Подшипники в велосипеде. Часть 2: где, какие и почему используются?

В первой части статьи о велосипедных подшипниках упор был сделан на техническую составляющую, зная которую материал изложенный во второй части будет звучать понятнее. Повторов будет много, что мне кажется неизбежным злом. 

Материал получился большой и мы разделили его на две части:

• Часть 1: Виды подшипников и из чего они сделаны?
• Часть 2: Где, какие и почему используются?

Вилки, задние амортизаторы, дропперпосты

В общем-то, многое об этих устройствах уже было сказано в рамках обсуждения подшипников скольжения в первой части. Напомню, что применяются в них подшипники скольжения работающие с поступательными движениями. Для снижения трения используются специальные износостойкие материалы. Вилки среднего и высокого сегмента подразумевают наличие жидкого масла внутри штанов, чтобы происходила смазка бушингов. по этой причине у владельцев таких вилок есть обычай – перед выездом переворачивать велосипед. Делается это для того, чтобы масло попало на бушинги и впиталось в специальное поролоновое кольцо над ними. Кольцо это будет постепенно истекать маслом смазывая те самые бушинги.

В дропперпостах, насколько мне известно, масло в штанине не плескается. Там должно хватать обычной вязкой смазки.

В бюджетных вилках, опять буду напоминать, используется вязкая смазка, которая довольно быстро с поверхностей скольжения исчезает. Усугубляется процесс работы попаданием внутрь вилки пыли из-за низкого их качества. В результате с ног быстро уходит некачественное покрытие и вилка становится непригодной для дальнейшей эксплуатации. Как ни странно, но подшипники другого вида в вилках не используются. Кроме Lefty, да, но вы уже знаете.

Добавить можно немного информации по нестандартным подходам в проектировании.  Сравнительно недавно компания Fox выпустила вилки, где в штанах сделаны специальные каналы. По каналам этим масло со дна штанов поднимается в область размещения бушингов. Так обеспечивается их непрерывное смазывание. Весьма удобно и практично.

Рулевая колонка

Рулевая колонка на бюджетных велосипедах чаще всего комплектуется насыпным сепараторным подшипником радиально-упорного типа. Учитывая направления нагрузки, прикладываемые к подшипнику, такая его конструкция (радиально-упорная) считается наиболее уместной. Радиальный подшипник долго не прослужил бы из-за больших упорных нагрузок.

Подшипников в рулевой колонке два, если это еще кому-то было не понятно. Оба они состоят из двух чашек, двух конусных колец и двух сепараторных колец с шариками или роликами. Впрочем, ролики – редкое исключение. Кольцо нижнего подшипника плотно запрессовывается на шток вилки как можно ближе к короне вилки. В этом месте шток имеет некоторое увеличение диаметра, чтобы посадка была максимально плотной. Конструкция также подразумевает наличие пыльников.

В качестве альтернативы в рулевой колонке используются, так называемые, насыпные подшипники закрытого типа. Они похожи на промышленные, только из рулевого стакана их извлечь условно-невозможно. Конструкция точно такая же, как и в случае с обычным насыпным подшипником. Разница заключается в том, что между кольцом и чашкой устанавливается пластиковый пыльник, который не дает конусному кольцу просто так отделиться от чашки. Еще одно отличие относится к тому, что на шток вилки при таком подходе не требуется запрессовывать конусное кольцо. Хотя конусное разрезное кольцо там таки присутствует, однако снимается без труда и выполняет функцию прокладки.

Преимущество перед обычной насыпью заключается в лучшей защите от внешних воздействий и в упрощенной схеме установки, так как кольцо прессовать на шток не требуется. Также к плюсам относится чистота такого подшипника. Ведь снятие вилки иногда происходит без потребности обслуживать рулевую колонку. Открытая же конструкция часто является причиной перепачканных смазкой велосипеда, рук и одежды.

Наиболее удачное решение, по моему глубокому убеждению – промышленные подшипники. Здесь и защита от пыли/влаги намного лучше, и качество чаще выше, и пачкаться не приходится при обслуживании. Подшипник просто вкладывается в чашку или сразу в рулевой стакан и… и всё. Нет ничего проще. На шток вилки одевается разрезное конусное кольцо для уплотнения посадки на короне вилки, такое же надевается на верхний подшипник. Идеально по-моему.

В личной практике заметил, что насыпные подшипники очень чувствительны к силе сжатия рулевого механизма. То есть, немного перетянешь топкэп выноса и руль вращается плохо. Если сразу не заметил этого и дал еще постоять велосипеду так какое-то время, то рискуешь получить вмятины на чашке.

Промышленные подшипники к таким нюансам менее чувствительны. На своем шоссейном велосипеде я затягиваю рулевую колонку, как говорится, до упора. Дело в том, что шток вилки довольно гибкий и даже в меру затянутая рулевая подбирала снизу пыль с дороги и начинала подхрустывать. В движении шток под нагрузкой изгибался, открывая доступ пыли. Вот и затягивал посильнее, чтобы меньше этот эффект проявлялся. Причем при внушительном моменте затягивания руль всегда оставался и остается очень легким. Я понимаю, что могу навредить… но почему бы и нет? Так надоело перебирать рулевую из-за хруста, что пусть лучше так. Я легкий и вообще…

Долгое время на своем велосипеде места посадки подшипников я оставлял сухими, чтобы не пачкаться при снятии вилки. Потом заметил появление ржавчины на внешнем кольце прома. Зачистил мелкой наждачкой, нанес тонкий слой смазки и всё. Ржавчине дан бой. Появлялась она потому, что я очень люблю чистый велосипед и часто его мою. Внутри подшипники оставались с чистой смазкой всегда.

Каретка

Кареточный узел, так же, как и рулевой стакан, работает на всём, что в него вложат конструкторы. Наиболее распространены втулки типа “под квадрат”. Часть из них выполняется на шариковых радиальных подшипниках, часть на насыпных радиально-упорных. По опыту знаю, что хорошего качества каретка под квадрат на радиальном подшипнике ходит очень легко и непринужденно. То же касается и радиально-упорных решений от Shimano, но их каретки очень чувствительны к моменту затяжки. Я даже проводил эксперимент, затягивал на указанный в мануале момент и она крутилась идеально. Стоило затянуть “как обычно” и каретка начинала крутиться дискретно, то есть были все признаки перетянутого подшипника. Правда, при правильной затяжке меня не покидала мысль, что этого слишком мало и каретка непременно раскрутится. Тем не менее, японцы всё просчитали.

В каретках Hollowtech II, и похожих на них, используются промышленные подшипники радиального типа увеличенного диаметра вынесенные за пределы рамы. Увеличенный диаметр необходим для штока шатунов, он довольно объемный. Шарики в самом подшипнике намного меньше, чем в каретке под квадрат, зато их больше. При сборке систем шатунов на таких каретках используется вспомогательный винт, который позволяет стянуть всю конструкцию во избежание люфтов. Перетянуть систему сложно, так как винт часто пластиковый, но можно. Вращение шатунов на таких каретках, как по мне, происходит приятнее, защита от пыли лучше, чем на других каретках. Самое же важное, каретка выполняется из алюминия и пластика, что делает её практически неуязвимой для влаги. Подшипники защищены своими пыльниками, а сверху закрываются еще одним пластиковым пыльником.

В своей практике каретки под квадрат я часто видел уничтоженными влагой, которая попадает внутрь рамы во время мойки или дождя. Правда, касается это только версий с промышленным подшипником. Варианты Octalink и квадраты Shimano обладают цельным корпусом и лучше защищены, но корпус мог немного подржаветь. Каретки типа Hollowtech II или Press Fit, попадались мне очень грязными внешне, но при снятии внешнего пыльника внутри обнаруживал девственно чистый подшипник. Вот такая там хорошая защита.

Роликовые подшипники в каретках не используются. Да, они дольше будут ходить, но вес… у них огромный вес. Хотя, повторю материал из первой части – видел новости, где производитель щеголял именно такими подшипниками в каретке. Думаю, что актуальны они для людей с большим весом или любителей агрессивных дисциплин.

И еще есть радиальная промышленная керамика. Применяется очень редко, тем более в каретках, потому что стоит дорого. Свое применение находит, в основном, на гоночном оборудовании. Керамика бывает гибридной, в таких случаях кольца подшипника выполняются из стали, а тела качения из керамики. Полностью керамические модели обладают меньшим сопротивлением качению. К недостаткам керамики относится её хрупкость. Да, за высокую твердость и шикарные ходовые характеристики приходится чем-то платить. То есть, для жесткого МТБ она не подойдет, а вот для высокопроизводительного шоссейника – идеальное решение.

В первой части статьи я уже говорил, что керамика, в общем-то, работает почти без смазки или совсем без смазки. Та, что там встречается – довольно жиденькая. В любом случае, материалы и особенности смазки позволяют кареткам на керамических подшипниках крутится очень легко, экономя владельцу драгоценные Ватты.

Кстати, количество и качество смазки сильно влияет на качество качения промышленного подшипника с пыльником. Слишком вязкая или избыточное ее количество существенно затрудняет вращение. Ребята, вот прям сильно существенно.
У каждого подшипника есть показания по необходимому количеству смазки и ее консистенции. Чем более тихоходные условия эксплуатации, тем больше смазки и тем она может быть гуще. Скоростные подшипники требуют меньше и жиже.

Велосипедные подшипники тихоходные, но усердствовать со смазкой не стоит. В промы с пыльником нормально забивать 30% свободного объема подшипника. Избыток смазки, всё равно, использоваться внутри не будет, его раскатается по стенкам и сепаратору, а работать будут те самые 10-30%. Излишек смазки в насыпных подшипниках не так критичен, его просто выдавит куда-то наружу и внутрь рамы. Не смертельно, может сыграть роль пыльника, но будет потом очень грязно. Оно вам надо? Достаточно намазать контактную поверхность чашки так, чтобы сепаратор с шариками прилип. Далее на шарики сепаратора достаточно наложить, если давите из шприца, например, колбаску смазки соизмеримую с диаметром шариков. Такого количества вполне хватит, наружу ничего не полезет, при последующем обслуживании чище будете.

Как-то мы писали статью, где раскрывалась тема разновидностей кареток, если кому интересно.

Педали

Самые простые, бюджетные и детские педали выполняются на втулках, они же подшипники скольжения. Долго такой продукт не работает, даже на детском велосипеде. Подшипник (их там два) почти не защищен, минимальная смазка мгновенно мешается с влагой и пылью, а потом и вовсе пропадает. Как итог, быстрый износ и огромные люфты. Если же сделать эти подшипники по уму, то и ходить они будут хорошо и долго.

Насыпные бессепараторные радиально-упорные подшипники в педалях используются. В дешевых моделях они не защищены от внешней среды и сделаны из мягких сталей. В результате, шарики часто теряешь по дороге. В общем, всё плохо.

В противовес им можно поставить контактные педали Shimano. Защита там на самом высоком уровне даже на бюджетных моделях. Сами же насыпные подшипники надежно спрятаны внутри и оба расположены на небольшом удалении друг от друга. Шарики крохотные, но система работает годами и без нареканий. К минусам такого решения я бы отнес необходимость переборки для… устранения люфтов. Со временем они появляются и подшипник требует подстройки. Подстройка же радиально-упорного подшипника с помощью контргаек на педалях – то еще развлечение, ребята. Требуются навыки и большое количество удачи.

Проблема в том, что при контрении гаек, пальцами проверяешь подшипник на люфт, и его нет. Накручиваешь тело педали и люфт появляется, так как теперь у тебя плечо больше и подшипник нагрузить легче. Снова разбираешь, снимаешь лишнюю смазку, чистишь от фиксатора резьбы… в общем, не нравится мне эта система. К плюсам можно отнести довольно простой ремонт, не требуется специальный инструмент для выпрессовки и запрессовки подшипников. Кстати, думаю, что насыпной подшипник даже предпочтительнее, так как обладает меньшими габаритами, если сравнивать его с промышленным при равном количестве шариков.

Промышленные радиальные подшипники с пыльником и без в педалях, разумеется, тоже используются. Разные педали разного качества, поэтому и отзывы у людей совершенно разные. Мне довелось пользоваться конструкцией, которая содержала один промышленный подшипник и один подшипник скольжения. Педали крутились хорошо, но не долго. В какой-то момент одна педаль стала немного подклинивать. Через пару километров подклинивание усилилось, не мог понять причину. Она стала ясна позже, когда пластиковая часть в движении просто самоустранилась с велосипеда. На оси педали осталось одинокое кольцо подшипника, а внутри тела педали застрял изувеченный сепаратор. Шариков внутри я уже и не обнаружил. Продуктом я был очень доволен, но не долго.

Я не уверен в этом месте, но насколько мне известно, керамика в педалях не используется. Проблематике выбора между шоссейными и МТБ контактными педалями мы посвящали статью, рекомендуем ознакомиться.

Колеса

Подшипники скольжения в колесах велосипеда не применяются. Да, нагрузки они держат хорошие, но сопротивление вращению имеют больше. К тому же, в автомобилях, например, на вкладыши масло подается под давлением, потому там создается эффект аквапланирования. В велосипедном колесе смазку под давлением в движении подавать никто не станет.

Применяются в колесах велосипеда насыпные бессепараторные радиально-упорные подшипники и неразборные сепараторные радиальные, то есть – промы. Промышленные подшипники в формате радиально упорных мне встречать не приходилось даже на колесах высокого уровня. Впрочем, не исключаю, что такие вариации могут быть.

Насыпные бессепараторные радиально-упорные подшипники в колесе 

Насыпь

Тем не менее, наиболее распространенными были и остаются по сей день насыпные.
О конструкции насыпного подшипника мы уже говорили, там есть чашка и конус, сепаратора нет. Наиболее последовательным сторонником радиально-упорной насыпи сегодня является компания Shimano. Небезосновательно инженеры считают, что такая конструкция лучше справляется с нагрузками в поворотах. Однако обслуживать такие колеса довольно сложно и необходимо иметь определенные навыки. К тому же, еще и пачкаться приходится.

Бюджетные вилсеты строятся на таких подшипниках, правда, материалы оставляют желать лучшего. Колеса быстро начинают люфтить, ось подклинивает, накат снижается. При разборке такого колеса вы обнаружите повреждения на конусе – небольшие каверны – признак критичного износа, после которого процесс разрушения будет только ускоряться. Второе что вы увидите – повреждение шариков – их поверхность будет как бы съедена. Место, где повреждения появляются в последнюю очередь – чашка подшипника. Выполнена она из самой твердой стали, так как внутрь тела втулки его необходимо запрессовывать, а следовательно и последующая ее замена весьма затруднительна, но возможна при должном навыке.

Неразборные сепараторные радиальные подшипники в колесе

Промы, промышленные подшипники

Кроме насыпных, в колесах также используются промышленные подшипники радиального типа, два для качения колеса, два в барабане. Применяются они в колесах, как бюджетных, так и в топовых.

Бюджетные серии колес, как вы понимаете, строятся на базе несовершенных материалов. Больше всего это относится к материалам самой втулки, подшипник-то можно и поменять на дорогой. Стоимость одного подшипника варьируется от 1-го до 30 баксов. Нормально купить что-то до 10 баксов – это проверенные рабочие лошадки с хорошим уровнем защиты и нормальной износостойкостью.

Материал втулки играет большую роль, так как важна не только марка алюминия, например, но и способ обработки втулки. Многие производители кичатся тем, что их втулки точатся на ЧПУ станках, мол это высокая точность и всё такое. Однако за эту точность приходится платить отсутствием прочности материала. То есть, другими словами, втулки после ЧПУ – это самые дешевые и непрочные втулки. Но маркетологи знают свое дело.

Наиболее высокая прочность алюминия достигается в процессе ковки и при специальной термической обработке. Об этом маркетологи молчат. Однако в среде автомобилистов слово “ковка” означает высокое качество, за которое приходится дорого платить. Кованные поршни и коленчатый вал в автомобиле на вес золота. но мы говорим про велосипеды.

В велосипедах кованые детали также обладают большей прочностью и жесткостью, что позволяет делать их легче. В общем, дешевые втулки после одной замены подшипников (если доживут вообще) могут не принять в себя сменные подшипники. Посадочные места будут разбиты и об соосности вращения подшипников можно будет забыть.

Мне попадались бюджетные колеса, конструктив которых был настолько неудачный, что за три недели комплект новых подшипников хорошего качества был укатан в смерть. Райдер не тяжелый, смена подшипников производилась дорогим прессом, по науке всё делалось… а подшипники сжирались просто мгновенно. Никогда такого не видел.
Колеса высокого уровня таких фокусов не выдавали, а видать приходилось и разваленные подшипники с застрявшим внешним кольцом во втулке. После замены все ездило без нюансов и нареканий.

Впрочем, бывают бюджетные решения совсем неплохие… к таким относятся втулки Novatec.

Обслуживание колес на промах происходит далеко не всегда с заменой подшипников. Конструкция, как правило, такая, что разборка происходит намного быстрее и проще, чем с насыпными вариантами. Бывают конструкции с контргайками, бывают без них.
Я ездил на колесах высокого уровня, в которых стоял со стороны тормозного ротора очень широкий подшипник. К сожалению, мне не довелось узнать… был ли то двухрядный шариковый подшипник или роликовый. Но колеса были боевые, видали виды до меня и я с ними не особо церемонился, хоть и дропы не делал.

Керамические подшипники в колесах используются. Не уверен на счет МТБ, но в шоссейные колеса вставляют совершенно точно. Смазки в них мало, пыльники отсутствуют, твердость высокая – накат невероятный. При желании, обычные промышленные подшипники в шоссейных колесах можно без переделок заменить на керамику. Габариты у них абсолютно те же, материал только другой.

Барабан втулки колеса

Во втулках Shimano, и похожих на них, есть еще два насыпных подшипника – в барабане. Получается, что в задней втулке всего четыре подшипника, два во втулке и два в барабане.

Манетки, шифтеры, дуалконтролы

Обычно устанавливаются подшипники скольжения, чтобы рычаги имели ход. Манетки высокого уровня могут выполняться на шариковом промышленном подшипнике. Переключения в таких условиях работают очень приятно.

Тормозные ручки

Тормозные ручки на промах не видел и не уверен, что таковые существуют. То есть, выполняются они на подшипниках скольжения, которые чаще всего работают даже без смазки. Хотя так быть и не должно, надо ухаживать.

Тормозные калиперы

Калиперы кантилеверных и V-Brake тормозов в некоторых случаях устанавливают на промышленные подшипники. Шоссейные крабы на промах не видел и не уверен, что такие существуют. За исключением указанных случаев, в тормозных калиперах работают подшипники скольжения. Они любят смазку и не переносят пыль. Впрочем, как и любые другие.

Передний переключатель

Передний переключатель перемещается на подшипниках скольжения и тут без вариантов. Благо, там стоит сильная пружина, которой всё нипочём.

Задний переключатель

Тут все не так просто. Параллелограмм на втулках работает, это понятно. Лапка двигается тоже на втулке. Ролики же бывают на подшипниках скольжения и на шариковых подшипниках.

Втулки роликов заднего переключателя высоких серий Shimano выполняются из керамики. На внешнем кольце есть даже специальные прорези для удержания смазки. Однако на керамической втулке размещается только один ролик, второй крутится на промышленном подшипнике. Есть производители, которые предлагают ролики увеличенного диаметра с керамическими шариковыми подшипниками.

Цепь

Вот вы удивитесь, но цепь состоит из огромного количества подшипников скольжения. Если присмотритесь, то между щечками звена есть небольшой ролик, который вращается на оси (пин) – это и есть вариация подшипника. Именно поэтому крутить педали на смазанной цепи становится легче, подшипникам попросту становится проще вращаться. Износ цепи, тем не менее, происходит не из-за этих роликов, а из-за растяжения щечек звеньев.

Компания Ceramic Speed приводит яркий пример полезности керамических подшипников одновременно во втулках колес, каретке и роликах переключателя. Там еще смазка цепи особенная какая-то применяется. В общем, придав ускорение шатунам рукой они продолжают крутиться продолжительное время. Такое ощущение, что крутится не трансмиссия, а хорошо настроенное колесо. Чудеса. Экономия Ваттов в такой комплектации происходит весьма заметная. Уверен, что уходит далеко за порог чувствительности в 5 Ватт. Притом в сторону увеличения.