Что такое передаточное соотношение велосипед

Выбираем передачу или что такое соотношение зубьев

Скоростные возможности вашего велосипеда ограничены. И опять же все зависит от звезд и колес. Чем больше зубов на передней звезде и меньше на задней тем больше большую скорость вы можете развить. Так же и колеса, больший диаметр увеличивает скорость.

Калькулятор покажет соотношение зубьев (Ratio), точки проскальзывания (Skid patch), а также растояние, которое проедет велосипед при каждом обороте педалей (Development).

Далее следуют эквивалентные соотношения зубьев, и скорости, которые можно развить при обределенный оборотах в минуту (rpm).

Это не единственная программа для расчета, но зато самая лучшая. Другие мене функциональны или бесцельно усложнены.

«Bicycle Gear Ratios and Meters of Development» от Wolfram, найти эту программу можно здесь …

«Bicycle Gear Calculator«, хорошая программа, но из-за лишней усложненности не может конкурировать с Surplace. Ссылка для скачивания программы …

Что же касает самого выбора передачи, то все зависит от вас самих. Я за свои годы катания поменял большое количество звезд. Кому-то нравится низкое соотношение, что позволяет быстро разгоняться, но уменьшает максимальную скорость, кому-то наоборот. Экспериментируйте и подбирайте под себя.

Источник

Как подобрать передаточные числа под размер колес велосипеда

Как мы видим из таблицы, при одном и том же каденсе и одинаковой трансмиссии скорость велосипедистов ощутимо разнится в зависимости от размеров их колес. И если 34-я звезда спереди вполне разумна для больших колес (у меня 27,5х2,8, что по сути почти те же самые 29 по длине окружности), то для складных велосипедов с 20-ти дюймовыми колесами её явно маловато.

Разный каденс, разные звезды, один диаметр.
Но каденс-то тоже можно менять! Начинающие велосипедисты катают с каденсом примерно от 60 оборотов в минуты, каденс же спортсменов переваливает за полторы сотни! Комфортные значения для большинства варьируются от 70 до 120, но это сильно зависит от уровня подготовки. За собой я заметила, что с годами мой каденс стал ощутимо выше, и вместо силового педалирования на высоких передачах я все чаще выбираю езду на более низких с высоким каденсом. Это снижает нагрузку на колени, но требует определенной тренированности.

Рассмотрим изменение скорости в зависимости от каденса на примере синглспид велосипеда, который вы, может быть, хотели бы себе собрать, но не знаете, какие подобрать звезды для того, чтобы комфортно на нем ездить по плоскому городу типа Санкт-Петербурга.

Итак, у вас модный сингл/фикс, легкий и быстрый, на узкой резине 700х25 (2105мм окружность), сзади звезда на 18 зубов, и вы хотите на нем вкручивать 40км/ч, но вам любопытно также, насколько будет комфортна более медленная езда.
Пойдем от обратного! Я, как уже говорилось, гуманитарий, поэтому будем считать поэтапно.
Для начала выясним расстояние, которое нужно пройти за один оборот колеса при фиксированном каденсе.
40км/ч=40000м/ч, при каденсе 120об/мин получаем
40000м/ч:(120об/мин х 60минут)=5,55 метров пройдет колесо за один оборот.
Зная его окружность, получим передаточное соотношение
5,55:2,105м=2,64.

Окей, а с какой скоростью сможем на ней катить, снизив каденс до 70 оборотов в минуту? 48/18=2,66
2,66х2,105х70х60=23576м/ч=23,6км/ч
Если вас эти значения устраивают, тогда 48-я звезда с данными колесами и с 18 звездой сзади для вас оптимальна.

Надеюсь, эта статья поможет вам разобраться в огромном мире велосипедных колес и трансмиссий.

Источник

Чтобы велосипед двигался с той же скоростью, использование более низкой передачи (большее механическое преимущество) требует, чтобы велосипедист крутил педали с большей частотой вращения педалей, но с меньшим усилием. И наоборот, более высокая передача (меньшее механическое преимущество) обеспечивает более высокую скорость для данной каденции, но требует от гонщика приложения большей силы. У разных велосипедистов могут быть разные предпочтения в отношении частоты вращения педалей и силы педалирования. Продолжительное приложение слишком большой силы на слишком высокой передаче при слишком низкой частоте вращения педалей может увеличить шанс повреждения колена; частота вращения педалей выше 100 об / мин становится менее эффективной после коротких рывков, как во время спринта.

СОДЕРЖАНИЕ

Измерение передаточных чисел

Методы

При измерении спереди / сзади учитываются только размеры передней и задней звездочки. В дюймах шестерни и метрах развития также учитывается размер заднего колеса. Коэффициент усиления идет дальше и также учитывает длину кривошипа педали.

Зубчатые дюймы и метры развертки тесно связаны: чтобы преобразовать из зубчатых дюймов в метры развертки, умножьте их на 0,08 (точнее: 0,0798, или точно: 0,0254π).

Приведенные ниже методы расчета предполагают, что любая ступичная шестерня находится в прямом приводе. Умножение на дополнительный коэффициент необходимо, чтобы учесть любое другое выбранное передаточное число ступицы (многие онлайн-калькуляторы передач имеют эти коэффициенты, встроенные для различных популярных ступичных передач).

Примеры

В следующей таблице представлено сравнение различных методов измерения шестерен (конкретные числа для велосипедов с шатунами 170 мм, колесами 700C и шинами 25 мм). Также указаны скорости для нескольких тактов в оборотах в минуту. В каждой строке относительные значения для шестерен в дюймах, метрах развития, передаточного числа и скорости более или менее верны, в то время как значения переднего / заднего колеса являются ближайшим приближением, которое может быть сделано с использованием типичных размеров передних звезд и зубчатых колес. Обратите внимание, что велосипеды, предназначенные для гонок, могут иметь низшую передачу около 45 дюймов (или 35 дюймов, если они оснащены компактной шатуной).

Односкоростные велосипеды

Одной скорости велосипед является типом велосипеда с одним передаточным отношением. Эти велосипеды не имеют переключателей передач, ступичных передач или других методов для изменения передаточного числа велосипеда. Односкоростные велосипеды для взрослых обычно имеют передаточное число от 55 до 75 дюймов, в зависимости от водителя и предполагаемого использования.

Общие Соображения

Хотя длинные крутые подъемы и / или большие нагрузки могут указывать на необходимость более низкой передачи, это может привести к очень низкой скорости. Балансировка велосипеда становится сложнее на более низких скоростях. Например, нижняя передача около 16 дюймов дает эффективную скорость, возможно, 3 мили / час (5 км / час) или меньше, и в этот момент можно будет быстрее ходить (если позволяет велосипедная обувь).

Относительное зацепление

Что касается ног велосипедиста, то при переключении передач относительная разница между двумя передачами более важна, чем абсолютная разница между передачами. Это относительное изменение от более низкой передачи к более высокой передаче обычно выражается в процентах и ​​не зависит от того, какая система используется для измерения передач. Езда на велосипеде имеет тенденцию чувствовать себя более комфортно, если почти все переключения передач имеют более или менее одинаковую процентную разницу. Например, замена звездочки с 13 зубьями на звездочку с 15 зубьями (15,4%) очень похожа на замену звездочки с 20 зубьями на звездочку с 23 зубьями (15%), хотя последняя имеет большая абсолютная разница.

Для достижения таких постоянных относительных различий абсолютные передаточные числа должны быть в логарифмической прогрессии; большинство серийных зубчатых колес делают это с небольшими абсолютными различиями между меньшими звездочками и все более большими абсолютными различиями по мере того, как звездочки становятся больше. Поскольку звездочки должны иметь (относительно небольшое) целое число зубьев, невозможно добиться идеального хода; например, семь звездочек переключателя 14-16-18-21-24-28-32 имеют средний размер шага около 15%, но фактический шаг варьируется от 12,5% до 16,7%. Эпициклические шестерни, используемые в ступичных зубчатых колесах, имеют больше возможностей для изменения количества зубьев, чем звездочки переключателей, поэтому можно значительно приблизиться к идеалу постоянных относительных различий, например, Rohloff Speedhub предлагает 14 скоростей со средней относительной разницей. 13,6% и отдельные вариации около 0,1%.

В отличие от этого, автомобильные двигатели обеспечивают мощность в гораздо большем диапазоне скоростей, чем ноги велосипедистов, поэтому для автомобильных коробок передач характерны относительные различия в 30% и более.

Используемые шестерни

На велосипеде с более чем одним механизмом переключения передач (например, передним и задним переключателями) эти три числа могут сильно отличаться в зависимости от относительных ступеней переключения различных механизмов. Количество передач для велосипеда с таким переключателем часто указывается упрощенно, особенно в рекламе, и это может вводить в заблуждение.

Рассмотрим велосипед с переключателем передач с 3-мя звездочками и 8-звездочной звездочкой:

Комбинация из 3-х звездочек и 8-звездочного зубчатого колеса не дает 24 используемых передаточных числа. Вместо этого он обеспечивает 3 перекрывающихся диапазона с 7, 8 и 7 передаточными числами. Внешние диапазоны имеют только 7 передаточных чисел, а не 8, потому что крайние комбинации (наибольшая передняя звезда к наибольшей задней звездочке, наименьшая передняя звезда к наименьшей задней звездочке) приводят к очень диагональному выравниванию цепи, что неэффективно и вызывает чрезмерный износ цепи. Из-за перекрытия обычно будет несколько дубликатов или почти дубликатов, так что может быть только 16 или 18 различных передаточных чисел. В любом случае может оказаться невозможным использовать эти различные передаточные числа в строгой последовательности от низкого к высокому из-за сложных схем переключения (например, одновременное двойное или тройное переключение на заднем переключателе и одинарное переключение на переднем переключателе). В худшем случае может быть только 10 различных передаточных чисел, если процентный шаг между звездочками такой же, как процентный шаг между звездочками. Однако, если продублировать наиболее популярное передаточное число, возможно, будет целесообразно продлить срок службы зубчатой ​​передачи, используя различные версии этого популярного передаточного числа.

Диапазон передачи

Диапазон передач указывает на разницу между нижней и верхней передачами и дает некоторую меру диапазона условий (высокая скорость в сравнении с крутыми склонами), с которыми могут справиться передачи; также важны сила, опыт и физическая подготовка велосипедиста. Диапазон 300% или 3: 1 означает, что при той же скорости вращения педалей велосипедист может двигаться в 3 раза быстрее на верхней передаче, чем на нижней передаче (при условии достаточной силы и т. Д.). И наоборот, при одинаковом усилии на педали велосипедист может подняться на более крутой холм на нижней передаче, чем на верхней.

Приведенные ниже приблизительные диапазоны передач являются лишь ориентировочными для типичных настроек передачи и могут несколько отличаться от велосипеда к велосипеду.

Диапазон передач почти 700% может быть достигнут на настройках переключателя, хотя это может привести к некоторым довольно большим шагам между передачами или некоторым неудобным переключениям передач. Однако путем тщательного выбора передних звезд и задних зубчатых колес, например, трех звездочек 48-34-20 и 10-скоростной кассеты 11–32, можно получить чрезвычайно широкий диапазон шестерен, которые все еще хорошо разнесены. Такая установка оказалась полезной на множестве велосипедов, таких как грузовые велосипеды, туристические велосипеды и тандемы. Еще более высокие диапазоны передач могут быть достигнуты при использовании 2-скоростной ступицы каретки в сочетании с подходящими переключателями.

Типы механизмов переключения передач

Внешний (переключатель)

Большинство гибридных, туристических, горных и гоночных велосипедов оснащены как передним, так и задним переключателями. Есть несколько передаточных чисел, которые имеют прямой путь цепи, но при большинстве передаточных чисел цепь будет двигаться под углом. Использование двух переключателей обычно приводит к дублированию или почти дублированию передаточных чисел, так что количество различных передаточных чисел обычно составляет около двух третей количества заявленных передаточных чисел. Более распространенные конфигурации имеют определенные названия, которые обычно связаны с относительными размерами шага между передними звездочками и задними зубчатыми колесами.

Передача кроссовера

К преимуществам такого расположения можно отнести:

Одним из недостатков является то, что перекрывающиеся диапазоны передач приводят к большому или почти дублированию передаточных чисел.

Многодиапазонная передача

Альпийская передача

Этот термин не имеет общепринятого значения. Первоначально это относилось к зубчатой ​​передаче, которая имела одну особенно низкую передачу (для восхождения на альпийские перевалы); на этой низкой передаче часто переход на следующую низшую передачу был больше среднего. В 1960-х годах этот термин использовался продавцами для обозначения современных 10-скоростных велосипедов (2 передние звезды, 5-звездочная зубчатая передача) без какого-либо отношения к его первоначальному значению. Ближайший ток, эквивалентный исходному значению, можно найти в зубчатых колесах Shimano Megarange, где большая часть звездочек имеет относительную разницу примерно в 15%, за исключением самой большой звездочки, которая имеет разницу примерно 30%; это обеспечивает гораздо более низкую передачу, чем обычно, за счет большого скачка передачи.

Полушаговая передача

Есть две передние звезды, относительная разница которых (скажем, 10%) составляет примерно половину относительного шага на зубчатой ​​передаче (скажем, 20%). Это использовалось в середине 20-го века, когда передние переключатели могли выполнять только небольшой шаг между передними звездами, а задние шестерни имели лишь небольшое количество звездочек, например, передние звезды 44-48 и шестерни 14-17-20-24-28. Эффект состоит в том, чтобы обеспечить два чересстрочных диапазона передач без какого-либо дублирования. Однако для последовательного переключения передаточных чисел требуется одновременное переднее и заднее переключение при каждом втором переключении передач.

Полушаг плюс бабушка передача

Внутренний (концентратор)

Внутренняя передача называется так потому, что все задействованные шестерни скрыты внутри ступицы колеса. Ступичные шестерни работают с использованием внутренней планетарной или планетарной передачи, которая изменяет скорость корпуса ступицы и колеса относительно скорости ведущей звездочки. У них есть только одна передняя звезда и одна задняя звездочка, и почти всегда между ними прямой путь цепи. Доступны ступичные шестерни с 2-мя и 14-ю скоростями; вес и цена имеют тенденцию к увеличению с увеличением количества передач. Все заявленные скорости доступны как отдельные передаточные числа, управляемые одним переключателем (за исключением некоторых ранних 5-ступенчатых моделей, в которых использовалось два переключателя). Ступичная передача часто используется для велосипедов, предназначенных для езды по городу и поездок на работу.

Внутренний (нижний кронштейн)

Внутренний и внешний комбинированный

Иногда можно комбинировать ступицу с шестернями переключения передач. Есть несколько коммерчески доступных возможностей:

Другие

Были и существуют несколько совершенно разных методов выбора другого передаточного числа:

Эффективность

Цифры в этом разделе относятся к эффективности трансмиссии, включая средства трансмиссии и любую систему зубчатых передач. В этом контексте эффективность связана с тем, какая мощность передается на колесо по сравнению с мощностью педалей. Для хорошо обслуживаемой системы передачи КПД обычно составляет от 86% до 99%, как подробно описано ниже.

Факторы, помимо зубчатой ​​передачи, которые влияют на производительность, включают сопротивление качению и сопротивление воздуху:

Человеческий фактор также может иметь значение. Рохлофф утверждает, что в некоторых случаях общая эффективность может быть повышена за счет использования немного менее эффективного передаточного числа, когда это приводит к большей эффективности человека (в преобразовании еды в мощность педали), поскольку используется более эффективная скорость вращения педалей.

Обзор

Энциклопедический обзор можно найти в главе 9 «Велосипедной науки», которая охватывает как теорию, так и экспериментальные результаты. Некоторые детали, извлеченные из этих и других экспериментов, представлены в следующем подразделе со ссылками на исходные отчеты.

Факторы, которые, как было показано, влияют на эффективность трансмиссии, включают тип системы трансмиссии (цепь, вал, ремень), тип системы зубчатой ​​передачи (фиксированная, переключатель, ступица, бесступенчатая регулировка), размер используемых звездочек, величина входной мощности, скорость вращения педалей и степень ржавости цепи. Для конкретной зубчатой ​​передачи разные передаточные числа обычно имеют разный КПД.

В некоторых экспериментах использовался электродвигатель для привода вала, к которому прикреплены педали, в то время как в других использовались средние значения ряда реальных велосипедистов. Неясно, как стабильная мощность, выдаваемая двигателем, сравнивается с циклической мощностью, обеспечиваемой педалями. Рохлофф утверждает, что постоянная мощность двигателя должна соответствовать пиковой мощности педали, а не средней (которая составляет половину максимальной мощности).

Имеется мало независимой информации, касающейся эффективности ременных передач и бесступенчатых зубчатых передач; даже производители / поставщики не хотят предоставлять какие-либо цифры.

Подробности

Механизмы типа переключателя типичного продукта среднего класса (типа, используемого серьезными любителями) достигают от 88% до 99% механического КПД при 100 Вт. В механизмах переключения передач самый высокий КПД достигается за счет более крупных звездочек. Эффективность обычно снижается с уменьшением размеров звездочки и передней звезды. Эффективность переключателя также снижается из-за перекрестной цепи или перехода от большого кольца к большой звездочке или от малого кольца к маленькой звездочке. Это перекрестное соединение также приводит к повышенному износу из-за бокового прогиба цепи.

Честер Кайл и Фрэнк Берто сообщили в «Human Power» 52 (лето 2001 г.), что испытания трех систем переключения (от 4 до 27 передач) и восьми ступичных трансмиссий (от 3 до 14 передач), выполненные с мощностью 80 Вт, 150 Вт, Входы 200 Вт дали следующие результаты:

При более типичной мощности 150 Вт, ступичные шестерни, как правило, примерно на 2% менее эффективны, чем система переключения скоростей, если обе системы находятся в хорошем состоянии.

Источник