Отдел продаж
8 (499) 755-89-57
Лодки, запчасти
8 (499) 755-89-57

Что такое планетарная втулка на велосипеде


Планетарная втулка велосипеда: устройство, установка и особенности

Время чтения: ~7 минут Автор: Михаил Скворцов 412

Оптимальная эффективность движения, частота педалирования, скорость и нагрузки на велосипед регулируются при помощи механизма скоростного переключения. В отличие от синглспида, велосипед с несколькими режимами передачи крутящего момента способен подстраиваться под конкретные условия передвижения. «Скоростную» систему используют практически на все типах великов: от городских и трюковых до гоночных и маунти-байков.

К распространенному типу трансмиссии велосипеда относится планетарная втулка, внутри которой расположен шестеренчатый механизм изменения передаточного отношения. Взаимное расположение и зацепление шестерней регулируется переключателем скоростей, который, в свою очередь, приводится ручкой на руле. Принципиальное отличие от «звездочной» трансмиссии позволило такой системе переключения передач неплохо укрепиться в велосипедной среде.

Из чего состоит и как работает планетарная втулка

Устройство планетарных втулок достаточно сложное и напоминает механизм автомобильной коробки передач. Для наглядности покажем стандартную схему для всей планетарной передачи:


Компоненты шестерного отсека скоростной втулки: 1 – солнечная шестерня, 2 – сателлиты, 3 – водило, 4 – эпицикл

Желтым цветом изображена солнечная шестерня. «Солнышко» жестко закреплено на оси заднего колеса велосипеда. Именно с ней зацепляются обозначенные синим цветом планетарные шестеренки. Для их фиксации используется «водило» (зеленый цвет). Эта деталь не позволяет сателлитам – так иначе можно называть планетарные шестерни – разъезжаться и сцепляться друг с другом, а также определяет их направление движения.

Довершает механизм эпициклическая шестерня, которая вращается за счет педалирования. На рисунке она показана красным цветом.

Звездочка сопрягается с механизмом втулки с помощью шлицевого привода, исполнительного механизма втулки. При изменении передачи он изменяет скорость вращения водила относительно кольцевой шестерни, благодаря чему и достигается подстройка велосипеда под угол направления дороги и регулируется его скорость.

Интересная особенность такого типа механизма – это работа в качестве редуктора. Солнечная шестерня играет роль неподвижного элемента, эпицикл – ведомого элемента цепи, водило замыкается на корпус втулки. Для примера рассмотрим, как работает механизм планетарной передачи на простой трехскоростной планетарке:

  • Пониженная передача. Кольцевая шестерня опережает водило за счет его зацепления корпуса планетарной втулки. Передаточное отношение меньше единицы и составляет 0.733.
  • Главная передача. Крутящий момент с эпицикла передается на втулку за счет зацепления ее с планетаркой. Иначе говоря, со втулкой соединено не водило, как на первой передаче, а звездочная шестерня. Что происходит при этом? Втулка вращается быстрее водила, а для достижения максимальной скорости понадобится больше усилий по сравнению с пониженной передачей.
  • Передаточное число повышенной, или третьей, передачи больше единицы, и для трехскоростных велосипедов оно составляет 1.364. Направление движения водила и втулки противоположны, благодаря чему достигается ее ускорение по сравнению с главной передачей.
  • Для планетарных втулок с 5, 7 и т.д. скоростями диапазон передаточных отношений выше, чем у трехскоростной за счет большего количества шестеренчатых механизмов. Принцип работы многоскоростных и простых втулок будет одинаковым. Разница только в том, что у каждой планетарной составляющей будут свои фиксированные (как у 3-х ступенчатой планетарки) значения отношений передач, а в целом у механизма их будет в несколько раз больше.

Производители втулок: плюсы и минусы

Изготовлением планетарных втулок на велосипеды занимается несколько производителей:

  • Shimano,
  • SRAM,
  • Sturmey-Archer,
  • Rohloff.

Последний занимает лидирующее положение по сложности изобретенного механизма. Втулка этого производителя включает 14 планетарных составляющих. Большое количество передаточных отношений и высокая эффективность смело конкурируют с аналогичными показателями продвинутых звездочных систем переключения скоростей.


Скоростной агрегат от Rohloff в разрезе

Второе место занимает SRAM – его планетарка имеет 12 скоростей, а передаточный диапазон превышает 400%. Shimano – известнейший производитель велозапчастей и скоростных втулок. Его хорошо зарекомендованные втулки с 3, 4, 7 и 8-планетарными механизмами дополнены обновленной версией – 11-скоростной системой переключения скоростей. Sturmey может похвастаться гибридными кассетно-планетарными механизмами, а также другими типами стандартных втулок с тремя, пятью и семью скоростями.

Преимущества использования планетарных втулок

  1. Прямой ход цепи и низкий износ ведущей и ведомой звезд. Снаружи трансмиссия выглядит как у обычного сигнлспида.
  2. Скрытый от внешних воздействий механизм переключения передач отличается высокой долговечностью по сравнению с кассетами и трещотками. Могут быть задействованы все соотношения передач. Об этом смело скажут отзывы от велосипедистов, перешедших со «стандартных» скоростных велосипедов на планетарные.
  3. Нет необходимости постоянно обслуживать устройство, также его сложно нечаянно повредить.

Как и у всего на свете, у втулок с планетарными передачами есть свои «но»:

  1. Невозможность использования в велосипедном гоночном спорте из-за высокого трения и чувствительности шестерней.
  2. Ощутимая прибавка к весу: только некоторые трехскоростные втулки весят чуть меньше килограмма. В движении привес на заднее колесо дает о себе знать.
  3. Ремонт таких механизмов почти невозможен в домашних условиях, да и сервис, где ремонтируют планетарные втулки, нечасто можно встретить. Одноразовость планетарок не позволяет их выгодно привести в рабочее состояние, лучшим вариантом будет установка новой.
  4. Запредельная стоимость. Конечно, она вполне оправдана, однако ставить редуктор с нуля на сигнлспид нет смысла. Гораздо проще купить готовый велосипед с ней.

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде

Нанести вред механизму велосипедного редуктора сложно, но возможно, если систематически неправильно его использовать. При движении на велосипеде с планетаркой есть простое правило: осуществлять переключение передач без педалирования.

Странно? Ничуть. Планетарный механизм имеет сходство с механической КПП машины, а там ведь тоже при переходе с одной передачи на другую газ отпускается. А «газ» для велосипедиста – это кручение педалей.

Переходить с одной передачи на другую нужно немного заранее, и делается это так:

  • Велосипед движется накатом, усилия на педали минимальны.
  • С помощью ручки переключается передача.
  • Через несколько оборотов колес (около 2 секунд) можно педалировать.

Езда в гору сопровождается переходом на пониженную передачу, то есть передаточное отношение должно быть меньше, чем до перехода. На трехскоростных планетарках это просто: перейти на первую передачу. С другими вариантами вполне нормальным будет переключиться, например, с третьей на вторую.

На повышение нужно идти последовательно, то есть сначала первая, затем вторая и так далее. При сбросе скоростей можно перешагивать. В однообразных условиях, где нельзя развить скорость (тротуар с пешеходами, например), лучше применять только главную передачу без переключений.

Велосипеды с планетарными втулками способны преодолевать значительные расстояния без большого количества спусков и подъемов, поэтому их часто можно встретить в больших городах с развитой сетью дорог и населенных пунктах на ровной местности. Такой вариант трансмиссии идеально подойдет тем, кто не хочет постоянно возиться с кассетами и цепями и при этом часто ездят по городу, загородным поселкам и равнинным трассам.

загрузка...

2.972 Как работает трехскоростной концентратор


ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ: Предоставьте велосипедисту возможность выбора трех различных передаточных чисел в трансмиссии велосипеда

ДИЗАЙН ПАРАМЕТР: 3 ступица скорости (это один из возможных конструктивных параметров)


ГЕОМЕТРИЯ / СТРУКТУРА И ЧАСТИ:

Компоненты 3-скоростной втулки

ОБЪЯСНЕНИЕ, КАК ЭТО РАБОТАЕТ / ИСПОЛЬЗУЕТСЯ:

Вид планетарного редуктора в разрезе Система

Трехскоростные ступицы используют планетарную зубчатую передачу для достижения передаточного отношения между звездочка и колесо.В этой системе шестерен солнечная шестерня зафиксирована на месте, а планета-карьер вращается. Это вызывает вращение планетарных шестерен, что, в свою очередь, вызывает зубчатый венец для вращения.

Тросовый рычаг трехскоростного концентратора

Гонщик выбирает скорость с помощью переключателя передач. Переключатель тянет за трос который соединен с тросовым рычагом. Это заставляет тросовый рычаг вращаться.

Анимированные 2D-поперечные сечения трех Концентратор скорости

Тросовый рычаг нажимает на штифт, проходящий через ось.Этот вывод подключен к планетарной передачи и заставляет ее двигаться из стороны в сторону при нажатии рычага.

При переключении планетарной передачи из стороны в сторону коронная шестерня и планетарные каретки входят в зацепление или отсоединяются от колеса и цепи. Это что меняет передаточное число.

Анимированные трехмерные поперечные сечения трех Концентратор скорости

Компоненты 3-скоростной втулки

Скорость 1
В ступице с одинаковым количеством зубьев солнечной и планетарной шестерен:

передаточное число между звездочкой и колесом 4: 3

(за каждые 4 оборота звездочки колесо оборачивается 3 раза)


Скорость 2

Передаточное число: 1: 1


Скорость 3

Передаточное число: 3: 4


ДОМИНАНТНАЯ ФИЗИКА:

Передаточное число между водилом планетарной передачи и коронной шестерней можно рассчитать на основе количество зубьев солнечной и планетарной шестерен:

Компоненты 3-скоростной втулки

об / мин об / мин
Переменная Описание Шт.
w r Скорость вращения коронной шестерни рад / с или
w c Частота вращения водила планетарной передачи рад / с или
N с Число зубьев солнечной шестерни ---
п. Число зубьев одной из планетарных шестерен ---


ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ:

Передаточный механизм должен подходить к ступице велосипеда.
Он должен быть легким, чтобы не увеличивать вес остальной части велосипеда
Поскольку это часть трансмиссии велосипеда, его эффективность сильно влияет что всего велосипеда. Хорошие подшипники - необходимость!
Типичный КПД для внутренних узлов в хорошем состоянии составляет от 94% до 98%.

УЧАСТКИ / ГРАФИКИ / ТАБЛИЦЫ:

Не отправлено


ГДЕ НАЙТИ ТРИ СТУПИЦА СКОРОСТИ:

Трехскоростные ступицы в основном используются на велосипедах, выпущенных до 1970-х годов

Современные ступицы с внутренним зацеплением основаны на этой конструкции, но используют несколько планетарные зубчатые передачи, соединенные вместе, чтобы достичь большего числа скоростей.
Чаще всего они встречаются на велосипедах, которые используются в:

  • остановитесь и пройдите движение, потому что они могут переключать передачи, когда велосипед остановлен (в отличие от переключатели)
  • суровые условия, в которых могут быть повреждены незащищенные переключатели

ССЫЛКИ / ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Ступицы с внутренним зацеплением - http://www.sheldonbrown.com/seven_speed.html

Планетарные зубчатые передачи - http: // www.cs.cmu.edu/People/rapidproto/mechanisms/chpt7.html#HDR123

Как работает 14-скоростной концентратор - http://www.rohloff.de/english/products/speedhub/speedwork.html


.

Детали ступицы велосипеда | AllAboutLean.com

Детали ступицы велосипеда

В разобранном виде схема ступицы планетарного трехскоростного велосипеда Sturmey Artcher. На фотомонтаже показаны все части модели AW, в частности, эта модель была произведена в мае 1988 года. Файл изображения: Sturmey Archer 3spd bike hub.jpg, автор - Keithonearth, лицензия Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported на Wikimedia Commons .

.

Детали велосипеда и их функции

Изучение частей велосипеда на английском языке.

Список частей велосипеда

Велосипед, также называемый велосипедом или велосипедом, представляет собой одноколейное транспортное средство с приводом от педалей, приводимое в движение человеком, с двумя колесами, прикрепленными к раме, одно за другим.

  • тормозной рычаг - рычаг для включения велосипедного тормоза
  • рама - механический сердечник велосипеда, рама обеспечивает точки крепления для различных компонентов, составляющих машину
  • сумка для сиденья - небольшой аксессуар для хранения, подвешенный к спинке сиденья
  • педаль - механическое сопряжение ступни и шатуна
  • тормоз - устройства, используемые для остановки или замедления велосипеда
  • цепь - система взаимосвязанных штифтов, пластин и роликов, которая передает мощность от передней звездочки на заднюю звездочку (и)
  • колесо - обычное
  • Руль - рычаг, прикрепленный, обычно с помощью промежуточного стержня, к рулевой трубе вилки
  • вилка - механический узел, который объединяет раму велосипеда с его передним колесом и рулем, обеспечивая управление с помощью рулевой колонки
  • корзина - грузовой автомобиль
  • конус - удерживает подшипники на месте, прижимается к чашке
  • отражатель : отражает свет, чтобы сделать велосипед заметным при освещении фарами других транспортных средств
  • ступица - стержень колеса; содержит подшипники и, в традиционном колесе, имеет просверленные фланцы для крепления спиц
  • спица - соединяет обод колеса со ступицей
  • обод - та часть колеса, к которой прикреплена шина и часто является частью тормозного механизма
  • шина - как обычная.Обычно пневматический
  • шток клапана - порт для добавления или выпуска воздуха из внутренней трубы
  • звонок - Звуковое устройство для предупреждения пешеходов и других велосипедистов
  • кончиков руля - удлинителей на концах прямого руля для обеспечения нескольких положений рук

.

Велосипедная наука - как работают велосипеды и лежащая в их основе физика

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 августа 2019 г.

Если бы вам нужно было выбрать лучшую машину за все время, что бы вы сказали? Если бы мы говорили о машинах, которые помогли распространять знания и обучать людей, вы, вероятно, выберете печатная пресса. Если мы имели в виду изобретения, которые позволяют людям обрабатывать землю и кормить свои семьи, вы могли бы заплатить за плуг или трактор. Если вы считаете, что транспорт действительно важен, вы можете выбрать автомобильный двигатель, паровой двигатель или реактивный двигатель самолета.Но для его чистоты простота, думаю, я бы выбрал велосипед . Это прекрасный пример того, как чисто, научные идеи можно использовать в очень практичном технология. Давайте посмотрим на науку о циклах - и просто что делает их такими замечательными!

На фото: велосипед - гениально простая форма транспорт, где бы вы ни находились. Что-то вроде 130 миллионов новых велосипедов производятся во всем мире каждый год, и в настоящее время более 90 процентов из них производится в Китае.Фото Роджера С. Дункана любезно предоставлено ВМС США.

Что такого хорошего в велосипедах?

Диаграмма: Сравнение эффективности повседневных машин (приблизительные, ориентировочные значения, выраженные в процентах). За исключением велосипеда, новые технологии (например, дизельные двигатели) обычно более эффективны, чем старые технологии (например, паровые двигатели).

Что так хорошо, так это то, что они быстро доставят вас в места, не потребляя ископаемое топливо, такое как бензин, дизельное топливо и уголь, или не создавая загрязнение.Они делают это, потому что очень эффективно преобразуют энергию, производимую нашим телом, в кинетической энергии (энергии движения). Фактически, как вы можете видеть из диаграммы напротив, это самые эффективные транспортные средства, разработанные людьми. Используя силу ваших мышц удивительно эффективным способом, велосипед может преобразовать около 90 процентов энергии, которую вы подаете на педали, в кинетическую энергию, которая движет вас вперед. Сравните это с автомобильным двигателем, который преобразует лишь около четверти энергии бензина в полезную мощность - и при этом создает все виды загрязнения.

Посмотрите на это так: если вы ведете машину, куда бы вы ни пошли, вы тащите кусок металла, который, вероятно, весит в 10–20 раз больше, чем вы (типичный компактный автомобиль весит более 1000 кг или 2000 фунтов). Какая трата энергии! Езжайте на велосипеде, и металл, который вам нужно перемещать с собой, больше равен 6–9 кг (14–20 фунтов) для легкого гоночного велосипеда или 11–20 кг (25–45 фунтов) для горного велосипеда или туриста, что составляет или вашего собственного веса.

Более высокая эффективность означает, что вы можете ехать дальше на том же количестве топлива, что является еще одним большим преимуществом велосипедов, хотя его сложно измерить количественно.Согласно классической книге «Велосипедная наука» Дэвида Гордона Уилсона и др .: «Гоночный велосипедист со скоростью 32 км / ч (20 миль в час) мог бы проехать более 574 километров на литр (1350 миль на галлон США), если бы существовала жидкая пища с высоким содержанием энергии. бензина ". Как ни крути, байки просто потрясающие!

Куда уходит ваша энергия?

Мы описали велосипед как машину, и с научной точки зрения это именно то, что это: устройство, которое может увеличивать силу (облегчая идти в гору) или скорость.Это также машина в том смысле, что она преобразует энергию из одной формы (все, что вы ели) в другой (кинетическая энергия вашего тела и велосипеда, когда они едут). Вы, наверное, слышали о законе физики, называемом сохранение энергии, которое говорит, что вы не можете создать энергию из воздуха или заставить ее бесследно исчезнуть: все, что вы можете сделать - это преобразовать его из одного в другое. Так где же энергия вы на велосипеде ездите? В научных терминах мы говорим, что это означает «выполнение работы» - но что это означает на практике?

Езда на велосипеде иногда может казаться тяжелой работой, особенно если вы едете в гору.В науке о велоспорте «тяжелая работа» означает, что вам иногда приходится использовать довольно много силы крутить педали на любом расстоянии. Если вы идете в гору, вам нужно работать против сила тяжести . Если вы идете быстро, вы работаете против силы сопротивление воздуха (сопротивление) давит на ваше тело. Иногда бывают неровностей; на дороге, по которой нужно проехать; это требует больше силы и использует энергия тоже (неровности уменьшают вашу кинетическую энергию, уменьшая вашу скорость).

Фото: Велосипеды так хорошо работают с человеческим телом, потому что они используют силу наших больших и очень мощных мышц ног. Лежачие велосипеды (на которых вы ездите лежа) могут выглядеть ультрасовременными и немного странными, но им уже не менее 100 лет. Они быстрее, чем обычные велосипеды, потому что их водители принимают гораздо более аэродинамическую позу, напоминающую трубу, которая сводит к минимуму сопротивление. Поскольку педали находятся выше над землей, шатуны могут быть длиннее, поэтому вы получаете больше рычагов, ваши мышцы могут дольше работать с высокой мощностью и делать это более эффективно.Фото Робина Хиллер-Майлза любезно предоставлено ВМС США.

Но идете ли вы в гору или под гору, быстро или медленно, по гладкой дороге или ухабистый, есть другая работа, которую всегда нужно делать просто чтобы ваши колеса вращались. Когда колесо опирается на землю, выдерживая нагрузку, например, велосипедиста, шина, обернутая вокруг него, оказывается в одних местах раздавлены, в других выпячиваются. По мере того, как вы едете по кругу, разные части шины сжимаются и выпирают по очереди, а резина, из которой они сделаны, тянется и толкается во всех направлениях.Многократно сдавливать шину таким способом немного похоже на замешивание хлеба: для этого требуется энергия - и эта энергия известна как сопротивление качению . Чем больше нагрузка на шину (чем вы тяжелее или больше несете), тем выше сопротивление качению.

Для гоночного велосипеда, который едет быстро, около 80 процентов работы велосипедиста уходит на преодоление сопротивления воздуха, а остальная часть - на борьбу с сопротивлением качению; для маунтинбайкера намного медленнее на пересеченной местности, 80 процентов их энергии уходит на сопротивление качению и только 20 процентов теряется на перетаскивание.

Диаграмма: Медленные горные велосипеды тратят большую часть энергии из-за сопротивления качению; более быстрые гоночные велосипеды тратят больше из-за сопротивления воздуха.

О каком количестве энергии мы на самом деле говорим? В Тур де Франс, по мнению увлекательный Анализ, проведенный Training Peaks, показал, что лучшие райдеры имеют в среднем около 300–400 Вт мощности, что составляет примерно 3–4 старомодных 100-ваттных лампы или около 15 процентов мощности, необходимой для работы электрического чайника. Для сравнения, вы можете генерировать около 10 Вт с помощью ручного генератора электроэнергии, хотя Вы не можете использовать один из них очень долго, не уставая.Что это говорит нам? Намного легче генерировать большое количество энергии в течение длительного времени, используя большие мышцы ног, чем используя руками и руками. Вот почему велосипеды такие умные: в них используются самые мощные мышцы нашего тела.

Как работает рама велосипеда

Если вес взрослого составляет 60–80 кг (130–180 фунтов), рама велосипеда должна быть достаточно жесткой, если она не собирается защелкните или пристегните ремни в момент, когда гонщик поднимается на борт. Обыкновенный велосипеды имеют рамы из прочной, недорогой трубчатой ​​стали (буквально, полые стальные трубы, содержащие только воздух) или более легкие сплавы на основе стали или алюминия.Гоночные велосипеды, скорее всего, будут сделаны из композитов с углеродным волокном, которые дороже, но прочнее, легче и устойчивы к ржавчине.

Фото: перевернутая А-образная рама велосипеда - это невероятно прочная структура, помогающая распределять ваш вес между передними и задними колесами. Это помогает наклониться вперед или даже встать, когда вы идете в гору, поэтому вы можете применить максимум нажимайте на педали и сохраняйте равновесие.

Вы могли подумать, что рама велосипеда из алюминиевых трубок будет намного слабее. чем тот, что сделан из стали, но только если трубы аналогичны по размеру.На практике каждый велосипед должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать вес гонщика. и нагрузки, которые могут возникнуть при различных видах обращения. Таким образом, алюминиевый велосипед будет использовать трубки с большим диаметром и / или более толстыми стенками. чем велосипед из стальных труб.

Оправа не просто поддерживает вас: ее треугольная форма (часто два треугольника соединяются вместе, образуя ромб) тщательно разработан для распространять твой вес. Хотя седло расположено гораздо ближе к спине руль, вы наклоняетесь вперед, чтобы держаться за руль.Угловой стержни в раме предназначены для более или менее разделять ваш вес равномерно между передними и задними колесами. Если вы думаете об этом, это действительно важно. Если весь ваш вес переместился через спину колесо, и вы пытались крутить педали в гору, вы опрокидывались назад; так же, если бы на переднее колесо было слишком много веса, вы бы свалились каблуки каждый раз, когда ты спускался с горы!

Рамы не рассчитаны на стопроцентную жесткость: это сделает езду гораздо менее комфортной. Практически все велосипедные рамы немного прогибаются и гнутся, поэтому они поглощают некоторые удары. езды, хотя другие факторы (например, седло и шины) имеют гораздо большее влияние по комфорту езды.Также стоит помнить, что человеческое тело само по себе замечательно эффективная система подвески; катаясь на горном велосипеде по пересеченной местности, вы очень быстро станете знать, как ваши руки могут работать как амортизаторы! Действительно, может быть весьма поучительно посмотреть на тело как продолжение (или дополнение) базовой рамы велосипеда, сбалансированное на ней.

Как работают велосипедные колеса

Фото: Как и автомобильное колесо, велосипедное колесо - это умножитель скорости.В педали и шестерни поворачивают ось по центру. Ось поворачивается только небольшое расстояние, но рычаг колеса означает внешний обод поворачивается намного дальше за то же время. Вот как колесо помогает идти быстрее.

Если вы читали нашу статью о том, как работают колеса, вы будете знать, что колесо и ось, которую оно вращает, - это пример того, что ученые называют простым машина: она будет увеличивать силу или скорость в зависимости от того, как вы ее поворачиваете. Велосипед колеса обычно имеют диаметр более 50 см (20 дюймов), что составляет выше, чем у большинства автомобильных колес.Чем выше колеса, тем больше они умножьте свою скорость, когда вы поворачиваете их на оси. Вот почему у гоночных велосипедов самые высокие колеса (обычно диаметром около 70 см или 27,5 дюймов).

Колеса в конечном итоге выдерживают весь ваш вес, но очень интересным образом. Если бы колеса были твердыми, они были бы сдавлены (сжаты), когда вы сели на сиденье, и отталкивается, чтобы поддержать вас. Однако колеса у большинства мотоциклов на самом деле состоит из прочной ступицы, тонкого обода и около 24 спиц с высоким натяжением.Велосипеды имеют колеса со спицами, а не цельнометаллические, чтобы сделать их прочными и легкими, а также уменьшить сопротивление. (некоторые райдеры используют плоские «лопастные» спицы или спицы овальной формы вместо традиционных округлых спиц в попытке чтобы сократить сопротивление еще больше).

Важно не только количество спиц, но и способ их подключения между ободом и его ступицей. Как нити паутины или свисающие веревки подвесного моста, колесо велосипеда находится в напряжении - спицы натянуты.Поскольку спицы пересекаются с ободом на противоположной стороне ступицы колесо не такое плоское и хлипкое, как кажется, но на самом деле удивительно прочная трехмерная структура. Когда вы садитесь на велосипед, ваш вес давит на ступицы, которые растягивают одни спицы немного больше, а другие - немного меньше. Если вы весите 60 кг (130 фунтов), вам придется толкать около 30 кг (130 фунтов). вниз на каждое колесо (не считая собственного веса велосипеда), а спицы - это то, что предотвращает коробление колес.

Фото: Несмотря на внешний вид, велосипедное колесо не является ни плоским, ни слабым.Ступица намного шире шины, спицы натянуты и перекрещиваются, соединяясь со ступицей по касательной. Все это создает жесткую трехмерную структуру, которая может противостоять скручиванию, короблению и изгибу. Фото Дэвида Даналса любезно предоставлено ВМС США.

Поскольку каждое колесо имеет пару дюжин спиц, вы можете подумать, что каждая спица должна выдерживать только часть общего веса - может быть, всего 1-2 кг (2,2-4,4 фунта), если спиц 30, что может сделать легко. На самом деле спицы несут нагрузку неравномерно: несколько спиц, которые находятся около вертикали, несут гораздо большую нагрузку, чем другие.(Среди велосипедистов до сих пор ведутся споры о том, как на самом деле воспринимается нагрузка, и лучше ли представить себе велосипед, висящий на спицах вверху или давящий на спицы внизу.) Как колесо вращается. другие спицы перемещаются ближе к вертикали и начинают нести большую часть нагрузки. Нагрузка на каждую спицу резко возрастает и падает во время каждого вращения колеса, поэтому, в конце концов, после многих тысяч циклов повторяющихся напряжений и деформаций, во время которых каждая спица быстро растягивается и расслабляется, одна из спиц (или ее соединение с колесо или ступица) может выйти из строя из-за усталости металла.Это мгновенно и резко увеличивает нагрузку на оставшиеся спицы, повышая вероятность их выхода из строя и вызывая своего рода эффект «домино», из-за которого колесо прогибается.

Как работают велосипедные передачи

Фото: Шестерня - это пара колес с зубья, которые сцепляются друг с другом для увеличения мощности или скорости. В велосипеде пара шестерен не приводится в движение напрямую, а связана цепь. На одном конце цепь постоянно обвивается вокруг главной шестерни. (между педалями).С другой стороны, он переключается между серией больших или меньших зубчатые колеса при переключении передач.

Типичный велосипед имеет от трех до тридцать различных шестерен - колеса с зубьями, связаны цепью, что делает машину быстрее (по прямой) или легче крутить педали (идти в гору). Колеса большего размера также помогают ехать быстрее по прямой, но это большой недостаток, когда дело касается холмов. Это одна из причин, почему горные велосипеды и велосипеды BMX имеют меньшие колеса, чем гоночные велосипеды.Не только шестерни на велосипеде помогают увеличьте мощность педалирования, когда вы идете в гору: педали крепится к главной шестерне парой шатуны: два коротких рычага которые также увеличивают силу, которую вы можете приложить ногами.

Шестерни могут существенно повлиять на вашу скорость. На типичном гоночный байк, например, передаточное число (количество зубьев на педальном колесе, деленное на количество зубцов на тыльной стороне колесо) может составлять 5: 1, поэтому одно нажатие педалей приводит в движение вы примерно в 10 м (35 футов) вниз по улице.Предполагая, что вы можете перемещать только ноги так быстро, вы можете видеть, что шестерни эффективно заставляют вас двигаться быстрее, помогая вам продвигаться дальше при каждом повороте педалей.

Подробнее читайте в нашей основной статье о шестеренках.

Изображение: Велосипеды до шестеренок: Ранние велосипеды, подобные этим (известные как «Пенни Фартингс» или «Высокие колеса») у него было огромное переднее колесо, которое эффективно увеличивало вашу скорость и позволяло очень быстро ехать по прямой. Шестерен не было: переднее колесо крутилось один раз, когда ноги толкали вверх-вниз на рукоятках (педалях).Спускаться под гору было довольно сложно (если не снимать ногу с рукоятки), а в гору - практически невозможно! Фрагмент оригинальной картины Генри «Хай» Сэндхэма 1887 года, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Как работают велосипедные тормоза

Фото: Ободные тормоза: Резиновые колодки (колодки) тормозов этого велосипеда зажимают металлический обод колеса, чтобы замедлить вас. Когда вы теряете скорость, вы теряете энергию. Куда уходит энергия? Это превращается в тепло: тормозные колодки могут быть невероятно горячими!

Как бы быстро вы ни двигались, наступает время, когда Вы должны остановить.Тормоза на велосипеде работают с использованием трения ( сила трения между двумя предметами, которые скользят друг мимо друга, пока они трогают). Хотя некоторые велосипеды теперь имеют дисковые тормоза (аналогичные те, которые используют автомобили), с отдельными тормозными дисками, прикрепленными к колесам, многие до сих пор используют традиционные ободные тормоза с суппортом и башмаками.

При нажатии на тормозные рычаги пара резиновых туфли (иногда называемые блоками) прижимаются к металлическому внутреннему ободу спереди и сзади колеса. Поскольку тормозные колодки плотно трутся о колеса, они поворачиваются. ваша кинетическая энергия (энергия, которую вы имеете потому что ты идешь вместе) в тепло, что замедляет вас.Подробнее об этом читайте в нашей основной статье о тормозах.

Ободные тормоза в сравнении с дисковыми тормозами

Ободные тормоза с приводом от суппорта нажимают на внешний край колеса, где оно вращается быстрее всего, но с наименьшей силой. Это означает, что им требуется относительно небольшое тормозное усилие, чтобы замедлить движение. колеса (поэтому они могут быть маленькими и легкими), хотя вам все равно придется сильно нажимать, и вам придется прикладывать эту силу дольше, чтобы заставить себя и свой велосипед остановиться. Одним из больших недостатков ободных тормозов является то, что они полностью подвергаются воздействию дождя сверху и сбоку и брызг с колес; если тормозные колодки и колеса мокрые и грязные, есть значительная смазка, трение между тормозами и колесами может быть до десяти раз меньше, чем в засушливых условиях (по данным Дэвида Гордона Уилсона Велосипедная наука), и ваш тормозной путь будет намного больше.

Дисковые тормоза

работают ближе к ступице, поэтому им необходимо применять большее тормозное усилие, которое может вызвать нагрузку на вилки и спицы, и они оба тяжелее (что может повлиять на управляемость велосипеда) и механически сложнее, но они имеют тенденцию к быть более эффективным в сырую погоду и в грязь.

Просмотрите интернет-форумы о велосипедах, и вы найдете самые разные мнения о том, какой тип тормозов лучше всего подходит для разных типов велосипедов, местности и погодных условий. Некоторым людям нравятся дисковые тормоза, потому что они делают мотоцикл лучше; другим нравятся ободные тормоза, потому что они такие простые и понятные.

Рисунок: Тормоза дисковые (упрощенные). Когда вы нажимаете тормозной рычаг, трос или гидравлическая линия (желтый) воздействуют на суппорты (синие), которые прижимают тормозные колодки к диску, который называется ротором (красный), прикрепленным к колесу. Поскольку суппорты прикреплены к одной из вилок (серые), а тормозная сила должна проходить через спицы (черные), чтобы остановить колесо, дисковые тормоза подвергают вилки и спицы гораздо большей нагрузке, чем ободные тормоза.

Как работают велосипедные шины

Трение между резиновыми шинами также работает в ваших интересах и дорога, по которой вы едете: это дает вам сцепление, которое делает ваш велосипед легче контролировать, особенно во влажные дни.

Как и автомобильные шины, велосипедные шины не сделаны из цельной резины: они имеют внутренняя трубка заполнена сжатым (сжатым) воздухом. Это означает, что они легче и более упругий, что обеспечивает более комфортную езду. Пневматические шины, как их называют, были запатентованы в 1888 году шотландской изобретатель Джон Бойд Данлоп.

У разных видов велосипедов разные шины. Гоночные велосипеды имеют узкие гладкие шины, рассчитанные на максимальную скорость. (хотя их "тонкий" профиль дает им более высокое сопротивление качению), а у горных велосипедов есть более толстые и прочные шины с более глубоким протектором, большим контактом резины с дорогой и лучшим сцеплением (хотя, будучи шире, они создают большее сопротивление воздуха).

Почему одежда имеет значение

Трение - отличная вещь в тормозах и шинах, но это менее приветствуется в другой форме: как сопротивление воздуха, которое замедляет вас. Чем быстрее вы идете, тем больше сопротивление становится проблема. На высоких скоростях гонка на велосипеде похожа на плавание через воду: вы действительно можете почувствовать, как воздух толкает вас и (как мы уже видели) вы тратите около 80 процентов своей энергии на преодоление сопротивления. Теперь велосипед хорош тонкая и обтекаемая, но тело велосипедиста намного толще и шире.На практике тело велосипедиста создает вдвое больше сопротивления, чем их велосипед. Вот почему велосипедисты носят обтягивающую одежду из неопрена и заостренные каски для оптимизации и минимизации потерь энергии.

Фото: Гоночные велосипеды имеют два комплекта руля. Внутренний руль позвольте всадникам уменьшить сопротивление воздуха, прижав локти ближе друг к другу. Фото Бена А. Гонсалеса любезно предоставлено ВМС США.

Вы могли не заметить, но рули велосипеда - это рычаги. тоже: более длинный руль обеспечивает рычаг, облегчающий поворот переднее колесо.Но чем шире вы расставляете руки, тем большее сопротивление воздуха вы создаете. Вот почему у гоночных велосипедов есть два набора рулей, чтобы велосипедист занимает лучшую, наиболее обтекаемую позу. Есть обычные, внешний руль для рулевого управления и внутренний для удержания за Прямо. Использование этих внутренних рулей заставляет руки велосипедиста гораздо более плотное и обтекаемое положение. Большинство велосипедистов теперь носят шлемы как из соображений безопасности, так и из соображений безопасности. аэродинамика.

Велосипеды - это физика в действии

Давайте кратко подведем итог с помощью простой диаграммы, которая показывает все эти различные элементы науки о циклах в действии:

.

Смотрите также

Возврат к списку