Втулка | Bicycle hub

Втулка (англ. Bicycle hub) — центральная вращающаяся часть велосипедного колеса, предназначенная для размещения внутри неё неподвижной оси колеса, и опирающаяся на неё. К фланцам втулки крепятся спицы. Втулки бывают передние и задние.

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.

1 — эксцентрик,
2 — сборка деталей на оси втулки,
3, 15 — контргайки,
4, 5, 7, 13, 14 — шайбы,
8, 12 — уплотнительные кольца,
9, 11 — конуса подшипников,
10 — ось,
16 — пыльник,
17 — полый болт крепления барабана втулки к корпусу,
18 — набор шариков,
19 — барабан («орех»),
20 — шайба.

Конструкция втулки  
[image]
Устройство втулки с кассетой (вверху) и с трещоткой (внизу)

 

[image]
 
[image]
 
[image]
 
Втулка под 20-мм вставную ось с 6-болтовым креплением ротора и адаптером на 9 мм
3-скоростная планетарная втулка Shimano с ножным тормозом
Втулка под 15-мм вставную ось стандарта Centerlock
Задняя 6-болтовая втулка
Втулка вилсета под прямые спицы

 

Корпус

Корпус втулки связывает воедино все её части. Одно из требований к нему — большая жёсткость, особенно к корпусу задней втулки, поскольку он испытывает скручивающую нагрузку от трансмиссии. Изготавливается он несколькими методами — горячей или холодной штамповками, или литьём. Наиболее прочные корпуса (вместе с фланцами, представляющими собой единое целое с корпусом) изготовляются методом горячей штамповки. Только такие втулки можно использовать для радиального спицевого набора.

По совместимости с тормозами втулки делятся на 2 вида:

  • Для ободных тормозов,
  • С креплением для дисковых тормозов, в т.ч.:
    • 6-болтового стандарта,
    • Centerlock,
    • Собственных стандартов.

Разумеется, на дисковой втулке можно собрать колесо для ободных тормозов, но не наоборот.

Фланцы

Фланцы — кольцевые выступы на корпусе втулки, к которым крепятся спицы. Во фланце сделаны отверстия, через которые спицы вставляются при наборе колеса. К прочности фланцев выдвигаются высокие требования — ведь их размер относительно небольшой, и при этом треть веса велосипеда с велосипедистом приходится на этот небольшой кусочек. Особенно прочность фланцев важна при радиальной спицовке.

В большинстве отдельно продающихся втулок фланцы имеют поперечные отверстия для классических загнутых спиц в количестве 28, 32, 36 штук и 48 для BMX. Фабричные вилсеты обычно используют втулки с продольными отверстиями (до 28), предназначенные для прямых спиц.


Подшипники

Характеристики

В зависимости от стоимости подшипника и от качества изготовления его составных частей, могут изменяться следующие характеристики:

  • Максимальные динамическая и статическая нагрузка;
  • Максимальная скорость;
  • Требования к смазке;
  • Ресурс подшипника до появления признаков усталости;
  • Шумы подшипника.

Грязезащита

Любой подшипник хорошо работает только в чистом и смазанном виде. Попадание грязи или воды вызывает ускоренный износ подшипника, ведущий к его скорой замене.

Существует несколько способов организации грязезащиты:

  • Контактное уплотнение — резиновая деталь (пыльник), плотно закрывающая подшипник от внешних воздействий. Из-за трения оказывает определенное сопротивление вращению, поэтому не используется в гоночных втулках.
  • Лабиринтное уплотнение — металлический или пластиковый экран, прикрывающий подшипник от внешней среды, но не создающий трения (остается зазор).
  • Уплотнение промподшипника — резиновое или пластиковое кольцо, закрывает зазор между внешним и внутренним кольцами подшипника. Бывает как односторонним, так и двухсторонним.
[image]
Промподшипник.
1 — внешнее кольцо, 2 — шарик, 3 — сепаратор, 4 — дорожка качения,
5 — внутреннее кольцо
[image]
Насыпной подшипник во втулке.
2 — пыльник, 4 — контргайка, 5 — конус, 6 — сальник
8 — шарики, чашка запрессована во втулку

 

Керамический подшипник

Подшипники скольжения

Простейшие подшипники, широко применяющиеся в узлах, не испытывающих больших нагрузок и ударов, или не очень критичных к люфтам. Представляют собой трущуюся пару материалов с низким коэффициентом трения (металл-полиэтилен, сталь-бронза и др.). Со временем более мягкий материал истирается, возникает люфт, соответствующую деталь требуется заменить (обычно ее конструкция подразумевает замену).

Подшипники скольжения включены в конструкцию многих педалей (например недорогие Crank Brothers), что приводит к необходимости регулярной переборки с заменой изношенных частей.

Подшипники качения

Состоят из двух деталей с нанесенными дорожками качения, тел качения (обычно шарики) и иногда — сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. Иногда дорожки качения выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпуса детали.

Используются в сильно нагруженных узлах, не допускающих люфта: втулки, каретка, рулевая колонка, шарниры задней подвески, педали. Также такие подшипники могут использоваться в роликах заднего переключателя и в иных компонентах высокого уровня.

Велосипедные подшипники качения бывают двух типов: насыпные (типа «конус-чашка») и промышленные (неразборные, зарубежное название «картриджные»). Каждый из типов имеет свои преимущества и недостатки:

  • Насыпные подшипники (конус-чашка) — просто набор шариков, катящихся по чашке, которая может быть запрессованной во внутреннюю поверхность корпуса детали или съемной. Шарики прижимает к чашке конусная гайка, от которой и произошло одно из названий.
  • Промышленный подшипник — это неразборный узел из двух колец, между которыми катятся шарики. Промподшипник запрессовывается в свое посадочное место и может быть заменен при необходимости. Как правило, промподшипники нерегулируемые, но есть и исключения (например, у вилсетов производства Mavic).

Оба вида подшипников могут оснащаться сепаратором, который создаёт определённый интервал между шариками и удерживает их от высыпания.

Преимущества насыпных подшипников — простота и возможность регулировки. Последнее одновременно является и недостатком, поскольку возможность регулировки означает и её необходимость. Регулировка заключается в выборе прижимного усилия конусной гайки. Слишком слабое усилие приводит к люфту подшипника и всего колеса в целом, а слишком сильное — к плохой прокручиваемости колеса и, как следствие, к плохой накатистости и повышенному износу втулки. Простота устройства насыпных подшипников весьма важна в велопоходе. По сути, в нём просто нечему ломаться — разве что может треснуть корпус втулки.

В отличие от них, промышленные подшипники регулировки обычно не требуют. При этом у втулок на хороших промышленных подшипниках накатистость обычно вполне достаточна для большинства велосипедистов, хотя в насыпных при умелой настройке можно достичь и большей. Минусы промподшипников: во-первых, цена, а во-вторых, если он всё же ломается, то его можно только заменить. При этом сломаться он как раз может, пусть это событие и маловероятно. Также, в случае забивания подшипника грязью его трудно полноценно промыть. Здесь полное преимущество у насыпных подшипников — начисто промыть с последующей смазкой их легко даже в полевых условиях.

Керамические подшипники

Керамический шар

У дорогих подшипников шарики и/или кольца могут быть изготовлены из керамики. Выпускаются различные разновидности керамических подшипников:

  • Смешанные или гибридные, в которых из керамики выполнены только шары (или другое тело вращения), а оба кольца качения из стали. Это самый распространенный вариант в велоиндустрии.
  • Полностью керамические, где и кольца качения и шары сделаны из керамики. На велосипедах встречаются пока крайне редко, но доступны в ассортименте от сторонних производителей.
  • Керамические шары для обычных подшипников типа «конус-чашка».

Использование керамики сулит определенные преимущества:

  • Низкий вес: керамика на 40 % легче.
  • Высокая коррозионная стойкость (не относится к гибридным и насыпным подшипникам).
  • Керамика тверже стали и имеет более высокий модуль упругости.

Однако прибавка в качестве на данный момент много меньше прибавки в стоимости, что ограничивает область применения керамических подшипников вейтвиннерами и прочими увлеченными байкерами.


Ось

Втулки выполняют еще одну важную задачу, помогают крепить колеса к дропаутам вилок и задних перьев рамы. Основой для этого является силовой элемент втулки — ось. Оси втулок бывают стальными, алюминиевыми и, изредка, из титана. Стандартов осей много: 17, 15, 12, 10,9 мм. Для экстремальных дисциплин достаточно давно стандартом стали передние втулки с осями 20 мм.

Ось втулки вставляется в вырез дропаута, и на дешевых или детских велосипедах зажимается с помощью гаек. При этом такие оси бывают обычно сплошными. Большинство велосипедов сейчас имеют втулки с полыми осями и комплектуются эксцентриками типа Quick Release. Тяга эксцентрика вставляется внутрь оси втулки, а с обратной стороны тяги навинчивается специальная гайка. После чего поворотом рычага втулка с колесом прочно прижимается к дропаутам.

При развитии байков для экстремальных дисциплин выяснилось, что обычным втулкам не хватает прочности и жесткости. И появились втулки со стальными осями диаметром 20 мм (QR20). При этом требовалась намертво зажимать стягивающую гайку эксцентрика с помощью ключей. Прочности им было не занимать. Но не радовал и вес и необходимость носить с собой инструмент для установки и снятия колеса. И в 2005 году модельный ряд вилок Rock Shox был создан для использования с новым типом эксцентрика «MAXLE» фирмы Sram. Идея новинки состоит в отсутствии стягивающей гайки на противоположном конце эксцентрика. Резьба, которая держит ось, нарезана внутри одного из дропаутов вилки, и эксцентрик также имеет соответствующую резьбу.

[image]

Рис. Эксцентрик MAXLE

1 — рычаг, 2 — дропаут, 3 — корпус эксцентрика, 4 — резьба, 5 — тяга, 6 — дропаут с внутренней резьбой, 7 — амортизационная вилка

Сначала ось эксцентрика вдевается в один из дропаутов, а затем ввинчивается в дропаут с внутренней резьбой, и при повороте рычага в закрытое положение, рассеченная на четыре лепестка трубка-корпус раскрывается и крепко блокируется внутри дропаутов.

Втулка с такой экстремальной 20 мм осью (Thru Axle) может быть использована только с дисковыми тормозами. Эксцентрик аналогичной системы разработан и для заднего колеса. В 2008 г. появился новый, облегченный почти на 40% и предназначенный для кросс-кантри и марафонов вариант «Maxle Lite». Вес снижен за счет более тонкой стенки алюминиевой трубки-корпуса, облегчения всей конструкции эксцентрика с заменой некоторых деталей на алюминиевый сплав. Первая ХС вилка RockShox линейки Reba с креплением «Maxle Lite» выйдет уже в 2009 году.

Почти одновременно с «Maxle Lite» появился очередной стандарт крепления переднего колеса E-thru, сконструированный совместно фирмами Shimano и Fox. При диаметре оси в 15 мм им удалось сделать более легкий и весьма прочный аналог известным 20 мм осям. Длина втулки OLD — 100 мм, и предназначена она для All-Mountain, кросскантри и марафонских гонок. Пока применяется только в группах XTR и DEORE XT, но, вероятно, список скоро будет расширен. Новый стандарт под названием 100×15, или, как написано в мануале Fox, 15QR, будет открыт для производителей втулок, вилок и колес.

[image]

Рис. 15 мм — осевой стандарт E-thru Shimano

1 — вилка, 2 — винт, 3 — стопорная планка, 4 — специальная гайка, 5 — резьба, 6,8 — дропауты, 7 — ось, 9 — рычаг, 10 — нумерация, 11 — метка

Ось эксцентрика вставляется в отверстия дропаутов. На резьбу оси навинчивается гайка, которая фиксируется стопорной планкой и винтом с помощью шестигранного ключа 2,5 мм. Затем рычаг эксцентрика закрывается и зажимает втулку. Для правильности установки эксцентрика на дропауте стоит метка, а на гайке имеется нумерация.

Существует еще один стандарт крепления заднего колеса, достаточно давно представленный группой SAINT фирмы Shimano. Задняя втулка имеет вставную ось с головкой под шестигранный ключ (слева), а справа стягивается фиксирующей (зажимной) гайкой, которая встроена в задний переключатель на место монтажного болта. То есть переключатель «висит» на оси задней втулки, хотя обычно его устанавливают ниже — на «петухе». Более высокая подвеска переключателя дает много плюсов с точки зрения надежности, прочности и уменьшения вероятности повреждений во время гонок. Втулки имеют два типоразмера: классический размер (OLD) 135 мм и быстро развивающийся — 150 мм с 12 мм осью.


Переднее колесо

Существует несколько стандартов осей передних втулок:

  • 9×74 мм — складные велосипеды.
  • 9×100 мм — используется на большинстве велосипедов:
    • версия с эксцентриковым зажимом (QR) — наиболее популярна,
    • версия с креплением гайками — устаревший стандарт.
  • вставная полая 15×110 мм — начинает применяться в велосипедах для кросс-кантри и трейла, имеет эксцентриковый зажим.
  • вставная полая 20×110 мм — применяется в велосипедах для экстремального спорта:
    • версия с эксцентриковым зажимом — быстро ставится и снимается, но выдерживает меньшие нагрузки,
    • версия с креплением болтами — для экстремального спорта, выдерживает большие нагрузки.
  • 10х135 мм — для фэт-байков.

Чем больше диаметр оси, тем выше прочность и жесткость соединения колеса с вилкой. Но при этом несколько увеличивается вес всей конструкции, кроме того, колесо со вставной осью снимается и ставится дольше обычного. Во втулках под полую ось применяется специфический локринг centerlock, под съемник интегрированной системы.

Некоторые втулки под полую ось совместимы с обычными вилками через переходник.


Заднее колесо

Распространенные стандарты задних втулок:

  • 10х120 мм — велосипеды для трековых гонок;
  • 10х130 мм — шоссейные велосипеды;
  • 10х135 мм — большинство современных велосипедов;
  • 12×135 мм — велосипеды для даунхилла и других экстремальных видов спорта.
  • 12×142 мм — велосипеды для даунхилла и других экстремальных видов спорта.
  • 12х150 мм — велосипеды для даунхилла и других экстремальных видов спорта.
  • 10×160, 10х165 мм — для фэт-байков.
  • 10х170 мм — для фэт-байков.
  • 10х186 мм — для фэт-байков.

Втулки с амортизацией

Есть и такие. Фирма Pantour suspension Hub решила удивить мир, предложив передние и задние втулки с внутренним амортизирующим элементом. Самую малость покрутив шарики в голове, легко сообразить, что пресловутый элемент не может быть стальной или даже титановой пружиной. На таких малых ходах, как 1/2 -1 дюйма, подобрать жесткость пружины не просто. Или она будет слишком «дубовой», или, что вероятнее, начнет пробивать при больших скоростях и на плохих дорогах. Элас-томерный «ластик» к недостаткам пружины прибавит свою сильную зависимость от температуры, на холоде он просто затвердеет.

Кроме того, «нежные» эластомеры через пару-другую часов сильной нагрузки бывают подвержены «усушке и утруске», и требуется несколько часов для их «релаксации» -восстановления размеров и упругих свойств. Остается только пневматика, что и было осуществлено. Цилиндрическая резиновая камера вставляется внутрь втулки и накачивается воздухом через клапан Шредера. Передняя втулка весит от 160 до 260 гр, задняя -около 490 гр. Идея, конечно, интересная, но вряд ли перспективная. Такие втулки с малыми ходами не много пользы дадут на плохой, «убитой» грунтовке. Они приспособлены для города, асфальта, парков и прочей цивилизации. Но тогда их легко можно заменить шинами-баллонами больших габаритов, и получить аналогичную амортизацию за смешные деньги без лишних проблем.

О планетарных втулках читайте в главе «Коробки передач, вариаторы, планетарные втулки».

[image]

Рис.  Втулка с внутренней амортизацией

 

1 — направляющая скоба,
3 — фланец втулки,
4-упругий элемент,
5 — конус,
6 — внутренний барабан,
7 — перо вилки, v — ход амортизации, до 24 мм, h — горизонтальное смещение оси втулки, менее 5 мм. В — направление движения.

Динамо –втулки

Для питания электрических цепей велосипеда используются три типа источников энергии: поворотные динамо-машинки, батарейки и динамо-втулки. Главная беда поворотных динамо-машинок — плохой, ненадежный контакт между ротором и велошиной. Батарейки достаточно дорого стоят и быстро расходуются. В последние годы заметна экспансия динамо-втулок. Сейчас они стали стандартной опцией множества велосипедов. Второму рождению, точнее сказать, возрождению динамо-втулок помогли два момента. Первый — это необходимость, как сказал поэт, «светить всегда, светить везде», например, во время 24-часовых гонок или в длительном автономном походе, когда вес запасных батарей вырастает до небес. А тут всегда под ногой безотказный источник электроэнергии, вес коего известен и не слишком велик. Второй момент — закон, который всегда есть закон. Особенно в странах ЕС, где законодательно постановили, что всякий велосипед, как средство передвижения повышенной опасности, должен иметь фонари и габариты. А лучший вариант бортовой электростанции — это динамо-втулка. Весьма удобна она также для городских и дорожных байков, где комфорт и минимум обслуживания — главное. Сел и поехал! А свежие батарейки, заряженные аккумуляторы — только лишние хлопоты, от коих мирный велосипедист должен быть избавлен напрочь. Не забыты и спортсмены, любители и профи. Для них разработаны суперлегкоходные динамо-втулки с подшипниками высокого уровня ULTEGRA/XT фирмы SHIMANO и значительно уменьшенными паразитными магнитными потерями на холостом ходу. К сожалению, от магнитных потерь никуда не деться, это, кстати, единственный минус динамо-втулок по сравнению с поворотными динамками. Данный минус устранить вряд ли возможно, но можно его уменьшить. Спортивные суперлегкоходные динамо-втулки DH-3D71, DH-3N71 имеют паразитные потери на холостом ходу гораздо меньше, чем массовые динамо-втулки для комфортного катания групп NEXUS, HB-NX22/32. Но и тут намечаются улучшения, согласно принципу, что достижения верхних групп постепенно приходят и в нижние группы.

Кроме паразитных потерь к главным недостаткам динамо-втулок следует отнести зависимость яркости фонаря от скорости движения велосипеда и отсутствие света во время стоянки. Обе задачи пока в процессе решения. Динамо-втулки генерируют мощность 2,4-3 Вт при напряжении б В. Этого вполне достаточно для сильной фары, пары хороших габаритов, бортового компьютера и системы управления переключением передач и амортизацией Cyber NEXUS Di2 SHIMANO.

И последнее. Получая 3 Вт электроэнергии, мы тратим на это собственные силы и энергию. Как оценить, много ли это? Профи высокого уровня в часовой гонке развивает мощность порядка 450-480 Вт. Так что дополнительные затраты составят всего порядка 0,6%. При обычных поездках по дорогам с твердым покрытием длительная мощность велосипедиста составляет 100-200 Вт. И потери, соответственно, составят от 3% до 1,5%, что совсем немного.


Планетарные втулки

После того, как в 1898 году французом Жозефом де Менье была изобретена задняя втулка со свободным ходом, немецкая фирма Fichtel&Sachs наладила выпуск втулок со встроенным тормозным механизмом, приводимым в действие обратным вращением педалей. Эти втулки типа «Торпедо» хорошо известны и сейчас. Затем встал вопрос о количестве передач на велосипеде, и многие конструкторы достаточно удачно экспериментировали с задними втулками. А так как это было время «бури и натиска», то свежие идеи появлялись очень быстро и почти одновременно. Например, известный конструктор Dursley Pedersen, работавший в Англии, в 1903 г. предложил два варианта удачных задних втулок с 2-мя и 3-мя передачами. Втулка имела набор шестеренок и слегка напоминала миниатюрную коробку передач с внешним дополнительным валом. Эта втулка несколько лет выпускалась серийно. В начале ХХ-го века существовало множество подобных более-менее удачных конструкций. Но наиболее прогрессивный планетарный механизм использовала в своих двух- и трехскоростных втулках английская фирма Sturmey-Archer в 1902 г. Всего на пару лет отстала со своими многоскоростными «Торпедо» фирма Fichtel&Sachs, которая позднее называлась Sachs Bicycle Component, а в 1997 года вошла в состав корпорации SRAM. Планетарные втулки быстро доказали свое преимущество, вытеснив с рынка все другие устройства внутреннего переключения передач.

Какой выбор имеется сейчас, через сто с лишним лет? Само собой, корпорация SRAM-SACHS выпускает 3-, 5- и 7-скоростные «планетарки» как с внутренним тормозом, так и без него, под ободные или роллерные тормоза. Недавно появилась планетарка SRAM i-MOTION 9, имеющая, как понятно из названия, 9 передач. Диапазон передаточных чисел у нее -340%. Несколько лет назад корпорация освоила втулки типа Dual-Drive -7×3, 8×3 и 9×3. Это комбинация 3-скоростной планетарной втулки и размещенной на ее оси кассеты на 7/8/9 передач с классическим паралле-лограммным внешним переключателем. Такая комбинация дает 21,24 или 27 сочетаний передач. Фирма SHIMANO также имеет подобную систему, NEXAVE С530 INTEGO 3×8-speed с диапазоном передаточных чисел, как у горного велосипеда. Стандартный диапазон у горного велосипеда с системой 42-32-22 и кассетой 11-30 (8 звезд) — 520%.

Максимальное количество в 14 внутренних переключаемых передач достигнуто во втулках фирмы Rohlof f, при этом общий диапазон передаточных чисел составляет около 600%.

Широко распространены также Inter-3, Inter-7 и Inter-8, это 3-, 7- и 8-скоростные планетарные втулки фирмы SHIMANO, выпускаемые в вариантах под роллерный тормоз, под внутренний тормоз и без оного.

Преимуществом планетарных втулок являются:

      • достаточно большой диапазон передаточных чисел: 307% у втулки Inter-8, 244% у Inter-7 и 184%у Inter-З. Причем есть передачи как повышенные, так и пониженные, что позволяет легко разгоняться по ровной дороге и забираться в достаточно крутые горки. Если система имеет 2 или 3 передние звездочки и передний переключатель передач, то диапазон передаточных чисел резко возрастает. Напомним, что стандартный диапазон у горного велосипеда с системой 42-22 и кассетой 11-30 (8 звезд) — 520%;
      • быстрое и точное переключение передач с легкой и четкой фиксацией ручки переключателя. Возможность переключения передач, стоя на месте;
      • работа цепи «напрямую», без перекосов резко, в разы увеличивает ресурс цепи, а также ведущей (передней) и ведомой звездочек. Удешевляется замена цепи и звездочек, можно использовать простую и прочную цепь для односкоростных велосипедов;
      • минимум обслуживания втулки при весьма большом ресурсе ее работы. Обычно планетарные втулки работают без проблем многие годы. Они хорошо защищены от воды и грязи, хотя категорически не рекомендуется погружать их в воду, переходя реку вброд, или мыть сильной струей воды из шланга;
      • простота установки, настройки и регулировки планетарной втулки;
      • возможность использования большого набора передач совместно с привычным для многих велосипедистов ножным тормозом.
      • К недостаткам же подобных узлов можно отнести:
        • сравнительно большой вес планетарной втулки, особенно со встроенным тормозным механизмом;
        • сравнительно большие потери на качение, по сравнению с обычными втулками;
        • имея высокий ресурс, планетарные втулки всеже не предназначены для работы в экстремальных условиях;

о они мало пригодны для ремонта в домашних, тем более, в полевых условиях.

Все это причины того, что планетарные втулки не используют для спорта, экстрима и тяжелых автономных походов. Их предназначение -прогулочное катание, поездки по городу, парку, проселку, не слишком сложный поход, цивилизованный туризм.


Threaded Hub FREEWEELS and FREEHUBS — (резьбовая трещотка или шлицевой барабан)

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;
    • 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.

[image]

Рис. 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 колпачок (пыльник)
13 – болт
14 — шлицевой барабан (орех) в комплекте
15 — резиновый сальник
16 – шайба
17 — защитное пластиковое кольцо
18, 20 — ниппель,
19,21 – спицы

 

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

      • меньший вес;
      • шлицевое крепление блока звездочек (кассеты);
      • храповой механизм уменьшен и спрятан внутрь шлицевого барабана (ореха);
      • уменьшились потери на вращение в подшипниках храпового механизма;
      • расстояние между подшипниками
      • возросло, а значит, втулка стала прочнее и жестче, нагрузки на подшипники уравнялись;
        • сорвать кассету со шлицов практически 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 подшипники (конусные или промышленные) 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 барабана (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 собачки 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 втулок. Работают они достаточно надежно, но их слабое место — собачки и пружинки, которые сильно нагружены и, бывает выходят из строя.

[image]

Рис.  Втулка под кассету

1 — 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
11 — правый конус
12 — стопорная шайба
13 — контргайка

[image]

Рис. 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

[image]

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 пружинесближаются, сцепляются и передают усилия на колесо.

Рис. 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

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.

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!


Замена барабана кассетной втулки

[image]


Мифы

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 «Теория велосипеда». Потери во втулках заднего и переднего колес дорожного велосипеда на скорости 25 км/ч в сумме равны 0,47%! При этом потери 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.

[image]

Рис. Суммарные потери мощности велосипеда («Теория велосипеда» И.А.Успенский)

[image]

Рис. Кривая износа

Вывод простой: от втулок ничего не зависит.

МИФ № 2. НОВЫЕ ВТУЛКИ КРУТЯТСЯ ЛЕГЧЕ, ЧЕМ БЫВШИЕ В РАБОТЕ

Не менее широко распространенное заблуждение. Есть такая наука трибология, которая объясняет, что такое износ, и как с ним бороться. И есть не менее известная «кривая износа», которая показывает, что в начале работы правильно собранная втулка имеет минимальные 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 постоянного износа (области 2 на рисунке). Дольше и легче всего крутится колесо с сильно «езженной» втулкой. Если дальше изучать кривую износа, заметим, что около точки 3 начинается область катастрофического 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 закалку и обработку поверхностей и жесткие допуски и посадки. Но все равно, период приработки, пусть и чуть более короткий, остается. 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.

Добавить комментарий