От геометрии - от углов и размеров - зависит очень многое в поведении велосипеда. Зависит устойчивость, управляемость, проходимость (в хорошем смысле), динамика разгона, эффективное торможение, спуск с горы и подъём на оную, прохождение крутых виражей и возможность заниматься крутым экстримом. В стародавние времена геометрия велосипеда жестко и однозначно определялось геометрией рамы. Сейчас это уже не так. Появились подвески, передняя и задняя. А, значит, геометрия и поведение байка зависят от характеристик подвесок (ход, жесткость, демпфирование), и от их настройки. Дабы не углубляться в дебри, а просто, окинуть, густой лес, небрежным взглядом знатока, рассмотрим основные моменты.
Смотри рис.№1
1. Угол наклона подседельной трубы
Во многом задаёт посадку байкера и удобство вращения педалей, - если труба торчит вертикально и каретка находится точно под седлом, то педалировать неудобно, некуда девать бедра. А так же определяет развесовку байка, то есть распределение нагрузки, на переднее и на заднее колёсо. Чем меньше угол наклона (он отсчитывается от горизонтали) и чем выше байкер, тем больше нагрузка на заднее колесо и, естественно, меньше на переднее. На крутом подъёме, если байкер сидит в седле, переднее колесо может полностью разгрузиться и потерять контакт с дорогой. И байкер рискует опрокинуться на спину. А на крутых спусках, все с точностью наоборот. Переднее колесо загружается, и чем дальше назад смещён байкер, тем устойчивее велосипед и тем меньше вероятность падения через руль. Считается, что угол наклона подседельной трубы, равный 73° (плюс, минус 1°...2°) обеспечивает правильную, удобную посадку и распределение нагрузки. Этот угол точно подобран для идеального байкера с длиной бедра 32 дюйма (813мм). Для дополнительной корректировки этого угла и подгонки байка к реальным габаритам рейдера (рост, длина рук и ног, ...) можно заменить прямой подседельный штырь на изогнутый (Thomson). И, что ещё проще, можно сдвигать седло вперед или назад. При правильно установленном седле, нога в нижнем положении практически полностью распрямляется.
2. Высота каретки
Определяет клиренс велосипеда - зазор между педалью и дорогой, когда шатун опущен вертикально вниз. Слишком малый клиренс не позволяет сильно наклонять байк, при скоростном прохождении поворота - можно зацепиться педалью за камень, кочку, корень, ускоряясь на выходе из виража. Или задеть звездами системы за кочку. Поэтому, байки для разных стилей катания имеют разную высоту каретки над землёй, - для DH и фрирайда каретку поднимают повыше, до 34...36см. В качестве конкретного материала, имеется таблица №1 , которую любезно предоставил Алексей Маджуга и, где, на примере велосипедов KONA показано как меняются размеры от назначения байка и стиля катания.
| К-кантри хардтейлы | К-кантри двухподвесы | Байки бэк-кантри (трейловые) | Фрирайдные Байки со средним ходом подвески | Даунхилльные байки | |
| Ход амортизаторов | 100мм |
100мм/100мм |
130мм/130мм |
150мм/150мм |
200мм/203мм |
| Высота кареточного узла |
31см |
31,5см |
31,5см |
34,8см |
35,8см |
| Угол рулевой трубы, градусы |
69 |
68,5 |
68 |
66 |
64,5 |
| Длина колёсной базы |
106,4см |
108,2см |
110,7см |
111,8см |
114см |
Примечание. В связи с явным прогрессом в устройстве и работе амортизационных вилок и задних амортизаторов и созданием "стабильных платформ", ход амортизаторов увеличился в последние годы и, вполне возможно, увеличится ещё больше.
Кроме того, чем выше расположена каретка, тем выше надо поднимать седло и, тем больше становится высота велосипеда и выше располагается центр тяжести системы байк + байкер. Что, несомненно, влияет на устойчивость и управляемость. На высоком байке проще сохранять равновесие, а при входе в вираж, угол наклона, необходимый для того, что бы скомпенсировать силой тяжести, силу центробежную, возникающую от движения по кругу (радиусу) будет меньше , чем у низкого байка. Что следует из самой элементарной геометрии. Следовательно, на высоком велосипеде проще гонять по узким лесным синглтрекам и легче его "укладывать" в крутые виражи. То есть, ещё раз, для прохождения виража на данной скорости и по данному радиусу, высокий байк надо наклонять вбок на меньший угол, чем низкий. Но при торможении и спуске, картина получается обратной. На крутых подъёмах, спусках и при резком торможении передним тормозом, высокий велосипед имеет больше шансов потерять равновесие - опрокинутся назад или перевернуться через руль. Что бы уменьшить этот вредный эффект увеличивают базу велосипеда - расстояние между осями колёс. Заодно получают большую мягкость и плавность хода, байк меньше подпрыгивает на колдобинах, корнях и кочках. Но длиннобазный байк обладает большей курсовой устойчивостью и хуже вписывается в крутые виражи, что опять таки, следует из простой геометрии. Для улучшения управляемости и маневренности приходится "играть" с углом наклона рулевой трубы и уменьшать Trail (выкат переднего колеса).
3. Угол наклона рулевой трубы (отсчитывается от горизонтали)
Отметим только следующее. Чем больше этот угол, чем ближе к вертикали стоят перья вилки, тем быстрее разгоняется велосипед и тем лучше вилка отрабатывает мелкие торчки и неровности на дороге. И, наоборот, если угол меньше, а перья вилки расположены более полого (острее) к поверхности, тем хуже динамика и управляемость, но зато вилка легче проглатывает крупные колдобины и кочки и они меньше влияют на движение байка. В кросс-кантри угол рулевой обычно 71...69 градусов, а длина колесной базы - 100...107 см, то в DH - 64...65 градусов и 110...117 см. Смотри таблицу №1. Малый угол наклона передней вилки в сочетании с большой длиной перьев, что характерно для велочопперов, приводит к ухудшению маневренности - эффективности (остроты) управления: увеличению минимального радиуса виража и необходимости поворачивать руль на больший угол.
4. Геометрия передней вилки и Trail (выкат переднего колеса)
Маленький эксперимент. Если поставить правильный велосипед вертикально на оба колеса, держа за раму и наклонить в сторону, то и руль сам повернется в ту же сторону. Причина такого поведения кроется в конструкции передней вилки и рулевой колонки. Именно они определяют взаимное расположение двух важных точек. Точки А - места контакта переднего колеса с дорогой и точки В - пересечения оси рулевой колонки с той же дорогой. Взаимное положение этих точек задает не только направление куда повернётся руль при наклоне велосипеда, но и его курсовую устойчивость, управляемость, строгость управления, стабильность на виражах и многое другое. Все велосипеды можно разделить на два типа: ВА и АВ. Тип АВ - у которого точка контакта переднего колеса с дорогой расположена впереди точки В
(рис.№2а)
. Тип ВА - Точка А лежит позади точки В
(рис.№2б)
.
При наклоне велосипеда типа АВ в одну сторону, его руль будет поворачиваться в другую сторону и по очень ясной причине - точка приложения силы трения А лежит впереди оси вращения колеса В. Велосипед, при повороте "без рук", будет складываться пополам как ширма и с грохотом сыпаться на землю. Совсем иначе реагирует на наклон руль и переднее колесо велосипеда типа ВА, - они будут поворачиваться в сторону наклона велосипеда сами, и безо всяких рук. А при правильных размерах и углах, велосипед будет стремиться вернуться в вертикальное положение точно так, как будто его руль повернули руками - рулю надо только немного помочь, направить его в нужном направлении, и все будет ОК! По этой причине велосипеды типа АВ в магазинах не сыскать.
Теперь о форме передней вилки.
Варианты, изображенные на
рис.№3, а) и б)
, дают нам слишком большое расстояние между точками В и А, что приводит к "сверх устойчивости" велосипеда. Чем больше расстояние между этими точками, тем больше момент силы, поворачивающий переднее колесо и, само собой, руль в сторону наклона велосипеда. Результат понятен, курсовая и вертикальная устойчивость очень хорошая, а управляемость "ниже плинтуса". Поэтому, для уменьшения расстояния между этими точками, вилку на велосипедах изгибают вперед,
рис.№3, в)
. Но, даже если вилка прямая, то меняют её наклон, относительно оси рулевой колонки, или петухи, в которых крепится переднее колесо, смещают вперед.
Рис.№4
. Расстояние между осью рулевой колонки и осью втулки переднего колеса, называют по разному, и Rake и Fork Offset, а у нас можно столкнуться с выбегом, смещением или вылетом вилки. Величина вылета вилки R обычно находится в пределах от 30 до 50мм. Зная вылет вилки, угол наклона оси рулевой колонки и реальный диаметр (с учетом толщины и деформации шины) колеса, легко можно подсчитать расстояние между точками А и В. Это расстояние называется Trail или выкат (выбег) переднего колеса, иногда его можно найти в каталогах. Итак, зная Trail, считается коэффициент устойчивости (управляемости) (К у), который равен: Trail (Т), деленный на сумму, состоящую из длины базы велосипеда (G) плюс Trail (Т), результат деления умножается на 100%. Теперь формула: К у =(Т/)*100%
(1)
, все очень просто. У современных велосипедов Ку лежит в диапазоне от 5% до 7,5% и выбирается обычно значение близкое к границе устойчивости, по весьма прозрачной причине - таким велосипедом легче управлять.5. Геометрия байка меняется при работе амортизации
В момент торможения, когда байк "клюёт носом" при сжатии амортизационной вилки, база уменьшается, но Trail уменьшается ещё больше, а, следовательно, уменьшается и К у. Выходит, что при торможении байк становится более управляемым, но и менее устойчивым. То же самое происходит при педалировании стоя, когда байкер приближает корпус к рулю и при спуске со склона, особенно если переднее колесо интенсивно притормаживается.Если теперь нагрузить тяжелым грузом (симпатичной девушкой) багажник или уменьшить ход задней подвески (поставить более короткий амортизатор) у двухподвеса, то ситуация поменяется прямо на противоположную. Trail увеличится, Ку возрастет, байк станет более устойчивым, но им будет труднее управлять. Это наверняка знакомо многим вело туристам. С хорошо нагруженным багажником, байк прет как танк, особенно если хорошо разогнаться. Но повернуть или проехать по извилистой тропинке на малой скорости, ой как нелегко. Сейчас многие байки для экстрима имеют длинные дропауты задних перьев, которые позволяют сдвигать заднюю ось в широких пределах или ставить колесо меньшего диаметра, не 26, а 24 дюйма. Не удивительно, что при этом меняется устойчивость и управляемость велосипеда. Появились уже первые трейловые байки, геометрию которых можно изменять прямо на ходу в широких пределах. Например, новинка сезона, байк BIONICON EDISON. С помощью промышленного клапана который применяют в устройствах пневмоавтоматики и пневмолиний геометрию рамы можно менять на 6 градусов! Угол наклона рулевой трубы 67,5°...73.5°. Угол наклона подседельной трубы 71°...77°. Ход вилки 69мм...147мм, ход задней подвески 142мм при колёсной базе 1056мм. На одном и том же байке теперь можно и катить в кросс-кантрийном стиле и эффектно спускаться с крутого склона.
6. АпгрейдЗамена амортизационной вилки и заднего амортизатора на более длинные или короткие влияет на устойчивость и управляемость байка. Это следует обязательно учитывать.
7. Длина верхней трубы
Длина верхней трубы определяется, как расстояние от оси рулевой трубы до оси подседельного штыря. Это расстояние, вместе с длиной выноса, во многом определяет посадку велосипедиста. И, кроме того, она так же влияет на развесовку велосипеда. Длинная труба способствует разгрузке переднего колеса, - могут начаться проскальзывания при поворотах. Более короткая, - может привести к тому, что колени станут задевать руль при педалировании способом "танцовщица". Любители кросс-кантри выбирают длинную трубу и длинный вынос (100...130мм) для получения низкой, растянутой посадки. Это усложняет прохождение поворота и преодоление сложных участков, но главная борьба, обычно происходит на подъемах. Для скоростного спуска и фрирайда сочетают слегка укороченную верхнюю трубу с коротким выносом. Поэтому на склоне, рейдер сдвигается далеко назад и обеспечивает правильное распределение нагрузки между колёсами. Кроме того, дополнительная загрузка переднего колеса, когда райдер слегка перемещается вперёд, помогает проходить техничные участки.
8. Наклон верхней трубы
Задает, прежде всего, высоту стендовера - безопасное расстояние от жизненно важных органов байкера до верхней трубы рамы. Это очень важно в экстремальных видах спорта. Кроме того, уменьшается строительная высота рамы и, как следствие, возрастает её жёсткость и прочность, что играет роль в прыжковых дисциплинах и жестком фрирайде. В последнее время заниженная верхняя труба используется в шоссейных и кроссовых велосипедах. Это позволяет уменьшить количество размеров выпускаемых рам и их вес.
9. Длина нижних перьев
Она определяется по линии, параллельной земле, от оси каретки до оси задней втулки. Длина нижних перьев влияет на развесовку и динамику байка. И, неважно, сидит байкер в седле или стоит на педалях, в этом отличие влияния длины перьев на развесовку, от наклона подседельной трубы. Ведь, когда байкер встает с седла, наклон подседельной трубы уже не влияет на распределение нагрузки между колёсами. Короткие перья нагружают заднее колесо и увеличивают его сцепление с грунтом, а также делают задний треугольник более компактным, поджатым и жестким. Байк легче взбирается в гору, быстрее проходит, повороты и разгоняется. У прогулочных велосипедов и турингов база обычно увеличена и задний треугольник растянут. Это ухудшает динамику и требует большей затраты энергии для того, что бы забраться в гору. Но на это приходится идти, что бы разместить на багажнике большой и объемный вело рюкзак (штаны) и не задевать его пятками при вращении педалей.
И ещё пару слов о различии в геометрии байков для разных стилей катания.
Чем острее байк "заточен" под скоростной спуск и жесткий фрирайд, тем длиннее ход его амортизаторов, острее угол рулевой трубы, больше колесная база и выше кареточный узел. Байк для дерта, имеет укороченную подседельную трубу, заниженный стендовер (расстояние от земли до середины подседельной трубы) и короткий вынос. Это полезно для безопасности и удобства рейдера при выполнении прыжков и трюков и для большей прочности рамы.
Юрий Разин
PS. Выражаю благодарность Алексею Маджуге за ценные советы и рекомендации по особенностям геометрии современных байков
Выбрать правильное давление в колесах вашего велосипеда просто, не так ли? Накачать до рекомендованного уровня и готово. Оказывается, все не так просто.
Покрышки выполняют множество функций. Они обеспечивают сцепление с дорогой для безопасного управления и передвижения. На дороге они обеспечивают немаловажную амортизацию, предохраняющую вас от ударов и ям. Они должны быть достаточно жесткими, чтобы не прокалываться при малейшей вероятности, но и достаточно тонкими и легкими, чтобы без затруднений катиться. Все эти функции обеспечиваются давлением в камерах, а также непосредственно дизайном и конструкцией покрышек.
Когда вы садитесь на велосипед, давление в камерах колес увеличивается. Если это давление будет слишком большим, камеры (или бескамерные покрышки) могут погнуть обода, и спровоцируют сложности в управлении велосипедом, увеличив сопротивление качению и риск проколов. Если они недостаточно накачаны, езда будет очень резкой: поверхность сцепления резины с дорогой будет очень мала.
Нужно найти идеал где-то посередине, между этими двумя крайностями. Как это сделать?
Золотая середина
Если существует оптимальный уровень давления, он зависит от вашего веса и типа езды.
Инженер Франк Берто, который исследовал этот вопрос еще в конце 1980-х вывел формулу на основании веса, ложащегося на каждую камеру.
Будучи велотуристом, Берто, вероятно, был заинтересован больше в комфорте, чем в скорости, поэтому его идея состоит в следующем: он рекомендует к использованию более низкое давление в камерах, чем большинство из нас обычно использует.
Падение давления в камерах измерять тяжело, но Берто выполнил замеры и составил график, необходимый для снижения давления на 15%, в зависимости от веса и ширины камер. Вот график его рекомендаций, демонстрирующий соотношение давления и нагрузки на колеса для каждого стандартного размера камер шоссейного велосипеда.
Вес имеет значение
Важно помнить о двух вещах. Первая - что действительная ширина камеры не всегда соответствует указанной. Когда Берто изначально выполнял работу по снижению давления в камерах, у производителей была большая проблема с неправильной маркировкой камер, т.к. проще всего заявить, что у вас самая легковесная 23мм камера, если промаркировать 21мм камеру как 23мм. Сейчас все немного не так, но бывает что камеры все же маркируются ошибочно.
Вторая - что нагрузка колес индивидуальна. Если вы весите 72 кг, а ваш велосипед 8 кг, то общая масса давления на камеры составляет 80 кг, но она распределяется не равномерно. Обычно на заднее колесо приходится большая часть веса, между 55 и 66 %.
Чтобы рассчитать правильное давление, вам необходимо измерять нагрузку на каждое колесо. Поставьте весы под одно колесо и деревянные доски, книги или старые журналы под второе, чтобы велосипед находился на одном уровне. Слегка облокотитесь о стену для баланса и сядьте на велосипед как вы обычно это делаете. Попросите кого-то еще помочь вам прочитать данные на весах. Повторите то же со вторым колесом.
Если заднее колесо весит 44 кг, а переднее 36 кг (распределение веса 55:45 %), а ширина камеры 25мм, то, согласно графику, вам необходимо поддерживать давление 90psi в заднем колесе и 70psi в переднем.
Возможно, для вас это слегка более низкие показатели, чем обычно, поэтому можете думать об этом как о стартовой точке, с которой вы можете начать определять, как вам будет комфортнее.
Если вам лучше с более низким давлением, вы можете взять более тонкие камеры; если лучше с более высоким, используйте более широкие камеры, если ширина рамы позволяет.
Альтернатива
Как я уже упоминал, такой подход довольно спорен. Другой инженер, покойный Джобст Брендт, автор ‘The Bicycle Wheel’, написал в новостной группе: «Берто, кажется, не учитывал, что на жестких поворотах и грубых покрытиях дорог требуются более накачанные шины, чем при обычной комфортной езде».
Брендт также скептически отнесся к замечанию Берто о том, что переднее и заднее колеса должны отражать нагрузку на них. Он писал: «Я всегда езжу на максимально накачанных колесах, т.к. на горных дорогах всегда представляют опасность "змеиный укус". Если спускаться с жестким торможением, переднее колесо будет нести на себе весь велосипед, а заднее будет находиться в подвешенном состоянии. То же происходит и на резких подъемах, когда держишься руками очень близко к переднему колесу».
В последнее время журнал Bicycle Quarterly провели несколько исследований и выяснили, что максимальная накачка камер не дает преимуществ в скорости. Уже было известно, что при проведении измерений на ровной поверхности сопротивление кручению почти не выходило за рамки при определенном давлении. При испытаниях в реальной среде оказалось, что при очень высоком давлении в камерах сопротивление качению не снижается больше.
Выбор
Итак, к чему мы пришли? Думаю, надо взять на заметку 4 совета.
Если вы катаетесь в расслабленной манере - короткие переезды по городу, плавные поездки по дорожке - тогда вы можете позволить себе кататься на камерах с низким давлением.
Если говорить о другой крайности, не пытайтесь обязательно накачать камеры до предела для гонок или тайм триалов. Если дорога не идеально гладкая, вы не почувствуете никаких преимуществ, и, если уж быть до конца честными, вряд ли вы вообще найдете идеальные дороги.
Между этими крайностями вам необходимо приспосабливать давление в камерах под свой стиль езды и поверхность дороги. Катаясь по ровным дорогам, вы можете оставлять низкое давление в камерах, между 15%-ными цифрами Берто и маркировкой на камерах.
На спусках-подъемах я бы последовал совету Джобста Брендта насчет равного давления в переднем и заднем колесах, если вам нравятся быстрые спуски.
Я люблю быстрые спуски, но на скорости 60 км/ч запросто получить прокол в камере переднего колеса. Но если вы не помешаны на быстрых спусках, вы можете ехать на чуть подспущенных колесах для большего комфорта.
В большинстве случаев лучше следовать подкачке камер в соответствии с указанными размерами.
Измерительные приборы
Чтобы правильно выбрать давление в камерах, понадобится какой-нибудь прибор для измерения давления. Обычно такой встроен в насос, но они часто не очень точные, особенно, если насос слегка староват и уже не один год провалялся в гараже. Поэтому, если возможно, приобретите специальный электронный измеритель давления.
От геометрии – сочетания размеров и углов велосипеда – зависит очень многое в его поведении. Например, устойчивость, управляемость, проходимость, динамика разгона, эффективное торможение, спуск с горы и подъем в гору, прохождение крутых виражей, и возможность заниматься крутым экстримом. В стародавние времена геометрия велосипеда жестко и однозначно определялось геометрией рамы. Сейчас совсем не так. С появлением передней и задней подвесок геометрия байка стала зависеть и от них. Ход, жесткость, демпфирование и настройки амортизаторов изменяют геометрию и поведение велосипеда прямо на ходу! Дабы не углубляться в дебри, а просто окинуть густой лес небрежным взглядом знатока, рассмотрим основные моменты (смотри рис. ниже).
А - подседельная труба, B1 - подседельная труба, В2 - эффективная длина верхней трубы, С - нижние перья, R - смещение вилки, Е - угол наклона рулевой трубы, F - угол наклона подседельной трубы, G - база, Н - стендовер, Т - выкат/вылет передней вилки (Trail), Z - высота каретки
1. Угол наклона подседельной трубы во многом задает посадку байкера и удобство вращения педалей: если труба торчит вертикально, и каретка находится точно под седлом, педалировать неудобно, некуда девать бедра. Этим же параметром определяется «развесовка» байка, распределение нагрузки на переднее и заднее колесо. Чем меньше угол наклона от горизонтали, тем больше нагрузка на заднее колесо, и меньше - на переднее. На крутом подъеме, если байкер сидит в седле, переднее колесо может полностью разгрузиться и потерять контакт с дорогой. Велосипедист рискует опрокинуться на спину. А на крутых спусках все происходит с точностью наоборот. Переднее колесо загружается, и, чем дальше назад смещен байкер, тем устойчивее велосипед, и меньше вероятность падения через руль. Считается, что угол наклона подседельной трубы в 73 градуса (плюс-минус 1-2 градуса) обеспечивает правильную, удобную посадку и распределение нагрузки. Этот угол точно подобран для идеального байкера с длиной бедра 32 дюйма (813 мм). Для большего удобства и подгонки байка к велосипедисту с индивидуальными ростом, длиной рук и ног и т.д. можно заменить прямой подседельный штырь на изогнутый (Thomson). Или просто сдвинуть седло вперед или назад. При правильно установленном седле нога в нижнем положении практически полностью распрямляется.
2. Высота каретки определяет клиренс велосипеда – зазор между дорогой и педалью, когда шатун опущен вертикально вниз. Слишком малый клиренс не позволяет сильно наклонять байк при скоростном прохождении поворота, можно зацепиться педалью или звездами системы за камень, кочку, корень, ускоряясь на выходе из виража. Поэтому байки для разных стилей катания имеют разную высоту каретки над землей, для DH и фрирайда каретку поднимают повыше, на 34-36 см от земли. В качестве конкретного материала предлагается Таблица № 1, которую любезно предоставил Алексей Маджуга, где на примере велосипедов KONA показано, как меняются размеры от назначения байка и стиля катания.
Кросс-кантри хардтейлы |
Кросс-кантри двухподвесы |
Велосипеды бэк-кантри (трейловые байки) |
Велосипеды для фрирайда со средним ходом подвески |
Велосипеды для даунхилла |
|
Ход амортизаторов |
200мм/203 мм |
||||
Высота кареточного узла |
|||||
Угол рулевой трубы, градусы |
|||||
Длина колесной базы |
Примечание . В связи с явным прогрессом в устройстве и работе амортизационных вилок и задних амортизаторов и созданием «стабильных платформ», ход амортизаторов в последние годы увеличился и, вполне возможно, увеличится еще больше. Кроме того, чем выше расположена каретка, тем выше надо поднимать седло, тем больше становится высота велосипеда, выше располагается центр тяжести системы байк + байкер, что влияет на устойчивость и управляемость. На высоком байке проще сохранять равновесие. При входе в вираж высокого байка угол отклонения от вертикали, необходимый для компенсации силой тяжести центробежной силы, возникающей от движения по кругу (радиусу), будет МЕНЬШЕ, чем у низкого байка. Это следует из самой элементарной геометрии. На высоком велосипеде проще гонять по узким лесным синглтрекам, его легче «укладывать» в крутые виражи. Повторимся: для прохождения виража на заданной скорости и по заданному радиусу высокий байк надо наклонять вбок на меньший угол, чем низкий. Но при торможении и спуске картина получается обратной. На крутых подъемах, спусках и при резком торможении передним тормозом высокий велосипед имеет больше шансов потерять равновесие, опрокинуться назад или перевернуться через руль. Чтобы уменьшить этот вредный эффект, увеличивают базу велосипеда – расстояние между осями колес. Заодно получают большую мягкость и плавность хода, байк меньше подпрыгивает на колдобинах, корнях и кочках. Но длиннобазный байк обладает большей курсовой устойчивостью и хуже вписывается в крутые виражи. При низком расположении центра тяжести и длинной колесной базе ухудшается сцепление шин с дорогой (грунтом), и при агрессивном катании колеса будут пробуксовывать или уходить в занос. Во время поворота полезно иметь одинаковое сцепление обеих колес с дорогой, значит, центр тяжести должен находиться посредине колесной базы. Для улучшения управляемости и маневренности приходится «играть» с углом наклона рулевой трубы и уменьшать выкат переднего колеса (вылет, Trail).
3. Угол наклона рулевой трубы отсчитывается от горизонтали. Отметим следующее: чем больше этот угол, чем ближе к вертикали стоят перья вилки, тем быстрее разгоняется велосипед, тем лучше вилка отрабатывает мелкие неровности дороги. И наоборот, чем угол меньше, чем более полого (острее) расположены перья вилки к поверхности, тем хуже динамика и управляемость, зато вилка легче проглатывает крупные колдобины и кочки, и они меньше влияют на движение байка. Если в кросс-кантри угол рулевой обычно 71-69 градусов, а длина колесной базы – 100-107 см, то в DH это соотношение будет около 64-65 градусов и 110-117 см (смотри Таблицу №1). Малый угол наклона передней вилки в сочетании с большой длиной перьев, как у велочопперов, приводит к ухудшению маневренности, эффективности управления, увеличению минимального радиуса виража и необходимости поворачивать руль на больший угол. Влияние выката вилки и угла наклона рулевой трубы на байк можно посмотреть в главе «Устойчивость и управляемость».
4. Геометрия байка меняется при работе амортизации. В момент торможения, когда байк «клюет носом» при сжатии амортизационной вилки, база уменьшается. В результате байк становится более управляемым, но менее устойчивым. Если нагрузить тяжелым грузом багажник, или уменьшить ход задней подвески (поставить более короткий амортизатор) у двухподвеса, то ситуация поменяется на противоположную. Байк станет более устойчивым, но им будет труднее управлять. Это наверняка знакомо многим велотуристам. Уже появились уже первые трейловые байки, геометрию которых можно изменять прямо на ходу в широких пределах. Например, байк BIONICON EDISON. Замена амортизационной вилки и заднего амортизатора на более длинные или короткие влияет на устойчивость и управляемость байка. Это следует обязательно учитывать. Более подробно эти моменты можно посмотреть в главах: «Устойчивость и управляемость» и «Геометрия для фрирайда».
5. Длина верхней трубы определяется как расстояние от оси рулевой трубы до оси подседельного штыря. Эта длина вместе с длиной выноса во многом определяет посадку велосипедиста. Кроме того, она влияет на «развесовку» велосипеда. Длинная труба способствует разгрузке переднего колеса, из-за этого могут начаться проскальзывания при поворотах. А короткая приводит к тому, что колени задевают руль при педалировании способом «танцовщица». Любители кросс-кантри выбирают длинную трубу и длинный (100-130 мм) вынос для получения низкой, растянутой посадки. Это усложняет прохождение поворота и преодоление сложных участков, но ведь главная борьба обычно происходит на подъемах. Для скоростного спуска и фрирайда сочетают слегка укороченную верхнюю трубу с коротким выносом. Поэтому на склоне райдер сдвигается далеко назад, чем обеспечивает правильное распределение нагрузки между колесами. Кроме того, дополнительная загрузка переднего колеса, когда райдер слегка перемещен вперед, помогает проходить техничные участки.
6. Наклон верхней трубы задает, прежде всего, высоту стендовера - расстояния от верхней трубы рамы до земли, и величину безопасного расстояния от жизненно важных органов байкера до верхней трубы рамы. Это очень важно в экстремальных видах спорта. Кроме того, при уменьшении высоты рамы возрастает ее жесткость и прочность, что играет важную роль в прыжковых дисциплинах и жестком фрирайде. В последнее время заниженная верхняя труба используется в шоссейных и кроссовых велосипедах. Это позволяет уменьшить количество размеров выпускаемых рам и их вес.
7. Длина нижних перьев определяется по параллельной земле линии, проходящей от оси каретки до оси задней втулки. Длина нижних перьев влияет на развесовку и динамику байка, при этом неважно, сидит байкер в седле или стоит на педалях. Когда байкер встает с седла, наклон подседельной трубы уже не влияет на распределение нагрузки между колесами. Короткие перья нагружают заднее колесо и увеличивают его сцепление с грунтом, а также делают задний треугольник более компактным, поджатым и жестким. Байк легче взбирается в гору, быстрее проходит повороты и разгоняется. У прогулочных велосипедов и турингов база обычно увеличена, и задний треугольник растянут. Это ухудшает динамику и требует большей затраты энергии для того, чтобы забраться в гору. Но на это приходится идти, чтобы разместить на багажнике большой и объемный велорюкзак (штаны), и не задевать его пятками при вращении педалей. И еще пару слов о различии в геометрии байков для разных стилей катания. Чем острее байк «заточен» под скоростной спуск и жесткий фрирайд, тем длиннее ход его амортизаторов, острее угол рулевой трубы, больше колесная база и выше кареточный узел. Байк для дерта имеет укороченную подседельную трубу, заниженный стендовер и короткий вынос. Это полезно для безопасности и удобства райдера при выполнении прыжков и трюков и для большей прочности рамы.
Юрий Разин. PS. Выражаю благодарность Алексею Маджуге за ценные советы и рекомендации по особенностям геометрии современных байков.
20 мая 2009 выходит в свет второе издание книги Современный Велосипед. Книга сильно переработана и обновлена. Но обложка без изменений. В Петербурге книгу можно будет купить в сети магазинов Буквоед, а также в велосипедных магазинах города, а в регионах вы сможете ее заказать через интернет магазин www.tuloma.ru
Нашёл мегазачётную статью о влиянии различных параметров геометрии рамы велосипеда на его поведение.
Геометрия рамы велосипеда влияет на его поведение существенным образом. В этой статье мы расскажем как узнать что представляет собой рама вашего велосипеда.
Велосипед — это замечательная вещь. Возьмите два колеса вместе с кучей тросиков, прилепите это к раме и получится настоящее произведение сантехнической арматуры. Теперь прилепите какую-либо сидушку — чем уже, тем лучше — и добавьте трубу впереди, чтобы держаться руками. Вмонтируйте кучу шестерней, шатуны, топталки и цепь и поехали… не забудьте накачать колёса. Вот и получилось персональное средство передвижения. Отлично, для торможения ещё пригодяться тормоза и для удобства будут также уместны переключатели. Но, в действительности, всё что есть в велосипеде: несколько труб, несколько тросов, несколько шестерёнок и цепь, и немножко резины и пластик. Замечательно, что это вообще работает.
Но, если простой велосипед это впечатляющее проявление искусства инженеростроения, то горный велосипед — настоящее чудо! Давайте взглянем на это поближе. Любой старый велосипед едет, останавливается и иногда поворачивает — это стало известно ещё столетие назад. Горный велосипед отличается тем, что всё это можно проделывать на любой поверхности, чего люди ранее и предположить не могли. Также частью этих возможностей достигается благодаря современному производству и материалам — многое зависит от особенностей рамы, потому что дизайн рамы влияет на то, где все остальные компоненты велосипеда будут прилеплены, на отношение руля к седлу, седла к каретке, руля к углу переднего колеса, каретки к земле и так далее.
И всё приходит к геометрии рамы — к обманчиво простому набору углов и длин, которые диктуют то, как все различные части горного велосипеда будут работать вцелом. К счастью, геометрия рамы — сложный комплекс правил, который поддаётся некоторым научным принципам и немножко везению дизайнеров. Познать это, значит вспомнить последние классы математики: синусы и косинусы. Над этим можно сломать голову, поэтому чтоб вас уберечь от этого, ниже прилагается полный гид по этому вопросу.
Разработчики горных велосипедов стоят лицом к лицу с тернистым набором проблем, которые доставляете им ВЫ?! Если быть более точным, то это ваш вес и где находится ваш центр тяжести. Любой велосипед с велосипедистом на борту это тяжёлая и нестабильная конструкция. Всё в порядке, пока вы катетесь по ровной асфальтной поверхности и ваш вес довольно равномерно распределён между двумя колёсами и всё это легко контролировать. Попробуйте выехать на внедорожье и правила меняются. Вместо равномерного распределения веса ситуация меняется косвенным образом — то 100% веса приходится на заднее колесо, а через миг 100% — уже на переднем. Как только меняется поверхность, опытный велосипедист перемещает вес для контроля над велосипедом и комфортного педалирования. Но начинающий байкер не справится с изменением рельефа в 45 градусов даже на двухподвесном велосипеде с злыми покрышками. Однако, для дизайнеров велосипедов, задача остаётся таже — нужно сделать такой велосипед, чтоб любой мог сказать — это произведение искусства!
Веский вопрос
Если всего этого недостаточно, амортизаторы также могут помочь справиться с проблемами. Теперь не только велосипедист перемещает центр тяжести, но также над этим вопросом работают амортизаторы. Когда работает передний, задний или оба амортизатора, эффективность геометрии рамы также изменяется. Строение амортизаторов должно принимать во внимание то, как велосипед будет вести себя в различных сиутациях, учитывая любые комбинации веса велосипедиста и реакцию амортизаторов. И всё это стоит в основе требований геометрии рамы любого байка — чтобы сделать посадку педалирования эргономичной, достигнуть комфортного движения, управления и торможения.
Сложите все эти факторы вместе и вы начнёте видеть, что логика строения горного велосипеда очень сложна. Чтобы более близко изучить важность геометрии велосипеда, прочтите ниже АНАТОМИЯ ГОРНОГО ВЕЛОСИПЕДА.
АНАТОМИЯ ГОРНОГО ВЕЛОСИПЕДА
Велосипедные понятия:
— Стабильность показывает сколько велосипедисту нужну преложить усилий, чтобы сохранять прямолинейность езды. Большая стабильность в основном хороша при фрирайде на целый день и в даунхильных гоночных машинах, в то время как на техничных участках трассы нужен велосипед, который можно легко переместить в сторону.
— Быстрота — как быстро велосипед реагирует на манёвры велосипедиста. Почти похоже на стабильность, но не совсем то же самое — идеально иметь стабильный вельчик, который также быстр в узких и извилистых условиях.
— Зазор — расстояние между кареткой и поверхностью почвы (скалы, корни, кочки и другие препятствия). Увеличение зазора обычно уменьшает стабильность велосипеда и наоборот — более стабильный велосипед должен иметь более низкую каретку.
— Сцепление — то, как легко заднее колесо цепляется за поверхность. Зависит от распределения веса велосипедиста и от факторов дизайна рамы, таких как угол подседельной трубы (подседельный угол), длина нижней трубы задних перьев и расстояния между колёсами (база).
ДЛИНА ВЕРХНЕЙ ТРУБЫ — расстояние между центрами рулевой колонки и подседельного штыря, воображаемая линия, идущая параллельно земле. Различные по размеру рамы отличаются как длиной, так и шириной.
БАЗА — расстояние между передним и задним эксцентриками колёс. Более длинная база, значит меньшая манёвренность и большая стабильность, и более короткая, значит более быстрый и вёрткий велосипед.
Эффект длины базы:
ДЛИНА ВЫНОСА — меряется от центра руля, до центра рулевой колонки. Длина выноса может оказывать существенное влияние на то, как реагирует ваш велосипед на повороты руля, также тут влияют другие факторы: длина верхней трубы, и рулевой угол. В основном, более короткий вынос лучше для большей манёвренности, более длинный — делает повороты более трудными и непредсказуемыми.
Эффект длины выноса:
ВЫСОТА КАРЕТКИ — расстояние между землёй и центром каретки (ЗАЗОР). Более низкая каретка даёт большую стабильность — легче тормозить — но больший ризк зацепить педалью земляные препятствия. Более высокая каретка придаёт больший зазор, лучше поворачивать, но меньшую стабильность.
Эффект высоты каретки:
ДЛИНА ЗАДНЕГО ПЕРА — расстояние между кареткой и осью задней втулки. Существует небольшая разница между велосипедами в длине заднего пера — длина обычна коротка насколько это возможно. Более короткое заднее перо рамы придаёт большее сцепление заднего колеса с поверхностью почвы и меньшую пробуксовку.
Эффект длины нижней трубы пера:
ПОДСЕДЕЛЬНЫЙ УГОЛ — угол между подседельной трубой и линией, параллельной земле. Меньшее число — ленивый угол — вес велосипедиста перемещается на заднее колесо и увеличевается сцепление, но уменьшается скоростная сила. Более крутой угол, перемещает вес гонщика вперёд, заставляя работать амортизационную вилку и обеспечивет лучшую посадку для быстрго и агрессивного педалирования.
Эффект подседельного угла:
РУЛЕВОЙ УГОЛ — угол между рулевой колонкой и линией, параллельной земле. Более меньший показатель — ленивый угол — придаёт более медленное, раслабленное управление велосипедом. Большее число — крутой угол — значит более быстрое реагирование на манёвры. Однако, реагирование на повороты руля также зависит и от других факторов, таких как длина, зазор и уход вилки (смотрите ниже) и длина выноса.
Эффект величины рулевого угла:
ЗАЗОР ВИЛКИ — расстояние между центром втулки переднего колеса и воображаемой линии, проведнной через рулевую колонку. Зазор — это характеристика вилки, а не рамы, но в комбинации с рулевым углом и длиной выноса, влияет на ответ велосипеда на повороты руля. Более короткий зазор делает велосипед более управляемым, более длинный зазор — придаёт стабильность велосипеду.
УХОД ВИЛКИ — Почти то же самое, что и зазор вилки. Меряется от точки соприкосновения переднего колеса до точки соприкосновения с землёй воображаемой линии, проведённой через рулевую колонку. Как и зазор, уход вилки влияет на поведение велосипеда при поворотах рулём. Разница в том, что в то время как зазор — постоянная величина, уход становится короче при амортизации передней вилки.
Эффект длины зазора и ухода вилки:
В процессе эксплуатации велосипеда на раму действуют нагрузки, которые многократно повторяются. Эти циклические нагрузки возникают от неровностей дорожного полотна: ямы, кочки, выбоины в асфальте и др. Когда в различных конструкциях начали использовать алюминиевые сплавы (особенно в авиации и космонавтике), то проведённые исследования показали, что однократная нагрузка не вызывает деформаций и разрушения материала, но определённое количество циклов нагрузок в материале конструкций вызывало деформацию, трещины и последующее за этим разрушение.
Это явление характеризуется термином «усталостное разрушение». Количество циклов нагружения, которое приводит к разрушению назвали «усталостной долговечностью».
Те же исследования показывали, что наличие трещин, вмятин, отверстий, сварных швов в наиболее нагруженных местах конструкции снижает долговечность самой конструкции на порядок. Такая тенденция называется «локальная концентрация напряжения». Даже небольшое отверстие в конструкции способствует увеличению напряжения рядом с собой как минимум в 2 раза, а царапина достаточной глубины в 5-6 раз. Трещина повышает локальное напряжение до предела текучести и поэтому планомерно увеличивается с возрастающей скоростью.
Насколько долговечна рама велосипеда
Такие свойства сплавов из алюминия вынуждают конструкторов рам проектировать их таким образом, чтобы напряжения в раме распределялись как можно более равномерно. Поэтому, в местах стыка труб и сварных швов увеличивают толщину труб — так называемый баттинг. Также изменяют высоту сечения трубы в плоскости, которой она наиболее нагружена, используя переменное овальное сечение. Для более равномерного распределения нагрузок применяют профилирование, гидроформинг, усиление косынками или сварку рамы из листа (технология монокок).
Стальные конструкции также испытывают явления усталости, но в меньшей мере. Стали более долговечны и имеют больший предел усталости. Они выдерживают намного большее количество циклов нагрузок, но также до определённого момента.
Вообще, долговечность алюминиевой рамы во многом зависит от сплава, из которого она сделана. Если взять две рамы из разных сплавов, имеющих между собой разницу усталостного разрушения в 1,5 раза, то соответственно одна из них прослужит на 50% дольше. Но, если на ней будет кататься человек весом в 1,5 раза больше, то срок службы обоих рам будет одинаковым. Это правило действует только если геометрия двух рам одинаковая.
Также читать на эту тему:
Чтобы соединить между собой трубы, из которых состоит рама велосипеда применяют три основных метода…
В чистом виде алюминий не используется. Существует большое количество различных сплавов, содержащих в различном процентном соотношении кремний, магний, цинк и медь…
Баттинг начали использовать ещё в 70-х годах прошлого столетия на стальных рамах, когда появились технологии изготовления труб с разной тощиной стенок по её длине. Когда алюминиевые рамы вытеснили металлические…
Впервые такую технологию применяли на стальных рамах. Монококовыми рамами называют также конструкции, где трубы свариваются между собой на отдельном участке, а не по всей длине, например в районе рулевой колонки или каретки…
Особенно такая технология эффективна при формировании герметичных пустотелых деталей велосипеда. Формирование высоким внутренним давлением жидкости осуществляется после помещения заготовки в…
