Часть I.
Я не спортсмен. Катаю ради удовольствия и немножко из мизантропичных причин. Никогда не имел желания стать citius, altius, fortius, или завоевать кубок местной водокачки и уважение двух анонимусов. Как настоящий лентяй, я люблю тяжелые передачи, низкий каденс и низкий пульс. Ни один из моих шоссейников не оборудован контактными педалями.
Но когда надо заехать вверх, становится грустно. Под хруст коленных суставов я еле втягиваюсь на вершину подъема. Низкий каденс — лютый враг покорителей гор, что бы там Марко Пантани не вытворял на своей тарелке 53Т — доказано Армстронгом. И хотя мышцам ног к этому не привыкать, несмотря на все свои тактико-технические характеристики, я ползу в подъем, как улитка. Что-то надо с этим делать. Надо ломать старые привычки и учиться быстро крутить.
В бытность вело-курьером, у меня страшно болели колени. Один месяц работы приводил к тому, что я пару месяцев подряд глотал ибупрофен. Диклофенак пил пачками, каждый вечер делал примочки с димексидом, а когда чувствовал выздоровление, все начиналось снова. На протяжении года я бросал работу курьером трижды и в последний раз окончательно смирился с тем, что мечтам провести жизнь верхом на двух колесах сбыться не дано.
Решение нашлось неожиданно. После 24 тысяч километров пробега очередная цепь начала проскакивать, что означало только одно: зубы на большой звезде системы стерты. Гонял я в любую погоду: в дождь, туман, дождь и по любым поверхностям от асфальта до песков (на шосейнике, Карл!). Трансмиссия находилась в плачевном состоянии и требовала немедленной замены. Время пришло. Была приобретена новая кассета 11-23, новая цепь, новые звезды системы (по интересной цене): две 42Т, две 55Т и одна 56Т. Сразу всплыл косяк: ухо для крепления заднего переключателя на раме ограничивает клиренс 54 зубами. 55Т не поставишь, а 56Т — тем более. В отличии от крепления переключателя под хомут, которое позволяет прицепить хоть 68-зубную балалайку, на рамах с ухом такой роскоши нет. 0,75-мм пластиковая прокладка помогла оттянуть назад положение переключателя ровно настолько, чтобы он мог свободно перебрасывать цепь туда-сюда. Переключение идеально четким не назовешь, но работает. Мне не в гонках участвовать.
Переход с овальных звезд на обычные круглые снял боль в коленях, как рукой. Определился источник: звезды Shimano Biopace действительно вызывают болевые ощущения, как о них говорят на просторах интернета. Не буду вдаваться в сложности биомеханики, скажу только, что их форма вызывает неравномерность силового штриха и вместо экономии энергии — главного козыря овалов, Biopace приводит к увеличению энергетических затрат. Идея овала замечательная, но фиаско реализации положило конец системе Biopace в 1994 году. С тех пор компания Shimano больше никогда не пыталась вернуться к овалам. По иронии судьбы, японцы наштамповали их так много, что они на вторичном рынке будут встречаться еще десятки лет подряд. Когда встретите такие звезды, используйте их для установки или для декора помещения. Для использования по назначению они не годятся.
Это маленький пример той сложной ситуации, которую вряд ли смог бы решить даже опытный спортивный врач. Иногда источник проблемы настолько не очевиден и скрыт так глубоко, что даже дорогостоящее лечение может не принести положительного результата. Лично я рад, что проблема решилась настолько просто, хотя и случайно. И пусть это не оттолкнет читателя: не все овальные звезды одинаково вредны для коленных суставов. Ключевым здесь является эксцентриситет, а в наибольшей степени — форма. Овальные и осиметричные (не путайте с ассиметричными) звезды облегчают силовой штрих и рекомендуются тем, кто любит тяжелые передачи.» Педаляжникам» лучше выбирать обычные круглые.
После установки новой трансмиссии сразу почувствовалась разница в характере педалирования: в начале штриха (положение шатуна на 12 часов) сдвиги дается ощутимо тяжелее, чем с овалом Biopace. Но уже от положения на 2 часа и дальше чувствуешь насколько равномерно «уходит» нога. Дожимая педали с трудом, я не могу ускориться так быстро, как раньше. Мышцы испытывают сопротивление трансмиссии, которого не ощутимо на овале. На звездах Biopace нога просто проваливалась вниз, что здорово помогало при силовом и стоячем вкручивании, но какой ценой? После перехода на круглые звезды я больше никогда не испытывал боли в коленях.
Большие звезды кассеты у меня не стираются. Когда приходит время замены, звезды 19Т+ выглядят, как новые. Впрочем, тяжесть трансмиссии с 55-зубой сковородкой заставляет менять старые привычки и чаще переключаться на легкие передачи. Также, круглые звезды системы диктуют необходимость увеличить каденс 50-60 оборотов хотя бы до нормального (80-90). И вот здесь неоценимую пользу принесла статья Джеймса Уилсона про технику педалирования на топталках. Через проблемы с плюсневыми суставами мне трудно подобрать обувь для контактных педалей, поэтому я ими не пользуюсь. Благодаря статье Уилсона я буквально за месяц смог улучшить силовой штрих и научился молотить ногами со скоростью более 100 об/мин. Именно этого мне не хватало для того, чтобы научиться правильно сходить вверх.
Но тут всплыла проблема. На овале моими «повседневными» передачами были 52/14 и 52/15. На них я заезжал в подъемы и бомбил склоны, ездил 300-км на работу, по делам и просто ради удовольствия. При этом, мог за день ни разу не включить другую передачу. Теперь, когда каденс ускорился, приходится включать передачи полегче: 55/17 и 55/19. Возникает проблема перекоса цепи. Вал каретки Campagnolo Veloce 36x24F шириной 111 мм не позволяет установить малую звезду системы больше 42Т. Расстояние между ней и пером рамы составляет всего пол-миллиметра, а 55-зубная сковородка при попытке включить передачу 42/11 цепляет цепь.
Передача 55/17 — это то же, что и 42/13. Передаточное число у них равно 3,24 и 3,23 соответственно. Но это на бумаге. В реальности это означает постоянный перекос цепи и ускоренный износ трансмиссии. Стало понятно, что в сочетании с 55-зубной звездой кассета 11-23 была ошибкой. «Рабочие» звезды стерлись уже через 3 тысячи километров, поэтому ее место заняла кассета 12-25. Именно на ней я начал крутить на легких передачах, как хомяк колесо. Подтянул плохую технику дыхания, перестал делать глубокие вдохи воздуха и научился держать равномерное дыхание короткими и маленькими порциями. Это особенно полезно для катания зимой, чтобы не остудить легкие порцией морозного воздуха.
Я стал без напряжения заезжать в такие подъемы, от которых раньше хрустели коленки, а каретка выплясывала сабельный танец Хачатуряна. Возросла скорость восхождения и немного повысился пульс. Я начал любить ездить вверх и теперь воспринимаю каждое восхождение, как возможность дать себе хорошую физическую и ментальную встряску. Это вдохновляет. И пусть я не желаю спортивных побед, мне теперь не стыдно подниматься в числе первых на локальных шоссейных покатушках. Никому больше не нужно на очередной горке падать на хвост. Считаю, что цель достигнута. Может, теперь пришло время поставить новую?
Рациональный разум будет прав, сказав, что для гор существуют компакты (50/36 и 50/34), но для города считаю их избыточными. Я доволен тем, что есть. Это был такой себе эксперимент длиной в один год. С большой сковородкой я получил уникальный опыт, которого иначе мог и не получить. А вдобавок — кучу фана. В будущем планирую перейти обратно к стандартному расчета 53/39 и найти-таки «свою» пару контактной обуви. Но это уже совсем другая история.
Часть II.
Позволю себе надеть на нос профессорские очки, чтобы немножко помучить читателя математикой.
За одно полное вращение педалей на передаче 55/11 велосипед проезжает 10,49 м. Никто не стартует на такой тяжелой передаче, но и справедливо сказать, что никто не раскручивает ее на равнине с ходу также. Ее используют на скоростных спусках, где есть пространство разогнаться свыше 90 км/ч.
В отличие от распространенного мнения, что звезда 11Т полезна также и для спринтов, короткие разгоны осуществляются на более легких передачах. Для реализации крутящего момента требуется большая мощность. Спортсмен может потерять решающие доли секунды в попытке раскрутить тяжелую передачу. Нередко механики устанавливают на велосипеды спринтеров маленькие скрытые манетки под большой палец, которым удобно переключать передачи из положения стоя. Короче говоря, спортсмены не начинают спринт на звезде 11Т.
Сейчас в моде компактные системы с горным расчетом 50/34Т. Найти новый велосипед со стандартным набором 53/39 становится все труднее. И в этом есть экономический смысл. Лишь малая доля покупателей шоссейных велосипедов — это, собственно, спортсмены. Подавляющему большинству клиентов не нужны стандартные расчеты 52/42 или 53/39. Все велосипеды сейчас комплектуются кассетами с наименьшей звездой 11Т. Таким образом, даже на передаче 50/11 одно вращение педалей провезет вас на расстояние 9,55 м. Это тяжелая передача. Если вы можете раскрутить ее до нормального каденса на равнине, срочно присылайте свое резюме в Team Sky с пометкой «болен астмой», вам предложат контракт на 2 года и зарплату с шестью знаками, ведь на 25 мм покрышках при каденсе 90 об/мин на этой передаче вы будете двигаться со скоростью 51,8 км/час. Надо ли говорить, что 55/11 — это какая-то ерунда для биороботов? Мало того: на велосипедах триатлетов и гонщиков тайм-триала нередко можно встретить и более радикальные сетапы. Один из сильнейших гонщиков в профессиональном пелотоне Тони Мартин на тайм-триалах использует передний сингл 58Т. И он такой не один.
Так зачем оно надо?
Этому есть три рациональных объяснения. Первое — аэродинамика. Тяжелая передача означает низкий каденс. Низкий каденс создает меньшее сопротивление воздуху. 80% всего аэродинамического сопротивления на велосипеде оказывает тело всадника и лишь 20% приходится на велосипед и колеса. Чем быстрее вы крутите педали, тем большее аэродинамическое сопротивление создают бедра и голени. Второе объяснение — чейнлайн. С ровным чейнлайном трансмиссия служит дольше. Третье объяснение заключается в трансмиссионных потерях. Чем меньше на звезде кассеты зубов — тем сильнее трение.
Третий пункт надо рассмотреть подробно, ведь именно здесь кроются все тонкости.
Велосипедная цепь состоит из звеньев, соединенных между собой штифтами. У подавляющего большинства современных цепей геометрические оси пинов находятся на расстоянии 1/2 дюйма (12,7 мм) друг от друга (уникальные трансмиссии, такие как Dura Ace 10 pitch, в расчет не берем). Вокруг каждого пина находится ролик, который контактирует непосредственно с зубом звезды. Когда велосипедист крутит педали, цепь движется с определенной скоростью, эта скорость называется окружной. Когда звено достигает звезды кассеты, окружная скорость перестает быть постоянной и начинает ритмично увеличиваться и уменьшаться. Прежде, чем ролик войдет в контакт с зубом звезды, звено отклоняется от соседнего на некоторый угол, который называется углом артикуляции. Для звезды 11Т угол артикуляции составляет 16,36°. Для звезды 12Т этот угол составляет 15°, что в процентном отношении меньше на 8,3%. Поскольку звенья в зоне зацепления изгибаются на указанные углы и ролики цепи непрерывно входят в зацепление с зубьями звезды, окружная скорость цепи в этом месте постоянно меняется — «пульсирует». Чем меньше зубов на звезде — тем сильнее такая пульсация.
Этот феномен называется хордальным действием или полигональным эффектом. Окружная скорость высокая непосредственно перед зацеплением и низкая после того, как ролик уже вошел в зацепление с зубом звезды. Полигональный эффект тем слабее выражен, чем больше зубьев у звезды. Инженер из ОАЭ Козе Бихайв посчитал, что флуктуация скорости движения цепи достигает 3,4% на звезде 12Т и 4,1% на звезде 11Т.
Что это значит для каждого из нас?
В 2000 году ученый Джим Спайсер провел тест эффективности велосипедной трансмиссии, на который механики и теоретики опираются и по этот день, 18 лет спустя, хотя он и не идеальный. По его результатам, КПД велосипедной трансмиссии достигает 98,6%, но при использовании маленьких звезд кассеты, таких как 11Т, КПД падает до 92,5%. Если трансмиссия плохо ухоженная, ее эффективность снижается. По данным Спайсера, разница в трансмиссионных потерях между передачами 52/11 и 52/21 достигает от 2 до 5% в зависимости от условий и состояния трансмиссии. Давайте посчитаем ваши потери при 250 Вт мощности, разделив мощность на процентные потери. Это будет 4 Вт. 4 Вт утрачивается просто по умолчанию через натяжения цепи и трения между пинами и звеньями; из-за трения роликов о звенья, зубов передней и задней звезды и роликов переключателя. Переключение на звезду 11Т отнимает уже 18,75 Вт. Увеличение времени на прохождение дистанции и калории посчитайте самостоятельно.
По данным исследования Спайсера, двумя ключевыми факторами эффективности является размер обеих звезд (передней и задней) и натяжения цепи. Было доказано, что комбинация большой передней и большой задней звезды обеспечивает более эффективную передачу крутящего момента. Также было экспериментально определено, что сильно натянутая цепь эффективнее передает крутящий момент. Например, наибольший КПД с отметкой 98,6% был достигнут при натяжении 305 Н, в то время, как самые большие трансмиссионные потери с уровнем КПД 80,9% оказались при натяжении 76,2 Н.
Но тут есть два больших «но». Сюрпризом эксперимента Спайсера стало то, что лубриканты почти никак не влияют на эффективность передачи крутящего момента, а также то, что перекос цепи, на самом деле, не оказывает ощутимого негативного влияния. Следует отметить, что тест проводился в стерильных условиях с новыми компонентами трансмиссии, которые были три раза подряд очищенны дегризерами и смазанны тремя разными смазками. В реальных условиях с налипанием песка и других абразивов перекос цепи становится проблемой. Второй ошибкой в интерпретации результата эксперимента стала методология измерения: Спайсер измерял все передачи (52/11, 52/15 и 52/21) с одинаковым натяжением и с разным натяжением, но на одной передаче с одинаковым каденсом. Фактически, он имитировал движение в гору. В реальном мире и натяжение, и каденс оба зависят от выбора передачи. Низкий каденс на тяжелой передаче заставляет верхний отрезок цепи натягиваться очень сильно. Через это возрастает трение, растягивается цепь и ускоряется износ зубов, что подтверждается и моим личным опытом. Поэтому, если вы переключаетесь с передачи 55/11 к 55/15 и ускоряете каденс, несмотря на снижение натяжения верхнего отрезка цепи от звезды к звезде, эффективность трансмиссии возрастает.
Именно по этой причине на тайм-триалах используются огромные сковородки с количеством зубов больше 54. Спортсмены используют такие сетапы ради крейсерской скорости на передачах 54/14, 55/15 и что-то в этом роде, а «сбрасывать бомбы» на скоростных спусках — это побочное. Лично я лишь дважды за 3000 км раскрутил 55/11 с бешеного спуска, что заставляет задуматься.
Интересно, что когда велосипедист переключается на звезду кассеты 23Т и выше, эффективность трансмиссии снова начинает падать. С ростом каденса растет окружная скорость цепи. Итак, теперь вы знаете, что когда люди советуют крутить 80 об/мин, они заботятся не только о состоянии ваших коленных суставов, но и облегчают для вас процесс передвижения из пункта А в пункт Б.
Напоследок небольшое лирическое отступление: почему рынок отказался от кассет, расчет которых начинается с 13-зубой звезды? Маркетинг. Маленькие звезды меньше весят, а в сочетании с системой-компакт 50/34, можно достичь существенной экономии веса в сравнении с сетапом с большими звездами шатунов. В маркетинговом смысле низкий вес является двигателем продаж, поэтому кассеты 13-26 давно отошли в историю, и это обидно. Ограничение 11 зубами до недавнего времени упиралось в физические размеры барабанов Shimano и Campagnolo, но компания SRAM исправила такое положение вещей драйверами XD (маунтинбайк) и XDR (шоссе), которые позволяют устанавливать звезды 10Т и даже 9Т, которые, может и имеют определенный смысл в системах 1х, в действительности, оказывают больше вреда, чем пользы. Если кому-то придет в голову выпустить кассету с количеством зубов менее девяти, индустрии придется использовать шестигранные звезды системы. Полигональный эффект — это не шутки. Но это уже совсем другая история…
