Велосипедная передача

Велосипедная передача - это аспект велосипедной трансмиссии, который определяет соотношение между частотой вращения педалей, с которой водитель крутит колесо.

На некоторых велосипедах имеется только одна передача и, следовательно, передаточное число фиксировано, но большинство современных велосипедов имеют несколько передач и, следовательно, несколько передаточных чисел. Механизм переключения передач позволяет выбирать подходящее передаточное число для обеспечения эффективности или комфорта при преобладающих обстоятельствах: например, может быть удобно использовать высокую передачу при спуске с горы, среднюю передачу при езде по ровной дороге и низкую передачу при езде в гору. Разные передаточные числа и диапазоны передач подходят для разных людей и стилей езды на велосипеде.

Ноги велосипедиста оптимально развивают мощность в узком диапазоне скоростей вращения педалей, или каденции. Передача может быть оптимизирована для максимально эффективного использования этого узкого диапазона. Как и в других типах трансмиссий, передаточное число тесно связано с механическим преимуществом трансмиссии велосипеда. На односкоростных велосипедах и многоскоростных велосипедах, использующих переключатели передач, передаточное число зависит от отношения числа зубьев на коленчатом вале к числу зубьев на задней звездочке (зубчатом колесе). Для велосипедов, оснащенных ступичными передачами, передаточное число также зависит от внутренних планетарных передач внутри ступицы. Для велосипеда с приводом от вала передаточное число зависит от конических шестерен, используемых на каждом конце вала.

Для того, чтобы велосипед двигался с той же скоростью, использование пониженной передачи Еко (большее механическое преимущество) требует, чтобы гонщик крутил педали в более быстром темпе, но с меньшим усилием. И наоборот, более высокая передача (меньшее механическое преимущество) обеспечивает более высокую скорость при заданной частоте вращения, но требует от гонщика прилагать большее усилие или стоять во время нажатия на педали. У разных велосипедистов могут быть разные предпочтения в отношении частоты вращения педалей, положения при езде и силы нажатия. Длительное усилие на слишком высокой передаче при слишком низкой частоте вращения может увеличить вероятность повреждения колена; частота вращения выше 100 об /мин становится менее эффективной после коротких рывков, например, во время спринта.

Велосипедная коробка передач с натяжителем цепи

Измерение передаточных чисел

Способы

Существует по крайней мере четыре различных метода измерения передаточных чисел: дюймы передачи, метры развития (выкатки), коэффициент усиления и определение количества зубьев на передней и задней звездочках соответственно. В результате первых трех методов каждое возможное передаточное число представляется одним числом, что позволяет сравнивать передачу любых велосипедов независимо от диаметра ведущего колеса; числа, полученные разными методами, несопоставимы, но для каждого метода, чем больше число, тем выше передача. Третий метод, коэффициент усиления, также учитывает длину коленчатого вала, которая может варьироваться от велосипеда к велосипеду. Четвертый метод использует два числа и полезен только при сравнении велосипедов с одинаковым диаметром ведущего колеса. В случае дорожных велосипедов это обычно составляет около 670 мм. "Стандартное" колесо 700c имеет диаметр обода 622 мм. Конечный диаметр колеса зависит от конкретной шины, но будет составлять примерно 622 мм плюс удвоенная ширина шины.

При измерении спереди / сзади учитываются только размеры цепи и задней звездочки. В дюймах и метрах хода передачи также учитывается размер заднего колеса. Коэффициент усиления идет дальше и также учитывает длину коленчатого рычага педали.

Дюймы передачи и метры развития тесно связаны: чтобы перевести дюймы передачи в метры развития, умножьте на 0,08 (точнее: 0,0798, или точно: 0,0254 π).

Приведенные ниже методы расчета предполагают, что любая ступичная передача находится в режиме прямого привода. Умножение на дополнительный коэффициент необходимо для учета любого другого выбранного передаточного отношения ступицы (во многих онлайн-калькуляторах передач эти коэффициенты встроены для различных популярных передач ступицы).

Дюймовая передача = Диаметр ведущего колеса в дюймах × (количество зубьев на переднем кольце цепи / количество зубьев на задней звездочке). Обычно округляется до ближайшего целого числа.

Метры хода = окружности ведущего колеса в метрах × (количество зубьев на переднем кольце цепи / количество зубьев на задней звездочке).

Коэффициент усиления = (Радиус ведущего колеса / длина рукоятки педали) × (количество зубьев на переднем кольце цепи / количество зубьев на задней звездочке). Измерьте радиус и длину в одних и тех же единицах.

Как показатели развития, так и коэффициенты усиления обычно округляются до одного знака после запятой.

Дюймовая передача соответствует диаметру (в дюймах) главного колеса старомодного велосипеда за пенни-фартинг с эквивалентной передачей. Метры развития соответствуют расстоянию (в метрах), пройденному велосипедом за один оборот педалей. Коэффициент усиления - это соотношение между расстоянием, пройденным велосипедом, и расстоянием, пройденным педалью, и является чистым числом, независимым от каких-либо единиц измерения.

Для измерения передних / задних передач используются два числа (например, 53/19), где первое - это количество зубьев в передней цепи, а второе - количество зубьев в задней звездочке. Не занимаясь некоторыми арифметическими расчетами, не сразу очевидно, что 53/19 и 39/14 представляют фактически одинаковое передаточное число.

Примеры

В следующей таблице представлено некоторое сравнение различных методов измерения передач (конкретные цифры приведены для велосипедов с рукоятками 170 мм, колесами 700C и шинами 25 мм). Также указаны скорости для нескольких тактов в оборотах в минуту. :В каждом ряду относительные значения для дюймов передачи, метров хода, коэффициента усиления и скорости более или менее верны, в то время как передние / задние значения являются ближайшим приближением, которое можно получить, используя типичные размеры кольца цепи и зубчатого ряда. Обратите внимание, что велосипеды, предназначенные для гонок, могут иметь самую низкую передачу около 45 дюймов передачи (3,6 метра) или 35 дюймов передачи (2,8 метра), если они оснащены компактным коленчатым валом).

Передача	Передача в дюймах	Развитие метра	Коэффициент усиления	Передняя / задняя	60 об/мин		80 об/мин		100 об/мин		120 об/мин
					Скорость в час	km/h	mph	km/h	mph	km/h	скорость в час	km/h
Очень высокая	125	10	9.4	53/11	22.3	36	29.7	47.8	37.1	59.7	44.5	72
Высокая	100	8	7.5	53/14	18	29	24	38.6	30	48.3	36	57.9
Средний	70	5.6	5.2	53/19 or 39/14	12.5	20	16.6	26.7	21	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 низкая	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

Основная статья: Односкоростной велосипед

Односкоростной горный велосипед

Односкоростной велосипед сингл спид- это тип велосипеда с одним передаточным числом. Эти велосипеды не оснащены переключателями передач, ступичными передачами или другими способами изменения передаточного отношения велосипеда. Односкоростные велосипеды для взрослых обычно имеют передаточное число от 55 до 75 дюймов, в зависимости от водителя и предполагаемого использования.

Существует много типов современных односкоростных велосипедов; велосипеды BMX, некоторые велосипеды, предназначенные для детей младшего возраста, велосипеды крейсерского типа, классические пригородные велосипеды, одноколесные велосипеды, велосипеды, предназначенные для гонок на треке, дорожные велосипеды с фиксированной передачей и горные велосипеды с фиксированной передачей.

Односкоростной велосипед с фиксированной передачей - самый простой тип велосипедов. Велосипед с фиксированной передачей не имеет механизма свободного хода, обеспечивающего движение накатом.

Общие соображения Передача, поставляемая производителем на новый велосипед, выбирается так, чтобы быть полезной для большинства людей. Некоторые велосипедисты предпочитают настраивать передачу в соответствии со своей силой, уровнем физической подготовки и предполагаемым использованием. При покупке в специализированных велосипедных магазинах замена передач перед поставкой может обойтись дешевле, чем позднее. Современные кольца цепи коленчатого вала можно менять местами, как и зубчатые колеса.

Хотя длинные крутые подъемы и / или большие нагрузки могут указывать на необходимость пониженной передачи, это может привести к очень низкой скорости. Балансировка велосипеда становится более сложной на более низких скоростях. Например, нижняя передача диаметром около 16 дюймов обеспечивает эффективную скорость, возможно, 3 мили / час (5 км / час) или меньше, и в этот момент ходить может быть быстрее (если позволяет велосипедная обувь).

Относительная передача Что касается ног велосипедиста, то при переключении передач относительная разница между двумя передачами более важна, чем абсолютная разница между передачами.[4] Это относительное изменение, с более низкой передачи на более высокую, обычно выражается в процентах и не зависит от того, какая система используется для измерения передач. Езда на велосипеде, как правило, комфортнее, если почти все переключения передач имеют более или менее одинаковую процентную разницу.[5] Например, замена 13-зубчатой звездочки на 15-зубчатую (15,4%) по ощущениям очень похожа на замену 20-зубчатой звездочки на 23-зубчатую (15%), хотя последняя имеет большую абсолютную разницу.

Для достижения таких постоянных относительных различий абсолютные передаточные числа должны находиться в логарифмической прогрессии; большинство готовых зубчатых передач обеспечивают это с небольшими абсолютными различиями между меньшими звездочками и все большими абсолютными различиями по мере увеличения размеров звездочек. Поскольку звездочки должны иметь (относительно небольшое) общее количество зубьев, невозможно добиться идеального хода; например, семь звездочек переключения передач 14-16-18-21-24-28-32 имеют средний размер шага около 15%, но фактические шаги варьируются от 12,5% до 16,7%. Эпициклические шестерни, используемые в ступичных передачах, имеют больше возможностей для изменения числа зубьев, чем звездочки переключения передач, поэтому может оказаться возможным значительно приблизиться к идеалу постоянных относительных различий, например, Rohloff Speedhub предлагает 14 скоростей со средней относительной разницей в 13,6% и индивидуальными вариациями около 0,1%.

У гоночных велосипедистов часто используются передачи с небольшой относительной разницей примерно в 7-10%; это позволяет точно регулировать передаточные числа в соответствии с условиями и поддерживать постоянную скорость вращения педалей. Горные велосипеды и гибридные велосипеды часто имеют передачи с умеренной относительной разницей около 15%; это обеспечивает гораздо больший диапазон передач при приемлемом шаге между передачами. 3-ступенчатые ступичные передачи могут иметь относительную разницу примерно от 33% до 37%;[5] такие большие ступени требуют очень существенного изменения скорости вращения педалей и часто кажутся чрезмерными.[6] Шаг в 7% соответствует замене 1 зуба с 14-зубчатой звездочки на 15-зубчатую звездочку, в то время как шаг в 15% соответствует замене 2 зубьев с 13-зубчатой звездочки на 15-зубчатую звездочку.

В отличие от этого, автомобильные двигатели обеспечивают мощность в гораздо большем диапазоне скоростей, чем ноги велосипедистов, поэтому относительные различия в 30% и более являются обычным явлением для автомобильных коробок передач.

Используемые передачи

На велосипеде, имеющем только один механизм переключения передач (например, только заднюю ступицу или только задний переключатель передач), количество возможных передаточных чисел совпадает с количеством используемых передаточных чисел, которое также совпадает с количеством различных передаточных чисел.

На велосипеде с более чем одним механизмом переключения передач (например, передним и задним переключателями) эти три числа могут быть совершенно разными, в зависимости от относительных ступеней переключения различных механизмов. Количество передач для такого велосипеда, оснащенного переключателем передач, часто указывается упрощенно, особенно в рекламе, и это может ввести в заблуждение.

Рассмотрим велосипед, оснащенный переключателем передач, с 3-мя кольцевыми цепями и 8-ми зубчатыми колесами:

количество возможных передаточных чисел равно 24 (= 3 × 8, это число обычно указывается в рекламных объявлениях).; количество используемых передаточных чисел равно 22; количество различных передаточных чисел обычно составляет от 16 до 18.

Комбинация из 3 цепных колец и зубчатого колеса с 8 звездочками не обеспечивает 24 используемых передаточных числа. Вместо этого она обеспечивает 3 перекрывающихся диапазона 7, 8 и 7 передаточных чисел. Внешние диапазоны имеют только 7 передаточных чисел, а не 8, потому что экстремальные комбинации (самое большое кольцо цепи к самой большой задней звездочке, самое маленькое кольцо цепи к самой маленькой задней звездочке) приводят к очень диагональному выравниванию цепи, что неэффективно и вызывает чрезмерный износ цепи.[7] Из-за перекрытия обычно будут некоторые дубликаты или почти дубликаты, 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 низкий-высокий из-за сложной схемы переключения передач (например, одновременное двойное или тройное переключение на заднем переключателе и однократное переключение на переднем переключателе). В худшем случае может быть только 10 различных передаточных чисел, если процентный шаг между кольцами цепи совпадает с процентным шагом между звездочками. Однако, если дублировать наиболее популярное передаточное число, то может оказаться возможным продлить срок службы редуктора, используя разные версии этого популярного передаточного числа.

Диапазон передач

Диапазон передач указывает на разницу между нижней передачей и верхней передачей и дает некоторое представление о диапазоне условий (высокая скорость по сравнению с крутыми холмами), с которыми могут справиться передачи; сила, опыт и уровень физической подготовки велосипедиста также имеют значение. Диапазон 300% или 3: 1 означает, что при одинаковой скорости вращения педалей велосипедист может двигаться в 3 раза быстрее на верхней передаче, чем на нижней (при условии достаточной силы и т.д.). И наоборот, при одинаковом усилии вращения педалей велосипедист может подняться на гораздо более крутой холм на нижней передаче, чем на верхней.

Перекрывающиеся диапазоны с переключателями передач означают, что 24 или 27-ступенчатые переключатели передач могут иметь только тот же общий диапазон передач, что и (гораздо более дорогие) 14-ступенчатые ступичные передачи Rohloff. Велосипеды с внутренним приводом от ступицы обычно имеют более ограниченный диапазон передач, чем велосипеды, оснащенные аналогичными переключателями, и имеют меньшее передаточное число в этом диапазоне.

Приведенные ниже приблизительные диапазоны передач просто указывают на типичные настройки передачи и будут несколько отличаться от велосипеда к велосипеду.

диапазон	трансмиссия	используемые передачи	средний шаг
180%	3-ступенчатые ступичные передачи	3	34.2%
250%	5-ступенчатые ступичные передачи	5	25.7%
300%	7-ступенчатые ступичные передачи	7	20.1%
307%	8-ступенчатые ступичные передачи	8	17.4%
327%	типичная настройка переключателя с 1 цепью (1 × 10, 11-36)	10	14.1%
327%	настройка переключателя дорожных 1-й цепи (1×11, 11-36)	11	12.6%
380%	NuVinci бесступенчатая трансмиссия	непрерывная	Нет
409%	11-ступенчатые ступичные передачи	11	15.1%
420%	настройка переключателя передач с 1 кольцом цепи для горных велосипедов (1 × 11, 10-42)	11	15.4%
428%	настройка переключателя передач с дорожным 2-мя кольцевыми цепями (2 ×10, 50-34 × 11-32)	13	12.9%
441%	настройка переключателя дорожных 3-х цепных передач (3 ×10, 52/39/30 × 11-28)	15	11.2%
500%	экстремальная настройка переключателя с 1 цепью (1 × 12, 10-50)	12	15.8%
518%	настройка переключателя передач с 2-мя кольцевыми цепями для горных велосипедов (2 ×10, 38-24 × 11-36)	14	13.5%
526%	Rohloff Speedhub 14-ступенчатая ступичная передача	14	13.6%
630%	Настройка горного переключателя 2 × 11 (24/36 × 10-42)[9]	14	15.2%
636%	18-ступенчатая кареточная коробка передач	18	11.5%
655%	настройка переключателя передач с 3-мя кольцевыми цепями для горных велосипедов (3 ×10, 44-33-22 × 11-36)	16	13.3%
698%	настройка переключателя передач touring 3 (3 ×10, 48-34-20 × 11-32)	15	14.9%

При переключении передач можно достичь диапазона передач почти в 700%, хотя это может привести к довольно большим шагам между передачами или некоторым неудобствам при переключении передач. Однако, благодаря тщательному выбору цепных колец и задних зубчатых колес, например, 3-х цепных колец 48-34-20 и 10-скоростной кассеты 11-32, можно добиться чрезвычайно широкого диапазона передач, которые при этом хорошо разнесены. Такого рода настройки оказались полезными на множестве велосипедов, таких как грузовые велосипеды, туристические велосипеды и тандемы. Еще более высокого диапазона передач можно достичь, используя 2-ступенчатую ступичную передачу с нижним кронштейном в сочетании с подходящими переключателями.

Типы механизмов переключения передач

Существует два основных типа механизмов переключения передач, известных как переключатели передач и ступичные передачи. Обе системы имеют преимущества и недостатки, и какая из них предпочтительнее, зависит от конкретных обстоятельств. Существует несколько других относительно необычных типов механизмов переключения передач, которые кратко упоминаются ближе к концу этого раздела. Механизмы переключения передач могут использоваться только с цепной передачей, поэтому велосипеды с ременной передачей или трансмиссией с валовым приводом должны быть либо односкоростными, либо использовать ступичные передачи.

Внешняя (переключатель)

Основная статья: Шестерни переключения

Внешняя передача называется так потому, что все задействованные звездочки хорошо видны. К коленчатому валу и педалям может быть прикреплено до 4 цепных колец[11], и обычно от 5 до 12 звездочек, составляющих зубчатую пару, прикрепленную к заднему колесу. Современные передние и задние переключатели передач обычно состоят из подвижной направляющей цепи, которая управляется дистанционно с помощью троса Боудена, прикрепленного к переключателю, установленному на спускной трубе, стержне руля или рукоятке. Переключатель может представлять собой один рычаг, или пару рычагов, или поворотную рукоятку; некоторые переключатели могут быть объединены с тормозными рычагами в единый блок. Когда водитель управляет рычагом переключения передач во время кручения педалей, изменение натяжения троса перемещает направляющую цепи из стороны в сторону, "натягивая" цепь на разные звездочки. Задний переключатель также оснащен подпружиненными жокейскими колесами, которые устраняют любую слабину в цепи.

Большинство гибридных, туристических, горных и гоночных велосипедов оснащены как передними, так и задними переключателями. Существует несколько передаточных чисел, которые имеют прямой ход цепи, но в большинстве случаев передаточные числа будут иметь цепь, идущую под углом. Использование двух переключателей передач обычно приводит к некоторому дублированию или почти дублированию передаточных чисел, так что число различных передаточных чисел обычно составляет около двух третей от числа рекламируемых передаточных чисел. Наиболее распространенные конфигурации имеют специфические названия[12], которые обычно связаны с относительными размерами шага между передними кольцами цепи и задним зубчатым колесом.

Кроссоверная передача

Этот стиль обычно встречается на горных, гибридных и туристических велосипедах с тремя кольцами цепи. Относительный шаг на кольцах цепи (скажем, от 25% до 35%) обычно примерно в два раза превышает относительный шаг на зубчатом колесе (скажем, 15%), например, на зубчатых колесах 28-38-48 и зубчатом колесе 12-14-16-18-21-24-28.

Преимущества такого устройства включают:

Может быть доступен широкий выбор передач, подходящих для туристических поездок и езды по бездорожью. Редко возникает необходимость в одновременной замене переднего и заднего переключателей, поэтому она, как правило, больше подходит для обычных или неопытных велосипедистов. Одним из недостатков является то, что перекрывающиеся диапазоны передач приводят к большому дублированию или почти дублированию передаточных чисел.

Многодиапазонная передача

Этот стиль обычно встречается на гоночных велосипедах с двумя кольцами цепи. Относительный шаг на цепных кольцах (скажем, 35%) обычно примерно в три-четыре раза превышает относительный шаг на зубчатом колесе (скажем, 8% или 10%), например, на цепных колесах 39-53 и зубчатых колесах ближнего действия 12-13-14-15-16-17-19-21 или 12-13-15-17-19-21-23-25. Такое устройство предоставляет гораздо больше возможностей для регулировки передаточного отношения для поддержания постоянной скорости вращения педалей, но любая смена цепи должна сопровождаться одновременной сменой 3 или 4 звездочек на зубчатой передаче, если целью является переключение на следующее более высокое или более низкое передаточное число.

Альпийская передача

Этот термин не имеет общепринятого значения. Первоначально он относился к механизму передачи, который имел одну особенно низкую передачу (для восхождения на альпийские перевалы); эта низкая передача часто имела больший, чем в среднем, переход на следующую самую низкую передачу. В 1960-х годах этот термин использовался продавцами для обозначения современных тогда 10-скоростных велосипедов (2 кольца цепи, 5 зубчатых колес), без какого-либо учета его первоначального значения. Ближайший текущий эквивалент оригинального значения можно найти в зубчатых колесах Shimano Megarange, где относительная разница в большинстве звездочек составляет примерно 15%, за исключением самой большой звездочки, разница в которой составляет примерно 30%; это обеспечивает передачу намного ниже обычной за счет большого скачка передач.

Полушаговая передача

Есть два кольца цепи, относительная разница между которыми (скажем, 10%) составляет примерно половину относительного шага зубчатой передачи (скажем, 20%). Это использовалось в середине 20-го века, когда передние переключатели могли регулировать только небольшой шаг между цепными кольцами и когда задние зубчатые колеса имели только небольшое количество звездочек, например, цепные кольца 44-48 и зубчатые колеса 14-17-20-24-28. В результате обеспечивается два чередующихся диапазона передач без какого-либо дублирования. Однако для последовательного переключения передаточных чисел требуется одновременное переключение передних и задних передач при каждом другом переключении передач.

Полушаг плюс обычная передача

Существует три кольца цепи с разницей в полшага между двумя большими и многодиапазонными разницами между двумя меньшими, например, кольца цепи 24-42-46 и набор зубьев 12-14-16-18-21-24-28-32-36.[13] Такое общее расположение подходит для поездок, где большинство переключений передач производится с помощью заднего переключателя, а иногда и тонкой настройки с помощью двух больших колец цепи.[12] Малая цепочка (granny gear) является спасением для преодоления более крутых холмов, но для ее эффективного использования требуется некоторое предвидение.

Внутренняя (ступица)

Основная статья: Ступичная передача

Внутренняя передача называется так потому, что все задействованные шестерни скрыты внутри ступицы колеса. Ступичные передачи работают с использованием внутренней планетарной, или эпициклической, передачи, которая изменяет скорость вращения корпуса ступицы и колеса относительно скорости ведущей звездочки. Они имеют только одно кольцо цепи и одну заднюю звездочку, почти всегда с прямым ходом цепи между ними. Ступичные передачи выпускаются с от 2 до 14 скоростями; вес и цена, как правило, увеличиваются с увеличением количества передач. Все рекламируемые скорости доступны в виде отдельных передаточных чисел, управляемых одним переключателем (за исключением некоторых ранних 5-ступенчатых моделей, которые использовали два переключения). Ступичная передача часто используется на велосипедах, предназначенных для езды по городу и поездок на работу.

Внутренняя (нижний кронштейн)

Основная статья: Велосипедная коробка передач

В современных системах шестерни встроены в коленчатый вал или нижний кронштейн. Патенты на такие системы появились еще в 1890 году. Горные приводы Schlumpf Mountain Drive и Speed Drive доступны с 2001 года. Некоторые системы предлагают прямой привод плюс один из трех вариантов (уменьшение 1:2,5, увеличение 1,65:1 и увеличение 2,5:1). Переключение передач осуществляется нажатием ногой на кнопки, выступающие с каждой стороны шпинделя нижнего кронштейна. В результате получается велосипед с двумя кольцами цепи с огромной разницей в размерах. В 2010 году компания Pinion GmbH представила 18-ступенчатую модель коробки передач, предлагающую равномерный диапазон в 636%. Эта коробка передач приводится в действие традиционным поворотным переключателем и использует два троса для переключения передач. Система зубчатых передач хорошо подходит для горных велосипедов из-за ее широкого диапазона и низкого центра тяжести, подходящего для велосипедов с полной подвеской, но она все же несколько тяжелее, чем трансмиссия на основе переключателя передач.

Внутренняя и внешняя комбинированные

Иногда можно комбинировать ступичную передачу с переключающими передачами. Существует несколько коммерчески доступных вариантов:

Одним из стандартных вариантов для складного велосипеда Brompton является использование 3-ступенчатой передачи (разница между передаточными числами составляет примерно 30%) в сочетании с 2-ступенчатой передачей переключения передач (разница составляет примерно 15%) для получения 6 различных передаточных чисел; это пример полушаговой передачи. Некоторые поставщики Brompton предлагают также двухскоростную цепную передачу "Mountain Drive", которая обеспечивает 12 различных передаточных чисел с диапазоном, превышающим 5: 1; в этом случае переключение с 6-й на 7-ю передачу предполагает одновременное переключение всех трех наборов передач.

• Система SRAM DualDrive использует стандартную 8 или 9-ступенчатую зубчатую передачу, установленную на трехскоростной ступице с внутренним редуктором, что обеспечивает аналогичный диапазон передач велосипеду с зубчатой передачей и тройными кольцами цепи.
• Менее распространенным является использование двойной или тройной цепи в сочетании со ступицей с внутренним зацеплением, что расширяет диапазон передач без необходимости установки нескольких звездочек на ступицу. Однако для этого требуется какой-либо механизм натяжения цепи, что сводит на нет некоторые преимущества ступичных передач.
• В отличие от односкоростного велосипеда, ступичные передачи могут комбинироваться как с передними, так и с задними переключателями передач, обеспечивая очень широкий диапазон трансмиссии за счет веса и сложности управления - всего существует три набора передач. Этот подход может подойти для лежачих мотодельтапланов, где можно использовать очень низкие передачи без проблем с балансом, а аэродинамическое положение позволяет передавать на более высоких передачах, чем обычно.

Прочее

Существовало и все еще существует несколько совершенно разных методов выбора другого передаточного отношения:

• Ретро-прямая трансмиссия, использовавшаяся на некоторых велосипедах начала 20 века, была возрождена любителями велосипедов. У них есть два возможных передаточных числа, но нет рычага переключения передач; оператор просто крутит педали вперед для одной передачи и назад для другой. Цепная передача довольно сложна, поскольку она фактически должна изображать восьмерку, а также следовать обычной цепной передаче.
• Поворотные ступицы имеют двустороннее заднее колесо со звездочками (разного размера) с каждой стороны. Чтобы переключить передачу: остановитесь, снимите заднее колесо, переверните его, замените колесо, отрегулируйте натяжение цепи, возобновите езду на велосипеде. Современные двухсторонние колеса обычно имеют неподвижную звездочку с одной стороны и звездочку свободного хода с другой.
• До 1937 года это была единственная разрешенная форма переключения передач на Тур де Франс.[17] Участники соревнований могли иметь по 2 звездочки с каждой стороны заднего колеса, но все равно должны были останавливаться, чтобы вручную переместить цепь с одной звездочки на другую и отрегулировать положение заднего колеса так, чтобы поддерживать правильное натяжение цепи.
• Бесступенчатые передачи являются относительно новым изобретением в велосипедах (хотя и не новой идеей). Механизмы, подобные системе передач NuVinci, используют шарики, соединенные с двумя дисками статическим трением - изменение точки контакта изменяет передаточное отношение.
• Автоматические коробки передач были продемонстрированы и представлены на рынке как для переключения передач, так и для ступичных механизмов, часто сопровождаемые предупреждением о необходимости отключения автоматического переключения, если вы стоите на педалях. Они имели ограниченный успех на рынке.
• Перемещение точки соединения на рычаге изменяет механические преимущества системы привода способом, аналогичным изменению передаточных чисел. Примерами могут служить американский велосипед Star Bicycle и Stringbike.

Эффективность

Цифры в этом разделе относятся к эффективности трансмиссии, включая средства передачи и любую систему зацепления. В этом контексте эффективность связана с тем, сколько мощности передается на колесо по сравнению с тем, сколько энергии вкладывается в педали. Для хорошо обслуживаемой трансмиссионной системы КПД обычно составляет от 86% до 99%, как подробно описано ниже.

К факторам, помимо передачи, влияющим на производительность, относятся сопротивление качению и сопротивление воздуха:

Сопротивление качению может варьироваться в 10 и более раз в зависимости от типа и размеров шины и давления в шинах.

Сопротивление воздуха значительно возрастает с увеличением скорости и является наиболее значительным фактором при скоростях свыше 10-12 миль (15-20 км) в час (сила сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости, таким образом, мощность, необходимая для ее преодоления, увеличивается пропорционально кубу скорости).

Человеческий фактор также может быть значительным. Ролофф утверждает[20], что общая эффективность может быть улучшена в некоторых случаях за счет использования немного менее эффективного передаточного числа, когда это приводит к большей эффективности работы человека (при преобразовании пищи в мощность педалей), поскольку используется более эффективная скорость вращения педалей.

Обзор

Энциклопедический обзор можно найти в главе 9 "Наука о велосипедном спорте", которая охватывает как теорию, так и экспериментальные результаты. Некоторые подробности, извлеченные из этих и других экспериментов, представлены в следующем подразделе со ссылками на оригинальные отчеты.

Факторы, которые, как было показано, влияют на эффективность трансмиссии, включают тип системы передачи (цепь, вал, ремень), тип системы передачи (фиксированная, переключатель, ступица, бесступенчатая регулировка), размер используемых звездочек, величину потребляемой мощности, скорость вращения педалей и степень ржавчины цепи. Для конкретной системы передачи разные передаточные числа, как правило, имеют разную эффективность.

В некоторых экспериментах использовался электродвигатель для приведения в движение вала, к которому прикреплены педали, в то время как в других использовались средние показатели по количеству реальных велосипедистов. Неясно, как постоянная мощность, выдаваемая двигателем, соотносится с циклической мощностью, обеспечиваемой педалями. Ролофф утверждает, что постоянная мощность двигателя должна соответствовать пиковой мощности педали, а не средней (которая составляет половину от пиковой).

Имеется мало независимой информации, касающейся эффективности ременных приводов и систем бесступенчатой передачи; даже производители / поставщики, похоже, неохотно предоставляют какие-либо цифры.

Подробные сведения

Механизмы переключения передач типичного продукта среднего класса (из тех, что используются серьезными любителями) достигают механической эффективности от 88% до 99% при 100 Вт. В механизмах переключения передач наибольшая эффективность достигается за счет больших звездочек. Эффективность обычно снижается при меньших размерах звездочек и кольца цепи. Эффективность переключения также снижается при перекрестном сцеплении, или при соединении большого кольца с большой звездочкой или малого кольца с малой звездочкой. Такое поперечное сцепление также приводит к повышенному износу из-за бокового прогиба цепи.

Честер Кайл и Фрэнк Берто сообщили в "Human Power" 52 (лето 2001), что тестирование на трех системах переключения передач (от 4 до 27 передач) и восьми передачах ступицы (от 3 до 14 передач), выполненных с входными сигналами 80 Вт, 150 Вт, 200 Вт, дало следующие результаты:

Текст подписи

Тип трансмиссии	Средняя эффективность при 150 Вт
Переключатели	93–95%
ступицы 3-ступенчатой передачи	92–95%
ступицы передач с 7 и 14 скоростями	89–91%

Тестирование эффективности систем велосипедной передачи осложняется рядом факторов - в частности, все системы, как правило, работают лучше при более высоких скоростях. Обычный велосипед мощностью 200 Вт развивает скорость 20 миль в час (32 км / ч), в то время как спортсмены могут развивать мощность 400 Вт, при этом заявленная эффективность "приближается к 98%".

При более типичной мощности 150 Вт ступичные передачи, как правило, примерно на 2% менее эффективны, чем система переключения передач, при условии, что обе системы находятся в хорошем состоянии.

Смотрите также

Зубчатая передача * Сравнение ступичных передач * Велоспорт

• Электронная система переключения передач

Дюймовая передача * Велосипедная терминология * Катание на горных велосипедах * Общие сведения о велоспорте * Звездочка * Штурми-Лучник