Трансмиссия

Развитие цепи как механизма сделало велосипед таким, каким мы его видим сейчас. Именно цепь ликвидировала необходимость велосипедиста сидеть прямо над колесом. С ее помощью, велосипедист смог удобно расположиться между двумя колесами для лучшего баланса. С приходом эры передач, велосипедисты могли эффективнее педалировать. Гонщики, с большим удовольствием увеличивали скорость и легче взбирались на подъемы с большим градиентом.

Применение движущих механизмов

Основоположником в развитии идеи тандема механической цепи и зубьев, стал Леонардо да Винчи, еще в XV веке. Несмотря на то,что его идея прозвучала еще тогда, практическое применение она нашла лишь спустя 400 лет при проектировании велосипедов.  Для эффективной работы трансмиссии необходимо умело передавать силу ног гонщика к заднему колесу. Механизм должен быть сконструирован таким образом, чтобы сопротивление при педаляже находилось в комфортном диапазоне для велосипедиста.

Это стало возможно с развитием прочных материалов и других технологических и инженерных разработок. Уже к 1880м годам цепной привод стал вполне банальной деталью.   

Преимущества привода

Цепной привод (без передач) эффективно используется на равнинных поверхностях и со спуска. Однако, когда начинаются подъемы со встречным ветром, стартуя с равнины без переключателя,  велосипедисту приходится вставать на педали и крутить, затрачивая большие усилия, при этом темп остается очень низкий.  Привод позволяет велосипедисту крутить в удобном для него ритме во время всей поездки независимо от рельефа и направления ветра. На старых, высококолесных велосипедах, педали располагались прямо на колесе. Один поворот педали  составлял один оборот колеса.

Велосипедист может менять соотношение передач. Например, взбираясь на крутой подъем, выбирать ту передачу, которая позволит чаще крутить педали, при этом, колесо провернется всего лишь раз – другими словами легкая передача; на равнине или спусках, необходимо выбрать передачу тяжелую – на один прокрут педали приходится несколько оборотов колеса. Впереди стоит большая звезда, сзади совсем маленькая, чтоб прокрутить надо напрячься намного сильнее, но колесо делает больше оборотов за счёт приложенных усилий.

Считаем зубья

Пол Догерти, ученый Эксплораториума, объясняет соотношение передач на примере своего велосипеда.
 С помощью этого метода, вы с легкостью просчитаете число зубьев на ведомых (задние) звездах и ведущих (передние). Для примера, Пол предлагает рассмотреть вариант, когда конкретное передаточное отношение 54*27 (когда впереди цепь на какой-то звезде, а сзади на какой-то) называют расчетом. Это значит, что впереди стоит 54я, а сзади 27я звезды, т.е. когда я проворачиваю педаль, цепь, проходит по кругу 54 зубья по ведущей звезде. В то время как, ведомая звезда с 27 зубьями, проворачивается дважды(вращая заднее колесо дважды).  Еще принято говорить передаточное соотношение 2-к-1. Если же ведомая кассета стоит на 11ти зубьях, то передаточное соотношение будет ближе 5-к-1 и т.д.

Анимация показывает соотношение ведущей к ведомой кассете велосипеда.

Обратите внимание на то, что при каждом повороте большой кассеты, малая вращается дважды. Анимация так же представляет интересную оптическую иллюстрацию, где видим как «спицы» спереди раскручивают заднюю часть.

Пенни Фартинг и Френс Твист

Пол объясняет, что метод подсчета зубьев, всего лишь один из методов просчета придаточного соотношения. В Англии, передаточное соотношение, преобразуются в диаметре большого колеса на велосипедах под названием "Пенни Фартин".  Ранее Пол приводил пример использования соотношения 2-к-1. Трансформируя, диаметр заднего колеса должен быть умножен в два раза. Передача с передаточным соотношением 2 к 1 при заднем колесе с диаметром в 27 дюймов считалась бы 54-дюймовой.

Во Франции используют метрическую систему (Метрическая система — общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и грамма. В настоящее время система СИ является признанной во всем мире. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби. Метрическая система определения резьбы указывает диаметр и шаг резьбы (расстояние между витками).

Так, например, известный размер резьбы M5, использующийся для крепления флягодержателя, для анкерных болтов крепления троса, для отверстий крепления багажника или крыла, рычагов переключателей скоростей и т.д., как правило обозначается «M 5,0 x 0,8», что соответствует диаметру 5 мм и расстояние между витками резьбы 0,8 мм).

Действие цепного привода

Цепной механизм – это механизм, соединяющий педали с задним колесом. Позволяющий силе давящей на педали трансформироваться на заднее колесо, приводя велосипед в движение.

Что Вам необходимо взять:

Вы можете изучить концепцию цепного привода довольно просто. Вам понадобятся следующие предметы:

Катушки нитей: пара одинакового размера, и одна большего или меньшего размера.

Плоские деревянные доски

Резиновые ленты

Гвозди

Укрепите катушки на деревянной поверхности гвоздями,  достаточно далеко друг от друга, так чтобы резинка смогля растягиваться, когда соедините их, и свободно настолько, что бы могли легко двигаться. Затем соедините две катушки с резинкой.

Проследите как двигается одна катушка соответственно движению другой. И что вы видите? Они движутся с одинаковой скоростью и в одинаковом направлении?

Возможные способы исследования:

1)    Отметьте маркером точки на обеих катушках и проверните их. Лучше использовать одну большую, а вторую маленькую. Каково вращение одной по отношению к другой?

2)    Сделайте один поворот на резинке, так чтобы она образовала  фигуру в виде 8-ки. Повиляет ли это на скорость вращения? На направление вращения?

3)    Посмотрите на переключатели и цепь велосипеда. Похоже ли наше остроумное изобретение в трансмиссией велосипеда? И чем оно отличается?

Диагностика системы передач.

Передачи помогают эффективнее педалировать, позволяя велосипедисту быстрее ехать и намного легче взбираться на крутые подъемы и определенные препятствия.

Что нужно:

Чтобы продемонстрировать как все работает, нам нужны следующие материалы:

Велосипед с передачами

Кусок мела или скотча

Бумага и карандаш

Эксперимент:

Поставьте передачу так, чтобы  ведущая звезда была самой маленькой, а ведомая – самой большой. Отметьте мелом или куском скотча верхнюю часть задней шины. Зафиксируйте положение педалей.
 Пусть кто-то подержит велосипед прямо, пока вы сделаете полный оборот педалей, возвращая их в исходное положение. Посчитайте, сколько раз вращается заднее колесо? Запишите число оборотов. Теперь попробуйте поставить впереди большую звезду, а сзади самую маленькую. Сколько раз заднее колесо провернется за один оборот педалей?

Какая из этих комбинаций будет лучше для восхождения в горе? А какая подходит для спринта на равнине?

Эксперимент  со средним  диапазоном передач. Постройте таблицу из числа показателей передачного соотношения, число вращений колеса за один оборот педалей. Как вы считаете, почему велоиндустрия постоянно развивает именно этот механизм велосипеда – система передач?

Каденс

Каденс – частота вращения педалей. Система позволяет гонщикам сохранить ритм (или скорость вращения педалей), что делает педаляж наиболее эффективным. Хотя, есть много мнений относительно того, что именно представляет собой оптимальный ритм для езды на велосипеде, но абсолютно все согласны, что каденция – важнейшая. По словам Пола Догерти, "человеческое тело доставляет наибольшее количество энергии на вращение педалей в наиболее эффективный способ при определенном каденсе. Я стараюсь держать каденс между 60 и 90 (циклов) в минуту." Пол так же отметил, что большинство рекреационных велосипедистов педалируют слишком медленно, неэффективно, расходуя энергию на высоких передачах.

У профессиональных велосипедистов высокий уровень каденс. Каденс у шоссейников может варьироваться от 75 до 120 оборотов в минуту. В маунтинбайке это немного другая история.
 Чемпионка США по кросс – кантри Рути Маттес объясняет: "В маунтинбайке зачастую поднимаешься в очень крутой подъем и сразу спускаешься по быстрому спуску, иногда даже не педалируя. Просто балансируешь на велосипеде, без тормозов так быстро, так только можно. В маунтинбайке используется широкий спектр и разнообразие каденса ".