Изобретаем велосипед. Как устроен велосипед

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.

Должно быть, определенной категории творческих людей весьма неприятно слышать ироническую поговорку – «подумаешь, изобрел велосипед» . Да, это средство передвижения принципиально за полтора века не изменилось, использует передачу мускульной силы человека на колесо.

Но почему так, к примеру, не говорят об автомобилях? Ведь и в этом случае принципиальная схема приведения в движение не меняется, работа новаторов направлена на совершенствование тягового двигателя, подвески, удобства управления, комфортности салона, повешение уровня безопасности и т.п.

Многие будут, наверное, удивлены, но, оказывается, немало креативных инженеров, конструкторов, дизайнеров и просто неравнодушных к велосипеду людей постоянно ищут новые решения по совершенствованию двухколесных машин, работая в тех же направлениях. И изобретений на «велосипедном фронте» очень много, причем иногда они просто поражают своей смелостью и неожиданностью.

Цепной привод становится неактуальным?

Первые велосипеды приводились в действие педалями, размещенными непосредственно на оси колеса, затем был сделан большой шаг вперед – внедрена цепная передача крутящего момента. Со временем она совершенствовалась, появилась возможность регулировки прикладываемого усилия – переключения скоростей.

Казалось бы, что еще надо, система прошла испытание временем, проста и надёжна. Но конструкторы и изобретатели не успокаиваются.

Несколько лет назад группа венгерских инженеров представила в итальянской Падуе принципиально новый вид передачи усилия с педалей на ведущее колесо. Системе дано название Stringdrive , она чем-то напоминает ременную передачу, но это лишь внешнее сходство.

При вращении педалей усилия с них передаются на фигурные рычаги, которые совершают качательные движения. На рычагах размещены каретки с двумя шкивами. Каретки могут перемещаться вверх-вниз по зубчатой планке при переключении скоростей.

С обеих сторон ведущего заднего колеса установлены подпружиненные муфты, на каждый из которых намотаны и жестко закреплены тросики, который далее проходят через шкивы на рычагах педалей и жестко крепится к раме велосипеда.

Принцип действия таков. При движении педали вперед тросики натягиваются, раскручивая муфту на ведущем колесе, которая и передает ему вращательное движение. При обратном ходе педали муфта, под действием пружины, возвращается в исходное положение, вновь закручивая тросики на свои шкивы. Попеременное действие левой и правой педалей обеспечивает ровное поступательное движение велосипеда.

Перемещение кареток по зубчатой линейке рычага обеспечивает выбор передачи крутящего момента – всего на этой модели велосипеда Stringbike 19 «скоростей».

Интересно, что переключение их можно осуществлять как в движении, так и во время остановки. Кстати, есть возможность не только синхронного изменения передачи на обе стороны рамы, но и подстройки каждой педали индивидуально – это может быть актуальным для людей, у которых, в силу анатомических особенностей, заметна разница в развитии нижних конечностей.

Отличает такой велосипед и симметричность конструкции, что повышает его устойчивость и маневренность. Испытания показали, что машина обладает отменной плавностью хода, после которого становится даже несколько неудобно ездить на велосипеде, собранном по классической схеме.

Еще одно значимое преимущество – полимерные тросики, в отличие от цепи, не нуждаются в смазке, чистке, не боятся песка и воды, а их ходовой ресурс выше, чем у цепной передачи, в 2–3 раза .

Есть и еще несколько очень оригинальных разработок передачи усилия на колесо. Например, немецкие и японские конструкторы усовершенствовали карданную передачу, которая уже применялась иногда и ранее.

Новшество в том, что они снабдили ее автоматической компьютеризированной коробкой передач, которая сама выбирает оптимальный режим движения в зависимости от рельефа трассы и дорожной обстановки. Кроме того, эти новинки фирм Yamaha и Mercedes оснащены «умными» системами освещения и сигнализации, самостоятельно включающимися при снижении общей освещенности.

Можно ли изменить раму?

Группа американских конструкторов пришла к выводу, что классическая треугольная схема рамы в ряде велосипедов – излишество, утяжеляющее общий вес машины.

В самом деле, труба, идущая от педалей к рулевой муфте, имеет постоянное напряжение лишь на разрыв , так почему бы не заменить ее прочным тросом?

Мало того что конструкция велосипеда значительно облегчается. Использование пружинного демпфера в передней части стального нержавеющего тросика и шарнирного соединения горизонтальной трубы рамы с вертикальной позволяют амортизировать удары , принимаемые передним колесом, при этом общая прочность конструкции ничуть не страдает.

Такой велосипед легко складывается практически пополам и упаковывается в чехол – очередной плюс при его хранении или транспортировке.

Но и это еще не все. Испытания показали значительное повышение КПД подобного велосипеда.

Пружина, установленная в передней части троса имеет способность аккумулировать энергию , которая ранее тратилась впустую в «мертвой» части такта вращения педалей, и даже энергию ударов, пришедшихся на переднее колесо.

Растягиваясь, тросик с пружиной несколько увеличивают колесную базу велосипеда, а сокращаясь – придают ему дополнительное поступательное усилие.

Не боимся упасть!

Движущийся велосипед сохраняет устойчивость по ряду причин, в том числе и из-за того, что вращающиеся колеса имеют гироскопические свойства – способность сохранять ориентацию своей оси в пространстве.

Но начинающему велосипедисту этого не объяснить, для него главное – преодолеть свой первоначальный страх падения – дальше все придет. Как помочь новичку, неважно, ребенок это, или взрослый, который по каким-либо причинам не освоил этой науке в детстве?

Выход один – предоставить ему двухколесный велосипед с еще большей устойчивостью, подарить несколько секунд уверенности, в течение которых он сможет удержаться или беспроблемно остановиться.

Решение напрашивается само собой – усилить гироскопическое действие колеса . Именно этим путем пошли некоторые конструкторы при создании велосипедов повышенной безопасности.

Один из вариантов – установка на одной оси с передним колесом, внутри спиц, дополнительного маховика – гироскопа .

Он раскручивается вместе с колесом при начале движения, но так как обладает большой массой и, стало быть, инерционностью, продолжает вращаться даже при значительном снижении скорости велосипеда, обеспечивая ему вертикальную устойчивость.

Воплотить такую идею в жизнь удалось группе студентов Дартмутского колледжа , они назвали свою разработку GyroBike . Кстати, их конструкция была лицензирована и вошла в серийное производство, а наименование первой модели стало брендом созданной ими впоследствии компании «GyroBike» .

Даже первичные испытания показали, что начинающие велосипедисты овладевают навыками езды на таких машинах значительно быстрее. Кроме того, подобные велосипеды – просто находка для людей с некоторыми ограниченными способностями, имеющих нарушения в опорно-двигательном аппарате.

Один лишь недостаток – гироскоп начинает вращаться только при движении велосипеда. А можно ли его раскрутить заранее, например, для самых маленьких ездоков, только осваивающих первые метры? Конечно, можно, для этого созданы колеса Gyrowheel со встроенным электрическим гироскопом.

Первой продукцией были 12-дюймовые колеса для детских велосипедов . Их компоновка обеспечивает размещение электродвигателя, аккумуляторов и массивного маховика-гироскопа. Электропривод дает возможность запуска системы стабилизации до начала движения, а значительное увеличение угловой скорости вращения гироскопа существенно увеличивает устойчивость велосипеда.

Успех первых моделей был столь заметен, что было принято решение о выпуске 16-дюймовых колес , и даже колес для стандартных «взрослых» велосипедов. Кроме того, в планах компании – кооперация усилий с производителями байков с целью выпуска фирменной модели велосипеда повышенной безопасности.

Некоторые разработчики создают даже электрические велосипеды , у которых необходимая энергия поступает с солнечных батарей, встроенных в колеса.
А если не менять принципиально конструкцию велосипеда, а придать ускорению самому ездоку? Таким путем пошли разработчики ранцевых двигателей.
Если честно, идея эта рассматривалась уже давно, энтузиастами неоднократно изготавливались самодельные устройства. Но несколько лет назад американская компания PacificWind выпустила на рынок модельный ряд ранцевых винтовых двигателей, разработанных специально для движения на велосипеде.
Идея понравилась, кстати, и любителям роликовых коньков, лыжникам, скейтбордистам.
Ранец невелик по размеру, не отличается большой шумностью, но, вместе с тем, в него заложена мощность в полторы лошадиных силы. Это дает возможность велосипедисту, без использования педалей, разгоняться до скорости более 50 км/час . Винт, в целях безопасности, имеет ограждение, оббитое мягким материалом.
Двигатель имеет интересный принцип управления – гибкий тросик соединён со специальной перчаткой, и велосипедист выбирает нужные режимы работы привода буквально «мановением пальцев».
Система очень экономична – в среднем от полутора до двух литров топлива на 100 километров пробега , при этом вес ранца – всего от 5 до 8 килограмм , в зависимости от модели и ее мощности.
Существуют и более «сумасшедшие» идеи – оснащение велосипеда портативными реактивными ускорителями – но это, скорее, лежит в плоскости экспериментального творчества, не предназначенного для повседневного использования.
Рассказ о нескольких разновидностях экстремального спорта, связанного с прыжками с большой высоты:

Это не миф — велосипеды учатся преодолевать водные преграды, позволяют своему владельцу совершать поездки по спокойной воде. И это уже – не только смелые эксперименты, а серийная модель.
Итальянская компания SBK Engineering из города Виджевано освоила выпуск комплекта, который в считанные минуты превращает шоссейный велосипед в самодвижущийся катамаран.
Весь комплект, за исключением нескольких деталей, которые постоянно закреплены на велосипеде, легко умещается в небольшой ранец, весом всего 11 килограмм . Процесс перевода велосипеда из сухопутного в «водоплавающий» занимает 10–15 минут и не требует никаких специальных инструментов.
Привод – винтовой, крепится к переднему колесу, и служит как для придания тягового усилия, так и для управления этим плавучим транспортом.
Велосипедист обычным образом садится в седло, крутит педали и управляет направлением движения, как и на суше – с помощью руля .
Вращение передается с педалей на заднее колесо, а с него, через гибкий тросик - уже на сам привод. Кстати, этот же тросик используется и в процессе сборки, для передачи усилия на насос для накачки двух входящих в комплект поплавков: достаточно сесть на велосипед, как на велотренажер, и, вращая педали, быстро накачать оба поплавка.
Грузоподъемность получающегося катамарана – до 125 килограммов , и при этом он может развивать скорость до 10 км/час – для воды это очень неплохой показатель.
Неугомонные конструктора и дизайнеры не прекращают своей деятельности по изобретению новых велосипедов. Теряешься в догадках – какие еще усовершенствования у них в разработке? Но то, что новаторские идеи у них есть и будут – в этом сомнений нет никаких.

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.

1. Рама	11. Покрышка	21. Система
2. Рулевая колонка	12. Обод	22. Цепь
3. Вынос	13. Спицы	23. Амортизатор задней вилки
4. Ручки-грипсы	14. Тормозной диск	24. Вилка задняя
5. Рога	15. Передняя втулка (ось)	25. Седло
6. Тормозные ручки	16. Тормозной суппорт	26. Подседельный штырь (глагол)
7. Манетки	17. Шатун	27. Задний переключатель
8. Тросики	18. Педали	28. Кассета (трещётка)
9. Крыло	19. Передний переключатель	29. Суппорт заднего тормоза
10. Вилка передняя	20. Каретка	30. Задний дисковый тормоз
		31. Петух

Рама велосипеда является основной несущей конструкцией в велосипеде. Есть несколько ключевых критериев, по которым классифицируются рамы: материал, тип подвески и предназначение. Большинство современных велосипедных рам изготавливается из сплавов алюминия (Al 6061, Al 7005, Al U6), стальных сплавов (HiTen, Cromo, Cr-Mo) и карбона. Благодаря использованию алюминия, конструкция получается прочной и достаточно легкой. Рамы из стали несколько прочнее аналогов из алюминия, но значительно проигрывают им в весе. Производство стальных рам дешевле и менее трудоемко по сравнению с изготовлением рам из алюминия. Производство карбоновых рам высокотехнологично и дорого. Основным преимуществом карбона является низкий вес при той же прочности, а основной недостаток - его дороговизна. Велосипедные рамы следует поделить на две большие категории: с активной и с пассивной амортизацией заднего колеса.

Под пассивной амортизацией подразумевается отсутствие отдельных узлов или шарниров, рассчитанных на срабатывание под нагрузкой. Таким образом, пассивная амортизация происходит за счет естественной гибкости материала, из которого изготовлена рама. Велосипеды, оснащённые рамой с пассивной амортизацией, называют «хардтэйлами» (от англ. «жесткий хвост»).

Рамы с активной амортизацией, т. е. имеющие какие-либо подвижные элементы, шарниры или системы шарниров в своей конструкции, принято называть «подвесами». Велосипеды, оснащённые рамой с активной амортизацией называют «двухподвесами» .

Универсальные крепления на раме используются, чтобы закрепить на раме насос, флягу для воды и другие аксессуары. На "продвинутых" рамах предусмотрены разъёмы для крепления дисковых тормозов.

Петух - это специальный металлический кронштейн, на который крепится задний переключатель. На "продвинутых" рамах петух обязательно съемный.

Рулевая колонка соединяет раму велосипеда с вилкой и позволяет вилке свободно вращаться. Рулевая колонка состоит из 2 чашек, устанавливающихся непосредственно в раму, подшипников и фиксирующих колец, устанавливаемых на шток вилки.

Руль велосипеда может быть прямым, выгнутым и шоссейным. На прямой руль иногда устанавливают “рога” - ручки по краям. Широкие рули дают больше контроля над велосипедом и повышают точность управления, но несколько «замедляют» управление. Подъем отвечает за положение райдера. Чем меньше подъем, тем более «агрессивную» позицию принимает велосипедист.

Грипсы - прорезиненные ручки на руле, которые не дают рукам соскальзывать и несколько смягчают удары от неровностей. Грипсы могут изготавливаться из резины, поролона, гелевых материалов и т.д. Ключевым различием между всеми грипсами, помимо толщины и материала из которого они изготовлены, является тип крепления грипс к рулю. «Лок-он» - грипсы с фиксирующими кольцами на торцах, которые не позволяют грипсе проскальзывать и облегчают установку. А простые грипсы держаться только за счет силы трения.

Барэнды - заглушки, вставляемые по краям руля, для предотвращения травм. Не следует недооценивать опасность, которую представляют собой торцы руля. Случаи, когда ими повреждали ноги и живот - не редкость.

Вынос руля в большой степени определяет посадку велосипедиста, его расположение относительно рамы. Варьируя подъем и длину выноса можно занять как вертикальную прогулочную, так и скоростную низкую (для меньшего сопротивления) посадку. Существуют модели выносов руля, которые можно отрегулировать "под себя" и "под ситуацию".

Манетки предназначены для переключения передач. Бывают двух видов: триггерные и грипшифты (grip-shift).

В грипшифте переключение осуществляется за счет поворота барабана переключателя вдоль оси руля, благодаря чему можно переключать сразу несколько передач в любую сторону. Недостатком же является несколько меньшая четкость работы, чем у триггерных манеток.

Триггерная манетка - это блок, располагающийся на руле рядом с ручкой, содержащий два рычага. Одним рычагом цепь перемещается в одну сторону, другим - в обратную. После каждого переключения передач, которое происходит достаточно четко, рычаг возвращается строго в то же самое положение, в котором он находился до переключения. Благодаря этому, передачи можно переключать одним пальцем, вообще не отрывая руку от руля, что удобно и актуально на дорогах со сложным рельефом, когда необходимо крепко держать руль. На данный момент, это наиболее распространенный механизм управления переключением передач.

Передний переключатель обеспечивает переход цепи по звездам системы (педальный узел: шатуны, шестерни, каретка). С помощью системы тросов он подсоединен к манеткам. Отличается надёжностью и неприхотливостью.
Переключатель позволяет поддерживать комфортный темп педалирования вне зависимости от скорости.

Задний переключатель обеспечивает переход цепи на разные звезды кассеты (звёзды на втулке заднего колеса). Задний переключатель подсоединен к манеткам также с помощью тросов, но в отличие от своего переднего собрата, он в силу конструктивных причин более подвержен воздействию воды и грязи, поэтому требует внимания и ухода.

Более дорогие модели переключателей превосходят бюджетные аналоги благодаря высокой скорости переключения, меньшим размерам и весу.

Система тросов передаёт усилие от моноблоков к переключателям скоростей и тормозной системе. В современном велосипеде обычно установлено четыре троса: к заднему и переднему тормозам, к заднему и переднему переключателям скоростей. Существует модели тормозов, где тросы заменены на тонкие гидравлические шланги, в которых находится специальное масло, передающее усилие за счет давления поршня в моноблоках.

Существуют три основных вида систем торможения:

1. Втулочные тормоза начинают работать тогда, когда велосипедист крутит педали в обратную сторону. Часто применяется в самых обычных дорожных велосипедах без механизмов переключения передач.
Преимущества: высокие грязезащищенность и износостойкость при работе в умеренных условиях. Наиболее дешёвые.
Недостатки: могут быть установлены не на любой велосипед и только на заднее колесо. При длительных торможениях, например при спуске с перевала, возможен перегрев тормоза и его выход из строя. При заметных износах деталей возможны резкие проскоки («прокруты») педалей без появления тормозящего усилия. Для замены изношенных деталей приходится выполнять довольно сложную работу по разборке-сборке втулки заднего колеса.

2. Ободные тормоза зажимают колодками обод колеса велосипеда и тем самым снижают скорость его вращения. Самые распространённые ободные тормоза имеют конструкцию, называемую V-brake .
Преимущества: дешевле, легче и более ремонтопригодные чем дисковые.
Недостатки: движение колодок не перпендикулярно ободу, а под углом в 30-40°, что связано с невозможностью размещения шарнира на одной вертикали с тормозной дорожкой обода. Такая ситуация приводит к необходимости частой регулировки тормозных колодок по мере их износа. При попадании грязи на обод снижается их эффективность.

3. Дисковые тормоза обеспечивают торможение за счет сжатия колодками специального тормозного диска, закрепленного на втулке колеса.

Преимущества: дисковые тормоза не боятся восьмерок на ободе, так как закреплены прямо на втулке колеса. Работа в более чистых условиях (грязь меньше попадает на диск, чем на обод) позволяет увеличить срок службы колодок. К тому же, обода не истираются тормозными колодками. Дисковые тормоза практически не требуют настройки, комплекта тормозных колодок хватает на достаточно длительный период.
Недостатки: по сравнению с ободными тормозами дисковые тормоза тяжелее. Стоимость их эксплуатации, не говоря о стоимости самих тормозов, заметно выше, чем у ободных. Ремонтопригодность гидравлических дисковых тормозов невысока.
Для привода тормозного механизма может быть использована как механическая, так и гидравлическая система.
Преимущество гидравлических систем в том, что они дают больше контроля над тормозами по сравнению с механическими системами, которые чаще всего вообще работают по принципу «тормозит - не тормозит».

Колёса велосипеда крепятся к раме через вилки - переднюю и заднюю.

Передняя вилка бывает двух типов - амортизационная и жесткая. Жесткую вилку чаще ставят на велосипеды, нацеленные на высокую скорость - шоссейные-спортивные, туристические и спортивные трековые модели, а амортизационную вилку, напротив, ставят на горные велосипеды и гибриды, где максимальная скорость не так важна, поскольку амортизатор поглощает не только удары, но и часть энергии от педалирования, а кроме того придаёт конструкции лишний вес. Амортизационные вилки различают по длине хода (от 40 до 300 мм) и типу амортизирующего элемента - воздушные, маслянные и эластомерные.
В эластомерных вилках роль упругого элемента играет стальная пружина, а демпфером служит полимерный стержень, располагающийся внутри нее и направляющие, в которых ходят стойки. Обладают средним весом, недороги. Но зимой консистентная смазка замерзает и вилка становится жесткой. К тому же все недорогие вилки достаточно быстро выходят из строя.
Масляные вилки также работают за счет жесткости пружины, а демпфером служит масло, перетекающее из одной полости в другую через систему клапанов. Могут обладать регулировкой сжатия или и сжатия, и отбоя. Пружинно-масляные вилки наиболее долговечны. Главный недостаток - этот класс вилок обладает наибольшим весом.
Воздушные вилки отличаются от двух предыдущих типов тем, что пружинящим элементом является не стальная пружина, а воздух. Демпфирование осуществляется масляными картриджами. В настоящее время воздушные вилки наиболее легкие. Существуют воздушные вилки высокого давления и низкого. Первые менее чувствительны к перепадам температур, вторые более износостойкие.

Задняя вилка в некоторых моделях велосипедов оборудуется амортизатором. Установить задний амортизатор можно лишь на специальную раму («подвес»), рассчитанную на это. Задний амортизатор также «съедает» часть усилий велосипедиста и добавляет веса велосипеду, но даёт дополнительный комфорт на плохих и очень плохих дорогах. Велосипеды, задним амортизатором называют «двухподвесами».

Система - совокупность комплекта передних звезд, каретки и шатунов. Обычно система состоит из трех, двух или одной звезды. У шоссейных велосипедов обычно две звезды: на 52 и 32 зуба. У горных велосипедов количество зубцов на звездах обычно 48, 38, 28 или 42, 32, 22. Некоторые системы снабжены пластиковым кольцом, предохраняющим одежду от попадания между зубьями и цепью.
Шатуны - это две «палки», к которым крепятся педали. При выборе шатунов стоит помнить о том, что у них бывают разные стандарты крепления. Самые распространенные из них: со шлицевым соединением, квадратным соединением или двусоставные. Особенностью двусоставных шатунов является то, что ведущая звезда и ось закреплены и не снимаются с правого шатуна.
Каретка представляет собой подшипниковый узел, обеспечивающий вращение шатунов с педалями и ведущими звездами относительно рамы велосипеда. Назначение кареточного узла - передавать крутящий момент от педалей к колесу велосипеда с минимальными потерями. Расположение в нижней части рамы, прямо за передним колесом, приводит к постоянному его закидыванию грязью и водой, поэтому подшипники каретки должны быть хорошо защищены от воздействия внешней среды.

Педали бывают двух принципиально разных типов:
- обычная платформа на которых нога удерживается за счет зацепления за шипы, за счет силы трения
- туклипсы, педали с ремешком для крепления ноги
- контактные педали, требующие специального крепления на велотуфлях
Последние два типа педалей значительно улучшают эффективность педалирования, поскольку усилие передается не только при нажатии на педаль, но и при подъеме ноги. Контактная педаль пристегивается к ноге особым контактом на ботинках. Езда в велотуфлях требует определенного опыта.

Цепь это самое нагруженное механическое устройство в велосипеде. Она постоянно подвержена износу и подлежит постоянному уходу, смазке и своевременной замене.

Кассета (трещётка) - это задний набор звездочек. У горных велосипедов количество зубьев на задних звездах обычно находится в промежутке от 11 до 34. Число зубьев на системе относительно зубьев на кассете называют “передаточным отношением”. На современном велосипеде в кассете может быть от 6 до 10 звёзд. Большее количество звезд дает заметный прирост возможных передаточных отношений, что позволяет выбрать оптимальную передачу для любого уклона дороги, т.е. обеспечивает велосипедисту возможность забраться на очень крутой склон.

Обод колеса. От обода зависит долговечность колеса в целом и, во многом, скорость велосипеда. Почему колеса должны быть прочными понятно, а почему же они должны быть легкими? При разгоне, силы расходуются на раскрутку колес. И чем дальше от центра вращения находится масса и чем она больше, тем большую работу приходится затрачивать на раскрутку. Особенно заметно когда скорость движения постоянно изменяются на большие значения. Например, в соревнованиях по кросс-кантри. Передвижение по городу тоже имеет достаточно "рваный" ритм, а учитывая качество многих улиц в российских городах, становится понятным и требование к высокой прочности колес.
В основном обода изготавливаются из алюминиевых сплавов. Они значительно легче стальных. При этом прочность дешевых стальных ободов крайне низка, а ободные тормоза работают с ними значительно хуже, чем с алюминиевыми.
Самые простые обода (прогулочные) обычно выполняются одностенными, то есть профиль такого обода похож на букву "U". Более совершенным типом ободов, которые могут иметь меньший вес при большей прочности, являются двухстенные (Double Wall) обода, в которых в серединке "U" добавлена горизонтальная перемычка.
Для горного велосипеда стандартный диаметр колеса 24-26, для шоссейного - 28 дюймов.

Покрышка. От неё напрямую зависят скорость и устойчивость велосипеда на разных типах дорожного покрытия. Покрышки различают по плотности резины, виду протектора и ширине.
Покрышки без протектора или с маловыраженным рисунком называют “слик”, с чистым верхом, но боковыми шипами - “полуслик” и, наконец, “шиповка” - у которых рабочая поверхность имеет ярко выраженный протектор (покрышки для горных велосипедов).
Первая пара цифр в индексе резины - это диаметр колеса, на которое она рассчитана, вторая пара - ширина покрышки. Например, 26×2,1 - покрышка на колесо 26" шириной 2,1". Чем покрышка шире, тем увереннее она будет держать велосипед в поворотах, но при этом, потеряет в накате. Чем более агрессивный рисунок у протектора, тем на более мягкую поверхность он рассчитан. Для твердых поверхностей следует выбирать резину с менее агрессивным рисунком протектора.

Втулки – одни из самых важных и, нередко, дорогих узлов велосипеда. Это закрытый от грязи и влаги подшипниковый узел, который обеспечивает вращение колеса, путём передачи усилия через спицы. Втулки подвергаются большим нагрузкам, поскольку на них и приходится вес велосипеда и седока. От их качества весьма существенно зависит накат, что очень важно - ведь велосипедист при езде тратит свои собственные силы. Существует множество видов втулок, рассчитанных на разные нагрузки, разные типы тормозов и разное число спиц.
Самая простая конструкция – у втулки переднего колеса обычного велосипеда. Цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые пыльниками. Устройство задней втулки любого велосипеда заметно сложнее.
Задние втулки многоскоростных велосипедов, могут быть двух видов. Устаревшие резьбовые втулки, где трещетка, т. е. блок звезд вместе с храповым механизмом, навинчивается на втулку или современные – барабанные (Freehub), где храповой механизм является частью втулки, а кассета представляет собой лишь набор звезд.

Спицы являются очень уязвимым элементом велосипеда - помимо условно статической нагрузки от веса байка и велосипедиста, они постоянно подвергаются ударам на дорожных неровностях. Обычно колеса спицуют накрест (”в три креста”) или радиально (”солнышком”). Для горного велосипеда наиболее распространена спицовка 32-мя или 36-ю спицами на 3 “креста”.

Седло - часть велосипеда, на которой сидит велосипедист. Правильный выбор седла под индивидуальный стиль катания крaйне важен. Шоссейные седла узкие и длинные, седла для горных велосипедов более широкие, а у городских велосипедов они очень широкие, подпружиненные, ориентированные на полностью вертикальную посадку. Существует разделение на мужские и женские сёдла.
Подседельный штырь (глагол) бывает:
- жесткий (алюминиевая, стальная или углепластиковая трубка с креплением для седла)
- амортизационный (с пружиной)
Комбинация подседельного штыря и сиденья определяет высоту посадки велосипедиста и это серьезно сказывается на управлении. В дисциплинах, где требуется усиленное педалирование, например Кросс Кантри, штыри делаются достаточно длинными, увеличивая высоту посадки. Это позволяет велосипедисту с большим усилием крутить педали. Но высокое седло - это не всегда преимущество, например во фрирайде используются более короткие подседельные штыри, потому что гонщик большую часть трассы проводит не в седле и длинный подседельный штырь мешает ему. При выборе подседельного штыря и седла стоит помнить о двух вещах: о диаметре посадочного отверстия для подседельного штыря в раме и о совместимости стандартов подседельного штыря и самого седла. Двумя самыми популярными стандартами являются «рэйл» и «пивотал» . «Рэйл» подразумевает крепление подседельного штыря к рельсам на седле, а «пивотал» - две поверхности с резьбой, стягиваемые одним болтом, проходящим сквозь седло.
Подседельный хомут - зажимает подседельный штырь в раме. Бывает конструктивно выполнен с эксцентриком или на обычным болтом.

Эпиграфом к нашему очередному посту выступила строка из знаменитого стихотворения Николая Рубцова - "Букет".
_____________________________________

Если проследить за историей развития велосипедостроения, то можно заметить весьма интересную деталь - за более чем два века, которые протекли с момента создания первого велосипеда, его конструкция хоть и заметно поменялась, но принцип действия остался неизменным. Более того, велосипеды, выпускавшиеся в Англии еще в 80-х годах XIX века, решительно ничем не отличаются от тех городских моделей, что украшают прилавки спортивных магазинов сегодня. Те же два колеса со спицами, тот же изогнутый руль, то же седло с мягкой подстилкой, те же педали и та же рама - это лишь в сотый раз доказывает, что традиционная конструкция велосипеда по природе своей совершенна и не требует никаких изменений.

В нашей стране к велосипедам всегда сохранялось трепетное отношение - особенно, среди советских мальчишек, которые днями напролет могли совершать многокилометровые велосипедные прогулки по родному городу, объезжая его вдоль и поперек в компании друзей, либо накатывая круги по узким дорожкам своего двора. Чего не скажешь, конечно, о современных ребятах, для которых велосипед уже давно перестал быть предметом безграничной гордости и превратился в заурядное транспортное средство, необходимое для поездок по городу в редкие часы разлуки с компьютером. Если составить список фетишей советских ребят, то велосипед обязательно войдет в первую тройку - едва научившимся ходить мальчишкам и девчонкам заботливые родители дарили вначале трехколесный, а затем и двухколесный велосипед, и уже к 5 годам большинство ребят чувствовало себя в седле "железного друга", как рыба в воде. В процессе взросления ребенка, конструкция велосипедов, находившихся в его пользовании, также становилась сложнее - и когда случались неизбежные поломки, то устранять их приходилось не иначе, как своими руками. То цепь слетит с звездочки, то случайный гвоздик проколет камеру, то вылетит подшипник, а-то и рама погнется или сломается в результате аварии - но, как говорится, "любишь кататься - люби и саночки возить", и юные велосипедисты могли часами и днями корпеть над своим двухколесным другом, позвякивая ключами и отвертками, чтобы в конце концов привести его в работоспособное состояние в вновь закрутить педали навстречу новым горизонтам!

Сегодня мы решили порадовать подписчиков блога "Дневник поколения" замечательной подборкой популярнейших советских велосипедов - тех самых, что подарили нам так много положительных впечатлений и удовольствия в годы беззаботного детства!