Mit przekoszonego łańcucha

(19.10.2016)

W swej naiwności popełniłem błąd. Mianowicie obejrzałem kilka filmików rowerowych blogerów na TyRurze ( YouTube ).

Po krótkim epizodzie psychotycznego szału, odzyskałem władzę nad wyższymi czynnościami mózgu. Skoro ktoś się myli w internecie, trzeba go poprawić.

Po prostu CZEBA!

No więc dzisiejszy artykuł traktuje o BHN – bezpieczeństwo i higiena napędu, wersja heretycka.

Część pierwsza – Herezja przekosu.

Jeżeli masa rotowana to mit naczelny, to przekos to mit pomocniczy eksploatacyjnego kultu roweru.

W roku 1993 stałem się posiadaczem swojego pierwszego roweru z przerzutkami, Zenita z 5 rzędowym wolnobiegiem 14-24 i korbą 46T. Do tego niebiesko-seledynowego cuda techniki dołączona była instrukcja z, między innymi, zaleceniami eksploatacyjnymi. Interesujące w tejże instrukcji było to, iż zawierała zalecenia także dla rowerów z dwurzędową korbą. Czyli dla Gazeli czy np. Mustanga.

Otóż w zaleceniach tychże dla rowerów z korbą 2x, było kategorycznie verboten, aby korzystać z kombinacji duża-duża czy też mała-mała – czyli przekosach. Uzasadnieniem było zwiększone zużycie napędu w takich sytuacjach.

Co ciekawe. Zenit – mający ten sam 5 rzędowy wolnobieg co Gazela, nie miał tych obostrzeń, bo po prostu nie miały one sensu – w końcu Zenit miał jednorzędową korbę.

Już wtedy wydawało mi się to odrobinę dziwne. Jeszcze dziwniejszym stało się to później, kiedy to po kilku katastroficznych awariach Zenit dostał kosztujący 1/2 ceny roweru 7 rzędowy wolnobieg Shimano a mimo to wszystko dalej działało bez zarzutu.

Ale przewińmy dalej.

Mamy rok 2016, Sram wypuścił Igla-Pigla z 12 zębatkami. Gdybym był obscenicznie bogaty, to bym wyszarpał jakiegoś Zenita i zapodałbym mu ten napęd. Ale nie jestem, więc jedynie mogę zauważyć, że mająca 40mm szerokości kaseta Eagle jest konsekrowana do napędu jednorzędowego z pi * drzwi 25mm odgięcia łańcucha, podczas gdy trzy dekady wcześniej producent miał obiekcje co do wykorzystywania odgięcia 12,5mm.

Czyż postęp nie jest wspaniały?

Pytanie – czy na pewno postęp?

Zalecenia co do unikania przekoszonych biegów ciągnie się za nami od zawsze do dnia dzisiejszego. W filmie który oglądałem, autor udowadniał tezę szkodliwości przekosu na przykładzie napędu 3x9. Grzebiąc po internetach znalazłem te same zalecenia co do 3x10, 2x10, 3x11, 2x11 i w sumie każdej możliwej kombinacji napędu w której są dwie lub trzy koronki z przodu.

Wytłumaczcie mi zatem – jak to jest, że 1x12 pozwala na korzystanie z całej kasety, ale 3x10 nakłada jakieś obostrzenia? Technologia chyba ta sama, więc w czym rzecz?Przekładnia łańcuchowa działa pi-razy drzwi tak, iż zębatki powinny być w tej samej płaszczyźnie. Wtedy kolejne ogniwa są obciążane symetrycznie a cały łańcuch jest równomiernie eksploatowany. Jeżeli zębatki nie są rozmieszczone w tej samej płaszczyźnie, to naprężenia w łańcuchu rozkładają się nierównomiernie, co mu szkodzi.

Jest to istotne w 10 elementowym łańcuchu tulejkowym – czyli w klasycznej konstrukcji sięgającej początku ubiegłego wieku. Łańcuch tego typu jest bardzo sztywny bocznie i wszelakie odgięcia od jego naturalnej linii średnio mu służą – konkretnie tulejka współpracuje z sworzniem nieosiowo, ale punktowo, co deformuje z czasem te elementy i generalnie przyśpiesza zużycie łańcucha.

Tyle, że co najmniej od początku lat 90 dominującą konstrukcją łańcucha jest łańcuch 8 elementowy. Różnica pomiędzy nimi wygląda mniej więcej tak – w przekroju:

W łańcuchu 8 elementowym znika tulejka pomiędzy blaszkami wewnętrznego ogniwa, a jego dwie połówki są ukształtowane w mniej więcej lejek tworzący tunel dla sworznia. Tworzy to coś na kształt uniwersalnego zawiasu na każdym ogniwie. Co na dobrą sprawę jest zbliżone do tego jak zużywa się łańcuch 10 elementowy traktowany dużymi odgięciami.

Łańcuch 8 elementowy są dominującą konstrukcją dlatego, iż:

• jest łatwiejszy w produkcji
• szybciej się zużywa ;)
• jest bardziej elastyczny niż 10 elementowy

Najbardziej istotnym dla miłośników przerzutek tylnych jest fakt trzeci. Współczesne 10, czy 11 rzędowe napędy mogą istnieć tylko dzięki tej cesze 8 elementowej konstrukcji. Konkretnie zaś – odgięcie o 20-25mm nie tylko spowodowałoby szybką degradację 10 elementowego łańcucha, ale także jego naturalna sztywność nie pozwoliłaby na sprawną indeksację biegów.

O czym zresztą przekonałem się osobiście, próbując stosować tulejkowy łańcuch z systemu 3x6 na napędzie 2x8.

W każdym razie, 8 elementowy łańcuch jest naturalnie dużo bardziej giętki, nawet po wyjęciu z pudełka. Dzięki temu nie stawia oporów przy indeksacji biegów oraz, co najważniejsze, dużo lepiej radzi sobie z przekosami – również pod względem odporności na zużycie.

Kwestia przekosu jest interesująca również z innego powodu.

Otóż podczas demonizowania krzyżowania, ponieważ prowadzi do śmierci nagłej napędu, pomijana jest inna rzecz. Mianowicie – zdolność łańcucha do pozostania na obu zębatkach przekładni podczas jej pracy.

Problem znany wszystkim miłośnikom jednobiegowców. Jeżeli zębatki w napędzie są umieszczone w tej samej płaszczyźnie, to oczywiście problemu nie ma. Jeżeli jednak zębatki rozsunąć to wcześniej lub później, zależnie od tego jak bardzo są rozsunięte, łańcuch opuści to towarzystwo w poszukiwaniu wolności, demokracji i poszanowania godności osobistej np. na mufie suportu.

W rowerze wielobiegowym łańcuch w ryzach trzyma wózek tylnej przerzutki oraz przerzutka / napinacz / koronka N/W z przodu. I to generalnie działa. Wszystkie te zabiegi mają na celu powiększenie dopuszczalnego dystansu pomiędzy płaszczyznami współpracujących zębatek. Nawet po zastosowaniu tych metod zaradczych w końcu dojdziemy jednak do pewnej granicy, powyżej której napęd po prostu przestaje funkcjonować.

Objawy zbliżania się do tej granicy są wielorakie. Najczęściej jednak spotykamy się z jednym z dwóch:

• w napędzie trójrzędowym, korzystanie z przełożenia duża-duża bywa utrudnione, gdyż prowadzenie łańcucha koło wodzika przedniej przerzutki musi być tak ciasne, że łańcuch po prostu orze po wodziku. Jeżeli tego nie zrobimy, to łańcuch ucieka z dużej koronki w korbie na średnią.
• W dowolnym napędzie cofanie korb podczas korzystania z największej koronki na kasecie łańcuch lubi sobie spaść na mniejszą zębatkę. Problem znany od zawsze, ale ostatnio popularny na fali rozpowszechnienia się jednorzędowych napędów na coraz szerszych kasetach.

Z tych dwóch, pierwszy jest stanowczo bardziej uciążliwy, gdyż występuje podczas normalnego pedałowania.

Tak na marginesie, jeżeli jeszcze nie zauważyliście, to kaseta Igla-Pigla (oraz e-bikowej grupy EX1 ) posiada na największych koronkach znajomy profil szeroko-wąski – właśnie po to aby zarządzać drugim problemem:

Problem ten jest zresztą głównie drobną upierdliwością, gdyż przy prawidłowo zarządzanym łańcuchu występuje incydentalnie i na dobrą sprawę sam się koryguje po jednym/dwóch obrotach korbą.

Jeżeli chodzi o kwestie działania, to istnieje jeszcze jeden problem, endemiczny do rowerów z napędem dwu i trójrzędowym.

Otóż, próba jazdy na młynku oraz najmniejszych zębatkach na korbie i kasecie jednocześnie może kończyć się zahaczaniem się odgiętego łańcucha o nity podnoszące łańcuch na większą zębatkę, a stanowczo będzie dzwonić o tę zębatkę podczas jazdy. Abstrahując od sensowności jeżdżenia na takich biegach, problem ten wynika z kompromisów na które musi iść projektant zestawu zębatek ( to jaaaaa! ). Dystans pomiędzy nimi jest zależny od grubości łańcucha oraz różnicy wielkości ząbków. Zwykle jednak jest to pomiędzy 7,5 a 8,5mm. Dla najsprawniejszej zmiany biegów "w górę", chcemy jednak aby było to jak najmniej – to jednak pociąga za sobą problem przedstawiony wyżej.

Wracając do głównego tematu, czyli "zaleceń" i zaleceń.

Wnioskując z kwestii zdolności napędu do pracy, możemy od razu stwierdzić, że raczej chcemy aby napęd działał cicho i bez niespodzianek. Na razie pomińmy kwestie zużycia, przejdźmy tylko do technikaliów.

Na początek – w napędzie jednorzędowym, oczywiście korzystamy ze wszystkich biegów na kasecie, inaczej cała koncepcja nie ma sensu.

Napęd dwurzędowy, to jednorzędowy z dodanym młynkiem. Linia łańcucha na dużej zębatce jest najczęściej bardzo zbliżona, lub wręcz identyczna do tejże w jednorzędowym napędzie. Więc z dużej koronki korby korzystamy w połączeniu z całą kasetą. Mała koronka jest w tym układzie użyteczna podczas podjazdów. Na dobrą sprawę można na niej również jeździć na całej kasecie, ale dla higieny raczej warto, poza sytuacjami awaryjnymi, unikać kombinacji młynka z najmniejszymi zębatkami kasety.

Napęd trójrzędowy, to napęd dwurzędowy, z dodanym "nadbiegiem" w postaci patelni, więc wszystkie zalecenia dla 2xX są w mocy. Sama największa patelnia zaś, ze względu na problemy z prowadzeniem łańcucha, powinna być wyłączona, poza sytuacjami awaryjnymi, z kombinacji z największymi dwoma-trzeba koronkami kasety.

Albo, spójrzmy na kombinacje na rysunku:

Teraz spróbujmy wszyć w to kwestie zużycia łańcucha.

Po pierwsze – już wiemy, że współczesny łańcuch jest dużo bardziej giętki niż klasyczny tulejkowy. Dzięki temu lepiej sobie radzi z pracą pod kątem. Oczywiście, dalej w mocy jest obserwacja, iż praca pod kątem przyspiesza zużycie. Pytanie jednak jest zupełnie gdzie indziej.

Mianowicie – jaka jest magnituda tego szybszego zużycia w funkcji kąta odgięcia łańcucha.

I tutaj trafiamy na ścianę. O ile wszyscy 'wiemy' że łańcuch pracujący pod kątem zużywa się szybciej, to nikt nie udzielił mi odpowiedzi na to ile szybciej.

Postawmy problem następująco:

Zakładając, że mamy stałe naprężenie, stałe środowisko pracy oraz stały rozmiar, materiał oraz typ zębatek. Jak różnić się będzie wydłużenie łańcucha tego samego typu w przypadku pracy pod różnymi kątami odgięcia.

W rowerach praktycznie nie zdarza się odgięcie powyżej 3*, więc załóżmy, że mamy cztery zestawy – jeden o zerowym kącie odgięcia, jeden o 1*, jeden o 2* i jeden o 3*.

No i niestety takiego badania nie udało mi się znaleźć.

Pohipotetyzujmy zatem.

Przy 3 stopniach przegięcia ok 5% naprężenia łańcucha zostaje odłożone jako siła działająca w bok. Dla kątów 1* i 2* jest to odpowiednio 1% i 3%. Możemy zatem założyć, że łańcuch eksploatowany przy 3* przegięcia zużyje się 5% lub szybciej. Dla naszego eksperymentu załóżmy, że tak naprawdę jest to 50% i odpowiednio 30% i 10%.

Czyli – jeżeli eksploatacja łańcucha bez przegięcia przez 70h powoduje zużycie całkowite łańcucha, to dla 3* przegięcia będzie to 70 / ( 1 + 50% ) = ~46h.

Załóżmy teraz, że mamy kasetę 7 rzędową, która ma taką cechę, iż na każdej koronce mamy kąt odgięcia różny o 1*. Czyli:

Bieg 1 – odgięcie 3*
Bieg 2 – odgięcie 2*
Bieg 3 – odgięcie 1*
Bieg 4 – odgięcie 0*
Bieg 5 – odgięcie -1*
Bieg 6 – odgięcie -2*
Bieg 7 – odgięcie -3*

Tak jak na rysunku:

Jeżeli na każdym biegu jeździmy tle samo czasu i trzymamy się założeń eksperymentu, to zużyjemy łańcuch w ~55,6 godziny, czyli jakieś 21% szybciej.

Co się stanie, jeżeli pozbędziemy się skrajnych przełożeń, i spróbujemy jeździć na wewnętrznych 5 biegach? Otóż wtedy, pomijając stratę zakresu, zajedziemy napęd w ~60,3 godziny.

Zawężając dalej – korzystając tylko z 3 wewnętrznych biegów będzie to ~66,5 godziny.

Oczywiście dla jazdy na neutralnej linii będzie to 70 godzin.

Czyli:

• 7 użytych zębatek – 55,6 godziny, czyli 79% maksimum eksploatacji łańcucha
• 5 użytych zębatek – 60,3 godziny, czyli 86% maksimum eksploatacji łańcucha
• 3 użyte zębatki – 66,5 godzin, czyli 95% maksimum eksploatacji łańcucha
• 1 zębatka – 100% życia

Od razu widać, że z im większego przekosu korzystamy, tym szybciej napęd umrze. Tego możemy się spodziewać.

Możemy również spodziewać się, iż jeżeli udział czasu jazdy na przekosie w naszym eksperymencie zredukujemy, to żywotność całego napędu wzrośnie.

Po drugie, nawet w tym przerysowanym przykładzie widać, że spadek żywotności łańcucha jest znaczny, ale nie dramatyczny. Jestem w stanie bronić tezy, iż większość z nas mogła by takiej różnicy nie zauważyć. Przede wszystkim zaś, jeżeli szukamy jakiejś odpowiedzi na poszukiwany temat, trzeba spojrzeć tam, gdzie koncepcja wymaga jazdy na ekstremalnych przekosach.

Czyli – znowu patrzymy na panoszące się ostatnio w góralskim kolarstwie napędy 1xX. Czy w tym napędzie słychać potępieńczy skowyt użytkowników którym łańcuchy rozpadają się na kasetach?

Zastanówmy się. W 11 rzędowym 1xX łańcuch musi sobie radzić z dużymi skosami, gdyż kaseta zachodzi już na szprychy. Jednocześnie, natura jeżdżenia po górach jest taka, że gros czasu spędza się jadąc pod górę, siłą rzeczy, na tymże prekosie.

Z mojego ograniczonego doświadczenia, przy 1xX dramatu ze zużyciem nie ma. Znaczy się, w moich czteroletnich eksperymentach z jednorzędowym napędem nie zauważyłem przyspieszonej degradacji łańcucha. Patrząc po internetach, też jakoś nie widać narzekań na zjadanie łańcuchów w nadmiernym tempie. Mówimy tutaj o grupie która marudzi :P, że przy pedałowaniu do tyłu na takim napędzie łańcuch spada i całkiem niedawno rozpatrywała kasety za ~1000zł.

Co to udowadnia? Faktycznie, zgodnie z metodą naukową rzecz ujmując, niewiele. Co najwyżej sugeruje iż nie taki ten przekos straszny jak go malują.

Co jeszcze by sugerowało taki stan rzeczy?

Jeżeli skoszony napęd powodowałby dramatyczny spadek trwałości napędu, to widzielibyśmy nie tylko stertę zużytych łańcuchów, ale także stertę zużytych zębatek szeroko-wąskich z grubością zębów szerokich mocno zmniejszoną względem nowych. Tak się jednak nie dzieje, zużyte zębatki N/W schodzą w sposób zbliżony do tradycyjnych i na szerokości tracą niewiele.

Jeżeli skompensujemy teoretyczny skos jeżdżeniem na wyższych biegach, to siłą rzeczy zaczniemy jeździć z wyższym naprężeniem łańcucha, więc i szybciej zajedziemy łańcuch z tego względu.

Do czego zmierzam.

Przekos, tak długo jak nie wpływa na jakość pracy napędu, wydaje się w praktyce nieistotny. Jeżeli przyjrzymy się mocno przerysowanemu przykładowi wyżej, możemy wysnuć wniosek, iż tak naprawdę problemem, jest nie tyle fakt korzystania z przekosu, ale czas na nim spędzony. Przelecenie kilkunastu, -dziesięciu czy tam nawet -set metrów na przekoszonym łańcuchu nie ma żadnego sensownego wpływu na napęd. Natomiast, jeżeli znajdujemy się na tym przekosie, albo raczej, głównie na największych zębatkach kasety, to problemem nie jest przekos, ale na wyrost dobrane rozmiary koronek korby.

Można się zapytać, co zyskujemy, jeżeli pozwolimy sobie na jeżdżenie na przekoszonych przełożeniach? Prowadzę jakby nie spojrzeć potężny wywód dlaczego przekos jest OK, ale może warto mimo wszystko pilnować się i na przekosach nie jeździć.

Otóż daje bardzo wiele, gdyż pozwala na dłuższą jazdę bez kombinowania ze zmianą biegów z przodu – która to operacja jest dużo bardziej obciążająca dla napędu niż ekwiwalentna operacja tylną przerzutką. Im szerszy zakres dostępnych biegów mamy dostępny z jednej koronki, tym rzadziej korzystamy z przedniej przerzutki. Ponura sława którą cieszy się przednia przerzutka między innymi pochodzi z faktu, iż przejmując się przekosami łatwo wpaść w pułapkę panicznego przerzucania biegów z przodu w miejscu które się do tego zupełnie nie nadaje.

Koniec części pierwszej. W części drugiej rozprawimy się z mitem czystego łańcucha.