Втулки

Втулка — весьма серьезный узел, без которого велосипед невозможен, как класс. Если колесо — это рычаг, то втулка — это та самая опора, или шарнир, вокруг которой вращается весь велосипедный мир.

Втулки прошли длинный путь развития: от втулок на подшипниках скольжения до втулок с высокоточными промышленными подшипниками.

И, естественно, существует устойчивые мифы, связанные с втулками.

МИФ № 1. ОТ ВТУЛОК ЗАВИСЯТ ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ

Очень распространенное заблуждение. Вращение втулок практичес­ки не влияет на потери энергии (мощности) во время движения велоси­педа. Неоднократно ставились различные эксперименты и проводились оценки, но результат был один: втулка с шарикоподшипниками — на­столько совершенный узел, что потерями энергии можно практически пренебречь. В качестве примера приведем данные из книги Успенского

Потери мощности чч. % К на качение

ТГ?? Г

%

Потери мощности в каретке цепи Потери мощности в передней и задней втулках при рабочем ходе

заднего колеса Потери мощности на качение переднего колеса

Суммарные потери мощности на качение шин Суммарные потери мощности в велосипеде Потери в кареточном узле равны 4,5%. Потери мощности во втулках переднего и заднего колес равны 0,47% Рис. 3.24. Суммарные потери мощности велосипеда («Теория велосипеда» И. А.Успенский)

1 — период приработки, 2 — период нормальной работы, 3 — начало катастрофического износа (выход узла из строя), Ди — степень износа. Рис. 3.25. Кривая износа

«Теория велосипеда» (см. рис.3.24). Поте- ри во втулках заднего и переднего колес дорожного велосипеда на скорости 25 км/ч в сумме равны 0,47%! При этом по- тери энергии в кареточном узле с цепью — 4,5%, в переднем колесе — 7,4%, а в заднем — 18% от общих потерь. Потери в каретке с цепью и во втулках отличается в 10 раз, как минимум. Вывод простой: от втулок ничего не зависит. НОВЫЕ ВТУЛКИ КРУТЯТСЯ ЛЕГЧЕ, ЧЕМ БЫВШИЕ В РАБОТЕ Не менее широко* распространенное заблуждение. Есть такая наука триболо- гия, которая объясняет, что такое износ, и как с ним бороться. И есть не менее известная «кривая износа» (см. рис. 3.25), которая показывает, что в начале работы правильно собранная втулка имеет ми- нимальные зазоры и сравнительно тугое вращение. Затем начинается период приработки, длящийся иногда десятки часов, после чего узел (втулка) готов к нормальной работе и крутится уже легче, чем вначале. Это легко проверяется по вращению колеса: до приработки колесо после толчка сделает меньше оборотов и быстрее остановится, чем колесо, втулка которого находится в области постоянно- го износа (области 2 на рисунке). Дольше и легче всего крутится колесо с сильно «езженной» втулкой. Если дальше изу- чать кривую износа, заметим, что около точки 3 начинается область катастрофи- ческого износа узла с последующими гигантскими люфтами, хлябанием и выходом втулки из строя. Дорогие втулки самых верхних групп, например, XTR, имеют, как правило, качественную сталь подшипников, тщательную за- калку и обработку поверхностей и жесткие допуски и посадки. Но зсе равно, период приработки, пусть и чуть более короткий, остает-

ся. Вращение дорогих втулок несколько плавнее, чем дешевых, но кривая износа остается в силе. Разница же в легкости качения, по сравнению со втулками нижних групп, если и есть, то совершенно ничтожна, отличается на сотые и тысячные доли процента, и по мере износа быстро сходит на нет.

МИФ № 3. КОНУСНЫЕ ИЛИ ПРОМЫШЛЕННЫЕ

Главный узел втулки — подшипник. Существуют и конкурируют два типа подшипников: конусные (насыпные) и промышленные (радиальные, радиально-упорные, игольчатые). Много дискуссий было устроено, много копий сломано, много чая, кофе, пива, кваса, пепси… (ненужное подчерк­нуть) выпито разгоряченными участниками, но воз и ныне там. Каждый остается при своем, как тупоконечники с остроконечниками из книги Свифта. В общем-то, существенной разницы между этими типами узлов по весу, габаритам, ресурсу, легкости вращения (само собой!) и т. д. — нет. Есть некоторые особенности каждой конструкции, не более. Нагрузка в конусных подшипниках направлена более удобно, и конструкторам втулок под промышленные подшипники приходиться изощряться, дабы получить простой и технологичный узел. Нередко им это удается.

Втулки с конусными подшипниками встречаются гораздо чаще, пример — все втулки фирмы Shimano. Их особенности: с одной стороны, ремонтопригодность и регулировка по мере износа, а с другой стороны — их сложнее собирать и точно настраивать.

Втулки с промышленными подшипниками от CRISS KING, CANE CREEK, DT Swiss и т. д в последнее время постепенно догоняют по массо­вости конусные. Из их особенностей отметим простоту сборки/разборки, они не нуждаются в регулировке, торцевое и радиальное биение стандартных промышленных подшипников меньше; недавно появились и регулируемые промоподшипники, но регулировать зазоры радиальных подшипников по мере износа затруднительно, к тому же они плохо переносят осевые на­грузки. Такие подшипники легко заменить, но в отечественных условиях их бывает сложно найти.

Threaded Hub and

(реповая трещотка иди шлице&ой <5ара<5аи)

Традиционные задние втулки имеют справа стандартную резьбу, на которую навинчена трещотка Freewheels с блоком звездочек. Храповой механизм (свободного хода) с собачками расположен внутри трещотки. Важным достоинством конструкции является полная стандартизация и взаимозаменяемость трещоток и втулок. Но недостатков у нее было гораздо больше:

• избыточный вес по сравнению с кассетными втулками;

т

Рис. 3.26. Заднее колесо WH-M565 LX Shimano с дисковой втулкой 1 — эксцентрик (168 мм), 2 — ось в комплекте (146 мм), 3 — правая контргайка в комплекте, 10 — левый конус с контргайками, проставками и стопорными шайбами в комплекте, 5 — шайба (3,7 мм), 6,11 — сальник, 7 — правый конус, 9 — ось, 12 — защитный колпачек (пыльник), 13 — болт, 14 — шлицевой барабан (орех) в комплекте, 15 — резиновый сальник, 16 — шайба, 17 — защитное пластиковое кольцо, 18, 20 — ниппель, 19,21 — спицы

• недостаточная прочность и жесткость узла (из-за габаритов трещотки рас­стояние между подшипниками было уменьшено, и оси колес часто гнулись и ломались);

• трещотка изнашивалась значительно дольше, чем звездочки, а заменять их было не всегда просто;

• возникали лишние потери энергии при вращении подшипников большого диаметра в трещотке;

• существовала неприятная возможность сорвать резьбу, особенно если корпус втулки сделан из алюминиевого сплава.

Много лет назад втулки нового стандарта Freehub Shimano в зна­чительной степени заменили традиционные резьбовые. Их особенности и преимущества по сравнению с трещотками:

Ь)

гг;

	-4
г 4
ь (-

л

Рис. 3.27. Втулка под кассету I — контргайка, 2 — стопорная шайба, 3 — левый регулировочный конус, 4- ось, 5 — шарики левого насыпного подшипника, 6 — левая чашка подшипника, 7 — корпус втулки, 8 — внутренняя трещотка (орех), 9 — правая чашка подшипника, 10 — шарики правого насыпного подшипника, II — правый конус, 12 — стопорная шайба, 13 — контргайка

Рис. 3.28. Втулка резьбовая под трещотку 1 — контргайка, 2 — стопорная шайба, 3 — левый регулировочный конус, 4- ось, 5 — левый пыльник, б — шарики левого насыпного подшипника, 7 — левая чашка подшипника, 8 — корпус втулки, 9 — правая чашка подшипника, 10 — шарики правого насыпного подшипника, 11 — правый конус, 12 — пыльник, 13 — стопорная шайба, 14 — внутренняя гайка, 15 — проставочная шайба, 16 — контргайка

• меньшии вес; • шлицевое крепление блока звез- дочек (кассеты); • храповой механизм уменьшен и спрятан внутрь шлицевого бара- бана (ореха); • уменьшились потери на враще- ние в подшипниках храпового механизма; • расстояние между подшипниками возросло, а значит, втулка стала прочнее и жестче, нагрузки на подшипники уравнялись; • сорвать кассету со шлицов прак- тически нереально; • заменять кассету, тасовать звезды стало проще и дешевле. Втулки раньше делали из стали, а сейчас основной материал их изготовления — алюминиевые сплавы. Изредка, как экзотику, используют титан. В любом случае стальными остаются сами под- шипники (конусные или промыш- ленные) и механизм свободного хода. Сталь всем хороша, но имеет большой удельный вес. Возможно, в будущем и стали найдут достойную замену. Шлицевые барабаны обычно делают из стали. Но для гонок и ради уменьшения веса бывают барабаны из алюминия или титана (Shimano XTR). Дабы жизнь наша не казалось медом, в пику Shimano фирма COMP AGNOLO создала свой стандарт шлицевого ба- рабана (ореха). В результате кассеты и барабаны Shimano и COMP AGNOLO не взаимозаменяемы. Движущая часть задней втулки — храповой механизм (механизм свободного хода). Устройство этого механизма у трещоток и кассетных втулок, в принципе, одинаково, отличаются только размеры. Две, три или четыре (у втулок American Classic — шесть) подпружиненные со- бачки цепляются за зубцы храповика и раскручивают заднее колесо. Во время холостого (свободного) хода цепь не движется, собачки прижаты, а храповик свободно вращается. Такова начинка массовых задних вту-

лок. Работают они достаточно надежно, но их слабое место — собачки и пружинки, которые сильно нагружены и, бывает выходят из строя.

Производятся и более продвинутые задние втулки, не имеющие таких недостатков, в них просто нечему ломаться. Это, например, CRISS KING, DT SWISS и некоторые другие, они имеют на оси два стальных зубчатых кольца и сжимающую их пружину. На холостом ходу кольца свободно крутятся рядом. А при нажатии на педали благодаря пружине сближаются, сцепляются и передают усилия на колесо.

Кроме того, существуют втулки с роллерным механизмом свободно­го хода. Можно сказать, что роллерная втулка — это роллерный тормоз наоборот. Эти втулки, несмотря на свои достоинства — большой ресурс, отсутствие собачек и зубчатых венцов, не заменили все остальные и за­нимают относительно скромную нишу на рынке.

Диаметры фланцев — отверстий во втулке, куда крепятся спицы, весьма важны для «крутильной» и бо­ковой жесткости колеса. Большие фланцы дают больше жесткость и прочность колеса. Но при увеличении раз­мера фланцев возрастают вес и вредный момент инерции колеса. Новые бесфланцевые втулки, с прорезями, а не круглыми отверстиями под спицы в теле втулки, «не пошли», несмотря на то, что замена спиц с ними заметно упростилась.

Втулки могут иметь устройства для торможения: диско­вые, роллерные, барабанные или быть оснащены внутренним ножным тормозом типа «Торпедо» (у Shimano таким являет­ся ножной тормоз NEXUS). У втулок под дисковые тормоза слева имеется узел для установки ротора. Есть два стандарта таких узлов: более распространенный 6-болтовый (ротор крепится болтами к левому фланцу втулки) и разработанный фирмой Shimano шлицевой Center Lock. У последнего на цилиндр со шлицами устанавливается ротор и зажимается контргайкой. Тормоза роллерные и типа «Торпедо» чаще всего применяются на городских (ситибайках) и комфортных велосипедах. Барабанные тормоза — раритет, их почти 100 лет назад разработала и до сих пор использует для своих велосипедов фирма Sturmey-Archer.

Рис. 3.29. Задняя кассетная втулка Chris King 1 — ось втулки, 2 — сальник, 3 — фиксатор, 4 — сепаратор игольчатого подшипника, 5 — обойма подшипника, 6 — гильза, 7,18 — промышленный подшипник,8,11,17 — пластиковый пыльник, 9 — шлицевой барабан, 10 — подшипник, 12 — зубчатая полумуфта, 13 — полумуфта, 14 — пружина, 15 — держатель пружины, 16 — корпус втулки, 19 — регулировочный конус, 20 — хвостовик оси

Втулки обычно имеют защиту от осадков, пыли, песка и грязи. Это могут быть простые резиновые пыльники или
более сложные уплотнения (контактные, лабиринтные). С одной стороны это благо — ресурс, срок службы значительно возрастает, а с другой сто­роны несколько возрастают потери. Увеличенный ресурс перевешивает. К сожалению, никакие, даже весьма изощренные конструкции пыльников и уплотнений велосипедной втулки не защищают ее полностью. Ежели пришлось окунуть велосипед в воду или пересечь на ходу глубокий (выше ступицы) брод, особенно если вода соленая, то выход один — переборка и смазка втулок, во избежание!