Велосипедное колесо

Велосипедное колесо — часть оборудования велосипеда, сбалансированная конструкция, состоящая в общем случае из втулки, спиц, обода, камеры и покрышки.

Велосипедное колесо

Велосипедное колесо

Современный велосипед имеет два колеса, как правило, одинакового диаметра (детские и специальные велосипеды могут иметь и разные колёса, и дополнительные колёса для обучения катанию); рулевое переднее колесо и ведущее заднее колесо, связанное с педалями зубчато-цепной передачей. В подавляющем большинстве велосипедов используются спицевые колёса с пневматическими камерами. Обод держится на оси (втулке) на растянутых стальных спицах, число которых может быть от 12 до 48 (для колёс диаметром 26" типично — 36 или 32). На дорогие спортивные велосипеды иногда устанавливаются колёса из 4-6 пар плоских углепластиковых спиц («Spinergy»), лопастные колёса (лопасти, в отличие от спиц, работают не только на растяжение, но и на сжатие, а также воспринимают боковую нагрузку) или дисковые колёса. Дисковые колёса, используемые прежде всего для велогонок, обладают наибольшей жёсткостью и хорошей аэродинамикой; однако их повышенная парусность создаёт проблемы при боковом ветре. По этой причине не делают сплошным переднее, рулевое колесо: при повороте парусность будет создавать большое сопротивление. Кроме того, колёса с жёсткими ободами (к которым относятся как дисковые, так и лопастные и многие спицевые, как правило, с малым числом спиц) имеют повышенный момент инерции, ухудшая динамику велосипеда.

Обод

Конструкция

Разные сечения одинарных ободов

От конструкции обода зависит жёсткость колеса, лёгкость возникновения его деформаций и возможность применения ободных тормозов (для применения таких тормозов боковые стенки обода должны быть параллельны).

На большинстве велосипедов сейчас устанавливаются коробчатые обода (с высокими стенками). На шоссейных велосипедах могут устанавливаться обода с низкими стенками .

Во многих ободах, предназначенных для езды по пересечённой местности, для придания колесу большей жёсткости внутри коробчатого обода добавляется дополнительная перегородка. Такие обода называются двойными.

Двойной пистонированный обод

Материал

Для изготовления колёсных ободьев велосипеда используют алюминиевые сплавы, сталь, карбон и пластик. Обода из алюминия, в сравнении с ободом из стали, прочнее, легче, менее подвержены коррозии и к тому же обеспечивают лучшее торможение в случае использования ободных тормозов. Иногда тормозные поверхности ободьев покрывают керамикой. Это улучшает качество торможения в дождливую погоду и значительно увеличивает срок службы обода колеса.

Спицы и ниппели

Спица велосипедного колеса

Основная статья: Спица

Основная статья: Ниппель

Спицы производят из стали, алюминия и титана. Изготавливались спицы и из карбонового волокна, но такие спицы показали себя хрупкими и опасными в эксплуатации. Спицы из стали цинкуются, хромируются или никелируются. Спица соединяет втулку колеса с ободом при помощи ниппеля, в который она вкручивается (со стороны обода). Ниппель изготавливают из стали, бронзы, алюминия. Нельзя комплектовать алюминиевые спицы с бронзовым ниппелем из-за явления электрохимической коррозии между разнородными металлами в присутствии влаги, которое затруднит протяжку и демонтаж спицы. По той же причине титановые спицы используют только с бронзовыми ниппелями, а со стальными спицами не используют алюминиевые ниппели. Для натяжки спиц используется спицной ключ, установка и натяжка производятся путём закручивания ниппеля. Спицы должны быть натянуты с одинаковой силой, чтобы равномерно распределять нагрузку и избежать появление "восьмёрки" на ободе.

Спицы бывают постоянного и переменного сечения. Спицы переменного сечения делятся на три вида:

• Single-butted имеют утолщение у конца с головкой. Иногда используются, когда нужна большая прочность на колесе с ободом со стандартными отверстиями.
• Double-butted имеют утолщения у концов и тонкую среднюю часть. такая конструкция позволяет производить более легкие, прочные и эластичные спицы. основной эффект данных спиц наблюдается при ударных нагрузках, когда спица сохраняет прочность в точках сосредоточения напряжений(у ниппеля и у фланца) и одновременно эластично растягивается, передавая часть нагрузки на соседние спицы.
• Triple-butted имеют три различных диаметра в сечении.
• Аэродинамические (эллиптические) спицы представляют из себя вариант double-butted, в котором утонченная часть имеет сечение в виде эллипса, что делает такую спицу немного более аэродинамической. Немаловажным моментом является то, что при сборке колеса с такими спицами лучше видны любые деформации кручения спицы.
• Аэродинамические (плоские) имеют более ярковыраженный плоский либо каплевидный аэродинамический профиль.

Single- и Triple-butted спицы позволяют решить одну из проблем конструкции колеса. Дело в том, что на спицах резьба накатная, а не нарезная и отверстия во фланцах должны быть больше диаметра спицы. Таким образом на спицы постоянного сечения создают на фланце неравномерную нагрузку, что отрицательно сказывается на усталостной прочности фланца.

Спицовка

Спицовка - это схема взаимного расположения спиц, втулки и обода. На колесах диаметром 26'' чаще всего встречается спицовка "в три креста" - каждая спица перекрещивается с тремя другими спицами того же фланца. Разумеется, самая распространённая спицовка не обязательно является самой лучшей, а, скорее, представляет собой некую "золотую середину". Наименьшую массу комплект спиц имеет при радиальной спицовке (ноль крестов), тогда как оптимальная жесткость и сопротивляемость колеса деформациям достигается при схеме в 4 креста (следует отметить, что при радиальной спицовке сильно увеличивается нагрузка на спицы и особенно фланец втулки). Смена спицовки подразумевает частичную или полную пересборку колеса - снятие спиц и их установку по новой схеме. Наиболее предпочтительный вариант имеет смысл выбирать в зависимости от характера езды на велосипеде. Существуют также экзотические схемы спицовки, однако какими-либо существенными плюсами они не обладают, если не брать в расчёт эстетику.

Втулка и ось

Основная статья: Втулка

Основная статья: Ось

Центральной деталью колеса является втулка, которая вращается вокруг неподвижной оси на двух подшипниках. Во втулке часто используются разборные шарикоподшипники (без сепараторов), а иногда и подшипники закрытого типа (промышленные подшипники, "промы"). К втулке крепятся обода посредством спиц(лопастей, диска). Втулка может содержать в себе тормозной барабан или иметь крепления для тормозного диска. Задняя втулка дополнительно может содержать в себе планетарную систему переключения передач, либо узел для крепления звёздочки (или "кассеты" звёздочек), обычно с механизмом свободного хода("трещоткой").

Покрышка, камера, флиппер

Поперечное сечение шины с ободом:
1 — обод; 2 — флиппер; 3 — тормозная поверхность; 4 — корд; 5 — камера; 6 — покрышка; 7 — протектор.

Характеристики велосипедных шин сильно различаются в зависимости от назначения велосипеда. Обычно велосипедные шины накачиваются воздухом, что позволяет регулировать жёсткость шины. Чаще всего такие шины состоят из камеры, удерживающей воздух, и покрышки. Такие шины называют клинчерными.

Покрышка

Покрышки различаются в основном размерами и рисунком протектора. Размер определяется двумя числами, обозначающими диаметр и ширину покрышки. Существует несколько стандартов обозначения размеров покрышек.

Зимняя покрышка с шипами

Рисунок протектора выбирается в зависимости от типа дорожного покрытия, по которому предполагается ездить. Для езды по дорогам с твёрдым покрытием выбирают узкие покрышки без ярко выраженного рисунка протектора — «слики». Для езды по мягкой почве выбирают более широкие покрышки с большими грунтозацепами — «грязевые». Обычно чем сильнее выражен протектор, тем лучше сцепление колеса, но тем выше сопротивление качению. Существует промежуточный вариант — так называемые «полуслики». На них грунтозацепы расположены только по краям покрышки, так что при езде по ровному жёсткому покрытию они не касаются дороги.

Для зимней езды выпускаются шипованные покрышки. Различают покрышки, шипованные в два ряда и в четыре. Последние дороже, но лучше держат на льду, в связи с чем четырёхрядную шиповку иногда применяют только на переднем колесе, а на заднее ставят двухрядную.

Для шоссейных велосипедов применяются узкие шины (18-27 мм) высокого давления. Рабочее давление клинчерных шин шоссейных велосипедов обычно 8 атм.

Чтобы покрышка сохраняла форму, внутри неё устанавливается металлический или кевларовый корд. Покрышки с кевларовым кордом легче и могут складываться, что удобно при их транспортировке. Также кевларовый корд не может сломаться и проколоть своим концом камеру, после чего покрышку уже нельзя использовать (она всё время будет прокалывать камеры), а с металлическими кордами такое случается.

Ниппель

Велониппель

Автомобильный

Presta

Ниппель позволяет накачивать воздух в шину, но не выпускает его обратно. На велосипедных колёсах встречаются три типа ниппелей:

• на камерах, выпускаемых в Советском Союзе чаще всего ставился велониппель (его иногда называют по фамилии изобретателя — Dunlop);
• очень часто встречается автомобильный ниппель, аналогичный ниппелям автомобильных колёс (также называемый Schrader);
• реже встречается ниппель Presta — спортивный.

Камера

Велосипедная камера с заплатой

Камера представляет собой резиновую трубку, замкнутую в кольцо с вмонтированным в неё ниппелем.

Камера — один из наиболее часто выходящих из строя элементов велосипеда. Распространёнными причинами повреждения камеры являются прокалывание острым предметом (шип растения, стекло и т. п.) и так называемый «змеиный укус» — два рядом расположенных отверстия, которые возникают при резком наезде на твёрдый выступающий предмет (камень, бордюр и т. п.), в результате чего шина проминается до обода и камера оказывается зажата между этим предметом и ободом.

Продаются специальные велоаптечки — наборы для заклеивания проколов в камере, а в далёкие поездки рекомендуется брать запасную камеру.

Флиппер

Флиппер

Чтобы концы спиц и острые края спицевых отверстий не повреждали камеру, между ободом и камерой прокладывается резиновая или полимерная полоска — флиппер.

Защита от проколов

Защита от проколов

Различные производители предлагают множество велосипедных шин с защитой от проколов в виде интегрированного пояса из высокоэластичного специального каучука или кевлара, который защищает камеру в области протектора. Дополнительная защита прибавляет вес покрышки, кроме того, она затрудняет монтаж, а иногда делает его невозможным без применения специального инструмента.

Неклинчерные шины

На шоссейных велосипедах могут устанавливаться однотрубки («трубки», «велотрубки»), в которых камера и покрышка представляют собой единое целое. Благодаря этому велотрубки несколько легче клинчерных шин и обладают меньшим сопротивлением качению за счёт отсутствия трения между камерой и покрышкой и большего рабочего давления (до 15 атм.), но их невозможно (или очень трудно) отремонтировать при проколе и неудобно монтировать в полевых условиях (такие трубки приклеиваются к ободу).

Шины горного велосипеда бывают бескамерными — в этом случае воздух в шине удерживается самой покрышкой, герметично прижатой к ободу. Ниппель при этом вкручивается в обод колеса. Прижатие покрышки осуществляется давлением воздуха, поэтому монтаж бескамерной шины невозможен без компрессора, способного быстро поднять давление в шине. В случае прокола бескамерной покрышки прокол может быть автоматически заклеен специальным герметиком, вязкой жидкостью, затвердевающей на воздухе, залитой внутрь покрышки. При отсутствии герметика единственный способ ремонта на месте — вывернуть ниппель из обода и смонтировать шину как обычную, воспользовавшись запасной камерой.

У детских велосипедов встречаются цельнолитые (непневматические) шины.

Размеры обода, покрышки, камеры

Существуют разные системы обозначения размеров ободов, покрышек и камер. Одним из них является международный стандарт ISO ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organization — Европейская техническая организация по ободам и покрышкам).

Деформации

Трудно переоценить роль колес в велосипеде — ведь именно через них передаётся усилие качения и торможения, статические нагрузки, вызванные массой самого велосипеда и велосипедиста, а также динамические нагрузки от неровностей дороги, прыжков, преодоления препятствий и т. п. Однако вне зависимости от характера нагрузок, большая их часть, так или иначе, воспринимается спицами. В то же время при нагрузках натяжение некоторых спиц падает, что может вызвать их расстройку, а это в свою очередь вызовет деформации обода, которые со временем могут стать весьма заметными, а иногда и опасными, привести к повышенному износу узлов велосипеда и повысить опасность его использования.

Восьмёрка

Восьмёрка - это искривление обода, при котором его часть, или части выходят из одной плоскости. Визуально проявляется в «вилянии» колеса при вращении. Может сопровождаться трением обода об тормозные колодки ободных тормозов, что вызывает повышенный износ тормозных колодок и несильное, но постоянное торможение при каждом соприкосновении колодки и обода.

Появление восьмёрки свидетельствует о снижении натяжения некоторых спиц. Восьмёрку желательно исправить как можно быстрее, иначе возможен ее рост, что может привести к поломке спиц, обода, втулки (фланцев). Восьмёрка может приводить к повышенному износу тормозных колодок, и снижению безопасности использования велосипеда.

Анализ: при вращающемся колесе посмотреть, меняется ли расстоянии от боковой части обода до колодок (при тормозах V-Brake), или от обода до рамы. чем сильнее восьмерка, тем сильнее «виляние». Низкое натяжение спиц также зачастую является показателем наличия деформаций колеса
Профилактика: как можно меньше подвергать колесо повышенным нагрузкам. Следить за натяжением спиц, поддерживать натяжение всех спиц равномерным и высоким
Исправление: подтяжка некоторых спиц, возможна в домашних условиях.

Яма

Нагрузка на колесо принимается всеми спицами, несколько отстоящими от места приложения нагрузки. При сильных точечных нагрузках и ослабленных спицах (о чем может свидетельствовать восьмерка) обод колеса может приобрести необратимые деформации — несколько прогнуться к центральной части.

Анализ: при вращающемся колесе посмотреть, меняется ли расстоянии от внешнего края обода до оси вращения. Резкое уменьшение и увеличение расстояния свидетельствует о наличии овала. Низкое натяжение спиц повышает вероятность получить «яму»
Профилактика: как можно меньше подвергать колесо точечным ударным нагрузкам. Следить за натяжением спиц, поддерживать натяжение всех спиц равномерным и высоким
Исправление: требует специальной аппаратуры и разборки колеса. имеет смысл только для дорогих ободов

Яйцо (овал, эллипс)

Деформация, при которой колесо теряет круглую форму и становится овальным, или яйцеобразным, носит название «овал» или, в просторечии, «яйцо». является следствием неравномерности натяжения спиц (спицы с одной стороны колеса сильнее натянуты чем с другой).

Анализ: при вращающемся колесе посмотреть, меняется ли расстоянии от внешнего края обода до оси вращения. плавное изменение расстояния свидетельствует об овале. Низкое натяжение спиц также зачастую является показателем наличия деформаций колеса
Профилактика: как можно меньше подвергать колесо повышенным нагрузкам. Следить за натяжением спиц, поддерживать натяжение всех спиц равномерным и высоким
Исправление: подтяжка спиц с той стороны колеса, где обод имеет выпуклость, возможно в домашних условиях.

Зонтик

Нижесказанное относится только к колесам со спицами Каждое колесо имеет два «зонтика» из спиц — с правой и с левой стороны. каждый зонт показывает и позволяет регулировать смещение обода(без деформаций оного) вдоль оси колеса. неправильное соотношение зонтов может привести к тому, что на высокой скорости и ровной дороге велосипед будет постепенно поворачивать в какую-то сторону. Слишком сильный зонт может привести даже к тому, что покрышка будет тереть раму, или вилку. На переднем колесе зонты справа и слева должны быть равными, а на заднем колесе зонт с левой стороны должен быть значительно больше.

Анализ: обод должен находиться строго посредине между труб рамы или вилки
Профилактика: Следить за натяжением спиц, поддерживать натяжение всех спиц равномерным и высоким
Исправление: подтяжка спиц справа или слева колеса, в зависимости от того, в какую сторону смещен обод, возможно в домашних условиях.

Дисбаланс

Колесо на хорошо отрегулированной втулке должно поворачиваться под тяжестью собственного веса. Практически на любом колесе существует некоторый дисбаланс, то есть одна часть колеса почти всегда тяжелее другой. Причина дисбаланса обычно в том, что обод имеет отверстие для ниппеля с одной стороны и точку соединения с металлической вставкой с другой. На велосипедах дисбаланс не так страшен, как на автомобилях. Регулировка дисбаланса может производиться установкой одного или нескольких катафотов на самые лёгкие части колеса. Некоторые современные колеса могут не поворачиваться под тяжестью собственного веса. В этом случае следует раскрутить колесо в руках, держа его за ось. Колесо с дисбалансом будет "биться" в своей плоскости.

Ссылки

• Сборка велосипедных колес. Шелдон Браун. — Московский велоклуб Караван
• Ремонт самой распространенной проблемы велосипедного колеса ("Восьмерки")