Знакомый щелчок при движении велосипеда накатом — это не просто вращение шестерёнок, а звук стальных рычагов, которые с силой ударяют по металлу сотни раз в секунду.
Этот акустический след создаёт оригинальная односторонняя муфта, позволяющая заднему колесу вращаться независимо от педалей.
До изобретения этого механизма в первых велосипедах использовалась система «фиксированной передачи». Поскольку педали были напрямую связаны с вращением колеса, движение накатом было невозможно. Если заднее колесо двигалось, педали тоже вращались. Спуск с крутого склона означал либо яростное вращение педалей, чтобы не отставать от велосипеда, либо снятие ног с педалей и надежду на лучшее.
Для решения этой проблемы инженеры интегрировали систему храпового механизма в ступицу заднего колеса — компонент, известный сегодня как свободный ход или втулка свободного хода.
Внутри втулки велосипеда находятся две основные взаимозацепляющиеся части. Во-первых, это центральное основание, прикрепленное к шестерням, в котором расположены несколько крошечных подпружиненных металлических рычагов, называемых «собачками».
Вокруг этих собачек находится «приводное кольцо» или храповой механизм — цилиндр, покрытый асимметричными зубьями, расположенными под углом. Зубья имеют форму, похожую на наклонные пильные полотна: с одной стороны они имеют пологий, наклонный угол, а с другой — отвесную, плоскую поверхность.
Когда велосипедист нажимает на педали, цепь приводит в движение шестерни. Это вращение вперед заставляет собачки выдвигаться наружу и прочно фиксироваться на плоских выступах зубьев храпового механизма. Поскольку собачки плотно зажаты в ведущем кольце, вращательная сила от ног велосипедиста передается непосредственно на колесо, приводя велосипед в движение.
Однако, когда велосипедист перестает крутить педали и начинает катиться накатом, заднее колесо продолжает вращаться вперед, в то время как шестерни и педали остаются неподвижными. Поскольку колесо вращается быстрее, чем внутренняя ступица, ведущее кольцо вращается мимо собачек. Вместо того чтобы зафиксироваться на месте, собачки сталкиваются с пологим скосом зубьев храпового механизма. Эти скосы прижимают подпружиненные собачки вниз, позволяя зубьям безвредно скользить по ним.
Щелчки, которые вы слышите при движении накатом, являются результатом быстрого акустического процесса. Когда каждый зуб под углом проходит над собачкой, собачка опускается вниз. В тот момент, когда зуб проходит мимо, внутренняя пружина резко возвращает крошечную стальную собачку обратно вверх, ударяя по металлическому корпусу ступицы. При независимом защелкивании от трех до шести собачек на десятках зубьев, колесо, движущееся накатом, создает сотни микроскопических ударов металла о металл каждую секунду.
Громкость и высота звука при движении накатом варьируются в зависимости от конкретной конструкции втулки. У более дешевых городских велосипедов обычно меньше зубьев на храповом кольце, что приводит к более медленному, отчетливому «щелчку-щелчку-щелчку». Высококачественные гоночные втулки изготавливаются с невероятно высокой точностью и имеют значительно больше точек зацепления — иногда более ста зубьев. Чем больше зубьев у втулки, тем быстрее педали будут зацепляться, когда велосипедист снова начнет крутить педали. При движении накатом эти плотно расположенные зубья так быстро ударяют по собачкам, что отдельные удары сливаются в громкий, непрерывный механический гул.
В следующий раз, когда вы услышите этот звук, эхом разносящийся по склону холма, вы точно поймете, что происходит: крошечные стальные пальчики, танцующие по металлической горке, защелкиваются на месте, позволяя колесу свободно вращаться, пока не придет время снова крутить педали.