Зачем спицы в колесе
Опубликовано: 14.05.2024
В предыдущей статье мы с Вами рассмотрели такую часть велосипеда, как колесо. А точнее, не само колесо, а его общие особенности и различие размеров. И, как обещалось в предыдущей статье, сегодня поговорим о спицах и ниппелях.
И вправду, спицы – какое их прямое предназначение? Почему спицы, а не цельный диск, как, например, у автомобиля?
Из этой статьи вы узнаете:
1. Что такое спицевой набор?
2. Виды спицовки колеса.
3. Радиальный набор спиц.
5. Типы спиц, их строение и материал изготовления.
Помните наших аристократов 19 века, которые катались на велосипедах с колесами карет? Это самое простое колесо со спицами. Строение колеса было примерно таким: деревянный обод, ступица и несколько деревянных спиц. Спицы в колесе работают на сжатие, поочередно. Иными словами, в момент, когда спица находится внизу перпендикулярно земле, она принимает весь вес велосипеда, но колесо крутиться, и спицы неким образом «чередуются» и сжимаются по очереди. Все было хорошо, вплоть до 1820 года.
Джордж Кэйли сформулировал теорию упругости, которая изменила весь мир. А точнее, представление о спицах 🙂 Теория интересная, но мы же не на уроке физике, поэтому покажем все на примере велосипеда. Спица, которая работает на сжатие, должна иметь диаметр больше, чем спица, работающая на растяжение, для обеспечения одинаковой прочности. А соответственно, спица с меньшим диаметром иметь меньший вес. И тут понеслось…. Сначала искали подходящий материал, ведь дерево не подходит, взяли за основу сталь, а потом начали придумывать, как превратить спицу, работающую на сжатие, на спицу, которая будет работать на растяжение. И вот, это было придумано! Современная спицовка колеса – явный пример.
Первое колесо с такой спицовкой было сконструировано только через 47 лет, в 1867 году Медисоном Каупер, и не для велосипеда, а для шасси аэроплана. Также на таком колесе была установлена пневматическая покрышка. О развитии покрышек велосипедных колес читайте следующую статью .
Следующее серьёзное изменение спицовки колес состоялось недавно. Фирма Mavic предложила «вилсет», где часть толстых спиц из карбона работают на сжатие и на растяжение.
Спицевой набор
Спицевой набор – это некое количество спиц расположенных в колесе в определённом порядке. Задачи такого набора следующие: центрирование обода , расположение обода относительно фланцев втулки, удерживание формы колеса, обеспечение прочности и жесткости колеса, а также равномерное распределение нагрузки по колесу. Колесо должно быть жестким в радиальном и поперечном направлениях, а также иметь достаточную крутильную жесткость. Чем выше радиальная жесткость, тем легче колесо переносит удары при преодолении препятствий и меньшая вероятность получение деформации типа «яйцо» или вообще поломки колеса. Большой запас поперечной жесткости исключает возможность появления восьмерок на колесе. Но это еще не все. Бывают случаи, в связи с неправильной спицовкой, на вираже покрышка цепляет перья рамы. Это происходит за счет маленькой поперечной жесткости, колесо прогибается и может лопнуть. Что очень и очень плохо. Тангенциальная, то есть, крутильная жесткость обеспечивает возможность передачи движения от педалирования и торможения. Чем лучше колесо «крутит», тем легче велосипедисту ехать!
А теперь поговорим о видах спицовки колеса: как, куда, зачем?
Чем больше угол наклона спицы к радиусу колеса, это может быть вплоть до 90 градусов, тем больше образуется крестов. Также на количество крестов влияет диаметр фланца втулки, обода, и конечно же, количество спиц. Когда спица расположена к ободу под углом, близкому к 90 градусов, тогда на нее действует наименьшая сила. Также, такое колесо эффективнее при разгоне, а торможение происходит без лишних вибраций, и велосипед останавливается быстрее. А если колесо имеет наименьшее количество крестов, спицы, соответственно, станут короче, и массу будут иметь меньшую, возрастает поперечная жесткость.
Именно поэтому нужно выбирать колеса, исходя из стиля своей езды. Каждый должен решить, какой набор ему подойдет. А для того, чтобы Вы лучше сориентировались и разобрались в достоинствах и минусах каждого набора, рассмотрим один из видов набора поподробнее.
Радиальный набор, очень слабый, но красивый набор. В таком наборе спицы не пересекаются, а идут по радиусу колеса, получается что-то типа «солнышка». Спицы получаются короткими, а соответственно легкими и еще аеро-динамичными. Если Вы внимательно читали предыдущий абзац, то уже сделали вывод, что из-за отсутствия крестов колесо имеет большую поперечную и маленькую крутильную жесткость. Но это еще не все особенности такого набора спиц! Спицы работают не только на растяжение, как при крестовом наборе, а и еще на изгиб. Взгляните на картинку, и поймете. Именно поэтому такое колесо используют только в качестве переднего, да и то, редко очень, ну прям очень редко…. А чтобы использовать похожий радиальный набор на заднем колесе, придумали комбинированный набор. Одна сторона имеет радиальный набор, а другая тангенциальный. Благодаря этому колесо получается максимально жестким и долговечным.
Да, и еще! Если на колесо с радиальным набором установить дисковый или роллерный тормоз, велика вероятность поломки спиц при экстренном торможении. Поэтому устанавливаются только ободные тормоза. Думаете это все особенности этого набора?? Эх, если бы…. Спицы имеют свойство самостоятельно выкручиваться, а фланец втулки может не выдержать нагрузки и разрушиться, в самый неподходящий момент.
Допустим, с набором спиц мы с Вами определились. Но это только начало нашего с Вами путешествия по миру «Спиц и ниппелей».
Если спицы постоянно натягивать, а потом ослаблять (или этот процесс будет проходить произвольно), они долго не протянут и лопнут в местах напряжения. Существует два вида натягивание спиц. Первый, традиционный, используется в колесах с числом крестов от 2 до 4 и натяжением от 40 до 80 кг/с. Ну а второй способ придумали инженеры компании Shimano и сила затяжки равна 120 кг/с! Но это еще не все, количество спиц уменьшилось до 16 штук на одно колесо. Благодаря чему же произошел большой скачек в прочности, и получилось значительное уменьшение веса колеса? Читаем дальше!
Какие спицы лучшие?
Во-первых, это перевернутые спицы. Получается, что регулировочная головка спицы находится не в ободе, как мы привыкли, а во втулке. Смотрите фото. Таким образом, вес всего колеса значительно уменьшается, а соответственно уменьшается момент инерции.
Во-вторых, это парно-перекрестное расположение спиц. Иными словами, спицы с правого фланца втулки крепятся к левой боковине обода по касательной, и наоборот. Благодаря такому простому решению удалось увеличить силу натяжения спиц и равномерно распределить усилие на обод. Также возрастает и общая поперечная жесткость колеса.
В-третьих, полурадиальный набор. О нем мы писали выше, но напомним вкратце еще раз. Получается, что левая сторона колеса заспицована в один крест, а правая имеет спицовку типа «солнышко», то есть, без крестов, вообще. При комплексном применении выше перечисленных пунктов, включая данный, поперечная жесткость колеса увеличилась на 20%.
В-четвертых, это геометрия спиц. Спицы используются уже не круглые, а плоские, что дает прирост в аэродинамике и увеличение амортизационных свойств обода.
Вот Вы уже знаете секреты самого лучшего и самого легкого колеса от компании Shimano.
Мы в 4-ом пункте затронули вопрос о геометрии спиц, а это очень интересный вопрос, ответы на который читайте ниже.
Прямые спицы действительно можно натянуть сильнее, они долговечнее, а колеса жёстче. И совсем не проблема с собой возить несколько запасных спиц, на случай непредсказуемых обстоятельств. Но дело в том, что обычный велосипедист этого не заметит на своем велосипеде. Плюсы настолько малы, что на практике гораздо проще и не в ущерб поставить классические спицы и не заморачиваться. Применение таким спицам – это большой спорт, и точка.
Да, и еще, чуть не забыли! Мы говорили о перевернутых спицах и уменьшении момента инерции, так это значение очень мало, что им также можно пренебречь, если Вы не мировой чемпион.
Spinergy – стоит, или не стоит?
Spinergy – это литые колеса, примерно такие же, как на современных автомобилях, но большого диаметра. Давным-давно колеса автомобилей и мотоциклов так же были спицоваными. Позже, с развитием инженерии, стали изготовлять штампованные диски, или литые «титаны», колеса из титанового сплава, которые намного прочнее, чем спицованые колеса, а вес имеют тот же. И вот, следуя за развитием, техники на велосипед решили также устанавливать похожие диски. Они имели небольшое количество лопастей, от 3 до 6, изготовленные из карбона. Аэродинамика колесо действительно возросла, а также увеличилась «крутильная» жесткость и поперечная жесткость. А минусы, их всего два, это большой вес и еще большая цена 🙂
Но, но, но…. Если мы с Вами сейчас не наблюдаем велосипедов с колесами типа Spinergy, это не значит, что о них забыли. Велосипедные инженера толковые парни, и пошли изучать эту конструкцию дальше и получили, то чего хотели!
Варианта дисковых колес существует два: либо поверх спиц устанавливаются круглые диски, либо колесо без спиц вообще, но с дисками их высокопрочных полимеров и углепластика. Второй случай лучше, так, как вес и момент инерции намного меньше первого.
И снова, ребят, не нужно бежать в магазин и покупать себе такие колеса, если Вы не участник чемпионата. Дело в том, что такие колеса всё равно тяжелые, по сравнению с колесами со спицами, и они также намного дороже, а и еще они имеют большую площадь, одно колесо, около 0,4 квадратных метра. А два колеса, это квадратный метр. Если Вас застанет боковой ветер, это будет очень, очень плохо!
И так, как получается, что старый спицевой набор колеса намного лучше всех новинок, считаем нужным посвятить окончание статьи описанию самой спицы.
Типы спиц, их строение и материал изготовления
Спица имеет два компонента, это длинный стержень, у которого с одной стороны резьба, а с другой стороны – головка, выгнута под углом 90 градусов к стержню, и с ниппеля – это головка, которая накручивается на резьбовую часть стержня. Спицы и ниппели изготовляют из разных материалов, самые дешевые – из стали, которая очень тяжелая и имеет свойство быстро ржаветь; никелированной бронзы, или латуни; а также из дорогого алюминия. Все же лучшим материалом для спиц есть нержавеющая сталь, а для ниппелей – бронза или латунь.
А по сечению, спицы могут иметь, постоянное круглое сечение, а также переменное. Это тот случай, когда несколько сантиметров от края спицы диаметр спицы один, допустим 2,2 мм, а центральная зона имеет диаметр в 1,8 мм. Аэродинамика таких спиц намного лучше, вес меньше, а характеристики жесткости такие же.
И вот, если Вы дочитали до этого места, значит, не зря мы писали статью, и Вы стали на порядок лучше, имея полезный багаж знаний о спицах. Умейте правильно его применять, это самое главное. Хотите еще знаний? Подписывайтесь на рассылку и все новые статьи моментально будут приходить Вам на почту! А дальше мы поговорим об ободах велосипеда, будет интересно, и полезно.
Разбирались ли вы в вопросе, для чего нужны спицы велосипеда. Они выполняют несколько функций, благодаря им колесо обретает нужную жесткость и надежность, они являются соединительным элементом между ободом и втулкой, а также создают дополнительную амортизацию и обеспечивают одинаковое распределение нагрузки по всему ободу.
Количество спиц для разных типов велосипедов разное. Для горного велосипеда характерно количество от 32 до 36 штук. На шоссейных велосипедах их может быть 24,28 или 32. Городские и гибридные велосипеды оснащаются 36 спицами. И самое большое количество спиц вы можете видеть на велосипедах-тандемах до 48.
Материал, из которого изготавливаются спицы для велосипеда, может быть разным: титановые сплавы, карбон, высоколегированная сталь или конструкционная сталь.
Есть объяснение, почему на велосипедах разное количество спиц – когда необходимо снизить вес велосипеда это достигается при помощи уменьшения количества спиц .
Спица выглядит как тонкий загнутый стержень. Один его конец оснащен резьбой, а другой расклепанный. Закрепляется спица на обод при помощи ниппеля. Обычные стандартные спицы имеют диаметр от 1,6 до 2,3 мм. Для того чтобы подобрать правильный размер спицы, нужно ориентироваться на размеры втулки, диаметр обода и тип спицевого набора.
Велосипедные спицы изготавливаются разными способами, они могут быть катанные и тянутые. Различаются они тем, что катаная по всей своей длине имеет равную толщину, а на тянутых спицах толщина посередине меньше, чем с краев, из-за такой конструкции спица эластичная и упругая. Цена тянутых спиц выше, чем у катаных.
Есть ещё один тип спиц – лезвиеобразный, для него характерна кованная центральная часть в форме лезвия, благодаря этому улучшаются аэродинамические свойства велосипеда.
К ободу велосипеда спицы закрепляются при помощи ниппелей. Они бывают стальные, бронзовые и алюминиевые.
Спицы должны устанавливаться с учётом правильного натяжения, при слабом они могут сломаться. Важно так же подобрать правильную длину , чтобы не случилось поломки спицы.
По многочисленным рекомендациям веломастеров понятно, что лучше, когда на переднее колесо ставится меньше спиц, чем на заднее. Например, набор можно распределить так 28 на переднее, 36 на заднее. Это гораздо лучше, чем 32 на переднее колесо и 32 на заднее.
Такое распределение важно по причине того, что на переднее колесо идёт меньше нагрузки, а ещё там более симметричный «зонт».
Как-то я пыталась разобраться в том, как можно сделать переспицовку самостоятельно. Не обошлось без видеороликов обучающих, и советов мастеров. Пока так и не сделала этого своими руками, но думаю всё впереди , я обязательно опишу свой опыт.
Несколько слов о видах спицовки
Данный текст является значительно дополненным и переработанным переводом главы из книги «The Art Of Wheelbuilding» известнейшего швейцарского веломеханика Герда Шренера (Gerd Schraner). Герд собирает и проектирует колеса уже больше 45 лет для множества как MTB, так и трековых чемпионов мира, в настоящее время работает техническим консультантом в DT SWISS. Вcя книга это небольшие заметки-параграфы, поскольку издание собиралось именно на базе пометок Герда сделанных по ходу работы. Мы постарались сохранить структуру изложения придав нашим дополнениям форму текста-оригинала. По мере возможности, мы использовали устоявшуюся в России терминологию, в случае спорных названиях адаптировали зарубежный аналог. Все поправки приветствуются.
Рисунок спиц
Давайте договоримся: существует два принципиальных вида спицовки для собираемых руками колес: «солнцем», или «радиальная» и «крестом». Все прочие названия («два»-«три»-«четыре» креста, «крученые спицы» (twisted spokes) и пр.) являются лишь уточняющими итоговый рисунок термин. «Радиальная» предполагает что спица не имеет перекрещиваний с другими на всем своем протяжении от фланца втулки до отверстия в ободе. При сборе колеса «крестом», соответственно, спица пересекает собратьев от одного до четырех раз, в зависимости от того, какой метод избрал веломеханик.
Радиальная
Опытные веломеханики используют радиальный рисунок для сборки только передних колес под ободные тормоза. В отличие от задних и колес под дисковых системы, они не испытывают лишней скручивающей (торсионной) нагрузки от дискового тормоза и педалирования.
Но даже несмотря на это, переднее колесо с подобным рисунком испытывает чрезвычайно высокую нагрузку в вертикальном (радиальном) направлении. Вдобавок, риск разрушения фланцев тем выше, чем больше количество спиц и соответственно плотность рассверленных отверстий на втулке. 32 спицы являются рекомендуемым максимумом для такого рисунка.
Стоит помнить, что производители втулок не покрывают гарантией фланцы, разрушенные при использовании спицовки «солнцем». Так, DT Swiss выпускает особую версию своих Onix и 240 серии именно под радиальный рисунок спицевания.
В радиальной спицовке не важно куда обращена головка спицы: внутрь или снаружи фланцев втулки. Современная мода использует чаще всего такое положение, при котором клеймо на головке обращено к стороннему зрителю, все измерения производятся от этого положения.
Собранные на заводе колеса из Hugi 240, DT Swiss спицы на Schwinn Homegrown Factory
Нарушение правил сборки, некорректное натяжение спиц, неправильный выбор втулок может привести к выходу из строя не только новых колес из веломастерской, но даже колес поставляемых с велосипедом в базовой комплектации.
Крестовое спицевание
Тангенциальное (tangential) или крестом единственная возможность собрать колесо адекватно реагирующее на вращающее или тормозящее усилие идущее от втулки. Чем больше угол между фланцами и спицей, тем правильней распределяется нагрузка от езды или торможения между спицей, ободом и фланцем. В идеальном колесе прямая положенная через ось втулки и спицевые отверстия подходит к спице под прямым углом. Даже под нагрузкой от педалирования и торможении дисковым тормозом (сила происходящая в районе втулки) сам рисунок спицевания переводит возникающую деформацию на растяжение спицы.
Как обратный пример, радиально собранное колесо пытается адаптироваться к скручивающей (торсионной, силой пытающейся «накрутить» спицы на втулку) силе что приводит к ИЗГИБАНИЮ, а не вертикальному РАСТЯГИВАНИЮ спицы, что и в итоге либо разрушает фланцы, либо ослабляет ниппели спиц. И именно по этой причине радиальную спицовку НИКОГДА нельзя использовать на дисковых и задних колесах, где есть мощная нагрузка от ВТУЛКИ.
Да, несмотря на эту научным образом доказанную и исследованную вдоль и поперек проблему существуют всем известные производители, что используют радиальную спицовку на дисковых и задних заранее собранных колесах. Их колеса имеют право на существование только при использовании вытянутого с V-образным профилем обода выдерживающего нестандартно высокое натяжение спиц, предотвращающих самозакручивание.
«Три креста» самый проверенный временем и стабильный рисунок для 36 спиц как для переднего, так и для заднего колеса, претендует на звание классического рисунка. При cпицовке в четыре креста спицы в большинстве случаев будут закрывать головку соседней спицы.
В спицовке одним, двумя, тремя или четырьмя крестами уплотнение рисунка не только лучшим образом сказывается на способности колеса поглощать вибрацию от дороги, но и дает немного больший зазор между переключателем и и спицами правой стороны.
Вернувшийся из небытия узор совмещающий радиальную и спицовку крестом. Структура базируется на рисунке из трех спиц, где центральная проходит к ободу как в радиальной спицовке, а боковые скрещиваются. Естественно, что такой рисунок требует кратного трем сверления обода: 18, 24 и 36 спиц.
Нельзя сказать, что он совмещает в себе все достоинства и недостатки прародителей, но необычно выглядит и хорош при использовании ободов с высоким профилем и аэроспицами.
Twisted Spokes (крученые спицы)
Один из самых необычных видов спицовки абсолютно бесполезен на дороге в отличие от классического крестового рисунка. Тесты показывают крайне нестабильное поведение этого колеса. Сохраняя приемлемую торсионную устойчивость на уровне классических радиально или крестом собранных колес, в вертикальной плоскости (радиально) такой рисунок демонстрирует чрезмерно запоздалую реакцию на неожиданные и сильные вертикальные удары (выбоины на дороге) с «превосходным» амортизирующим раскачиванием через некоторое время.
Однако, кручение спиц с его легким амортизирующим эффектом может применяться в триале, где такая способность может кому-то показаться необходимой для лучшего контроля над велосипедом после сильной ударной нагрузки.
Крученые спицы не только не эстетичны и раздражают веломеханика, но и вносят изрядную лишнюю нагрузку на спицы, фланцы и обод из-за сильного угла под которым они подходят к пистонам. Мне кажется, что любой серьезный веломеханик попробовавший этот метод, должен присягнуть на отказ от повторения таких ошибок.
Конечно, молодые фанаты экстремальных видов спорта, и начинающие веломеханики продолжают пробовать данный вид спицовки. Мой совет: оставьте их в покое и дайте возможность им сполна насладиться своим новым приобретением. Уж лучше пусть крутят спицы, чем самокрутки с марихуаной.
Велосипедное колесо может быть настолько качественным насколько качественны все его компоненты. Колесо состоит из трех основных частей: втулки, обода и спиц. Если что-то из этого слабое, то все колесо страдает и, как результат, велосипед нельзя эксплуатировать. Даже толстый обод быстро придет в негодность если колесо плохо настроено и собрано с применением плохих спиц. Спицы, буквально, держат все детали колеса вместе.
Производители спиц
На данный момент в мире самыми распространенными марками спиц являются DT Swiss и Sapim. Эти производители выпускают высококлассные модели, которые используют как профессионалы так и любители. На момент написания статьи Sapim является более доступным вариантом. Хотя компания создана в 1908 году и продолжает заниматься разработками, а спицы изготавливает в Бельгии или Франции.
Каждый из этих производителей имеет широкий выбор моделей спиц разного уровня как для шоссе так и для маунтинбайков.
Виды спиц
Самым распространенной классификацией является разделение спиц по геометрии на:
- цилиндрические с постоянной толщиной
- цилиндрические с баттингом
- плоские аэро спицы
Цилиндрические спицы с постоянной толщиной
Используются в 90% все велосипедов и являются самым простым и дешевым вариантом. Их Вы можете встретить на любом дешевом велосипеде. Основной недостаток этих спиц это их вес.
Sapim выпускает две модели этих спиц: Zinc и Leader. Zinc это самая начальная и дешевая модель, они не импортируются во многие страны и не является стандартом. Больше внимания заслуживает модель Leader. Хотя не всегда между ними можно на глаз увидеть разницу.
Leader доступны для экономичных колес, они выпускаются с большом диапазоне профилей. Их преимуществами является нержавеющая сталь и большая, по сравнению с конкурентами, прочность. К недостаткам стоит отнести вес, гибкость и быстрая усталость металла, что вызывает частую замену. Кроме того они предлагаются в различных вариантах длинны, поэтому для бюджетного велосипеда это оптимальный вариант.
Спицы с баттингом
Эти спицы могут иметь одинарный (утолщение у головки), двойной (утолщение на двух концах) и тройной баттинг (три утолщения).
Самой распространенной моделью является спица с двойным баттингом Satim Race, которая эквивалентна DT Swiss Competition. Эти спицы подойдут для большинства колес и будут хорошим выбором для МТБ и регулярного шоссе.
Спицы с тройным баттингом, например Sapim Strong, являются самыми сильными и подходят для тяжелой техники, вроде тандемов или электро велосипедов, а также как бюджетный вариант для даунхилла.
Для более продвинутых велосипедистов у каждого производителя есть, что выбрать более экзотического.
Аэро спицы
Как видно из названия, эти спицы имеют улучшенный аэродинамический профиль, который призван снизить сопротивление воздуха. Их спокойно можно считать разновидностью спиц с баттингом, так как они тоже имеют переменную толщину. Процесс их изготовления повышает прочность и долговечность.
Ниже представлено сравнение технических характеристик спиц Sapim.
| Модель | Вес (x64@260mm) | Прочность | Срок эксплуатации (оборотов) |
| Zinc | 424г | 950-1050n/mm2 | 700,000 |
| Leader | 421г | 1080-1180n/mm2 | 870,000 |
| Strong | 430г | 1400n/mm2 | 1.6 миллион |
| Force | 368г | 1350n/mm2 | 2 миллиона |
| Race | 360г | 1350n/mm2 | 980,000 |
| D-Light | 309г | 1300n/mm2 | Не указано |
| Laser | 279г | 1500n/mm2 | 1.25 миллиона |
| CX | 423г | 1200n/mm2 | Не указано |
| CX-Ray | 272г | 1600n/mm2 | 3.5 миллиона |
| Super spoke | 231г | 2900 N/mm2 | Не указано |
| CX Super | 231г | Не указано | Не указано |
Спицевание колес
Учитывая то, что переднее колесо подвергается гораздо меньшей нагрузке, то используют разные виды спицевания задних и передних колес.
Радиальное спицевание
57" width="185" height="185" />
57" width="185" height="185" />
При таком способе спицы прямо идут от обода к втулке. Такой вид спицевания менее надежный и многие производители отказались от производства колес по такому методу, а некоторые отказывают в гарантийном ремонте таких колес. Но есть и компании, которые сознательно выбрали такой вид из эстетических соображений, а также для получения некоторых преимуществ в весе. Большинство использует радиальное спицевание только для передних колес.
Крестообразное или касательное спицевание
Длина спиц
При установке спиц они должны иметь строго определенную длину. В противном случае, спицы или будут плохо закреплены, если короткие, или проткнут камеру, если длинные.
При радиальном спицевании длина спицы это расстояние от фланца до кончика нипеля.
Велосипедное колесо. Предмет настолько обыденный, что большинство из нас не задумываются о том, как оно стало таким, каким мы его наблюдаем сегодня.
В настоящее время велосипедные колеса содержат в себе несколько элементов, которые и определяют его внешний вид: покрышка из вулканизированной резины; камера внутри покрышки, она и накачивается воздухом под давлением; обод выполняемый из стали, алюминия, титана или карбона, он несет на себе камеру и покрышку; спицы, они выполняются из стали, алюминия, титана и карбона также, как и обод; втулка, она содержит в себе ось и подшипники качения, материалы всё те же.
Самые современные и технологичные колеса производятся без стали и алюминия, в них применяются титан и карбон, а подшипники из керамики. Такая конструкция обеспечивает минимальный вес маховика, отличный накат и минимальное сопротивление качению.
Но. Всегда ли колёса были такими? Давайте разбираться вместе.
Археологические находки дают основания думать, что колеса появились в период 3500-3350 гг до н.э. толь позднее изобретение колеса ученые объясняют невозможностью добиться необходимой точности деталей без металлического инструмента, который появился только в 4-м тысячелетии до нашей эры.
Следующим достижением человечества стало появление колеса на спицах примерно во 2-м тысячелетии до н.э. Обод и спицы выполнялись полностью из дерева, а последние работали на сжатие.
К 500 году до н.э. технология распространилась по всей Европе и части Азии, что ознаменовало появление колесниц военного назначения у египтян, персов и кельтов.
В первом тысячелетии до н.э. к колесу пристроили железный обод, который покрывал беговую дорожку. В таком виде и без серьезных доработок оно доехало до XIX века.
Далее, в 1817 году, происходит изобретение “денди-хорз” — двухколесного самоката, который уже походил на современный велосипед, но выполнялся полностью из дерева с колесами от телеги, а потому вся конструкция была довольно массивной и тяжелой.
Следующим преображением стало дополнение самоката педалями на переднем колесе, здесь же и появляется впервые название “velocipede” внедренное Пьером Мишо. Первые модели велосипедов отличались зубодробительной жесткостью из-за особенностей конструкции колес, где спицы по-прежнему работали на сжатие.
Появление проволочных спиц
Дальнейший прогресс не занимал сотен и десятков лет, все происходило довольно быстро. Спицы из проволоки, работающие на растяжение, появились на велосипеде “Phantom” в 1869 году. Затем в 1871 году свет увидел велосипед “Ariel”, созданный Джеймсом Старли — родителем всей велосипедной отрасли.
Есть мнение, что свое название он получил благодаря незначительному весу, всего 24 килограмма, что в сравнении с предшественниками — солидное достижение.
Рама его выполнялась из железных прутьев и в центре имела шарнирное соединение для осуществления поворотов. Да, из прутьев, а не из труб.
Колеса имели проволочные V-образные спицы, которые тянулись от фланца втулки к петле на ободе, располагались радиально и натягивались одновременно, чтобы сохранить геометрию. Однако при вращении педалей отмечалось скручивание втулки относительно обода из-за несовершенства конструкции. Собственно, это и есть основной недостаток радиального расположения спиц.
Особенностью данного велосипеда стала такая же, радиальная, спицовка колёс, как и на Phantom, но уже с некоторой доработкой. Через втулку проходила планка, к концам которой прикреплялась спица, закрепляемая к ободу под углом (по касательной), что позволяло нивелировать паразитное “скручивание” втулки относительно обода при педалировании. То есть, вращая педали, прикрепленные к передней втулке, вращалась и планка, которая “тащила” за собой обод, радиальные спицы в педалировании не участвовали. Существенным недостатком конструкции являлась возможность разрушения колеса при вращении педалей в обратном направлении.
Дальнейшее развитие колес
Позднее, в 1874 году был изобретен метод натяжения спиц, которым мы пользуемся по сей день — с помощью ниппеля. Радиальное расположение спиц оставалось в приоритете, хотя уже с успехом применялось и тангенциальное спицевание, которое, разумеется, обладает рядом преимуществ. К втулке колеса могут прилагаться крутильные нагрузки в любом направлении, и конструкция при этом всегда останется целой.
К концу XIX началу XX века радиальный способ спицовки был заброшен окончательно и обороты стали набирать J-образные спицы с резьбой и ниппелем на конце, который закреплялся в ободе. Спицовка стала тангенциальная (с крестами, какая видна на любом (почти) современном велосипеде) и полностью вытеснила радиальную. Покрышки использовались двух типов: трубки, закрепляемые на ободе, встречались в спорте; покрышки с кордом для легкого доступа к камере, использовались в остальных сферах жизни.
Кстати, у нас есть статья о видах покрышек, там мы раскрываем тему шире и объясняем строение трубок и прочих разновидностей резины для велосипеда.
Обода, в начале XX века производились из стальной штампованной ленты, а люксовые и гоночные велосипеды можно было встретить на алюминиевых ободьях.
К началу 1970-х годов алюминиевые ободья стали обычным делом в спорте, однако применялась, зачастую, довольно слабая одностенная технология. На таком колесе легко заработать восьмерку.
Деревянные ободья
Многие десятилетия гоночные велосипеды ездили на деревянных ободьях в паре с трубками. Во-первых, такому ободу легко придавать форму при посадке трубки. Во-вторых, низкая плотность дерева, а как следствие и низкий удельный вес, обеспечивали возможность увеличить площадь поперечного сечения элемента без увеличения веса обода. Такая особенность древесины позволяла натягивать спицы с большим усилием, а значит и спиц можно было использовать гораздо меньше.
Опять же, применялись такие колеса только в качестве гоночных, так как для повседневного использования древесина не подходит, боится влаги. В 1930-е древесина стала активно вытесняться алюминием, однако найти колеса с деревянным ободом можно и сегодня. Говорят, что впечатления от поездки на дереве незабываемые.
Алюминиевые ободья
Тур де Франс 1934 года. Компания Mavic предоставила одному из гонщиков свою революционную разработку, которая стала прообразом “пистонированного обода”.
Суть инновации заключалась в использовании двойных стенок или коробчатого сечения профиля. Отверстия, в которых должны были располагаться ниппеля были оборудованы тонкими стальными трубками — пистонами. Они располагались между стенками обода и позволяли распределить усилие натяжения спицы сразу на две поверхности вместо одной.
Такое решение обеспечивало сильное натяжение спиц, низкий вес и высокую прочность всего колеса.
Применение таких новшеств в гонке было под запретом, потому обода замаскировали под деревянные и отправили гонщика на трассу.
Беспрецедентно жесткие колеса дали велосипедисту невероятное преимущество. Он выиграл гонку со средней скоростью 31 км/ч и объехал своего ближайшего соперника на 27 минут. Такие результаты на Тур де Франс были получены впервые.
Дальнейшее развитие технологии включало размещение деревянного сердечника в коробчатом сечении обода (конкуренты Mavic-a так поступали), далее отказ от сердечников и изменение геометрии, затем последовало переосмысление конструкции пистонов и уже 1966 году такие обода приобрели свой вид, суть которого не изменилась до наших дней.
Современность
Стоит сказать, что пистонированные обода не являются панацеей и изыскания производителей в этой нелегкой науке позволяют находить решения без использования усиливающих инородных элементов. Алюминий свою актуальность не теряет даже не смотря на стремительное развитие карбоновых продуктов, ведь стоимость последних значительно выше. Да, карбоновые колеса легче и обладают рядом других преимуществ, но и алюминий позволяет за разумные деньги получить достойную жесткость и сравнительно небольшой вес (и даже три стенки).
Радиальная спицовка встречается на передних колесах шоссейников по сей день, смотрится эффектно. Задние спицуются всегда с крестами, так как там уже есть нагрузка от кручения педалей. Наличие дисковых тормозов — только тангенциальная спицовка, так как все усилия (разгон и торможение) проходят через втулки к ободьям и обратно.
Современные спицы бывают тоже самыми разными: круглые — классика жанра; аэродинамические — чаще плоские или овальные; баттированные — с изменяемой толщиной по всей длине. Все эти ухищрения позволяют использовать минимум материалов и получать желаемые результаты. Средняя спица на разрыв выдерживает 225 кгс, однако в реальности она на это усилие никогда не работает, чтобы минимизировать усталостные разрушения.
Как видите, история спицованного колеса довольно проста и, можно сказать, что глобально концепция внешнего вида с момента его изобретения практически не изменилась. Да, технологии шагнули далеко вперед, однако некоторые из них остаются вполне рабочими и часто-употребляемыми даже спустя 100 лет.
Увлеченный велосипедист с 2014-го года. Терпеть не мог, когда велосипед в ходу издавал посторонние звуки, что заставляло его многократно все перебирать, перемазывать и обновлять. Любит вникать в тонкости, посему многочисленные переборки своего велосипеда вылились в дальнейшем в работу веломехаником. Прошёл тернистый путь от Shimano Acera на Comance Tomahawk через SLX до XTR на Specialized S Works, а потом просто пересел на бюджетный шоссейник на оборудовании Campagnolo Xenon 10. За плечами веломарафон (МТБ) Куяльник 2019-года, где на маршруте Light занял 5-е место. В настоящее время остается активным пользователем велосипеда и продолжает углублять свои знания в этой сфере.
Читайте также: