自行车变速器发展百年回顾

如今,当我们随意走进一家自行车店,现代化的的自行车就会迎面扑来。曾经辉煌无比的钢制车架,如今已经被铝合金和碳纤维所替代。刹车不再是通过机械而是由液压油驱动,各种悬挂系统让车轮可以始终保持最佳的牵引力。曾经自行车上的笨拙变速装置,现在已经变得如此的光滑平顺,甚至已经有了很多由电池驱动的电子设备来控制它们。现在你只需要按下按钮就可以完成十几个档位的变化。你有没有想过我们的变速器是如何一步步达到今天的成就的?下边让我来简单回顾一下在过去的几十年里,我们的自行车变速器都取得了哪些技术进步。

shimano的早期第一代电子变速

最初,自行车都是直接驱动的,如果你想获得不同的齿比和速度,你所能做的就是改变车轮的大小。再之后有了齿轮后,改变速度变得稍微简单了那么一点,当时当你面对大山,强风的时候,很显然,只有一个齿轮的自行车是不理想的。

正经的直驱自行车



最早的多档位的自行车,通常使用的都是具有两个速别或者三个速别的自行车花鼓,或者是安装在中轴位置的内变速齿轮箱,通过改变内部齿轮的配搭,来获得不同的传动比。

这些设计即使在一百年后的今天也依然存在,虽然齿轮变速箱已经获得了长足的发展,但是实际也并没有重大的技术突破,价格,重量,速别,以及无法取代外边变速器带来的视觉满足感等,都让这些内变速装置受到了限制。

1920年的内三速花鼓

我们认为变速器真正开始出现是在20世纪的30年代(虽然更早可以追溯到19实际末期)。当年最流行的两个变速装置是Vittoria Margarita和Osgear。Osgear是以设计师Oscar Egg的名字命名,同时他也是当时瑞士著名的自行车手。这套变速装置轻巧而且坚固,操作起来也很简单。安装在后下叉上的是一个通过变速线控制的导向臂,可以把链条向左或者向右移动在后边的三片齿轮上。牙盘组附近的张力臂用以让链条处在拉紧状态。变速的时候需要向后踩踏并通过后方的导臂拨动链条。

Osgear变速装置


后部的变速拨杆特写

Vittoria Margerita是另一套简单而精美的变速装置,来自同一时代的意大利。车手只需要向前拉动位于牙盘上方的变速档杆,就可以释放被拉紧的链条,并联动带动位于后是下叉上方的变速薄片,之后向后踩踏,链条就会进入下一个飞轮。之后再次通过向前推动档杆把链条拉紧就完成了变速。

vittoria margerita变速系统


前部的链条张力器和变速拨杆特写


后上叉上链条拨片连接着前边的档杆

对于当时的时代,这样的接近半自动的变速装置已经是非常巨大的进步。但是早期的比赛组织者却非常担心这些装置的广泛使用会影响比赛的性质。就像今天UCI对新技术的态度那样,从来没有改变过。单速自行车一直是环法自行车比赛的标准装备,直到1937年,使用变速装置的自行车才被允许参加比赛。

早期环法赛场上的变速自行车

早期的这两款具有影响力的变速装置在我们今天的认识来看,还是会让人感觉太陌生。到了20世纪40年代,像Simplex,Cyclo和Conloy这一类的变速装置开始出现在自行车上,让我们看到了类似于今天的用变速线拉动平行四边形结构的后拨的变速方式。

此时已经有了一点今天的变速器的雏形,平行四边形结构出现

在上个世纪中叶还有一种在今天看来非常具有历史局限性的设计,这就是Trivelox变速装置。这个变速器有一种反常识的变速方式,和上边的后拨带动链条在飞轮之间切换不同,这种变速装置是通过移动花鼓上的飞轮片来进行变速。如果你可以想象用一支笔在纸上写字,但是笔不动,动的是纸,你就可以理解这种变速的局限性。如果飞轮更多,那么后边就要预留出来和齿轮一样多的空间来用于变速,这会让后轮越来越宽越来越重。

在这个变速器上移动的不是后拨而是飞轮片,这大大的限制了速别的发展

在20世纪的40年代还有另外一个技术倒退的设计,那就是campagnolo的cambio corsa和Paris-Roubaix变速器,号称“自杀式变速器”。在第一版的CambioCcorse上如果你想变速,你必须在骑行中通过翻转位于中管位置上的两个拨杆中的一个先把后轮和车架断开(此时自行车还在行进中),然后再通过另外一个拨杆把檩条推到下一个齿轮上,之后车手重新通过上一个拨杆来把后轮重新固定到车架上。

在这个过程中,你必须要小心,不要把车轮颠簸下来……在第二版的Paris-Roubaix上,系统被稍微改的安全了一些,拨杆被设计成为一个,相对缩短了后轮断开的时间。

在这两个版本中,当换挡完成时,后三角上的倾斜锯齿结构会让后轮保持居中,而斜向后上的轨道也会让链条保持张力。

赛场上使用CambioCcorse的运动员

如果你经历过自行车掉链条的话,那么你应该可以理解把这一过程,是需要相当多的技巧和练习才能成功的。

时间到了20世纪50年代,变速器已经看起来非常接近我们今天看到的样子了。比如一些流行的装置像Simplex Touriste,由两个变速线来操作,其中一根链接在小链条上,用来控制伸缩弹簧滑臂,有点像内三速上的变速线。另外一根用来控制后拨挡板,用以微调链条的张力。在50年代,后拨上的导轮都还是光滑的无齿的圆形导轮。一直到60年代,后拨上的导轮才开始出现有齿轮的形状。通常,像Simplex这样的变速器,可以处理4-5个飞轮片,容量为12T。

Simplex Touriste变速器使用的是伸缩弹

20世纪的50、60年代,campagnolo的Gran Sport和Nuovo Record问世。因为其漂亮的外观和平顺的换挡,以及耐用度和轻量化,而流行了数十年,并一度成为运动自行车的标志。这些变速器让变速变得更容易。正是因为这些可靠的变速装置,才让公路自行车60-70年代的速别得到了非常快的发展,以至于有段时间“10速自行车”都成为了公路车的代名词。


和今天的变速器就差一个倾斜四边形了

“正电子”变速出现在70年代,这是shimano在80年代推出的定位变速(SIS)的前身。Shimano把棘轮结构放在了牙盘上,所以你可以在自行车上随时进行换挡操作,而不仅仅只在踩踏的时候才可以。不过,这个功能也让“正电子”变得更重。使其仅限于使用在较低级别的通勤自行车和运动自行车上,而没有在赛车上有所发展。

10世纪80年代,shimano通过定位变速指拨和shimano Total Integration(STI手变)开始接管自行车世界,把变速指拨移动到了我们触手可及的车把上,这让车手不用再把手离开车把就可以进行操作,这简直是天才的设计,这让公路车骑行变得更加安全,迅速,好玩。

90年代,Mavic推出了自己的第一款在商业上可行的电子变速器:ZAP。和今天的电子变速器不同的是,变速装置内部并不是驱动后拨移动的电机,而是一个接收器和一个联动装置。当按钮发出信号后,后拨内的联动装置工作,最终动力的来源是来自于不断移动的链条。虽然ZAP工作的很好,但是对于防水和震动的保护不足,让这款变速在实际使用中表现并不是很好。不过ZAP对今后电子变速的改进带来很多难得的经验。


如今的shimano Di2,campagnolo EPS,Sram eTap都增加了自动前拨功能,并且在不改变习惯的情况就可以使用新的电子变速,而且有这非常多的齿比选择。

在早期,骑自行车的很幸运才可以有一台三个速别以上的自行车。低速齿轮和高速齿轮之间的差异往往只是几个齿的变化。今天,你可以买一辆“30速”的自行车。有各种来自意大利,日本,美国,中国的变速装置可供选择,通过配比你可以得到几乎“无限”的齿比搭配。现在,变速安装在自行车上已经变得理所当然,我们不仅有了触手可及的操作,还有了非常精准的移动,不仅让骑行更有乐趣,也让膝盖的伤痛原理了我们。好了,今天的内容就到这里了,我们下期再见。

编辑于 2019-07-06

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