Геометрія велосипеда

Від геометрії - від кутів та розмірів - залежить дуже багато у поведінці велосипеда. Залежити стійкість, керованість, прохідність (у хорошому сенсі), динаміка розгону, ефективне гальмування, спуск з гори та підйом на неї, проходження крутих віражів та можливість займатися крутим екстримом. У давнину геометрія велосипеда жорстко і однозначно визначалася геометрією рами. Нині це вже не так. З'явилися підвіски, передня та задня. Отже, геометрія і поведінка байка залежить від показників підвісок (хід, жорсткість, демпфування), і зажадав від їх настроювання. Щоб не заглиблюватись у нетрі, а просто, окинути, густий ліс, недбалим поглядом знавця розглянемо основні моменти.

1. Кут нахилу підсідельної труби

Багато в чому задає посадку байкера і зручність обертання педалей, - якщо труба стирчить вертикально і каретка знаходиться точно під сідлом, то незручно педалювати, нікуди подіти стегна. А також визначає розважування байка, тобто розподіл навантаження, на переднє та заднє колесо. Чим менший кут нахилу (він відраховується від горизонталі) і чим вищий байкер, тим більше навантаження на заднє колесо і, природно, менше на переднє. На крутому підйомі, якщо байкер сидить у сідлі, переднє колесо може повністю розвантажитися та втратити контакт із дорогою. І байкер ризикує перекинутися на спину. А на крутих спусках все з точністю навпаки. Переднє колесо завантажується, і що далі назад зміщений байкер, то стійкіший велосипед і тим менша ймовірність падіння через кермо. Вважається, що кут нахилу підсідельної труби, що дорівнює 73° (плюс, мінус 1°...2°) забезпечує правильну, зручну посадку та розподіл навантаження. Цей кут точно підібраний для ідеального байкера з довжиною стегна 32 дюйми (813мм). Для додаткового коригування цього кута та припасування байка до реальних габаритів рейдера (зростання, довжина рук і ніг, ...) можна замінити прямий підсідельний штир на вигнутий (Thomson). І, що простіше, можна зрушувати сідло вперед або назад. При правильно встановленому сідлі нога в нижньому положенні практично повністю розпрямляється.

2. Висота каретки

Визначає кліренс велосипеда – зазор між педаллю та дорогою, коли шатун опущений вертикально вниз. Занадто малий кліренс не дозволяє сильно нахиляти байк, при швидкісному проходженні повороту – можна зачепитися педаллю за камінь, купину, корінь, прискорюючись на виході з віражу. Або зачепити зірками системи за купину. Тому, байки для різних стилів катання мають різну висоту каретки над землею, - для DH та фрірайду каретку піднімають вище, до 34...36см. Як конкретний матеріал, є таблиця №1, яку люб'язно надав Олексій Маджуга і, де, на прикладі велосипедів KONA показано як змінюються розміри від призначення байка та стилю катання.
 

Крім того, чим вище розташована каретка, тим вище треба піднімати сідло і тим більше стає висота велосипеда і вище розташовується центр ваги системи байк + байкер. Що, безперечно, впливає на стійкість та керованість. На високому байку простіше зберігати рівновагу, а при вході у віраж, кут нахилу, необхідний для того, щоб компенсувати силою тяжіння, силу відцентрову, що виникає від руху по колу (радіусу) буде менше, ніж у низького байка. Що випливає із самої елементарної геометрії. Отже, на високому велосипеді простіше ганяти вузькими лісовими синглтреками і легше його "укладати" в круті віражі. Тобто, ще раз, для проходження віражу на даній швидкості і за цим радіусом, високий байк треба нахиляти вбік на менший кут, ніж низький. Але при гальмуванні та спуску, картина виходить зворотною. На крутих підйомах, спусках і при різкому гальмуванні переднім гальмом високий велосипед має більше шансів втратити рівновагу - перекинуться назад або перевернутися через кермо. Щоб зменшити цей шкідливий ефект збільшують базу велосипеда - відстань між осями коліс. Заодно отримують велику м'якість і плавність ходу, байк менше підстрибує на колдобинах, коренях і купинах. Але довгобазний байк має більшу курсову стійкість і гірше вписується в круті віражі, що знову ж таки, випливає з простої геометрії. Для покращення керованості та маневреності доводиться "грати" з кутом нахилу кермової труби і зменшувати Trail (викочування переднього колеса).

3. Кут нахилу кермової труби (відраховується від горизонталі)

Зазначимо лише наступне. Чим більше цей кут, чим ближче до вертикалі стоять пір'я виделки, тим швидше розганяється велосипед і краще вилка відпрацьовує дрібні торчки і нерівності на дорозі. І, навпаки, якщо кут менше, а пір'я вилки розташовані більш порожнього (гостріше) до поверхні, тим гірша динаміка і керованість, зате вилка легше проковтує великі колдобини і купини і вони менше впливають на рух байка. У крос-кантрі кут рульової зазвичай 71...69 градусів, а довжина колісної бази - 100...107 див, то DH - 64...65 градусів і 110...117 див. Дивись таблицю №1. Малий кут нахилу передньої вилки в поєднанні з великою довжиною пір'я, що характерно для велочоперів, призводить до погіршення маневреності - ефективності (гостроти) управління: збільшення мінімального радіусу віражу та необхідності повертати кермо на більший кут.

4. Геометрія передньої вилки та Trail (викочування переднього колеса)

Невеликий експеримент. Якщо поставити правильний велосипед вертикально на обидва колеса, тримаючи за раму і нахилити убік, то й кермо повернеться в той самий бік. Причина такої поведінки криється в конструкції передньої вилки та кермової колонки. Саме вони визначають взаємне розташування двох важливих точок. Точки А – місця контакту переднього колеса з дорогою та точки В – перетину осі рульової колонки з тією ж дорогою. Взаємне становище цих точок задає як напрям куди повернеться кермо при нахилі велосипеда, а й його курсову стійкість, керованість, строгість управління, стабільність на віражах і багато іншого. Усі велосипеди можна поділити на два типи: ВА та АВ. Тип АВ - у якого точка контакту переднього колеса з дорогою розташована попереду точки (рис.№2а). Тип ВА - Точка А лежить позаду точки В

Варіанти, зображені на рис.№3, а) та б), дають нам занадто велику відстань між точками В і А, що призводить до "понад стійкості" велосипеда. Чим більша відстань між цими точками, тим більше момент сили, що повертає переднє колесо і, само собою, кермо у бік нахилу велосипеда. Результат зрозумілий, курсова і вертикальна стійкість дуже хороша, а керованість "нижча за плінтус". Тому для зменшення відстані між цими точками вилку на велосипедах згинають вперед, рис.№3, в). Але, навіть якщо вилка пряма, то змінюють її нахил щодо осі рульової колонки, або півні, в яких кріпиться переднє колесо, зміщують вперед. Рис. №4. Відстань між віссю рульової колонки і віссю втулки переднього колеса називають по-різному, і Rake і Fork Offset, а у нас можна зіткнутися з вибігом, зміщенням або вильотом вилки. Розмір вильоту вилки R зазвичай знаходиться в межах від 30 до 50мм. Знаючи виліт вилки, кут нахилу осі рульової колонки та реальний діаметр (з урахуванням товщини та деформації шини) колеса, легко можна підрахувати відстань між точками А та В. Ця відстань називається Trail або викочування (вибіг) переднього колеса, іноді його можна знайти в каталогах . Отже, знаючи Trail, вважається коефіцієнт стійкості (керованості) (Ку), який дорівнює: Trail (Т), поділений на суму, що складається з довжини бази велосипеда (G) плюс Trail (Т), результат розподілу множиться на 100%. Тепер формула: Ку=(Т/[G+Т])*100% (1), дуже просто. У сучасних велосипедів Ку лежить в діапазоні від 5% до 7,5% і зазвичай вибирається значення близьке до межі стійкості, з дуже прозорої причини - таким велосипедом легше керувати.


5. Геометрія байка змінюється під час роботи амортизації
 

Якщо тепер навантажити важким вантажем (симпатичною дівчиною) багажник або зменшити хід задньої підвіски (поставити коротший амортизатор) у двопідвісу, ситуація зміниться прямо на протилежну. Trail збільшиться, Ку зросте, байк стане стійкішим, але їм буде важче керувати. Це, напевно, знайоме багатьом вело туристам. З добре навантаженим багажником, байк пре як танк, особливо якщо добре розігнатися. Але повернути чи проїхати звивистою стежкою на малій швидкості, ой як нелегко. Зараз багато байків для екстриму мають довгі дропаути заднього пір'я, які дозволяють зрушувати задню вісь у широких межах або ставити колесо меншого діаметру, не 26, а 24 дюйми. Не дивно, що при цьому змінюється стійкість та керованість велосипеда. З'явилися вже перші трейлові байки, геометрію яких можна змінювати на ходу в широких межах. Наприклад, новинка сезону, байк BIONICON EDISON. За допомогою промислового клапана який застосовують у пристроях пневмоавтоматики та пневмоліній геометрію рами можна міняти на 6 градусів! Кут нахилу кермової труби 67,5 ° ... 73.5 °. Кут нахилу підсідельної труби 71 ° ... 77 °. Хід вилки 69мм ... 147мм, хід задньої підвіски 142мм при колісній базі 1056мм. На тому самому байку тепер можна і котити в крос-кантрійному стилі і ефектно спускатися з крутого схилу.

6. Апгрейд

Заміна амортизаційної вилки та заднього амортизатора на більш довгі або короткі впливає на стійкість та керованість байка. Це слід обов'язково враховувати.

7. Довжина верхньої труби

Довжина верхньої труби визначається як відстань від осі рульової труби до осі підсідельного штиря. Ця відстань, разом із довжиною виносу, багато в чому визначає посадку велосипедиста. І, крім того, вона також впливає на розважування велосипеда. Довга труба сприяє розвантаженню переднього колеса, - можуть початися прослизання при поворотах. Коротша, - може призвести до того, що коліна стануть зачіпати кермо при педалюванні способом "танцівниця". Любителі крос-кантрі вибирають довгу трубу та довгий винос (100...130мм) для отримання низької, розтягнутої посадки. Це ускладнює проходження повороту та подолання складних ділянок, але головна боротьба зазвичай відбувається на підйомах. Для швидкісного спуску та фрірайду поєднують злегка укорочену верхню трубу з коротким виносом. Тому на схилі рейдер зсувається далеко назад і забезпечує правильний розподіл навантаження між колесами. Крім того, додаткове завантаження переднього колеса, коли райдер злегка переміщається вперед, допомагає проходити технічні ділянки.м

8. Нахил верхньої труби

Задає, насамперед, висоту стендовера – безпечну відстань від життєво важливих органів байкера до верхньої труби рами. Це дуже важливо у екстремальних видах спорту. Крім того, зменшується будівельна висота рами і, як наслідок, зростає її жорсткість та міцність, що відіграє роль у стрибкових дисциплінах та жорсткому фрірайді. Останнім часом занижена верхня труба використовується у шосейних та кросових велосипедах. Це дозволяє зменшити кількість розмірів рам, що випускаються, і їх вага.

9. Довжина нижнього пір'я

Вона визначається лінії, паралельної землі, від осі каретки до осі задньої втулки. Довжина нижнього пір'я впливає на розважування та динаміку байка. І, неважливо, сидить байкер у сідлі або стоїть на педалях, у цьому відмінність впливу довжини пір'я на розважування, від нахилу підсідельної труби. Адже коли байкер встає з сідла, нахил підсідельної труби вже не впливає на розподіл навантаження між колесами. Коротке пір'я навантажує заднє колесо і збільшує його зчеплення з грунтом, а також робить задній трикутник компактнішим, стислим і жорстким. Байк легше підіймається в гору, швидше проходить, повороти і розганяється. У прогулянкових велосипедів та турингів база зазвичай збільшена і задній трикутник розтягнутий. Це погіршує динаміку і вимагає більшої витрати енергії для того, щоб забратися в гору. Але на це доводиться йти, щоб розмістити на багажнику великий і об'ємний вело рюкзак (штани) і не зачіпати його п'ятами при обертанні педалей..
 

Чим гостріше байк "заточений" під швидкісний спуск і жорсткий фрірайд, тим довший хід його амортизаторів, гостріший кут рульової труби, більша колісна база і вищий каретковий вузол. Байк для дерта, має укорочену підсідельну трубу, занижений стендовір (відстань від землі до середини підсідальної труби) та короткий винос. Це корисно для безпеки та зручності рейдера при виконанні стрибків та трюків та для більшої міцності рами.