Как работает Hyperglide

А что это такое?

"Hyperglide" - это особая форма зубцов на звёздах велосипедного привода. Hyperglide-ными могут быть и передние, и задние звёзды. Задние звёзды могут быть установлены на трещотке или на кассете. Далее я буду говорить "кассета", хотя всё сказанное в равной мере применимо и к остальным случаям. Изобретённый термин hyperglide можно было бы перевести на русский, например, как "сверх-скольжение", но это звучит совсем не так загадочно-привлекательно.

На странице про историю Dura-Ace Шелдон Браун сообщает, что Hyperglide был разработан фирмой Shimano и запущен в производство в 1989 году. На этом мини-экскурс в историю заканчивается, и я перехожу к практике.

Hyperglide улучшает переключение с меньшей звезды на большую. Переключение на меньшую звезду и так легче - это ещё помнят те, кто в доисторические времена ездил на "Стартах-Шоссе" и "Туристах" с непрерывным (не дискретным) переключением и не-hyperglide-ными звёздами. Чтобы переключиться на меньшую звезду, достаточно сбросить цепь с большей; цепи некуда деваться, кроме как упасть на меньшую. А вот в обратном направлении большая звезда мешает цепи отделиться от меньшей, и вместо переключения часто можно было слышать скрежетание цепи о звезду, на которую ей "не залезть". Как правило, требовалось перевести рычаг переключения (манетку) несколько дальше, чем его новое положение, дождаться, пока цепь перепрыгнет, а затем чуть "подправить" манетку обратно. Особенного умения требовало переключение на самую большую звезду - переведя рычаг "несколько дальше", можно было сбросить цепь в щель между звёздами и спицами, что может быть чревато очень неприятными последствиями!

С изобретением hyperglide-а такого больше делать не нужно. Кроме того, при переключении практически отсутствует скачок цепи: при переключении на большую звезду она зацепляется с большей до того, как отделяется от меньшей.

На фотографии запечатлён момент, когда цепь наполовину перешла на первую (самую большую) звезду со второй, и как раз зацеплена за обе. Не зацеплены ни за одну звезду всего два или три звена.

Hyperglide-ное переключение со второй на первую звезду

Конечно, ничто не даётся бесплатно. Звёзды на Стартах-шоссе "жили" гораздо дольше; а когда они всё-таки стачивались, трещотку можно было разобрать и звёзды перевернуть - начиналась их вторая жизнь. На hyperglide-ных кассетах этого не получится, их посадочные шлицы специально сделаны так, чтобы звезду можно было поставить только одним способом. (Мешающие шлицы можно спилить, но это не решит проблему: обратная сторона зубцов не предназначена для вытягивания цепи вообще. Ну и конечно никакого hyperglide-а больше не будет.) Новые звёзды значительно тоньше; здесь hyperglide не при чём, а винить следует тот факт, что их стало слишком много. Но вообще-то основная причина более быстрого износа звёзд - это гораздо меньшая высота зубцов. Раньше зубцы пролезали сквозь цепь, поэтому даже когда они были уже изрядно сточены, цепь всё ещё не проскакивала.

Так в чём же секрет?

Кроме удовлетворения любопытства, ответ на вопрос "как оно работает" поможет разобраться, какие звёзды лучше подойдут на замену. Кассеты обычно продаются целиком, и мне всегда было обидно выбрасывать шесть почти новых звёзд из-за трёх изношенных. Но изнашиваются, естественно, самые используемые. К счастью, нашлось место, где звёзды продаются по-отдельности (и не стоят по-отдельности столько же, сколько целая кассета). Кроме замены изношенных звёзд, интересно собирать свои собственные кассеты, как это делает тот же Шелдон Браун. Заменяя одни звёзды на другие, мы почти наверняка потеряем hyperglide - но может быть и нет!

Итак, что особого в hyperglide-ной кассете?

Вообще говоря, когда цепь в произвольном месте сталкивается с одной звезды на другую, её звенья совсем не обязательно сразу попадут в точности на новые зубья. Например, на фотографии я пытаюсь "переключить" в наудачу взятом месте, и цепь "стоит" на верхах зубцов:

Цепь сталкивается на новую звезду в произвольном месте.

В конце концов цепь, конечно, нормально зацепится за новую звезду. Но:

• В момент зацепления произойдёт скачок
• Самое главное: почти наверняка цепь нужно будет "двинуть" вбок дальше своего нового положения, чтобы она смогла зацепиться.

В hyperglide-ном приводе таких неприятностей не имеется.

Ключ здесь в том, что на звёздах имеются специальные точки, именно в которых будет происходить переключение.

На фотографии внизу - звезда, со стороны, которая частично видна на кассете (то есть, с правой стороны, если смотреть по ходу велосипеда). Назовём эту сторону лицевой. Самое заметное, что сразу бросается в глаза - пять штампованных углублений. Назовём их ХУ - Хайперглайдные Углубления... или нет, лучше ХВ - Хайперглайдные Впадины.

Пять ХВ.

Я специально выбрал кассету с большими скачками: это восьмерная 11-32. Посмотрим, сколько ХВ имеется на каждой звезде из восьми:

Видите закономерность? (Тест на IQ проходили?) Вот она:

Изучите кассету на своём велосипеде (снимать её для этого необязательно) - закономерность выполняется? В любом случае, чтобы выглядеть солидно, назовём это утверждение "теоремой о ХВ".

Понаблюдав за переключением, можно заметить, что оно происходит точно там, где находятся ХВ. Для того, чтобы цепь, снявшись с меньшей звезды, тут же зацепилась за зубья большей, нужно, чтобы в точке переключения между зубьями большей и меньшей звёзд было определённое расстояние (приблизительно кратное длине звена). Это хорошо согласуется с теоремой о ХВ! Предположим, вы взяли две звезды с разным числом зубов, совместили их центры, выбрали по одному зубу на обеих и направили их в одну и ту же сторону (например, на 3 часа дня). Сколько ещё пар зубов будет направлено точно в одну сторону? Посмотрите на схему и прочитайте ответ для восемнадцати и двадцати одного зуба.

Схема звёзд с 18 и 21 зубьями: три места, где зубы совпадают

(Эту схему я написал вручную на языке PostScript, если хотите, посмотрите исходный код.)

Точное совпадение произойдёт только если оба числа (18 и 21 в нашем примере) делятся на их разность (3). Такое, конечно, происходит не всегда. Однако, посмотрим на две самые распространённые горные шимановские девятерные кассеты:

• 11-12-14-16-18-21-24-28-32: все пары звёзд удовлетворяют этому требованию!
• 11-13-15-17-20-23-26-30-34: э, тут дело хуже, не удовлетворяет ни одна. Ну что ж поделать, приходится полагаться не на точное, а на примерное совпадение.

Не поэтому ли кассет 11-32 встречается больше, чем 11-34?

Посмотрите на вид ХВ: она по форме похожа на звено цепи. До нас начинает постепенно доходить, что ХВ позволяют цепи, которая уже прижата переключателем к большей звезде, продвинуться ещё чуть-чуть дальше, так, что следующее звено цепи уже наверняка зацепится за свой зуб.

Следующее звено уж наверняка за него зацепится... с вероятностью 50%.

Дело в том, что в цепи есть "внешние" (широкие) и "внутренние" (узкие) звенья. На ХВ может попасть как внешнее, так и внутреннее. Что произойдёт дальше?

1) Если на ХВ попадёт узкое звено, то следующее широкое за свой зуб зацепится. Если посмотреть на обратную сторону большей звезды, мы увидим, что зуб, следующий за ХВ, подпилен "клином".

2) Если на ХВ попадёт широкое звено, то следующее узкое ни за что не зацепится - оно слишком узкое! Тогда зацепится следующее широкое. И действительно - с обратной стороны клином подпилено не одно звено, а два!

Случай 1: узкое звено попало на ХВ, а следующее широкое
(с маркой "PC48") зацепляется за новую звезду. Случай 2: широкое звено (с маркой "PC48") попало на ХВ,
широкое звено через одно (с маркой "15") зацепляется.

Ну и вот Вам обратная сторона звезды. ХВ не видны, но мы можем сказать, где они находятся: там, где в звезде не высверлены отверстия (наверное, из соображений прочности - там зубы и так тоньше). И посмотрите на пары сточенных клином зубов, следующих за ними!

Обратная сторона звезды.
ХВ там, где нет дырочек. Увеличено: после каждого ХВ,
3 зуба заточены особым образом.

Кстати, на этой звезде специально заточены не 2, а 3 звена. Первое после ХВ - "клином", два следующих просто сделаны тоньше. (Я не могу объяснить, зачем заточено третье.)

Теперь мы можем точно сказать, за чем нужно следить, заменяя звёзды, если мы хотим, чтобы hyperglide сохранился:

На практике это означает, что старая и новая звёзды должны совпадать зубьями, будучи одновременно надеты на втулку.

Кое-чего я сам не понял:

1) Некоторые зубы симметричны. А некоторые будто наклонены по направлению вращения. В частности, все зубы над ХВ наклонены. Для чего?

Две одинаковые звезды повёрнуты на 2 зуба. Те же самые зубы друг напротив друга.

2) Каждый зуб перед ХВ заточен клином с лицевой стороны. Для чего?

Видимо, на эти вопросы отвечает шимановский патент US20110092327A1 (сохранён), он расписывает детали переключения на 17 страницах и показвает все детали поверхностей зубов - они пронумерованы от 1 до аж 94.

3) Shimano имеет патент US6340338B1, описывающий форму зубов, которая помогает цепи сваливаться с большей на меньшую звезду. Как в точности это сделано - я пока не разобрался.

Совместимость (или её отсутствие)

Форма ХВ различна на звёздах от SRAM и Shimano. (Сравнивать звёзды Shimano и Campagnolo нет смысла, потому что кампаньоловские звёзды нельзя надеть на шимановскую втулку, и наоборот.) Форма остальных, обычных зубов, тоже чуть-чуть разная. Но, хотите верьте, хотите нет - на двух кассетах от SRAM и Shimano, которые сейчас лежат у меня в руках и имеют звёзды с одинаковым числом зубов, ХВ расположены в точности одинаково и зубья "совпадают" между звёздами двух производителей. Так что их можно переставлять, почти не теряя чёткости переключения. "Почти" - потому что форма самих зубов чуть разная, наверное это на чём-нибудь как-нибудь скажется.

Совместимость между "скоростями"

С точки зрения толщины звёзд и расстояния между ними, вполне можно взять, допустим, восьмерную звезду и поставить её на девятерную кассету (числа 8 и 9 - произвольные). Разница в миллиметрах слишком мала, чтобы её можно было почувствовать. Но вот расположение зубов и ХВ - разное. На фотографии - восмерная и девятерная звёзды, обе из одной же серии 16-18-21, но их зубы не совпадают.

Восьмерная и девятерные звёзды 18 зубов

Заключение ("не парься")

На протяжении почти полувека люди жили и катались на велосипедах безо всякого hyperglide-а. Правда, у них были не-индексные манетки, и они могли "подтянуть" рычажок чуть дальше, и потом вернуть его куда следует. Если Вы замените звезду на "не-hyperglide-совместимую", самое ужасное, что Вас ожидает - худшее переключение снизу на эту звезду. А может быть оно будет почти и не хуже (особенно после замены засорившихся рубашек и размусоленных тросиков). Главное - знание, как что работает. Тогда, даже если оно работать перестанет, Вы будете знать, в чём дело, и чувствовать себя хозяином положения, а не беспомощным юзером.

Константин Шемяк (konstantin@shemyak.com) / Велосипедизм / Как работает hyperglide