Шатун | Bicycle crank

Шатун (англ. bicycle crank) — рычаг, передающий усилие с педалей на вал каретки. В механике подобная деталь называется кривошип, но в велосипедной терминологии прижилось именно это название.

Шатуны — одни из самых сильно нагруженных деталей велосипеда. На отечественных дорожных велосипедах их делают из стали, а на импортных и спортивных — из алюминиевых сплавов или карбона. Чтобы уменьшить вес и сохранить прочность, производители пускаются на разные ухищрения — делают их полыми, имеющими замысловатые поперечные сечения.

Два шатуна и блок передних звездочек образуют т. н. систему (англ. crankset). Иногда (чаще на недорогих велосипедах) система выполнена в виде неразборной конструкции, объединенной вместе с правым шатуном, и тогда при износе звездочек приходится менять всю систему целиком. На велосипедах средней и верхней ценовых категорий передние звездочки обычно можно отсоединить от правого шатуна, то есть их можно менять независимо, по мере износа зубьев.

Виды соединений вала каретки с шатунами

У самых простых, дешевых и детских велосипедов стальные шатуны и ось каретки составляют единую деталь. У некоторых велосипедов советского, российского и импортного производства вал каретки соединяется с шатунами при помощи клиновой шпонки. Конструкция простая, не требующая прецизионного производства, хорошо центрирующая вал каретки, но недостаточно надежная. Преимущество шпоночного соединения — дешевизна и легкий демонтаж шатунов без специальных съемников. Но и недостатков, к сожалению, «выше крыши».

На большинстве велосипедов используется каретка, имеющая посадку «на квадрат». Концы вала выполнены в виде пирамиды квадратного сечения и соответствуют отверстиям в шатунах. Соединение получается весьма жестким и прочным. Вал и шатун соединяются гайкой или болтом под торцевой ключ на 14 мм или болтом с внутренним шестигранником на 8 мм. У разных производителей размеры посадочных мест могут слегка отличаться. При частых и неаккуратных сборках и разборках возможна формовка сопрягающихся поверхностей, и можно быстро убить шатун и вал. Посадочные места серьезно повреждаются, если ехать даже с минимальным люфтом, поэтому требуется регулярная протяжка шатунов, кроме того, для снятия шатунов приходится использовать специальный съемник.

[image]

Рис. Кареточные узлы Окталинк и ИСИС

Чтобы уйти от недостатков «квадрата», фирма SHIMANO в конце 90-х годов разработала систему OctaLink, которая является полностью шлицевой конструкцией. Она весьма напоминает кассету звездочек и шлицевой барабан задней втулки. Есть два разных стандарта Shimano OctaLink: XTR — со шлицами 5×2,2 мм и для групп XT-Deore — другой, 9×2,8 мм. В каждом варианте исполнения имеется по 8 шлицов. По сравнению с квадратом OctaLink имеет более надежное соединение, натяга практически нет, и поверхности не формуются при монтаже/демонтаже узла, но для снятия требуется специальный съемник. При езде с незатянутым шатуном шлицы могут быть повреждены. Хромомолибденовый пустотелый вал каретки с диаметром, увеличенным до 22 мм, дает более высокую крутильную жесткость и меньший вес, чем вал стандартного диаметра 17 мм у каретки с «квадратом». Прочность OctaLinka достаточно высока для спортивного и агрессйвного применения, шлицы обеспечивают более равномерное, чем у «квадрата», распределение нагрузки в зоне соединения «шатун-каретка». Каретки XTR OctaLink 950 серии для большей надежности, жесткости и устойчивости к ударным нагрузкам имеют по два комплекта подшипников справа и слева, соответственно, шариковый и игольчатый Стандарт XTR OctaLink 950 серии нынче не производится, a OctaLink второго типа — 9×2,8 мм вместе с каретками с «квадратом» перекочевали в низшие группы Alivio, Асега, Altus, Tourney и в группы комфортного катания Alfine, Nexus и Nexave.

[image]

Рис. Кареточные узлы

В 2000 году, в противовес шлицевым кареткам SHIMANO, появился еще один открытый индустриальный стандарт — ISIS Drive, поддерживаемый компаниями Bontrager, Chris King, FSA, Race Face, Stronglight, Truvativ. Он также является чисто шлицевым, и не совместим со стандартом OctaLink. У ISIS посадочная шлицевая часть значительно более развита, чем у OctaLink. Мощные шлицы выдерживают агрессивный и экстремальный стили катания, а по весу и жесткости каретка ISIS сравнима с OctaLink.

Длина шатуна

Длина шатуна определяет амплитуду движений, влияет на положение седла, высоту подъема бедра и угол сгибания колена в верхней точке. С другой стороны, она определяет частоту вращения педалей, максимальный вращающий момент (тягу на «низах»), скорость и приемистость байка.

К сожалению, «двуногая ходьба» и бег эволюционно закрепились уже много сотен тысяч лет назад, а велосипед с педальным приводом появился только в 1821 году. Поэтому биомеханика взрослой человеческой особи оптимизирована для ходьбы, а не для вращения педалей. Результаты исследований показали, что оптимальная длина шага при ходьбе со скоростью 4,5 км/ч составляет 0,7 м, частота — 105 шагов в минуту, а долговременно развиваемая мощность — 150 Вт (Белецкий Ю. В. Двуногая ходьба. М., Наука, 1984). Любопытно, что оптимальный шаг при ходьбе приблизительно равен шагу педалирования — четырехкратной длине шатуна. Если взять два наиболее распространенных размера шатунов (170 мм и 175 мм), то для них шаг педалирования составит, соответственно,

0,68 м и 0,7 м. Данное совпадение не случайно. Природа, с одной стороны, и велоконструкторы, с другой, пришли к одному результату. Кстати, при мощности 150 Вт и частоте вращения 105 об/мин по горизонтальному гладкому шоссе велосипед можно разогнать до скорости 24 км/ч. Отсюда следует еще один вывод. Затратив одинаковую энергию, за то же время велосипедист проедет 24 км вместо 4,5 км, пройденных пешеходом. Таким образом, езда на велосипеде эффективнее пешего хода в 24: 4,5 = 5,3 раза. Но это теоретически. Практически эффективность выше «всего лишь» в 2-4 раза из-за разных не учтенных нами потерь.

Более длинные шатуны (175, 177,5 и 180 мм) также заставляют несколько опустить и сдвинуть вперед седло. Ими легче задеть о грунт при преодолении препятствий и на вираже, они несколько ограничивают допустимый наклон байка, а частота педалирования за счет возможности использования более высоких передач слегка уменьшается. С более короткими шатунами (165-172,5 мм) все, соответственно, наоборот.

Итак, как выбирать шатуны? Есть два рецепта.

Первый рецепт. Очень приблизительная оценка длины шатунов для классического шоссейного велосипеда.

Размер рамы
Величина шатуна
54 см и менее
170 мм
55-61 см
170-172,5 мм
62 см и более
172,5-175 мм

Для горного, кросс-кантрийного велосипеда длину шатунов можно выбрать на 2,5-5 мм больше.

Второй рецепт. Простой принцип: чем короче нога, тем короче должен быть шатун. Считается, что длина шатуна должна составлять 18,5% расстояния от вершины берцовой кости до земли.

Ни один из этих рецептов не учитывает реальных размеров ног, соотношения между длиной бедра и голени или различий в скорости обмена веществ, количества быстрых и медленных волокон в мышцах, склонности к спринтерской или стайерской физической нагрузке. Единственный надежный, хотя и дорогостоящий способ — пробовать шатуны разной длины, дабы выбрать самый подходящий. Но скрупулезно точный подбор шатунов весьма важен для спортсменов и велопутешественников, проводящих по 8~12 часов в седле много дней в году. Любители покататься в свое удовольствие могут счастливо и долгие годы крутить те шатуны, которые есть в наличии, если только купленный велосипед подходит им по размеру.

Обслуживание

Необходимость замены шатунов возникает также при их поломке или повреждении. Снимать шатуны (один или оба) приходится еще для регулировки или замены каретки.

Нужно следить за правильной затяжкой педалей и крепления к валу каретки, ослабшее соединение может привести к срыванию резьбы или деформации гнезда под каретку.

Съемник шатунов (съемник системы) — инструмент, позволяющий снимать систему с вала каретки неинтегрированного типа. Обычно совмещает две функции: шестигранник для разборки педалей-топталок и собственно съемник.

[image]
Съемник шатунов

 

Шатуны удерживаются на валу каретки болтом под внутренний шестигранник 8 мм. Но только отвинтить болт недостаточно, поскольку шатун сидит с натягом на валу каретки и иногда «прикипает», поэтому требуется специальный съемник. Он представляет собой винт с двухсекционной головкой (гнездовой ключ и грани под рожковый ключ), на который навинчена гайка особой формы с внутренней и наружней резьбой. Часто к съемнику прилагается переходник для использования с каретками шлицевых стандартов.

Применение

[image]
Пошаговая инструкция

Снятие шатунов

Кроме съемника требуется шестигранник на 8 мм. Если шатуны (особенно алюминиевые) долгое время не разбирались, потребуется залить соединение машинным маслом, WD40 или каким-нибудь «жидким ключом», чтобы не сорвать резьбу на шатунах.

Перед вкручиванием съемника шатуна необходимо убедиться, что диаметр «пальца» съемника, который будет давить на квадратную ось с закрепленным шатуном, меньше размера квадратного отвертия. Бывает так, что на палец съемника шатунов надета подвижная головка, диметр которой больше квадратного отверстия оси. Последствия плачевны, если вовремя не остановиться. Съемник упирается в сам шатун и начинает выдавливать не шатун, толкая ось вперед, а сам себя, «зверски» срезая резьбу. Совет был бы избыточным, если бы такие случаи не происходили.

Отвинтив болт, ввинчиваем съемник в шатун до упора. Резьбу в гнезде следует перед этим очистить, а винт съемника не должен выступать внутрь шатуна (иначе съемник вкрутится не так глубоко, как следует). Затем закручиваем болт съемника, выдавливая шатун с вала. Может потребоваться большое усилие — будьте осторожны! Если переусердствовать, будет сорвана резьба внутри шатуна и придется его менять (не говоря о проблемах дальнейшего снятия), поэтому не следует экономить время на «отмачивании» в масле.

Установка шатунов

Ключевой момент — это очистка всех поверхностей соединения и щедрое покрытие их густой смазкой. Во-первых, это позволит легче и ровнее установить шатун, во-вторых, значительно облегчит последующее его снятие, а в-третьих, устранит один из самых распространенных источников загадочных хрустов и скрипов «где-то в районе каретки».

Шатун должен быть глубоко посажен на вал, чтобы исключить возникновение люфта — в противном случае посадочное гнездо быстро выйдет из строя. Это достигается закручиванием крепежных болтов с моментом 50-70 Нм, то есть с очень большим усилием.

Добавить комментарий