Ниппель для велосипедных спиц

С момента публикации первой редакции перевода статьи Шелодона Брауна "Сборка велосипедных колес" на сайте велоклуба "КАРАВАН" прошло более 10-ти лет. И все это время перевод этот был одной из самых посещаемых страничек технической части сайта. И все это время Шелдон Браун понемногу улучшал статью. Кстати, этот перевод был первым переводом на русский язык каких-либо статей Шелдона. Он тщательно подошел к проверке качества перевода, когда я попросил разрешения на публикацию — нашел русскоговорящего канадца-велосипедиста, который проверил мой перевод и дал положительный отзыв. Перевод этот часто перепечатывают без ссылки на переводчика и на сайт "КАРАВАН"а (пример 1, пример 2). После смерти Шелдона Брауна в 2008 году, за сопровождением сайта взялся Джон Аллен (John Allen), и в 2010 году он существенно переработал первоначальный вариант, который я и предлагаю вниманию русскоязычного читателя.

Зачем самому собирать колеса?

Широкая доступность недорогих хорошо собранных готовых велосипедных колес уменьшила необходимость ручной сборки колес в веломастерских. Тем не менее, время от времени ручная сборка (или переборка и ремонт) заказных колес все-таки требуется. Особенно это касается дорогих велосипедов, втулки которых слишком хороши, чтобы их выбрасывать.

Кроме того, желаемую комбинацию обод-втулка не всегда можно купить в виде готового колеса, особенно это касается втулок с внутренним переключением (планетарных).

Приобретение навыка сборки колес является важной вехой в становлении хорошего веломеханика. "Механика" не имеющего такого базового навыка нельзя считать полноценным профессионалом, и он никогда не будет котироваться так высоко, как тот механик, который в числе своих навыков может назвать и умение собирать колеса.

Хотя эта статья и адресовывалась первоначально механикам веломастерских, знание способов сборки колес незаменимо и для тех велолюбителей, которые хотят самостоятельно обслуживать и ремонтировать свой велосипед.

Сборка колес с нуля — лучший способ научиться их ремонтировать (выправлять), почувствовать, как колесо отзывается на регулировку натяжения спиц. Учиться на новых, неповрежденных частях значительно легче, чем сразу приступить к правке и ремонту поврежденных колес.

С чего начать?

Тогда как опытный специалист может собрать колесо меньше, чем за час, начинающему следует приготовиться провести за работой много часов. Лучше не пытаться полностью собрать колесо за один присест, потому что, вероятно, вы начнете раздражаться оттого, что процесс идет очень медленно. Лучше не торопиться и отложить работу даже на следующий день, чем перестать делать все аккуратно, и испортить всю работу на полпути.

Эта статья посвящена сборке заднего колеса, потому, что собрать его сложнее. Для сборки переднего колеса не учитывайте вещи, которые относятся только к заднему.

Наше колесо будет иметь 36 спиц с набором в три креста. Если Вы собираете колесо из 32-х спиц, то просто заменяйте на "32", где написано "36", на "16", где написано "18", и на "8", где написано "9". Используйте аналогичные замены для колес с другим количеством спиц и "крестов".

Инструмент

Вам понадобятся: небольшая плоская отвертка, колесный станок (стенд), приспобление для измерения "зонта" — зонтомер (dish stick), спицевой ключ (я предпочитаю ключ от "DT", но большинство людей не готовы выложить $50 за ключ, мой любимый инструмент из недорогих — пластиковый с металлической вставкой спицевой ключ "Spokey").

Если у Вас ограниченный бюджет, то сначала изучите методику сборки колес, а потом переходите к разделу Импровизированные инструменты.

Спицевой ключ

Станок для правки колес

Приспособление для измерения (зонтомер)

В дополнение к этому полезно иметь приспособление для измерения натяжения спиц (tensiometer) и электрическую отвертку с подходящей насадкой. (Я предпочитаю изношенную крестовую отвертку, у которой спилены две грани из четырех). Таким образом, получается плоская отвертка с центрирующим выступом. Этот выступ входит в отверстие ниппеля и препятствует соскальзыванию отвертки во время работы.

Приспособление для измерения натяжения спиц:

Материалы

Втулки

Все современные втулки приличного качества изготавливаются из аллюминия.

Втулки лучшего качества делаются методом горячей штамповки (forging), и только такие втулки следует использовать для передних колес с радиальным набором (radial-spoked). В общем, я бы не рекомендовал использовать фрезерованные втулки из бутиков, которые, кроме того, что они непомерно дороги, имеют, как правило, более слабые фланцы, чем у втулок горячей штамповки.

У хороших втулок фланцы толстые и отверстия под спицы раззенкованы (снята фаска), что бы в это углубление плотно входила головка спицы. Это не очень критично, так как аллюминий мягче стали, и головка спицы сама продавит необходимое ей углубление для плотной посадки. Значительно более критична толщина фланца. Если она недостатотчна, следует подкладывать шайбы под головки спиц.

Если вы покупаете новые втулки, то соотношение цена-качество в большинстве случаев лучше у Shimano. Если вы хотите иметь самую лучшую втулку, и цена не имеет для вас значения, то это может быть Phil Wood.

Спицы

Спицы должны быть изготовлены из нержавеющей стали (stainless steel). Она прочна и не коррозирует. Дешевые колеса собираются на хромированных (chrome, UCP- universal chrome plating) или оцинкованных спицах из углеродистой стали, которые не так прочны и подвержены коррозии.

Ведущие производители спиц на рынке США это DT и Wheelsmith.

Спицы делают и из титана (Titanium) тоже, но, по моему мнению, это лишняя трата денег. Титановые спицы можно ставить только с бронзовыми ниппелями, что делает такое колесо незначительно легче, чем на стальных спицах с алюминиевыми ниппелями.

Углепластиковые спицы (Carbon fibre) существуют, но показали себя хрупкими (brittle) и опасными.

[Добавление Джона Аллена (John Allen)]

Я рекомендую более толстые спицы для правой стороны задних колес с большим "зонтом" (это колеса с кассетой), чем для левой стороны потому, что спицы левой стороны натянуты меньше. Более тонкие спицы левой стороны будут работать с нагрузкой ближе к проектной, будут растягиваться больше, и менее вероятно, что они со временем ослабнут. Подробнее смотрите мою статью о натяжении спиц (на английском языке).

Количество спиц

До начала 80-х годов 20-го века у практически всех взрослых велосипедов было 72 спицы.

32 спицы на переднем колесе и 40 на заднем было стандартном для английских велосипедов, по 36 спиц на переднем и заднем колесе было стандартом в остальных странах. И только гоночные "велосипеды мечты" специального назначения могли иметь по 32 спицы спереди и сзади.

Великая спицевая афера. В начале 80-х годов годов смекалистые маркетологи додумались комплектовать серийные велосипеды серийными же колесами, но на 32 спицы. Благодаря представлению покупателей о таких колесах как о принадлежности дорогих высококачественных и редких велосипедов, производителям не только удалось экономить на производстве, но и продавать такой велосипед как улучшенную версию. Такие колеса получались заметно менее прочными, чем стандартные 36-ти спицевые, но были достаточно прочны для большинства покупателей и применений.

С тех пор подобный ход повторялся не раз, со все более "экстремальным" количеством спиц: 28, 24 и даже 16 спиц. И каждый раз новое колесо преподносилось как улучшение.

На самом деле такие колеса в большинстве случаев не дают никакого преимущества. Когда расстояние по ободу между спицами увеличивается, требуется более прочный обод для коменсации этого увеличения, который и более тяжелый. Таким образом, зачастую, такие колеса не дают преимущества в весе.

Кроме того, натяжение спиц в таком колесе должно быть значительно больше — на меньшее количество спиц распределяется тот же вес велосипедиста. Если спица в таком колесе лопается, то такое колесо сразу становится непригодным для езды.

Если требуется наилучшее качество, то лучше использовать колеса с меньшим количеством спиц на переднем колесе и с большим на заднем. Например, 28-36 лучше, чем 32-32.

Проблем с передним колесом бывает гораздо меньше потому, что:

у переднего колеса симметричный "зонт"
на переднее колесо меньше нагрузка
переднее колесо не воспринимает крутящую нагрузку — не передает крутящий момент (если только оно не с тормозной втулкой).

Если на Вашем велосипеде одинаковое количество спиц на переднем и заднем колесе, то это значит, что или переднее колесо тяжелее, чем нужно, или заднее — слабее, чем требуется.

Толщина спиц (spoke gauges — размеры, калибры)

Диаметр спицы часто выражают калибром проволоки (wire gauges). Существует несколько национальных систем обозначений толщины калибром, что является причиной частой путаницы. Основная проблема состоит в том, что во французской системе меньшие числа соответствуют более тонкой проволоке, а в американской и английской наоборот. Точка пересечения и является тем диаметром проволоки, из которой наиболее часто делают велосипедные спицы:

США/Англия 14g тоже, что и французская 13g.
США/Англия 13g тоже, что и французская 15g.

Более новая система I.S.O. измеряет толщину спиц только в миллиметрах:

США/Англия 13g — 2.3 mm.
США/Англия 14g — 2.0 mm.
США/Англия 15g — 1.8 mm.
США/Англия 16g — 1.6 mm.

Спицы бывают постоянного круглого сечения по всей длине и переменного сечения (swaged (butted)).

Спицы переменного сечения выпускаются в пяти вариантах:

Single-butted. Такие спицы имеют утолщенную часть у конца с головкой и более тонкую по всей остальной длине до резьбы. Они встречаются нечасто. Бывает, их используют, когда надо иметь более прочное колесо на ободе со стандартными отверстиями.
Double-butted. Такие спицы тоньше в середине, чем на концах. Наиболее часто встречаются следующие размеры 2.0/1.8/2.0 (14/15g) и 1.8/1.6/1.8 (15/16g).
Эти спицы не только позволяют сэкономить вес. Утолщенные концы делают их такими же прочными в местах концентрации напряжений, как и спицы постоянного сечения. Более тонкая же секция придает спице большую эластичность, что позволяет ей упруго растягиваться на большую величину, по сравнению с цилиндрической спицей.
Как результат в момент резкой сосредоточенной нагрузки (удара о выступ, например) наиболее нагруженные спицы могут достаточно удлиниться, чтобы перераспределить нагрузку на соседние с ними спицы. Это особенно желательно, когда ограничивающим фактором является та нагрузка, которую может выдержать обод, не разрушаясь вокруг спицевых отверстий.
Triple-butted. Такие спицы, как DT Alpine III, являются лучшими, когда долговечность и надежность являются основной целью: для тандемов и туризма с грузом. Они имеют достоинства как single, так и double butted спиц. DT Alpine III, например, имеет размеры 2.34(13g) у головки, 1.8 (15g) в середине, и 2.0 (14g) у резьбового конца.

Single- и triple-butted спицы позволяют решить одну из сложных проблем конструкции колеса. Так как резьба на спицах накатанная, а не нарезная, то внешний диаметр резьбы больше базового диаметра проволоки. Отверстия же во втулке должны быть достаточны для прохода и резьбовой части тоже. Это нежелательно, так как точное совпадение диаметра отверстия во фланце и диаметра спицы у головки особенно важно для увеличения усталостной прочности конструкции.

Так как single- и triple-butted спицы толще у одного конца, то через отверстие во втулке пройдет резьбовая часть, и у головки спица не будет иметь люфта во фланце.

В начале 90х было увлечение плоскими спицами фирмы Hoshi, у которых не было традиционной головки, а был изогнутый конец. Такая конструкция позволяла вставлять спицу во фланец "головой вперед", что давало возможность использовать эти спицы с традиционной втулкой. К сожалению, оказалось, что они имеют тенденцию ломаться, и я бы не рекомендовал их.

Ниппеля

Ниппеля чаще всего делают из никелированной бронзы. Этот материал очень хорош для ниппелей, потому что бронзовая резьба имеет малое трение, и бронза не коррозирует достаточно долго.

Для легких колес высокого класса имеются алюминиевые ниппеля. Такие ниппеля действительно позволяют немного сэкономить вес и являются достаточно надежными при правильном использовании. Они должны использоваться только с ободами, у которых пистоны изготовлены не из алюминия, потому что в месте контакта Al-Al между ниппелем и пистоном может произойти химическая сварка.

Обода

Раньше обода делались, в основном, из стали, но теперь такие обода устарели, и их можно увидеть только на самых дешевых велосипедах. Алюминиевые обода превосходят стальные потому, что они легче, прочнее, не ржавеют и обеспечивают лучшее торможение.

Современные обода изготавливаются методом экструкции (экструзии), то есть полурасплавленный металл выдавливается через отверстие, форма которого определяет поперечное сечение будущего обода. Этот профиль сворачивается в кольцо и скрепляется с помощью сварки или алюминиевой вставки.

Для упрочнения отверстий под спицы многие обода хорошего качества имеют пистоны.

[Добавление Джона Аллена (John Allen)]

Ободные тормоза изнашивают обод, очень быстро стирается боковая стенка обода во влажно-песчаных условиях. Со временем давлением в покрышке боковые стенки обода распираются, и происходит взрыв камеры. В таком случае возможно переспицевать колесо на новый обод, используя старые спицы — смотрите статью Джобст Бранд (Jobst Brandt) "Повторное использование спиц" на сайте Шелдона Брауна (на английском языке).

Последнее время имеется тенденция для лучшей аэродинамики использовать "высокие" обода (обода высокого профиля или "аэродинамические") . Умеренно высокие обода спицуются также, как и обычные. Особо высокие можно спицевать меньшим количеством спиц. На переднем колесе до 20 спиц, что тоже дает аэродинаическое преимущество.

У таких "аэродинамических" ободов есть и оборотная сторона. Будучи значительно более жесткими, они должны быть с самого начала очень ровными, что бы не было необходимости выравнивать колесо меньшим количеством спиц. При наезде на камень или другое препятствие такой обод не обеспечивает такую же "зону упругой деформации", как и обычный. В таком случае вероятность повреждения рамы или вилки больше. Такой обод, вероятно, сомнется, образуя заломы, и станет "неремонтируемым". Углепластиковый же обод в таких условиях может раздробиться. Такие "аэродинамические обода" обода и тяжелее обычных. Во всем остальном они одинаковы с обычными.

Прочность проверенных и оправдавших себя конструкций колес лежит в спицах, а не в ободах. (Прочность ободов, конечно, тоже очень важна — они должны выдерживать высокое натяжение спиц, требуемое для прочного колеса — перев.) Когда важна высокая аэродинамическая эффективность лучшим техническим решением было бы применение обода необходимой жесткости и прочности с легким обтекателем. На самом деле в триатлоне и гонках на аппаратах, приводимых мускульной силой человека (HPV), такие колеса используются уже много лет.

Косные правила UCI, с другой стороны, запрещают любой части экипировки гонщика служить только целям снижения аэродинамического сопротивления. В результате рождаются "Франкенштейны" в виде высоких аэродинамических ободов или аэродинамических шлемов, чьи длинные выступающие "хвосты" добавляют вес и грозят свернуть гонщику шею при неудачном падении. Профессионалы мирятся со всем этим, поскольку даже крошечное преимущество в скорости может принести победу, к тому же за все это платит команда.

Еще дальше от колес с высокими "аэродинамическими" ободами стоят колеса с неравномерно установленными спицами или со спицами, которые крепятся к ободу и/или втулке нестандартным образом или в нестандартном месте. Одни конструкции дают какой-то реальный эффект в гонках, другие же являются ни чем иным как плацебо. Такие колеса обычно очень дорогие, и их ремонт или сборка — настоящая головная боль, поскольку требуются специальные инструменты и запчасти. (Например, колеса MAVIC Crossmax )

Шайбы

[Добавление Джона Аллена (John Allen)]

Толщина фланцев у втулок различается, но "загиб" спицы должен плотно сидеть во фланце. Если это не так, переменное натяжение будет изгибать спицу у ее конца, что является частой причиной поломкми спицы.

Эту проблему можно решить, подложив под каждую головку спиц небольшие шайбы, прежде чем вставлять их во втулку. Для большинства спиц подойдут шайбы для 2мм болтов (метрическая система) или шайбы для болтов #2 (американская система). Бронзовые шайбы самые лучшие. Они недоступны широко у поставщиков велозапчастей, но их можно купить в интернете (например, тут) или в магазинах товаров для хобби. Некоторые комбинации спица-втулка могут потребовать двух шайб. Другие комбинации требуют шайбу только для спиц идущих с внутренней стороны фланца, или требуют по две шайбы на "внутренних" спицах" и по одной шайбе на "внешних".

Вычисление необходимой длины спиц

Когда Вы покупаете спицы для определенной комбинации обод-втулка-вид спицевого набора, Ваш дилер должен уметь подобрать для Вас спицы соответствующей длины. Большинство дилеров пользуются программой "Spokemaster", которая поставляется в комплексе с базой данных для оптовиков "Bike-alog-on disk".

Если вы хотите самостоятельно рассчитать длину спиц, вот страничка с формулой расчета и полезными ссылками:

Длина тут не очень критична. Большинство калькуляторов рассчитывают длину спиц с точностью до десятых долей милиметра, но спицы продаются с шагом в 1 мм, а некоторые бренды и с шагом в 2 мм. Обычно я округляю до ближайшего большего размера имеющегося в продаже.

Книга Sutherland’s Handbook for Bicycle Mechanics содержит таблицы для определения длины спиц. Кроме этого можно измерить длину спиц на готовом колесе с необходимым вам спицевым набором.

Все иллюстрации в этой статье изображают колесо с правой стороны, т. е. со стороны ведомых звездочек.

Подготовка

Резьбу на спицах и отверстия в ободе следует смазать легкой консистентной смазкой или жидким маслом, для того чтобы ниппеля могли достаточно легко вращаться, что позволит сильно натянуть спицы. В настоящее время смазка не столь важна, как раньше, когда обода, спицы и ниппеля изготавливались не из столь высококачественных материалов, как теперь. Но, тем не менее, пренебрегать ей не следует. Для заднего колеса с большим "зонтом" смазывать следует только спицы с правой стороны. С левой стороны спицы и так останутся достаточно свободными, и дополнительная смазка может привести к тому, что во время езды спицы ослабнут сами по себе.

Набивка колеса

"Набивать" колесо лучше всего сидя, держа обод на коленях. Люди, которые целыми днями заняты сборкой колес, начинают с того, что пропускают все спицы через фланец, и затем по одной вставляют в обод. Такой метод несколько быстрей при массовой сборке колес. Начинающим же легче допустить ошибку.

Легче закреплять спицы на ободе группами, по одной группе за раз. Традиционное колесо имеет четы группы спиц. Половина спиц идет от правого фланца втулки, половина от левого. На каждом фланце половина спиц "хвостовые" ("trailing"), и половина "лидирующие" ("leading").

Другие спицевые наборы

Здесь мы будем собирать колесо на 36 спиц в три креста. Но инструкцию легко применить и для дпугих спицевых наборов, замени соответствующие числа.

Например, если вы собираете колесо на 32 спицы:

подставте "32" где в инструкции сказано "36"
подставте "16" где в инструкции сказано "18"
подставте "8" где в инструкции сказано "9"
подставте "7" где в инструкции сказано "8"

"Ключевая" спица

Первую спицу, которая вставляется мы будем называть " ключевой ".

Эта спица обязательно должна находится на своем месте, иначе отверстие для ниппеля окажется не на своем месте, и отверстия в ободе не совпадут с углом наклона спиц. Ключевая спица будет располагаться со стороны ведомых звездочек и будет "хвостовой". С тянущих спиц начинать легче потому, что они проходят с внутренней стороны фланцев втулки. Если вы начнете со спиц, проходящих снаружи фланца, то они будут мешать потом устанавливать "хвостовые" спицы.

Так как "ключевая спица" является "хвостовой", то она должна проходить внутри фланца. Головка спицы в этом случае будет располагаться снаружи фланца. (Смотри раздел Со какой стороны фланца?").

Обычно обод располагают таким образом, чтобы его этикетка читалась с правой стороны колеса. Если на втулке есть маркировка, расположенная на ее корпусе между фланцами, то располагать втулку относительно обода следует так, чтобы эта маркировка просматривалась через отверстие для золотника в ободе. Эти вещи не влияют на качество колеса, но профессионалы всегда обращают на них внимания, так как они являются признаком мастерства, и эстетическим элементом.

Сверловка ободов под спицы бывает правосторонняя и левосторонняя. Это понятие относится к взаимному расположению отверстия для золотника и отверстий для спиц. Отверстия для спиц располагаются не по центру обода, а через одно смещены от центра вправо и влево. Отверстия с левой стороны обода предназначены для спиц идущих к левому фланцу, отверстия с правой — к правому. На одних ободах следующее отверстие для спицы после отверстия для золотника смещено влево, на других вправо. Какой из этих типов является правосторонним, а какой левосторонним? Я не встречал никого, кто попытался бы даже сделать предположение!

Ключевая спица будет следующей или через одну после отверстия для золотника.

Если смотреть с правой стороны колеса (со стороны звездочек), то ключевая спица будет располагаться по направлению против часовой стрелки, и пойдет или в отверстие сразу после золотника, или в следующее (по часовой стрелке), в зависимости от сверловки обода. Целью здесь является расположить спицы так, что ближайшие к золотнику спицы от него расходятся. Это обеспечивает более удобный доступ к золотнику для накачивания камеры.

Закрутите ниппель на несколько оборотов, чтобы она только лишь не выпадала. Затем пропустите следующую спицу через фланец через одно отверстия от ключевой, то есть между ними должно остаться одно пустое отверстие. Эта спица должна идти в отверстие обода, расположенное через три от ключевой спицы, то есть между ними должны остаться три пустых отверстия, не считая отверстия для золотника. Слегка накрутите на нее ниппель.

Продолжайте вставлять спицы таким образом, до тех пор пока все 9 спиц первой группы не окажутся на своем месте. Дважды проверьте, что на втулке и на ободе между спицами правильные расстояния (по одному пустому отверстию между спицами на фланце и по три пустых отверстия на ободе). Спицы должны располагаться на правом фланце и идти на правые отверстия обода. Это должно выглядеть так:

Вторая группа

Теперь переверните колесо и посмотрите на втулку. Отверстия на левом фланце не совпадают с отверстиями на правом, а смещены на половину шага. Если Вам трудно определить это на глаз, то пропустите спицу параллельно оси втулки через левый фланец. Вы увидите, что спица упрется в левый фланец, как раз посередине между отверстиями в правом фланце. Поверните колесо так, что бы золотник располагался наверху. Так как теперь вы смотрите на колесо с левой стороны, то ключевая спица будет располагаться слева от золотника.

Если ключевая спица у Вас следующая после золотника, то первая спица в левом фланце должна располагаться левее ключевой спицы и должна идти в отверстие обода левее ключевой спицы.

Вид с правой стороны колеса:

Если же ключевая спица отстоит от золотника на одно отверстие, то первая спица в левом фланце должна располагаться правее ключевой спицы и должна идти в отверстие обода между золотником и ключевой спицей.

Если Вы сделали все правильно, то спица , которую Вы только, что установили не пересечется с ключевой спицей. Если она расположена левее ключевой на втулке, они будет левее и на ободе. Так же, как и в первой группе, эта спица будет "хвостовой" и будет проходить по внутренней стороне фланца, и ее головка будет располагаться с внешней стороны фланца.

Далее установите оставшиеся 8 спиц группы, следуя тем же правилам.

В конце этого этапа колесо будет иметь все 18 "хвостовых" спиц на своих местах. На ободе это будет выглядеть так: две спицы, затем два отверстия и так далее. Как показано на рисунке:

"Лидирующие" спицы

Снова разверните колесо так, чтобы оно было обращено к Вам стороной с ведомыми звездочками. Вставьте спицу в любое отверстие фланца, но в этот раз с его внутренней стороны. Поверните втулку по часовой стрелке (clockwise) пока она будет свободно двигаться. Поскольку мы собираем колесо в три креста, эта спица пресечет три " хвостовые " спицы, которые идут к тому же фланцу.

Первые два пересечения эта спица должна пройти снаружи " хвостовых " спиц. Последнее пресечение должно быть с перехлестом, то есть эта спица пройдет изнутри " хвостовой " спицы. Вам придется изогнуть эту " лидирующую " спицу, чтобы она прошла с сзади " хвостовой " спицы.

Будет иметься два отверстия в ободе, куда можно будет установить эту спицу , после пересечения ей трех " хвостовых " спиц. Установить ее надо в отверстие с той же стороны обода, что и сторона фланца, откуда спица выходит. Это отверстие не должно быть соседним с тем, откуда выходит " хвостовая " спица той же стороны фланца.

Установите оставшиеся 17 " лидирующих " спиц, следуя тем же правилам.

Если Вам не удается дотянутся спицей до соответствующего ей ниппеля, проверьте правильность расположения " хвостовых " спиц. Когда Вы закончите, то еще раз проверьте, что на ободе спицы идут то к правой, то к левой стороне фланца строго через одну.

Другое количество "крестов". Инструкция дана для нормального набора в 3 "креста". Если собираете колесо с другим количеством "крестов", замените соответствующие числа в ней. При любом количестве крестов только на самом внешнем пересечениие спиц (на самом внешнем, ближнем к ободу "кресте") спици переплетаются, заходя одна за другую.

Начальная регулировка

После установки всех спиц на свои места, необходимо закрутить все ниппеля одинаково. Хорошим началом можно считать ту величину закрутки ниппелей, когда резьба на спице только скрылась в отверстии ниппеля. Если спицы немного коротковаты, то можно оставить снаружи несколько витков резьбы. Важным на этом этапе является, как можно большая равномерность натяжения всех 36 спиц. При этом они должны остаться достаточно свободными. Некоторые из спиц могут иметь слегка большее или меньшее натяжение, но они должны быть натянуты достаточно равномерно, чтобы сформировать основу. Если вы обнаружите, что какие-то спицы сильно перетянуты, то дважды проверьте правильность набора. У некоторых ободов место сочленения профиля толще остальной части обода. В этом случае вам придется ослабить ниппеля на несколько оборотов у двух спиц ближайших к месту сочленения. Обычно оно расположено напротив отверстия для золотника.

На этом этапе спицы не будут прямыми. Они будут заметно изогнуты вблизи места выхода из фланца. "Лидирующие" спицы в особенности будут выпирать наружу у фланца и затем плавно идти к ободу. До того, как Вы начнете натягивать спицы, Вам нужно подогнуть их рукой так, чтобы они лучше прижимались к фланцу. Этого можно добиться, нажимая по очереди на каждую спицу большим пальцем в двух-трех сантиметрах от фланца. Если этого не сделать, то и после сборки колеса эти изгибы спиц останутся. Затем во время езды они будут постепенно выпрямляться, спицы ослабнут, и колесо потеряет настройку.

Натяжение и настройка

Теперь Вы готовы поместить колесо в станок. Если Вам повезло, то колесо к этому моменту будет уже достаточно ровным, но не удивляйтесь, если это не так. Если спицы еще очень слабо натянуты так, что можно свободно двигать обод вбок туда-сюда, подтяните все ниппеля ровно на один оборот. Начните от золотника и сделайте полный оборот, чтобы не сбиться со счета. Убедитесь, что Вы крутите ниппеля в нужную сторону!

Работая отверткой легко сообразить, что закручивать ниппеля надо по часовой стрелке. Когда же Вы берете в руки спицевой ключ, все становится сложнее. Ведь вы теперь смотрите с оборотной стороны часов.

Продолжайте делать по одному полному обороту ниппеля, до тех пор пока колесо не начнет становиться жестче.

Когда колесо немного натянется, надо начинать придавать ему форму. Есть четыре момента, которые Вы должны держать под контролем, чтобы завершить дело: боковое биение ("восьмерка"), вертикальное биение ("яйцо"), горизонтальная центровка ("зонт") и величина натяжения спиц. По мере продвижения вперед контролируйте все четыре параметра и продолжайте работу над худшим из них в данный момент.

Постарайтесь сделать Ваши настройки независимыми друг от друга. Для бокового биения определите место, где обод отходит дальше всего в сторону от своего среднего положения. Если обод смещен влево, подтяните спицы, идущие к правому фланцу и ослабьте спицы, идущие к левому. Если делать это аккуратно, то можно сместить обод вбок, не влияя на радиальные биения. Например, если обод смещен влево, и центр изгиба приходится на промежуток между двумя спицами, затяните спицу идущую к правому фланцу на 1/4 оборота, и ослабьте спицу идущую к левому фланцу на 1/4 оборота. Если же центр изгиба приходится на "правую" спицу, натяните ее на 1/4 оборота, и ослабьте две соседние с ней спицы на 1/8 оборота. Если центр изгиба приходится на "левую" спицу, отпустите ее на 1/4 оборота, и натяните две соседние с ней спицы на 1/8 оборота. После подстройки худшего отклонения влево, найдите худшее отклонение вправо и подстройте его. Продолжайте чередовать стороны. Не пытайтесь выправить изгиб полностью, сделайте его чуть лучше, и переходите к следующему. Колесо будет постепенно становится ровнее и ровнее, по мере Вашего продвижения.

Для устранения вертикальных биений найдите высшую точку обода. Если она приходится на промежуток между спицами, натяните каждую из них на 1/2 оборота. Если она приходится на спицу, натяните ее на один (1) полный оборот и две соседние с ней спицы идущие к противоположному фланцу на 1/2 оборота. Для подстройки вертикального биения требуются большие величины натяжения, чем для радиального. Обычно настройка в вертикальной плоскости производится только натяжением спиц, постепенно наращивая натяжение по мере того, как идет настройка.

Как только боковое биение станет достаточно маленьким (несколько миллиметров), надо начать проверять "зонт". Установите и настройте приспособление для измерения зонта на ось колеса с одной стороны колеса, так чтобы его ноги касались обода, а его указатель центра совпадал с осью колеса и ее касался. Затем переместите приспособление на другую сторону колеса, не перенастраивая его. Если его ноги не достают до обода тогда, как указатель центра соприкасается с осью, то спицы с этой стороны колеса необходимо подтянуть. Если его ноги касаются обода, а указатель центра не достает до оси колеса, то спицы с другой стороны обода надо подтянуть. Если горизонтальное смещение больше чем необходимо на 2-3 миллиметра, то необходимо подтянуть все 18 спиц с соответствующей стороны, начав от золотника, возможно на 1/2 оборота.

Когда горизонтальное смещение станет в пределах 1 или 2 миллиметра от необходимого положения, вернитесь к боковым биениям. Но теперь не меняйте стороны. Если обод необходимо сместить вправо, найдите наибольшее левое отклонение и поработайте над ним. Затем найдите следующее наибольшее левое отклонение, и так далее.

Все то время пока Вы работаете над "восьмеркой" и "зонтом", не забывайте проверять "яйцо". Как только "яйцо" станет больше "восьмерки", принимайтесь за него.

Вам также необходимо следить за натяжением спиц. Есть три способа измерять натяжение. По усилию на спицевом ключе. Если он проворачивается так туго, что Вы начинаете бояться за грани на ниппеле, то это значит, что натяжение спицы близко к максимальному. Пятнадцать лет назад это было ограничивающим фактором. Вы могли натягивать колесо только до этого предела. Современные более прочные спицы и обода можно натянуть так сильно, что начнет разрушаться обод.

Второй способ заключается в оценке высоты звука, который издают спицы когда по ним постукивают в месте пресечения. Если у Вас в мастерской не окажется пианино для образца можно использовать готовое колесо с такими же спицами. Я пробовал использовать магнитофонную кассету с записью ноты F# до того, как обзавелся прибором-измерителем натяжения. За деталями обращайтесь к статье "Проверка натяжения спиц на слух" (John Allen Check Spoke Tension by Ear.)

Третий и лучший способ — использование измерителя натяжения спиц. Каждая приличная мастерская должна иметь хотя бы один такой прибор. Величина натяжения спиц со стороны ведомых звездочек может варьироваться в зависимости от типа обода и спиц. Более важным является то, что бы их натяжение было равномерным. Не волнуйтесь о левой стороне колеса. Если правая сторона натянута правильно, и обод имеет правильный "зонт", то левая сторона будет натянута заметно слабее. Левую сторону надо проверять на равномерность натяжения, а не на ее величину.

Деформации кручения спиц

По мере того, как спицы в колесе натягиваются, начинают проявляться деформации кручения. Из-за трения в резьбовом соединении при повороте спицевого ключа спица сначала немного закручивается. Когда ниппель повернут достаточно далеко, сила сопротивления кручению превосходит трение в резьбе, и ниппель начинает поворачиваться, но спица остается скрученной. Хороший механик, в отличие от сборочного автомата, может почувствовать величину этой деформации. Если вы идеально настроите колесо, но спицы останутся деформированными, то колесо потеряет свою форму во время езды. Это произойдет потому, что со временем спицы займут свое нормальное положение.

Этого явления можно избежать, умело работая спицевым ключом. Вам необходимо поворачивать ниппель чуть больше чем надо и затем немного возвращать его назад. Другими словами, если Вам надо подтянуть ниппель на 1/4 оборота, Вы поворачиваете его немного больше, чем на 1/4, и затем возвращаете его немного назад. Таким образом, ниппель оказывается повернутым на 1/4 оборота, и сняты деформации кручения со спицы.

Этот прием легче идет на спицах постоянного сечения, так как у них выше крутильная жесткость, чем у спиц переменного сечения.

Я люблю аэродинамические спицы за то, что на них визуально видны деформации кручения, а не за их аэродинамику.

Снятие напряжений

Прежде чем отправляться в путь на вновь собранном колесе необходимо снять с него напряжения. Изгибы спиц должны "притереться" друг к другу и к фланцу, ниппеля должны прочно занять свои постоянные места в ободе. Одни снимают напряжения, надавливая на обод колеса, другие захватывают рукой спицы группами по четыре и сжимают их. Я предпочитаю пользоваться рычагом. Я подгибаю им спицы в местах их пересечения. Для этого я использую отслуживший свой век левый шатун. Смотри рисунок:

Дополнительным преимуществом этого метода является то, что спицы начинают лучше прилегать друг к другу в местах их пересечения и идти прямо от места пересечения в обоих направлениях. По мере обхода колеса Вы, вероятно, услышите легкие щелчки и поскрипывания. Это части занимают свое более стабильное положение.

После завершения процесса снятия напряжений, Вам придется снова немного подрихтовать колесо, и опять снять напряжения. Этот процесс следует закончить, когда перестанут быть слышны щелчки и потрескивания, и после снятия напряжений колесо не перестанет "уходить".

Jobst Brandt автор великолепной книги "Велосипедное колесо" ( ссылка на саму книгу) (The Bicycle Wheel) указывает на менее очевидные преимущества снятия напряжений:

". после холодной формовки сталь всегда немного деформируется, как бы стараясь вернуться к своему прежнему состоянию (спицы целиком делаются методом холодной формовки из проволоки). Это происходит потому, что в процессе формовки в какой-то части материала был превышен предел упругости, а какой то нет. В этих местах внутренние напряжения могут сложиться с напряжением от натяжки спиц, и его результат превзойти предел прочности."

". когда спицы изгибаются при установке на место в них возникают местные напряжения, натяжение спиц добавляет еще напряжения. А поскольку металл вблизи предела упругости имеет меньшую усталостную прочность, то снятие напряжений делает спицы более долговечными."

". эти пиковые напряжения могут быть сняты путем кратковременной сильной нагрузки, так что участки локальных напряжений пластически деформируются. Когда дополнительная нагрузка снимается, эти участки не могут снова вернуться в свое исходное состояние. Происходит своеобразная потеря памяти, и напряжение выравнивается до среднего значения по всей длине спицы."

Если Вы проделаете все вышеописанное, то Ваше колесо будет оставаться ровным во время езды, и будет вести себя лучше, чем большинство колес, собранных автоматами. В дополнение к этому Вы многое узнаете о сборке колес и почувствуете себя настоящим профессиональным механиком.

Определения:

В этой статье использованы 3 не общеупотребительных термина, поскольку нет устоявшейся терминологии в этой области.

"Ключевая"(key) спица. Это первая спица, которая устанавливается при сборке колеса. Ее положение определяет положение всех остальных спиц.
"Хвостовая"(trailing) спица. В заднем колесе "хвостовые" спицы — это те спицы, натяжение, которых увеличивается при нажатии на педали. Они называются "хвостовыми" потому, что они направлены в сторону противоположную вращению втулки. На иллюстрациях к этой статье "хвостовые" спицы показаны желтым и красным цветом.
"Лидирующая"(leading) спица. Это те спицы, которые направлены в сторону вращения. На иллюстрациях они показаны оттенками голубого цвета.

"Хвостовые" спицы натягиваются сильнее под действием крутящего момента при передаче вращения на обод.

"Лидирующие" спицы под действием крутящего момента натягиваются меньше. Каждая группа спиц вносит свой равный вклад своим образом в передаче вращения от втулки к ободу.

Некоторые авторы называют "хвостовые" спицы "приводными" или "тянущими" ("driving" or "pulling") спицами, а "лидирующие" спицы "напряженными" или "статическими" ("tension" or "static") спицами. Такая терминология может запутывать потому, что все спицы вносят свой вклад в передачу вращения, и все они находятся под напряжением растяжения и тянут обод. В зависимости от того, как Вы на это смотрите, либо все они, либо ни одна из них является "статической". (Спасибо John Forester за предложенные им термины: "leading" и "trailing".)

С какой стороны фланца?

Задние колеса с переключением передач следует набивать так, чтобы "хвостовые" спицы проходили по внутренней стороне фланца. Для этого существует три причины:

В месте ближнего к ободу пересечения спицы изогнуты относительно друг друга. Под действием момента вращения, особенно на пониженных передачах, "хвостовые" спицы немного выпрямляются, а лидирующие спицы изгибаются еще больше. Когда колесо собрано так, что "хвостовые" спицы проходят по наружной стороне фланца, место пересечения спиц приближается к переключателю сильнее, и в некоторых случаях спицы могут задевать за переключатель только под нагрузкой.
В случае, если из-за плохой регулировки переключателя цепь соскочит с большой звездочки, то, вероятно, цепь будет защемлена сильнее между кассетой и спицами, если спицы наклонены так, что стремятся заклинить цепь под нагрузкой.*
Если цепь соскочит с большой звездочки, то она может повредить и ослабить спицы, с которыми цепь войдет в контакт. Так как "хвостовые" спицы натянуты под нагрузкой сильнее, чем "лидирующие", лучше защитить их, разместив их с внутренней стороны фланца.

Как спицевать колесо с левой стороны не имеет значения, но если Вы размещаете "хвостовые" спицы с внутренней стороны фланца, то набивать колесо становиться чуть-чуть легче.

* Колесо с тормозной втулкой набивать лучше противоположенным образом потому, что более вероятно, что цепь соскочит со звездочки при обратном вращении педалей во время торможения.

Обратие внимание, что это не так важно! Достаточно много хороших сборщиков делают как раз наоборот, и хорошие колеса можно собрать обоими способами.

Спицевые наборы

Полутангенциальный набор

Традиционный полутангенциальный набор принято называть набором в "3 креста", "4 креста", и так далее. Например, "3 креста" означает, что каждая спица пересекается с тремя другими спицами, идущими с того же фланца втулки. Большинство колес собирается "в 3 креста". При большем количестве "крестов" положение спиц больше приближается к касательной к фланцу. Такое их положение делает колесо более жестким по отношению к моменту вращения, создаваемому усиленным педалированием на пониженных передачах или возникающему при торможении в тормозных втулках или дисковых тормозах. При меньшем количестве крестов положение спиц больше приближается к перпендикуляру к фланцу втулки.

В случае радиального набора "radial" (0 крестов) спицы от фланца идут сразу к ободу, не пересекаясь между собой. Для набора с меньшим количеством крестов требуются более короткие спицы. Они немного легче и немного жестче в боковом направлении. Чем больше в колесе спиц, тем больше требуется крестов для достижения того же самого угла наклона спиц (к касательной или перпендикуляру). Колесо из 48 спиц обычно собирается в 5 крестов, из 40 спиц — в 4 креста, из 36 спиц — в 4 или 3 креста, из 32 спиц — в 3 креста, из 28 или 24 спиц — в 2 креста.

В случае необычно больших втулок, и особенно в комбинации с ободами небольшого диаметра, меньшее количество "крестов" используют, чтобы избежать изгиба спицы у ниппеля. Например, втулка Rohloff Speedhub имет 32 отверствия, но обычно спицуется в 2 "креста".

Радиальный набор

У колеса с радиальным набором (0 крестов) спицы перпендикулярны касательной к фланцу втулки. Такой набор пригоден только для передних колес, у которых тормоз расположен не на втулке (не дисковые или роллерные тормоза). Такие колеса часто могут явиться хорошим выбором для достижения максимальной производительности потому, что они немного легче и, в теории, имеют немного меньшее аэродинамическое сопротивление.

Существуют две вещи, за которыми надо следить у радиальных колес. В таком колесе ниппеля у спиц легче могут самопроизвольно раскручиваться из-за того, что спица выходит из обода ровно, а не слегка изогнутой, как при тангенциальном наборе.

Для предотвращения этого эффекта ниппеля на радиальных колесах не следует смазывать. Хорошая идея — использовать специальные липкие составы, такие как Wheelsmith Spoke Prep или Loctite 290.

Другой потенциальной проблемой у радиальных колес является то, что спица может разорвать фланец. С наибольшей вероятностью это может случиться на 36-спицевых фланцах небольшого диаметра, поскольку у них меньше металла между отверстиями. Когда бывшая в употреблении втулка переспицовывается на радиальный набор, следы (замятия), оставленные старыми спицами, могут играть роль концентраторов напряжений, дополнительно ослабляя фланец.

По моему опыту радиальный набор в целом можно делать на высококачественных втулках с коваными (штампованными) корпусами, но не литыми.

Велосипедный фольклор утверждает, что радиальное колесо более жесткое потому, что более короткие спицы растягиваются меньше, чем более длинные в полутангенциальном наборе. Это полная ерунда.

Поскольку угол меду спицей и касательной к фланцу в таком наборе близок к прямому, крутящий момент приложенный к втулке вызывает сильное увеличения нагрузки на спицы, что почти наверняка приведет к поломке спицы или фланца.

[Добавление Джона Аллена (John Allen)]

Я видел такое колесо, не скажу, кто его собрал, чтобы не позорить механика. Нет, конечно, это был не Шелдон. Мы с другом осмотрели велосипед. Он держал передний тормоз и давил ногой на педаль. Спицы на заднем колесе заметно изменили свое положение, сначала поскрипывая, а потом и звеня как плохо настроенные струны электрогитары, когда музыкает проводит пальцами по грифу, по мере вращения спиц в отверстиях фланца.

В 80-х годах, не зная о таких вещах, я собрал переднее колесо с радиальным набором для своего тандема, у которого была фрезерованная "бутиковая" втулка со среднего размера фланцем на 40 спиц. Через несколько месяцев эксплуатации необъяснимым образом колесо немного разрегулировалось, и я выправил его. И однажды, так случилось, что когда я сидел на полу около своего тандема я обнаружил трещину во фланце передней втулки, проходящую через несколько отверстий для спиц. Надо сказать, что в начале моей карьеры сборщика колес я был глупым, но везучим. Мне следовало внимательнее отнестись к самопроизвольной разрегулировке колеса, как к важному предупреждению. Я пересобрал колесо на втулке с большим фланцем на тех же самых спицах полутангенциальным набором, и ездил на этом колесе более 30 лет без всяких проблем. Если Вы вдруг когда-нибудь заметите на "радиальнособранном" переднем колесе неожиданно появившуюся небольшую восьмерку, немедленно слезайте с велосипеда и отправляйтесь или домой или в веломастерскую.

Если вы хотите рискнуть и попробовать радиальное переднее колесо, я бы советовал избегать использования толстых спиц и очень большого натяжения спиц. Поскольку передние колеса значительно менее проблемные по сравнению с задними, для них не требуется очень сильно натягивать спицы при условии, что спиц в таком колесе разумное количество.

Я бы также не рекомендовал и слишком слабое натяжение, меньше оптимального. Используя самые тонкие спицы, с толщиной основной части 1,5 мм или даже тоньше, вы сможете натянуть их до оптимальной величины, не доводя напряжение до опасного во фланце подходящей втулки.

Полурадиальный набор

Все больше и больше задних колес собираются теперь по "полурадиальной" схеме, когда правая сторона набирается тангенциальным набором, а левая — радиальным. Переднее колесо с радиальным набором дает скорее эстетическое преимущество, тогда как "полурадиальное" заднее колесо существенно более выносливо по сравнению с традиционным. Все большее и большее количество задних звездочек приводит к увеличенному смещению ("dihsing") межфланцевого центра от середины задней оси, что приводит к большему количеству разрывов спиц с левой стороны. Это обусловлено усталостью материала.

Колесо со спицевым набором основывается на равном натяжении всех спиц. У заднего колеса с большим количеством звездочек натяжение спиц с левой стороны значительно меньше, чем с правой. Крутящий момент во время мощного педалирования может привести к тому, что натяжение "лидирующих" спиц с левой стороны кратковременно будет уменьшаться до нуля. Повторяющиеся циклы натяжения и ослабления приводят к накоплению усталости в местах изгиба спиц (у головки), и, в конце концов, к разрыву спицы.

У колеса с "полурадиальным" набором разность в наклоне спиц с правой и левой стороны меньше, особенно если левые радиальные спицы проходят с внутренней стороны фланца. В дополнение, если у кого-либо постоянно рвутся левые задние спицы, пересборка колеса по "полурадиальной" схеме решит проблему раз и навсегда.

Я думал, что такой набор является последним "писком" велотехнологии, до тех пор пока я случайно на параде ретро авто не обратил внимание на колеса автомобиля Ford A. Обод этого спицевого колеса сильно смещен внутрь относительно ступицы, и набрано оно таким же "полурадиальным" набором по той же причине.

Неравильный полурадиальный набор

Иногда колеса спицуют так, что радиальный набор делают справа. Обычно это объясняют необходимостью обеспечить должный зазор между задним переключателем и спицами, особенно на колесах с необычно толстыми спицами или с необычными конструкциями фланцев. Втулка при этом должна иметь толстый монолитный корпус для обеспечения крутильной прочности и жесткости, так как крутящий момент должен будет предаваться на левый набор спиц через корпус втулки.

Экзотические наборы

Рассмотренные наборы не являются единственно возможными, а лишь наиболее практичными. Если Вас заинтересовали другие варианты спицевых наборов, загляните на http://www.terminalvelocity.demon.co.uk/WheelBuild/

Еще более причудливые мои собственные POWerwheels колеса с нестандартным спицевым набором, и ниппелями и спицами SYMMETRISPOKE с левой резьбой.

Дальнейшее чтение

Для более подробного ознакомления с теоретическими аспектами спицевого колеса, классическая справочная работа "Велосипедное колесо" (ссылка на саму книгу). ( The Bicycle Wheel, by Jobst Brandt (1981 Avocet, Palo Alto, California ISBN 0-9607236-6-8.)).

Хотите собрать колесо на втулке и ободе с несовпадающем количестве отверстий — Benjamin Lewis’s «Perverse Wheel Building» article on this site.

полезная информация о необходимой длине спиц может быть найдена в the 6th edition of Sutherland’s Handbook for Bicycle Mechanics by Howard Sutherland et al, Sutherland Publications, Box 9061, Berkeley, California 94709. ISBN 0-914578-06-5

Определение натяжения спиц по высоте звука обсуждается в книге "Glenn’s New Complete Bicycle Manual" под редакцией John Allen (1987 Crown Publishers, Inc. New York ISBN 0-517-54313-3) p.380. Эта статья есть в WEB по адресу http://www.bikexprt.com/users/jsallen/bicycle/tension.htm

Это не единственные странички в WEB, посвященные велосипедным колесам. Я бы обратил Ваше внимание на:

Устаревшие ссылки

Еще один интересный материал Web page on spoke metallurgy, с микрофотографиями внутренней структуры спиц.

Импровизированные инструменты

[Добавление Джона Аллена (John Allen)]

Такой подход не так удобен, как использование профессионального инструмента, но результат может быть так же хорош. Следующие приемы помогот обойтись без специализированного инструмента.

Колодка ободного тормоза может служить хорошим подспорьем при исправлении "восьмерки", когда она расположена близко к ободу. Можно использовать трение колодки об обод, а можно следить за зазором между колодкой и ободом. Расстояние от колодки до ее отражения в боковой поверхности обода вдвое больше, чем расстояние до самого обода, что удваивает точность измерений. Смотрите на конец колодки для болшего удобства.
Настраивая колесо на велосипеде, используйте линейку привязанную резиновым кольцом к перьям вилки для выправления "яйца" и центровки колеса, как показано на фотографии. Перекрутите кольцо за перьями, чтобы оно не задевало за обод. Задевание обода за линейку — ваша точка отсчета. По мере выправления колеса, наклоняйте слегка линейку в одну и другую стороны до одного и другого фланца обода, чтобы измерить среднее расстояние. На передней вилке можно использовать спицу вместо линейки, установив ее поперек впереди перьев вилки. Резиновое кольцо тогда не будет задевать обод позади вилки.
Перевернув колесо другой стороной (так, чтобы кассета оказалась слева, и т.д.), можно проверить центровку колеса. Когда положение обода относительно тормозных колодок и частей рамы перестанет меняться — колесо отцентровано. "Зонт" также можно проверить, положив колесо на две стопки книг, брусочков и т.д., расположеных напротив на ровном столе. Растояние от поверхности стола до конца оси втулки не должно меняться при перевороте колеса.

Об иллюстрациях

Я создал эти иллюстрации в начале 80-х годов на одной из модификаций компьютера DEC (Digital Equipment Corporation — ныне не существует) серия PDP-11, с помощью пакета Management Graphics, (архивная копия) который выводил слайды в формате Kodachrome. Годы спустя слайды были сосканированы на Photo CD, затем обработаны на Macintosh, с использованием Adobe Photoshop.

Благодарности

Спасибо John Allen, Daniel Boals, Jobst Brandt , и John Forester за их любезную помощь.

Copyright 1995 — 2008, Sheldon C. Brown
Copyright 2010, Джон Аллен (John Allen)
Copyright 1999-2010, Translation into Russian — Leonid Liverovski
For other articles by Sheldon Brown, go back to the Sheldon Brown
Любая часть этой публикации может быть воспроизведена только после предварительного согласования с автором статьи и переводчиком.

Мы будем Вам признательны за любые предложения, замечания и мысли по оформлению и содержанию страницы. Пишите по E-Mail. WEB-дизайн: М.Куркин, Л.Ливеровский, WEB-программирование: Д.Глотов, В.Денега, П. Рузин, Е.Шехова, Логотип: А. Антонов. Любая часть этой публикации может быть воспроизведена только по согласованию с автором (и переводчиком). Подписанные материалы выражают личное мнение автора. Ссылка на сайт велоклуба «КАРАВАН» обязательна.

Спицы и ниппели

Зачем в велосипедном колесе такое множество тонких стальных спиц, и как они туда попали, — это первый вопрос, возникающий в непредвзятом сознании при взгляде на двухколесный аппарат. Прежде всего вспомним юного денди, который выехал обкатывать свой «свежесрубленный» байк, поставленный на пару тщательно сделанных, изящных деревянных колес, снятых, судя по всему, с кареты.

Колеса имели деревянный обод, ступицу и некоторое количество толстых деревянных спиц. Эта конструкция известна уже несколько тысяч лет. В таком колесе весь вес принимают на себя спицы, поочередно работающие на сжатие. В этом смысле карета, телега и старинный велосипед похожи на сороконожку с большим количеством длинных ног. Вместе взятые, они много весят, но работа их неэффективна. Как следует из теории упругости, длинный линейный элемент, работающий на сжатие, должен иметь большие поперечные размеры (соответственно, больший вес), чем элемент, работающий на растяжение. Впервые этот факт был осознан изобретателем Джорджем Кэйли, который в 1820 году понял, что можно сильно сэкономить на весе, если сконструировать колесо, в котором спицы работают не на сжатие, а на растяжение. Само собой, дерево оказалось не лучшим материалом для новой конструкции. Но эта идея привела в дальнейшем к разработке современного велосипедного колеса, в котором проволочные спицы постоянно растянуты, в то время как сжимающая нагрузка воспринимается ободом, который можно сделать весьма тонким, легким, жестким и достаточно устойчивым.

В 1867 году Медисон Каупер собрал первые подобные колеса. Именно колесо с проволочными спицами и надувными шинами сделало велосипед удобным, практичным и достаточно быстрым. Кстати, Кэйли интересовал не велосипед, а самолет, и он много сделал для зарождающейся авиации. Его задачей было сделать шасси аэроплана максимально легким.

Но мир меняется быстро. Фирма Mavic недавно предложила колеса (готовые «вилсеты»), где часть толстых карбоновых спиц работает и не только на растяжение, но и на сжатие.

Спицы в колесе образуют так называемый спицевой набор, который решает несколько задач: центрирует обод, задает его положение относительно фланцев втулки, перераспределяет нагрузку равномерно по ободу, удерживает форму колеса и помогает обеспечивать его прочность и жесткость. Жесткость бывает разная. Радиальная жесткость определяет способность колеса воспринимать вес велосипедиста, удары при преодолении препятствий и неровностей на дороге. «Крутильная» (тангенциальная) жесткость — это возможность передачи крутящего момента при педалировании и торможении. Поперечная жесткость противодействует боковому изгибу обода и его боковому перекосу, если усилия направлены перпендикулярно плоскости колеса, например, во время поворота или бокового сноса. Если поперечная жесткость недостаточна, то на вираже покрышка начинает цепляться за перья.

Вариантов спицевого набора может быть несколько. Они отличаются друг от друга количеством пересечений спиц, идущих к одному фланцу, как говорят, «крестов» (см. рис). Количество спиц в колесе кратно четырем, кроме случая радиального набора, когда оно кратно двум.

Рис . Виды крестовых наборов

Изредка встречаются и экзотические наборы, например, Hibrid Grows foot — смешанный спицевой набор типа «Воронья лапа» («Вороний след»), в котором количество спиц кратно трем. В последнее время все чаще появляются спицевые наборы, которые не только кратны двум, что понятно, но и спицы в них сгруппированы по парам (2,4. ), и каждая группа отделена хорошо видным промежутком. Мода, что тут поделаешь. Каждая спица в наборе подходит к своему отверстию во фланце втулки под определенным углом наклона к радиусу колеса. Чем больше в колесе спиц, тем больше требуется крестов для того, чтобы этот угол был близок к оптимальному, равному 90°, — тогда на спицу действует минимальное усилие (см. рис.). Количество крестов зависит от диаметра фланца втулки и количества спиц. Увеличение фланца позволяет сократить количество крестов. Колесо из 48 спиц имеет обычно 5 крестов, из 40 — 4 креста, из 36 -4 или чаще 3, из 32 — 3,28 или 24 спиц — 2 креста. Но нередко встречаются и отклонения от данного правила.

Рис. Спица на втулке

Чем меньше в наборе крестов, тем короче спицы, меньше их масса, и тем больше поперечная жесткость колеса. Чем больше количество крестов, тем ближе угол наклона спиц к 90°, то есть к касательной к фланцу. В этом случае возрастает «крутильная» жесткость колеса, оно эффективнее при разгоне, велосипед становится более приемистым, а при торможении несколько снижаются энергетические потери на вибрации в колесе. Набор в 1, 2, 3, 4 и т.д. креста называют полутанген-циальным.

Наборы колеса

Радиальный набор, 0 крестов — спицы идут по радиусу колеса «солнышком» и имеют минимальную длину. Колесо получается чуть более легким, с несколько меньшим аэродинамическим сопротивлением, с большей поперечной, но низкой «крутильной» жесткостью. Нагрузка по ободу распределяется менее равномерно, чем при крестовом наборе, спицы работают больше на изгиб, чем на растяжение. Поэтому радиальный набор применяется только для передних колес. Кстати, на такие колеса возможна установка только ободных тормозов. Для дисковых и роллерных, расположенных на втулке, радиальный набор не подходит. Нагрузка на спицы радиального набора при экстренном торможении значительно возрастает (по некоторым оценкам, в 4-6 раз, особенно если делать стойку на переднем колесе), и их может вырвать из обода. Кроме того, у радиального набора есть две особенности. Во-первых, возможность самопроизвольного выкручивания ниппелей спиц, во-вторых, повышенная вероятность разрушения фланца втулки в месте крепления спицы.

Рис . Из рисунка понятно, что колесу с радиальной спицовкой (солнышком) дисковые и роллерные тормоза противопоказаны.

Полурадиальный набор применяется для заднего колеса. С одной стороны фланца имеется радиальный набор, а с другой — полутангенциальный. Идея такого набора состоит в выравнивании натяжения и высоты «зонтов» спиц с обеих сторон. Благодаря этому колесо получается максимально жестким и долговечным. Иногда такой спицевой набор используется вместе с несимметричным ободом со смещенными на 2-3 мм влево рядами отверстий.

Предварительное натяжеиие спиц

Существует правило, согласно которому стандартные усилия, возникающие в спицах при быстром старте, интенсивном торможении, качении по неровному грунту (радиальные нагрузки) и повороте или скольжении (боковые нагрузки) не должны превышать предварительного натяжения спиц, создаваемого при сборке колеса. В противном случае часть спиц в момент максимальной нагрузки начинает работать на сжатие. А сжатие сразу приводит к изгибу. Повторяющиеся циклы натяжения и ослабления приводят к накоплению усталости в местах изгиба спиц (у головки) и в дальнейшем к разрыву спицы. Имеют место два подхода к натяжению спиц. Первый, традиционный, рекомендует сборку колеса в 2, 3 или 4 креста и натяжение спицы 40-80 кг/с. Другой подход реализован в колесах фирмы SHIMANO, у которых натяжение спиц в среднем составляет 120 кг/с. Вместе с новыми конструктивными решениями это позволило уменьшить количество спиц до 16 штук на колесо.

Перевернутые спицы. Спицы устанавливаются как бы «вверх ногами», ниппели зажимаются во втулку со ступенчатыми фланцами, а головки устанавливаются внутри обода, на боковой стенке с помощью прецизионных шайб. Вес обода значительно уменьшается, так как убирается металл с основания (внутренней окружности) обода, где раньше были ниппели, давление от головки спицы равномерно распределяется на большую площадь, а более тяжелые ниппели теперь находятся около оси вращения колеса. Таким образом, вредный момент инерции колеса стал чуть меньше.
Парно-перекрестное расположение спиц. Спицы с правого и левого фланцев расположены в одной плоскости и подходят к противоположным боковинам обода по касательной. В результате симметричная силовая схема позволяет увеличить натяжение спиц и более равномерно распределить нагрузку по ободу. Перекрестное положение спицувеличиваетэффективное рабочее расстояние между фланцами втулки примерно на ширину обода, а поперечная жесткость колеса возрастает.
Полурадиальный набор. В один крест с левой стороны и «солнышком» с правой, около кассеты. Таким образом выравниваются «зонты», и увеличивается база (основание треугольника) между ниппелями спиц с 44 мм до 52 мм. Совместно примененные пункты № 2 и № 3 позволяют увеличить поперечную жесткость колеса на 20%.
Плоские спицы. Обод с плавными обводами и 16 плоскими обтекаемыми спицами имеет меньшее сопротивление, чем колесо со стандартным спице-вым набором. При этом его радиальная (вертикальная) жесткость меньше, чем у стандартных ободов с обычным спицевым набором, что позволяет колесу несколько амортизировать удары, и продлевает его жизнь.

Спицы прямые и спицы, работающие на сжатие

После того, как велосипедная индустрия впервые представила колеса, собранные на прямых спицах без J-образного закругления у втулки, у новой технологии тут же нашлись и ярые противники, и верные поклонники. Первые мотивировали свое нежелание связываться с новинкой тем, что классические J-образные спицы можно найти где угодно, а что делать, если вдруг выбьет новомодную прямую спицу? Сторонники прямых спиц говорили, что возить с собой в рюкзаке пару запасных спиц — совершенно не затратное дело, а жесткость колеса на прямых спицах выше и стабильнее по времени, чем обычного.

Правда, как это часто бывает, где-то посередине. Действительно, прямые спицы позволяют изначально задавать очень высокий уровень натяжения, и на практике известно, что колеса с прямыми спицами «держат строй» дольше, чем с J-образными. С другой стороны, все это настолько тонкие моменты, что обращать на них внимание нужно далеко не в первую очередь. А кроме того, следует отметить, что та или иная компоновка спицевого набора в большей степени зависит от политики производителя, чем от здравого смысла и технических характеристик.

За примером далеко ходить не надо — фирма Mavic, признанный лидер в производстве высококлассных колес и ободов, упорно оснащает свои «вилсеты» только прямыми спицами. И более того, год назад объявила о производстве сверхдорогих шоссейных колес с трубчатыми карбоновыми спицами, работающими на сжатие! Французский производитель заявил, что данная разработка увеличивает жесткость колеса и, кроме того, полностью снимает вопрос равномерности натяжения спиц при воздействии боковой нагрузки. Все бы хорошо, да вот только непонятно, как тогда понимать классически установленные тангенциальные спицы на правой стороне заднего колеса, необходимые для передачи усилия от втулки к ободу? Да и аэродинамическое сопротивление толстенных карбоновых трубок вполне может свести на нет все преимущества в жесткости колеса. А цифры с графиками, предоставленные производителем, вовсе не означают реальных преимуществ в эксплуатации.

Поэтому еще раз стоит повториться: расположение спиц и тип спицовки колеса — это большей частью средство привлечения внимания к продукции. С такой же позиции можно рассматривать и «революционную» схему размещения спицевых ниппелей в колесах Cane Creek, где ниппели сгруппированы не у обода, а у втулки. Элементарные расчеты показывают, что момент инерции колеса в сборе при такой компоновке по сравнению со стандартной схемой снижается на еле заметную величину, которой вполне можно пренебречь. А приведенная на сайте производителя математика — лишь маркетинговый инструмент для привлечения внимания, не более. Или взять составные спицы в колесах Cranck Brothers Cobalt — здесь вопрос взаимозаменяемости стоит не только остро, а чудовищно остро. А основная прелесть колес — в их фантастическом внешнем виде и не менее фантастической цене.

Рис. Виды спиц

Велоконструкторы постоянно оглядывались на гоночные автомобили и мотоциклы, которые давным-давно прошли стадию спицевания и гоняют сейчас, сломя голову, на литых или штампованных колесах. В таких колесах плоских обтекаемых спиц (лопастей) совсем немного, в среднем от 4 до 8. Соответственно, аэродинамика таких колес действительно хороша, поэтому аналогичные конструкции сделали и для велосипедов, заменив сталь на карбон (углепластик). В велосипедных колесах лопастей бывает от 3 до 6, обода обычно композитные, карбон с алюминием. Бюджетные конструкции могут быть неразборными, а более прогрессивные и дорогие позволяют менять лопасти, обода и ступицу колеса. К их достоинствам можно отнести хорошую аэродинамику, высокую «крутильную» и поперечную жесткость. Радиальная, или вертикальная жесткость обычно излишне велика, что не есть хорошо для горных велосипедов.

Недостатки: конструкторы потеряли из виду, что велосипедное колесо большое, слабо нагруженное и лучше всего подходит для спицевого набора. Когда колесо становится меньше, а нагрузка резко возрастает, спицы теряют свои преимущества. Отказ от спиц наблюдается практически повсеместно — у автомобилей, скутеров, мотоциклов. У современных спортивных автомобилей литые или штампованные колеса не уступают по весу колесам со спицами, и при этом существенно проще в обслуживании и меньше стоят. А для велосипедных колес это не самое лучшее решение. Большой вес и заоблачная цена помешали сколь-нибудь широкому распространению велосипедных углепластиковых колес типа SPINERGY. Похоже, что это тупиковый вариант.

Дисковый набор

Литые или штампованные автомобильные колеса со спицами и колеса типа SPINERGY у велосипедов на самом деле являются переходной формой от спицевого набора к дисковому колесу. Возможны два основных конструктивных варианта дисковых велосипедных колес.

Первый вариант: на обычное колесо со спицами устанавливаются круглые обтекаемые диски. При этом заметно возрастают вес и момент инерции.

Второй вариант: колесо без спиц формуется из двух половин. Применяются материалы на основе высокопрочных полимеров и углепластиков. Вес и момент инерции возрастают, но не так сильно, как в первом варианте.

Действительно, такие колеса имеют существенные преимущества по аэродинамическому сопротивлению и характеристикам «крутильной» и радиальной жесткости, которые меняются нелинейно. Чем больше скорость, тем более жестким становится колесо, что очень хорошо для гонок. Но есть момент, который для простых велосипедистов сводит преимущества от дисковых колес на нет. Кроме цены, веса и момента инерции колесо с диском, если посмотреть сбоку, имеет довольно большую площадь, порядка 0,4 м 2 . А два колеса — это почти уже один квадратный метр! Сильный боковой порыв ветра, например, в момент выезда из леса в поле или из узкой улицы на широкую площадь, может запросто «переставить» тяжелый мотоцикл или легковой автомобиль на 2-4 метра в сторону. Или даже перевернуть грузовую фуру. Ну а легкий велосипед с такими «парусами» просто унесет в кусты. Поэтому колеса с дисковым набором находят довольно ограниченное применение для трековых, шоссейных и рекордных гонок, и чаще всего их ставят назад.

Спицы и ниппели

Они достаточно устойчивы к коррозии и имеют долгий срок службы;
Они не «прикипают» намертво к алюминию, стали или титану. Две детали в комбинации алюминий-алюминий, алюминий-титан или алюминий-сталь, состыкованные на резьбе или на трении, могут образовать неразъемное химическое соединение. Никакой керосин и прогрев, как в случае соединения сталь-сталь, не поможет. Поэтому таких соединений стоит избегать, не ставить алюминиевые ниппели с титановыми спицами, а имеющиеся следует регулярно разбирать и смазывать;
Как учит нас теория упругости, если длинная, тонкая спица, работающая на растяжение, сделана из высокопрочной стали, то узел крепления, ниппель, должен быть из более пластичного, вязкого материала с меньшей прочностью на растяжение. Тогда вся конструкция — колесо со спицами — будет служить долго и верно.

Размеры и калибры спиц

Раньше существовало несколько систем измерения диаметра спиц (калибра проволоки, wire gauges): американская, английская и французская. Сейчас применяется международная система ISO, где все размеры даны в миллиметрах. При этом на спицевых ключах традиционно обозначается не диаметр спицы или размер ниппеля «под ключ», а калибр проволоки, из которой изготовлены спицы — 13G-19G (см. таблицу).

Международная система калибровки спиц

Лучшие спицы делают из нержавеющей стали (stainless steel). Она прочна и не коррозирует. Иногда колеса собирают на хромированных или оцинкованных спицах из углеродистой стали. Они менее прочны и подвержены коррозии. Эксклюзивные спицы делают и из титана, но их можно ставить только с бронзовыми ниппелями. Это не дает большого преимущества в весе перед стальными спицами с алюминиевыми ниппелями. Все чаще появляются и спицы из карбона.

Резьбу для ниппеля можно нарезать, что несколько ослабляет спицу или накатать, что делает ее более прочной.

Спицы могут быть как постоянного круглого сечения по всей длине, так и переменного сечения. Например, Double-butted: диаметр спицы в центре меньше, чем на концах, в местах закрепления в ободе и фланце. Спица испытывает неравномерную нагрузку. В местах крепления к ободу и к фланцу, в местах концентрации напряжений, нагрузка всегда больше, чем в центре, поэтому диаметр в центре спицы можно уменьшить без потери прочности, и сэкономить на весе. Такой более тонкий участок (тонкая секция) придает спице большую эластичность, что позволяет ей упруго растягиваться на большую величину по сравнению со спицей постоянного круглого сечения. В момент резкой ударной нагрузки наиболее нагруженные спицы могут достаточно удлиниться, чтобы перераспределить нагрузку на соседние

Аэродинамические спицы имеют сечение double-butted, и выпускаются в двух вариантах, с эллиптической или плоской центральной частью.

Основной методом изготовления спиц является волочение (протягивание) проволоки через фильеры. Поэтому говорят, что спицы «тянутые». Проволока разрубается на заготовки, после чего накатывается или нарезается резьба, формуется головка и производится термообработка. Некоторые фирмы, например DT Swiss, делают высококачественные спицы, используя технологию холодной ковки.

Источники:

http://www.caravan.hobby.ru/materiel/wheelbuild-ru.html
https://tepka.ru/velosiped/8.html