Конструкції систем зчеплення ступиць – Частина 1

Більшість велосипедів оснащені системою зачеплення, яка майже завжди є невід’ємною частиною заднього колеса, а якщо бути точнішим – задньої ступиці. Є деякі винятки – наприклад, ступиці для треку або із фіксованою передачею та велосипеди для траілу. Останні часто використовують систему зчеплення не як частина ступиці, а рами велосипеда, та яка є інтегрованої з вузлом каретки.

Мета системи зчеплення – тимчасово відключити систему приводу від колеса. Тобто, коли велосипедист перестає крутити педалі, колесо продовжує обертатися. Цей режим також відомий як «вільний хід». Технічно це дозволяє передачу потужності у одному напрямку – від шатунів до колеса. Один напрямок означає, що рух обертання завжди передаються від шатунів до колеса, а не навпаки. Усі системи зчеплення автоматично перемикаються між режимами. Система відключається, як тільки швидкість обертання колеса та приводу не збігаються. Приводом на більшості дорожніх і MTB велосипедів зазвичай називають барабан (freehub, driver). На нього встановлюється зірка або касета, та він отримує обертовий рух від шатунів.

Які важливі якості має систем зчеплення? Для більшості велосипедистів це є ефективність, надійність та помірна вага. Усі три взаємозалежні, і виграш в одному аспекті часто відбувається компромісом в іншому. Давайте коротко розглянемо їх по черзі.

Як швидко ступиця зачіплюєтеся, тобто який необхідно для цього час, або ж якою є відстань, що долають шатуни перш ніж їх обертальний рух почне передаватися на колесо. Йдеться про ефективність системи. Чим більше часу потрібно, щоб система перейшла у зчеплений стан, тим більше енергії велосипедиста використовується неефективно і не сприяє основній меті – обертанню колеса. Другий атрибут ефективності роботи системи зачеплення – це її внутрішні втрати, таки, як наприклад втрати від тертя.

Для дорожніх велосипедів внутрішні втрати є найважливішим фактором, натомість швидкість зачеплення відносно менш важлива, порівняно з MTB. Це тому, що більш складні вимоги пересування бездоріжжям вимагають часто змінювати передачі, та перемикатися між рухом вільним ходом та звичайним рухом з обертанням шатунів.

Один із способів виміряти швидкість вмикання системи – це прирівняти її до кута кола, по якому рухається шатун, перш ніж його обертання передається на колесо. Це не є фіксованою та точною мірою, оскільки те, яка використовується передача, вплине на покажчик у досить широкому діапазоні. У той же час виробники ступиць заявляють про цей параметр, який називають точками контакту або англійською POE – points of engagement. Кількість POE дає міру в градусах кута за простою формулою: градуси кута зчеплення дорівнюють 360, поділеному на кількість POE. Наприклад, дорожня ступиця Chris King R45 має POE у 45. Це дає теоретичні 8 градусів кута до того, як система зчеплення вмикається.

На практиці, у більшості випадків, цей кут буде відрізнятися, оскільки потрібно враховувати передавальне відношення. Ефективний кут, який відчуває велосипедист на шатунах, визначається передавальним відношенням трансмісії. Розглянемо два приклади. Передавальне відношення, типове для шосе, із зубчастим колесом 50T та зіркою 11T. Ефективний кут дорівнюватиме 8, розділеному на 4,54. Останнє – передавальне відношення, обчислюване як 50, поділене на 11. Маємо ефективний кут у 1,76 градусів.

Якщо ми візьмемо зірку 28T і зубчасте колесо 45T, передавальне відношення типове для MTB – 0,62, ми отримаємо ефективний кут 12,86 градусів. У той же час, щоб оцінити ці числа, потрібно надати їм перспективу. Порівняймо їх із ступицю, яка має POE 18, а отже, теоретичний кут 20 градусів. При однаковому передавальному відношенню 0,62, ефективний кут становитимете вже 32,12 градуси. Або якщо ми переведемо це на відстань, яку проходить шатун довжиною 175 мм, перш ніж зусилля почне передаватися на колесо, це становитиме 56 мм. Достатньо велика відстань, щоб її помітити, і вона суттєво відрізняється від 22 мм, у приклади зі ступицею Chris King R45. Ці розрахунки показують, що ступиці із високою швидкістю зчеплення або з великим POE можуть мати істотний вплив, особливо у випадках, коли передавальне відношення менше ніж 1, як от при доланні крутих підйомів на бездоріжжі.

Термін POE походить від найбільш широко розповсюдженої конструкції зчеплення – «собачок» та зубчастого кільце. Конструкція існує досить давно. Ця система використовує кілька сталевих лапок («собачок»), як правило, інтегрованих з барабаном ступиці, та зубчастим кільцем, поєднаному з корпусом ступиці. У деяких типах, як, наприклад, у ступиці Vault від Race Face, Rotaz або у минулому у American Classic, «собачки» знаходяться в корпусі ступиці, в той час як зубчасте кільце поєднане з барабаном. Однак принцип залишається тим самим. Кожна «собачка» має один або кілька зубців, які при з’єднанні з зубцями кільця передають обертальний рух в одному напрямку. Під час руху в протилежному напрямку зубці «собачок» і кільця ковзають один вздовж одного. Саме це приводить до типового звуку «клацання» ступиці у режимі вільного ходу. У деяких похідних конструкціях, як-от Rvolver від компанії Rotor, зубчасте кільце не фіксоване у корпусі ступиці, а навпаки, має деяку ступень вільного пересування, у той час як «собачки» мають особливу, циліндричну форму.

Ця конструкція має незліченну кількість варіантів із кількістю «собачок» від двох до восьми, а POE – від посередніх 18 до неймовірних 690 у ступиці Industry Nine Hydra. Або перекладено на кути і градуси від 20 до 0.52.

Перейти до Частини 2

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *