Шатуны для велосипеда

Материал шатунов

Материал, из которого изготавливаются шатуны может быть алюминием, сталью, титаном или карбоном. Стальные шатуны могут быть цельными или трубчатыми для уменьшения веса, сохраняя при этом прочность и часто применяются на ВМХ велосипедах, а также очень часто на горных.

Большое распространение имеют алюминиевые шатуны горячей или холодной ковки, которая придаёт дополнительную прочность материалу и уменьшают вероятность поломки. Некоторые алюминиевые шатуны изготавливают путём ковки со стальной вставкой внутри и затем её удалением для уменьшения веса. Карбоновые шатуны изготавливаются либо полностью из карбона, либо с внутренней алюминиевой или титановой вставкой.

Размеры шатунов

Шатуны могут варироваться по длине от 150 до 185 мм, в зависимости от роста велосипедиста. Для взрослых людей диапазон длины шатунов обычно находится в пределах 165 — 177,5 мм. Для людей меньшего роста или с небольшой длиной ног используют более короткие шатуны. Также на выбор шатунов влияют предпочтения отдельных велосипедистов и их размер может отличаться от расчётных.

Длинна шатунов велосипеда влияет на такой показатель, как каденция — количество оборотов, которые велосипедист делает за определённый период времени. При более коротких шатунах каденция возрастает и соответственно уменьшается при длинных. Кроткие шатуны предпочитают трековые гонщики, а на горных велосипедах для снижения каденции используют более длинные.

Способы крепления шатунов

Существуют различные способы крепления шатунов к оси каретки.

1. Клиновидный штифт. Использовались на старых велосипедах, сейчас встречается очень редко.

2. С помощью насадки на квадратную коническую ось каретки.

3. С помощью насадки на гексагональную (шестигранную) коническую ось каретки.

4. Фиксирование с помощью шлицевого соединения.

5. С интегрированной осью. Один из шатунов вместе с осью каретки составляет одно целое. Второй крепиться одним из вышеупомянутых способов.

Одно из последних изобретений — роторная система RS4X, где шатуны расположены не на одной прямой, а со смещением на несколько градусов, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия и решает проблему нагрузки на суставы велосипедиста.

Также читать на эту тему:

Виды шатунов велосипеда по конструкции. В двухсоставной системе шатунов правый шатун, ось и ведущая звезда объединены в одно целое. Левый шатун является отдельной деталью и фиксируется на шлицах оси при помощи клина или стяжного болта. До недавнего времени также считалась устаревшей, но в 2004 году компания Shimano возродила двухсоставную конструкцию и включив в неё…

Роторная система RS4X.  Стандартные шатуны располагаются относительно друг друга под углом 180 градусов. При педалировании, когда шатуны находятся перпендикулярно земле происходит ситуация, при котором нога не может передавать момент силы на педаль велосипеда…

Эллиптические звёзды велосипеда. Эксперименты с эллиптическими передними звёздами на велосипеде стали проводить ещё в конце 19-го столетия. Овальная форма звезды позволяет более эффективно осуществлять педалирование и держать ноги в более комфортных условиях. Конструкция предназначена для того, чтобы…

Полые шатуны велосипеда. Полые шатуны изготавливаются при помощи метода холодной ковки Hollowtech. Первыми эту технологию применили в Shimano. Как и в случае с качественными трубами рамы полый шатун может быть прочным и жёстким при малом весе. Наличие внутренней полости на эти показатели не влияет…

Q – фактор. Q – фактор – это показатель расстояния между плоскостями, в которых вращаются головки шатунов. На числовое значение Q – фактора влияет форма шатунов и длина оси каретки. В случае с использованием контактных педалей, положение шипа на обуви также влияет на Q – фактор…

Разновидности кареток по конструктивному принципу

Существуют несколько разновидностей поделенные на разные группы:

Способ установки на велосипед

• Интегрированные каретки – представляют собой соединенные вместе кареточный вал с кривошипом велосипеда. За счёт этого повышается прочность, уменьшается вес и стоимость;
• Не интегрированные – имеют отдельную составную часть, при помощи которой осуществляется крепление кривошипа определённого типа;
• Картриджные и не картриджные. В первом случае подшипники запрессовываются на заводе в картридж. Для второго случая принцип схож, но при не картриджной возможно попадание грязи и пыли.

Способ крепления кривошипов

• Система “под квадрат” – кареточная ось имеет форму квадрата. Используется давно и до сих пор, но при этом шатун расшатывается когда владелец начинает педалировать. Ось стирается, в результате чего приходится устанавливать новую каретку, хотя подшипники ещё не повреждены;
• Шлицевое крепление – делится по нескольким стандартам, что делает его достаточно универсальным. В дополнение исключается возможность разбалтывания шатуна и оси каретки.

Различие по кареточному стакану велосипеда

• Эксцентриковое крепление, основано на быстром прокручивании каретки в стакане велосипеда, после чего происходит закрепление болтами или гайками. Система устанавливается на транспорт с планетарной втулкой или фиксированной передачей. Различают по диаметру: посадочный (54 мм), стандарт (46 мм), стандарт BSA;
• Press-Fit, используется относительно недавно. Имеет подшипники, спрятанные внутрь кареточного стакана, в который вставляется ось диаметром 30 мм. Такой способ повышает надёжность узла. Разделение на виды осуществляется по диаметрам кареточного стакана.

Нестандартные конструкции

1. Роторная система RS4X

Стандартно шатуны на велосипеде закрепляются по одной прямой линии. При этом нога велогонщика оказывается чрезмерно согнутой в колене у верхней мертвой точки. Неудивительно, что коленные суставы периодически испытывают стресс.

Кроме того, подмечено, что при вращении педалей случается такая ситуация, при которой велосипедист не может передать целиком свою силу к заднему колесу. Мертвая зона наблюдается, когда шатуны оказываются в горизонтальном положении к земле. Естественно, из-за этого снижается коэффициент полезного действия.

В роторной системе RS4X радикально решаются перечисленные проблемы. При смещении от прямой занижается верхняя мертвая точка и исключается провал момента силы в течение всего цикла вращения педалей, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия.

Одно из последних новшеств — роторная система, в которой шатуны устанавливаются не прямо, а со сдвигом в несколько градусов

Практика показывает, что новая схема установки обеспечивает фактический прирост мощности в 16% на трековом велосипеде. Из-за отсутствия резкого перепада нагрузки уменьшается риск возникновения боли в коленном суставе, а также растяжения сухожилий.

2. Шатуны для велосипеда с эллиптическими звездами

Эксперимент со звездочками нестандартной формы начался ещё в конце XIX века. Уже тогда знали о существовании проблемной мертвой зоны.

Впервые массовый выпуск овальных звезд под брендом Biopace открыла компания Shimano в 1983 году. Тогда в мире велоспорта было много споров о необходимости нововведения, но со временем они отпали, поскольку профессиональным велосипедистам новинка не понравилась. Термин Biopace прижился, и так называют случаи неравномерного вращения педалей. В настоящее время выпускается два экземпляра овальных звезд Osymetric и Q-rings специально для гоночных велосипедов.

Овальность допускается в 30%, если её величина ниже 7%, то такие звездочки можно использовать даже на велосипедах без натяжителя цепи с фиксированной передачей

Овальные звезды позволяют легче преодолевать провал в горизонтальном положении педалей. Передаточное отношение в этой точке повышается, чтобы соответствовать сниженному усилию на педали. Как результат, крутятся педали более плавно. Однако чудес не бывает, и при подъеме в горку придется попотеть, ведь из ничего ничто не получается.

О том, как снимать шатуны с велосипеда, — в полезном видеоролике:

Стандарт шатунов

Следующее, на что следует обратить внимание при покупке каретки – стандарт шатунов. Вариантов очень много, но мы предлагаем вам ознакомиться с самыми часто встречаемыми

• Шатуны под квадратный вал – самый распространенный вариант и заключается он в креплении болтами вала каретки в квадратных посадочных ячейках шатуна. Вал по своей форме может напоминать срезанную пирамиду и расширяется ближе к раме. Наиболее распространенные каретки с такой системой обладают валом, длина которого составляет 110-126 мм.
• Octalink, а именно два вида V-1 и V-2 – система с 8 шлицами. Стоит отметить, что каждый вид системы обладает своими размерами шлицов.
• Hollowtech 2 – система с интегрированною осью в правый шатун и с чашками выносного типа. Этот вариант обладает небольшим весом, все благодаря тому, что система обладает всего несколькими деталями, также это отображается на жесткости работы.
• GXP – этот вариант похож на предыдущую систему, кроме совместимости шлицов.
• Mexa Exo – также обладает интеграций оси и чашками выносного типа, как и Hollowtech 2, поэтому во многих случаях вполне удастся заменить одну систему на другую.
• ВВ30 – несовместимый стандарт со всеми иными, так как абсолютно новый. Отличается этот вариант диаметром интегрированной оси, которая значительно больше и составляет 30мм.
• ISIS – этот стандарт шатунов обладает главным отличием, а именно то, что вал имеет одну и ту же длину независимо от вида шатуна.
• HOWITZER – из-за того, что места под посадку могут напоминать предыдущий стандарт, часто считают что два этих вида совместимы, но это совершенно не так. В данном случае соединения получаются жесткими и проводят их, используя шлиц. Система также обладает автономной осью и закрепленными извне подшипниками.
• Power Spline – стандарт шатунов оснащенный 12-ю шлицами и есть вероястно совмещения с шатунами FiveD и Iso Flow/
• Клинья – вариант применяемый в простых и дешевых велосипедах. Фиксация шатунов мягкая и требуется частая замена деталей.

Резьбовая

Наиболее часто употребляемым стандартом кареточных узлов на сегодняшний день является Английский или BSA. По сути, это одно и тоже, для шоссейных велосипедов ширина кареточного узла составляет 68 мм, а для МТБ велосипедов 73 мм, при этом они имеют одинаковый внутренний диаметр 34,8 мм. Некоторые изощренные велосипедные производители используют итальянский стандарт ITA, хотя встречается он довольно редко. Владельцы рам с итальянской кареткой зачастую оказываются не в самых выгодных условиях, так как необходимые детали не так уж и просто найти.

Квадрат, Octalink, ISIS 

На заре становления велосипедной индустрии применялись каретки, чьи валы подразумевали использование клиньев для фиксации шатунов. Однако вскоре система была заменена квадратной конусной осью диаметром 17 мм, она широко применяется и в наши дни на велосипедах начального уровня. На современных велосипедах среднего и высокого уровня данное решение не применяется совсем. Дело в том, что такая каретка обладает очень большим весом (около 300-400 граммов), так как строится вокруг полнотелой стальной оси (хромолевой) и довольно массивных подшипников.

Следующим шагом в развитии кареточного дела стал стандарт Octalink от компании Shimano, соединение с шатунами происходило с помощью восьми шлицов. В наши дни такие каретки используются довольно широко, но все же намного реже систем под квадрат. Стандарт уже устарел и на новых велосипедах почти не применяется. Отличительная особенность кареток данного типа заключается в наличии радиальных подшипников (принципиальная позиция японцев), и в наличии облегченной оси увеличенного диаметра.
Также есть стандарт ISIS Drive, полностью повторяющий концепцию Shimano с небольшими изменениями. 

Перечисленные стандарты кареток объединены тем, что шатуны не имеют встроенных осей и каждый шатун отдельно закрепляется на оси каретки. 

Hollowtech II

Появление на свет кареток стандарта Hollowtech 2 изменило мир навсегда, автором обновления выступила компания Shimano. Такая каретка пользуется стандартным Английским резьбовым соединением с правой резьбой на левой чашке и левой резьбой на правой чашке. Подшипники располагаются не внутри кареточного узла, а снаружи, что позволило увеличить диаметр оси шатунов до 24 мм и сделать её полой. Ось при этом закрепляется на правом шатуне, а каретка в себе содержит только алюминиевые чашки с запрессованными в них компактными подшипниками, также в конструкцию входит пластиковый пыльник, который соединяет обе чашки внутри рамы. Силовой нагрузки этот пыльник, разумеется, не несет. Вес такой каретки не достигает и сотни граммов, правда, стоит учитывать, что она в себе и оси не содержит. Хотя даже добавление веса полой титановой оси делает эту каретку намного легче квадратной каретки.
Увеличенный диаметр оси шатунов позволяет получить высокие показатели торсионной жесткости, а увеличенная ее длинна увеличивает жесткость системы на изгиб. В итоге мы получаем облегченную и при этом упрочненную систему. 

Популярность стандарта Hollowtech 2 продолжает расти с 2003 года до сих пор. Решение оказалось очень интересным, простым и эффективным. Некоторые производители, перешедшие на PressFit возвращаются к японскому стандарту кареток, так как он оказывается намного практичнее в долгосрочной перспективе. 

MegaExo, X-Type и GXP

Truvativ, принадлежащая компании SRAM, разработала стандарт Giga X Pipe (GXP), что стало дальнейшим развитием их стандарта ISIS.
FSA разработала стандарт MegaExo, RaceFace разработала стандарт X-Type.
Три этих каретки практически полностью повторяют идею японцев, но с некоторыми особенностями. Тем не менее, ось 24 мм и вынесенные наружу подшипники делают эти каретки между собой почти неразличимыми. 

Шатуны в таких системах закрепляются очень просто. Правый шатун с осью просто вставляется в каретку, а левый шатун надевается на ось и поджимается с помощью специального пластикового или алюминиевого болта вплотную к чашке создавая преднапряжение на подшипниках, чтобы исключить люфты и смещения в процессе педалирования. 

Campagnolo Ultra-Torque и Power Torque

Да, тут почти все то же самое. Ось у итальянцев 25 мм диаметром, а вот каждый шатун имеет полуось, они между собой соединяются внутри каретки. Такая конструкция вышла в 2006 году под названием Ultra-Torque, а позднее в 2011 году была представлена конструкция с цельной осью под названием Power Torque. Такой вот ответ Shimano. 

Радикальный подход

Если запчасти не прикипели, предыдущие способы помогут снять велосипедные шатуны без съемника. Как можно заметить, варианты довольно элегантные и при правильном подходе не нанесут вреда ни велосипеду, ни вам. Но случается и так, что запчасти очень сильно прикипают. Особенно часто в местах контакта алюминий/сталь или сталь/сталь.

В таком случае поможет болгарка либо дрель. Определенный способ резки назвать сложно, поскольку конструкция рам и системы может быть самая разнообразная. На некоторых велосипедах можно просто отрезать кареточный вал, на некоторых можно попытаться высверлить максимально большое отверстие на месте резьбы, что под действием вибраций поможет разрушить соединение или поломать металл.

Прикипевшее соединение можно разрушить путем перепада температур. Нагрейте головку шатуна, например, горелкой, а затем резко охладите, насколько это возможно. Благодаря физическим свойствам металла есть шанс снять шатуны велосипеда без съемника, как только конструкция остынет.

Вы можете поэкспериментировать, путем комбинирования вышеописанных способов, или же попробовать свой уникальный.

Типы шатунов и кареточных механизмов

Шатуны имеют разные способы крепления, которые зависят от типа используемой каретки. Подробно типы кареток мы рассмотрели в этой статье.

Ось каретки имеет квадратное сечение

Тут возможны три разновидности:

1. Шатун традиционной конструкции. На каретках такого типа концы оси каретки имеют квадратные сечения. Шатуны вместе с пыльником (пластмассовое кольцо) притягиваются винтом, который вворачивается в ось. Винт виден посередине. Винт имеет головку под внутренний шестигранник 8 мм. Применяется в основном в системах на Shimano Acera/Alivio/Deore (до 2007 г.) и Suntour Duro

Винт, закрытый пыльником. От предыдущей конструкции отличается только тем, что винт, притягивающий шатун, находится под пластмассовой пробкой — пыльником, которую надо снять, подковырнув.

Третья разновидность шатунов часто используется на совсем недорогих велосипедах. Здесь ось каретки тоже имеет квадратные сечения на концах. Но здесь шатуны притягиваются не внутренним винтом, а болтом. Болт обычно находится под пыльником. Болт можно отвернуть накидным ключом на 14.

Ось каретки имеет круглое сечение (шатуны под стандарт Shimano OCTALINK)

На каретках такого типа ось имеет круглое сечение, а на концах оси имеются 8 выступов. Шатуны притягиваются специальным полым болтом, под внутренний шестигранник на 10, и защищаются снаружи от грязи алюминиевыми пыльниками. Пыльник просто ввинчивается в шатун. Ось каретки сделана полой, и поэтому традиционные съемники не работают — им просто не во что упираться. Надо применять специальный съемник или универсальный Bike Hand YC-215A.

Полные шатуны под интегрированные каретки HOLLOWTECH II

Я уже писал о таких полых каретках в этой статье. Они применяются в Deore с 2006 г. и Dore LX/XT/XTR/SLX. Что касается снятия шатуров, то необходим отдельный интсрумент для HOLLOWTECH II. Он выпускается ParkTool, Bike Handб Ice Tools. Также потребуется шестигранник.

Правильный выбор Q-фактора

Важно уделить внимание правильному выбору Q-фактора. Это поможет велосипедисту повысить эффективность прилагаемых усилий до 4%. Это параметр расстояния между плоскостями, в которых осуществляется вращение головки шатунов

Максимальное давление ногой человек может осуществить, если направление прилагаемых усилий находится под углом 90 градусов к поверхности. Если расположение ног велосипедиста близко друг к другу, то коленным суставам тяжело перенести длительные нагрузки. Естественно, строение ног у людей разное. При потоковом производстве байков особенности строения конкретного человека учесть невозможно. Но спортсмены, использующие байки профессионально, вполне могут подобрать Q-фактор с учётом индивидуальных особенностей. Следует отметить, что увеличенный Q-фактор обычно предусмотрен в моделях горных велосипедов

Это параметр расстояния между плоскостями, в которых осуществляется вращение головки шатунов. Максимальное давление ногой человек может осуществить, если направление прилагаемых усилий находится под углом 90 градусов к поверхности. Если расположение ног велосипедиста близко друг к другу, то коленным суставам тяжело перенести длительные нагрузки. Естественно, строение ног у людей разное. При потоковом производстве байков особенности строения конкретного человека учесть невозможно. Но спортсмены, использующие байки профессионально, вполне могут подобрать Q-фактор с учётом индивидуальных особенностей. Следует отметить, что увеличенный Q-фактор обычно предусмотрен в моделях горных велосипедов.

Правильный выбор

Визуально неисправность кареточного узла выявить невозможно. Поломка проявляется непосредственно во время движения в виде стука, прочих посторонних звуков и затрудненного кручения педалей. Для того чтобы подобрать правильную каретку для велосипеда, нужно провести замеры: измерить длину вала, определить стандарт шатунов двухколесного транспорта.

Алгоритм подбора неинтегрированного узла немного сложнее, чем у остальных:

1. Узнать нужный стандарт каретки (квадрат или какой-то из шлицевых).
2. Определить длину вала и вид резьбы (тип кареточного стакана).
3. Узнать допустимую линию цепи (chainline).

Самые распространенные размеры вала у велосипеда, которые также необходимо учитывать при выборе:

• 113 мм (встречаются очень редко);
• 115 мм (также редко используется);
• 118 мм (стандартная ширина);
• 122,5 мм (в основном у кареток под квадрат).

Для приобретения достаточно будет назвать модель и производителя транспорта, длину вала, размеры старого узла и шатунов. Скоростные и городские велосипеды достаточно бюджетные, а у большинства недорогих велобайков устанавливаются каретка квадрат или картридж. Горный транспорт более дорогой и совместим с неинтегрированным и картриджным узлом. Но опять же, у разных производителей разные стандарты, соответственно, и модель каретки варьируется.

Материал шатунов

Рычаги педалей могут изготавливать из разных материалов:

На какие только ухищрения не идут производители шатунов, чтобы снизить вес: изготавливают их сложной замысловатой формы, делают канавку снаружи, оставляют пустоту внутри. Более легкие шатуны, кроме того что снижают общий вес велосипеда, так ещё легче раскручиваются. Чем меньшую массу нужно раскрутить, тем быстрее можно ускориться.

Хотя шатуны и являются одними из самых нагруженных деталей велосипеда, их можно сделать пустотелыми. Как в случае с рамой велосипеда, точно так же полый рычаг педали сохраняет свою прочность и жесткость при намного меньшем весе. Наличие пустоты внутри детали значительно на показатели прочности не влияет.

Стальные шатуны могут быть цельными и трубчатыми. Для отечественных велосипедов и шоссейных их делают цельными. Очень часто на горные велосипеды и спорт байки BMX ставят облегченные полые рычаги педалей.

Все прочные, у которых низка вероятность поломки, алюминиевые детали изготавливают горячей или холодной ковкой. Велосипедные шатуны прессуют по металлической вставке, а затем её удаляют, после чего получается готовая деталь с фигурной канавкой. Полые рычаги из алюминия делают только методом холодной ковки Hollowtech, впервые внедрённым фирмой Shimano. Такие изделия применяются вместе с полым валом каретки, закреплённые на его 8-ми шлицевых торцах увеличенного диаметра.

Для редких спортивных велосипедов изготавливают шатуны из титана или карбона. Карбоновые изделия могут быть как однородными, так и с алюминиевой или титановой основой внутри. Ясное дело, что чем сложнее технология изготовления, тем дороже готовое изделие.

3 типа шатунов

Существует три вида систем, каждая из которых имеет свои преимущества, начиная от цены, заканчивая надежностью или простотой в обслуживании.

Односоставная система шатунов для велосипеда. Этот тип представляет собой единую деталь, сочетающую и вал каретки, и оба шатуна. Несмотря на то, что конструкция считается устаревшей, она до сих пор применяется на бюджетных велосипедах, а также вариантах для детей.

Из минусов стоит отметить только относительное увеличение веса, но при этом односоставная система не требовательна в обслуживании, надежна, прочна и имеет довольно приличную жесткость. Но и на этом плюсы не окончены, так как конструкция полностью литая, то и специнструменты для разборки не требуются.

Двухсоставная система. Этот вид появился несколько десятков лет назад и даже относился к забытым и устаревшим, но в наше время все больше велосипедов оснащаются именно двухсоставной системой.

Этот тип представляет собой систему когда правый шатун «впрессован» во втулку со звездочкой и, по сути, является единой деталью, а левый крепится при помощи стягивающих болтов.

Трехсоставная система. Здесь все просто. Есть вал каретки, есть два шатуна, которые крепятся между собой при помощи системы болтов. Другими словами, все составляющие можно разобрать, перебрать и вновь установить.

Какие бывают съемники

Ключ для шатуна велосипеда представляет собой специальный инструмент (чаще пресс), который в разы облегчает съем системы в отличие от молотка.

Для каждого вышеперечисленного стандарта существует свой съемник. В случае с квадратным валом и Octalink – это своеобразный пресс, который вкручивается в саму головку шатуна, упирается специальной площадкой в вал каретки и путем вкручивания гайки срывает шатун. Наблюдаются случаи срыва резьбы самих шатунов, если система была запрессована очень сильно.

Для крышки левого шатуна с Hollowtech II нужен специальный ключ в форме звездочки. Прижимный болт затягивают с силой всего 1-2 Н/м, поэтому ключ такого стандарта обычно пластиковый, неудобный, а крышка запросто выкручивается руками.

Специальный инструмент – это хорошо, и приобрести его стоит каждому велолюбителю. Но все же перейдем к главному вопросу – как снять шатуны велосипеда без съемника?

4 способа крепления на валу каретки

• Клин – устаревший вариант, распространенный на велосипедах времен СССР а также все еще встречающаяся на недорогих детских двухколесниках.
• Квадрат – вариант, когда оба шатуна крепятся на едва скошенном клиновидном квадрате каретки. В этом варианте детали затягиваются при помощи гаек, которые в свою очередь закрываются пластиковыми пыльниками.
• Шестигранник – прототип квадрата с большим количеством граней для снятия давления на ось каретки.
• Шлицевое соединение – усовершенствованный стандарт OctaLink, в котором каретка имеет больший диаметр, а также оснащена восемью выступами для большего сцепления. В этом случае шатуны затягиваются болтом под ключ шестигранник, вместо стандартного съемника, который в данном случае применить не удастся.