Велосипедный переключатель скоростей

Велосипедный переключатель скоростей или дерэ́йлер (через англ. от фр. dérailleur — «сбрасыватель с рельсов»), также суппорт — часть велосипедной трансмиссии, предназначенная для изменения частоты вращения и крутящего момента. Переключение передач управляется ручкой переключения.

1980: Shimano 600

В простейшем случае велосипед имеет фиксированную передачу, однако при вращении педалей максимальную мощность человек развивает в достаточно узком диапазоне частот вращения (80-100 полных оборотов в минуту). Переключение скоростей изменяет передаточное число и позволяет получать оптимальные частоты вращения педалей (каденс) на разных скоростях движения велосипеда, поэтому многие велосипеды оборудованы такими механизмами переключения.

Классический переключатель скоростей

Задний переключатель скоростей

Передний переключатель скоростей

Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобрёл известный итальянский велосипедист Туллио Кампаньоло в 1950 г. Звезды (как сзади, так и спереди) смонтированы в блоки. Передний блок звёзд называется «системой», задний блок звёзд — кассетой. Переключение осуществляется с помощью бокового смещения цепи, которое направляет её на нужную звезду. Из-за различия диаметров звезд при фиксированной длине цепи возникает провисание, которое компенсируется пружинным устройством натяжения на заднем переключателе.

Велосипед может иметь от 3 до 12 ведомых звёзд и 1—3 ведущих, что позволяет обеспечить до 36 передач (комбинаций звезд), каждая из которых характеризуется передаточным отношением. Впрочем, передачи могут повторяться (например, положения 32/16 и 22/11 эквивалентны); но такое пересечение необходимо для более удобного последовательного переключения. Кроме того, эффективность передач не одинакова: при большом перекосе цепи (например, с передней малой на заднюю малую звезды) трение и износ цепи и звёзд сильно возрастает, поэтому такими передачами активно пользоваться настоятельно не рекомендуется.

Переключатели управляются с помощью натяжения тросиков, которое регулируется специальными ручками переключения. У велосипедов до конца 1980-х — начала 90-х натяжение тросиков регулировалось непрерывно (плавно), из-за чего велосипедисту необходимо было самому определять положение ручки, соответствующее той или иной передаче. Позднее получили распространение системы индексного переключения, в которых тросик и соответствующий ему переключатель могут занимать одно из нескольких фиксированных положений. Само переключение осуществляется либо нажатием одного из двух рычагов (один для повышения, другой для понижения), либо поворотом специального кольца из одного положения в другое (как правило, в соседнее). Традиционно, рычаг переключателя скоростей «системы» находится на левой ручке руля, кассеты — на правой. Переход цепи между звездами требует вращения педалей, при неподвижной цепи передачи не переключают. Запрещается во время переключения вращать педали назад: это может привести к заклиниванию цепи и поломке трансмиссии. Задний переключатель несовместим для использования с барабанными (ножными) тормозами.

В последние годы широкое применение нашли системы с электронным управлением переключением передач (это серии комплектующих Shimano Di2, Campagnolo EPS). Эти системы позволяют свести прилагаемые к ручкам манеток усилия практически к нулю и повысить скорость и точность переключения передач. Кроме того, такие системы дают возможность переключения сразу через все звезды (это касается, в частности, технологии EPS фирмы Campagnolo, примененной совместно с задними переключателями серии Super Record). Также электронные системы переключения позволяют задавать начальные настройки трансмиссии, проводить её диагностику и, при необходимости, автоматическую настройку.

Крепление переключателя на раме

Задний переключатель крепится на раме через специальный кронштейн — петух. Его предназначение — при ударе о землю или препятствие принять повреждения на себя, чтобы не пострадали ни переключатель, ни тем более дорогостоящая рама. На титановых и стальных рамах используется несъёмный петух, приваренный к дропауту намертво; при небольших повреждениях его можно разогнуть в исходное состояние, а при поломке — приварить на место. На алюминиевые и карбоновые рамы ставятся съёмные петухи, специально изготавливаемые из хрупких сплавов. При малейшем повреждении такой кронштейн просто заменяется на новый. В процессе переключения передач из-за нагрузок, которые испытывает петух, он начинает изгибаться в сторону звёзд, что со временем приводит к нечёткому переключению скоростей. В этом случае его надо снять с велосипеда, осмотреть и если он изогнут, просто заменить на новый. При приобретении нового петуха надо учесть, какой модели был старый, т.к. далеко не все совместимы с разными рамами.

Планетарный переключатель скоростей

14-скоростная планетарная втулка Rohloff Speedhub 500/14.

Кроме классического переключателя скоростей, используется также и планетарный. По сравнению с внешним переключением его механический КПД немного ниже, но он менее подвержен воздействию внешней среды и более удобен в обращении (в частности, позволяет переключать передачи, стоя на месте), поэтому активно применяется для городских и туристских велосипедов. В городских велосипедах из планетарных механизмов чаще всего применяются комбинированные трёхступенчатые и реже восьмиступенчатые, обеспечивающие переключение трёх или восьми передач и тормоз. Долгое время трёхскоростные втулки являлись самыми лёгкими и отлаженными, но в последнее время японская фирма Shimano стала выпускать восьмискоростные модели, которые, по заявлениям компании, отлажены лучше, чем трёхскоростные.

Вмонтированная тормозная система может быть разной — ножной тормоз, роллерный тормоз или дисковый тормоз. В первом и втором случаях тормозное устройство находится внутри втулки, но управляется по-разному: ножной тормоз — движением педалей назад, роллерный — с помощью тросика. А диск затормаживается с помощью калипера; также существуют облегчённые бестормозные втулки для использования совместно с ободным тормозом. Самые дорогие модели (например, скоростные втулки Rohloff) имеют 14 передач, обеспечивая передаточное соотношение более 500 % — это сравнимо с хорошим классическим переключателем скоростей, но и масса у таких втулок составляет около 2 килограммов.

Ведущими производителями планетарных переключателей скоростей являются фирмы: Shimano, SRAM и Rohloff AG.

Переключатель совмещённый с коробкой передач

В 1904 году немецкий изобретатель Отто Луэгер на страницах "Словаря всей техники и вспомогательных наук" (Lexikon der gesammten Technik und ihrer Hilfswissenschaften) изложил вариант независимой коробки передач, которую он предлагал устанавливать на мотоцикл и велосипеды. Из-за технической сложности изготовления этот вариант не получил распространения, но велосипеды с подобными коробками передач выпускались в Чехии (Phoebus Velo Oldtimer Mutaped) и Германии (Adler). Принцип работы у данного переключателя был аналогичен планетарной втулке.

В 2006 году Кристоф Лермен и Михаэль Шмитц после обучения в учебном центре Porsche основали компанию Pinion GmBH и начали работать над различными прототипами коробок передач. В 2007 году компания Pinion GmBH запатентовала велосипедный переключатель скоростей аналогичный автомобильному. В корпусе расположены два соосных ряда шестерёнок, которые путём переключения активной шестерни меняют сцепление и передаточное число. При этом первичный вал передаёт вращение на ведущую звезду, которая через ременную или цепную передачу передаёт на колесо. Такой подход позволил увеличить диапазон и фактическое количество скоростей. Например Pinion P1.18 имеет 18 скоростей и диапазон трансмиссии 636%. Но при этом эта же модель обладала весом 2700гр и стоила 1500$ в 2017 году. В более новых моделях Pinion смогли снизить цену и вес коробок передач. На сегодняшней день рамы с креплением под коробку передач Pinion выпускают такие фирмы как Jeronimo, The Rig, Nikolai, Ghost и многие другие.