Трансмиссия

Трансмиссия (англ. bicycle gearing) — совокупность деталей, передающих усилие велосипедиста на ведущее колесо.

Классическая велосипедная трансмиссия состоит из ведущей звезды, цепи и ведомой звезды; ведущая звезда закреплена на валу каретки, который посредством шатунов принимает нагрузку с педалей. Часто под словом трансмиссия подразумевают только звездочки и цепь, хотя педали, шатуны, переключатели и часть деталей втулки тоже относятся к ней.

Классификация

1. Глухая передача — педали жестко соединяются с задним колесом посредством цепи. Используется на детских велосипедах, спортивных трековых и на некоторых велосипедах для городской езды («фиксед», «глухарь»). Обладает максимальным КПД и надежностью при минимальном весе. Однако её использование весьма специфично и требует своеобразных навыков, что сильно ограничивает ее применение.
2. Односкоростная — в задней втулке располагается механизм свободного хода (храповик), передающий нагрузку только при одном направлении вращения педалей. Примеряется в наиболее массовом типе велосипедов — синглспиде.
3. Многоскоростные — с возможностью изменять передаточное соотношение трансмиссии
   • С обратным вращением педалей (исторически первая)
   • С планетарным переключением передач
   • С набором звездочек (система Кампаньоло)

Есть также несколько малораспостраненных видов трансмиссий, не использующих цепь: клиноременная, карданная, прямая. В экспериментальных целях создаются и полноприводные трансмиссии.

Передаточное соотношение

Отношение количества оборотов колеса на один оборот педалей. Важнейший параметр трансмиссии. Зависит от числа зубьев на ведущей и ведомой звездочках (их шаг одинаков на любом велосипеде), обычно этими числами и обозначается, например «передача 42-14». Нетрудно посчитать, что на один оборот педалей в этом случае придется три оборота колеса (42/14=3). Диапазон трансмисии горного велосипеда чаще всего будет от 0,68 до 3,8 (то есть в 5 с лишним раз). Понимание этих величин поможет, например, при выборе между планетаркой и обычной трансмиссией. На практике говорят просто о количестве «скоростей», поскольку распостраненные виды велосипедов имеют примерно одинаковый набор звезд. Однако, иногда это может привести к ошибочным заключениям, и следует учитывать количество зубьев звездочек.

Передаточное отношение трансмиссии не учитывает диаметра колес велосипеда, что не дает возможности сравнивать тяговые и скоростные возможности велосипедов с разными диаметрами колес. Для комплексной оценки тяги велосипеда используется параметр «укладка» или «шаг» велосипеда — это расстояние (в метрической или английской системе), которое проезжает велосипед за один оборот педалей на данной передаче. Чем меньше укладка, тем лучше тяга велосипеда на данной передаче, но меньше скорость.

Виды велосипедных трансмиссий

Типы привода

• Цепной
• Ременный
• Карданный

С внешним переключением

Основные статьи: Передний переключатель, задний переключатель

Применяется в большинстве видов спортивных велосипедов, за исключением предназначенных для некоторых специфических видов спорта, а также в некоторых утилитарных, с целью их удешевления при сохранении возможности переключения передач.

Представляет собой 1-3 ведущих звездочки (система) и 5-11 ведомых (кассета или трещотка). Переключение передач осуществляется перебросом цепи на соседнюю звезду с помощью переключателя (соответственно, переднего или заднего), за счет чего меняется передаточное соотношение. Чтобы такой переброс был возможен, зубья звездочек сделаны короткими и тонкими (в сравнении с односкоростными), что приводит к повышенному их изнашиванию. В какой-то степени недостаток ресурса это можно компенсировать равномерным использованием всех звезд, но это снижает удобство пользования.

Цепь делается более тонкой и роль внутренней втулки выполняют выступы на пластинах (а не отдельная деталь), вследствие чего тоже сокращается срок службы и снижается надежность. При работе цепь часто оказывается перекошена, поскольку звездочки располагаются в разных параллельных плоскостях, это еще один фактор повышенного износа, из чего следует рекомендация избегать больших перекосов (то есть не использовать сочетания типа большая звезда системы — большая звезда кассеты).

Грязь, намерзшая вода и мокрый снег нередко нарушают работу такой трансмиссии. Песок может заклинить цепь, что приводит к повреждению звезд системы, глина и чернозем набиваются между звездами и цепь теряет контакт с зубьями. Из-за этого в трудных дорожных условиях нужно проявлять повышенную осторожность.

Эти и множество других особенностей делают трансмиссию горного велосипеда весьма капризным устройством, особенно в условиях грязных дорог, требующим частого обслуживания и регулярной замены тех или иных деталей. Также следует по возможности изучать устройство своего велосипеда и приобретать элементарные навыки по ремонту, поскольку поломки вдалеке от мастерских случаются довольно часто. Применение высококлассных комплектующих улучшает надежность и долговечность привода, однако не компенсирует неумелое использование.

Безусловным достоинством является высокая ремонтопригодность в полевых условиях, опытные велосипедисты умеют устранить едва ли не любую поломку (правда, зачастую с ограничением функциональности привода).

Преимущества:

• Очень широкий диапазон передаточных отношений.
• Относительно высокий КПД.
• Возможность переключения передач под нагрузкой.
• Низкий вес.
• Хорошая ремонтопригодность в полевых условиях.

Недостатки:

• Необходимость регулярной настройки, проверки, смазки и замены целого ряда компонентов.
• Плохая работа при отсутствии обслуживания.
• Плохая работа в очень грязных условиях.
• Наличие «запрещенных» сочетаний передач.

С внутренним переключением

Основная статья: Планетарная втулка

Основными недостатками такой трансмиссии считается значительный вес и большая стоимость, при том что диапазон передач обычно меньше, чем у «горной», а КПД хуже. Для неё нужна рама с горизонтальными дропаутами, тогда как на большинстве многоскоростных велосипедов дропауты сделаны вертикальными.

Очень сложная и специфичная конструкция планетарки делает её неремонтопригодной в полевых условиях. Это не столь плохо само по себе, поскольку ресурс обычно очень велик и поломки случаются крайне редко. Но из-за практически отсутствующего в нашей стране сервиса по их обслуживанию, и сложностей с запчастями и специальными инструментами, замена на новую остается едва ли не единственным способом ремонта. Кроме того, есть сведения о том, что механизм многих планетарных втулок не рассчитан на высокие нагрузки, и такие втулки мало подходят для использовании в гонках или в других тяжелых условиях.

Механизм переключения располагается в задней втулке, таким образом оказывается хорошо защищенным от внешних воздействий (главным образом, от грязи и воды), а шестерни постоянно находятся в смазанном состоянии. Цепь же и звёзды обычно используются «синглспидного» типа. В сумме это дает высокую надежность и неприхотливость привода при повседневном использовании.

Еще одна особенность — возможность переключать передачи без вращения педалей, что удобно для городской езде. Однако планетарные втулки, в отличие от привода с задним переключателем, плохо переключаются под нагрузкой, что опять же снижает их применимость для езды в тяжелых условиях.

Достоинства:

• Нетребовательность к обслуживанию (включая смазку и замену деталей) и к навыкам владельца.
• Возможность переключения передач без вращения педалей.
• Высокая надежность при утилитарном применении (грязь, дождь, но малые нагрузки).
• Высокий ресурс цепей и звёздочек.

Недостатки:

• Низкий КПД.
• Относительно высокая цена.
• Большой вес.
• Низкая надёжность при высоких нагрузках, практически полная неприспособленность к экстремальным.
• Узкий диапазон передаточных отношений у недорогих втулок.
• Неремонтопригодность в полевых условиях.

Комбинированные многоскоростные системы

(Планетарка+передний переключатель, система с планетаркой+задний переключатель, планетарка + задний переключатель)

Односкоростные системы

Основная статья: Синглспид

Достоинства:

• Высокая простота в обслуживании
• Максимальная надежность
• Низкая цена

Недостатки:

• Очень узкий диапазон применимости такого привода.

Тип привода механизма

Боуден-трос

Используется в подавляющем большинстве случаев. Боуден-трос (англ. bowden cable) — это гибкий трос, используемый для передачи усилия за счет перемещения троса (как правило, стального, также встречаются полимерные тросы) внутри гибкой трубки, называемой рубашкой. Рубашка, как правило, имеет композитную конструкцию — пластиковая трубочка, покрытая продольной металлической оплеткой с внешним защитным слоем из пластика или другого материала (например, кевлара).

Настройка боуден-троса выполняется с помощью барабана, представляющего собой полый болт, при вращении увеличивающий или уменьшающий эффективную длину рубашки. Соответственно, трос при этом натягивается или ослабляется.

Электрический привод

Оборудование Dura Ace Di2

Оборудование Cyber Nexus

Высшие шоссейные группы оборудования Shimano Dura Ace (с 2009 года) и Ultegra (с 2011 года) выпускаются в варианте Di2 — с электроприводом переключателей. В обозримом будущем также ожидается появление горной группы XTR Di2.

В этом оборудовании вместо тросов используются миниатюрные электромоторы, встроенные в переключатели, и кнопки управления в манетках. Такая конструкция ликвидирует проблему загрязнения тросов и необходимость какой-либо настройки — переключатели сами подстраиваются под выбранную передачу оптимальным образом. Заявлено, что литиевого аккумулятора, встроенного в блок управления, хватает на 1000—2000 км работы, в зависимости от интенсивности.

Также существует очень редкое и дорогое оборудование Shimano Cyber Nexus для ситибайков элитного уровня со следующими особенностями:

• 8-скоростная планетарная втулка с автоматическим переключением скоростей в зависимости от скорости и нагрузки (несколько режимов работы, есть и ручной режим).
• Амортизационная вилка и задний амортизатор с электрической блокировкой и автоматической/ручной регулировкой жесткости.
• Управление осуществляется специальным велокомпьютером.
• Подключенная велофара включается автоматически с наступлением темноты.
• Энергия для питания оборудования берется от динамо-втулки.

Принципиальный недостаток электропривода лишь один — заоблачная цена (комплект электрических переключателей и манеток Dura Ace стоит 1400 евро, Ultegra — 900 евро).

См. также

• Трансмиссия/100 причин плохого переключения
• Трансмиссия/Совместимость

Ссылки

• Калькулятор для расчёта трансмиссии
• Оффлайн-калькулятор для расчёта трансмиссии (xls-файл)