Вы хотите заняться самостоятельным обслуживанием вашего велосипеда, но опасаетесь, что ваш подход "могу сделать" превратится в "Ой, черт, что я наделал"? Прочитайте основные 10 вещей, которые следует избегать при обслуживании вашего велосипеда от Джорджа Рамелкампа (George Ramelkamp) и постарайтесь избегать ошибок.

Необходимые инструменты:

• Спицевой ключ.
• Смазка, масло.
• Шестигранные ключи на 3, 4, 5 мм.
• Выжимка цепи и инструмент для измерения износа цепи.
• Насос, манометр.
• Динамометрический ключ.
• Ключ для педалей.

1. Чрезмерное закручивание.

Не перетягивайте хрупкие болты. В наше время, в эпоху легких карбоновых компонентов и крохотных титановых болтов с головкой под ключ 5мм, очень полезно учитывать чувствительность при затягивании болтов и гаек. Рассмотрите возможность приобретения хороших ключей с регулировкой момента затягивания с подходящими головками для ключей torx и торцевых шестигранных ключей, момент 10Нм небольшой, а 5Нм еще меньше, и такие крутящие моменты в настоящее время являются рекомендованными для подседельного штыря, рулевой колонки и зажимов руля. Всегда предварительно смазывайте резьбу и основание болта, включая обе стороны шайб. В конструкциях с двумя болтами, накручивайте их понемногу поочередно, удерживая инструмент пальцами. Используйте инструмент с короткой ручкой и никогда не удлиняйте ее, а также не хватайте торцевой ключ всей ладонью и не упирайтесь изо всех сил, иначе обязательно что-нибудь сломаете.

2. Неопытный механик.

Узнайте, как правильно регулировать рулевую колонку и разберитесь, как она работает. Во-первых, никогда не затягивайте верхнюю крышку без ослабления болтов выноса руля, потому что вы просто сломаете крышку и гайку-паук или клин-расширитель, находящийся внутри штока вилки. В самом крайнем случае, клин выйдет из рулевой колонки и дальнейшие регулировки будут невозможны. Если это произошло, установите клин обратно ниже на 2 см. Далее, убедитесь, что вынос руля выступает сверху или прокладочная шайба выступает примерно на 5мм над краем выноса. Установите крышку сверху и затяните регулировочный болт, как показано на фото, но не хватайте ключ как неандерталец. В подшипниках не должно быть люфта, но вращение должно быть свободным. Прочитайте снова шаг 1 про затягивание выноса руля.

3. Сложности натяжения спиц.

Не пытайтесь выправить ваше колесо лишь затягивая спицы. Распространенная ошибка - это выравнивать колесо, без понимания всего процесса и последствий ваших действий. Конечно, единственный способ научиться - это попробовать самому, поэтому, практика необходима, но только после подкрепления достаточным количеством теоретической информации. Первым пунктом, нужно постараться убрать все боковые биения. Один поворот ниппеля спицы на стороне без цепи дает двукратный эффект в поперечном направлении, по сравнению с одним поворотом ниппеля спицы на стороне с цепью. Поэтому, чтобы не увеличить чрезмерно натяжение спиц, при поперечной регулировке делайте небольшое натяжение с одной стороны и одновременно небольшое ослабление с другой. Если вы сомнете грани на ниппеле, значит вы затянули спицу слишком сильно.

4. Предельная точка.

Не игнорируйте предельную степень износа ободов, если вы используете ободные тормоза. Последствия могут быть в прямом смысле смертельными. Многие производители ободов предоставляют какие-либо индикаторы износа - неглубокая канавка, идущая по периметру тормозной поверхности или небольшие неглубокие отверстия, просверленные в ключевых местах, обычно отмеченные ярлыком. Найдите эти маркеры и проверяйте их регулярно. Когда они станут незаметны, нужно заменить обод. Другой индикатор износа - явно заметная впадина на тормозной поверхности. Если нет индикаторов износа, измерьте толщину стенок с помощью спиц и штангенциркуля, расположите короткие обрезки спиц толщиной 2мм с обоих сторон одной стенки обода и измерьте толщину стенки со спицами штангенциркулем. Общая толщина 5мм означает, что у вас стенки толщиной 1мм. Если меньше 1мм, обод нужно заменить.

5. Берегите суставы пальцев.

Не работайте в спешке и избегайте травм в процессе работы. Когда затягиваете или ослабляете какую-нибудь тугую резьбу, посмотрите, куда направлены ваши руки и обо что могут удариться суставы ваших пальцев, если инструмент сорвется или резьба внезапно ослабнет. Если работаете с болтами шатуна или педалями, как показано на фото, всегда сначала устанавливайте цепь на большую звездочку, чтобы она покрывала зубья, которые могут нанести серьезные травмы, если удариться по ним со всей силы. Одевайте защитные перчатки или просто используйте ваши перчатки для езды во время ослабления тугих резьбовых соединений. Никогда не торопитесь. Постарайтесь встать таким образом, чтобы вы всегда тянули к себе руками, вместо того, чтобы толкать всем телом, так вы получите больший контроль, если резьба внезапно ослабнет.

6. Заклинивший подседельный штырь.

Не оставляйте без внимания ваш подседельный штырь в велосипеде навсегда (навсегда это на три-шесть месяцев). Приржавевший подседельный штырь сделает невозможным изменение высоты сиденья и продажу вашего байка без дорогостоящего ремонта. Даже если вы смазывали его, со временем смазка разрушается и происходит ее окисление, кроме того практически невозможно предотвратить попадание влаги внутрь рамы. Не только металлический штырь может приржаветь к раме, карбоновый тоже может заклинить со временем, даже если оба и рама и штырь карбоновые. Металлические штыри нужно смазывать солидной порцией смазки или специальной смеси Copaslip на участках, которые находятся в контакте с рамой, но предварительно их нужно очистить и убрать пыль, песок, грязь. С карбоновыми штырями нужно использовать специальные составы, такие как Finish Line или Pace.

7. Прикипание резьбы педалей.

Не накручивайте педали на сухую резьбу и слишком туго. Установка педалей без смазки - это прямой способ устроить себе трудности в дальнейшем, когда нужно будет их открутить. Если вы перетяните их, то скорее всего это закончится визитом в мастерскую, где вы оставите £20 или больше за работу, потому что шатун придется снять и закрепить в тисках, чтобы жестко захватить педаль. Вдобавок, когда начнется коррозия резьбы педали и педаль прочно прикипит к шатуну в месте резьбового соединения, резьба станет хрупкой и раскрошится при откручивании. Итак, при установке педалей нужно использовать достаточное количество смазки, защитную шайбу, если она нужна (если на оси педали есть только плоские грани под ключ без защитной кромки, примыкающей к шатуну) и затягивать жестко, но не перетягивать (30Нм или около 25фунтов/фут).

8. Давление в шинах.

Проверяйте давление в шинах. Езда на спущенных колесах может открыть ящик пандоры, причинить множество неудобств, а также ослабить ваш боевой дух и уменьшить скорость. Всегда проверяйте ваши шины перед выездом, некоторые камеры с тонкими стенками могут терять от 5 до 20 пси в день. Проверяйте давление либо сильно надавливая пальцем на верх шины либо щелкнув пальцем по ней. Шина должна издать глухой барабанный звук и на ощупь будет достаточно твердой, если давление правильное. Используйте хороший напольный насос с точным манометром, чтобы накачивать шины до нужного давления, затем научитесь определять на ощупь, когда вы достигли нужного давления, это нужно в тех случаях, когда вы будете пользоваться ручным насосом где-нибудь в дороге.

9. Гиблое дело.

Не ездите с незакрепленными колесами. Зафиксируйте ваши быстросъемные зажимы на осях прежде, чем отправляться в поездку - это предотвратит травму. Частая ошибка относиться к эксцентриковому зажиму на оси, как к обычной гайке, которую закручивают за ручку. Еще сильнее запутывает ситуацию то, что такой метод используется с эксцентриками DT и некоторыми типами противоугонных систем. На самом деле простое закручивание оси за ручку можно использовать лишь с данными конкретными производителями. Со всеми другими необходимым является воздействие кулачка QR-зажима при прижимании ручки на уже закрученной оси, только такой способ крепко зажимает ось и наилучшим образом удерживает колесо от самопроизвольного откручивания с велосипеда при экстремальных нагрузках. Отрегулируйте гайку оси эксцентрика, чтобы ручка эксцентрика могла проходить через верхнюю мертвую точку и жестко фиксировалась в закрытом положении.

10. Состояние цепи.

Не ездите с плохо установленной цепью. Многие производители велосипедов и обычные механики могут повредить цепь во время установки и оставить ее работать, надеясь, что все будет в порядке при "обычной эксплуатации". Такие надежды беспочвенны, так как в большинстве случаев цепь подвергается нагрузкам совсем не нормальным в течение ее короткой жизни. Действуйте в предположении, что любой дефект, вроде показанного на фото, всегда ведет к катастрофической ситуации и возможно к травме. Такое звено нужно либо заменить, либо воспользоваться универсальным соединительным звеном, они доступны для большинства цепей. Кроме того, не забывайте про изнашивание цепи. Оно может привести к раннему и неравномерному износу звездочек, поэтому периодически измеряйте износ цепи или заменяйте ее примерно каждые 2.400 км.

Двухколесный велосипед – удобное, практичное и полезное транспортное средство, которое прочно обосновалось и в городе, и в сельской местности. Помимо прямого назначения, велик широко используется в различных видах спорта. Общая конструкция идентична, если сравнивать простой городской байк, шоссейник или кросс-кантри. Простое устройство велосипеда, однако, не ограничено лишь описанием «колеса, руль, седло, педали» и включает в себя ряд тонкостей. В этой статье подробно остановимся на составных частях байка и поясним назначение каждой из них.

На чем держится велосипед

Строение велосипеда схоже с автомобильным: здесь есть несущая конструкция, на которую крепятся все рабочие узлы. Для легковой машины это кузов, а у велосипеда – рама. Тип рамы во многом определяет назначение, а ее качество отвечает за срок эксплуатации байка.

Рама велосипеда представлена ромбовидным остовом, сваренным из элементов:

• главные передние трубы – верхняя и нижняя (закрытые), изогнутая передняя труба (открытые);
• подседельная труба;
• верхние перья;
• нижние перья.

Передние трубы «сшиваются» между собой в рулевой стакан, нижние труба и перья с подседельной – в кареточный стакан, а перья между собой – в дропауты заднего колеса. По обеим сторонам передние трубы и перья приварены сверху к подседельной трубе.

Относительно подседельной трубы передняя и задняя части представлены двумя неодинаковыми треугольниками, размеры и геометрия которых зависят от типа и назначения велосипеда. Для современного ассортимента существует большое количество вариантов рам, но все они разделяются на классы:

• городские – жесткие, прочные и тяжелые;
• шоссейные – легкие;
• спортивные – устойчивые к высоким нагрузкам, прочные, ударостойкие;
• трюковые – используют для BMX-велосипедов.

Устройство горного велосипеда в картинке

Велосипеды делятся на полноразмерные и складные. Первые не имеют складного механизма, и для перевозки в метро, общественном транспорте и багажнике автомобиля их необходимо разбирать. Складные имеют, по крайней мере, один стык, по которому складывается рама. Они более удобны в перевозке и хранении, но уступают полноразмерным по ходовым показателям.

Большое влияние на эксплуатацию велосипеда оказывает материал несущего остова. Современные велосипеды выпускаются на стальных, алюминиевых и карбоновых рамах.

Сталь используют на сити-байках. Материал обладает высокой прочностью и ударостойкостью, а его недостатки – тяжесть и невысокая гибкость, из-за чего рама плохо сглаживает толчки. Все это не лучшим образом сказывается на динамике велосипеда.

Алюминий – легкий, прочный и гибкий материал. По сравнению со стальными аналогами, рамы из него обладают лучшей маневренностью и пассивной амортизацией. Легкость и прочность улучшают динамику и не создают существенного сопротивления движению. Разумеется, стоимость их будет выше.

Самыми дорогими являются рамы на основе углеродного волокна – карбона . Этот материал используется на дорогих моделях шоссейных, горных и . В числе достоинств по сравнению с металлическими конкурентами – долговечность, прочность, ударостойкость и легкость. Плюс к этому обладают лучшей маневренностью по сравнению с алюминием.

Из чего состоят колеса

Велосипедные колеса – прочные и легкие конструкции, которые дают движение и за счет вращения удерживают раму в вертикальном положении. Традиционно велосипед имеет задний привод, то есть заднее колесо – толкающее, а переднее – ведомое и отвечает за управление.

На рисунке показано, из чего состоит классическое велоколесо. Устройство простое и почти не изменилось со времен своего основания.

Схема велосипедного колеса

Втулка – центральная часть, состоит из оси, подшипников и шайб. Основное назначение – задание и удержание крутящего момента. На задние втулки закрепляются трансмиссионные звездочки. Внутреннее устройство сложнее, чем у передних, так как втулка участвует непосредственно в раскручивании колеса. На дорожных моделях, помимо этого, в задние втулки интегрирован тормозной механизм. Планетарные задние втулки имеют скрытый механизм переключения скоростей.

Обод – круглое кольцо, которое закрепляется к втулке через спицы. Геометрия обода в сочетании с натяжением спиц определяет устойчивость колеса к повреждениям и динамическим нагрузкам. Ободья для велосипедных колес изготавливают из алюминия, спицы – из легких сплавов с хромовым напылением. Традиционно головки-регуляторы натяжения спиц находятся у ободьев, но существуют и «перевертыши», которые настраиваются на втулке.

Шины состоят из камеры и покрышки. Камера – полое резиновое изделие, которое накачивается воздухом до нужного давления. С «внешним миром» она связана ниппелем, через него воздух закачивается внутрь шины. Неплохо также узнать, и чем они различаются. Для защиты камеры от остриев головок спиц поверх внутренней части обода накладывается резиновый флиппер.

Покрышка – внешняя часть шины и состоит из бортов, боковин и контактной части – протектора. В зависимости от предназначения велосипеда, устанавливаются различные типы покрышек:

• слики, полуслики – на шоссейники, для ровных дорог;
• дорожные – шины со средним рисунком протектора;
• агрессивные – покрышки с выраженным рисунком, для горных велосипедов;
• гибридные: могут использоваться и на ровном покрытии, и в бездорожье (но уступают по проходимости агрессивным).

Видимость колеса в темноте в лучах света дает катафот – оранжевая вставка на спицы. В связи с требованиями по безопасности движения катафотами оснащаются колеса всех велосипедов.

Система управления и амортизация

К основному элементу устройства велосипеда относится рулевой узел. Он включает в себя несколько составляющих:

• вилка;
• рулевая колонна;
• вынос;
• рулевая деталь.

Служит соединительным узлом для руля и переднего колеса. Устанавливается в передний стакан рамы при помощи штока. Руль вставляется непосредственно внутрь вилки, а колесо закрепляется на ушках ног – дропаутах.

Строение вилки велосипеда: амортизационная (слева) и жесткая (справа)

Для того чтобы вилка могла свободно вращаться при поворотах, внутри стакана устанавливается рулевая колонка. Она состоит из верхней и нижней чашек, подшипников и фиксирующих колец. Чашки могут быть запрессованы или накручиваться на внутреннюю резьбу стакана (на дорогих профессиональных моделях). Подшипники делятся на закрытые промышленные и насыпные шариковые. Кольца надеваются на шток вилки, который фиксируется в рулевой колонке.

Состоит из горизонтальной изогнутой трубы и вертикального штока. По форме рули разделяют на:

• прямые (для МТБ и гибридов);
• изогнутые вверх (дорожные);
• изогнутые вниз;
• бараны (на шоссейники).

Вертикальный шток руля имеет на конце разводник, который фиксирует трубу в вилке при закручивании гайки.

Вынос – деталь, которая определяет расстояние руля от рамы и крепится к регулировочной трубе. На разных моделях ставятся жесткие и регулируемые выносы. Простые велосипеды дорожного типа выносом не оснащаются. Удаленность руля влияет на посадку: чем он дальше, тем больше велосипедист принимает горизонтальное положение.

Седло зафиксировано в центральной трубе рамы подседельным штырем. Регулировка высоты позволит подобрать оптимальную посадку. Ширина седел различается в зависимости от типа велосипеда: на дорожных моделях они шире, чем у МТБ и шоссейных. Седла могут различаться по форме и длине. Снизу они подпружинены или оснащаются демпферами.

Амортизация – способность гасить колебания и смягчать ударные нагрузки. Традиционно амортизационная система находится в передней вилке, а такие велосипеды носят название хардтейлов.

Амортизация состоит из пружины и демпфера. В зависимости от используемых компонентов, вилки разделяются на несколько типов (пружина/демпфер):

• пружинные (без демпфера);
• пружинно-эластомерные;
• пружинно-масляные;
• воздушно-масляные.

Регулировка параметров вилки: длина хода (Preload), скорость отбоя (Rebound) и блокировка. Вилки без амортизации называются жесткими и ставятся на шоссейные и дорожные модели.

В дополнение к стандартной амортизации, на горные велосипеды устанавливают задний амортизатор, который сглаживает колебания рамы. называются двухподвесами.

Устройство трансмиссии и велосипедных тормозов

Трансмиссия – это то, без чего велосипед не поедет. Достаточно сложный узел, в его состав входит большая часть механизмов:

• каретка;
• ведущие звезды;
• шатуны и педали;
• цепь;
• задние звезды;
• переключатели скоростей и монетки.

Кареточный узел расположен в нижнем стакане рамы, служит соединительным узлом для шатунной пары и передних звезд. Каретка обеспечивает свободное вращение без проворачивания за счет фиксированных подшипников и сквозной оси на них. Разделяется на два типа: с открытыми подшипниками и картриджная, где весь механизм скрыт внутри корпуса.

Шатуны – детали для соединения каретки с педалями. Могут иметь два варианта крепления: шлицевое и квадратное. Двусоставные, или парные, шатуны идут комплектом с передней звездой (звездами на скоростные модели), закрепленными на правом шатуне.

Парные шатуны с креплением на квадрат

Педали – опоры для ног, через которые усилия передаются на шатуны, каретку и передние звезды. В зависимости от сферы применения различают несколько видов:

• классические, или платформы – ставятся на велосипеды начального уровня, можно использовать любую обувь, зацепление за педали за счет сил трения;
• контактные – со специальные вставками, предназначены только для велообуви, улучшенное сцепление поверхностей;
• экстремальные – для спортивного велосипеда, широкая поверхность, толщина, вставки-фиксаторы;
• педали с ремешками;
• педали-мини.

Задние трансмиссионные звезды скоростного велосипеда крепятся к втулке заднего колеса. На одну переднюю звезду приходится 2-3 задние. Маленькие звезды отвечают за высокие, а большие звезды – за низкие передачи.

Соединительным звеном между передними и задними звездами служит цепь: на велосипеде используется блочная модель Галля. Переброс цепи осуществляется с помощью переключателей, которые управляются манетками на руле. Манетки делятся на два типа – барабанные и рычажные. С переключателями их соединяют приводные тросы.

На синглспиде отсутствуют переключатели, передняя и задняя звезда в единственном экземпляре, цепь короче.

Тормоза – самая важная система, без которой велосипед выкатывать строго запрещено. Современные тормозные системы для велосипедов различных классов:

• ободные – клещи, V-brake;
• дисковые;
• барабанно-втулочные.

Ободные тормоза представляют собой зажимные устройства с колодками, воздействуют на ободья колес, замедляя их вращение. Клещевые модели имеют одно крепление, за счет движения рычага скобы сближаются, а при ослаблении раздвигаются обратно. Клещи ставятся на место закрепления крыльев. Используются как дополнительные тормоза на синглспидах и на шоссейных велосипедах.

V-brake работает по такому же принципу, но скобы находятся в закрепленном состоянии: к вилке для переднего, к перьям – для заднего тормоза. V-brake обладают большей точностью и силой торможения по сравнению с клещевыми.

Состоит из закрепленного на втулку диска (тормозная поверхность), калипера и привода – рычага и тросика. На калиперах закрепляются тормозные колодки, которые прижимаются к диску при нажатии ручки. Точность дисков выше, чем у V-brake благодаря большей поверхности торможения, меньшему ходу колодки и независимости от геометрии обода. По типу привода дисковые тормоза делят на механические и гидравлические.

Барабанно-втулочные тормоза порядком устарели, но продолжают активно устанавливаться на дорожные модели. Барабан спрятан в задней втулке и приводится в соприкосновение с колодками нажатием педалей назад. Чтобы втулка не прокручивалась, встроен специальный стопорный механизм. Эффективность торможения низкая в сравнении с ободными и дисковыми аналогами, но для односкоростных дорожников лучшего варианта не придумать.

Заключение

Велосипед – довольно обширный механизм, и состоит из большого количества узлов. При эксплуатации важным показателем является исправное состояние каждого из них. Теперь, когда знаем, как устроен велосипед, можно заниматься диагностикой, ремонтом и обслуживанием запчастей.

Как и любое серьезное изобретение, способное значительно упростить жизнь человека, велосипед претерпел множество этапов создания. О первых фазах развития этого популярного на сегодняшний день транспортного средства известно мало, а вернее, существуют разные сведения, большинство из которых являются фальсификацией.

Предыстория

История изобретения велосипеда берет свое начало еще с появления первого колеса, которое состоялось порядка 5-6 тысяч лет тому назад. Это открытие значительно упростило транспортировку, но со временем люди перешли также к использованию конной тяги.

Поскольку потребности в передвижении и транспортировке лишь возрастали, самые пытливые и прогрессивные механики и инженеры задумались о создании чего-то радикально нового.

Первый прототип

Сейчас очень сложно сказать, в каком году изобрели велосипед, ведь для этого надо определить, что именно считать первым велосипедом. Порядка четырехсот лет назад голландскому ученому-математику Симону Стевену пришла в голову, казалось бы, довольно непрактичная идея. Он подумал о применении для передвижения экипажей, но осуществление подобной задумки казалось сумасбродством, ведь невозможно определить, когда ветер будет попутным и будет ли он вообще.

Позже инженеры подумали о том, что для транспортировки можно использовать собственные силы. Первое подобное средство передвижения было построено в 1685 году часовщиком из Нюрнбера Стефаном Фарфлером. Это был трёхколёсный экипаж, для движения которого использовалась рукоятка, работающая по принципу которую должен был крутить ездок.

Первый российский прототип

Не была исключением и Россия, здесь также предпринимались попытки по созданию подобного устройства. В 1752 году крепостной ученый Леонтий Шамшуренков создал нечто напоминающее современный велосипед. Этому устройству было дано название «самобеглая коляска».

Четыре десятилетия спустя Иван Петрович Кулибин, широко известный механик, ставший создателем более 30 успешных проектов из самых различных областей знаний, изобрел трехколесную «самокатку». На этом устройстве усилия ездока передавались посредством педалей на колеса через сложную систему рычагов. Сейчас сложно сказать, где изобрели велосипед и кто был его автором, но эти первые попытки стали хорошей основой для будущего открытия.

Кто же стал первым?

Учитывая, насколько длительной и сложной была история этого популярного сейчас транспортного средства, исследователи и историки не могут достичь полного согласия в этом вопросе. Некоторые думают, что первым стал гениальный мастер эпохи Возрождения Леонардо да Винчи.

После этого великого художника и изобретателя осталось множество эскизов и макетов, значительная часть которых до сих пор не расшифрована. На одном из таких макетов великий Леонардо изобразил нечто похожее на современный велосипед. Может, стоит считать, что именно тогда началась история велосипеда?

Первый экземпляр

Официальной датой создания первого экземпляра считается 1808 год, когда парижский ученый создал устройство, состоящее из двух колес и соединяющей их деревянной перекладины, но у этого самого первого экземпляра еще не было ни руля, ни педалей. Как осуществлялось передвижение? Очень просто: ездок отталкивался от земли ногами.
Это первое устройство для передвижения было значительно модифицировано через пять лет немецким лесничим Карлом фон Драйзером, который изменил конструкцию, сделав одно из колес, а именно первое, управляемым.

Немалым вкладом в развитие велосипеда в его современном виде стало усовершенствование простого рабочего Дальзеля, который спроектировал рычажную систему передач, благодаря чему работа осуществлялась при помощи рук. Но поскольку руки ездока быстро утомлялись, Дальзель изменил свое изобретение и сделал так, что все рычажки двигались при помощи ног. Вероятнее всего, это и стало тем моментом, когда изобрели велосипед, максимально близкий к его современному виду.

Достижения Дальзеля не привели к массовому производству и использованию этого устройства, а лишь привлекли внимание фабрикантов, которые увидели в первом велосипеде интересную детскую игрушку. Они решили добавить третье колесо для безопасности ребенка, но устройство по-прежнему оставалось диковинкой и не было широко распространено.

Первый стальной велосипед

В 1865 году в Европе был создан первый стальной велосипед, инженерами которого стали французские ученые Мишо и Лальман. Тем не менее, колеса этого устройства оставались деревянными с железным ободом. В этих моделях первое колесо было значительно больше заднего (его диаметр мог достигать 1,6 м), поэтому у первых подобных экземпляров было неофициальное название «Паук».

Масса подобного изделия была порядка 35 кг, а скорость, которой оно могло достичь, равнялась от 12 до 20 км/час. Современники, использовавшие это устройство, говорили, что оно был достаточно сложным в управлении, даже сесть на велосипед было сложно.

В 1869 году у первых велосипедов появилась еще одна модификация, автором которой стал англичанин Коупер. Он просто добавил в базовую комплектацию шариковые подшипники, позволившие значительно упростить ход устройства.

Когда изобрели велосипед в его современном виде?

Окончательную форму это устройство приобрело в 1884 году, когда переднее и заднее колесо стали одного размера. Это было инициировано тем фактом, что переднее колесо, которое было намного большего заднего, вызывало множество травмоопасных ситуаций.

Новой модификации было дано название «бицикл». Он очень быстро завоевал популярность во всем мире и к концу XIX века уже был одним из самых популярных средств передвижения.

Итак, подводя итог, надо отметить, что сложно назвать точную дату того, когда изобрели велосипед, ведь он претерпел множество изменений со времени своего появления. Несомненным остается лишь тот факт, что к его созданию приложили руку очень многие люди. Наверное, можно считать велосипед коллективным изобретением. Тем не менее, это ни на йоту не умаляет того, насколько широкую популярность удалось завоевать этому средству передвижения за столь короткий срок.

На вопрос «кто изобрёл велосипед» есть, как минимум, четыре ответа:

• профессор фон Дрез – изобретатель двухколёсного самоката;
• Киркпатрик Макмиллан – кузнец, первым добавивший к «дрезине» педали;
• Пьер Лалман – мастер по изготовлению колясок, запатентовавший велосипед с педалями;
• Джон Старли – предприниматель, выпустивший первый велосипед современного образца.

Кроме того, изобретение очередных велосипедов не забывают приписывать Леонардо да Винчи и русскому фолк-персонажу Артамонову.

фон Дреза

Общепринятым на текущий момент годом изобретения велосипеда считается 1818, когда лесничий из города Карлсруэ в Бадене, немец Карл фон Дрез, описал и запатентовал своё изобретение – двухколёсную машину, приводимую в движение с помощью ног седока. Правильнее всего называть это изобретеним, но все элементы, кроме педалей и привода, были на месте: два колеса, рама с седлом, руль, позволяющий вращать переднее колесо.

Судьба изобретения одно время висела на волоске. Начав работу над «машиной для ходьбы», которую придумал ещё в 1810, в 1816 году изобретатель провёл полевые испытания, проехав на своём велосипеде почти 20 километров, восхитив жителей остроумием и скоростью передвижения. Она превышала 10 км/ч. В отличие от простонародья, городское правление не было впечатлено машиной и предписало фон Дрезу прекратить изобретение безделушек, как им казалось, под угрозой увольнения.

Потеря удачного места на государственной службе была серьёзной опасностью, и в течение нескольких лет изобретения никто не видел. «Помогли» распространению велосипеда тяжёлые годы. 1816-й год выдался засушливым. Урожаи были плохие, и деревенские жители, вслед за забиваемой скотиной, стали избавляться от лошадей. Когда пришла пора перевозить тяжести, вспомнили о причудливой коляске лесничего, и дрезина стала распространяться по округе.

Окончательно закрепил популярность изобретения баварский герцог, которому так понравилась новинка, что он профинансировал выпуск первой массовой партии, а уже в 1819 году велосипеды появились в Париже и Лондоне, где дальше и совершенствовались множеством местных механиков.

История развития

Первые упоминания о подобных механизмах встречаются уже в конце XVIII века, а неясные намёки находят даже в итальянских летописях середины 1400-х годов и в работах да Винчи. Современная хронология изобретений выглядит следующим образом:

• 1818 – фон Дрез патентует свой самокат, начинается распространение конструкции по Европе.
• 1840 – шотландский кузнец Киркпатрик Макмиллан добавляет к конструкции «машины для ходьбы» педали, но изобретение не расходится дальше окрестных деревень.
• 1860-1866 – парижанин Пьер Лалман (по другим источникам – Мишо) при ремонте самоката закрепляет на нём педали, в течение нескольких лет новое изобретение под названием «велосипед» выпускается его фирмой в объёмах 400 изделий в год.
• 1869 – проходит первая гонка по территории Франции.
• 1870 – выпуск первого полностью металлического велосипеда.
• 1876 – первый байк с приводом на заднее колесо, эксперимент англичанина Г. Бейтса.
• 1879 – первый байк с цепным приводом, который создал изобретатель Г. Лоусон.
• 1885 – старт продаж велосипеда «Ровер», полного конструктивного аналога современного велосипеда.
• 1888 – первая пневматическая шина, придумал её изобретатель Дэнлоп из Шотландии.
• 1915 – под маркой Bianchi в бельгийскую армию поступают первые велосипеды с двумя подвесами.

Формы

Самокат

Всё начиналось с простейшей рамы и одинаковых колёс. Вариантов таких механизмов было множество. Назывались они «дрезиной» или «денди-хорс» (в Англии). Отлично снимая нагрузку и позволяя перевозить значительный груз, данные изобретения закрепились на европейском рынке XIX века, дав толчок новым разработкам.

Педальный велосипед

Лишь через 50 лет появилось значительное усовершенствование – педали. Они позволили изолировать пассажира от дороги и резко увеличить скорость катания, а также обеспечить комфорт от него.

Привода не существовало, и для увеличения скорости движения – особенно по неплохим, по тем временам, городским дорогам – увеличивалась окружность ведущего (переднего) колеса. Так появились всем известные «Фарт-феннинги» – от расхожих монет, которые сильно различались в окружности – велосипеды, переднее колесо которых в несколько раз превышало задние.

Новая конструкция начала порождать новые изобретения – появились четырёхколёсные велосипеды и первые тандемы, создавались настоящие произведения искусства.

Ровер

Финальное усовершенствование – цепной привод на заднее колесо – потребовало ещё 30-ти лет разработки. За несколько десятилетий педальный велосипед, любимец денди и городских щёголей, превратился в «рабочую лошадку» и в годы Первой мировой войны активнейшее использовался по всей Европе.

Современные типы

После Первой мировой войны технический прогресс затронул и велосипеды. Ежегодно появлялись новинки, находившие своего покупателя. В 60-х годах появились гоночные модели, а в 70-х – горные байки. Рубеж 80-х и 90-х ознаменовался появлением велокомпьютеров и сложных систем переключения скоростей.

Велосипедный мир не стоит на месте, и уже появляются новые изобретения, такие как электрические велосипеды.

Заключение

История велосипеда – это история эффектного изобретения, на базе которого талантливые инженеры смогли создать современные прекрасные байки. Не так важно, кто конкретно изобрёл велосипед – фон Дрез в 1818 году, Мишо в 1860 или производители «Ровера» в 1885. Все они одинаково достойны звания «гениального изобретателя», потому что оставили свой след в истории современного мира.

January 22nd, 2018

Мы с вами некоторое время назад решали интересную задачку - . А теперь вам еще один вопрос - почему велосипед не падает?

Казалось бы, ничего сложного. Во-первых — эффект кастора , во-вторых — гироскопический эффект вращений колес. Однако американскому инженеру Энди Руина удалось создать велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. При всем при этом велосипед теряет равновесие не быстрее, чем простой велик. Отсюда вывод: оба эффекта, и кастора, и гироскопа играют важную роль в уравновешивании баланса снаряда, но не являются определяющими. Почему же все-таки не падает велосипед?

Давайте разбираться …

Для начала немного подробнее об опытах Эни Руина.

Считается, что в сохранении баланса велосипеда важнейшую роль играют два механизма. Первый — автоматическое подруливание: если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается туда же; начинает поворачивать весь велосипед, и центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Оно также возвращается и при езде по прямой, после случайного отклонения в сторону. Такое подруливание связано с конструкцией передней вилки, оси вращения руля: если мысленно продолжить ее вниз, то она пересечется с поверхностью земли перед точкой, в которой ее касается само колесо — между ними появляется угол (кастор), оказывающий стабилизирующий эффект и при возникновении направленных в сторону сил колесо стремится вернуться в исходное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колес.

Все довольно просто — однако американский инженер Энди Руина (Andy Ruina) с коллегами взялись опровергнуть оба утверждения. Они сконструировали велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. В отличие от всех «настоящих» велосипедов, у этого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что «отменяет» действие кастора. А кроме того, и переднее, и заднее колеса связаны с двумя другими, вращающимися в обратную сторону и тем самым обнуляющими гироскопический эффект (хотя данное утверждение многими оспаривается и считается в корне не верным, но )

Конечно, внешне вся эта машинка напоминает скорее какой-нибудь кастом-байк (читайте о них: «Не спеша «) или даже самокат, а не традиционный велосипед: колеса маленькие, седла нет… Но тем не менее, конструкционно это, все-таки, велосипед, с которым можно экспериментировать. Взять и подтолкнуть — и посмотреть, как быстро он упадет на бок! Как ни удивительно — не так уж и быстро; по сути, равновесие он держит не хуже обычного велосипеда, он даже демонстрирует то же автоматическое подруливание.

По результатам эксперимента авторы делают однозначный вывод: оба эффекта — и кастора, и гироскопа — играют важную роль в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба они не являются критически важными для него. Заметим, что конструкции велосипедов без гироскопического момента уже тестировались ранее, но опровержение важнейшей роли кастора в сохранении баланса велосипеда проделано впервые, и весьма наглядно.

Так отчего же велосипед не падает?

Для того, чтобы двухколесный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку площадь опоры велосипеда очень мала (в случае двухколесного велосипеда это всего лишь прямая, проведённая через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом равновесии. Это достигается с помощью подруливания: если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате велосипед начинает поворачивать и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколесный велосипед не может ехать строго прямо; если руль закрепить, велосипед обязательно упадёт. Чем выше скорость, тем больше центробежная сила и тем меньше нужно отклонять руль, чтобы поддерживать равновесие.

При повороте нужно наклонить велосипед в сторону поворота так, чтобы сумма силы тяжести и центробежной силы проходила через линию опоры. В противном случае центробежная сила опрокинет велосипед в противоположную сторону. Как и при движении по прямой, идеально сохранять такой наклон невозможно, и подруливание осуществляется точно так же, только положение динамического равновесия смещается с учётом возникшей центробежной силы. Конструкция рулевого управления велосипеда облегчает поддержание равновесия. Ось вращения руля расположена не вертикально, а наклонена назад. Кроме того, она проходит ниже оси вращения переднего колеса и впереди той точки, где колесо касается земли.

Благодаря такой конструкции достигаются две цели:

При случайном отклонении переднего колеса от нейтрального положения возникает момент силы трения относительно рулевой оси, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение.

Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.

Таким образом, осуществляется автоматическое подруливание, помогающее поддерживать равновесие. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в ту же сторону, велосипед начинает поворачивать, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а сила трения возвращает переднее колесо обратно в нейтральное положение. Благодаря этому, можно ехать на велосипеде «без рук». Велосипед сам поддерживает равновесие. Сместив центр тяжести в сторону, можно поддерживать постоянный наклон велосипеда и выполнить поворот.

Можно заметить, что способность велосипеда самостоятельно сохранять динамическое равновесие зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющим является плечо реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного из точки касания колеса земли на ось вращения вилки; или, что эквивалентно, но проще измерить - расстояние от точки касания колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землёй. Таким образом, для одного и того же колеса возникающий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик нужен не максимальный момент, а строго определенный: если слишком малый момент приведёт к трудности удержания равновесия, то слишком большой - к колебательной неустойчивости, в частности - «шимми». Поэтому положение оси колеса относительно оси вилки тщательно выбирается при проектировании; многие велосипедные вилки имеют изгиб или просто смещение оси колеса вперёд для снижения избыточного компенсирующего момента.

Распространённое мнение о существенном влиянии гироскопического момента вращающихся колёс на поддержание равновесия является неправильным. На высоких скоростях (начиная примерно с 30 км/час) переднее колесо может испытывать т. н. скоростные виляния (speed wobbles), или «шимми» - явление, хорошо известное в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Скоростные виляния наиболее опасны при езде «без рук» (то есть когда велосипедист едет, не держась за руль). Причина скоростных виляний - не в плохой сборке или слабом креплении переднего колеса, они вызваны резонансом. Скоростные виляния легко погасить, снизив скорость или изменив позу, но если этого не сделать, они могут быть смертельно опасными.

Даже если отбросить влияние велосипедиста на устойчивость, то во время езды велосипед гораздо устойчивей, чем во время остановки. Управляться он может также по-разному, и не только поворотом руля . Если вспомнить езду «без рук», то становится понятно, что факторов, обеспечивающих устойчивость велосипеда, несколько. Рассмотрим главные. Но прежде, еще одно короткое замечание: у велосипеда существуют две устойчивости и одна управляемость. Первая устойчивость — это вертикальная, вторая — продольная, или курсовая устойчивость, а управляемость — только продольная (курсовая). Само собой, чем лучше продольная устойчивость, тем хуже управляемость, и наоборот. Сложность заключается во взаимосвязи этих трех важных параметров. Один влияет на другой, другой на третий и рассказать, положим, о вертикальной устойчивости, не упоминая продольную, затруднительно. Но в любом случае, каждому практикующему велосипедисту важно сохранить равновесие, или баланс и катить в правильном направлении.

Равновесию на малой скорости или даже стоя на месте, как лихо демонстрируют некоторые умельцы, помогает геометрия вилки и рулевой колонки. Поворачивая руль, мы сдвигаем центральную линию велосипеда, проходящую через точки контакта с поверхностью переднего и заднего колес. Так мы подстраиваем ее под слегка сдвинувшийся в сторону центр тяжести велосипедиста и его верного двухколесного коня. Балансирование на месте всем хорошо известно и знакомо — это сюрпляс.

Представим себе обычный случай: велосипедист поворачивает со скоростью v по кругу с радиусом R. Для сохранения равновесия велосипедист должен наклониться на угол α от вертикали или, что тоже самое, на угол φ=90° - α от горизонтали, чтобы компенсировать центробежную силу (смотрите рисунок выше). Условия равенства сил приводят к известной еще со школы элементарной формуле ctg α=(v 2 /gR)=tgφ≤μ (1), где μ — максимально возможный в данный момент коэффициент сцепления шины с дорогой. Для реальной оценки его надо уменьшать на 20 — 25% по сравнению с многочисленными табличными значениями, g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек. Велосипедист поворачивает благодаря силам трения между дорогой и передним колесом. Если дорога скользкая или покрыта льдом, то контролируемый поворот становится затруднительным или невозможным. Вместо поворота может произойти занос переднего колеса, потеря равновесия и падение.

Пусть теперь велосипедист, спокойно катясь по прямой, ровной и гладкой дороге и любуясь проплывающим мимо пейзажем, случайно отклонился от вертикали на небольшой угол α l . Чтобы не упасть, велосипедист старается повернуть руль в сторону наклона велосипеда на угол β. Спрашивается, на какой угол надо повернуть руль, дабы не упасть? Для ответа достаточно посмотреть на рисунок выше и вспомнить любимую теорему синусов G=2R 2 sinβ (2), где G — расстояние между осями колес (база велосипеда), R 2 — радиус, по которому начинает двигаться велосипед после поворота переднего колеса. Он должен быть меньше, чем радиус, по которому спокойно и уверенно поворачивает велосипедист, отклонившись от вертикали на угол α l , согласно формуле (1). Иначе выправить равновесие не удастся. Теперь подставим формулу (2) в формулу (1). И получим: sin β=(gGtgαl/2v 2) (3). Эта очень простая формула может рассказать много полезного.

Первое. Велосипедисту, катящемуся со скоростью v и отклонившемуся от вертикали на угол α l , нужно повернуть руль на угол больший или равный углу β, который легко подсчитать по формуле (3).

Второе. Чем больше скорость велосипедиста, тем на меньший угол надо повернуть руль и для восстановления равновесия и для прохождения виража. Из этого следует, что велосипедом намного легче управлять на высокой скорости, чем на маленькой. И это хорошо известно всем, кто садился на велосипед.

Третье. Чем больше база велосипеда — G, тем на больший угол надо поворачивать руль, дабы восстановить равновесие или вписаться в поворот. И так же интуитивно ясно, что по узким, лесным извилистым дорожкам легче катить на велосипеде с малой базой.

Четвертое. Навык правильного поворота руля быстро становится автоматическим, подсознательным, и многие велосипедисты не подозревают, что даже при беззаботной езде по прямой им нужно постоянно поворачивать руль. Достаточно посмотреть на след, оставленный колесами велосипеда. Легко увидеть, что относительно прямая колея, оставленная задним колесом, всё время пересекается извилистым следом переднего. А это значит, что переднее колесо во время движения постоянно поворачивает из стороны в сторону, велосипед все время «въезжает» под регулярно падающего велосипедиста и, благодаря этому, сохраняет равновесие.

И, наконец, пятое. Если руль не поворачивается, если рулевая колонка, положим, по каким-то причинам заклинена, ездить практически нельзя (в современном понимании этого слова). Двухколесные самокаты начала XIX века, не имевшие рулевого управления, могли катить только по прямой.

И это приводит нас к любопытной аналогии между сохранением равновесия на велосипеде и удержанием швабры, бильярдного кия или авторучки («Паркер» с золотым пером, например) на раскрытой ладони. Действительно, как удержать кий? Сначала он стоит на ладони вертикально, а затем начинает отклоняться, и ладонь быстро перемещается в сторону наклона. Опора кия смещается, и он начинает наклоняться в другую сторону. Ладонь снова перемещается, и такое балансирование может длиться весьма долго.

То же самое делает и велосипедист. Но возникает естественный вопрос: чем проще балансировать — шваброй или авторучкой? Ответ не вполне очевиден, но, твердо освоив школьный курс на «хорошо», получить правильный результат несложно. Прежде всего, на что похожи стоящая швабра, авторучка и катящийся велосипед? Правильно! На перевернутый физический маятник. Вместо точки подвеса есть точка опоры. И такие перевернутые маятники всем хорошо знакомы — например, механический метроном, которым задают ритм при изучении музыки. Чем выше поднимают грузик на планке, тем больше период колебаний, и тем медленнее качается маятник метронома. А если грузик опустить вниз, к точке опоры, то период колебаний уменьшится, и маятник быстро-быстро зачастит.

С некоторыми оговорками и при малых отклонениях от вертикали его можно рассмотреть как математический маятник и написать крайне простую формулу для периода колебаний. T≈2π√l/g, где l — расстояние от точки опоры до центра масс (ЦМ). Время отклонения от вертикали на малый угол α1 равно: t=T/4≈(π/2)√l/g. Оно не зависит от массы швабры и «откормленности» велосипедиста. Прикинем: швабра имеет l=1м, 1=1,6*0,32=0,5 с. У авторучки же l=0,1 м, t= 1,6*0,1=0,16 с. А высокий велосипед — l=1,2 метра, t= 1,6*0,35=0,56 с. Результат прост и нагляден.

Точно так ведет себя и любой предмет: чем он выше, чем больше расстояние от точки опоры до центра масс (центра тяжести), тем медленнее он отклоняется от вертикали на малый угол, и тем легче им балансировать или удерживать на нем равновесие. И тут вне конкуренции велосипед «Паук», у которого центр масс располагался на высоте около двух метров. Но падать с такой высоты было больно и опасно, и «Пауки» не выжили. Поэтому намозолившее глаза выражение «низкий устойчивый силуэт» справедливо только для трех или четырех колесных экипажей. Если так говорят о двухколесных велосипедах или мотоциклах, то это нонсенс и техническая безграмотность.