Стальной шашлык-2. Как легче сломать ось?
= = = = = = =
Воловня, Усошки... Сколь ни привычны стали уху тюркские названия вроде Урма́на и Касле́й, которыми изобилуют Поволжье и Урал, и даже карельские Сортавалы с Алалампями, но проплывающие мимо указатели деревень Киевской Руси, а ныне Брянской области, звучали в голове гармоничной музыкой. Полутора метрами ниже совсем не гармонично звучала цепь.
«Щёлк-щёлк — мыший полк — поёт в звеньях — выйдет толк!» — сказал бы Щелкунчик. Тонкий скрип сухих, сдобренных дорожной пылью роликов и правда напоминал писк сотни мышей. Вчера между Гомелем и Новозыбковым я попал под дождь, вымывший из цепи последний парафин, и теперь добрая половина моих сил уходила на то, чтобы пережёвывать сухую сталь.
Шёл гружёный вел тяжело, грести приходилось враскачку — четвёртая передача, пятая, четвёртая, пятая... Где ветер-калмык, что недели три назад лихо донёс меня от Сальска до Тихорецка за два дня на седьмой передаче?.. Вроде и отпуск уже подходил к концу, оставалось лишь доехать до Брянска, сходить со Светой вечером куда-нибудь, а ранним утром погрузиться в электричку до Сухиничей и отбыть оттуда домой... Но последние десятки километров тоже хочется проехать по-людски — негоже представать пред дамой уставшим. Дамой, которая займёт главное место в моей жизни на ближайшие полтора года.
Тем временем из-за поворота показался «головастик» и снующие вокруг него дорожники — как и я, в отражающих жилетах. Интересно, получится ли стрельнуть у них масла? Поравнявшись с ними, я пожелал доброго дня и спросил — не будет ли пары пустых бутылок и масла на донышко? Масла, доливаемого в бензин для триммеров, мужикам было не жаль. Я тут же расщёлкнул цепь, забросил в бутылку, потряс пару минут и, слив масло во вторую бутылку, разрезал первую и вынул цепь.
Теперь вел побежал намного бодрее — устойчиво пошёл на пятой передаче, иногда прося шестую. Вскоре показался Красный Рог и я, краем глаза прочитав на щите, что здесь находится музей-усадьба Алексея Толстого, свернул на станцию. Несколько километров по тихому, траченному жизнью асфальту — и привал. Пока привал — разберёмся, почему я ехал враскачку и как это исправить.
Большинство продающихся сейчас велосипедов — многоскоростные, и абсолютное большинство из них — с «перекидкой», то есть комплектом из нескольких звёзд, между которыми цепь перекидывается. Случаются и аппараты с карданным приводом, и цепные с планетарной втулкой, и разная экзотика. Вел с планетаркой Nexus у меня даже есть — старичок со стальной рамой и 26-ми колёсами, в 2015-м прошёл на нём пару походов:
Но в итоге отказался от неё — интервалы между передачами большие, передач мало — 8, потери во втулке большие... Правда, на рынке есть ещё 11- и 14-скоростные «Рохловы», но стоили они даже в том году тысяч 40 — 50, только сама задняя втулка — я вскорости целую «Мериду» на 29-х колёсах купил дешевле. На ней всё та же перекидка, схемы 3х8 — 3 звезды спереди (система) и 8 сзади (кассета).
Установленная на трещотку втулки кассета и по роли в трансмиссии велосипеда, и по конструкции похожа на вторичный вал автомобильной коробки передач:
Вторвал на жаргоне автомехаников зовётся шашлыком — шестерни, подшипники и синхронизаторы нанизываются на него словно на шампур. Точно так же собирается кассета велосипеда:
Только подшипников там нет — они внутри втулки. Ни дать ни взять — шашлык:
Зачем это вообще нужно, для чего переключать передачи и как без этого ездили раньше? У односкоростных дорожных велосипедов с колёсами 28" обычно спереди звезда на 45 — 48 зубьев, сзади на 17 — 19. Действует пара звёздочек словно рычаг — переходя с одной звёздочки на другую, сила, развиваемая ездоком, изменяется. Маленькую звёздочку крутить труднее — она как короткий рычаг. Если вместо звезды на 17 поставить, скажем, на 21, то трогаться и разгоняться, особенно с грузом, будет легче — бо́льшую звёздочку провернуть легче.
Но тогда велосипед будет разгоняться до меньшей скорости. У человеческих ног, как и у автомобильного двигателя, есть свои оптимальные обороты (кратко — каденс), порядка 60 — 90 в минуту. Крутишь быстрее — слишком много энергии уходит на пустое «дрыганье ногами». Крутишь медленнее (если оставил маленькую заднюю звёздочку) — нужно давить слишком сильно, а это убивает суставы, особенно коленные: слой синовиальной жидкости, суставной смазки, просто продавливается, и хрящи начинают тереться друг о друга всухую.
Кроме того, с маленькой звёздочкой в некоторых случаях (в песке, на подъёме) можно и вовсе не тронуться — не хватит сил, даже если встать на педаль всем весом. Допустим, ездок весит 80 кг. Какую силу он может развить? Это элементарно считается — хоть я и прочёл на одном велофоруме неимоверную глупость "я не хочу на калькуляторе считать, какой велосипед лучше", но любая машина, в том числе и велосипед, начинается именно с «калькулятора» — с расчётов.
Длина шатуна («палки», на которой закреплена педаль) обычно 170, бывает 175 мм, пусть будет 170. Радиус 48-зубой звезды — порядка 90 мм. Значит, 80 кг ездока, стоящего на педали, преобразуются в 80 • (170 / 90) = 151 килограмм на цепи. Этот 151 килограмм будет тянуть ведомую звёздочку и колесо. Если звезда 22-зубая (такие часто бывают в системах), а ездок весит 100 кг, то на цепь лягут уже 400 кг... Но пока рассчитаем старинный односкор.
Теперь — ведомая, стоящая на заднем колесе. Радиус 17-зубой звезды — всего ничего, порядка 35 мм. Радиус 28-дюймовой покрышки — порядка 370 — 380 мм, бывают разные. Значит, 151 кг, передаваясь через такой неравноплечий рычаг, уменьшатся до 151 • (35 / 370) = 14,3 кг! Всего 14 с небольшим килограммов силы тяги. На дорогах общего пользования допускаются подъёмы до 12 % (подъём на 12 м за 100 пути, хотя на глаз кажется намного круче), даже знак специальный есть:
Вниз с такой горы можно скатиться лихо, а вот при движении вверх, если ездок с велосипедом весят 100 кг, то их будет под гору тянуть сила 100 • 0,12 = 12 кг. При попытке тронуться на разгон останется всего 14,3 – 12 = 2,3 кг тяги. И это если нет никаких потерь, а они есть всегда! Главные потери — от трения в цепи.
Но если спереди поставить 34-зубую звёздочку, радиус которой около 70 мм, а сзади — хотя бы 21-зубую радиусом чуть меньше 50 мм, то на цепи будет сила уже 100 • (170 / 70) = 243 кг, а сила тяги на окружности колеса будет 243 • (50 / 370) = 32,8 кг. Почти 33 кг, что вдвое больше силы сопротивления. Можно спокойно и трогаться, и разгоняться.
Для этого и появилась перекидка — чтобы можно было тронуться на одной паре звёзд, потом без остановки переключиться на другую и ехать на ней, а на спуске выбрать третью и дать гари. Так можно разогнаться и до 60, и до 70 км/ч, и больше... Сперва перекидки были несложными, схемы 1х3 — одинокая звезда на каретке (каретка — опора шатунов, её часто зовут «педальной втулкой») и три звезды сзади. Взгляните, например, на давний ХВЗ «Спутник» моего давнего товарища Никиты:
На таких стоит обычная широкая цепь — как её кратко называют, односкоростная. Задний переключатель, направляющий цепь на нужную звезду, относительно небольшой и несложный. Потом появились трансмиссии 1х4, 2х4, 2х5 — в такой пакет обычная цепь ещё влезала между звёздами.
Это мой украинский вел — купленный на рынке за смехотворные 300 гривен (по тем временам — что-то около 25 $). Спереди уже система (две звезды), сзади звёзд целых пять, переключатель уже не выглядит отростком — целая лапа. Выпущен аппарат явно ещё в ХХ веке в Европе, поэтому практически неубиваем — в переключатель один раз залетел кусок проволоки, её зажевало в цепь, переключатель закрутило в узел. Ничего, выгнул обратно и поехал дальше. Современный нежный Shimano таких фокусов не прощает — проверено лично...
Переключатель — просто рамка с двумя роликами, подвешенная на пантографном механизме. Перемещаясь вдоль пакета звёзд, переключатель направляет цепь на нужную звезду. Как правило, трос управления тянет рамку в сторону первых передач, пружина возвращает в сторону высших, это переключатель с прямой тягой. Изредка встречаются с обратной, а ещё существуют электронные — вообще без троса и проводов, управляются дистанционно.
Неубиваема на этом старом европейце и цепь — она «односкоростная», шириной около сантиметра, но конструкция у неё особая — ширины она односкоростной, но конструкция звеньев изменена, чтобы цепь могла «перекашиваться» при переключении передач. С приходом 6-скоростных трещоток пришлось цепь сужать, чтобы она, работая на одной звезде, не задевала соседних — и цепь ужалась до 7,3 мм. Кажется, что немного, но ширина цепи складывается из толщины щёк и ролика. Щёки, а их к каждому ролику прилегает по 4 штуки (две внешних и две внутренних), особо тоньше не сделаешь — остаётся уменьшать ролик.
В итоге его размер, а с ним и долговечность, значительно уменьшились — ширина ролика 6-скоростной цепи меньше 2,5 мм. Плюс устройство многоскоростной цепи таково, что внутренняя поверхность ролика работает не по всей ширине — на ней со временем появляется заметный «пропил» от бобышек щёк.
Со временем трещотки, а потом и кассеты (о различии — ниже), выросли до 7, а потом и до 8 звёзд. Цепь осталась та же самая, шириной 7,3 мм, её называют «6-8-скоростная» (6-8 speed). Для выдерживания нужного расстояния между звёздами устанавливаются проставки, по-английски они называются spacer, поэтому незнакомые с русским техническим языком зовут их «спейсерами». Но это — проставки.
Как можно видеть, на проставках выбиты цифры — это их толщина в миллиметрах. По спецификации Shimano (ведущего производителя велотрансмиссий) между почти всеми звёздами в 8-скоростной кассете ставится проставка на 3,28 мм, но в одном месте стоит на 3,13. Точное, до сотых долей, выдерживание размеров нужно для правильной работы кассеты с манеткой.
Манетка — механизм, стоящий обычно на руле (у старых велосипедов — на раме), служащий для управления переключателем через трос. Часто манетку называют переключателем или шифтером (снова калька с английского — shifter), но правильное название устройства, управляющего тросом — именно манетка, она манит за собой трос.
Манетки сейчас чаще всего бывают типа gripshift (грипшифт) — просто как продолжение рулевой рукоятки, её надо брать рукой и крутить, и куркового типа — они управляются одним или двумя пальцами. Положения (интервалы между щелчками), как правило, строго рассчитаны, каждая манетка предназначена для работы со своим переключателем — одна для переднего переключателя и 3-скоростной системы, другая для 6-скоростной кассеты, третья для 8-скоростной...
Бывают грипшифты без маркировки, их обычно ставят на управление передним переключателем, так как его положения могут «плавать» (почему — в следующих статьях), но сейчас это редкость. Понятно, что если положения манетки и расстояния между звёздами разные — то и цепь будет переставляться со звезды на звезду невпопад. Такая трансмиссия не будет правильно работать. А чем грозит неправильная работа, что такое трещотка и кассета и как собрать трансмиссию под себя — об этом в следующей статье.
ДРУГИЕ ЦИКЛЫ КАНАЛА
«ТЭД — труженик электродвигатель» — об электромашинах и электротяге на транспорте
«Тушкины потроха» — о Ту-154 и попутно немного о других летательных аппаратах и двигателях