Велосипедное колесо -Bicycle wheel

Переднее колесо от гоночного велосипеда .
Велосипедное колесо с деревянным ободом
соски
Спицы
Поперечное сечение обода
Втулка Shimano Dura-Ace в стиле FreeHub

Велосипедное колесо — это колесо , чаще всего проволочное , предназначенное для велосипеда . Пару часто называют колесной парой , особенно в контексте готовых «стандартных» колес, ориентированных на производительность.

Велосипедные колеса обычно спроектированы так, чтобы входить в раму и вилку через дропауты и удерживать велосипедные шины .

Изобретение

Первое колесо, в котором использовалось натяжение металлических спиц , было изобретено сэром Джорджем Кейли для достижения легкости его планера 1853 года.

Строительство

Первые велосипедные колеса следовали традициям вагоностроения: деревянная ступица, неподвижная стальная ось (подшипники располагались в концах вилки), деревянные спицы и железная шина с термоусадкой. Типичное современное колесо имеет металлическую ступицу, проволочные натяжные спицы и обод из металла или углеродного волокна, на котором закреплена пневматическая резиновая шина .

Центр

Ступица — это центральная часть велосипедного колеса. Он состоит из оси , подшипников и кожуха ступицы. Корпус втулки обычно имеет два обработанных металлических фланца, к которым можно прикрепить спицы. Корпуса ступиц могут быть цельными с запрессовываемыми картриджами или свободными подшипниками или, в случае более старых конструкций, фланцы могут быть прикреплены к отдельному корпусу ступицы.

Ось

Ось крепится к дропаутам на вилке или раме. Ось может быть прикреплена с помощью:

  • Быстросъемный - рычаг и стержень, проходящие через полую ось, предназначенные для установки и снятия колеса без каких-либо инструментов (есть на большинстве современных шоссейных велосипедов и некоторых горных велосипедах).
  • Гайка - ось имеет резьбу и выступает за боковые стороны вилки/рамы. (часто встречается на треке, фиксированной передаче, односкоростной, BMX и недорогих велосипедах)
  • болт - в оси есть отверстие с нарезанной резьбой и в эту резьбу можно вкрутить болт. (встречается на некоторых односкоростных ступицах, ступицах Cannondale Lefty )
  • Сквозная ось - съемная ось с резьбовым концом, которая вставляется через отверстие в одной стойке вилки, через ступицу, а затем ввинчивается в другую стойку вилки. Некоторые оси имеют встроенные кулачковые рычаги, которые прижимают элементы оси к стойке вилки, чтобы зафиксировать ее на месте, в то время как другие для ее фиксации полагаются на стяжные болты на стойке вилки. Диаметры передних сквозных осей включают 20 мм, 15 мм, 12 мм и 9 мм. Задние оси обычно имеют диаметр 10 или 12 мм. Большинство сквозных осей используются в горных велосипедах, хотя они все чаще используются в циклокроссовых и шоссейных велосипедах с дисковыми тормозами. Сквозные оси постоянно фиксируют колесо в вилке или раме, что важно для предотвращения смещения тормозных дисков при использовании дисковых тормозов. В отличие от других систем осей (кроме Lefty), сквозная ось предназначена для вилки или рамы, а не для ступицы. Ступицы/колеса не включают оси, а ось обычно поставляется с вилкой или рамой. Обычно доступны адаптеры для преобразования колес, подходящих для большей сквозной оси, в меньший диаметр и в стандартные быстроразъемные соединения 9 мм. Это позволяет в некоторой степени повторно использовать колеса между рамами с различными характеристиками оси.
  • Гнездовая ось - полая центральная ось, обычно диаметром 14, 15, 17 или 20 мм, изготовленная из хромомолибдена и алюминия, с двумя болтами, ввинченными с каждой стороны. Эта конструкция может быть намного прочнее, чем традиционные оси, диаметр которых обычно составляет всего 8 мм, 9 мм, 9,5 мм или 10 мм. (встречается на втулках BMX более высокого класса и некоторых втулках для горных велосипедов)

С 1980-х годов в велосипедах используется стандартное расстояние между осями: ступицы передних колес обычно имеют ширину вилки 100 мм, опорные колеса с муфтами свободного хода обычно имеют ступицу заднего колеса шириной 130 мм. В горных велосипедах ширина задней ступицы составляет 135 мм, что обеспечивает зазор для установки тормозного диска на ступицу или уменьшения колесной тарелки для более прочного колеса. Фрирайд и даунхилл доступны с расстоянием 142 и 150 мм.

Подшипники

Подшипники позволяют корпусу ступицы (и остальным частям колеса) свободно вращаться вокруг оси. В большинстве велосипедных ступиц используются стальные или керамические шарикоподшипники . В некоторых ступицах используются исправные подшипники «чашка и конус», тогда как в некоторых используются предварительно собранные сменные подшипники «картридж».

Втулка свободного хода против втулки свободного хода

Ступица «чашка и конус» содержит свободные шарики, которые контактируют с регулируемым «конусом», навинченным на ось, и «гонкой», которая постоянно вдавливается в корпус ступицы. Обе поверхности гладкие, что позволяет подшипникам вращаться с небольшим трением. Ступицу такого типа можно легко разобрать для смазки, но ее необходимо правильно отрегулировать; неправильная регулировка может привести к преждевременному износу или выходу из строя.

В ступице с «картриджным подшипником» подшипники содержатся в картридже, который имеет форму полого цилиндра, внутренняя поверхность которого вращается относительно внешней поверхности с помощью шарикоподшипников. Производственные допуски, а также качество уплотнений могут быть значительно лучше, чем у шарикоподшипников со свободным креплением. Картридж запрессован в корпус втулки, а ось упирается во внутреннюю обойму картриджа. Сам картриджный подшипник обычно не подлежит обслуживанию или регулировке; вместо этого весь патронный подшипник заменяется в случае износа или отказа.

Корпус втулки и фланцы

Корпус втулки — это часть втулки, к которой крепятся спицы (или конструкция диска). Корпус ступицы колеса со спицами обычно имеет два фланца, отходящих радиально наружу от оси. Каждый фланец имеет отверстия или прорези, к которым прикреплены спицы. Некоторые колеса (например, Full Speed ​​Ahead RD-800) имеют дополнительный фланец в центре ступицы. Другие (например, некоторые от Bontrager и Zipp ) не имеют заметного выступа. Спицы по-прежнему крепятся к краю втулки, но не через видимые отверстия. Другие колеса (например, от Velomax/Easton) имеют втулку с резьбой, в которую вкручиваются спицы.

На колесах с традиционными спицами расстояние между фланцами влияет на поперечную жесткость колеса, при этом более широкое означает большую жесткость, а диаметр фланца влияет на жесткость колеса на кручение и на количество отверстий для спиц, которые может принять ступица, при этом больший диаметр обеспечивает большую жесткость и вмещает больше отверстия. Асимметричные диаметры фланцев, которые пытались смягчить неблагоприятные последствия асимметричного расстояния и тарелки, необходимой для задних колес с большим количеством звездочек, также использовались с небольшими преимуществами.

Ступичные тормоза

Некоторые ступицы имеют крепления для дисковых тормозов или являются неотъемлемой частью барабанных тормозов.

Заднее колесо складывающегося велосипеда Bootie 1960-х годов с барабанным тормозом Sturmey-Archer
  • Дисковые тормоза - дисковый тормоз состоит из круглой пластины или диска, прикрепленного к ступице, которая зажата между тормозными колодками, установленными внутри суппорта, прикрепленного к одной стороне колесных вилок. Тормозной диск можно прикрепить различными способами с помощью болтов или центрального стопорного кольца.
  • Барабанные тормоза - барабанный тормоз имеет две тормозные колодки, которые расширяются внутрь кожуха ступицы. Барабанные тормоза, установленные сзади, часто используются на тандемах в дополнение к заднему ободному тормозу и обеспечивают дополнительную тормозную способность.
  • Ножной тормоз - ножной тормоз - это особый тип барабанного тормоза, который приводится в действие обратным давлением на педали. Механизм находится внутри корпуса ступицы велосипедного колеса.

Информацию о других типах велосипедных тормозов см. в полной статье о велосипедных тормозных системах .

Шестерни

Задняя ступица имеет один или несколько способов крепления к ней шестерни.

  • Freehub — механизм, который позволяет водителю двигаться по инерции, встроен во втулку. Шлицы на корпусе муфты позволяют надевать одну звездочку или, чаще, кассету , содержащую несколько звездочек. Затем стопорное кольцо удерживает шестеренку(и) на месте. Так обстоит дело с большинством современных велосипедов.
  • Механизм свободного хода - механизм, который позволяет водителю двигаться по инерции, не является частью ступицы, он содержится в отдельном корпусе свободного хода. Ступица имеет резьбу, которая позволяет привинтить корпус трещотки, а корпус трещотки имеет резьбу или шлицы для установки звездочек или, в случае большинства односкоростных трещоток, встроенную звездочку. Этот стиль хаба использовался до того, как фрихаб стал практичным.
  • Звездочка гусеницы - нет механизма, позволяющего водителю двигаться по инерции. На корпусе втулки имеется два набора резьбы. Нити идут в противоположных направлениях. Внутренний (по часовой стрелке) набор резьбы предназначен для звездочки гусеницы, а внешний (против часовой стрелки) набор резьбы предназначен для стопорного кольца с обратной резьбой. Обратная резьба на стопорном кольце удерживает звездочку от отвинчивания от ступицы, что в противном случае возможно при замедлении.
  • Ступица флип-флоп - обе стороны ступицы имеют резьбу, что позволяет снимать колесо и переворачивать его, чтобы изменить используемую передачу. В зависимости от типа резьбы может использоваться либо с односкоростной муфтой свободного хода, либо с гусеничной звездочкой.
  • Ступица с внутренним зацеплением - механизм для обеспечения нескольких передаточных чисел находится внутри корпуса ступицы. Многие велосипеды с трехскоростными втулками с внутренним зацеплением были построены в прошлом веке.

обод

Обод Westwood, устанавливаемый на старинные велосипеды-родстеры со стержневыми / стременными тормозами, сегодня используется в современных традиционных универсальных велосипедах с барабанными тормозами .
Обод Endrick, устанавливаемый на спортивные велосипеды 1930-х, 40-х и 50-х годов, предшественник современных ободных тормозов .
Диски для трубчатых шин , называемые «спринтерскими дисками» в Великобритании и Ирландии.

Обод обычно представляет собой металлический профиль , который втыкается сам в себя, образуя обруч, хотя также может быть структурой из композитного углеродного волокна и исторически изготавливался из дерева. В некоторых колесах используется как аэродинамический углеродный обруч, прикрепленный к алюминиевому ободу, на который можно устанавливать обычные велосипедные шины.

Металлические велосипедные диски в настоящее время обычно изготавливаются из алюминиевого сплава , хотя до 1980-х годов большинство велосипедных дисков, за исключением тех, которые используются на гоночных велосипедах, изготавливались из стали и термопластика .

Ободья, предназначенные для использования с ободными тормозами , имеют гладкую параллельную тормозную поверхность, в то время как у ободов, предназначенных для использования с дисковыми тормозами или ступичными тормозами , эта поверхность иногда отсутствует.

Обод с рисунком Westwood был одним из первых дизайнов обода, и для этого обода были разработаны тормоза с стержневым приводом , которые прижимаются к внутренней поверхности обода. Эти диски нельзя использовать с ободными тормозами с суппортом.

Поперечное сечение обода может иметь широкий диапазон геометрии, каждая из которых оптимизирована для достижения конкретных целей. Аэродинамика, масса и инерция, жесткость, долговечность, совместимость с бескамерными шинами, совместимость с тормозами и стоимость — все это учитывается. Если часть поперечного сечения обода полая в месте крепления спиц, как на изображенном ободе Sprint, он описывается как коробчатый или двустенный, чтобы отличить его от одностенных ободов, таких как изображенный обод Westwood. . Двойная стенка может сделать обод более жестким. Трехстенные диски имеют дополнительное усиление внутри коробчатого сечения.

Алюминиевые диски часто армируются либо одинарными, либо двойными проушинами для распределения нагрузки на спицу. Единственное ушко укрепляет отверстие для спицы, как полая заклепка . Двойное ушко — это чашечка, вклепанная в обе стенки обода с двойными стенками.

Клинчерные диски

Установка ободной ленты вокруг 26-дюймового колеса (MTB). Лента для обода защищает внутреннюю камеру велосипедного колеса от отверстий для спиц, которые могут проколоть трубу, если она окажется внутри обода.

Большинство велосипедных дисков представляют собой «клинчерные» диски для использования с клинчерными шинами. Эти шины имеют борт из проволоки или арамидного ( кевларового или тваронового ) волокна, который сцепляется с фланцами на ободе. Отдельная воздухонепроницаемая внутренняя камера, окруженная ободом, поддерживает каркас шины и удерживает замок борта. Если внутренняя часть обода, к которой подходит внутренняя камера, имеет отверстия для спиц, они должны быть закрыты ободной лентой или полосой, обычно из резины, ткани или прочного пластика, для защиты внутренней камеры.

Преимущество этой системы заключается в том, что к внутренней трубе можно легко получить доступ в случае утечки, которую необходимо устранить или заменить.

Стандарт ISO 5775-2 определяет обозначения велосипедных дисков. Он различает

  1. Прямосторонние (SS) диски
  2. Ободки крючком (C)
  3. Крючковатые (HB) диски

Традиционные клинчерные диски были прямыми. В 1970-х годах появились различные конструкции «крючков» (также называемых «вязанием крючком»), чтобы удерживать борт шины на месте, обеспечивая высокое (6–10 бар, 80–150 фунтов на кв. Дюйм) давление воздуха.

Трубчатые или зашивные ободки

Некоторые диски предназначены для трубчатых шин , которые имеют форму тора и прикреплены к ободу с помощью клея. Обод имеет неглубокое круглое внешнее сечение, в котором находится шина, а не борта, на которые садятся борта шины.

бескамерный

Для системы бескамерных шин требуется воздухонепроницаемый обод, способный герметизировать шток клапана, отверстия для спиц (если они проходят через обод) и седло борта шины, а также совместимая шина. Универсальная бескамерная система (UST), первоначально разработанная Mavic , Michelin и Hutchinson для горных велосипедов, является наиболее распространенной системой бескамерных шин/дисков для велосипедов. Основным преимуществом бескамерных шин является возможность использовать низкое давление воздуха для лучшего сцепления без защемления, поскольку между ободом и препятствием нет камеры, которая могла бы защемить ее.

Некоторые велосипедисты избегают надбавки к цене бескамерной системы, закрывая отверстия для спиц специальной полосой обода или лентой, а затем герметизируя шток клапана и седло борта латексным герметиком. Однако шины, не предназначенные для бескамерного применения, не имеют такой прочной боковины, как те, которые есть.

Недостатки бескамерных шин заключаются в том, что они печально известны тем, что их сложнее установить на обод, чем клинчерные шины, и что велосипедист все равно должен носить с собой запасную камеру, чтобы вставить ее в случае спущенной шины из-за прокола.

Французский производитель шин Hutchinson представил бескамерную колесную систему Road Tubeless, которая во многом похожа на UST (Universal System Tubeless), разработанную совместно с Mavic и Michelin. Шоссейные бескамерные диски, как и диски UST, не имеют отверстий для спиц, выступающих в воздушную камеру обода. Фланец шоссейного бескамерного обода похож на закраину стандартного клинчерного обода, но имеет очень малые допуски для сцепления с дорожной бескамерной шиной, создавая герметичное уплотнение между шиной и ободом. Эта система устраняет необходимость в ободной ленте и внутренней трубе.

Все большее распространение получают бескамерные шины , соответствующие стандарту UST (Universal System Tubeless), разработанному французским производителем колес Mavic совместно с производителями шин Hutchinson и Michelin.

В 2006 году Shimano и Hutchinson представили бескамерную систему для шоссейных велосипедов.

Спицы

Обод соединен со ступицей несколькими спицами , которые представляют собой стержни. В то время как в ранних велосипедных колесах использовались деревянные спицы, которые можно было нагружать только сжатием, в современных велосипедных колесах почти исключительно используются спицы, которые можно нагружать только растяжением.

Заднее колесо подвергается большей нагрузке, потому что на заднее колесо приходится больше веса. Спицы заднего колеса справа чаще выходят из строя. Задние колеса асимметричны, чтобы освободить место для многозвенных зубчатых групп. Эта асимметрия означает, что спицы справа натянуты в два раза сильнее, чем слева. Спицы ломаются из-за усталости, а не из-за чрезмерного усилия.

Есть несколько компаний, производящих колеса со спицами, которые используются как на сжатие, так и на растяжение.

На один конец каждой спицы навинчена специальная гайка, называемая ниппелем , которая используется для соединения спицы с ободом и регулировки натяжения спицы. Обычно это конец обода. Конец ступицы обычно имеет изгиб под углом 90 градусов, чтобы пройти через отверстие для спицы в ступице, и головку, чтобы он не проскальзывал через отверстие. Это J-образный тип. Другой тип — это прямые спицы, которые не имеют изгиба на конце втулки, а только головку. Основными материалами для ниппелей для спиц являются алюминий и латунь.

Спицы с двойным стыком имеют меньшую толщину в центральной части, они легче, эластичнее и лучше аэродинамичны, чем спицы одинаковой толщины. Спицы с одинарным стыком толще у ступицы, а затем сужаются к более тонкой части на всем пути к резьбе на ободе. Также существуют спицы с тройным стыком , они самые толстые у ступицы, тоньше на резьбовом конце и самые тонкие посередине.

Помимо бескамерных колес, которые в них не нуждаются, для камерных велосипедных колес требуются ободные ленты или полосы, гибкая, но прочная полоса покрытия (обычно из резины, тканого нейлона или аналогичного материала), прикрепленная к внутренней окружности колеса для покрытия концов. соски. В противном случае концы ниппелей изнашивают отверстие в камере, вызывая спущенную шину.

В 2007 году Mavic представила свою R-Sys, новую технологию велосипедных спиц, которая позволяет нагружать спицы как при растяжении, так и при сжатии. Эта технология обещает обеспечить меньшее количество спиц, меньший вес и инерцию колеса, повышенную жесткость колеса без потери прочности. Однако в 2009 году Mavic отозвал передние колеса R-Sys из-за поломки спиц, что привело к разрушению всего колеса.

Поперечное сечение

Спицы обычно имеют круглое поперечное сечение, но в высокопроизводительных колесах могут использоваться спицы плоского или овального поперечного сечения, также известные как лопастные, для уменьшения аэродинамического сопротивления. Некоторые спицы представляют собой полые трубки.

Материал

Спицы на подавляющем большинстве современных велосипедных колес сделаны из стали или нержавеющей стали . Спицы из нержавеющей стали пользуются популярностью у большинства производителей и гонщиков за их долговечность, жесткость, устойчивость к повреждениям и простоту обслуживания. Спицы из нержавейки на старых или более дешевых велосипедах иногда покрываются гальваническим покрытием , краской или, реже, хромированием , и со временем могут ржаветь. Спицы также доступны из титана, алюминия или углеродного волокна.

Сломанный обод после столкновения велосипеда с дверью автомобиля

Количество спиц

Обычные металлические велосипедные колеса для велосипедов с одним гонщиком обычно имеют 24, 28, 32 или 36 спиц, в то время как колеса на тандемах имеют до 40 или 48 спиц, чтобы выдержать вес дополнительного гонщика. Велосипеды BMX обычно имеют колеса с 36 или 48 спицами. Велосипеды Lowrider могут иметь до 144 спиц на колесо. Колеса с меньшим количеством спиц имеют аэродинамическое преимущество, так как аэродинамическое сопротивление спиц уменьшается. С другой стороны, уменьшенное количество спиц приводит к тому, что большая часть обода не поддерживается, что требует более прочных и часто более тяжелых ободов. Некоторые конструкции колес также неравномерно располагают спицы в ободе, что требует жесткого обода и правильного натяжения спиц. Обычные колеса со спицами, равномерно распределенными по окружности обода, считаются более долговечными и неприхотливыми в уходе. Более общая тенденция в дизайне колес предполагает, что технический прогресс в материалах обода может привести к дальнейшему сокращению количества спиц на колесо.

Шнуровка

Шнуровка — это процесс продевания спиц через отверстия в ступице и ободе таким образом, чтобы они образовывали рисунок спиц. В то время как большинство производителей используют один и тот же рисунок шнуровки как на левой, так и на правой стороне колеса, все чаще можно найти специальные колеса с разными рисунками шнуровки на каждой стороне. Спица может соединять ступицу с ободом радиальным образом, что создает самое легкое и аэродинамическое колесо. Однако для эффективной передачи крутящего момента от ступицы к ободу, как в случае с ведущими колесами или колесами с барабанными или дисковыми тормозами, долговечность требует, чтобы спицы устанавливались под углом к ​​фланцу ступицы до «тангенциального рисунка шнуровки» для достижения максимального крутящего момента. возможности (но минимальная вертикальная жесткость колеса). Названия различных моделей шнуровки обычно связаны с количеством спиц, которые пересекает одна спица.

Традиционные 36- или 32-спицевые колеса со шнуровкой чаще всего имеют крестовину 3 или крестовину 2, однако возможны и другие крестовины. Угол, под которым спица соприкасается со ступицей, определяется не только поперечным числом; так как количество спиц и диаметр ступицы приведут к значительно разным углам спиц. Для всех обычных колес с натяжными спицами и скрещенными спицами крутящий момент, приложенный к ступице, приведет к тому, что одна половина спиц, называемая «ведущими спицами», будет натянута для приведения в движение обода, а другая половина — «задние спицы» будет натянута только для противодействия. ведущие спицы. При приложении крутящего момента вперед (т. е. во время ускорения) задние спицы испытывают более высокое натяжение, в то время как передние спицы разгружаются, заставляя обод вращаться. При торможении ведущие спицы затягиваются, а задние спицы разгружаются. Таким образом, колесо может передавать крутящий момент ступицы в любом направлении с наименьшим изменением натяжения спиц, что позволяет колесу оставаться в правильном положении при приложении крутящего момента.

Колеса, от которых не требуется передавать какой-либо значительный крутящий момент от ступицы к ободу, часто имеют радиальную спицовку. Здесь спицы выходят из втулки перпендикулярно оси и идут прямо к ободу, не пересекая другие спицы — например, «крест-0». Эта схема шнуровки не может передавать крутящий момент так же эффективно, как тангенциальная шнуровка. Таким образом, обычно предпочтительно строить колесо со скрещенными спицами, в котором крутящий момент, движущий или тормозящий, исходит от ступицы. Что касается торможения, суппорты старого типа, которые контактируют с ободьями для приложения тормозного усилия, не подвержены влиянию схемы шнуровки таким образом, потому что тормозные усилия передаются от суппортов непосредственно на обод, затем на шины и затем на проезжую часть. . Дисковые тормоза, однако, передают свое усилие на проезжую часть через спицы от точки крепления диска на ступице, и поэтому на них влияет схема шнуровки так же, как и на систему привода.

Втулки, которые ранее были зашнурованы по любой другой схеме, не должны использоваться для радиальной шнуровки, так как ямки и вмятины, созданные спицами, могут быть слабыми местами, по которым может сломаться фланец втулки. Это не всегда так: например, если используемая втулка имеет более твердые стальные фланцы, как на старинном велосипеде.

Производители колес также используют другие экзотические схемы шнуровки спиц (например, «гусиная лапка», которая по сути представляет собой смесь радиальной и тангенциальной шнуровки), а также инновационные геометрии ступиц. В большинстве этих конструкций используются преимущества новых высокопрочных материалов или методов производства для улучшения характеристик колес. Однако, как и в случае с любой конструкцией, практическая полезность не всегда согласуется, и часто нестандартные конструкции колес могут быть выбраны исключительно из эстетических соображений.

Корректировка («корректировка»)

Есть три аспекта геометрии колеса, которые необходимо отрегулировать, чтобы привести колесо в норму. «Боковая правка» относится к устранению местных отклонений обода влево или вправо от центра. «Вертикальная регулировка» относится к регулировке локальных отклонений (известных как скачок) радиуса, расстояния от обода до центра ступицы. « Блюдо » относится к центрированию плоскости обода влево-вправо между контргайками на внешних концах оси. Сама эта плоскость определяется как среднее местных отклонений при поперечном выравнивании. Для большинства велосипедов с ободными тормозами тарелка будет симметрична на переднем колесе. Однако на заднем колесе, поскольку на большинстве велосипедов установлена ​​задняя звездочка (или их группа), выпуклость часто будет асимметричной: она будет изогнута под более глубоким углом на неприводной стороне, чем на ведущей стороне.

В дополнение к трем геометрическим аспектам правки общее натяжение спиц имеет большое значение для усталостной прочности, жесткости и способности колеса поглощать удары. Слишком слабое натяжение приводит к тому, что обод легко деформируется при ударе о пересеченную местность. Слишком сильное натяжение может деформировать обод, что сделает его невозможным, и сократит срок службы спиц. Тензометры для спиц — это инструменты, измеряющие натяжение спиц. Другой распространенный метод грубой оценки натяжения спиц включает в себя выдергивание спиц и прослушивание звукового тона вибрирующей спицы. Оптимальное натяжение зависит от длины спицы и калибра спицы (диаметра). В Интернете доступны таблицы, в которых указано натяжение для каждой длины спицы либо с точки зрения абсолютного физического натяжения, либо нот на музыкальной шкале, которые совпадают с приблизительным натяжением, на которое должна быть настроена спица. В реальном мире правильно отшлифованное колесо, как правило, не будет иметь одинакового натяжения на всех спицах из-за различий между частями, из которых состоит колесо.

Наконец, для достижения наилучших и долговременных результатов скручивание спиц должно быть сведено к минимуму. Когда ниппель поворачивается, он сначала скручивает спицу до тех пор, пока в спице не возникнет достаточное скручивающее усилие, чтобы преодолеть трение в нитях между спицей и ниппелем. Это легче всего увидеть с лопастными или овальными спицами, но также происходит и с круглыми спицами. Если при езде на колесе это напряжение кручения осталось в спицах, они могут раскрутиться и привести к тому, что колесо выйдет из строя. Лепестковые и овальные спицы можно удерживать прямо с помощью соответствующего инструмента при повороте ниппеля. Обычная практика минимизации намотки круглых спиц заключается в том, чтобы повернуть ниппель за пределы желаемой ориентации примерно на четверть оборота, а затем повернуть его на эту же четверть оборота обратно.

При правке колес все эти факторы должны постепенно уравновешиваться друг с другом. Общепринятая практика заключается в том, чтобы найти худшее место на колесе и немного приблизить его к истине, прежде чем переходить к следующему худшему месту на колесе.

Правильные стенды — это механические приспособления для установки колес и их правки. Также можно отрегулировать колесо, когда оно установлено на велосипеде: в качестве контрольной отметки можно использовать тормозные колодки или какую-либо другую фиксированную точку, однако это менее точно.

соски

На одном конце каждой спицы находится специальная гайка, называемая ниппелем , которая используется для соединения спицы с ободом и регулировки натяжения спицы. Ниппель обычно расположен на ободе спицы, но на некоторых колесах он находится на конце ступицы, чтобы переместить его вес ближе к оси колеса, уменьшая момент инерции . Вариантом этого является интеграция ниппелей в ступицу, фланец которой содержит резьбу для обычно лопастных спиц.

До недавнего времени было только два типа ниппелей: латунные и алюминиевые (часто называемые «сплавными»). Латунные ниппели тяжелее алюминиевых, но они более долговечны. Алюминиевые ниппели снижают вес, но они менее долговечны, чем латунные, и более подвержены коррозии.

Ниппель на ободе колеса обычно выступает из обода по направлению к центру колеса, но в гоночных колесах может находиться внутри обода, что дает небольшое аэродинамическое преимущество.

Альтернативы

Секционированное заднее колесо из углеродного композита для горных велосипедов.

Колесо может быть сформировано как единое целое из такого материала, как термопласт (в данном случае стеклонаполненный нейлон ), углеродное волокно или алюминиевый сплав. Термопластик обычно используется для недорогих колес BMX. У них низкое максимальное давление в шинах 45 фунтов на квадратный дюйм (3 бара или атмосферы). Углеродное волокно обычно используется для высококачественных аэродинамических гоночных колес.

Дисковые колеса

Дисковые колеса предназначены для минимизации аэродинамического сопротивления. Полный диск обычно тяжелее, чем традиционные колеса со спицами, и с ним может быть трудно обращаться при езде при боковом ветре. По этой причине международные велосипедные организации часто запрещают дисковые колеса или ограничивают их использование задним колесом велосипеда. Однако международные федерации триатлона были (и остаются) менее строгими, и именно это привело к первоначальному росту популярности колес в 1980-х годах.

Дисковое колесо может быть просто обтекателем , который крепится к традиционному колесу со спицами, устраняя сопротивление, которое спицы создают, закрывая их; или диск может быть частью колеса без спиц внутри. В последнем случае предпочтительным материалом является углеродное волокно. Колесо со спицей с покрытием диска может быть незаконным в соответствии с правилами Международного союза велосипедистов UCI , поскольку это неструктурный обтекатель, но снова допустимо в соответствии с правилами Международного союза триатлонистов ITU.

Компромисс, который снижает вес и улучшает характеристики поперечного ветра, состоит в небольшом количестве (три или четыре) спиц растяжения-сжатия, встроенных в обод - также обычно из углеродного волокна.

Типы

Велосипедные колеса можно классифицировать по их основному назначению.

Колеса для шоссейных/гоночных велосипедов

Заднее колесо Campagnolo со шнуровкой с тройными спицами G3 . С правой стороны 18 тангенциальных спиц, а с левой только 9 радиальных. На фото также показана 10-скоростная кассета .

Для характеристик шоссейных велогонок есть несколько факторов, которые обычно считаются наиболее важными:

Полуаэродинамические и аэродинамические колесные пары теперь являются обычным явлением для шоссейных велосипедов. Алюминиевые диски по-прежнему наиболее распространены, но углеродное волокно также становится популярным. Углеродное волокно также находит применение в корпусах ступиц для снижения веса; однако из-за близости ступицы к центру вращения уменьшение веса ступицы оказывает меньшее влияние на инерцию вращения, чем уменьшение веса обода.

Полуаэродинамические и аэродинамические колесные пары характеризуются большей глубиной обода , которая представляет собой радиальное расстояние между самой внешней и самой внутренней поверхностями обода; треугольное или пирамидальное сечение; и с меньшим количеством спиц или вообще без спиц - с лопастями, отлитыми из композитного материала, поддерживающими обод. Спицы также часто сплющены в направлении вращения, чтобы уменьшить сопротивление ветра. Это так называемые лопастные спицы . Однако полуаэродинамические и аэродинамические колесные пары, как правило, тяжелее, чем более традиционные колесные пары со спицами, из-за дополнительной формы обода и спиц. Что еще более важно, обода должны быть тяжелее, когда спиц меньше, так как расстояние между спицами без опоры больше. Ряд производителей колес в настоящее время производят колеса с примерно половиной спиц по сравнению с традиционными колесами с самыми высокими характеристиками 1980-х годов, с примерно такой же инерцией вращения и меньшим общим весом. Эти усовершенствования стали возможными прежде всего благодаря улучшенным алюминиевым сплавам для дисков.

В большинстве клинчерных колесных пар из углеродного волокна, таких как Zipp и Mavic , по-прежнему используются алюминиевые детали в клинчерной части обода. Теперь доступно увеличенное количество полностью карбоновых дисков, таких как Campagnolo Hyperon Ultra Clincher, колеса Viva v8, колеса Bontrager Carbon Clincher, DT Swiss RRC1250, Corima Winium и Aero (также бескамерные, см. Ниже), а также колесные пары Lightweight Standard C.

Колеса шоссейного велосипеда 700C / ISO 622 мм

700С переднее колесо
Пластиковое колесо BMX

Колеса туристических, гоночных и циклокроссовых велосипедов могут иметь совершенно разные цели. Аэродинамические характеристики и малый вес выгодны для шоссейных велосипедов , в то время как для циклокроссов значение приобретает прочность, а для туристических велосипедов сила снова становится важнее. Однако этот диаметр обода, идентичный по диаметру ободу «29er», на сегодняшний день является наиболее распространенным на велосипедах этого типа. Опорные колеса могут быть рассчитаны на трубчатые или клинчерные шины, обычно называемые шинами «700C».

Колеса велосипеда для триатлона 650C / ISO 571 мм

Эти колеса пользовались недолгой популярностью в 1990-х годах на велосипедах для триатлона .

Колеса для гравийного велосипеда 650B / ISO 584 мм

В конце 2010-х на гравийных велосипедах начали появляться колеса 650B .

Колеса для горного велосипеда

Колесо для горных велосипедов 29 и 26 дюймов.

Колеса горного велосипеда описываются приблизительным внешним диаметром обода плюс широкая покрышка ~ 2+ дюйма.

24 дюйма / ISO 507 мм

24-дюймовые клинчерные шины (с камерами) являются наиболее распространенным размером колес для юниорских горных велосипедов. Типичный 24-дюймовый обод имеет диаметр 507 миллиметров (20 дюймов) и внешний диаметр шины около 24 дюймов (610 мм).

26 дюймов / ISO 559 мм

26-дюймовые клинчерные шины (с камерами) были наиболее распространенным размером колес для новых горных велосипедов до начала 2010-х годов. Эта традиция зародилась изначально, потому что первые пионеры горных велосипедов закупали колеса для своих первых велосипедов от велосипедов американского производства, а не от используемых более крупных европейских стандартов. Типичный 26-дюймовый обод имеет диаметр 559 миллиметров (22,0 дюйма) и внешний диаметр шины около 26,2 дюйма (670 мм).

27,5 дюйма / ISO 584 мм

27,5-дюймовые колеса для горных велосипедов (которые некоторые также называют 650B, используют обод диаметром 584 мм (23,0 дюйма) с широкими выпуклыми шинами (~ 27,5 x 2,3 / ISO 58-584) примерно посередине между 26-дюймовый (ISO-559 мм) и 29-дюймовый (ISO-622 мм) стандарты. Они обладают некоторыми преимуществами обоих форматов, с более плавным ходом, чем 26-дюймовое колесо, и большей жесткостью и долговечностью, чем 29-дюймовое колесо. рулевое колесо.

29 дюймов / ISO 622 мм

«29-дюймовые колеса», которые также соответствуют популярному стандарту колес 700C (клинчерный диаметр 622 мм), становятся все более популярными не только для велосипедов для велокросса , но и для горных велосипедов для беговых лыж. Диаметр их обода 622 миллиметра ( 24+12  дюйма) идентичны колесам большинства шоссейных, гибридных и туристических велосипедов, но обычно они усилены для большей прочности при езде по бездорожью. Средняя 29-дюймовая шина для горных велосипедов соответствует стандарту ISO 59-622, что соответствует внешнему диаметру около 29,15 дюймов (740 мм).

Колеса BMX

Есть два разных размера колес, которые описываются как 20 дюймов, и оба используются в спорте BMX.

20 дюймов / ISO 406 мм

Обычно диаметром 20 дюймов (диаметр обода 406 мм) колеса BMX маленькие по нескольким причинам: они подходят для молодых и невысоких райдеров; их более низкая стоимость совместима с недорогими велосипедами; размер делает их более прочными, чтобы выдерживать дополнительные нагрузки, создаваемые прыжками и трюками BMX; и уменьшить инерцию вращения для облегчения ускорения колеса.

20 дюймов / ISO 451 мм

Номинально 20 x 1-1/8 дюйма или 20 x 1-3/8 дюйма с диаметром обода 451 мм. Они предназначены для гонок легкими гонщиками BMX, и их иногда называют «скинни». Этот размер также используется на классических британских складных или торговых велосипедах.

Технические аспекты

Размеры

Велосипедные диски и шины выпускались самых разных типов и размеров до того, как были предприняты усилия по стандартизации и улучшению совместимости колес и шин. Международная организация по стандартизации (ISO) и Европейская техническая организация по шинам и ободам (ETRTO) определяют в международном стандарте ISO 5775 современную однозначную систему размерных обозначений и процедуры измерения для различных типов шин и ободов . Например:

  • Для шин с проволочной кромкой в ​​обозначении ISO указана ширина накачанной шины и «диаметр бортовой посадки» в миллиметрах, разделенных дефисом: 37-622 . Диаметр посадки борта (BSD) — это диаметр поверхности обода, на который садится борт шины.
  • Для ободов в обозначении ISO указывается диаметр посадки борта обода и внутренняя ширина обода, оба в миллиметрах, разделенные крестиком, а также буквенный код типа обода (например, «C» = тип вязания крючком): 622x19C .

На практике большинство шин (и камер), продаваемых сегодня, имеют, помимо современного обозначения ISO 5775-1, некоторые исторические маркировки размеров, которые все еще широко используются:

  • старое французское обозначение шин, основанное на приблизительном внешнем диаметре накачанной шины в миллиметрах. Японский промышленный стандарт JIS D 9112 продолжает служить официальным определением французских обозначений шин. Например: 700×35С .
  • старое британское обозначение, основанное на дюймах: 597 мм (26 × 1+14 ), 590 мм (26 × 1+38 ),630 мм (27 × 1+14 )и635 мм (28 × 1+12 )

Какое обозначение наиболее популярно, зависит от региона и типа велосипеда. Подробную таблицу эквивалентности старой и новой маркировки см. в статье ISO 5775 , таблице в Приложении A к стандарту ISO 5772, а также в публикации Sheldon Brown « Размеры шин » .

В большинстве шоссейных и гоночных велосипедов сегодня используются ободья диаметром 622 мм (700C), хотя ободья 650C популярны среди небольших гонщиков и триатлетов. Размер 650C имеет размер диаметра ISO 571 мм. Размер 650B составляет 584 мм, а 650A — 590 мм. 650B позиционируется как «лучший из двух размеров» для катания на горных велосипедах. В большинстве горных велосипедов для взрослых используются колеса диаметром 26 дюймов. В небольших молодежных горных велосипедах используются колеса диаметром 24 дюйма. Колеса большего размера 700C ( 29 дюймов) в последнее время пользуются определенной популярностью среди производителей внедорожных велосипедов. Эти обода имеют тот же диаметр седла борта, что и колеса 700C, и обычно совместимы с велосипедными рамами и шинами, разработанными для стандарта 700C, однако обода, обозначенные как 29 дюймов, предназначены для более широких шин, чем обода, обозначенные 700C, поэтому зазор рамы может быть проблемой. . Ранее популярный размер колес 27 дюймов (630 мм) теперь встречается редко.

Размер детских велосипедов обычно определяется в первую очередь диаметром колеса, а не длиной подседельной трубы (по внутреннему шву водителя). Таким образом, по-прежнему встречается широкий ассортимент колес для небольших велосипедов диаметром от 239 мм (9,4 дюйма) до 400 мм (16 дюймов).

На складных велосипедах также используются колеса меньшего размера, чтобы минимизировать размер в сложенном виде. Они варьируются от 16 дюймов в диаметре (например, Brompton ) до 20 дюймов (например , Bike Friday ) и даже до 26 дюймов.

Колесные диски также бывают различной ширины, чтобы обеспечить оптимальную производительность для различных целей. Высокопроизводительные обода для шоссейных гонок узкие, около 18 мм. Для более широких туристических или прочных внедорожных шин требуются диски шириной 24 мм или более.

26 дюймов

Обычное «26-дюймовое» колесо, используемое на горных велосипедах и пляжных круизерах , имеет американский размер с ободом 559 мм, традиционно с загнутыми краями.

Другие размеры 26 дюймов

Есть четыре других размера «26 дюймов» (британское обозначение) или «650» (французское), от узких шин до самых широких, которые традиционно имеют одинаковый внешний диаметр.

  • 650 - ISO 32-597 (26 х 1+14 ) — Старые британские спортивные мотоциклы. Швинны с узкими шинами.
  • 650A - ISO 37-590 (26 x 1+38 ) — часто встречается на многих винтажных рамах, начиная от американских Murray и Huffy, а также английских и французских производителей, таких как Raleigh и Peugeot.
  • 650B - ISO 40-584 (26 х 1+12 ) - Также полубаллон 650B. Французские тандемы, Porteurs, туристические велосипеды ; наслаждаясь возрождением. (Ободья 584 мм с шинами большого объема ISO 56-584, также известными как баллоны, также известны как 27,5-дюймовые колеса для горных велосипедов )
  • 650C - ISO 44-571 (26 x 1+34 ) - Ранее ширина 47 мм на круизерах Schwinn и на британских велосипедах для торговли / доставки. В настоящее время ISO 28-571, размер тот же, но более узкие и меньший общий диаметр колеса предназначены для триатлона, гонок на время и небольших шоссейных велосипедов.

Ширина шин и соответствующие обозначения ширины ISO могут различаться, хотя внешний диаметр колеса остается примерно одинаковым.

Технические характеристики шин и дисков 02-ru.png

28 дюймов

Традиционно было четыре разных размера колес диаметром 28 дюймов, от узких шин до самых широких, все они имели одинаковый внешний диаметр, который совпадает с четырьмя разными семействами 700 размеров шин, это 700, 700A, 700B и 700C. . Самые большие из этих дисков (ISO 647 мм/642 мм) с более узкими шинами больше не доступны.

28 дюймов
Устаревшие размеры серого цвета
Размер (в дробях ) Французский код
ИСО
Заявление
28 х 1+14
700
647мм Старые английские и голландские велосипеды / Старые гусеничные велосипеды
28 х 1+38
700А
642мм Большинство старых английских спортивных мотоциклов, почти вымерших, теперь доступны в Азиатско-Тихоокеанском регионе и на Ближнем Востоке.
28 х 1+12
700Б
635мм Велосипеды типа Roadster английского, голландского, китайского, индийского и украинского происхождения / Велосипеды типа Classic Path Racer английского происхождения / Сохранение популярности во всем мире
28 х 34
28 х 1+18
28 х 1+14
28 х 1+58
28 х 1+34
29 х 2+38
700С
622мм

ISO 18-622 через ISO 28-622, для гоночных велосипедов , узкие колеса и диаметр колеса менее 28 дюймов.

От ISO 32-622 до ISO 42-622, размер традиционного городского велосипеда.

ISO 47-622 (28 х 1+34 ) до ISO 60-622 (29 × 2,35). 28 x 2,00, ISO 50-622 и далее, как маркетинговый термин для широких шин для горных велосипедов , известны как 29 дюймов из-за большего диаметра колеса и измеряются в десятичных числах.

Сопротивление качению

Существует ряд переменных, определяющих сопротивление качению: протектор шины, ширина, диаметр, конструкция шины, тип камеры (если применимо) и давление.

Колеса меньшего диаметра при прочих равных имеют более высокое сопротивление качению , чем колеса большего размера. «Сопротивление качению увеличивается почти пропорционально уменьшению диаметра колеса при заданном постоянном давлении накачки».

Вращающаяся масса

Из-за того, что колеса вращаются, а также поступательно (движутся по прямой) при движении велосипеда, для ускорения единицы массы на колесе требуется большее усилие, чем на раме. В конструкции колес уменьшение инерции вращения дает преимущество в виде более отзывчивых и быстро ускоряющихся колес. Для этого в конструкции колес используются более легкие материалы обода, ниппели спиц перемещаются к ступице или используются более легкие ниппели, такие как алюминий. Обратите внимание, однако, что инерция вращения является фактором только во время ускорения (и замедления/торможения). При постоянной скорости важным фактором является аэродинамика. Для скалолазания общая масса остается важной. См. « Велосипедные характеристики» для более подробной информации.

Блюдо

Диаграмма, показывающая разницу в длине и угле наклона спиц.

Фланцы ступиц современных велосипедных колес с натяжными спицами всегда располагаются шире, чем места, где спицы крепятся к ободу. Если смотреть в поперечном сечении, спицы и ступица образуют треугольник, жесткую структуру как по вертикали, так и по бокам. В трех измерениях, если бы спицы были закрыты (представьте себе бумагу, покрывающую спицы с каждой стороны), они образовали бы два конуса или «тарелки». Чем больше расстояние между фланцами ступицы, тем глубже тарелки и тем жестче и прочнее может быть колесо в боковом направлении. Чем более вертикальны спицы, тем мельче тарелка и тем менее жестким будет колесо в поперечном направлении.

Блюда с каждой стороны колеса не всегда одинаковы. Зубчатая передача (обгонная муфта или кассета) заднего колеса и роторы дискового тормоза, если они установлены, занимает ширину ступицы, поэтому фланцы могут быть расположены не симметрично относительно центральной плоскости ступицы или велосипеда. Поскольку обод должен быть центрирован, а фланцы ступицы - нет, между двумя сторонами существует разница в тарелке. Такое асимметричное колесо называется выпуклым. Сторона колеса с меньшей тарелкой имеет немного более короткие, но значительно более натянутые спицы, чем сторона с большей тарелкой. Было опробовано несколько различных методов, чтобы минимизировать эту асимметрию спиц. В дополнение к измененной геометрии ступицы, некоторые ободья имеют смещенные от центра отверстия для спиц, а установка обычных спиц с J-образным изгибом на фланце ступицы может быть изменена «внутри» или «снаружи».

Для измерения положения обода относительно ступицы можно использовать стенд для правки или тарельчатый калибр. Таким образом, «выпуклость» также используется для описания процесса центрирования обода на ступице даже в случае симметричных колес.

Жесткость

Жесткость велосипедного колеса можно измерить в трех основных направлениях: радиальном, боковом и кручении. Радиальная жесткость в первую очередь является мерой того, насколько хорошо колесо поглощает неровности поверхности, по которой оно катится. Боковая жесткость, особенно переднего колеса, влияет на управляемость велосипеда. Торсионная или тангенциальная жесткость является мерой того, насколько хорошо колесо передает движущую и тормозную силы, если они приложены к ступице, как в случае ступичных или дисковых тормозов.

На эту жесткость в разной степени влияет несколько факторов. К ним относятся радиус колеса, изгиб обода и жесткость на кручение, количество спиц, калибр спиц, рисунок шнуровки, жесткость ступицы, расстояние между фланцами ступицы, радиус ступицы. В целом боковая и радиальная жесткость уменьшается с увеличением количества пересечений спиц, а жесткость при кручении увеличивается с увеличением количества пересечений спиц. Одним из факторов, мало влияющих на эту жесткость, является натяжение спиц.

Однако слишком сильное натяжение спиц может привести к катастрофическому отказу в виде коробления . «Наиболее существенным фактором, влияющим на боковую жесткость системы спиц», является угол между спицами и средней плоскостью колеса. Таким образом, любое изменение, которое увеличивает этот угол, например, увеличение ширины ступицы при сохранении всех остальных параметров постоянными, увеличивает сопротивление короблению.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки