков регулировалось плавно, из-за чего велосипедисту необходимо было самому определять положения, соответствующие переключению на очередную передачу. Позднее получили распространение системы индексного переключения, в которых механизм дискретно управляет перемещением тросика и, соответственно, переключателя. Само переключение осуществляется нажатием кнопок или дискретным перемещением рычагов.
Используется и планетарный механизм переключения передач, который целиком находится в задней втулке. По сравнению с внешним переключением его механический КПД несколько ниже но он менее подвержен воздействию внешней среды и более удобен в обращении (в частности, позволяет переключать передачи, стоя на месте), поэтому активно применяется для городских и туристских велосипедов. В городских велосипедах из планетарных механизмов чаще всего применяются комбинированные трёхступенчатые и реже восьмиступенчатые, обеспечивающие переключение трёх или восьми передач и тормоз. Долгое время трёхскоростные втулки являлись самыми лёгкими и отлаженными, но в последнее время японская фирма Shimano стала выпускать восьмискоростные модели, которые по их заявлениям отлажены лучше, чем трёхскоростные. Втулки с планетарным механизмом переключения передач могут иметь вмонтированный тормоз, например, барабанный. Но существуют и облегчённые бестормозные втулки. Самые дорогие модели (например, скоростные втулки Ролофф) дают 14 передач, обеспечивая изменение передаточного соотношения более чем 500 %, но такие втулки имеют большой вес, порядка 2 килограммов.
Необходимо заметить, что отсутствие переключения передач не говорит о дешевизне велосипеда. Так, односкоростные велосипеды иногда применяются для экстремальных дисциплин («Дёрт», «Стрит») и некоторых видов велогонок (в частности, трековых) — как для увеличения КПД, так и для снижения массы.
Помимо цепной передачи неоднократно предпринимались попытки создать велосипед с вальным приводом, однако достаточно массово она стала применяться лишь в последние годы. Вальный привод имеет большую массу, но практически не требует обслуживания. Также при использовании вала отсутствует и такая традиционная для велосипеда проблема, как слетание цепи. Главный недостаток — поддерживаются только планетарные механизмы переключения. Несмотря на значительные преимущества в использовании в дорожных велосипедах вальная передача встречается ещё сравнительно редко. В простонародье такую передачу (привод) часто называют карданной, по аналогии с похожим узлом автомобилей, но в велосипедном вальном карданный вал практически не используется.
Также в последнее время появились серийные модели велосипедов с использованием шевронного ремня в качестве привода. Преимущества в отсутствии смазки и шума, большей прочности и большего ресурса по сравнению с цепью. Недостатки, как и у вальных систем, поддерживаются только планетарные механизмы переключения.
Существуют экспериментальные модели велосипедов с гидравлическим приводом.
Тормоза
Тормоза бывают ободными (клещи, консольные, v-brake), дисковыми и барабанными. В прошлом существовали также вариации тормоза, действующие непосредственно на шину. Также в качестве особой разновидности тормоза можно рассматривать режим рекуперативного торможения у некоторых электровелосипедов.
В дисковых тормозах усилие прикладывается к специальному диску, они имеют много преимуществ перед ободными:
- Они меньше засоряются при езде по грязи, так как расположены ближе к центру колеса. Ободные тормоза расположены с краю колёс и при их загрязнении сильно снижается эффективность торможения. Кроме этого, налипший вокруг клещей ком грязи может вовсе заблокировать колесо. По этой же причине (попадание абразивной грязи и пыли) при частой езде по грунту колодки и тормозные диски дискового тормоза стираются медленнее, чем колодки и обода колёс в случае тормоза v-brake.
- Качественные дисковые тормоза позволяют более плавно регулировать тормозные усилия.
- Дисковые тормоза можно использовать со слегка искривлённой геометрией колеса, в то время, как ободные начнут задевать обод и притормаживать велосипед.
- Качественные дисковые тормоза требуют обслуживания гораздо реже, чем ободные. Но обслуживание, зачастую, не может производиться в полевых условиях. Особенно это относится к гидравлическим дисковым тормозам.
В ободных тормозах усилие прикладывается к ободу колеса. Они обладают своими преимуществами перед дисковыми тормозами:
- Тормозное усилие прикладывается к ободу, тем самым уменьшается нагрузка на спицы и втулку.
- При длительном торможении (спуске с горы) ободные тормоза гораздо меньше нагреваются за счёт большей площади обода по сравнению с тормозным диском.
- Ободные тормоза очень неприхотливы, настройка очень простая, в отличие от дисковых, которые часто нужно перестраивать после снятия колеса.
- Имеют меньший, чем дисковые тормоза, вес, что важно для некоторых велоспортивных дисциплин.
- Дёшевы. Цена качественных дисковых тормозов в несколько раз выше ободных. Именно поэтому на подавляющем большинстве бюджетных велосипедов стоят ободные тормоза.
В барабанных тормозах тормозной механизм находится внутри втулки ведущего колеса, тормозное усилие прикладывается к внутренней поверхности корпуса втулки. Чаще всего приводятся в действие от педалей.
Большинство велосипедов оснащаются ручными тормозами, как наиболее безопасными и удобными. Также используются ножные тормоза, воздействующие на ведущее колесо.
По виду привода ручные тормоза делятся на механические (приводимые в движение тросиком) и гидравлические. Гидравлические обеспечивают большее тормозное усилие. Чаще используются в даунхиле, фрирайде, триале. В гидравлических тормозах используется минеральное масло или тормозная жидкость (DOT-4, DOT-5); поломку, в отличие от поломок механических тормозов, вне мастерской часто устранить нельзя, однако поломка качественного гидравлического тормоза крайне редка при правильном обслуживании. Чаще всего гидравлический привод используется для дисковых тормозов.
Ножные тормоза приводятся в действие путём вращения педалей в обратную сторону (противоположную рабочему). Такие тормоза имеют определённые преимущества, такие как защищенность от воды, грязи и снега (это обусловлено тем, что они спрятаны в задней втулке колеса), дешевы, неприхотливы в обслуживании. Но у таких тормозов есть и недостатки: действуют только на заднее (то есть ведущее) колесо, требуют определённого привыкания. Также педальный тормоз несовместим с классическим переключателем скоростей. Это ограничивает применение педального тормоза только велосипедами с одной передачей и велосипедами с планетарным переключателем передач. Иногда педальный тормоз дополняется передним ручным, обычно одного из ободных типов. Главный недостаток ножного тормоза — в случае слетания цепи задействовать тормоз невозможно, в этом случае резко повышается риск попадания в аварию. Впрочем, даже в этом случае при известной сноровке можно аварийно остановиться при помощи ног, заваливания велосипеда набок либо поставив ногу на переднее колесо перед вилкой (если не стоит переднее крыло).
При использовании ручных тормозов следует нажимать оба рычага одновременно и плавно, без рывков. Передний тормоз допускает бо́льшую силу торможения без блокировки колеса из-за высокого расположения центра масс и перераспределении нагрузки на переднее колесо при торможении. Но на переднем колесе, в отличие от заднего, нельзя допускать полную блокировку колеса — это приведёт к падению вперёд через руль, в то время как с заблокированным задним колесом можно удерживать равновесие, спускаясь, например, с крутого холма. Также резкое нажатие на рычаг переднего тормоза крайне опасно при прохождении поворота: срыв на юз переднего колеса (что случается на влажной или пыльной дороге) быстротечен, его практически невозможно выровнять и это грозит падением. Поэтому начинающим велосипедистам нажимать рычаг переднего тормоза раньше заднего опасно. Для экстренного торможения опытные велосипедисты смещают тело назад по ходу движения (свешиваются за седло), насколько это возможно, и уже тогда сильно выжимают рычаг переднего тормоза. Либо применяется блокировка заднего колеса с поворотом велосипеда перпендикулярно направлению движения и завалом на бок.
Также стоит отметить, что при правильном использовании дисковых или клещевых тормозов передние тормозные колодки изнашиваются быстрее задних. Кроме этого, не рекомендуется применять торможение задним тормозом с юзом, так как это может быть небезопасно и приводит к быстрому износу задней покрышки.
Седло
Седло является важной частью велосипеда: большинство проблем с комфортом связаны с неудобным седлом.
Широкие и мягкие сёдла менее удобны для педалирования, потому что мешают работе ягодичных мышц. Узкие жёсткие сёдла позволяют мышцам работать более правильно, что делает их более удобными при регулярной езде, особенно на большие дистанции. Однако с непривычки могут вызывать неприятные ощущения в области таза.
Помимо правильной формы седла, на комфорт и эффективность езды влияет правильная посадка, которая регулируется высотой подъёма подседельного штыря, а также наклоном и продольным положением седла. Иногда подседельный штырь может включать в себя амортизатор, смягчающий удары при езде по неровной поверхности.
Различают мужские и женские седла. Так же существуют сёдла с различными дополнениями, например, воздушные вырезы.
Педали
Педали предназначены для передачи мускульного усилия через трансмиссию на колесо. Внутри педали находятся подшипники, позволяющие оси педали свободно вращаться относительно площадки педали. Ось педали вкручивается в шатун, причём на правой педали резьба правая, а на левой — левая.
Для повышения эффективности педалирования существуют приспособления, обеспечивающие фиксацию ноги на педали, позволяя тем самым не только толкать, но и тянуть педаль. При этом одновременно работают обе ноги, что увеличивает вращающий момент и снижает нагрузку на колени, работает большее количество мышц. Такие приспособления практически исключают соскальзывание ноги с педали при быстрой езде по сильно пересечённой местности, но увеличивают вероятность падения из-за застревания ноги на педали на низких скоростях.
До недавнего времени фиксация ног на педалях осуществлялась преимущественно с помощью туклипсов — специальных скоб и ремешков, «привязывающих» ногу к педали. Туклипсы опасны тем, что при падении велосипедист может не успеть вынуть ногу. Современные велосипеды оборудуются «контактными» педалями, работающими как автоматический замок, который отстёгивается специальным движением ноги (например поворотом стопы на 15-20 градусов в горизонтальной плоскости).
Контактные педали требует специальных, совместимых с ними, велотуфлей, а, точнее, ответной части (шипов) совместимой системы. Для удобства педалирования подошва велотуфлей обычно делается жёсткой. В туристических моделях велотуфель, предназначенных для непродолжительных прогулок пешком, вокруг крепления шипа делают специальные выступы протектора, защищающие шип от стирания об асфальт, подошва таких велотуфель может быть более гибкой. Хождение в спортивных велотуфлях крайне неудобно и может их повредить.
Другие компоненты и принадлежности
Руль служит для управления велосипедом. С помощью выноса он крепится к вилке переднего колеса. Форма руля может быть различной и зависит от назначения велосипеда.
Звуковой сигнал (звонок или гудок) позволяет привлечь внимание в опасных ситуациях. Это особенно важно из-за того, что велосипед перемещается почти бесшумно и прохожие могут слишком поздно его заметить. В некоторых странах (в том числе и России) наличие звукового сигнала является обязательным при перемещении по дорогам.
Световозвращатели («катафоты») или фонари также являются обязательными во многих странах при движении в тёмное время суток. Обычно используется белый фонарь (или световозвращатель) спереди, красный — сзади; красные, жёлтые или оранжевые — на колёсах и педалях.
Велокомпьютер подсчитывает скорость и пройденное расстояние и другие параметры поездки. Для той же цели может быть использован GPS-приёмник.
Зеркало заднего вида повышает безопасность езды по дорогам общего пользования.
Велосипедный замок (противоугонный замок) позволяет оставлять велосипед без присмотра на улице или велосипедной стоянке, привязав к столбу, дереву, перилам, парковочным местам и др. В связи с этим велозамок расширяет возможные горизонты использования велосипеда. Замки различают по конструкции (жесткие, с тросом, с цепью), по способу запирания (на ключ или кодовый замок), по длине (в основном от полуметра до двух метров), толщине.
Велосипедные очки защитят от попадания в глаза пыли и песка, поднимаемого транспортными средствами, от мошек, от мелких камней из под колёс впередиидущих участников движения, от ударов по глазам веток, от иссушения глаз. Велосипедные очки обязаны отличаться от обычных по сопротивлению на удар. То есть не должны разбиваться, раскалываться, так как осколки обычных очков повредят глазное яблоко. Описанному отвечают очки соответствующие стандарту ANSI Z87.1 .
Велосипедный шлем наиболее важный (наряду с очками) вид защитного снаряжения велосипедиста.
Велосипедные трусы и штаны, в отличие от обычных, хорошо обтягивают тело (за исключением моделей для экстремальных дисциплин, таких, как фрирайд). Обычно они снабжены накладкой из мягкого материала («памперс»), защищающей промежность от возникновения потёртостей и смягчающей удары о седло. Велотрусы и велоштаны являются одновременно верхней и нижней одеждой, надевать под них нижнее белье (кроме термобелья в холодную погоду) не следует.
Велосипедные перчатки защищают ладони от истирания рулём. По этой причине при спортивной езде или езде на заметные расстояния (несколько десятков километров и более) это такая же необходимая вещь, как и велосипедные очки. Обычные велосипедные перчатки беспалые. При отрицательных температурах воздуха к функции велосипедных перчаток добавляется согревание — используются пятипалые, а также трёхпалые (попарно объединены указательный палец со средним и мизинец с безымянным) и типа «варежка».
Весь материал взят с русскоязычной версии википедии
Сообщения от незарегистрированных пользователей попадают на модерацию.