Устройство велосипеда
Велосипед классической конструкции состоит из рамы, шарнирно закрепленной на ней рулевой вилки с рулем и передним колесом, заднего колеса, седла на подседельном штыре, педалей с кривошипами (часто называемыми шатунами, что неверно), цепной передачи и тормозов. Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями), звуковым сигналом, подставкой-«подножкой».Колеса
Как правило, на велосипеде устанавливаются два колеса одинакового диаметра. Каждое колесо состоит из металлического 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 — колеса, педали, седло, руль. По мнению многих, рама — самый главный и дорогостоящий компонент велосипеда.
Рама состоит из труб, или перьев, образующих два треугольника — передний и задний, причем задний треугольник раздвоен и образует заднюю вилку для крепления заднего колеса. Такая форма обеспечивает наибольшую жесткость рамы при минимальном ее 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). 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 на неровных поверхностях. Жесткие рамы позволяют передавать энергию от педалей к колесам с меньшими потерями.
Рамы могут делаться из стали, сплавов алюминия, титана, магния, молибдена, 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 все же стальная рама страдает от усталости материала, она дает знать об этом скрипом и снижением жесткости. Сейчас Cr-Mo используется в производстве рам для велосипедов ВМХ и туристских велосипедов (en:Touring bicycle).А так же обширно используется в MTB так как Cr-Mo обеспечивает достаточную жесткость и прочность.
Алюминиевые рамы легче стальных и жестче. Благодаря этому они часто используются для гоночных моделей. Однако усталостные характеристики алюминия плохи; кроме того, алюминиевая рама, разрушающаяся от усталости материала, разрушается внезапно.
Титановые рамы также весьма легки, но титан — очень мягкий 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.
В настоя
Передняя вилка
Служит для соединения переднего колеса, руля и рамы. Может быть жесткой или со встроенным амортизатором. Так же на вилку крепятся тормоза, крыло, датчик скорости и другое вспомогательное оборудование.
Жесткие вилки дешевле и легче.
Амортизационные вилки повышают комфортность езды по неровной поверхности, улучшают сцепление с дорогой на неровностях. Они более дорогие, тяжелые, при педалировании поглощают часть энергии. Амортизационные вилки различаются принципом работы, ходом вилки, наличием различных настроек.
Передача
Крутящий момент с педалей на заднее колесо обычно передается с помощью цепной передачи. Она состоит из ведущих звезд, ведомых (задних) звезд, собственно цепи и дополнительных механизмов. Совокупность ведущих звезд называется системой, совокупность ведомых звезд — 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, изобрел известный итальянский велосипедист Туллио Кампаньоло (en:Tullio Campagnolo) в 1950 г.
Звезды (как сзади, так и спереди) смонтированы в блоки, и переключение осуществляется с помощью бокового смещения цепи направлением ее 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 звездочек и 1—3 передних, что позволяет обеспечить до 30 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.
Необходимо заметить, что отсутствие переключения передач не говорит о дешевизне велосипеда. Так, односкоростные велосипеды иногда применяются для экстремальных дисциплин («Дерт», «Стрит») и некоторых видов велогонок (в частности, трековых) — как для увеличения КПД, так и для снижения массы.
Помимо цепной передачи неоднократно предпринимались попытки создать карданную передачу, однако достаточно массово она стала применяться лишь в последние годы. Карданная передача имеет большую массу, но практически не требует обслуживания. Также при карданной передаче отсутствует и такая традиционная для велосипеда проблема, как слетание цепи. Несмотря на значительные преимущества в использовании в дорожных велосипедах карданная передача встречается еще сравнительно редко.
Также ведутся работы в направлении использования шевронного ремня в качестве привода. Преимущества в отсутствии смазки и шума, большей прочности и большего ресурса по сравнению с цепью. Недостатки — в данный момент поддерживаются только планетарные механизмы переключения.
Тормоза
Большинство велосипедов обладают ручными тормозами, как наиболее безопасными и удобными. Они бывают ободными (клещи, консольные, v-brake), дисковыми и роллерными. Дисковые тормоза имеют много преимуществ перед ободными:
1. Они меньше засоряются при езде по грязи, так как расположены ближе к центру колеса. Ободные тормоза расположены с краю колес и при их загрязнении сильно снижается эффективность торможения.
2. Качественные дисковые тормоза позволяют более плавно регулировать тормозные усилия.
3. Дисковые тормоза можно использовать с слегка искривленной геометрией колеса, в то время, как ободные начнут задевать обод и притормаживать велосипед.
4. Качественные дисковые тормоза требуют обслуживания гораздо реже, чем ободные. Но обслуживание, зачастую, не может производится в полевых условиях. Особенно это относится к гидравлическим дисковым тормозам.
V-brake имеют свои преимущества перед дисковыми тормозами:
1. Тормозное усилие прикладывается к ободу, тем самым уменьшается нагрузка на спицы и втулку.
2. При длительном торможении (спуске с горы) v-brake гораздо меньше нагреваются, за счет большей площади обода по сравнению с тормозным диском.
3. V-brake очень неприхотливы, настройка очень простая, в отличие от дисковых, которые часто нужно перестраивать после снятия колеса.
4. Имеют меньший, чем дисковые тормоза, вес, что важно для некоторых велоспортивных дисциплин.
5. Дешевы. Цена дисковых тормозов в несколько раз выше ободных. Именно поэтому на подавляющем большинстве бюджетных велосипедов стоят ободные тормоза.
* При использовании ручных тормозов необходимо нажимать оба рычага одновременно и плавно, без рывков.
Передний тормоз допускает большую 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 приведет к падению, в то время как с заблокированным задним колесом можно удерживать равновесие, спускаясь, например, с крутого холма. 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, либо применяется блокировка заднего колеса с поворотом велосипеда перпендикулярно направлению движения и завалом на бок.
Существуют также ножной тормоз. Он приводится в действие путем вращения педалей в обратную сторону (противоположную рабочему). Такие тормоза имеют определенные 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 определенного привыкания. Но главный недостаток, ограничивающий применение педального тормоза, — его несовместимость с классическим переключателем скоростей. Это не ограничивает применение педального тормоза во многих городских велосипедах с одной передачей или планетарным переключателем передач. Иногда педальный тормоз дополняется передним ручным, обычно типа v-brake или u-brake.
Седло является важной частью велосипеда: большинство проблем с комфортом связаны с неудобным седлом.
Широкие и мягкие седла менее удобны для педалирования, потому что мешают работе ягодичных мышц. Узкие жесткие седла 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 подъема 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.
Педали
Педали предназначены для передачи мускульного усилия на колеса. Внутри педали находятся подшипники, позволяющие оси педали свободно вращаться относительно площадки педали. Ось педали вкручивается в кривошип, причем 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 пересеченной 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 отстегивается специальным движением ноги (например поворотом стопы на 15°-20° 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 жесткой. 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.
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 темное время суток. Обычно используется белый фонарь (или световозвращатель) спереди, красный — сзади; красные, желтые или оранжевые — на колесах и педалях.
Велокомпьютер подсчитывает скорость и пройденное расстояние и другие параметры поездки. Для той же цели может быть использован GPS-приемник.
Зеркало заднего вида повышает безопасность езды по дорогам общего пользования. Учтите, что выполненное из стекла зеркало, разбившись при падении, может причинить дополнительные повреждения, порезы, травмы глаз.
Велосипедные очки защитят от попадания в глаза пыли и песка, поднимаемого транспортными средствами, от мошек, от мелких камней из под колес впередиидущих участников движения, от ударов по глазам веток, от иссушения глаз. Велосипедные очки обязаны отличатся от обычных по сопротивлению на удар. То есть не должны разбиваться, раскалываться, так как осколки обычных очков повредят глазное яблоко. Описанному отвечают очки соответствующие страндарту 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 потертостей 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 рулем. 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 трехпалые (попарно объединены указательный палец со средним и мизинец с безымянным) и типа «варежка».