Современные втулки различаются по многим параметрам: назначению, материалам из которых сделаны, "начинке". Втулки, предназначенные для горных, гибридных и туристических, шоссейных или городских велосипедов различаются по таким показателям, как вес, прочность, качество защиты от внешних воздействий. Втулки передних и задних колес также существенно различаются.
Во-первых, нагрузки на переднее колесо много меньше, чем на заднее, а значит, детали можно делать миниатюрнее и легче.
Во-вторых, на заднюю втулку возложен ряд дополнительных функций, таких как передача крутящего момента от педалей к колесу и многих других: задние втулки велосипедов почти всегда включают в себя механизмы свободного хода, нередко тормозные механизмы и, иногда, механизмы внутреннего переключения передач. Втулки с внутренним переключением передач (internal gear hubs), так называемые планетарные втулки, имеют столько отличий от традиционных, что будут рассмотрены позже в отдельной статье.
Втулка является одним из самых дорогих узлов велосипеда. От их качества во многом зависит сколько вы будете тратить сил, на то чтобы преодолеть некоторое расстояние.
Среди компании, которые выпускают втулки для велосипедов можно выделить Shimano, DT Swiss, American Classic, Tune, Hope, Nuke Prof, Chris King. Самое большое распространение получили втулки Shimano. Они имеют широкий модельный ряд и цены в очень большом диапазоне - от дешевых до дорогих.
Втулки различаются по наличию дополнительных устройств, прочности, типу защиты от внешних воздействий, весу и цене. Втулки «простого» типа, которые устанавливаются на горных и шоссейных велосипедах имеют схожее строение, но существуют другие втулки, со встроенным тормозами (барабанными) и втулки с внутренним переключением передач (планетарные), которые отличаются кардинально и имеют сложную систему.
Особенности конструкции
Общий вид большинства втулок примерно одинаков. Самой простой конструкцией обладают втулки переднего колеса обычного велосипеда. Это цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые теми или иными по конструкции пыльниками.
Втулка передняя Shimano Alivio MC12
Втулка передняя дисковая Shimano Alivio M475
Втулка M475 - самая популярная и одна из самых дешевых втулок для дисковых тормозов - надежная, но тяжеловатая. Выпускается в конструкции на 32 и 36 спиц.
Устройство задней втулки велосипеда сложнее, так как должно предусматривать не только возможное крепление ротора для тормоза, но так же крепление для системы звезд (кассета/трещотка) – храповой механизм.
В зависимости от того, как крепится храповой механизм втулки различаются на два вида. Дешевые и устаревшие резьбовые втулки, где блок звезд вместе в с храповым механизмом – трещотка, накручивается на втулку. И современные - барабанные (Freehub, FH), которые имеют храповой механизм на самой втулке и набор звезд - кассета, надевается отдельно.
Общий вид Deore LX представлен ниже.
Обозначения на схеме:
- 1 - эксцентрик
- 2 - сборка деталей на оси втулки
- 3, 15 - контргайки
- 4, 5, 7, 13, 14 - шайбы
- 8, 12 - уплотнительные кольца
- 9, 11 - конуса подшипников
- 10 - ось
- 16 - пыльник
- 17 - полый болт крепления барабана втулки к корпусу
- 18 - набор шариков (во втулке M475 их 10 с каждой стороны)
- 19 - барабан ("орех")
- 20 - шайба
Техническая документация на втулку Shimano HB-M475 .
Втулка задняя Shimano Deore M530
Корпуса втулок могут быть точенными, литыми или штампованными, изготовленными из стали, алюминиевых сплавов или сплавов титана, хотя стальные уже можно отнести к устаревшим. Точеные и штампованные втулки обладают лучшими весовыми и прочностными характеристиками, чем литые. Визуально точенные втулки можно отличить по следам резца на внешней поверхности (спиральный след, похожий на очень мелкую резьбу). Втулки, предназначенные для колес с радиальным спицевым набором, имеют упрочненные фланцы, способные выдерживать чисто радиальные нагрузки, обычные втулки для этого не применимы. Оси втулок могут быть стальными, алюминиевыми или титановыми. В последнее время среди втулок высокого уровня появилась отчетливая тенденция к использованию полых осей большого диаметра, имеющих меньший вес и большую жесткость.
Втулка задняя дисковая Shimano Deore LX M585
К настоящему моменту наибольшее распространение получили втулки с радиально-упорными конусными подшипниками качения . Такие подшипники состоят из внешней и внутренней обоймы, набора шариков и, иногда, сепаратора. В качестве внутренней обоймы выступает конус, навинчиваемый на ось втулки, в качестве внешней - корпус втулки. Главные достоинства таких подшипников - ремонтопригодность и возможность регулировки по мере износа. Достаточно серьезное неудобство - сложность сборки (много деталей) и необходимость регулировки.
Другой тип подшипников, встречавшийся ранее только в отдельных моделях втулок для шоссейных велосипедов, это радиальные промышленные (неразборные) подшипники, так называемые "промы" . Сейчас они все шире распространяются не только среди шоссейных, но и среди горных велосипедов. К их достоинствам можно отнести лучший КПД, простоту установки, отсутствие необходимости регулировки. С учетом легкой замены подшипника, ресурс втулки увеличивается многократно. Интересная особенность некоторых втулок высокого класса состоит в том, что они разбираются при помощи лишь одного шестигранного ключа. Но радиальные подшипники плохо переносят осевые нагрузки, иногда возникающие в велосипедных колесах.
Втулки Mavic Deemax
Эти втулки Mavic ставит на свои одноименные бескамерные колеса топового класса. Эти втулки отдельно от колес не продаются. Задняя втулка разбирается за 20 секунд с помощью ключа для регулировки подшипников (идет в комплекте) и двух шестигранников на 5 мм. Устроено там все чрезвычайно просто (смотрите схему ниже). Два подшипника, две собачки, ось, состоящая из трех частей. Все совершенно доступно для чистки/ремонта своими силами даже для тех, кто особо не умудрен опытом возни с веложелезом. Разумеется, подшипники во втулках - закрытые и необслуживаемые (т.н. "промышленные") - по два в каждой втулке. Однако Mavic предлагает их периодически регулировать и дает для этого специальный ключ. При этом в инструкции написано, что для этой "деликатной операции" следует обратиться в сервис Giant-Russia в Москве.
Внутреннее устройство втулок Deemax 02
Внутреннее устройство втулок Deemax 05
Втулки Shimano с полой осью E-thru (XTR/DEOREXT/SLX)
Также для топовых линеек компонентов Shimano относительно недавно разработала систему эксцентрика полой оси E-thru, не требующую инструментов, оптимизирует жесткость и балансировку веса и обеспечивает легкость действия с внутренним кулачковым механизмом и новой структурой крепления. Система полой оси 15 мм на 15% жестче по крутящему моменту и на 25% жестче на поперечный сдвиг, чем традиционная система передней оси 9 мм с эксцентриком. Имеется также система полой оси 8 мм для втулки туристского велосипеда/гибрида и динамо-втулки.
Такие втулки представлены в линейках XTR, XT, SLX и имеют цифру 8 в конце номера модели НВ-М978, НВ-М778, НВ-М758, НВ-М668.
Крепление роторов
Втулки велосипедов подразделяются на обычные и дисковые. Дисковые втулки предусматривают возможность установки дисковых тормозов на велосипед, т.к. ротор дискового тормоза размещен на втулке.
Различают два стандарта крепления ротора, которые не совместимы друг с другом:
- ISO . Крепление ротора с помощью 6 болтов.
- Center Lock . Шлицевое крепление ротора, используемое компанией Shimano.
Втулки E-thru используют только крепление Center Lock:
О замене спиц
Для передней втулки, не имеющей дискового или барабанного тормоза, замена лопнувших спиц не представляет никакой проблемы, так как спицу можно легко завести во фланец втулки сбоку. Но этот вариант малоприменим в случае, если рассматривается втулка с дисковым тормозом или задняя втулка. Для установки спицы во фланец, придется снимать ротор тормоза и звезды, что сильно усложняет работу и требует применения специальных инструментов. Для упрощения этих операций компании Mavic и Shimano разработали втулки с нетрадиционным способом крепления спиц.
Mavic использует втулки с сегментированными фланцами под специальные прямые спицы. Заменить спицу в колесе, собранном на таких втулках, очень просто. Но сейчас колеса на таких втулках производит, насколько я знаю, только сам Mavic и их стоимость очень высока.
Shimano пошли по другому пути, создав новые бесфланцевые втулки DDH (directional design hub) в группе Deore (HB-M555 и FH-M555). Спицы традиционной формы (с загнутой расклепанной головкой) вставляются в изолированные от подшипников полости через прорези на корпусе втулки. Замена спиц производится без снятия каких-либо деталей, что очень удобно. Стоимость бесфланцевых втулок не очень сильно отличается от традиционных, что является их существенным плюсом. Единственный серьезный недостаток - в процессе эксплуатации, прорези на корпусе забиваются грязью, и снять спицы с колеса становится весьма проблематично.
Крепление оси втулки на раму велосипеда
Колесо крепится на велосипеде путем заведения концов оси втулки в пазы на перьях рамы и их последующей затяжки, которая может осуществляться либо гайками, накрученными на концы оси, либо при помощи эксцентрикового механизма или, как его еще называют, механизма quick release. Удобство использования эксцентриковой стяжки заключается в возможности быстрого снятия и установки колеса без использования инструментов, которая при необходимости иногда оставлять где-либо велосипед, в условиях нашей страны иногда превращается в недостаток. Второе преимущество - неизменность регулировки подшипников при затяжке эксцентрика после установки колеса на велосипед. Все современные втулки, кроме самых дешевых, снабжаются эксцентриковым механизмом.
Производители
Наибольшее распространение на данный момент получили втулки Shimano. Особенно это касается задних втулок, имеющих заметно более сложную конструкцию, чем передние: многие велосипеды комплектуются задними втулками Shimano и дешевыми передними втулками других производителей. Shimano выпускает втулки только на конусных подшипниках. Среди втулок задних колес для горных велосипедов лишь втулка группы Tourney имеет крайне устаревшую конструкцию с резьбовой трещеткой, остальные - более прогрессивную типа FreeHub. Втулки групп Tourney и Altus/Acera имеют самую простую грязезащиту, Alivio - более развитую, Deore - двойную, Deore LX и Deore XT - двойную защиту и улучшенную обработку беговых дорожек подшипников, XTR - наилучшую обработку, грязезащиту и шарики из нержавеющей стали. На мой взгляд - втулки Deore LX - лучшие втулки Shimano по соотношению цена/качество: Deore сильно уступает по своим характеристикам, а Deore XT значительно дороже. Другой известный производитель оборудования для горных велосипедов, выпускавший втулки на конусных и промышленных радиальных подшипниках - SRAM с 2002 перестал их выпускать. Точнее, он продолжает выпускать только втулки с внутренним переключением передач.
Большинство недорогих горных велосипедов комплектуется втулками Formula (с Тайваня), обладающими средненькими характеристиками. В отличие от них, другая Formula (из Италии) выпускает втулки, предназначенные для установки дисковых тормозов, на промышленных подшипниках. Правда, отзывы об их продукции очень неоднозначны - от восторженных до откровенно негативных. Дорогие и качественные втулки выпускают такие компании, как DT Swiss, Hope, Hayes, American Classic, Hadley, DMR, Novatec и некоторые другие. Встречаются и неплохие втулки от дочерних компаний производителей велосипедов: Coda, Scott Components и др.
Обслуживание
Сразу оговорюсь, что здесь речь идет только о наиболее распространенных типах втулок. Их обслуживание сводится к обслуживанию несущих подшипников: их чистке и замене смазки, а также регулировке, так как трещеточные механизмы ("орехи") втулок условно-неразборные, механизмы втулок типа "Торпедо" необслуживаемые, а другие типы механизмов встречаются весьма редко и должны иметь какие-то конкретные указания по обслуживанию в паспорте велосипеда. При умеренной эксплуатации переборку втулок для замены смазки следует производить раз в сезон или раз в 5000 км., при агрессивном использовании, обслуживание необходимо проводить чаще. В случаях появления люфта в подшипниках или посторонних звуков при вращении колеса переборку или регулировку необходимо проводить по возможности быстрее. Если во втулки попала вода, также желательно перебрать их. Втулки шоссейных и городских велосипедов могут перебираться реже в силу более щадящего режима эксплуатации. Втулки на промышленных подшипниках также должны обслуживаться.
В случае использования конусных подшипников стоит осмотреть поверхность шариков и беговых дорожек на предмет наличия трещинок и сколов и, в случае необходимости, заменить шарики и конуса. Перед закладкой свежей смазки, необходимо как следует вычистить втулку от остатков отработанной. Не стоит разжижать консистентную смазку жидкими маслами, иначе смазка будет легко вымываться и быстро срабатываться. Кроме обслуживания подшипников, пользуясь случаем желательно осмотреть втулки на предмет появления трещин в корпусах и, главное, на фланцах в зоне расположения спицевых отверстий.
Итоги
Работа втулки очень сильно зависит от типа подшипников, качества их обработки, а также качества уплотнений. Мягкость и легкость вращения подшипников определяется точностью изготовления, типом полировки беговых дорожек, и их поверхностным упрочнением. Чем выше поверхностная прочность беговых дорожек, тем меньше сопротивление вращению втулки, особенно под нагрузкой, но при этом может снижаться долговечность из-за склонности к выкрашиванию материала.
Чрезмерно плотный сальник будет существенно тормозить вращение втулки, а свободный будет плохо выполнять свои функции. Все современные втулки кроме самого низкого уровня имеют двойное уплотнение. В дорогих втулках, например DT Swiss, применяется лабиринтное уплотнение, которое более эффективно защищает внутреннюю полость втулки. В то же самое время, любая подобная защита помогает защитить подшипники лишь от летящей грязи и воды, поэтому не стоит лишний раз окунать втулки в воду.
Втулки являются одними из самых важных элементов велосипеда, будь это дорогой спортивный велосипед или простенький городской, ведь от их качества весьма существенно зависит накатистость, а значит и коэффициент полезного действия (КПД) велосипеда, высокое значение которого очень важно, ведь велосипедист при езде тратит не что-нибудь, а свои собственные силы. Недаром, подшипники качения впервые появились именно на велосипедах, а уже позднее распространились на множество других машин и механизмов.
НАЗНАЧЕНИЕ:
Современные втулки различаются по многим параметрам: назначению, материалам из которых сделаны, "начинке". Втулки, предназначенные для горных, гибридных и туристических, шоссейных или городских велосипедов различаются по таким показателям, как вес, прочность, качество защиты от внешних воздействий. Втулки передних и задних колес также существенно различаются. Во-первых, нагрузки на переднее колесо много меньше, чем на заднее, а значит, детали можно делать миниатюрнее и легче.
Во-вторых, на заднюю втулку возложен ряд дополнительных функций, таких как передача крутящего момента от педалей к колесу и многих других: задние втулки велосипедов почти всегда включают в себя механизмы свободного хода, нередко тормозные механизмы и, иногда, механизмы внутреннего переключения передач. Втулки с внутренним переключением передач (internal gear hubs), так называемые планетарные втулки, имеют столько отличий от традиционных, что будут рассмотрены позже в отдельной статье.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ
Общий вид большинства втулок примерно одинаков. Самой простой конструкцией обладают втулки переднего колеса обычного велосипеда. Это цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые теми или иными по конструкции пыльниками. Устройство задней втулки заметно сложнее. Общий вид представлен ниже. Обозначения на схеме: 1 - эксцентрик, 2 - сборка деталей на оси втулки, 3, 15 - контргайки, 4, 5, 7, 13, 14 - шайбы, 8, 12 - уплотнительные кольца, 9, 11 - конуса подшипников, 10 - ось, 16 - пыльник, 17 - полый болт крепления барабана втулки к корпусу, 18 - набор шариков, 19 - барабан ("орех"), 20 - шайба.
Корпуса
втулок могут быть точенными, литыми или штампованными, изготовленными из стали
или алюминиевых сплавов, хотя, стальные уже можно отнести к устаревшим. Точеные
и штампованные втулки обладают лучшими весовыми и прочностными характеристиками,
чем литые. Визуально точенные втулки можно отличить по следам резца на внешней
поверхности (спиральный след, похожий на очень мелкую резьбу). Втулки, предназначенные
для колес с радиальным спицевым набором, имеют упрочненные фланцы, способные
выдерживать чисто радиальные нагрузки, обычные втулки для этого не применимы.
Оси втулок могут быть стальными, алюминиевыми или титановыми. В последнее время
среди втулок высокого уровня появилась отчетливая тенденция к использованию
полых осей большого диаметра, имеющих меньший вес и большую жесткость.
К настоящему моменту наибольшее распространение получили втулки с радиально-упорными конусными подшипниками качения. Такие подшипники состоят из внешней и внутренней обоймы, набора шариков и, иногда, сепаратора. В качестве внутренней обоймы выступает конус, навинчиваемый на ось втулки, в качестве внешней - корпус втулки. Главные достоинства таких подшипников - ремонтопригодность и возможность регулировки по мере износа. Достаточно серьезное неудобство - сложность сборки (много деталей) и необходимость регулировки.
Другой тип подшипников, встречавшийся ранее только в отдельных моделях втулок для шоссейных велосипедов, это радиальные промышленные (неразборные) подшипники. Сейчас они все шире распространяются не только среди шоссейных, но и среди горных велосипедов. К их достоинствам можно отнести лучший КПД, простоту установки, отсутствие необходимости регулировки. С учетом легкой замены подшипника, ресурс втулки увеличивается многократно. Интересная особенность некоторых втулок высокого класса состоит в том, что они разбираются при помощи лишь одного шестигранного ключа. Но радиальные подшипники плохо переносят осевые нагрузки, иногда возникающие в велосипедных колесах.
|
О ЗАМЕНЕ СПИЦ
Mavic использует втулки с сегментированными фланцами под специальные прямые спицы. Заменить спицу в колесе, собранном на таких втулках, очень просто. Но сейчас колеса на таких втулках производит, насколько я знаю, только сам Mavic и их стоимость очень высока. |
КРЕПЛЕНИЕ ОСИ ВТУЛКИ НА РАМУ ВЕЛОСИПЕДА
Колесо крепится на велосипеде путем заведения концов оси втулки в пазы на перьях рамы и их последующей затяжки, которая может осуществляться либо гайками, накрученными на концы оси, либо при помощи эксцентрикового механизма или, как его еще называют, механизма quick release. Удобство использования эксцентриковой стяжки заключается в возможности быстрого снятия и установки колеса без использования инструментов, которая при необходимости иногда оставлять где-либо велосипед, в условиях нашей страны иногда превращается в недостаток. Второе преимущество - неизменность регулировки подшипников при затяжке эксцентрика после установки колеса на велосипед. Все современные втулки, кроме самых дешевых, снабжаются эксцентриковым механизмом.
ПРОИЗВОДИТЕЛИ
Наибольшее
распространение на данный момент получили втулки Shimano . Особенно это касается задних
втулок, имеющих заметно более сложную конструкцию, чем передние: многие велосипеды
комплектуются задними втулками Shimano и дешевыми передними втулками других
производителей. Shimano выпускает втулки только на конусных подшипниках. Среди
втулок задних колес для горных велосипедов лишь втулка группы Tourney имеет
крайне устаревшую конструкцию с резьбовой трещеткой, остальные - более прогрессивную
типа FreeHub. Втулки групп Tourney и Altus/Acera имеют самую простую грязезащиту,
Alivio - более развитую, Deore - двойную, Deore LX и Deore XT - двойную защиту
и улучшенную обработку беговых дорожек подшипников, XTR - наилучшую обработку,
грязезащиту и шарики из нержавеющей стали. На мой взгляд - втулки Deore LX -
лучшие втулки Shimano по соотношению цена/качество: Deore сильно уступает по
своим характеристикам, а Deore XT значительно дороже.
Другой известный производитель оборудования для горных велосипедов, выпускавший втулки на конусных и промышленных радиальных подшипниках - SRAM с 2002 перестал их выпускать. Точнее, он продолжает выпускать только втулки с внутренним переключением передач.
Большинство недорогих горных велосипедов комплектуется втулками Formula (с Тайваня), обладающими средненькими характеристиками. В отличие от них, другая Formula (из Италии) выпускает втулки, предназначенные для установки дисковых тормозов, на промышленных подшипниках. Правда, отзывы об их продукции очень неоднозначны - от восторженных до откровенно негативных.
Дорогие и качественные втулки выпускают такие компании, как DT Swiss , Hope, Hayes, American Classic и некоторые другие. Встречаются и неплохие втулки от дочерних компаний производителей велосипедов: Coda, Scott Components и др.
ОБСЛУЖИВАНИЕ
Сразу оговорюсь, что здесь речь идет только о наиболее распространенных типах втулок. Их обслуживание сводится к обслуживанию несущих подшипников: их чистке и замене смазки, а также регулировке, так как трещеточные механизмы ("орехи") втулок условно-неразборные, механизмы втулок типа "Торпедо" необслуживаемые, а другие типы механизмов встречаются весьма редко и должны иметь какие-то конкретные указания по обслуживанию в паспорте велосипеда. При умеренной эксплуатации переборку втулок для замены смазки следует производить раз в сезон или раз в 5000 км., при агрессивном использовании, обслуживание необходимо проводить чаще. В случаях появления люфта в подшипниках или посторонних звуков при вращении колеса переборку или регулировку необходимо проводить по возможности быстрее. Если во втулки попала вода, также желательно перебрать их. Втулки шоссейных и городских велосипедов могут перебираться реже в силу более щадящего режима эксплуатации. Втулки на промышленных подшипниках также должны обслуживаться.
Надо сказать, что для разборки втулки на радиально-упорных подшипниках требуются конусные ключи и съемник кассеты, в случае задней втулки, поэтому обычно проще сдать велосипед на переборку в мастерскую. При замене смазки необходимо использовать пластичную смазку типа Литола, ШРУС или другой качественной пластичной смазки. В случае использования конусных подшипников стоит осмотреть поверхность шариков и беговых дорожек на предмет наличия трещинок и сколов и, в случае необходимости, заменить шарики и конуса. Перед закладкой свежей смазки, необходимо как следует вычистить втулку от остатков отработанной. Не стоит разжижать консистентную смазку жидкими маслами, иначе смазка будет легко вымываться и быстро срабатываться.
Кроме обслуживания подшипников, пользуясь случаем желательно осмотреть втулки на предмет появления трещин в корпусах и, главное, на фланцах в зоне расположения спицевых отверстий.
ИТОГИ
Работа втулки очень сильно зависит от типа подшипников, качества их обработки, а также качества уплотнений. Мягкость и легкость вращения подшипников определяется точностью изготовления, типом полировки беговых дорожек, и их поверхностным упрочнением. Чем выше поверхностная прочность беговых дорожек, тем меньше сопротивление вращению втулки, особенно под нагрузкой, но при этом может снижаться долговечность из-за склонности к выкрашиванию материала.
Чрезмерно плотный сальник будет существенно тормозить вращение втулки, а свободный будет плохо выполнять свои функции. Все современные втулки кроме самого низкого уровня имеют двойное уплотнение. В дорогих втулках, например DT Swiss, применяется лабиринтное уплотнение, которое более эффективно защищает внутреннюю полость втулки. В то же самое время, любая подобная защита помогает защитить подшипники лишь от летящей грязи и воды, поэтому не стоит лишний раз окунать втулки в воду.
Втулки такого типа ставились на почти все Советские односкоростные велосипеды, а также на классические мотовелосипеды, до МВ-18 включительно. В посторйке самодельного мотовелосипеда тоже часто используются старые велосипедные колёса, а уж в восстановлении мотовелосипеда вроде Гауи или В-902 без переборки и нормальной работы такой втулки ну уж никак не обойтись! Но зачастую для дырчиководов эти втулки остаются этаким «чёрным ящиком», и весь уход оканчивается набиванием во втулку масла, что её нормальной работе, кстати, только вредит. А потом результат - тормоз при повороте педалей назад не работает, или работает плохо, а колесо болтается, люфтит...
Потому и пишется эта статья, раз уж есть фотоаппарат, Интернет и необходимость собрать себе хорошо работающую втулку такого типа.
Тип этот, надо сказать - весьма старый, конструкция начала широко применяться на велосипедах ещё в 1900-х годах, и конструкция втулок, производимых в СССР почти совершенно не менялась с конца 1950-х, все детали втулок, произведённых разными заводами - абсолютно взаимозаменимы, различия только мелкие, вроде клейм завода. Сейчас такие втулки вроде как не производятся - даже заповедник в Белоруссии - Минский завод на свои дорожные велосипеды ставит втулки чуть другого вида, подозреваю, что китайские - где и металл использован очень часто похуже, и конструкция хлипче...
Совсем старые втулки отличались креплением звездочки - она была на резьбе и контрилась гайкой наподобие как на каретке,только с левой резьбой.Такие звезды были на 20 зубов как правило. Также на таких втулках тормозной барабан имел половинки меньшего диаметра,соединенные не стальной пружиной,а латунной накладкой по всей поверхности барабана,с вырезом-галочкой. Сепараторы подшипников также имели другой вид. Все детали взаимозаменяемы с современными.
Устройство
Итак, о конструкции втулки шершавым языком не плаката, но инструкции:
Внутри корпуса 3 втулки размещены шариковые подшипники, механизм свободного хода и тормозной механизм.
Механизм свободного хода или ведущий механизм расположен в правой части втулки.
На оси 17 помещен ведущий конус 14, имеющий шариковую дорожку и пять фасонных гнезд, донные части которых выполнены по спирали. В пределах гнезд могут свободно перекатываться пять ведущих роликов 19, оси которых параллельны оси втулки. Поверх ведущего конуса с роликами надета чашка 10 с пятью прорезями, из которых ведущие ролики слегка выступают над ее цилиндрической поверхностью. С левой стороны чашки имеются два торцовых выступа (кулачка) с винтовой поверхностью, соприкасающихся с аналогичными выступами тормозного конуса 9. На шариковой дорожке ведущего конуса размещены одиннадцать шариков в сепараторе, образующих вместе с ведущим конусом и корпусом, на внутренней поверхности которого есть шариковая дорожка, правый подшипник свободного хода.
На внутренней шариковой дорожке ведущего конуса расположены семь шариков в сепараторе, правым конусом 16, навернутым на ось до отказа, подшипник рабочего хода, защищенный пылепредохранителем 15.
На ведущем конусе 14 с правой его стороны снаружи втулки на шлицах установлена ведомая звездочка 12 цепной передачи, закрепленная упорным кольцом 13. Левый конец оси 17 ввернут в левый конус 2, имеющий шариковую дорожку, на которой также расположены одиннадцать шариков в сепараторе. Они вместе с конусом и корпусом втулки образуют левый подшипник. На левый конус напрессован пылепредохранитель подшипника. Шарики всех подшипников задней втулки имеют диаметр 6 мм.
Тормозной механизм втулки состоит из тормозного барабана 4 и тормозного конуса 9, размещенного вместе с расположенными на нем деталями в правой части тормозного барабана 4. Левой стороной тормозной барабан надет на коническую часть левого конуса и предохранен от проворачивания имеющимися на его торце усиками, входящими в специальные пазы на левом конусе.
Левый конус всегда остается неподвижным относительно рамы велосипеда, так как тормозным рычагом 21 и хомутиком 22, расположенными с левой стороны втулки, он жестко связан с цепной вилкой рамы.
Тормозной барабан состоит из двух отдельных продольных половин, скрепленных кольцевой ленточной пружиной 5. На цилиндрической части тормозного конуса 9 имеются две лыски, на которых размещены два тормозных ролика 8, удерживаемых латунным сепаратором 20. Два слегка отогнутых наружу латунных язычка сепаратора скользят с некоторым трением по внутренней рифленой поверхности тормозного барабана. Шайба 7 и упорное кольцо 6 служат для удерживания сепаратора на тормозном конусе. Работают механизмы втулки следующим образом.
При повороте ведомой звездочки относительно корпуса втулки по часовой стрелке в начале рабочего хода педалей связанный со звездочкой ведущий конус начнет поворачиваться относительно чашки 10. Чашка в начале поворота конуса несколько запаздывает, так как ее торцовые выступы встречают сопротивление со стороны выступов тормозного конуса 9, вращающегося внутри тормозного барабана с некоторым трением. При повороте конуса относительно чашки примерно на 20" ведущие ролики 19, удерживаемые прорезями чашки, под воздействием спиральных поверхностей гнезд ведущего конуса выдвинутся наружу и заклинятся между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и гнездами ведущего конуса. В местах контакта роликов с внутренней поверхностью корпуса возникают значительные силы трения, прочно сцепляющие корпус с ведущим конусом. Теперь корпус втулки вращается со звездочкой как одно целое и через спицы вращающий момент передается на обод колеса. Во время рабочего хода вращение колеса осуществляется на двух подшипниках: левом подшипнике и малом подшипнике рабочего хода. Чашка при вращении увлекает за собой тормозной конус, который проворачивается внутри тормозного барабана во время всего периода рабочего хода. Момент трения, создаваемый язычками сепаратора тормозного конуса, невелик и при езде практически не ощущается. Так осуществляется рабочий ход велосипеда.
При прекращении вращения педалей велосипед продолжает движение но инерции. В этот момент корпус втулки при своем вращении обгоняет остановившийся ведущий конус 14 с сидящими в его гнездах роликами 19. Ролики, слегка поворачиваясь вокруг собственных осей, расклиниваются и свободно скатываются в более глубокие места спиральных гнезд конуса. Конус и корпус втулки разобщаются. Колесо вращается теперь на двух шарикоподшипниках в корпусе втулки: левом и правом подшипниках свободного хода.
Подшипник рабочего хода не работает. Осуществляется свободный ход велосипеда.
Если велосипед необходимо остановить, педали поворачивают в об ратную сторону, против хода велосипеда. При этом осуществляется торможение. Ведущий конус 14 поворачивается против хода колеса и посредством находящихся в его гнездах роликов 19 увлекает за собой чашку 1О. Чашка, упираясь своими торцовыми винтовыми выступами в тормозной конус 9, начнет поворачивать его внутри тормозного барабана 4. Поскольку сепаратор 20 поворачивается с некоторым трением о внутреннюю поверхность тормозного барабана, два тормозных ролика в, скользя полыскам тормозного конуса, выступают из окон сепаратора и, попав в продольные канавки рифленой внутренней поверхности тормозного барабана, не позволяют тормозному конусу проворачиваться дальше. С этого момента винтовые выступы чашки 10, взаимодействуя с тормозным конусом, начнут вдвигать его внутрь тормозного барабана 4. Под действием тормозного конуса барабан немного сдвигается влево и левой стороной надвигается на коническую" часть неподвижного левого конуса 2. При дальнейшем вдавливании тормозного конуса внутрь тормозного барабана последний раздвигается. Его половины, соединенные упругой ленточной пружиной 5, расходятся и, прижимаясь к внутренней поверхности корпуса втулки, создают силы трения, тормозящие колесо. Поворот барабана вместе с корпусом втулки исключается, так как отогнутые внутрь усики на левой стороне барабана, входящие в пазы неподвижного левого конуса 2, препятствуют повороту. Тормозной момент воспринимается левым конусом через тормозной рычаг, связанный с рамой велосипеда.
Взято отсюда: http://www.velonet.narod.ru/masterskaya/baza/ztv/ztv.html
Ещё не понятно? Не удивительно, я тоже не понимал...
Устройство в картинках
Тогда вот, что пишет инструкция (к велосипеду «Рига» 1950-х) о её работе, здесь постарались наглядно нарисовать:
Всё ещё не понятно? Тогда берите в руки колесо, ключи - и читайте дальше!
Как разобрать
Итак, пришло время разобрать втулку.
Сначала снимем с рамы. Как правило резьбы не сорваны, но люди с длинными ключами и сильными руками всё же бывают, так что сначала полностю открутим гайку крепления с одной стороны, потом - с другой.
Откручивая, придерживаем, при необходимости, за квадратный оконечник оси. Лучше всего квадратик фиксировать специальным отверстием в ключе "семейке", можно - струбцинкой или разводным ключём. Плоскогубцами - не стоит, легко сорвать грани.
Затем откручиваем плоскую гайку с прорезями, и снимаем шайбу:
На моём экземпляре гайка еще приличная, сделана до того, как рационализаторы начали свою вредительскую деятельность, но уже в 60-х эти гайки стали штамповать из какого-то мягковатого металла и чересчур плоскими, так что очень редко они встречаются удовлетворительные даже новыми. В большинстве случаев резьба на ней сорвана.
Эта гайка - важна, без неё будет самозатягиваться и-или саморазбалтываться.
Также важна и шайба, фиксирующаяся от проворачивания в пазу на оси, её не выкидывайте, если выступ сорвало - надо бы заменить.
Тормоза не отпускают если конусные поверхности изношены(типа-пандус),или не в размер сделаны,или люфт в колесе,как вариант-втулка неправильно собрана,не с той стороны.
Всё, поздравляю, можно вынимать самый страшный механизьм, распадаться ничего не должно! Раскидывающийся шариками подшипник - безжалостно меняем. Цена его невелика, а лучше явно станет. По крайней мере собрать легче...
Тормозной барабан вместе с фиксирующими роликами и выжимной деталью - просто снимаются с оси. Ось - вынимается также, без задержек.
Правый (маленький) конус тоже ходит по подшипнику, если есть подозрение, что шарики в нём не совсем хороши - снимаем металлический пыльник, и добираемся до шариков в обойме:
Осторожно! Пыльник легко повредить, подобрать похожий китайский можно, но сложно. Так что - сначала тщательно вымыть, вымочить в ВД, потом осторожно тянуть с разных сторон.
Остаётся неразобранным механизм фиксации рабочего хода с большими роликами:
Поддев тонкое пружинное колечко, можем вычистить отложения и отсюда:
Теперь можно снять, проверить и почистить большой правый подшипник:
При желании можно снять и звёздочку, поддев тонкой отвёрткой толстое пружинное кольцо. Но помните, что поставить его обратно чуть потруднее, чем снять...
Вот и всё - можно детальки мыть в керосине, проверять.
Отдельно взяв разжимной томозной барабан, и вставив в него детальку с латунными усиками и маленькими роликами - попробовать, как он работает, покрутив в разные стороны за торчащие пологие зубцы. Также можно увидеть, как большой левый конус входит пазами в барабан - это сделано для того, чтобы его при торможении ужержать тем самым рычагом, кторый стоит в пазах левого большого конуса. Иначе бы так и крутилось внутри...
Если сейчас, с чистыми детальками в руках, вернётесь к первому посту и цветным картинкам - будет легче понять устройство и принцип работы.
Ключевое - когда крутишь в нужную сторону - ролики (что большие, что маленькие) выдвигаются.
Большие, круья педали вперёд - прижимаются ко внешней стенке втулки, и можно крутить педали, ехать. Снимаем усилие - ролики возвращаются, "въезжают", и скользят - это свободный ход.
Крутим педали назад - плогие зубцв начинают вжимать деталь с латунными усиками, маленькие ролики на ней выдвигаются, прижимаются к канавкам внутри тормозного барабана. Барабан разжимается (она состоит из 2 половинок) - тормозим, трением обо внешнюю стенку втулки. Снова - усилие снимаем, и ролики возвращаются.
Вот зачем - смазывать втулку толко жидким маслом - ролики должны очень легко ходить! Как её смазать, не разбирая и не замыв заодно вовнутрь пыли и песка, когда диверсанты убрали из конструкции пресс-масленку - загадка. Зато дешевле, технологичнее в производстве и рацуха внедрена...
Консистентной смазкой мазюкаем только непосредственно на шарики подшипников, и без фанатизма - дальше внутри втулки ЛИТОЛу делать нечего.
Разобрали? Теперь промоем (мне удобнее всего небольшой кистью в ванночке с соляркой, детали на фото выше - мыты не были по причине работы на кухне, просто протёр тряпочкой, помою позже) и читаем дальше!
Дефектация
В доставшейся мне втулке производства Рижского завода 1958 года было несколько характерных неисправностей, так что рассмотрим её как пример.
Хром сохранился весьма хорошо, клеймо, видимо, на заводе выбили неглубоко, но части латинских букв РВЗ и звезда - видны. Такие же клейма - на родных втулках мотовелосипеда Гауя.
Это тоже - характерная для Рижского завода конструкция маслёнки. Потом их (маслёнки) «зарационализировали», как «лишнюю» деталь, но до начала 70-х примерно они ещё встречались на новых велосипедах.
Внутри видны следы износа - втулка работала, ей достаточно много тормозили, прижимавшийся тормозной барабан проточил канавочки, но износ далёк до критичного - этой ещё ездить и ездить! Важно отметить - канавки, по которым катятся шарики подшипника в обойме - ровные, без каверн, ямочек, изъязвлений. Не идеальные, конечно, но хорошие.
А вот канавки ответной части - конуса левой стороны - оказались попорченные, равно как и сами шарики подшипников.
Поэтому подыскиваю из других втулок, купленных на барахолке и собранных по свалкам - целый конус с достаточно ровными канавками:
С правой стороны конус рабочего хода, который стоит на оси - оказался нормальным, равно как и сама ось, ровная, не гнутая (лучше всего видно во вращении, вставив, скажем, в дрель) и резьба на ней нигде не сорвана:
А вот шарики подшипника рабочего хода - таки увы, с кавернками, не совсем «мёртвые», но и не исправные:
На нижнем шарике видны точечки-выщербинки. Вообще, в случае с Советскими веловтулками версия об исключительно хорошем качестве подшипников производства СССР не подтверждается, шарики и дорожки конусов даже «старых годов» оказываются испорченными.
Это не очень страшно - конструкция и размер втулки разработана для допусков и металла начала 20 века, работать кое-как будет, «убить» совсем эту втулку сложно, но будет мало того, что похрустывать или тяжело крутится, но и невозможно отрегулировать - либо колесо болтается, либо ещё больше тормозит и разрушается всё дальше.
При нормальной переборке - дефектное заменяем. В веломагазинах Риги такие подшипники в обоймах - не редкость, стоят немного. Меняем!
Далее - деталька, фиксирующая тормозной барабан. Доставшаяся мне - в хорошем состоянии. Зубцы и этакий пологий «пандус» - целые, ровные, без сколов,как бывает. Латунная обойма ровная, не выгнута наружу слишком сильно, ролики целые, ходят хорошо.
Беда таких деталек последних годов выпуска - трубочка с плоскими усиками попадается из пластичной латуни, а не из пружинящей, соответственно - усики пригибаются и не работают. Как результат, задержка срабатывания тормоза.
Усики должны быть немного отогнуты, легко скользить по барабану - тогда нормально работает. Чересчур отогнёте - потрещит какое-то время, и сносится латунь. Не будет отогнуто - начнёт проркручиваться тормоз.
Именно стстояние этой детали часто - причина того, что втулка «не тормозит». Дело в том, что ролики в ней должны свободно, легко, без малейших задержек крутуиться и ходить, выступать при зажатии - если туда щедро набито солидола, консистентной смазки, да ещё добавилось пыли и частичек металла - ролики не будут выходить, и идут «прокруты» педали назад. Именно поэтому - такие втулки смазываются только жидким маслом, их нельзя забивать ничем вроде ЛИТОЛа.
Также для нормальной работы тормоза важно, чтобы и ответная для роликов часть - разжимающийся тормозной барабан - не был чрезмерно изношен, чтобы ролики попадали в этакие канавки, волнышки, а не скользили по ровной изношенной поверхности.
Повторюсь, здесь износ виден - но не критичен, снаружи остались бороздки, изнутри - прорези под ролики. Этот барабан - калёный, разжимной, изготавливается раскалывая надвое заготовку, так что если разбираете - то две половинки годятся только от одного, от разных брать - нельзя. Что ещё может быть испорченным?
Ну, со звёздочкой понятно - сами зубцы, по которым ходит цепь должны быть равномерными, иначе новая цепь на них будет хрустеть и очень быстро износится. Здесь - всё в порядке. Отметили - канавки под подшипники тоже живые.
На этой звёздочке Рижского завода есть овальные прорези, но позже их перестали делать. Они нужны, чтобы легче было спицы менять - не обязательно для этого снимать звёздочку.
На втулке видны три прорези, в которые входят выступы звёздочки - эти выступы бывают изношенными, звёздочка от этого болтается. Неприятно, но терпимо. Пружинное кольцо, держащее звёздочку на месте должно быть не ржавым чрезмерно, целым, не гнутым, полностю лежать в канавке.
С обратной стороны видно пылезащитное кольцо, которое стоит перед звёздочкой. Предыдущие хозяева его могли потерять, так что лучше его вернуть, чтобы в подшипники грязь меньше лезла. Канавки подшипников, традиционно, смторим на ровность, пазы для больших роликов - чтобы без сколов.
А вот это - испорченная деталь, на замену. На канавках для шариков подшипников хорошо видны кавернки, нормально работать не будет. К тому же звёздочка болталась, крепящие её выступы - заметно изношены, и нету уплотнительного пылезащитного кольца:
К выбору подшипников надо подойти с осторожностью, новоделные неясного происхождения могут быть некачественными. Можно также разобрать закрытый промподшипник с шариками соответствующего диаметра, и поменять только шарики. При смене только шариков - рекомендуется промерить их микрометром, отбраковать сильно выделяющиеся по размеру.
Сборка втулки
Собирается, как говорится, "в обратном порядке", но на всякий случай фотографии и пояснения:
Сначала на ось, с той стороны, на коорой квадратное окончание, навинчиваем конус, до упора, до конца резьбы, хотя бы и просто пальцами. Можно чуток затянуть, без фанатизма. Затем на конус ставим пыльник. Пыльник можно и во втулку со звёздочкой вставить - это смотря на чём он лучше держится.
Надеваем подшипник, смазанный смазкой (у меня смазка с дисульфидом молибдена, поэтому и черноватая). Напоминаю, остальные части, кроме подшипников - смазывать консистентной смазкой не надо! Их потом чуток польём минеральным маслом.
Не забываем про фигурную шайбу:
Затем, придерживая за квадратный конечик, закручиваем большой конус, крутя его за реактивный рычаг (это та блестящая штука, что крепится хомутиком к раме). Закручивать надо не до конца, а чтобы чуток был прослаблен, а то при окончательной затяжке слишком зажмёт. На этом этапе можно вставить в раму и уже прихватить тот коней, что с квадратиком, уже гайкой крепления колеса к раме.
Всё, накручиваем и опять таки, без фанатизма, ставим стопорящую гайку (напоминаю, она важна целой и здоровенной, а то вся конструкция будет самозакручиваться и самораскручиваться, и плохо тормозить или болтаться):
Заатем крепим реактивный рычаг хомутиком (рекомендую под него подложить резинку или картона, чтобы рычаг не мог ходить туда-сюда, в целях противодействия самораскручиванию) и затягиваем гайки крепления колеса. Если после затяжки гаек стало хуже проворачиваться - значит, маловато оставили прослабления при сборке, или провернулась шайба. Ослабляем обе гайки крепления, и крутя за квадратный хвостик, не снимая с хомута реактивного рычага - можно конусы чуток отпустить. Затем снова затянуть гайки, включая стопорящую. Крутится должно не заметно хуже, чем переднее.
Всё, поздравляю, сейчас можно накачивать колесо и ехать!
Специально для мотовелосипедистов - напоминаю, как ставится на колесо и моторная звёздочка:
Ровных дорог и надёжной работы двигателя!
И напоследок, для общего развития и информации...
Иные конструкции велосипедных односкоростных втулок
Нормально собранная втулка школьника ходит несколько лет без проблем, либо до того момента, пока в неё кто нибудь не полезет. Изнашиваться в ней особо нечему. Вся фишка в правильной установке деталей 20-22. Народ собирает как попало (неоднократно видел), а потом удивляются и говорят - Г. Проблема бывает обусловлена ещё тем, что после неправильной сборки, народ иногда просто ленится выправить погнутые детали или заменить шайбу с отломившимся усиком.
А вот ещё один интересный тип втулки, "Иди" (Eadie). Вот фотогафии втулки типа "Иди". Эта втулка с довоенного (1940г.) велосипеда МД-1, выпущенного Московким велосипедным заводом.
Внешний вид собранной втулки. Удивил типоразмер гаек крепления колеса: их размер под ключ всего лишь 14мм, при том что резьба на оси такая же как и на втулке "Торпедо" т.е. М10х1.
Все съемые детали извлечены из корпуса втулки:
Они же на оси:
Видна винтовая пара, за счет которой работает механизм свободного хода (при отсутствии вращения ведомой звездочки), механизм сцепления (при вращении ведомой звездочки по часовой стрелке) и механизм торможения (при вращении ведомой звездочки против часовой стрелки).
Принцип работы тормозного механизма:
Расторможено
Заторможено
Виды пустого корпуса втулки справа:
(удобные прорези для замены спиц без демонтажа ведомой звездочки!) и слева:
Видно ответную часть механизма сцепления.
Один из подшипников втулки насыпной:
Правда здесь шариков маловато, вероятно, часть шариков потеряна.
Неплохой конкурент втулке Торпедо - деталей меньше, проще, трущиеся поверхности больше.
Минусики - тяжелее, спицы разные.
Сергей Sbech
Обсуждение статьи «Велосипедные втулки»
Спасибо!
Прекрасно, подробно и грамотно написанная статья!
У нас в Тамбове запчасти к "Торпедовским" втулкам не проблема. Дмитрий
19.05.2015 в 08.14
Здравствуйте! Вопрос не из простых.
Прошу подсказать мне или указать/направить меня, если кто знает на источник, где можно узнать эталонные типоразмеры (более - внутренние и внешние радиусы чашек и осей и конусов и других частей) для данной втулки.
Очень прошу ответов. Любых.
Втулка - весьма серьезный узел, без которого велосипед невозможен, как класс. Если колесо - это рычаг, то втулка - это та самая опора, или шарнир, вокруг которой вращается весь велосипедный мир.
Втулки прошли длинный путь развития: от втулок на подшипниках скольжения до втулок с высокоточными промышленными подшипниками.
И, естественно, существует устойчивые мифы, связанные с втулками.
МИФ № 1. От втулок зависят потери энергии
Очень распространенное заблуждение. Вращение втулок практически не влияет на потери энергии (мощности) во время движения велосипеда. Неоднократно ставились различные эксперименты и проводились оценки, но результат был один: втулка с шарикоподшипниками - настолько совершенный узел, что потерями энергии можно практически пренебречь. В качестве примера приведем данные из книги Успенского «Теория велосипеда» (см. рис.). Потери во втулках заднего и переднего колес дорожного велосипеда на скорости 25 км/ч в сумме равны 0,47%! При этом потери энергии в кареточном узле с цепью - 4,5%, в переднем колесе - 7,4%, а в заднем - 18% от общих потерь. Потери в каретке с цепью и во втулках отличается в 10 раз, как минимум.
Рис. Суммарные потери мощности велосипеда («Теория велосипеда» И.А.Успенский)
Вывод простой: от втулок ничего не зависит.
МИФ № 2. Новые втулки крутятся легче, чем бывшие в работе
Не менее широко распространенное заблуждение. Есть такая наука трибология, которая объясняет, что такое износ, и как с ним бороться. И есть не менее известная «кривая износа» (см. рис.), которая показывает, что в начале работы правильно собранная втулка имеет минимальные зазоры и сравнительно тугое вращение.
Рис. Кривая износа
Затем начинается период приработки, длящийся иногда десятки часов, после чего узел (втулка) готов к нормальной работе и крутится уже легче, чем вначале. Это легко проверяется по вращению колеса: до приработки колесо после толчка сделает меньше оборотов и быстрее остановится, чем колесо, втулка которого находится в области постоянного износа (области 2 на рисунке). Дольше и легче всего крутится колесо с сильно «езженной» втулкой. Если дальше изучать кривую износа, заметим, что около точки 3 начинается область катастрофического износа узла с последующими гигантскими люфтами, хлябанием и выходом втулки из строя.
Дорогие втулки самых верхних групп, например, XTR, имеют, как правило, качественную сталь подшипников, тщательную закалку и обработку поверхностей и жесткие допуски и посадки. Но все равно, период приработки, пусть и чуть более короткий, остается. Вращение дорогих втулок несколько плавнее, чем дешевых, но кривая износа остается в силе. Разница же в легкости качения, по сравнению со втулками нижних групп, если и есть, то совершенно ничтожна, отличается на сотые и тысячные доли процента, и по мере износа быстро сходит на нет.
МИФ № 3. Конусные или промышленные
Главный узел втулки - подшипник. Существуют и конкурируют два типа подшипников: конусные (насыпные) и промышленные (радиальные, радиально-упорные, игольчатые). Много дискуссий было устроено, много копий сломано, много чая, кофе, пива, кваса, пепси... (ненужное подчеркнуть) выпито разгоряченными участниками, но воз и ныне там. Каждый остается при своем, как тупоконечники с остроконечниками из книги Свифта. В общем-то, существенной разницы между этими типами узлов по весу, габаритам, ресурсу, легкости вращения (само собой!) и т.д. - нет. Есть некоторые особенности каждой конструкции, не более. Нагрузка в конусных подшипниках направлена более удобно, и конструкторам втулок под промышленные подшипники приходиться изощряться, дабы получить простой и технологичный узел. Нередко им это удается.
Втулки с конусными подшипниками встречаются гораздо чаще, пример - все втулки фирмы Shimano. Их особенности: с одной стороны, ремонтопригодность и регулировка по мере износа, а с другой стороны - их сложнее собирать и точно настраивать.
Втулки с промышленными подшипниками от CRISS KING, CANE CREEK, DT Swiss и т.д в последнее время постепенно догоняют по массовости конусные. Из их особенностей отметим простоту сборки/разборки, они не нуждаются в регулировке, торцевое и радиальное биение стандартных промышленных подшипников меньше; недавно появились и регулируемые промоподшипники, но регулировать зазоры радиальных подшипников по мере износа затруднительно, к тому же они плохо переносят осевые нагрузки. Такие подшипники легко заменить, но в отечественных условиях их бывает сложно найти.
Резьбовая трещотка или шлицевой барабан
Традиционные задние втулки имеют справа стандартную резьбу, на которую навинчена трещотка Freewheels с блоком звездочек. Храповой механизм (свободного хода) с собачками расположен внутри трещотки. Важным достоинством конструкции является полная стандартизация и взаимозаменяемость трещоток и втулок. Но недостатков у нее было гораздо больше:
- избыточный вес по сравнению с кассетными втулками;
- недостаточная прочность и жесткость узла (из-за габаритов трещотки расстояние между подшипниками было уменьшено, и оси колес часто гнулись и ломались);
- трещотка изнашивалась значительно дольше, чем звездочки, а заменять их было не всегда просто;
- возникали лишние потери энергии при вращении подшипников большого диаметра в трещотке;
- существовала неприятная возможность сорвать резьбу, особенно если корпус втулки сделан из алюминиевого сплава.
Много лет назад втулки нового стандарта Freehub Shimano в значительной степени заменили традиционные резьбовые. Их особенности и преимущества по сравнению с трещотками:
- меньшии вес;
- шлицевое крепление блока звездочек (кассеты);
- храповой механизм уменьшен и спрятан внутрь шлицевого барабана (ореха);
- уменьшились потери на вращение в подшипниках храпового механизма;
- расстояние между подшипниками возросло, а значит, втулка стала прочнее и жестче, нагрузки на подшипники уравнялись;
- сорвать кассету со шлицов практически нереально;
- заменять кассету,тасовать звезды стало проще и дешевле.
Рис. Втулка резьбовая под трещотку
1 - контргайка, 2 - стопорная шайба, 3 - левый регулировочный конус, 4- ось, 5 - левый пыльник, б - шарики левого насыпного подшипника, 7 - левая чашка подшипника, 8 - корпус втулки, 9 - правая чашка подшипника, 10 - шарики правого насыпного подшипника, 11 - правый конус, 12 - пыльник, 13 - стопорная шайба, 14 - внутренняя гайка, 15 - проставочная шайба, 16 - контргайка
Втулки раньше делали из стали, а сейчас основной материал их изготовления - алюминиевые сплавы. Изредка, как экзотику, используют титан. В любом случае стальными остаются сами подшипники (конусные или промышленные) и механизм свободного хода. Сталь всем хороша, но имеет большой удельный вес. Возможно, в будущем и стали найдут достойную замену.
Шлицевые барабаны обычно делают из стали. Но для гонок и ради уменьшения веса бывают барабаны из алюминия или титана (Shimano XTR). Дабы жизнь наша не казалось медом, в пику Shimano фирма COMP AGNOLO создала свой стандарт шлицевого барабана (ореха). В результате кассеты и барабаны Shimano и COMP AGNOLO не взаимозаменяемы.
Движущая часть задней втулки - храповой механизм (механизм свободного хода). Устройство этого механизма у трещоток и кассетных втулок, в принципе, одинаково, отличаются только размеры. Две, три или четыре (у втулок American Classic - шесть) подпружиненные собачки цепляются за зубцы храповика и раскручивают заднее колесо. Во время холостого (свободного) хода цепь не движется, собачки прижаты, а храповик свободно вращается. Такова начинка массовых задних втулок. Работают они достаточно надежно, но их слабое место - собачки и пружинки, которые сильно нагружены и, бывает выходят из строя.
Производятся и более продвинутые задние втулки, не имеющие таких недостатков, в них просто нечему ломаться. Это, например, CRISS KING, DT SWISS и некоторые другие, они имеют на оси два стальных зубчатых кольца и слшмающую их пружину. На холостом ходу кольца свободно крутятся рядом. А при нажатии на педали благодаря пружине сближаются, сцепляются и передают усилия на колесо.
Кроме того, существуют втулки с роллерным механизмом свободного хода. Можно сказать, что роллерная втулка - это роллерный тормоз наоборот. Эти втулки, несмотря на свои достоинства - большой ресурс, отсутствие собачек и зубчатых венцов, не заменили все остальные и занимают относительно скромную нишу на рынке.
Диаметры фланцев - отверстий во втулке, куда крепятся спицы, весьма важны для «крутильной» и боковой жесткости колеса. Большие фланцы дают больше жесткость и прочность колеса. Но при увеличении размера фланцев возрастают вес и вредный момент инерции колеса. Новые бесфланцевые втулки, с прорезями, а не круглыми отверстиями под спицы в теле втулки, «не пошли», несмотря на то, что замена спиц с ними заметно упростилась.
Втулки могут иметь устройства для торможения: дисковые, роллерные, барабанные или быть оснащены внутренним ножным тормозом типа «Торпедо» (у Shimano таким является ножной тормоз NEXUS). У втулок под дисковые тормоза слева имеется узел для установки ротора. Есть два стандарта таких узлов: более распространенный 6-болтовый (ротор крепится болтами к левому фланцу втулки) и разработанный фирмой Shimano шлицевой Center Lock. У последнего на цилиндр со шлицами устанавливается ротор и зажимается контргайкой. Тормоза роллерные и типа «Торпедо» чаще всего применяются на городских (ситибайках) и комфортных велосипедах. Барабанные тормоза - раритет, их почти 100 лет назад разработала и до сих пор использует для своих велосипедов фирма Sturmey-Archer.
Втулки обычно имеют защиту от осадков, пыли, песка и грязи. Это могут быть простые резиновые пыльники или более сложные уплотнения (контактные, лабиринтные). С одной стороны это благо - ресурс, срок службы значительно возрастает, а с другой стороны несколько возрастают потери. Увеличенный ресурс перевешивает. К сожалению, никакие, даже весьма изощренные конструкции пыльников и уплотнений велосипедной втулки не защищают ее полностью. Ежели пришлось окунуть велосипед в воду или пересечь на ходу глубокий (выше ступицы) брод, особенно если вода соленая, то выход один - переборка и смазка втулок, во избежание!
Крепление колеса (осевые стандарты)
Втулки выполняют еще одну важную задачу, помогают крепить колеса к дропаутам вилок и задних перьев рамы. Основой для этого является силовой элемент втулки - ось. Оси втулок бывают стальными, алюминиевыми и, изредка, из титана. Стандартов осей много: 17, 15, 12, 10,9 мм. Для экстремальных дисциплин достаточно давно стандартом стали передние втулки с осями 20 мм.
Ось втулки вставляется в вырез дропаута, и на дешевых или детских велосипедах зажимается с помощью гаек. При этом такие оси бывают обычно сплошными. Большинство велосипедов сейчас имеют втулки с полыми осями и комплектуются эксцентриками типа Quick Release. Тяга эксцентрика вставляется внутрь оси втулки, а с обратной стороны тяги навинчивается специальная гайка. После чего поворотом рычага втулка с колесом прочно прижимается к дропаутам.
При развитии байков для экстремальных дисциплин выяснилось, что обычным втулкам не хватает прочности и жесткости. И появились втулки со стальными осями диаметром 20 мм (QR20). При этом требовалась намертво зажимать стягивающую гайку эксцентрика с помощью ключей. Прочности им было не занимать. Но не радовал и вес и необходимость носить с собой инструмент для установки и снятия колеса. И в 2005 году модельный ряд вилок Rock Shox был создан для использования с новым типом эксцентрика «MAXLE» фирмы Sram. Идея новинки состоит в отсутствии стягивающей гайки на противоположном конце эксцентрика. Резьба, которая держит ось, нарезана внутри одного из дропаутов вилки, и эксцентрик также имеет соответствующую резьбу.
Сначала ось эксцентрика вдевается в один из дропаутов, а затем ввинчивается в дропаут с внутренней резьбой, и при повороте рычага в закрытое положение, рассеченная на четыре лепестка трубка-корпус раскрывается и крепко блокируется внутри дропаутов.
Втулка с такой экстремальной 20 мм осью (Thru Axle) может быть использована только с дисковыми тормозами. Эксцентрик аналогичной системы разраоотан и для заднего колеса. В 2008 Г. появился новый, облегченный почти на 40% и предназначенный для кросс-кантри и марафонов вариант «Maxle Lite». Вес снижен за счет более тонкой стенки алюминиевой трубки-корпуса, облегчения всей конструкции эксцентрика с заменой некоторых деталей на алюминиевый сплав. Первая ХС вилка RockShox линейки Reba с креплением «Maxle Lite» выйдет уже в 2009 году.
Почти одновременно с «Maxle Lite» появился очередной стандарт крепления переднего колеса E-thru, сконструированный совместно фирмами Shimano и Fox. При диаметре оси в 15 мм им удалось сделать более легкий и весьма прочный аналог известным 20 мм осям. Длина втулки OLD - 100 мм, и предназначена она для All-Mountain, кросскантри и марафонских гонок. Пока применяется только в группах XTR и DEORE XT, но, вероятно, список скоро будет расширен. Новый стандарт под названием 100x15, или, как написано в мануале Fox, 15QR, будет открыт для производителей втулок, вилок и колес.
Рис. Дисковая втулка FRM с промышленными подшипниками Rear Hub for МТВ FL-M TEAM DISC - Modified
1 - ось (135 мм), 2 - колпачок оси, 3 - регулировочная гайка, 4-пыльник, 5-шлицевой барабан храпового механизма в сборе, 6 - контргайка, 7 - шайба, 8 - левый подшипник втулки, 9 - фланец тормозного диска на б болтов, 10 - контргайка фланца, 5а - правый подшипник втулки, 5Ь - шайба, 5с, 5i -подшипники храпового механизма, 5d - шлицевой барабан, 5е - пыльник храпового механизма, 5f - пружинное кольцо, удерживающее собачки, 5h - две собачки, 5д - болт-фиксатор храпового механизма
Существует еще один стандарт крепления заднего колеса, достаточно давно представленный группой SAINT фирмы Shimano. Задняя втулка имеет вставную ось с головкой под шестигранный ключ (слева), а справа стягивается фиксирующей (зажимной) гайкой, которая встроена в задний переключатель на место монтажного болта. То есть переключатель «висит» на оси задней втулки, хотя обычно его устанавливают ниже - на «петухе». Более высокая подвеска переключателя дает много плюсов с точки зрения надежности, прочности и уменьшения вероятности повреждений во время гонок. Втулки имеют два типоразмера: классический размер (OLD) 135 мм и быстро развивающийся - 150 мм с 12 мм осью.
Динамо-втулки
И последнее. Получая 3 Вт электроэнергии, мы тратим на это собственные силы и энергию. Как оценить, много ли это? Профи высокого уровня в часовой гонке развивает мощность порядка 450-480 Вт. Так что дополнительные затраты составят всего порядка 0,6%. При обычных поездках по дорогам с твердым покрытием длительная мощность велосипедиста составляет 100-200 Вт. И потери, соответственно, составят от 3% до 1,5%, что совсем немного.
Втулки с амортизацией
Есть и такие. Фирма Pantour suspension Hub решила удивить мир, предложив передние и задние втулки с внутренним амортизирующим элементом. Самую малость покрутив шарики в голове, легко сообразить, что пресловутый элемент не может быть стальной или даже титановой пружиной. На таких малых ходах, как 1/2 -1 дюйма, подобрать жесткость пружины не просто. Или она будет слишком «дубовой», или, что вероятнее, начнет пробивать при больших скоростях и на плохих дорогах. Эластомерный «ластик» к недостаткам пружины прибавит свою сильную зависимость от температуры, на холоде он просто затвердеет.
Кроме того, «нежные» эластомеры через пару-другую часов сильной нагрузки бывают подвержены «усушке и утруске», и требуется несколько часов для их «релаксации» - 3 восстановления размеров и упругих свойств. Остается только пневматика, что и было осуществлено. Цилиндрическая резиновая камера вставляется внутрь втулки и накачивается воздухом через клапан Шредера. Передняя втулка весит от 160 до 260 гр, задняя - около 490 гр. Идея, конечно, интересная, но вряд ли перспективная. Такие втулки с малыми ходами не много пользы дадут на плохой, «убитой» грунтовке. Они приспособлены для города, асфальта, парков и прочей цивилизации. Но тогда их легко можно заменить шинами-баллонами больших габаритов, и получить аналогичную амортизацию за смешные деньги без лишних проблем.
Рис. Втулка с внутренней амортизацией
1 - направляющая скоба, 3 - фланец втулки,4 - упругий элемент, 5 - конус, 6 - внутренний барабан, 7 - перо вилки, v - ход амортизации, до 24 мм, h - горизонтальное смещение оси втулки, менее 5 мм. В - направление движения.
О планетарных втулках читайте в главе «Коробки передач, вариаторы, планетарные втулки».
Андрей Григорьев
Втулки – одни из самых важных и, нередко, дорогих узлов велосипеда, будь это дорогой спортивный байк или простенький подростковый. От их качества весьма существенно зависит накатистость, а значит и коэффициент полезного действия велосипеда, что немаловажно – ведь байкер при езде тратит свои собственные силы. Недаром, подшипники качения впервые массово появились именно на велосипедах, а уже позднее распространились на множество других машин и механизмов.
Общие особенности конструкции
Втулки, предназначенные для велосипедов, различаются по таким параметрам, как наличие дополнительных устройств, прочность и тип защиты от внешних воздействий. Соответственно, существенно различаются и вес, и цена. И если втулки горного и шоссейного велосипеда имеют примерно одинаковое строение, то втулки со встроенными тормозами уже отличаются весьма существенно, а втулки с внутренним переключением передач – кардинально.
Самая простая конструкция – у втулки переднего колеса обычного велосипеда. Цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые пыльниками. Устройство задней втулки любого велосипеда заметно сложнее.
Задние втулки многоскоростных велосипедов, не считая планетарных, могут быть двух видов. Устаревшие резьбовые втулки, где трещетка, т. е. блок звезд вместе с храповым механизмом, навинчивается на втулку или современные – барабанные (Freehub ), где храповой механизм является частью втулки, а кассета представляет собой лишь набор звезд. Кроме втулок с традиционным храповым механизмом, встречаются так называемые «роллерные» втулки, которые гораздо лучше выдерживают ударные нагрузки на механизм свободного хода и со звездообразным механизмом, например, в DT Hügi.
Корпуса современных втулок могут быть литыми, точенными или штампованными, изготовленными из алюминиевых сплавов и, частично, сплавов титана. Сейчас наиболее распространены точенные и штампованные алюминиевые втулки. Втулки, предназначенные для колес с радиальным спицевым набором, имеют упрочненные фланцы, способные выдерживать радиальные нагрузки. Оси втулок могут быть стальными, алюминиевыми или титановыми. В середине 2000-х появились передние втулки со сквозными осями диаметром 15 или 20 мм и задние с осями 12 мм.
Втулки горных велосипедов подразделяются на «обычные» и «дисковые», т. е. предназначенные для установки на них роторов дисковых тормозов. Сейчас распространены два несовместимых стандарта крепления роторов: ISO на шести болтах и шлицевое со стопорным кольцом, так называемый Shimano Center Lock .
Колесо может крепиться на раме или вилке либо гайками – только на недорогих велосипедах, либо при помощи эксцентрикового механизма (quick release ). Удобство использования эксцентриковой стяжки заключается в возможности быстрого снятия и установки колеса без использования инструментов. Двадцатимиллиметровые оси для DH крепятся при помощи эксцентрика и болтовой стяжки ног вилки.
Современные втулки горных велосипедов от среднего уровня имеют двойное контактное уплотнение. В дорогих втулках, например DT Swiss, и втулках шоссейных велосипедов применяется лабиринтное уплотнение, которое создает меньньшее сопротивление вращению колеса, чем контактное, но несколько хуже защищает от грязи и воды.
Типы подшипников
К настоящему моменту наибольшее распространение получили втулки с радиально-упорными конусными подшипниками качения. Например, все втулки Shimano используют именно такие подшипники. Подшипники состоят из внешней и внутренней обоймы, набора шариков и, иногда, сепаратора. В качестве внутренней обоймы выступает конус, навинчиваемый на ось втулки, а внешняя обойма впрессована в корпус втулки. Главные достоинства подшипников этого типа – ремонтопригодность и возможность регулировки по мере износа. Из недостатков – сложность сборки (много деталей) и необходимость регулировки .
Другой тип подшипников, встречавшийся ранее только во втулках шоссейных велосипедов, это радиальные обойменные (промышленные) подшипники. Сейчас они распространились и среди втулок для горных велосипедов. К достоинствам можно отнести меньшие потери на трение , простоту сборки втулок, отсутствие необходимости регулировки. С учетом легкой замены подшипника, ресурс втулки увеличивается многократно. Но радиальные подшипники плохо переносят осевые нагрузки , иногда возникающие в велосипедных колесах. Интересная особенность некоторых подобных втулок высокого класса состоит в том, что они разбираются при помощи лишь одного шестигранного ключа.
О замене спиц
Для передней втулки, не имеющей дискового тормоза, замена лопнувших спиц не представляет никакой проблемы, так как спицу можно легко завести во фланец втулки сбоку. Но этот вариант малоприменим в случае, если рассматривается втулка с дисковым тормозом или задняя втулка. Для установки спицы во фланец, придется снимать ротор тормоза и кассету, что сильно усложняет работу и требует применения специальных инструментов. Для упрощения этих операций Mavic разработали втулки с нетрадиционным способом крепления спиц.
Mavic использует втулки с сегментированными фланцами под специальные прямые спицы. Заменить спицу в колесе, собранном на таких втулках, очень просто. Shimano пробовали пойти по другому пути, создав бесфланцевые втулки DDH (directional design hub) и втулки с небольшим количества спиц, размещенных ниппелями ко втулке (ступенчатые фланцы) с закреплением не по центру обода, как это бывает обычно, а по его бокам. Сейчас, правда, они пошли по пути Mavic.
Производители
Наибольшее распространение на данный момент получили втулки Shimano . На недорогих велосипедах – различных китайских производителей, поставляющих их только на сборочные конвейеры.
Дорогие и качественные втулки выпускают такие компании, как DT Swiss, Hope, Hayes, American Classic, Tune, Chris King и некоторые другие. К втулкам высокого уровня можно отнести и втулки Shimano XTR. Их стоимость может составлять от $100 до $300.
Итоги
В заключение стоит упомянуть, что качество работы втулки очень сильно зависит от типа подшипников, качества их обработки, а также качества уплотнений. Мягкость и легкость вращения подшипников определяется точностью изготовления деталей, типом полировки беговых дорожек и шариков подшипников, их поверхностным упрочнением и соблюдением допусков. Но помните, что, какого бы высокого уровня не были втулки на вашем велосипеде, все же, не стоит лишний раз окунать их в воду, на пользу это не пойдет.
Загрузка...