какую переднюю звезду ставить на горный велосипед
Велосипед — 3 в 1, прощай передний переключатель (1/2)
Статья написана моим сыном Qirex-RD специально для моего блога и пользователей Драйв2.
Эту статью я обещал написать здесь еще год назад. Да, годик пришлось подождать, но в итоге вот она!
Сначала небольшой урок истории чтобы вы понимали откуда взялось подобное…
Во времена царя гороха и 26-х колес, а ныне на самых дешевых велосипедах с трещоткой, та самая трещотка начиналась с 14-ти зубов а заканчивалась чем-то по типу 28 зубов. Меньше 14-ти на нее физически сложно что-то прилепить, т.к. в центровине у нее та самая трещотка, которая и задает минимальный размер маленькой звезды. Есть продвинутые модели на 13Т но это все не массовое, массовое — 14-28Т. Типовое количество передач 6-7. Больше тогда не получалось из-за примитивности конструкций цепей, широких и недостаточно гибких. В наше время тоже ничего не получается потому что это нынче прогулочный сегмент из разряда “дешевле не бывает” и «лишь бы ехало» и все те же примитивные цепи так еще и в догонку дерьмового качества с дикими допусками.
Соответственно чтобы получить с такой кассеты/трещотки широкий передаточный ряд «от и до» пришлось колхозить звезды спереди, других вариантов не было. Так и появился передний переключатель и три звезды спереди для компенсации недостатка в передаточном ряде сзади. Получились те самые не нужные 18-27 скоростей.
Передний переключатель по определению ущербен потому что если вы вдумаетесь — он методом прямого контакта, трением и сдвигом, переключает натянутую и нагруженную часть цепи. Т.е. переключение под нагрузкой невозможно в принципе, а те кто пробовал знают — переключатель просто сгибается/отламывается и в лучшем случае не рвется цепь и не гнуться зубы у звезд. Дорогие и продвинутые системы с 2-мя звездами спереди таки могут кое-как переключаться под частичной нагрузкой, но это даже не близко по сравнению с тем что может задний переключатель, который осуществляет переключение разгруженной части цепи, методом её перенаправления а не трением и сдвигом.
На этом бы можно было закончить. Но давайте еще вспомним о чейнлайне, о линии цепи.
Чейнлайн
Как не сложно догадаться что всей кассетой можно пользоваться лишь пребывая на второй звезде, но никак не на крайних, при которых цепь уйдет перекос и износит все, а может и поломает.
Т.е. крайние звезды спереди это так себе затея, надо еще ухитрится ими воспользоваться, при этом еще и делать это правильно.
Огромные звезды и культя
Огромные и тяжеленные звезды спереди это не только ненужная вращающаяся масса, но еще и значительное снижение клиренса велосипеда.
Атавизм систем 3х_ — длинная лапка переключателя, которая должна была прятать в себя длинный кусок цепи необходимый для включения любых комбинаций звезд. Вот на кой нужен этот «плуг» который землю готов пахать? Наверное чтобы проще было оторвать об какое-нибудь самое незначительное препятствие (маленький пенек) учитывая как близко оно к земле. Молчу о том что оно болтается как говно в проруби и цепь летает туда-сюда именно из-за этого недоразумения.
Итог систем 3х_ по потребительским свойствам (особенно дешевых)
— ненадежны
— неудобны в эксплуатации
— усложняют обслуживание
— тяжелые
— снижают клиренс велосипеда спереди и сзади
— потенциально опасны
— ограничивает возможности в проектировке рам
Слет и грохот цепи и даже ее обрыв, а как бонус — лишний вес и гемморой в обслуживании. Вам это нравится? А как насчет икру разодрать до кости о большую звезду на которой в тот момент цепи не было? Ведь защита стоит отнюдь не на всех велах.
Смерть переднему переключателю!
Shimano на это раз не на долго отстали и в 2017 появилась первая качественная и доступная система SLX M7000 с вариантом 1х_, которая в тот год и встала на мой Jamis Komodo (1х11), и вы (подписчики) были тому свидетелями.
Так же к теме трансмиссий 1х_ примкнули и все остальные, деталья сейчас навалом, как готовых систем так и комплектов для конверсий имеющихся.
— именно тот передаточный диапазон который нужен
— высокую надежность
— высокий клиренс велосипеда
— низкий вес
— упрощенное обслуживание
— улучшенные конструкции рам
Так же избавление от переднего переключателя и 2-х звезд (в дорогих велосипедов их две а не три) спереди позволяет по другому проектировать рамы. Раньше там мешался переключатель и маленькая звезда, а теперь там пусто и на 2-х подвесных велосипедах больше места для подвески, а на хардтейлах это возможность укоротить перья, сделав байк более вертким и управляемым.
Единственные сценарии когда передний переключатель еще может быть нужен и то лишь с 2-мя звездами спереди (дорогие системы).
1. Шоссейные велогонки (и то потихоньку отказываются и там)
2. Марафоны (в ситуациях когда каденс и пульсовая зона важней)
3. Велотуризм (езда на груженом велосипеде в горах)
4. Специфичная езда, например по песку и болотам (плюс размер или фэтбайк)
5. Ретроградство
Во всех остальных случаях в современном мире спереди ничего кроме одной звезды не требуется. Начинающим просто потому что им больше и не нужно да и передом они грамотно все равно пользоваться не умеют. А продвинутым потому что уже доступны системы 1х11 и 1х12.
Это была теоретическая часть. Давайте закрепим изученное на реальном примере из статьи Велосипед — недорого и хорошо чтобы можно было потом идти дальше.
Этот велосипед катается в однодневных велопоходах по пересеченной местности, протяженностью до 150 км. Merida Big Nine, он был конвертирован с 3х9 в 1х10.
Одна звезда спереди. Все за и против!
В магазинах все больше велосипедов с одной звездой впереди (вместо двух или трех), но с привычной стопкой из многих звезд сзади. Кое-кому из покупателей это не очень нравится, а кто-то ищет как раз такие модели: они ведь модные, их все хотят, их очень активно рекламируют.
В чем отличия одной звезды спереди от набора из двух или трех
Вдруг кто не знает: на вид все велосипеды 1x почти обыкновенны, но сразу заметно, что у них нет переднего переключателя, а также левой манетки (ответственной за передний переключатель) и «лишних» звезд впереди. Это понятно: единственная передняя звезда не требует этого самого переднего переключателя с манеткой, тросиком и рубашкой.
Чтобы цепь при тряске не слетала со звезды, зубья такой звезды сделаны высокими. В этом их главное отличие от зубьев под переключение: те всегда специально делают пониже, чтобы переключатель мог стащить с них цепь или, наоборот, затащить.
Одна передняя звезда на горных велосипедах, преимущества и недостатки
В самом распространенном сегменте велорынка, сегменте горных велосипедов (МБТ), единственная звезда оправданна прежде всего в кросскантри (cross country). Поэтому для начала давайте уточним, что же это такое. Обычно считают, что это любое катание по грунту. Однако по грунту с большим успехом можно ездить и на комфорт-байке, на гибриде, грэвеле (гравийнике), циклокроссере, фэтбайке, туринге, а также на дедушкиной «Украине». Застукать людей за подобным занятием нетрудно: достаточно выкатиться за город.
Итак, ты в повороте. Проезжаешь его с предельной (насколько он позволит) скоростью и закатываешься по инерции на начало подъема. А дальше что? Дальше нужно, крутя изо всех сил, раз за разом переключаться синхронно со снижением скорости в подъеме, пока не перейдешь на самую «легкую» комбинацию звезд.
Что у нас получается при трех передних звездах?
А что не здорово?
Проще говоря, при одном полном 360-градусном обороте педалей заднее колесо делает 0,69 полного оборота, то есть проворачивается не на 360 градусов, а заметно меньше. Значит, скорость очень маленькая, зато тяга очень большая. Допустим, в нынешнем году вы перешли на трансмиссию с единственной 32-зубой звездой: выкинули манетку с переключателем и тремя звездами, а вместо – поставили 32-зубую «неспадайку». Какая нужна кассета, чтобы добиться примерно такого же передаточного отношения, как в прошлом году?
Стало быть, x = 32 : 0,69 = 46
За один оборот шатунов заднее колесо сделает 2,91 оборота.
А вот раньше, при звездах 22-32-44, максимальная передача была намного эффектнее:
На один оборот шатунов – аж 4 оборота заднего колеса.
Значит, на гладком асфальте (с попутным ветром и хорошим настроением) наш новый агрегат поедет слегка медленнее, чем прошлогодний. По выражению опытных велосипедистов, вы просто заболтаетесь: будете молотить ногами с большой частотой, но педали останутся «пустыми», а скорость – далекой от прошлогодней максималки.
Еще раз. Кросскантрийный МТБ – для катания поперек оврагов, не только вниз, но и вверх. В версии 1x он может плохо подходить для быстрой асфальтовой езды просто потому, что передняя звезда всего одна и она небольшая.
Технику для экстремальных дисциплин (фрирайд, байкеркросс, даунхилл и т. д.) с набором звезд 1x мы сегодня рассматривать не будем, ибо это отдельная очень обширная тема. Ну, а трейловые байки (а также близкие к ним эндуро и оллмаунтин) имеют трансмиссию, близкую к кантрийным и по передаточным отношениям, и по условиям катания (большая передаваемая мощность и не очень большие прыжки). Поэтому для них справедливо все сказанное о кантри. Кстати, это же относится и к фэтбайкам. В конце концов, как фэтбайк ни назови, он прежде всего кантрийник.
Одна звезда спереди на шоссейных велосипедах
Шоссейник традиционно, десятилетиями, с незапамятных времен несет две звезды, и вроде бы не видно серьезных резонов что-либо менять. В самом деле, бездорожья в шоссейном велоспорте почти нет, зато спусков (на которых чем больше звезда, тем лучше) – хоть отбавляй, а подъемов (где звезда как раз нужна некрупная) – еще больше. Зачем искать новое? Однако в последние двадцать с небольшим лет число звезд в кассетах росло весьма быстро и предсказуемо: 9, 10, 11, 12. Больше звезд – больше диапазон передаточных отношений в кассете. При 9-скоростных кассетах на топовых шоссейниках их звезды были размером от 11 до 19 зубьев. При 12-скростных кассетах зубьев уже от 11 до 22. Диапазон вырос. Именно это натолкнуло конструкторов на мысль попробовать 1х в шоссейных велосипедах. И они пробуют.
Надо сказать, в последние десять лет аэродинамику шоссейных велосипедов действительно улучшили. Это относится и к технике с лежаками для гонок с раздельным стартом (TT road), и к триатлонным байкам, и к технике для групповых гонок с традиционным рулем-«бараном» (дропбаром, говоря на иностранный манер). В третьей группе даже появилась отдельная подгруппа – aero road, – велосипеды с обтекаемыми профилями труб, руля, подседельного штыря, фляг, а также со скрытой проводкой тросов (тоже для обтекаемости). В гонках наподобие «Тур де Франс» их применяют на равнинных этапах, и эффект вполне ощутим: средняя скорость пелотона становится больше примерно на 0,7-1,3 км/ч. У спуртующего гонщика, который разгоняется чуть ли не до 70 км/ч, прибавка к скорости намного существеннее.
Итак, мораль для шоссейников очень проста. Чем быстрее вы ездите, тем более оправдан переход на одну звезду. Ведь с ростом скорости аэродинамическое сопротивление растет, так сказать, опережающими темпами, поскольку оно пропорционально квадрату скорости. Иначе говоря, при 45 км/ч на аэродинамику уходит в 2,25 раза больше ватт, чем при 30 км/ч. Ведь вы едете быстрее в полтора раза:
А сопротивление выросло как квадрат скорости:
Сингл на циклокроссах и грэвел (гравийниках) байках
Эти байки созданы для очень быстрой езды по сравнительно плоским грунтам, зато нередко с большой грязью. У циклокроссов и гравийников руль-«баран», однако зубастая резина и приличные грязевые просветы.
Пока гонщики (и простой народ вместе с ними) примерялись и прикидывали, некоторые конструкторы принялись проектировать рамы исключительно под 1x. Туда не поставить передний переключатель, на их шатуны не влезет больше одной звезды.
Что это значит? Зачем это нужно?
А для гравийников и их рам нашлась еще одна выгода 1x. Поскольку эти байки напрямую происходят от циклокроссовых, а те от шоссейных (циклокросс когда-то был единственным зимним занятием шоссейных гонщиков), у них у всех есть такое очень приятное свойство, как узкий Q-фактор.
Выкинув лишние звезды спереди вместе с передним переключателем, мы получим больше места для перьев и не тронем Q-фактор. А это прекрасно. Шире резина – больше скорость на неровных грунтах.
Личный блог — Выбор звезды и кассеты. Передаточное отношение.
В этом посте объясню, как правильно выбрать подходящую звезду и размер кассеты.
Когда мы начинали кататься на байках, то мало думали о передачах, и только узнавали их количество. Так же было и у меня. После покупки UMF Freddy с двумя звездами спереди впервые столкнулся с проблемой выбора передней звезды и успокоителя. Тогда мне все советовали 38 зубов. Другие не признавались вообще — не для ДХ и фрирайда это. Но после первой покатушки и нагрузки на ноги я офигел ))) Значительно позже решил разобраться с звездами и выбраться уже подходящий лично мне диапазон.
Приступаем к выбору ))
Изначально возьмем всеми любимый набор 38T и кассета 11-32.
Лично мне совершенно были бессмысленны первые две передачи (далее под первыми всегда подразумеваются самые большие звезды в кассете), а так же девятая передача. Для первых не было таких горок, куда хотелось заехать на байке, девятую не где было выкрутить в Москве. Так же не нравилось изменение усилия между передачами. При переключении с 4 на 5 был резкий скачок по усилию. Скачок еще есть между 7 и 8, но он не принципиален.
Решено — кассету не 11-32, а 11-28 (Shimano Saint HG80 11-28). А так же замена звезды 38 на 36
На графиках по горизонтали максимальная скорость. По вертикали примерная максимальная скорость при каденсе 120 об/мин. Это активное вкручивание если по-простому.
Как видно из сравнения графиков, изменения в диапазоне минимальны. Приятно появление диапазон 3-6 передачи, где разброс передаточных отношений уменьшился. Скачков по усилию с данной кассетой больше не будет.
Дальше рассмотрю вариант с ДХ байками и их использованием в Москве. В стоке чаще всего сейчас ставят звезду 38 и кассету Sram 970DH с диапазоном 11-26. Для гор 38 звезда конечно благо, но в Москве она не нужна. Соотношение 38 на 26 мне нравится — по плоскачу по городу вполне можно расслаблено ехать, да и в горки спокойно вкручивается.
Замена соотношения 38 на 11-26 на 34 11-23 (Ultegra 6500) 
Получилось отлично. Первые передачи остались «на месте» последние же не такие скоростные.
Часто спрашивают — стоит ли переходить на шоссейную кассету. Для многих кажется, что будет сложно крутить, ведь самая большая звезда всего 21 зуб. Переходить на нее без изменения передней звезды рискованно. Но если вы не выкручиваете 8 и 9 передачи, то есть смысл попробовать.
Сравнение 38t 11-32, 36t 11-28 (Shimano Saint HG80), 32t 11-21 (Shimano Ultegra 6500) 
Относительно версии 38 11-32 мы теряем первые две передачи, и почти 10км/ч максимальной скорости. Относительно 36 11-28 потеря несколько меньше.
Можно рассмотреть и менее экстримальный вариант — сравнить с 34 11-23 
Максимальная скорость поднялась, первые передачи приблизились к 36-11-28.
Звезда 32 и 11-32 отличный вариант для легкого хадтейла, 34 11-23 больше подойдет для подвеса.
Думаю, что наглядности достаточно. Можно и объеснить как определиться.
Лучше всего будет выкатиться несколько раз и просто не использовать какие либо передачи. Попробуйте проехать скоростной участок не на 9 передаче, а на 7. Если не почувствуете каких-то проблем, то переднюю звезду можно ставить на неколько зубов меньше.
В среднем уменьшение передней звезды на 2 зуба уменьшает максимальную скорость на 2 км/ч.
Замена кассеты на меньшую оказывает влияние только на первые передачи и разброс передаточных отношений между ними. 
Думаю, что вопрос раскрыт достаточно подробно, но если будут вопросы, то с удовольствием отвечу. Также при необходимости пишите диапазоны кассет для сравнения.
Все графики в чуть большем разрешении можно посмотреть здесь:
photofile.ru/users/angler13/96525859/
P.s доп информация — звезды к кассетах Shimano Ultegra 6500 
Большие звезды на педалях, лучше больше
Многие стараются крутить на больших звездах системы. Я тоже пришел к правилу: «Если можешь крутить большую звезду, значит так и нужно». Но насколько это обоснованно? Надо сказать, что в развитии велосипедной трансмиссии прослеживается тенденция уменьшения количества звезд на педалях. Несколько лет назад нормой было три, теперь две, иногда одна. 
Уменьшается и суммарный диапазон больших звезд. Например, на бюджетном байке раньше ставили систему (звезды спереди) 42/32/22Т с кассетой (звездочки сзади) 11-32Т, теперь на велосипеде такого же класса система 38/24Т с кассетой 11-36Т. 
Увеличение малой звезды спереди вполне компенсируется увеличением большой звезды в кассете (была минимальная передача 22/32= 0.69, стала даже более тяговитая 24/36= 0.67). А вот уменьшение большой звезды спереди нельзя скомпенсировать звездочкам в кассете, поскольку звезд меньше 11 зубьев в кассетах, можно сказать, не бывает.
Может быть, очень уж большие звезды на педалях и не нужны?
По моему опыту не могу с этим согласиться. На моем конкретном байке даже в лесу использую передачу 42/11 очень часто, на спусках. В общем, есть и другие случаи, помимо выхода на гипотетическую максимальную скорость на идеальном покрытии. Но главное, совсем не могу согласиться с тем, что все равно на какой звезде поддерживать скорость. На большой звезде спереди крутить лучше. То есть, если нужно, например, ехать в горку со скоростью 14-15 км/ч, то это можно делать на любой из трех передних звезд, соответствующие соотношения 42/24, 32/18, 22/12. И вот тут, на практике, очень заметно, что все эти передачи разные. А самая эффективная работа цепной передачи (по ощущениям) как раз на большой звезде, 42/24. На этой передаче намного выше «эластичность» — компенсация небольших изменений скорости в зависимости от внешних условий, вообще плавнее крутить и легче ускориться при необходимости. 
Понятно, что большая часть этих ощущений может быть просто в голове. Копание интернета показало, что не только у меня в голове. Народная велосипедная мудрость полна поговорок типа «big ring is king», «на малой звезде можно ехать очень быстро, но если перекинуть на большую и вломить, то поедешь быстрее» и т.п. Ни одной поговорки о том, что все звезды одинаковые, на глаза не попалось 🙂
В общем, нужно разобраться. Попытки такие в интернете были, видел радостное обсуждение со ссылкой на научную работу 1998 года, показывающую, что на больших звездах КПД велосипедной передачи на 0.6% больше. И это единственное подтверждение многочисленных наблюдений из практики. Не думаю, что я бы почувствовал эти 0.6%, поэтому результат исследования показывает, что если копать, то не там 🙂
Далее будет много нудных цифр и графиков, но в целом положительный результат есть, его даже можно пощупать в цифрах 🙂
1. Почему лучше не использовать малые звезды кассеты.
В этом разделе будет показано, что звезды 11, 12, 13 принципиально хуже остальных. Поэтому, если использование бОльшей звезды спереди позволяет не работать на звездах 11,12,13 сзади, это дает заметный результат.
Рис.1. Кассета с цепью на звезде 11Т
Цепные передачи сводятся к вращению многоугольников, чем больше зубьев, тем многоугольник ближе к окружности. На рис. 1 для наглядности красный цветом показан многоугольник, который образует цепь на звезде 11 зубьев. Шарниры цепи составляют вершины многоугольника. Заснят момент, когда рабочее звено цепи (то звено, за которое цепь вращает кассету) параллельно цепи. При повороте на «половину зуба», когда шарнир будет в желтой точке, цепь поднимется. При повороте еще на пол зуба, снова опустится, ситуация снова будет как на фото. Таким образом, при работе происходит биение цепи. 
Это особенность вращающихся многоугольников, с этим ничего не поделать 🙂 Чем больше звезда (по кол-ву зубьев), тем меньше амплитуда биения цепи. Кстати, в инженерных расчетах цепи не рекомендуют брать кол-во зубьев меньше 13. В велосипедах ситуация хуже, поскольку зубья «подпилены», чтобы цепь могла переходить со звезды на звезду. 
Для этого шарниру цепи нужно подняться всего на 0.4 мм. И нижний пропил в велосипедной звезде делают примерно на 0.4 мм глубже, чем может опуститься многоугольник цепи. В общем, амплитуду биения цепи нужно сравнивать с максимально возможным перемещением ролика цепи до схода с зубца. Если биение больше, то при работе передачи цепь может плохо цепляться за зубья. Вот график амплитуды биений с отмеченной такой границей.
Рис. 2. Амплитуда биений цепи на разных звездах кассеты
Видно, что на звездах кассеты 11, 12, 13Т зацепление не надежное. 14Т тоже лучше не использовать. Если зубья не подпилены (велосипеды с одной передачей), то можно нормально использовать и 11Т и даже меньше. Но в велосипедах со скоростями не так. Поэтому если бОльшая звезда спереди дает возможность при прочих равных сместиться хотя бы на одну звезду кассеты в диапазоне 11-14Т это даст заметное преимущество в мягкости зацепления шарниров цепи за зубья звезды.
2. Большие звезды и «вламывание» в горку.
Инженерные расчеты цепи дают зависимость силы натяжения рабочего участка цепи от диаметра звезды. Чем больше диаметр (т.е. кол-во зубьев), тем меньше натяжение. Поскольку из упомянутой выше статьи 1998 года особой разницы в выборе звезд нет, то значит натяжение рабочего участка цепи не приводит к изменениям КПД при равномерном вращении педалей. Но ведь человек не мотор, человек не вращает педали равномерно. 
Более того, по ощущениям преимущества в большой звезде спереди именно при мощном педалировании в гору. Это еще более заметно при «вламывании» в МТБ-шный «торчок», когда о каком-то установившемся вращении педалей говорить не приходится. То есть, нужно понять, как натяжение рабочего участка цепи связано с ускорениями — изменением скорости вращения. Самое близкое — это момент трогания с места, когда скорости почти нет, а ускорение есть. То есть, прикладываем силу к педалям, и смотрим когда сдвинется велосипед. Далее сравниваем полученное усилие на близких передачах, но полученных разным соотношением звезд. Соответствующих инженерных расчетов сил при запуске цепной передачи я не нашел. К счастью, такой эксперимент проще провести, чем углубляться в теорию.
Рис. 3. Измерения силы страгивания при частично заторможенном колесе
На рисунке измерение силы, приложенной к педали для прокручивания приторможенного заднего колеса. Цепь на звезде системы 50Т. Для страгивания колеса нужно приложить усилие 3.5 кг, когда цепь на звезде кассеты 28Т и, соответственно 9 кг, когда цепь на звезде кассеты 11Т. Проведена серия из трех измерений. Данные лучше представить в виде зависимости силы страгивания от передачи.
Рис. 4. Преобразованные данные с Рис. 3 с линейной аппроксимацией
Таким образом, для звезды 50Т получена линейная зависимость силы страгивания от передачи (отношения передних и задних звезд). Теперь нужно сравнить такие прямые для всех трех передних звезд и посмотреть разницу в силе страгивания на одинаковых передачах. Если на большой звезде «вламывать» проще, то прямая «50Т» будет ниже «39Т», а прямая «30Т» должна быть самой верхней.
Рис. 5. Усилие страгивания при различных передачах на всех звездах
Увы, чуда не произошло. 
Данные трех звезд показывают в сумме линейную, прямо-таки идеальную «коробку передач». Совершенно все равно, на каком соотношении звезд страгивать велосипед, или то же самое — «вламывать» в «торчок» на сверхнизком каденсе. Таким образом, при силовом педалировании большая звезда не дает преимуществ в передаче силы на колесо.
3. Большие звезды и рывки цепной передачи.
Так получилось, что как раз закончив измерения поставил на систему шоссейного велосипеда новую звезду 53Т вместо 50Т, поскольку в последнем бревете использовал на кассете слишком часто самые малые звезды. 
И поехали кататься по нашему стандартному маршруту этого сезона на 83 км. Чудес не ждал, но к ощущениям прислушивался. Педалировать все-таки явно легче. Но если дело не в усилиях, то в чем? Педалировать явно плавнее. Причем на средних звездах в кассете, т.е. независимо от рассмотрения биения цепи в первом разделе заметки. Цепная передача, так как построена на вращающихся многоугольниках, передает вращение рывками. Вот с этим и разберемся в этом разделе 🙂
Вернемся к Рис. 1. Цепь заснята в точке, когда сила с которой шарнир тянет зубец звездочки направлена не по касательной к окружности вращения. Поэтому раскручивающая звездочку сила меньше, чем сила, с которой цепь тянет за шарнир. А в желтой точке цепь совпадает с касательной к окружности, поэтому сила цепи полностью передается во вращение звездочки. Это и приводит к рывкам вращения звездочки и, следовательно, вращения колеса. Это и должно чувствоваться на педалях как «не плавность». Такие же рывки есть и на ведущих звездах.
Рис 6. Амплитуда рывков передачи усилий на разных звездах
Амплитуда рывков на звезде 11Т составляет 4% от силы, на звезде 30Т — 0.5%. Вряд ли можно прочувствовать ногами такое колебание на один зубец. Скорее будет ощущаться количество рывков, скажем, за один оборот педалей. То есть прокрутил оборот, получил количество рывков, как от ведущей звезды, так и от ведомой. Для простоты считаем, что инерции нет, поэтому чувствительность к рывкам максимальная, то есть рывки воспринимаются как неравномерность движения велосипеда. Первая прикидка сразу дает хороший график, который соответствует ощущениям.
Рис. 7. Сумма амплитуд рывков за один оборот педалей на разных передачах и разных ведущих звездах
Плавность передачи на бОльших передних звездах выше. То есть, там, где передачу можно выбрать разным сочетанием звезд, на малой звезде спереди ход будет самый «рваный». Иными словами, при одном обороте педалей при цепи на звезде системы 50Т мы можем ощутить ногами 50 небольших рывков от ведущей звезды и 50 рывков посильнее от ведомой звезды. Если то же соотношение выбрать при звезде спереди 39Т, то мы получим за оборот педалей 39 рывков от ведущей звезды, чуть больше, чем от 50Т и 39 рывков от задней звезды, меньшей, чем в прошлом случае, и рывки от нее будут значительно больше. Произведение количества рывков на их амплитуду во втором случае будет заметно выше, например для передачи 2.5 на 30% (значение Y на графике 1.0 против 0.75 ). Как вообще устроены эти рывки?
Рис. 8. Сила раскручивания ведомой звездочки в зависимости от поворота
Рассмотрим вращение на «один зубец» звездочки 11Т и для сравнения на такой же угол звездочки 28Т. Начнем из точки максимальной передачи тянущей силы цепи (желтая точка на рис. 1). Сила вращения равна тянущей силы цепи, множитель передачи = 1. Затем эта сила плавно уменьшается. Когда рабочее звено цепи на звездочке становится параллельно линии цепи (как на фото), происходит смена тянущего шарнира. Предыдущий шарнир отрывается от звездочки, начинает работать следующий. На графике этому углу поворота звездочки соответствует резкий излом изменения вращающего усилия. После этого происходит плавное нарастание силы вращения. Думаю, что рывки как раз ощущаются на этом изломе. Если сравнить графики для звезд 11Т и 28Т, то видно, что помимо бОльшей амплитуды рывка у звезды 11Т этот рывок еще и более «резкий». Если ввести в систему инерционность, как это имеет место на реальном велосипеде, то «изломы» графика несколько сгладятся. При этом небольшие изломы вообще «уйдут», а большие все равно останутся, то есть разница от резкости изломов будет еще больше. Поэтому в рассмотрение нужно еще ввести и степень «излома». Это все тоже хорошо считается и итоговая зависимость рывков на один оборот педалей от выбранной передачи получается еще более красивая (даже без учета инерционности, то есть только «голая» геометрия).
Рис. 9. Сумма рывков (с учетом амплитуд и резкости) за один оборот педалей на разных передачах и разных ведущих звездах
Видно, что, например для передачи 2.5 плавность передачи усилий от ног до колеса при большой звезде 50 или 53Т в два раза лучше, чем на 39Т, а 39Т почти в два раза лучше, чем 30Т. Более того, действительно заметна разница между 53Т и 50Т на средних звездах кассеты. Она составляет 10-15%.
Эффект рывков усилий, по всей видимости более заметен на низких оборотах, на высоких гораздо сильнее начнет работать инерционность всей всех крутящихся элементов, которая должна сглаживать рывки. То есть, как раз на силовом педалировании с низким каденсом.
Подводя итог трех разделов нужно сформулировать следующее.
1. Нужно избегать по возможности работы на малых звездах (11-13Т) кассеты, особенно на больших оборотах. Цепь будет молотить по зубьям вплоть до проскакиваний.
2. При трогании с места и в начале разгона совсем не важно, как именно выбрано передаточное число, на каких звездах. В этом случае предпочтение для лучшего разгона на малых звездах спереди или на больших, исключительно в голове.
3. При низких и средних скоростях лучше выбирать большую звезду спереди (и соответственно бОльшие звезды сзади). Это сказывается на плавности педалирования. Здесь еще нужно отметить часто упоминаемый перекос цепи, которого якобы нужно избегать. По моему опыту и по проведенным измерениям перекос цепи ни на что не влияет, поэтому если трансмиссия позволяет, то, доводя до абсурда, лучше крутить на большой звезде спереди и на большой звезде сзади. Более того, в заметке Велосипедная цепь и жидкий парафин рассмотрел, что велосипедная цепь принципиально отличается от «классической» тем, что добавлена «гибкость» на перекос за счет снижения ресурса. Ничего странного в этом на самом деле нет, поскольку гибкость к перекосу принципиально необходима для того, чтобы цепь переходила со звезды на звезду при переключении передач 🙂
4. При увеличении инерционности крутящихся элементов (например, более тяжелые колеса, или увеличения скорости вращения) зависимость от выбора ведущих звезд становится меньше.
Вадим Никитин