Сборка велосипедного колеса. Часть 2

Итак, вот и вторая часть, посвященная сборке колеса. В ней не будет никаких инструкций, а только общая информация о видах спицовок и прочих особенностях, которые к ним относятся. Начнем мы именно с прочих особенностей. 

 

 

В первой части статьи можно прочитать про инструменты для сборки колеса велосипеда и стандартную схему спицовки.

 

 

Втулки

По своей сути все втулки очень похожи — они держат на себе спицы и вращаются на оси, которая, в свою очередь, закреплена в дропаутах передней или задней вилки велосипеда.

Большинство бюджетных, и втулок в среднем ценовом диапазоне, между собой практически не различаются. Единственное, что может разниться, так это количество отверстий для спиц и реже высота фланца. Сходство их обусловлено тем, что они производителями задумываются конкурентными и взаимозаменяемыми. То есть, если у вас вышла из строя передняя или задняя втулка, то вы легко найдете ей замену практически в любой веломастерской или веломагазине по весьма приятной цене (от 10 баксов и выше).

Первое различие, на которое мы обратим внимание — длина оси. В зависимости от конструкционных особенностей велосипеда и дисциплины, для которой он предназначен этот параметр в значительной степени изменяется.

Оси

Оси 9х100 мм (перед.) - 10х135 мм (зад.) являются наиболее распространенными, этот стандарт прочно обосновался в среде любительских велосипедов. Колеса в этом случае крепятся в дропаутах обычными болтами или обычным эксцентриком.
Большее число (100 или 135) означает ширину между дропаутами и ширину посадочных мест у втулки. Реальная же длина оси несколько больше, настолько, чтобы она могла обеспечить надежную фиксацию колеса в дропаутах. Меньшее число (9 или 10) говорит нам о диаметре оси.

Передние оси 15х110 мм и 20х110 мм больше распространены на трейловых и кантрийных велосипедах. Ось выполняется полой (иногда из алюминия), на одном конце содержит резьбу, которой фиксируется в дропауте, а на другом зажим эксцентрикового типа. В этом случае передние оси не имеют парных задних осей. Так происходит потому, что переднее колесо априори сильнее нагружено, чем заднее. Укреплением оного инженеры занимаются путем увеличения диаметра оси. А задние колеса в паре с такими передними осями могут употребляться самого разного диаметра и длины, все зависит от дисциплины.

Втулки на осях 12х100 мм (перед.) - 12х142 мм (зад.) сравнительно недавно стали заходить на рынок и встречаются на велосипедах среднего уровня с ценником более 1000 долларов. Применяются они на велосипедах самого разного назначения, как на МТБ, так и на шоссе. На последних они применяются в случае наличия дисковых тормозов, для ободных все по классике, на эксцентриках.
Кстати, а вы знаете кому мы обязаны появлением эксцентрикового типа закрепления колес и почему оно появилось? Если нет, то почитайте историю формирования компании Campagnolo, мы там подробно об это рассказываем.

Задние оси 10х120 мм используются на велосипедах, предназначенных для трековых условий эксплуатации. Задние оси 10х130 мм на шоссейных велосипедах используются, если там не стоят новые 12х142. Оси длинной 150 и более мм используются на велосипедах экстремального назначения.

Обращаем ваше внимание, что в зависимости от величины боковых и прочих нагрузок на задних колесах, растет и ширина втулок. Самые ненагруженные на трековых велосипедах 120 мм, самые нагруженные на даунхильных МТБ велосипедах 150 мм.

Фланцы

Конструктивные особенности фланцев меняются от производителя к производителю. Мы уже говорили, что бюджетные втулки обладают “единым” стандартом высоты фланца и таким же единым вариантом их внешнего вида.
Встречаются конструкции, в дорогих моделях, как правило, где фланец обладает большей высотой, чем обычно. Бывают варианты, где фланец обладает большой высотой и специальными вырезами. Какими бы они ни были, их конструктивы всегда направлены на улучшение ходовых характеристик: повышение жесткости колеса, повышение эффективной передачи крутящего момента и прочее.
Также встречаются фланцы, предназначенные для особого закрепления спиц, о чем подробнее мы скажем немного ниже.
Правило “чем выше фланец, тем жестче колесо” не всегда работает, так как в разных ситуациях конструкторы добиваются разных целей.

Спицы

Мы уже говорили о строении спицы, когда занимались сборкой колеса. Она была вполне стандартного строения — одного диаметра по всей длине с загнутым концом. Такие спицы чаще всего встречаются и легко поддаются замене, так как продаются практически в любом магазине.
Хуже дело обстоит с моделями колес, где применяются нестандартные виды спиц, выполненные из алюминия, баттированные, аэродинамические, гибкие или карбоновые.

Карбоновые спицы, это вообще проблема. Они даже регулировке не поддаются. Да, недавно на рынок был выпущен вилсет, где спицы из углеродного волокна таки регулируются, но это исключение из правил. В остальные случаях они довольно широкие, а к фланцу втулки и ободу приклеиваются. Также встречаются карбоновые спицы, которые с ободом и втулкой объединены в единое целое без склеек, такие колеса называют в народе “лопастями”. Они предназначены для использования сугубо на треке, так как обладают невероятной жесткостью. Количество спиц колеблется от трёх до пяти, как правило. На мой взгляд, это одни из самых красивых колес для велосипеда.

Алюминиевые спицы позволяют снизить вес колеса, однако для получения того же порога прочности, что и у стали, они должны содержать в себе больше метала. Такое положение дел неизбежно сказывается на их размерности, они очень толстые и широкие. Основная же причина применения алюминия в спицах является не столько вес, сколько его жесткость. Такие колеса хорошо передают мощность крутящего момента от втулки к ободу.
Я ездил на колесах Fulcrum Red Metal Zero на алюминиевых спицах. Надо ли говорить, что они были чертовски хороши, как внешне, так и в ходу?

Гибкие спицы встречаются реже остальных, они очень экзотические, хотя и не противоречат концепции спицованого колеса. Основная проблема, с которой приходится справляться инженерам — прикрепление мягкой “ткани” к жестким элементам с резьбой. К такому виду можно отнести спицы Spinergy PBO.

Баттированные спицы имеют переменное сечение профиля на протяжении своей длинны. Где нагрузки больше, там спица толще, логика вполне понятна. Решение такое позволяет снизить вес и получить желаемые характеристики жесткости колеса.

Аэродинамические спицы выполняются из любых материалов, главное их назначение — рассекание воздуха с минимальными потерями.

Спицы с нестандартным креплением к втулке встречаются довольно часто, они либо вкручиваются во фланец, либо вставляются в него. Последний вариант предусматривает на конце Т-образную головку. Применяется подобное решение в разных дисциплинах.

Ободья

Выполняются ободья из стали, алюминия и карбона. Сталь уже сильно устарела, она не позволяет достигать необходимых параметров прочности, ржавеет и обладает наибольшим весом среди прочих.

Алюминиевые ободья

Наиболее распространены в велосипедном мире и встречаются, как на бюджетных велосипедах, так и на достаточно дорогостоящих. Разумеется, цена влияет на их прочность, вес и марку сплава.Также алюминиевые ободья делятся на сварные или клепанные. Речь идет о соединении профиля металла в кольцо. Варианты подороже, разумеется, скрепляются методом сварки. Здесь всё просто, так что двигаемся дальше. Существует разделение по способу получения отверстий для ниппелей: сверление и штамповка. Последний вариант стоит дороже и позволяет добиться более высоких прочностных характеристик.

Еще один способ повышения прочности отверстий для ниппелей и колеса в целом — пистонирование. По сути, в отверстии под ниппель закрепляется шайба, которая развольцовывается с обеих сторон отверстия. Такие колеса считаются прочнее, чем с простыми отверстиями без каких-либо “шайб”. Технология очень не нова, и применялась на заре становления велосипедного спорта. За пистонированые ободья даже с гонок снимали, настолько серьезное преимущество они давали в движении. За алюминиевые ободья, кстати, тоже. Гонщики даже умудрялись их выкрашивать так, чтобы они походили на деревянные. Да, раньше ободья выполнялись из дерева.
Количество стенок в ободе тоже играет существенную роль в прочности и жесткости колеса. Самые “жидкие” одностенные, самые жесткие и дорогие трехстенные. Чаще же всего используются двухстенные (двойные) ободья.

Карбоновые ободья

Они тоже могут быть пистонированными, с разным количеством стенок и выполнены из разных видов углеродного волокна. Интересной особенностью некоторых является заполнение пустого пространства внутри обода специальной пеной, которая исключает попадание внутрь влаги и повышает жесткость колеса.

Еще немного про ободья

Между собой обода отличаются по способу закрепления спиц. Наиболее распространенный — ниппель вставляется в отверстие. Реже встречается вариант довольно экзотический, отверстие в ободе только одно, для соска камеры. А спицы крепятся к специальным фланцам, выходящим из обода. Такая конструкция, на мой взгляд, не очень удачная, но в колесах CrankBrothers Cobalt реализована так, что оторвать взгляд от них просто невозможно.

При такой конструкции ниппеля делаются длинной в половину высоты обычной спицы, а спица делается в половину своей обычной длинны. При этом ниппель крепится не к ободу, как это везде делается, а к фланцу втулки. На ободе же спицы крепятся попарно через специальные втулки. Спиц мало, расположены они попарно и вес вилсета в 26-м диаметре составляет около 1500 граммов, что очень даже неплохо. В глаза, конечно, бросается большая толщина стенок обода. Надо же как-то справляться с большим расстоянием между спицами.

Ободья для бескамерного применения из алюминия или карбона зачастую выполняются без отверстий во внутренней части обода. Но ниппеля с широкой внутренней шляпкой туда как-то заводят изнутри. Загадка получается. На самом же деле все довольно просто. Ниппеля выполняются из алюминия или латуни, а материалы эти не магнитные. Вот поэтому в ниппеля вкручивают небольшие винты из магнитной стали и запускают в обод через отверстие для соска, оно ведь имеет самый большой диаметр. Далее сборщик колеса магнитом “подбирает” внутри ниппеля и тащит их к нужному отверстию в ободе. Да, непростая технология, но очень себя оправдывает, так как обод без сверления внутренней стенки намного прочнее и остается герметичным без привлечения дополнительных ресурсов. 

Наиболее интересным, на мой взгляд, является конструкция обода со смещенным центром (асимметричный обод). Спицы к нему крепятся не в средней части, а со смещением влево. Именно влево, так как технология предусмотрена только для задних колес. В предыдущей статье мы с вами говорили о понятии “зонта”. На заднем колесе он неравномерный и со стороны звезд смещен ближе к центру втулки. В некоторых моделях шоссейных колес он и вовсе кажется плоским. Применение многоскоростных кассет увеличивает ширину барабана и смещает правый фланец еще ближе к центру втулки, что негативно сказывается на зонте, он становится недопустимо плоским. Так вот, для того чтобы его сохранить инженеры попробовали смещать центр обода и это сработало. Технологию можно увидеть на дорогостоящих колесах типа DT Swiss Mon Chasseral и у некоторых других производителей.

Вот, наверное, и все, что мы хотели рассказать о составляющих колеса в рамках ликбеза по спицовке. Он получился довольно насыщенным, но поверьте, далеко не полным.

Виды спицовок

Полутангенциальная

Полутангенциальная спицовка является классической и в разных видах применяется практически на всех колесах всех велосипедов. Исключение составляет переднее колесо с ободным тормозом любого типа, но об этом расскажем ниже.
Итак, почему тангенциальная спицовка содержит кресты, а спицы в ней располагаются под углом относительно фланца втулки?
Давайте представим, что заднее колесо имеет только втулку со звездами, дисковый тормоз и обод, а спиц нет. Если мы начинаем вращать педали, то втулка начнет крутиться без обода. Теперь представим, что мы ставим одну спицу, которая выходит из правого фланца перпендикулярно вверх относительно касательной к фланцу. Если мы продолжим прикладывать момент вращения к втулке, то естественным образом спица начнет натягиваться и наклоняться относительно всё той же касательной фланца. Так она будет делать (наклоняться) до тех пор, пока не достигнет своего устойчивого состояния, обод начнет тянуться спицей, которая закреплена на фланце втулки.
Еще раз, втулка, вращаясь вправо, увлекает за собой спицу, а спица увлекает за собой обод. Такая спица называется тянущей или хвостовой.
И вообще, спицы в колесе всегда работают на растяжение, если только мы не говорим о жестких карбоновых колесах с тремя или пятью спицами, там ситуация обратная.

Фантазируем дальше. Наше колесо уже может крутиться, теперь его надо остановить. Вставляем левее вторую спицу аналогично первой, под прямым углом относительно касательной к фланцу и помним, что тормозной ротор крепится непосредственно к втулке. Нажимаем тормоз, втулка резко останавливается, а обод продолжает вращение. Перпендикулярно выходящая спица начинает растягиваться и поворачиваться на фланце, но уже в противоположную сторону в сравнении с первой. То есть, втулка останавливается, но обод по инерции продолжает свое движение увлекая за собой спицу, а она тянет втулку. Такая спица называется толкающей или лидирующей.
Название “толкающая” не совсем верное, так как толкать спица может с очень небольшим усилием, дальше она просто согнется. По своей сути, она выполняет такую же функцию, как тянущая спица, но в обратном направлении вращения колеса. То есть, название “толкающая” чисто условное, она тоже работает на растяжение.

Так, у нас уже две спицы, которые направлены в разные стороны, и они пересекают друг друга. Мы получили крест. Добавление спиц до нормального количества сформирует еще один, два, три или четыре креста. Тут уже все зависит от длины спицы и желаемой прочности колеса. Чем спиц больше и чем они длиннее, тем больше крестов получится.
Однако, большое количество спиц не значит прочное колесо. Здесь мы уже упираемся в свободное место на фланце втулки. Большое количество спиц требует меньшего расстояния между отверстиями. Меньше расстояния - меньше метала - меньше прочности. Опытным путем велосипедная индустрия пришла к колесам на 32-х и 36-ти спицах, это количество является оптимальным, как по прочности, так и по весу. Борются с прочностью фланца увеличением его диаметра, так можно увеличить расстояние между отверстиями для спиц. Тогда же подрастает и жесткость колеса.
Чем спиц меньше, тем меньше крестов получится сделать, что уже логично.
Для понимания такой зависимости приведем пример:
2 креста - 24 или 28 спиц
3 креста - 32 или 36 спиц
 4 креста - 36 или 40 спиц
5 крестов - 48 спиц
Стоит отметить, кстати, что такое положение дел не всегда обязано таковым быть. Колесо можно собрать с разным количеством крестов. Но они всё равно должны быть, чтобы справляться, как с разгоном велосипеда, так и с его остановкой.

Так для чего же нужны кресты?
Получается, что они не нужны, но появляются в следствии особенностей механики работы колеса, это побочный продукт.
Спицы располагаются под углом относительно касательной к фланцу, чтобы справиться с крутильными нагрузками в системе втулка-спица-обод.

Радиальная

Radial spoking

На мой взгляд это самая красивая спицовка, так как спицы при таком методе набивки колеса друг с другом не пересекаются. Они ровно выходят из обода и ровно заходят во фланец втулки. Чистота, красота, простота и никаких крестов.
Однако, такой метод спицовки применим только на переднем колесе велосипеда с ободным тормозом. Почему?
А вот как раз потому, что в случае с ободным тормозом втулка не испытывает крутильных нагрузок. Точнее если, то какие-то всё же и возникают вследствие сил трения в подшипнике втулки, но они пренебрежительно малы. А раз так, то и толкающих или тянущих спиц уже не надо. Все они могут выходить из фланца втулки перпендикулярно относительно касательной к фланцу.
Да, вы уж простите, что некоторые слова так часто повторяются. Мы стараемся сделать материал максимально понятным.
Применяется такая спицовка потому, что позволяет сделать колесо несколько легче и снизить аэродинамическое сопротивление. В теории. Также считается, что оно обладает повышенной жесткость, но это спорная информация.
Основным недостатком такой спицовки является повышенная нагрузка на фланец и раскручивающиеся ниппеля.
Дело в том, что фланец подвергается почти перпендикулярной нагрузке, если игнорировать угол наклона зонта. Такое положение дел требует повышения прочности фланца, что довольно дорого обходится без увеличения веса.
Второй негативный момент заключается в самопроизвольном раскручивании ниппелей в процессе эксплуатации колеса. Так происходит также потому, что спицы почти перпендикулярно подходят к ободу.
Учитывая эти особенности и нюансы хотим предостеречь. Если у вас стоит такое переднее колесо и в поездке вы обнаружили появлении восьмерки, то лучше с велосипеда слезть и отправиться в ближайшую мастерскую. Причина появления восьмерки может крыться в открученных ниппелях или в трещине фланца. Последнее не всегда удается обнаружить невооруженным глазом, так как трещина расходится под нагрузкой.

Полурадиальная спицовка

Half-radial spoking

Такая набивка колеса подразумевает наличие разных видов спицовок на разных сторонах колеса.
Мы уже говорили, что правая сторона спиц на заднем колесе натягивается значительно сильнее, чем на левой. Напомним, что такая ситуация складывается из-за смещенного к центру втулки правого фланца. Виной всему барабан и ведомые звезды. Они требуют места.
Когда вы активно крутите педали, с правой стороной все прекрасно, там спицы натянуты, а с левой происходит существенное ослабление натяжения спиц, они же там натянуты слабее. Постоянная динамическая нагрузка, при которой спицы то натягиваются, то полностью ослабляются, приводит к преждевременной усталости метала, отчего спицы выходят из строя.
Применение радиальной спицовки на левой стороне колеса решает эту проблему. Спицы хоть и не будут натянуты так же сильно, как и на правой стороне, но теперь они не будут подвергаться паразитной усталостной нагрузке. Колеса с такой спицовкой ходят намного дольше. 
Тормозное усилие, если тормоз дисковый, будет передаваться на правую часть колеса, где спицовка остается полутангенциальной. Да, в этом случае производитель обязан предусмотреть дополнительный запас прочности для неё.

Неправильная полурадиальная спицовка

Здесь все то же самое, что и в случае с полурадиальной, только теперь радиальный набор оказывается на правой стороне. Решение позволяет обеспечить больше места для заднего переключателя. А все крутильные усилия передаются через тело втулки на левую часть колеса. Опять же, такая технология требует повышенной прочности от втулки.

Примечательно, кстати, что такие наборы спиц, которые сейчас можно встретить далеко не на всех велосипедах, считаются чем-то очень продвинутым и необычным. Так кажется только, если вы никогда не имели дела с шоссейными или достаточно дорогостоящими МТБ колесами. Там такие решения встречаются довольно часто. Это первое.
Во-вторых, такие спицовки применялись в автомобильной промышленности на заре её становления. Причины всё те же.

Смешанная спицовка

Второе её название — вороний след. Суть заключается в смешивании радиальной и полутангенциальной спицовки на одном фланце. Две спицы уходят влево и вправо, а та, что между ними уходит вверх по радиальной схеме.
Говорят, что особенными преимуществами она не обладает и больше ценится с эстетической точки зрения.

Спицовка 2:1

По своей сути это полутангенциальная схема, но с нагруженной стороны спиц вдвое больше, чем с ненагруженной. На заднем колесе двойная порция располагается справа, а на переднем слева.
Применяется данный вид спицовки компанией Fulcrum, которая, кстати, принадлежит Campagnolo. Выглядит это просто шикарно.

Другие виды спицовок

На самом деле основных видов всего два: радиальный и полутангенцильный. И здесь нового пока никто ничего не придумал. Однако некоторые производители по-своему распоряжаются расположением спиц на ободе. То есть, спицовка сути своей не изменяет, изменяется расстояние между парами или тройками спиц. Возможно, такие решения имею какую-то выгоду в техническом или аэродинамическом смысле... не знаю, но то, что выглядят они красиво, это совершенно точно.