Изобретаем велосипед. Как правильно ухаживать за своим велосипедом

В прошлый раз я совместно с магазином mtbshop.ru подготовил пост о том, как . Теперь же мы с ними расскажем вам об устройстве велосипеда и какие есть тонкости в различном железе.

Два века прошло с тех пор, как первые велосипеды стали ездить по улицам городов и проселочным дорогам. И за эти столетия они эволюционировали. Колеса и педали никуда не делись, седло тоже осталось на месте. Но никак не скажешь, что за это время не произошло никаких серьезных изменений. Особенно за последние 20 лет. Появлялись новые технологии, новые материалы, все большие средства вкладывались в разработку велосипедов.

Итак, к чему же стремились и стремятся велопроизводители сейчас? Лидеры на рынке велоиндустрии стремятся сделать свои велосипеды легче, при сохранении прежней прочности, надежнее и удобнее. Но, также следует помнить и о том, что в разных спортивных дисциплинах к велосипеду предъявляются разные требования.

21 фотография и много букв, общий вес 3,7 мегабайт

Рама является основной несущей конструкцией в велосипеде. Есть несколько ключевых критериев, по которым классифицируются рамы: материал, тип подвески и предназначение. Большинство современных велосипедных рам изготавливается из алюминия, остальные производятся из хромомолибденовой стали и карбона.

Благодаря использованию алюминия, конструкция получается прочной и достаточно легкой. Рамы из хромомолибденовой стали несколько прочнее аналогов из алюминия, но значительно проигрывают им в весе. Производство стальных рам дешевле и менее трудоемко по сравнению с изготовлением рам из алюминия. Именно это и является основным аргументом, для большинства мелких производителей, изготавливающих небольшие партии кастомных рам из стали.

В последнее время большую популярность получили рамы, изготовленные из карбонового волокна. Производство карбоновых рам высокотехнологично и дорого, поэтому на рынке не так много производителей, предлагающих их в своих коллекциях. Основным преимуществом карбона является низкий вес при той же прочности, а основной недостаток — его дороговизна.

Велосипедные рамы следует поделить на две большие категории: с активной и с пассивной амортизацией заднего колеса. Под пассивной амортизацией подразумевается полное отсутствие отдельных узлов или шарниров, рассчитанных на срабатывание под нагрузкой. Таким образом, пассивная амортизация происходит исключительно за счет естественной гибкости материала, из которого изготовлена рама. Рамы с пассивной амортизацией называют хардтэйлами (от англ. «жесткий хвост»).

Рамы с активной амортизацией, т. е. имеющие какие-либо подвижные элементы, шарниры или системы шарниров в своей конструкции, принято называть «подвесами». Велосипеды этой категории можно разделить на две большие группы по их конструкции: однорычажные и многорычажные. Характерной особенностью однорычажной подвески является то, что движение колеса происходит вокруг одной, не изменяющейся в зависимости от хода подвески, точки. В многорычажной подвеске, наоборот, вращение колеса происходит вокруг «виртуальной», меняющейся в зависимости отхода подвески, точки.

Внутри каждой группы есть деление на подгруппы в зависимости от способа привода амортизатора и принципа реализации схемы многорычажности, но это уже материал для отдельной статьи. У каждой из схем есть свои преимущества и недостатки и использование той или иной схемы зависит в основном от предполагаемого стиля катания и опыта фирмы-производителя в области одно- или много-рычажных подвесок.

Каждая рама в линейке бренда создается для определенного стиля катания. И не стоит относиться к этому как к очередному капризу маркетологов. Стили катания ранжируются от менее агрессивного и опасного кросс-кантри вплоть до таких гравити-дисциплин, как даунхил, фрирайд и дёрт джампинг.

Каким образом можно сделать раму, отвечающую требованиям конкретной дисциплины? Например, при создании рамы для Кросс-Кантри, ее стремятся сделать максимально легкой и эргономичной. Таким образом, гонщик будет занимать оптимальное для педалирования положение и ему не придется тратить энергию на перемещение «лишних» граммов. Поэтому рамы для КК чаще всего делают хардтэйлами, чтобы сэкономить на весе амортизатора и необходимых усилений рамы, для его установки.

1. Из чего же состоит велосипед? Давайте пройдемся по ключевым узлам.

2. Вилка — это элемент, соединяющий раму с передним колесом, также иногда несущий амортизационную функцию. Бывают вилки «жесткие», т.е. не имеющие каких либо подвижных элементов и поглощающие энергию от ударов за счет их собственной гибкости, а в силу того, что сталь, из которой изготавливаются подобные вилки, материал достаточно жесткий, то и вилки по ощущениям далеко не самые мягкие и приятные. Этот тип вилок больше походит для катания по ровной местности с минимальным количеством препятствий, например, для езды по городу или шоссе. Антипод «жестких» вилок — амортизационные вилки. В них есть активная система поглощения энергии от ударов. Есть несколько принципов реализации подобных систем. Самый распространенный — телескопический. Принцип таков, что две части вилки (подрессоренная и неподрессоренная) входят одна в другую наподобие телескопа. Амортизационные вилки делятся по типу использующейся в них пружины (эластомер, пружина, воздух) и по наличию и характеристикам гидравлического демпфера. В числе его регулировок могут быть: регулировка отскока, регулировка низко- и высоко-скоростного сжатия, а также блокировка. Типичная вилка устроена таким образом, что в одной из «ног» вилки находится пружина, а в другой — демпфер.

3. Рулевая колонка — это элемент, соединяющий раму велосипеда с вилкой и позволяющий вилке свободно вращаться.Рулевая колонка состоит из 2 чашек, устанавливающихся непосредственно в раму, подшипников и фиксирующих колец, устанавливаемых на шток вилки. В МТВ применяются рулевые с запрессовываемыми чашками, т.е. безрезьбовые. В более дорогих моделях рулевых используются промышленные подшипники, а в моделях начального и среднего уровней обычно применяются чуть более дешевые насыпные подшипники. Применение промышленных подшипников позволяет добиться мягкого хода и увеличить межсервисные интервалы. Но следует помнить, что при правильной установке и регулярном обслуживании рулевые на насыпных подшипниках способны работать так же хорошо, как и более дорогие аналоги на промышленных подшипниках. На данный момент существует несколько стандартов рулевых колонок различающихся диаметром посадочных отверстий под шток вилки, на которые они рассчитаны. Типичные стандарты: 1-1/8, 1-1/2 и Tapered. Подробнее об этих стандартах сказано чуть ниже.

Внутрь рамы вилка вставляется частью, называемой штоком. Есть несколько общепринятых стандартов штоков: 1-1/8, 1-1/2 и Tapered. Долгое время 1-1/8 являлся основным стандартом велоиндустрии, он по-прежнему остается самым распространенным. Преимуществом является доступность запчастей.

Стандарт 1-1/2 был внедрен компанией-производителем амортизаторов Manitou для использования в экстремальных дисциплинах. Этот стандарт позволяет серьезно сэкономить в весе рамы и штока вилки за счет уменьшения толщины их стенок благодаря более равномерному распределению нагрузок. Стандарт Tapered ,также известен как Е2 или конический, является самым молодым из всех существующих и представляет собой смесь стандартов 1-1/8 и 1-1/2, т.е. используется нижняя чашка стандарта 1-1/2, что позволяет добиться необходимой прочности, и верхняя чашка стандарта 1-1/8, благодаря которой можно сэкономить несколько граммов. Этот стандарт с каждым годом становится все более популярным, и уже очень большая часть велосипедов выпускается адаптированными под этот стандарт. На велосипеды с рулевым стаканом стандарта 1-1/2 можно установить вилку со штоком ЛЮБОГО стандарта. Для этого используются специальные адаптеры или рулевые колонки-«переходники». На рамы с рулевой стандарта Tapered возможна установка вилок со штоками стандартов 1-1/8 и Tapered, соответственно. Стоит учесть, что на рамы с рулевым стаканом 1-1/8 можно поставить только вилки со штоками соответствующего стандарта.

Вынос служит соединяющим элементом между вилкой и рулем. Основными характеристиками выноса являются: длина выноса и его подъем. Изменение этих параметров может очень сильно повлиять на положение райдера, а это, в свою очередь, серьезно отразится на управлении велосипедом.

4. Руль — это руль, надеюсь, нет необходимости, объяснять какую функцию он выполняет. Но следует обратить особое внимание на его характеристики, а именно: ширину, подъем, апсвип и бэксвип. Последние два отвечают за изгиб руля вверх и назад, соответственно. Более широкие рули дают чуть больше контроля над велосипедом и повышают точность управления, но, при этом, они несколько «замедляют» управление. Подъем отвечает за положение велосипедиста. Чем меньше подъем, тем более «агрессивную» позицию принимает райдер. Параметры бэксвипа и апсвипа очень индивидуальны и помогают простой «палке» превратится в анатомически удобный элемент в конструкции велосипеда. При выборе руля хорошей идеей является прийти в магазин и подержать несколько моделей в руках. Это даст представление о том, какие параметры подходят вам больше.

Барэнды — заглушки, вставляемые по краям руля, для предотвращения травм. Не следует недооценивать опасность, которую представляют собой торцы руля. Случаи, когда ими повреждали ноги и живот — не редкость.

5. Грипсы — прорезиненные ручки на руле, которые не дают рукам соскальзывать и несколько смягчают удары от неровностей. Ключевым различием между всеми грипсами, помимо толщины и компаунда, которые определяются индивидуальными предпочтениями, является тип крепления грипс к рулю. «Лок-он» — грипсы с фиксирующими кольцами на торцах, которые не позволяют грипсе проскальзывать и облегчают установку. А простые, не «лок-он», грипсы держаться только за счет силы трения.

6. Комбинация подседельного штыря и сиденья определяет высоту посадки велосипедиста и это серьезно сказывается на управлении. В дисциплинах, где требуется усиленное педалирование, например Кросс Кантри, штыри делаются достаточно длинными, увеличивая высоту посадки. Это позволяет велосипедисту с бОльшим усилием крутить педали. Но высокое седло — это не всегда преимущество, например в Гравити дисциплинах (Скоростной спуск, фрирайд) используются более короткие подседельные штыри, потому что гонщик бОльшую часть трассы проводит не в седле и длинный подседельный штырь только мешал бы ему. При выборе подседельного штыря и седла стоит помнить о двух вещах: о диаметре посадочного отверстия для подседельного штыре в раме и о совместимости стандартов подседельного штыря и самого седла. Двумя самыми популярными стандартами являются «рэйл» и «пивотал». «Рэйл» подразумевает крепление подседельного штыря к рельсам на седле, а «пивотал» — две поверхности с резьбой, стягиваемые одним болтом, проходящим сквозь седло.

7. Системой называется узел, состоящей из каретки и шатунов. Шатуны — это две «палки», к которым крепятся педали. При выборе шатунов стоит помнить о том, что у них бывают разные стандарты крепления. Самые распространенные из них: со шлицевым соединением, квадратным соединением или двусоставные. Особенностью двусоставных шатунов является то, что ведущая звезда и ось закреплены и не снимаются с правого шатуна.

8. Кареткой принято обозначать узел, соединяющий шатуны с рамой. Можно поделить каретки на две большие категории: с внутренними и внешними подшипниками. К последним относятся каретки стандартов ISIS, Hollowtech II, MegaEXO.

9. Также крайне важным является место непосредственного контакта райдера с велосипедом — педали. Есть два основных типа педалей: «платформы» — педали, на которых нога райдера удерживается за счет зацепления за шипы, т.е. за счет силы трения (платформы иногда так же делают из специального пластика для экономии веса) и «контакты» — педали с фиксирующим механизмом, для использования которого необходимы специальные велотуфли.

10. Переключатель позволяет поддерживать комфортный темп педалирования вне зависимости от скорости. Переключатель, как таковой, это устройство, расположенное непосредственно у звезд и осуществляющее перемещение цепи с одной звезды на другую. Более дорогие модели переключателей превосходят бюджетные аналоги благодаря высокой скорости переключения и, довольно часто, компактному дизайну и весу.

11. Устройство, расположенное на руле, называется манеткой. Они бывают двух видов: триггерные и грипшифты. В грипшифте переключение осуществляется за счет поворота барабана переключателя вдоль оси руля. В триггерной манетке переключение осуществляется путем нажатия на соответствующий курок.

12. Очень важным элементом в конструкции велосипеда являются тормоза. Существует два вида тормозов — ободные и дисковые. Для привода тормозного механизма у обоих видов может быть использована как механическая, так и гидравлическая система. На фотографии представлены традиционные ободные тормоза V-Brake с механическим приводом.

13. Преимущество гидравлических систем в том, что они дают больше контроля над тормозами по сравнению с механическими системами, которые чаще всего вообще работают по принципу «тормозит — не тормозит». Главным недостатком гидравлики является более высокая цена комплекта. В современных гидравлических системах разные производители используют разные тормозные жидкости. Одни применяют минеральное масло, другие — тормозные жидкости класса ДОТ.

14. Качество торможения очень сильно зависит от материала, из которого изготовлены колодки. Например, фирма Brake Authority выпускает несколько линеек колодок с разными составами тормозного покрытия для разных велодисциплин.

15. Та часть велосипеда, которая позволяет колесу крутиться независимо от рамы и вилки, называется втулкой. Втулки бывают передними и задними. Все они либо не имеют крепления под дисковый тормоз как класс, либо адаптированы под один из двух стандартов — CenterLock и более распространенный 6-ти болтовой стандарт крепления. Втулки рассчитаны на разные по диаметру оси. У передних втулок есть три стандарта: сквозные 20мм и 15мм для агрессивного катания, 9мм и QR (Quick Release — быстросъемные) для дисциплин с меньшими нагрузками. Задние втулки различаются не только по диаметру оси, но и по ее длине.

16. Итак, стандартами задних втулок являются: 150 мм x 12 мм — втулки для самых экстремальных условий (даунхил, фрирайд), 135 мм x 12 мм — для всего от фрирайда и заканчивая олл-маунтин, 135 мм x 9 мм (QR в том числе) — втулки для не агрессивного катания, но не стоит полагать, что они совсем не смогут выдержать нагрузок. Для большинства втулок 135 мм x 12 мм существуют переходники на QR ось. Отдельно следует упомянуть втулки Chris King (на фото в центре). CK — это самые качественные и технологически продвинутые втулки на рынке. Основным их преимуществом является невероятно маленький по сравнению с остальными втулками свободный ход. Свободный ход измеряется в градусах и является минимальным углом между двумя позициями, в которых втулка может передавать крутящий момент от цепи к колесу. В среднем у конкурентов показатель свободного хода в 3 раза больше. Это дает большое преимущество, если есть необходимость очень быстро начать ускорение, например, при подъеме в гору.

17. Велосипедные цепи могут различаться по предназначению: от тяжелых сверхпрочных ВМХ цепей, до облегченных версий, созданных для менее агрессивных дисциплин. Следует также пояснить, что каждая цепь рассчитана под определенное количество передач (скоростей). Количество скоростей определяется количеством звездочек в кассете. Кассета — это несколько звездочек, спроектированных для совместного использования. Кассета устанавливается непосредственно на барабан задней втулки.

18. На этом фото наглядно показана разница между ВМХ цепью (слева) и облегченной топовой МТВ цепью (справа) с полыми линками и пинами. В центре снимка расположена 10-ти скоростная кассета. Особо внимательным гражданам не следует удивляться и негодовать, здесь нет никакого надувательства, кассета действительно 10-ти скоростная, хотя на фото видно всего 9 звезд. Это одна из особенностей упаковки, самая маленькая звезда прикреплена с тыльной стороны и не видна на фото. На фото хорошо заметна некоторая асимметрия в строении кассеты и местами отсутствующие «зубы». Это сделано для увеличения скорости и четкости переключения.

19. От выбора правильных покрышек зависит очень и очень многое. Можно иметь отличный велосипед и полностью испортить впечатление от катания неудачным и неподходящим комплектом резины. Во-первых, стоит отметить специфику ее размера. Первая пара цифр в индексе резины — это диаметр колеса, на которое она рассчитана, вторая пара — ширина покрышки. Например, 26×2.1 — покрышка на типичное 26-ти дюймовое колесо шириной 2.1 дюйма. Чем покрышка шире, тем увереннее она будет держать велосипед в поворотах, но при этом, скорее всего, серьезно потеряет в накате. Опять-таки, чем более агрессивный рисунок у протектора, тем на более мягкую поверхность он рассчитан. Например, самые «зубастые» шины предназначены именно для дождевых гонок, т.е. гонок по грязи и глине. А для более твердых поверхностей следует выбирать резину с менее агрессивным рисунком протектора и более мягким компаундом. Компаунд — это определенная химическая смесь сортов резины, определяющая жесткость, износостойкость и сцепные свойства покрышки.

20. Многие сильно недооценивают роль велосипедных спиц в воздействии на поведение велосипеда. Сборку колеса лучше доверить профессионалам, обладающим необходимым оборудованием и навыками, иначе все может закончиться испорченным вилсэтом или, что хуже, травмой. В мастерской только останется выбрать тип спиц, на которых хотелось собрать колесо. Самые дорогие и легкие спицы — с баттингом. У них переменная толщина сечения, что позволяет, как ни странно, равномернее распределять нагрузки и экономить вес. Когда вы собираете колесо на заказ, то можно заказать сборку на
цветных ниппелях. Выглядит очень эффектно.

21. А ещё бывает женская и мужская рама. Ну и полет фантазии в оформлении никто не ограничивает.

Велосипеды, компоненты и техническая информация предоставлены магазином Mtbshop.ru / Игорь Волдинер

January 22nd, 2018

Мы с вами некоторое время назад решали интересную задачку - . А теперь вам еще один вопрос - почему велосипед не падает?

Казалось бы, ничего сложного. Во-первых — эффект кастора , во-вторых — гироскопический эффект вращений колес. Однако американскому инженеру Энди Руина удалось создать велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. При всем при этом велосипед теряет равновесие не быстрее, чем простой велик. Отсюда вывод: оба эффекта, и кастора, и гироскопа играют важную роль в уравновешивании баланса снаряда, но не являются определяющими. Почему же все-таки не падает велосипед?

Давайте разбираться …

Для начала немного подробнее об опытах Эни Руина.

Считается, что в сохранении баланса велосипеда важнейшую роль играют два механизма. Первый — автоматическое подруливание: если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается туда же; начинает поворачивать весь велосипед, и центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Оно также возвращается и при езде по прямой, после случайного отклонения в сторону. Такое подруливание связано с конструкцией передней вилки, оси вращения руля: если мысленно продолжить ее вниз, то она пересечется с поверхностью земли перед точкой, в которой ее касается само колесо — между ними появляется угол (кастор), оказывающий стабилизирующий эффект и при возникновении направленных в сторону сил колесо стремится вернуться в исходное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колес.

Все довольно просто — однако американский инженер Энди Руина (Andy Ruina) с коллегами взялись опровергнуть оба утверждения. Они сконструировали велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. В отличие от всех «настоящих» велосипедов, у этого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что «отменяет» действие кастора. А кроме того, и переднее, и заднее колеса связаны с двумя другими, вращающимися в обратную сторону и тем самым обнуляющими гироскопический эффект (хотя данное утверждение многими оспаривается и считается в корне не верным, но )

Конечно, внешне вся эта машинка напоминает скорее какой-нибудь кастом-байк (читайте о них: «Не спеша «) или даже самокат, а не традиционный велосипед: колеса маленькие, седла нет… Но тем не менее, конструкционно это, все-таки, велосипед, с которым можно экспериментировать. Взять и подтолкнуть — и посмотреть, как быстро он упадет на бок! Как ни удивительно — не так уж и быстро; по сути, равновесие он держит не хуже обычного велосипеда, он даже демонстрирует то же автоматическое подруливание.

По результатам эксперимента авторы делают однозначный вывод: оба эффекта — и кастора, и гироскопа — играют важную роль в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба они не являются критически важными для него. Заметим, что конструкции велосипедов без гироскопического момента уже тестировались ранее, но опровержение важнейшей роли кастора в сохранении баланса велосипеда проделано впервые, и весьма наглядно.

Так отчего же велосипед не падает?

Для того, чтобы двухколесный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку площадь опоры велосипеда очень мала (в случае двухколесного велосипеда это всего лишь прямая, проведённая через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом равновесии. Это достигается с помощью подруливания: если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате велосипед начинает поворачивать и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколесный велосипед не может ехать строго прямо; если руль закрепить, велосипед обязательно упадёт. Чем выше скорость, тем больше центробежная сила и тем меньше нужно отклонять руль, чтобы поддерживать равновесие.

При повороте нужно наклонить велосипед в сторону поворота так, чтобы сумма силы тяжести и центробежной силы проходила через линию опоры. В противном случае центробежная сила опрокинет велосипед в противоположную сторону. Как и при движении по прямой, идеально сохранять такой наклон невозможно, и подруливание осуществляется точно так же, только положение динамического равновесия смещается с учётом возникшей центробежной силы. Конструкция рулевого управления велосипеда облегчает поддержание равновесия. Ось вращения руля расположена не вертикально, а наклонена назад. Кроме того, она проходит ниже оси вращения переднего колеса и впереди той точки, где колесо касается земли.

Благодаря такой конструкции достигаются две цели:

При случайном отклонении переднего колеса от нейтрального положения возникает момент силы трения относительно рулевой оси, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение.

Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.

Таким образом, осуществляется автоматическое подруливание, помогающее поддерживать равновесие. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в ту же сторону, велосипед начинает поворачивать, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а сила трения возвращает переднее колесо обратно в нейтральное положение. Благодаря этому, можно ехать на велосипеде «без рук». Велосипед сам поддерживает равновесие. Сместив центр тяжести в сторону, можно поддерживать постоянный наклон велосипеда и выполнить поворот.

Можно заметить, что способность велосипеда самостоятельно сохранять динамическое равновесие зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющим является плечо реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного из точки касания колеса земли на ось вращения вилки; или, что эквивалентно, но проще измерить - расстояние от точки касания колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землёй. Таким образом, для одного и того же колеса возникающий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик нужен не максимальный момент, а строго определенный: если слишком малый момент приведёт к трудности удержания равновесия, то слишком большой - к колебательной неустойчивости, в частности - «шимми». Поэтому положение оси колеса относительно оси вилки тщательно выбирается при проектировании; многие велосипедные вилки имеют изгиб или просто смещение оси колеса вперёд для снижения избыточного компенсирующего момента.

Распространённое мнение о существенном влиянии гироскопического момента вращающихся колёс на поддержание равновесия является неправильным. На высоких скоростях (начиная примерно с 30 км/час) переднее колесо может испытывать т. н. скоростные виляния (speed wobbles), или «шимми» - явление, хорошо известное в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Скоростные виляния наиболее опасны при езде «без рук» (то есть когда велосипедист едет, не держась за руль). Причина скоростных виляний - не в плохой сборке или слабом креплении переднего колеса, они вызваны резонансом. Скоростные виляния легко погасить, снизив скорость или изменив позу, но если этого не сделать, они могут быть смертельно опасными.

Даже если отбросить влияние велосипедиста на устойчивость, то во время езды велосипед гораздо устойчивей, чем во время остановки. Управляться он может также по-разному, и не только поворотом руля . Если вспомнить езду «без рук», то становится понятно, что факторов, обеспечивающих устойчивость велосипеда, несколько. Рассмотрим главные. Но прежде, еще одно короткое замечание: у велосипеда существуют две устойчивости и одна управляемость. Первая устойчивость — это вертикальная, вторая — продольная, или курсовая устойчивость, а управляемость — только продольная (курсовая). Само собой, чем лучше продольная устойчивость, тем хуже управляемость, и наоборот. Сложность заключается во взаимосвязи этих трех важных параметров. Один влияет на другой, другой на третий и рассказать, положим, о вертикальной устойчивости, не упоминая продольную, затруднительно. Но в любом случае, каждому практикующему велосипедисту важно сохранить равновесие, или баланс и катить в правильном направлении.

Равновесию на малой скорости или даже стоя на месте, как лихо демонстрируют некоторые умельцы, помогает геометрия вилки и рулевой колонки. Поворачивая руль, мы сдвигаем центральную линию велосипеда, проходящую через точки контакта с поверхностью переднего и заднего колес. Так мы подстраиваем ее под слегка сдвинувшийся в сторону центр тяжести велосипедиста и его верного двухколесного коня. Балансирование на месте всем хорошо известно и знакомо — это сюрпляс.

Представим себе обычный случай: велосипедист поворачивает со скоростью v по кругу с радиусом R. Для сохранения равновесия велосипедист должен наклониться на угол α от вертикали или, что тоже самое, на угол φ=90° - α от горизонтали, чтобы компенсировать центробежную силу (смотрите рисунок выше). Условия равенства сил приводят к известной еще со школы элементарной формуле ctg α=(v 2 /gR)=tgφ≤μ (1), где μ — максимально возможный в данный момент коэффициент сцепления шины с дорогой. Для реальной оценки его надо уменьшать на 20 — 25% по сравнению с многочисленными табличными значениями, g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек. Велосипедист поворачивает благодаря силам трения между дорогой и передним колесом. Если дорога скользкая или покрыта льдом, то контролируемый поворот становится затруднительным или невозможным. Вместо поворота может произойти занос переднего колеса, потеря равновесия и падение.

Пусть теперь велосипедист, спокойно катясь по прямой, ровной и гладкой дороге и любуясь проплывающим мимо пейзажем, случайно отклонился от вертикали на небольшой угол α l . Чтобы не упасть, велосипедист старается повернуть руль в сторону наклона велосипеда на угол β. Спрашивается, на какой угол надо повернуть руль, дабы не упасть? Для ответа достаточно посмотреть на рисунок выше и вспомнить любимую теорему синусов G=2R 2 sinβ (2), где G — расстояние между осями колес (база велосипеда), R 2 — радиус, по которому начинает двигаться велосипед после поворота переднего колеса. Он должен быть меньше, чем радиус, по которому спокойно и уверенно поворачивает велосипедист, отклонившись от вертикали на угол α l , согласно формуле (1). Иначе выправить равновесие не удастся. Теперь подставим формулу (2) в формулу (1). И получим: sin β=(gGtgαl/2v 2) (3). Эта очень простая формула может рассказать много полезного.

Первое. Велосипедисту, катящемуся со скоростью v и отклонившемуся от вертикали на угол α l , нужно повернуть руль на угол больший или равный углу β, который легко подсчитать по формуле (3).

Второе. Чем больше скорость велосипедиста, тем на меньший угол надо повернуть руль и для восстановления равновесия и для прохождения виража. Из этого следует, что велосипедом намного легче управлять на высокой скорости, чем на маленькой. И это хорошо известно всем, кто садился на велосипед.

Третье. Чем больше база велосипеда — G, тем на больший угол надо поворачивать руль, дабы восстановить равновесие или вписаться в поворот. И так же интуитивно ясно, что по узким, лесным извилистым дорожкам легче катить на велосипеде с малой базой.

Четвертое. Навык правильного поворота руля быстро становится автоматическим, подсознательным, и многие велосипедисты не подозревают, что даже при беззаботной езде по прямой им нужно постоянно поворачивать руль. Достаточно посмотреть на след, оставленный колесами велосипеда. Легко увидеть, что относительно прямая колея, оставленная задним колесом, всё время пересекается извилистым следом переднего. А это значит, что переднее колесо во время движения постоянно поворачивает из стороны в сторону, велосипед все время «въезжает» под регулярно падающего велосипедиста и, благодаря этому, сохраняет равновесие.

И, наконец, пятое. Если руль не поворачивается, если рулевая колонка, положим, по каким-то причинам заклинена, ездить практически нельзя (в современном понимании этого слова). Двухколесные самокаты начала XIX века, не имевшие рулевого управления, могли катить только по прямой.

И это приводит нас к любопытной аналогии между сохранением равновесия на велосипеде и удержанием швабры, бильярдного кия или авторучки («Паркер» с золотым пером, например) на раскрытой ладони. Действительно, как удержать кий? Сначала он стоит на ладони вертикально, а затем начинает отклоняться, и ладонь быстро перемещается в сторону наклона. Опора кия смещается, и он начинает наклоняться в другую сторону. Ладонь снова перемещается, и такое балансирование может длиться весьма долго.

То же самое делает и велосипедист. Но возникает естественный вопрос: чем проще балансировать — шваброй или авторучкой? Ответ не вполне очевиден, но, твердо освоив школьный курс на «хорошо», получить правильный результат несложно. Прежде всего, на что похожи стоящая швабра, авторучка и катящийся велосипед? Правильно! На перевернутый физический маятник. Вместо точки подвеса есть точка опоры. И такие перевернутые маятники всем хорошо знакомы — например, механический метроном, которым задают ритм при изучении музыки. Чем выше поднимают грузик на планке, тем больше период колебаний, и тем медленнее качается маятник метронома. А если грузик опустить вниз, к точке опоры, то период колебаний уменьшится, и маятник быстро-быстро зачастит.

С некоторыми оговорками и при малых отклонениях от вертикали его можно рассмотреть как математический маятник и написать крайне простую формулу для периода колебаний. T≈2π√l/g, где l — расстояние от точки опоры до центра масс (ЦМ). Время отклонения от вертикали на малый угол α1 равно: t=T/4≈(π/2)√l/g. Оно не зависит от массы швабры и «откормленности» велосипедиста. Прикинем: швабра имеет l=1м, 1=1,6*0,32=0,5 с. У авторучки же l=0,1 м, t= 1,6*0,1=0,16 с. А высокий велосипед — l=1,2 метра, t= 1,6*0,35=0,56 с. Результат прост и нагляден.

Точно так ведет себя и любой предмет: чем он выше, чем больше расстояние от точки опоры до центра масс (центра тяжести), тем медленнее он отклоняется от вертикали на малый угол, и тем легче им балансировать или удерживать на нем равновесие. И тут вне конкуренции велосипед «Паук», у которого центр масс располагался на высоте около двух метров. Но падать с такой высоты было больно и опасно, и «Пауки» не выжили. Поэтому намозолившее глаза выражение «низкий устойчивый силуэт» справедливо только для трех или четырех колесных экипажей. Если так говорят о двухколесных велосипедах или мотоциклах, то это нонсенс и техническая безграмотность.

Двухколесный велосипед – удобное, практичное и полезное транспортное средство, которое прочно обосновалось и в городе, и в сельской местности. Помимо прямого назначения, велик широко используется в различных видах спорта. Общая конструкция идентична, если сравнивать простой городской байк, шоссейник или кросс-кантри. Простое устройство велосипеда, однако, не ограничено лишь описанием «колеса, руль, седло, педали» и включает в себя ряд тонкостей. В этой статье подробно остановимся на составных частях байка и поясним назначение каждой из них.

На чем держится велосипед

Строение велосипеда схоже с автомобильным: здесь есть несущая конструкция, на которую крепятся все рабочие узлы. Для легковой машины это кузов, а у велосипеда – рама. Тип рамы во многом определяет назначение, а ее качество отвечает за срок эксплуатации байка.

Рама велосипеда представлена ромбовидным остовом, сваренным из элементов:

• главные передние трубы – верхняя и нижняя (закрытые), изогнутая передняя труба (открытые);
• подседельная труба;
• верхние перья;
• нижние перья.

Передние трубы «сшиваются» между собой в рулевой стакан, нижние труба и перья с подседельной – в кареточный стакан, а перья между собой – в дропауты заднего колеса. По обеим сторонам передние трубы и перья приварены сверху к подседельной трубе.

Относительно подседельной трубы передняя и задняя части представлены двумя неодинаковыми треугольниками, размеры и геометрия которых зависят от типа и назначения велосипеда. Для современного ассортимента существует большое количество вариантов рам, но все они разделяются на классы:

• городские – жесткие, прочные и тяжелые;
• шоссейные – легкие;
• спортивные – устойчивые к высоким нагрузкам, прочные, ударостойкие;
• трюковые – используют для BMX-велосипедов.

Устройство горного велосипеда в картинке

Велосипеды делятся на полноразмерные и складные. Первые не имеют складного механизма, и для перевозки в метро, общественном транспорте и багажнике автомобиля их необходимо разбирать. Складные имеют, по крайней мере, один стык, по которому складывается рама. Они более удобны в перевозке и хранении, но уступают полноразмерным по ходовым показателям.

Большое влияние на эксплуатацию велосипеда оказывает материал несущего остова. Современные велосипеды выпускаются на стальных, алюминиевых и карбоновых рамах.

Сталь используют на сити-байках. Материал обладает высокой прочностью и ударостойкостью, а его недостатки – тяжесть и невысокая гибкость, из-за чего рама плохо сглаживает толчки. Все это не лучшим образом сказывается на динамике велосипеда.

Алюминий – легкий, прочный и гибкий материал. По сравнению со стальными аналогами, рамы из него обладают лучшей маневренностью и пассивной амортизацией. Легкость и прочность улучшают динамику и не создают существенного сопротивления движению. Разумеется, стоимость их будет выше.

Самыми дорогими являются рамы на основе углеродного волокна – карбона . Этот материал используется на дорогих моделях шоссейных, горных и . В числе достоинств по сравнению с металлическими конкурентами – долговечность, прочность, ударостойкость и легкость. Плюс к этому обладают лучшей маневренностью по сравнению с алюминием.

Из чего состоят колеса

Велосипедные колеса – прочные и легкие конструкции, которые дают движение и за счет вращения удерживают раму в вертикальном положении. Традиционно велосипед имеет задний привод, то есть заднее колесо – толкающее, а переднее – ведомое и отвечает за управление.

На рисунке показано, из чего состоит классическое велоколесо. Устройство простое и почти не изменилось со времен своего основания.

Схема велосипедного колеса

Втулка – центральная часть, состоит из оси, подшипников и шайб. Основное назначение – задание и удержание крутящего момента. На задние втулки закрепляются трансмиссионные звездочки. Внутреннее устройство сложнее, чем у передних, так как втулка участвует непосредственно в раскручивании колеса. На дорожных моделях, помимо этого, в задние втулки интегрирован тормозной механизм. Планетарные задние втулки имеют скрытый механизм переключения скоростей.

Обод – круглое кольцо, которое закрепляется к втулке через спицы. Геометрия обода в сочетании с натяжением спиц определяет устойчивость колеса к повреждениям и динамическим нагрузкам. Ободья для велосипедных колес изготавливают из алюминия, спицы – из легких сплавов с хромовым напылением. Традиционно головки-регуляторы натяжения спиц находятся у ободьев, но существуют и «перевертыши», которые настраиваются на втулке.

Шины состоят из камеры и покрышки. Камера – полое резиновое изделие, которое накачивается воздухом до нужного давления. С «внешним миром» она связана ниппелем, через него воздух закачивается внутрь шины. Неплохо также узнать, и чем они различаются. Для защиты камеры от остриев головок спиц поверх внутренней части обода накладывается резиновый флиппер.

Покрышка – внешняя часть шины и состоит из бортов, боковин и контактной части – протектора. В зависимости от предназначения велосипеда, устанавливаются различные типы покрышек:

• слики, полуслики – на шоссейники, для ровных дорог;
• дорожные – шины со средним рисунком протектора;
• агрессивные – покрышки с выраженным рисунком, для горных велосипедов;
• гибридные: могут использоваться и на ровном покрытии, и в бездорожье (но уступают по проходимости агрессивным).

Видимость колеса в темноте в лучах света дает катафот – оранжевая вставка на спицы. В связи с требованиями по безопасности движения катафотами оснащаются колеса всех велосипедов.

Система управления и амортизация

К основному элементу устройства велосипеда относится рулевой узел. Он включает в себя несколько составляющих:

• вилка;
• рулевая колонна;
• вынос;
• рулевая деталь.

Служит соединительным узлом для руля и переднего колеса. Устанавливается в передний стакан рамы при помощи штока. Руль вставляется непосредственно внутрь вилки, а колесо закрепляется на ушках ног – дропаутах.

Строение вилки велосипеда: амортизационная (слева) и жесткая (справа)

Для того чтобы вилка могла свободно вращаться при поворотах, внутри стакана устанавливается рулевая колонка. Она состоит из верхней и нижней чашек, подшипников и фиксирующих колец. Чашки могут быть запрессованы или накручиваться на внутреннюю резьбу стакана (на дорогих профессиональных моделях). Подшипники делятся на закрытые промышленные и насыпные шариковые. Кольца надеваются на шток вилки, который фиксируется в рулевой колонке.

Состоит из горизонтальной изогнутой трубы и вертикального штока. По форме рули разделяют на:

• прямые (для МТБ и гибридов);
• изогнутые вверх (дорожные);
• изогнутые вниз;
• бараны (на шоссейники).

Вертикальный шток руля имеет на конце разводник, который фиксирует трубу в вилке при закручивании гайки.

Вынос – деталь, которая определяет расстояние руля от рамы и крепится к регулировочной трубе. На разных моделях ставятся жесткие и регулируемые выносы. Простые велосипеды дорожного типа выносом не оснащаются. Удаленность руля влияет на посадку: чем он дальше, тем больше велосипедист принимает горизонтальное положение.

Седло зафиксировано в центральной трубе рамы подседельным штырем. Регулировка высоты позволит подобрать оптимальную посадку. Ширина седел различается в зависимости от типа велосипеда: на дорожных моделях они шире, чем у МТБ и шоссейных. Седла могут различаться по форме и длине. Снизу они подпружинены или оснащаются демпферами.

Амортизация – способность гасить колебания и смягчать ударные нагрузки. Традиционно амортизационная система находится в передней вилке, а такие велосипеды носят название хардтейлов.

Амортизация состоит из пружины и демпфера. В зависимости от используемых компонентов, вилки разделяются на несколько типов (пружина/демпфер):

• пружинные (без демпфера);
• пружинно-эластомерные;
• пружинно-масляные;
• воздушно-масляные.

Регулировка параметров вилки: длина хода (Preload), скорость отбоя (Rebound) и блокировка. Вилки без амортизации называются жесткими и ставятся на шоссейные и дорожные модели.

В дополнение к стандартной амортизации, на горные велосипеды устанавливают задний амортизатор, который сглаживает колебания рамы. называются двухподвесами.

Устройство трансмиссии и велосипедных тормозов

Трансмиссия – это то, без чего велосипед не поедет. Достаточно сложный узел, в его состав входит большая часть механизмов:

• каретка;
• ведущие звезды;
• шатуны и педали;
• цепь;
• задние звезды;
• переключатели скоростей и монетки.

Кареточный узел расположен в нижнем стакане рамы, служит соединительным узлом для шатунной пары и передних звезд. Каретка обеспечивает свободное вращение без проворачивания за счет фиксированных подшипников и сквозной оси на них. Разделяется на два типа: с открытыми подшипниками и картриджная, где весь механизм скрыт внутри корпуса.

Шатуны – детали для соединения каретки с педалями. Могут иметь два варианта крепления: шлицевое и квадратное. Двусоставные, или парные, шатуны идут комплектом с передней звездой (звездами на скоростные модели), закрепленными на правом шатуне.

Парные шатуны с креплением на квадрат

Педали – опоры для ног, через которые усилия передаются на шатуны, каретку и передние звезды. В зависимости от сферы применения различают несколько видов:

• классические, или платформы – ставятся на велосипеды начального уровня, можно использовать любую обувь, зацепление за педали за счет сил трения;
• контактные – со специальные вставками, предназначены только для велообуви, улучшенное сцепление поверхностей;
• экстремальные – для спортивного велосипеда, широкая поверхность, толщина, вставки-фиксаторы;
• педали с ремешками;
• педали-мини.

Задние трансмиссионные звезды скоростного велосипеда крепятся к втулке заднего колеса. На одну переднюю звезду приходится 2-3 задние. Маленькие звезды отвечают за высокие, а большие звезды – за низкие передачи.

Соединительным звеном между передними и задними звездами служит цепь: на велосипеде используется блочная модель Галля. Переброс цепи осуществляется с помощью переключателей, которые управляются манетками на руле. Манетки делятся на два типа – барабанные и рычажные. С переключателями их соединяют приводные тросы.

На синглспиде отсутствуют переключатели, передняя и задняя звезда в единственном экземпляре, цепь короче.

Тормоза – самая важная система, без которой велосипед выкатывать строго запрещено. Современные тормозные системы для велосипедов различных классов:

• ободные – клещи, V-brake;
• дисковые;
• барабанно-втулочные.

Ободные тормоза представляют собой зажимные устройства с колодками, воздействуют на ободья колес, замедляя их вращение. Клещевые модели имеют одно крепление, за счет движения рычага скобы сближаются, а при ослаблении раздвигаются обратно. Клещи ставятся на место закрепления крыльев. Используются как дополнительные тормоза на синглспидах и на шоссейных велосипедах.

V-brake работает по такому же принципу, но скобы находятся в закрепленном состоянии: к вилке для переднего, к перьям – для заднего тормоза. V-brake обладают большей точностью и силой торможения по сравнению с клещевыми.

Состоит из закрепленного на втулку диска (тормозная поверхность), калипера и привода – рычага и тросика. На калиперах закрепляются тормозные колодки, которые прижимаются к диску при нажатии ручки. Точность дисков выше, чем у V-brake благодаря большей поверхности торможения, меньшему ходу колодки и независимости от геометрии обода. По типу привода дисковые тормоза делят на механические и гидравлические.

Барабанно-втулочные тормоза порядком устарели, но продолжают активно устанавливаться на дорожные модели. Барабан спрятан в задней втулке и приводится в соприкосновение с колодками нажатием педалей назад. Чтобы втулка не прокручивалась, встроен специальный стопорный механизм. Эффективность торможения низкая в сравнении с ободными и дисковыми аналогами, но для односкоростных дорожников лучшего варианта не придумать.

Заключение

Велосипед – довольно обширный механизм, и состоит из большого количества узлов. При эксплуатации важным показателем является исправное состояние каждого из них. Теперь, когда знаем, как устроен велосипед, можно заниматься диагностикой, ремонтом и обслуживанием запчастей.

1. Рама	11. Покрышка	21. Система
2. Рулевая колонка	12. Обод	22. Цепь
3. Вынос	13. Спицы	23. Амортизатор задней вилки
4. Ручки-грипсы	14. Тормозной диск	24. Вилка задняя
5. Рога	15. Передняя втулка (ось)	25. Седло
6. Тормозные ручки	16. Тормозной суппорт	26. Подседельный штырь (глагол)
7. Манетки	17. Шатун	27. Задний переключатель
8. Тросики	18. Педали	28. Кассета (трещётка)
9. Крыло	19. Передний переключатель	29. Суппорт заднего тормоза
10. Вилка передняя	20. Каретка	30. Задний дисковый тормоз
		31. Петух

Рама велосипеда является основной несущей конструкцией в велосипеде. Есть несколько ключевых критериев, по которым классифицируются рамы: материал, тип подвески и предназначение. Большинство современных велосипедных рам изготавливается из сплавов алюминия (Al 6061, Al 7005, Al U6), стальных сплавов (HiTen, Cromo, Cr-Mo) и карбона. Благодаря использованию алюминия, конструкция получается прочной и достаточно легкой. Рамы из стали несколько прочнее аналогов из алюминия, но значительно проигрывают им в весе. Производство стальных рам дешевле и менее трудоемко по сравнению с изготовлением рам из алюминия. Производство карбоновых рам высокотехнологично и дорого. Основным преимуществом карбона является низкий вес при той же прочности, а основной недостаток - его дороговизна. Велосипедные рамы следует поделить на две большие категории: с активной и с пассивной амортизацией заднего колеса.

Под пассивной амортизацией подразумевается отсутствие отдельных узлов или шарниров, рассчитанных на срабатывание под нагрузкой. Таким образом, пассивная амортизация происходит за счет естественной гибкости материала, из которого изготовлена рама. Велосипеды, оснащённые рамой с пассивной амортизацией, называют «хардтэйлами» (от англ. «жесткий хвост»).

Рамы с активной амортизацией, т. е. имеющие какие-либо подвижные элементы, шарниры или системы шарниров в своей конструкции, принято называть «подвесами». Велосипеды, оснащённые рамой с активной амортизацией называют «двухподвесами» .

Универсальные крепления на раме используются, чтобы закрепить на раме насос, флягу для воды и другие аксессуары. На "продвинутых" рамах предусмотрены разъёмы для крепления дисковых тормозов.

Петух - это специальный металлический кронштейн, на который крепится задний переключатель. На "продвинутых" рамах петух обязательно съемный.

Рулевая колонка соединяет раму велосипеда с вилкой и позволяет вилке свободно вращаться. Рулевая колонка состоит из 2 чашек, устанавливающихся непосредственно в раму, подшипников и фиксирующих колец, устанавливаемых на шток вилки.

Руль велосипеда может быть прямым, выгнутым и шоссейным. На прямой руль иногда устанавливают “рога” - ручки по краям. Широкие рули дают больше контроля над велосипедом и повышают точность управления, но несколько «замедляют» управление. Подъем отвечает за положение райдера. Чем меньше подъем, тем более «агрессивную» позицию принимает велосипедист.

Грипсы - прорезиненные ручки на руле, которые не дают рукам соскальзывать и несколько смягчают удары от неровностей. Грипсы могут изготавливаться из резины, поролона, гелевых материалов и т.д. Ключевым различием между всеми грипсами, помимо толщины и материала из которого они изготовлены, является тип крепления грипс к рулю. «Лок-он» - грипсы с фиксирующими кольцами на торцах, которые не позволяют грипсе проскальзывать и облегчают установку. А простые грипсы держаться только за счет силы трения.

Барэнды - заглушки, вставляемые по краям руля, для предотвращения травм. Не следует недооценивать опасность, которую представляют собой торцы руля. Случаи, когда ими повреждали ноги и живот - не редкость.

Вынос руля в большой степени определяет посадку велосипедиста, его расположение относительно рамы. Варьируя подъем и длину выноса можно занять как вертикальную прогулочную, так и скоростную низкую (для меньшего сопротивления) посадку. Существуют модели выносов руля, которые можно отрегулировать "под себя" и "под ситуацию".

Манетки предназначены для переключения передач. Бывают двух видов: триггерные и грипшифты (grip-shift).

В грипшифте переключение осуществляется за счет поворота барабана переключателя вдоль оси руля, благодаря чему можно переключать сразу несколько передач в любую сторону. Недостатком же является несколько меньшая четкость работы, чем у триггерных манеток.

Триггерная манетка - это блок, располагающийся на руле рядом с ручкой, содержащий два рычага. Одним рычагом цепь перемещается в одну сторону, другим - в обратную. После каждого переключения передач, которое происходит достаточно четко, рычаг возвращается строго в то же самое положение, в котором он находился до переключения. Благодаря этому, передачи можно переключать одним пальцем, вообще не отрывая руку от руля, что удобно и актуально на дорогах со сложным рельефом, когда необходимо крепко держать руль. На данный момент, это наиболее распространенный механизм управления переключением передач.

Передний переключатель обеспечивает переход цепи по звездам системы (педальный узел: шатуны, шестерни, каретка). С помощью системы тросов он подсоединен к манеткам. Отличается надёжностью и неприхотливостью.
Переключатель позволяет поддерживать комфортный темп педалирования вне зависимости от скорости.

Задний переключатель обеспечивает переход цепи на разные звезды кассеты (звёзды на втулке заднего колеса). Задний переключатель подсоединен к манеткам также с помощью тросов, но в отличие от своего переднего собрата, он в силу конструктивных причин более подвержен воздействию воды и грязи, поэтому требует внимания и ухода.

Более дорогие модели переключателей превосходят бюджетные аналоги благодаря высокой скорости переключения, меньшим размерам и весу.

Система тросов передаёт усилие от моноблоков к переключателям скоростей и тормозной системе. В современном велосипеде обычно установлено четыре троса: к заднему и переднему тормозам, к заднему и переднему переключателям скоростей. Существует модели тормозов, где тросы заменены на тонкие гидравлические шланги, в которых находится специальное масло, передающее усилие за счет давления поршня в моноблоках.

Существуют три основных вида систем торможения:

1. Втулочные тормоза начинают работать тогда, когда велосипедист крутит педали в обратную сторону. Часто применяется в самых обычных дорожных велосипедах без механизмов переключения передач.
Преимущества: высокие грязезащищенность и износостойкость при работе в умеренных условиях. Наиболее дешёвые.
Недостатки: могут быть установлены не на любой велосипед и только на заднее колесо. При длительных торможениях, например при спуске с перевала, возможен перегрев тормоза и его выход из строя. При заметных износах деталей возможны резкие проскоки («прокруты») педалей без появления тормозящего усилия. Для замены изношенных деталей приходится выполнять довольно сложную работу по разборке-сборке втулки заднего колеса.

2. Ободные тормоза зажимают колодками обод колеса велосипеда и тем самым снижают скорость его вращения. Самые распространённые ободные тормоза имеют конструкцию, называемую V-brake .
Преимущества: дешевле, легче и более ремонтопригодные чем дисковые.
Недостатки: движение колодок не перпендикулярно ободу, а под углом в 30-40°, что связано с невозможностью размещения шарнира на одной вертикали с тормозной дорожкой обода. Такая ситуация приводит к необходимости частой регулировки тормозных колодок по мере их износа. При попадании грязи на обод снижается их эффективность.

3. Дисковые тормоза обеспечивают торможение за счет сжатия колодками специального тормозного диска, закрепленного на втулке колеса.

Преимущества: дисковые тормоза не боятся восьмерок на ободе, так как закреплены прямо на втулке колеса. Работа в более чистых условиях (грязь меньше попадает на диск, чем на обод) позволяет увеличить срок службы колодок. К тому же, обода не истираются тормозными колодками. Дисковые тормоза практически не требуют настройки, комплекта тормозных колодок хватает на достаточно длительный период.
Недостатки: по сравнению с ободными тормозами дисковые тормоза тяжелее. Стоимость их эксплуатации, не говоря о стоимости самих тормозов, заметно выше, чем у ободных. Ремонтопригодность гидравлических дисковых тормозов невысока.
Для привода тормозного механизма может быть использована как механическая, так и гидравлическая система.
Преимущество гидравлических систем в том, что они дают больше контроля над тормозами по сравнению с механическими системами, которые чаще всего вообще работают по принципу «тормозит - не тормозит».

Колёса велосипеда крепятся к раме через вилки - переднюю и заднюю.

Передняя вилка бывает двух типов - амортизационная и жесткая. Жесткую вилку чаще ставят на велосипеды, нацеленные на высокую скорость - шоссейные-спортивные, туристические и спортивные трековые модели, а амортизационную вилку, напротив, ставят на горные велосипеды и гибриды, где максимальная скорость не так важна, поскольку амортизатор поглощает не только удары, но и часть энергии от педалирования, а кроме того придаёт конструкции лишний вес. Амортизационные вилки различают по длине хода (от 40 до 300 мм) и типу амортизирующего элемента - воздушные, маслянные и эластомерные.
В эластомерных вилках роль упругого элемента играет стальная пружина, а демпфером служит полимерный стержень, располагающийся внутри нее и направляющие, в которых ходят стойки. Обладают средним весом, недороги. Но зимой консистентная смазка замерзает и вилка становится жесткой. К тому же все недорогие вилки достаточно быстро выходят из строя.
Масляные вилки также работают за счет жесткости пружины, а демпфером служит масло, перетекающее из одной полости в другую через систему клапанов. Могут обладать регулировкой сжатия или и сжатия, и отбоя. Пружинно-масляные вилки наиболее долговечны. Главный недостаток - этот класс вилок обладает наибольшим весом.
Воздушные вилки отличаются от двух предыдущих типов тем, что пружинящим элементом является не стальная пружина, а воздух. Демпфирование осуществляется масляными картриджами. В настоящее время воздушные вилки наиболее легкие. Существуют воздушные вилки высокого давления и низкого. Первые менее чувствительны к перепадам температур, вторые более износостойкие.

Задняя вилка в некоторых моделях велосипедов оборудуется амортизатором. Установить задний амортизатор можно лишь на специальную раму («подвес»), рассчитанную на это. Задний амортизатор также «съедает» часть усилий велосипедиста и добавляет веса велосипеду, но даёт дополнительный комфорт на плохих и очень плохих дорогах. Велосипеды, задним амортизатором называют «двухподвесами».

Система - совокупность комплекта передних звезд, каретки и шатунов. Обычно система состоит из трех, двух или одной звезды. У шоссейных велосипедов обычно две звезды: на 52 и 32 зуба. У горных велосипедов количество зубцов на звездах обычно 48, 38, 28 или 42, 32, 22. Некоторые системы снабжены пластиковым кольцом, предохраняющим одежду от попадания между зубьями и цепью.
Шатуны - это две «палки», к которым крепятся педали. При выборе шатунов стоит помнить о том, что у них бывают разные стандарты крепления. Самые распространенные из них: со шлицевым соединением, квадратным соединением или двусоставные. Особенностью двусоставных шатунов является то, что ведущая звезда и ось закреплены и не снимаются с правого шатуна.
Каретка представляет собой подшипниковый узел, обеспечивающий вращение шатунов с педалями и ведущими звездами относительно рамы велосипеда. Назначение кареточного узла - передавать крутящий момент от педалей к колесу велосипеда с минимальными потерями. Расположение в нижней части рамы, прямо за передним колесом, приводит к постоянному его закидыванию грязью и водой, поэтому подшипники каретки должны быть хорошо защищены от воздействия внешней среды.

Педали бывают двух принципиально разных типов:
- обычная платформа на которых нога удерживается за счет зацепления за шипы, за счет силы трения
- туклипсы, педали с ремешком для крепления ноги
- контактные педали, требующие специального крепления на велотуфлях
Последние два типа педалей значительно улучшают эффективность педалирования, поскольку усилие передается не только при нажатии на педаль, но и при подъеме ноги. Контактная педаль пристегивается к ноге особым контактом на ботинках. Езда в велотуфлях требует определенного опыта.

Цепь это самое нагруженное механическое устройство в велосипеде. Она постоянно подвержена износу и подлежит постоянному уходу, смазке и своевременной замене.

Кассета (трещётка) - это задний набор звездочек. У горных велосипедов количество зубьев на задних звездах обычно находится в промежутке от 11 до 34. Число зубьев на системе относительно зубьев на кассете называют “передаточным отношением”. На современном велосипеде в кассете может быть от 6 до 10 звёзд. Большее количество звезд дает заметный прирост возможных передаточных отношений, что позволяет выбрать оптимальную передачу для любого уклона дороги, т.е. обеспечивает велосипедисту возможность забраться на очень крутой склон.

Обод колеса. От обода зависит долговечность колеса в целом и, во многом, скорость велосипеда. Почему колеса должны быть прочными понятно, а почему же они должны быть легкими? При разгоне, силы расходуются на раскрутку колес. И чем дальше от центра вращения находится масса и чем она больше, тем большую работу приходится затрачивать на раскрутку. Особенно заметно когда скорость движения постоянно изменяются на большие значения. Например, в соревнованиях по кросс-кантри. Передвижение по городу тоже имеет достаточно "рваный" ритм, а учитывая качество многих улиц в российских городах, становится понятным и требование к высокой прочности колес.
В основном обода изготавливаются из алюминиевых сплавов. Они значительно легче стальных. При этом прочность дешевых стальных ободов крайне низка, а ободные тормоза работают с ними значительно хуже, чем с алюминиевыми.
Самые простые обода (прогулочные) обычно выполняются одностенными, то есть профиль такого обода похож на букву "U". Более совершенным типом ободов, которые могут иметь меньший вес при большей прочности, являются двухстенные (Double Wall) обода, в которых в серединке "U" добавлена горизонтальная перемычка.
Для горного велосипеда стандартный диаметр колеса 24-26, для шоссейного - 28 дюймов.

Покрышка. От неё напрямую зависят скорость и устойчивость велосипеда на разных типах дорожного покрытия. Покрышки различают по плотности резины, виду протектора и ширине.
Покрышки без протектора или с маловыраженным рисунком называют “слик”, с чистым верхом, но боковыми шипами - “полуслик” и, наконец, “шиповка” - у которых рабочая поверхность имеет ярко выраженный протектор (покрышки для горных велосипедов).
Первая пара цифр в индексе резины - это диаметр колеса, на которое она рассчитана, вторая пара - ширина покрышки. Например, 26×2,1 - покрышка на колесо 26" шириной 2,1". Чем покрышка шире, тем увереннее она будет держать велосипед в поворотах, но при этом, потеряет в накате. Чем более агрессивный рисунок у протектора, тем на более мягкую поверхность он рассчитан. Для твердых поверхностей следует выбирать резину с менее агрессивным рисунком протектора.

Втулки – одни из самых важных и, нередко, дорогих узлов велосипеда. Это закрытый от грязи и влаги подшипниковый узел, который обеспечивает вращение колеса, путём передачи усилия через спицы. Втулки подвергаются большим нагрузкам, поскольку на них и приходится вес велосипеда и седока. От их качества весьма существенно зависит накат, что очень важно - ведь велосипедист при езде тратит свои собственные силы. Существует множество видов втулок, рассчитанных на разные нагрузки, разные типы тормозов и разное число спиц.
Самая простая конструкция – у втулки переднего колеса обычного велосипеда. Цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые пыльниками. Устройство задней втулки любого велосипеда заметно сложнее.
Задние втулки многоскоростных велосипедов, могут быть двух видов. Устаревшие резьбовые втулки, где трещетка, т. е. блок звезд вместе с храповым механизмом, навинчивается на втулку или современные – барабанные (Freehub), где храповой механизм является частью втулки, а кассета представляет собой лишь набор звезд.

Спицы являются очень уязвимым элементом велосипеда - помимо условно статической нагрузки от веса байка и велосипедиста, они постоянно подвергаются ударам на дорожных неровностях. Обычно колеса спицуют накрест (”в три креста”) или радиально (”солнышком”). Для горного велосипеда наиболее распространена спицовка 32-мя или 36-ю спицами на 3 “креста”.

Седло - часть велосипеда, на которой сидит велосипедист. Правильный выбор седла под индивидуальный стиль катания крaйне важен. Шоссейные седла узкие и длинные, седла для горных велосипедов более широкие, а у городских велосипедов они очень широкие, подпружиненные, ориентированные на полностью вертикальную посадку. Существует разделение на мужские и женские сёдла.
Подседельный штырь (глагол) бывает:
- жесткий (алюминиевая, стальная или углепластиковая трубка с креплением для седла)
- амортизационный (с пружиной)
Комбинация подседельного штыря и сиденья определяет высоту посадки велосипедиста и это серьезно сказывается на управлении. В дисциплинах, где требуется усиленное педалирование, например Кросс Кантри, штыри делаются достаточно длинными, увеличивая высоту посадки. Это позволяет велосипедисту с большим усилием крутить педали. Но высокое седло - это не всегда преимущество, например во фрирайде используются более короткие подседельные штыри, потому что гонщик большую часть трассы проводит не в седле и длинный подседельный штырь мешает ему. При выборе подседельного штыря и седла стоит помнить о двух вещах: о диаметре посадочного отверстия для подседельного штыря в раме и о совместимости стандартов подседельного штыря и самого седла. Двумя самыми популярными стандартами являются «рэйл» и «пивотал» . «Рэйл» подразумевает крепление подседельного штыря к рельсам на седле, а «пивотал» - две поверхности с резьбой, стягиваемые одним болтом, проходящим сквозь седло.
Подседельный хомут - зажимает подседельный штырь в раме. Бывает конструктивно выполнен с эксцентриком или на обычным болтом.

Как и любое серьезное изобретение, способное значительно упростить жизнь человека, велосипед претерпел множество этапов создания. О первых фазах развития этого популярного на сегодняшний день транспортного средства известно мало, а вернее, существуют разные сведения, большинство из которых являются фальсификацией.

Предыстория

История изобретения велосипеда берет свое начало еще с появления первого колеса, которое состоялось порядка 5-6 тысяч лет тому назад. Это открытие значительно упростило транспортировку, но со временем люди перешли также к использованию конной тяги.

Поскольку потребности в передвижении и транспортировке лишь возрастали, самые пытливые и прогрессивные механики и инженеры задумались о создании чего-то радикально нового.

Первый прототип

Сейчас очень сложно сказать, в каком году изобрели велосипед, ведь для этого надо определить, что именно считать первым велосипедом. Порядка четырехсот лет назад голландскому ученому-математику Симону Стевену пришла в голову, казалось бы, довольно непрактичная идея. Он подумал о применении для передвижения экипажей, но осуществление подобной задумки казалось сумасбродством, ведь невозможно определить, когда ветер будет попутным и будет ли он вообще.

Позже инженеры подумали о том, что для транспортировки можно использовать собственные силы. Первое подобное средство передвижения было построено в 1685 году часовщиком из Нюрнбера Стефаном Фарфлером. Это был трёхколёсный экипаж, для движения которого использовалась рукоятка, работающая по принципу которую должен был крутить ездок.

Первый российский прототип

Не была исключением и Россия, здесь также предпринимались попытки по созданию подобного устройства. В 1752 году крепостной ученый Леонтий Шамшуренков создал нечто напоминающее современный велосипед. Этому устройству было дано название «самобеглая коляска».

Четыре десятилетия спустя Иван Петрович Кулибин, широко известный механик, ставший создателем более 30 успешных проектов из самых различных областей знаний, изобрел трехколесную «самокатку». На этом устройстве усилия ездока передавались посредством педалей на колеса через сложную систему рычагов. Сейчас сложно сказать, где изобрели велосипед и кто был его автором, но эти первые попытки стали хорошей основой для будущего открытия.

Кто же стал первым?

Учитывая, насколько длительной и сложной была история этого популярного сейчас транспортного средства, исследователи и историки не могут достичь полного согласия в этом вопросе. Некоторые думают, что первым стал гениальный мастер эпохи Возрождения Леонардо да Винчи.

После этого великого художника и изобретателя осталось множество эскизов и макетов, значительная часть которых до сих пор не расшифрована. На одном из таких макетов великий Леонардо изобразил нечто похожее на современный велосипед. Может, стоит считать, что именно тогда началась история велосипеда?

Первый экземпляр

Официальной датой создания первого экземпляра считается 1808 год, когда парижский ученый создал устройство, состоящее из двух колес и соединяющей их деревянной перекладины, но у этого самого первого экземпляра еще не было ни руля, ни педалей. Как осуществлялось передвижение? Очень просто: ездок отталкивался от земли ногами.
Это первое устройство для передвижения было значительно модифицировано через пять лет немецким лесничим Карлом фон Драйзером, который изменил конструкцию, сделав одно из колес, а именно первое, управляемым.

Немалым вкладом в развитие велосипеда в его современном виде стало усовершенствование простого рабочего Дальзеля, который спроектировал рычажную систему передач, благодаря чему работа осуществлялась при помощи рук. Но поскольку руки ездока быстро утомлялись, Дальзель изменил свое изобретение и сделал так, что все рычажки двигались при помощи ног. Вероятнее всего, это и стало тем моментом, когда изобрели велосипед, максимально близкий к его современному виду.

Достижения Дальзеля не привели к массовому производству и использованию этого устройства, а лишь привлекли внимание фабрикантов, которые увидели в первом велосипеде интересную детскую игрушку. Они решили добавить третье колесо для безопасности ребенка, но устройство по-прежнему оставалось диковинкой и не было широко распространено.

Первый стальной велосипед

В 1865 году в Европе был создан первый стальной велосипед, инженерами которого стали французские ученые Мишо и Лальман. Тем не менее, колеса этого устройства оставались деревянными с железным ободом. В этих моделях первое колесо было значительно больше заднего (его диаметр мог достигать 1,6 м), поэтому у первых подобных экземпляров было неофициальное название «Паук».

Масса подобного изделия была порядка 35 кг, а скорость, которой оно могло достичь, равнялась от 12 до 20 км/час. Современники, использовавшие это устройство, говорили, что оно был достаточно сложным в управлении, даже сесть на велосипед было сложно.

В 1869 году у первых велосипедов появилась еще одна модификация, автором которой стал англичанин Коупер. Он просто добавил в базовую комплектацию шариковые подшипники, позволившие значительно упростить ход устройства.

Когда изобрели велосипед в его современном виде?

Окончательную форму это устройство приобрело в 1884 году, когда переднее и заднее колесо стали одного размера. Это было инициировано тем фактом, что переднее колесо, которое было намного большего заднего, вызывало множество травмоопасных ситуаций.

Новой модификации было дано название «бицикл». Он очень быстро завоевал популярность во всем мире и к концу XIX века уже был одним из самых популярных средств передвижения.

Итак, подводя итог, надо отметить, что сложно назвать точную дату того, когда изобрели велосипед, ведь он претерпел множество изменений со времени своего появления. Несомненным остается лишь тот факт, что к его созданию приложили руку очень многие люди. Наверное, можно считать велосипед коллективным изобретением. Тем не менее, это ни на йоту не умаляет того, насколько широкую популярность удалось завоевать этому средству передвижения за столь короткий срок.