Конструктивные особенности

Конструкция обода может значительно различаться в зависимости от типа велосипеда. Для большинства велосипедов в настоящее время применяются обода коробчатого сечения, которые рассчитаны на использование бортовых шин. Их боковые стенки хорошо развиты и с внутренней стороны имеют канавку, в которую заводится при установке борт шины. Накачанная шина раздается в стороны давлением воздуха в камере и своими бортами держится за стенки обода, плотно прижимаясь к нему. Шины для шоссейных велосипедов (трубки, однотрубки) наклеиваются на обод через специальную матерчатую ленту: обода для них не имеют развитых стенок с внутренней стороны, а наоборот достаточно плоские, имеют трубчатое сечение. Правда, на данном этапе, и на шоссейных велосипедах стали использоваться клинчерные шины (так называемые клинчера), имеющие традиционную конструкцию (камера и легкая узкая шина высокого давления с бортом). Для скрепления обода в кольцо, обычно применяется сварка встык.

Так как на данный момент в России наибольшее распространение получили горные и вседорожные велосипеды, а также все популярнее становятся гибриды, то стоит чуть подробнее остановиться на особенностях классических ободов коробчатого сечения. Помимо различных размеров ободов, продукция многих производителей подразделяется на группы. Причем обода разделяются как для разных типов велосипедов, так и для разных сфер применения для одного типа. Особенно это касается горных велосипедов. Например, по прочностным параметрам они могут делиться на прогулочные, кросс-кантрийные, фрирайдные и даунхильные. Такое разделение, конечно же, весьма условно, никто не мешает вам гоняться в кросс-кантри на даунхильных ободах, но позволяет приблизительно оценить вес и прочность ободов, а также некоторые другие конструктивные особенности перечисленные ниже.

Одностенные и многостенные

Самые простые обода (прогулочные) обычно выполняются одностенными, то есть профиль такого обода похож на букву "U". Более совершенным типом ободов, которые могут иметь меньший вес при большей прочности, являются двухстенные (двойные) обода (кросс-кантри - даунхил), в которых в серединке "U" добавлена горизонтальная перемычка. Такой профиль обычно имеют обода среднего и высокого уровня, хотя, в последнее время появилась тенденция к установке недорогих модификаций на относительно дешевые горные и не только горные велосипеды. Если необходим обод с большей прочностью, то применяется обод с высоким профилем: за счет его применения значительно повышается жесткость и прочность "на складывание" обода. Такому ободу менее страшны кочки и ямы на дороге или гоночной трассе. Самый развитый вариант обода - трехстенный, когда внутрь высокопрофильного обода вставляется третья горизонтальная перемычка. Роль этой перемычки заключается уже не столько в увеличении жесткости "на складывание" обода, сколько в увеличение боковой жесткости, препятствующей появлению восьмерок, а также, может препятствовать "смятию" обода тормозными колодками. Такие обода встречаются очень редко. Обода для относительно легкого применения, например, кросс-кантрийные, выполняются достаточно узкими - наружный размер 21-26 мм. Обода для фрирайда, а тем более для даунхила могут быть много шире, до 35 мм и более. При увеличении ширины обода, заметно увеличивается и его поперечная жесткость.

Методы увеличения прочности и снижения веса

Для дополнительного упрочнения ободов применяется поверхностное насыщение другими веществами гальваническим способом - анодирование. Поверхность анодированных алюминиевых ободов не светлая, а черная. Часто одна и та же модель обода может иметь как обычную модификацию, так и анодированную, которая стоит на 10-20% дороже.

Прочное колесо можно собрать, используя, например, толстые или просто высококачественные спицы. Но суть их применения - возможность высокого предварительного натяжения спиц, когда полезная нагрузка распределена по спицам более равномерно. Но известны случаи, когда при ударах при проезде больших неровностей из алюминиевых ободов вырывались спицы. Для укрепления поверхности обода в зоне спицевого отверстия, раньше под головки ниппелей спиц иногда подкладывали шайбы. Теперь на многих ободах в отверстие устанавливаются вставочки, так называемые пистоны, которые также облегчают вращение ниппелей при сборке колеса и его правке. В двухстенных ободах могут быть установлены как обычные пистоны, на внешней стенке, так и двойные, проходящие насквозь через обе стенки.

Ранее для большинства велосипедов стандартное колесо состояло из 36 спиц. Большее количество встречалось редко, а меньшее (32, 28, 24) только на шоссейных велосипедах и велосипедах с маленькими колесами. Сейчас, с появлением качественных и прочных спиц и жестких ободов, проблема обрыва спиц уже не столь актуальна, для более-менее продвинутого горного велосипеда стандартом стало 32 спицы в колесе. В случае использования радиального спицевого набора, количество спиц может быть еще меньше. При сборке колеса необходимо убедиться в соответствии количества отверстий под спицы в ободе и втулке.
Другие конструктивные особенности

В последнее время иногда стали появляться обода со смещенными рядами отверстий под спицы. Такие обода предназначены только для задних колес многоскоростных велосипедов. Дело в том, что из-за применения в многоскоростных втулках кассет с большим количеством звездочек, приходится сдвигать правый фланец втулки к ее центру, и зонт спиц справа получается более плоским, чем слева. Чтобы достичь этого, правые спицы приходится натягивать много сильнее, чем левые. Таким образом, либо спицы правой стороны становятся перетянутыми, либо левой недотянутыми. Для уменьшения этого эффекта и применяются обода со смещенными на 2-3 мм влево рядами отверстий.

В настоящее время в велосипедах применяются три типа ниппелей: автомобильный/мотоциклетный (Schrader), велосипедный (Dunlop) и спортивный (Presta). Диаметр "соска" ниппеля у первых двух типов больше, у третьего меньше. Так как в настоящее время все более широкое распространение приобретают ниппеля Presta, то и обода все чаще делают под них. Для установки на такой обод камеры с обычным ниппелем, отверстие необходимо рассверливать, хотя лучше использовать запасные камеры соответствующего типа. Если на вашем велосипеде стоят высокопрофильные обода, то вам необходимо иметь запасные камеры с длинными "сосками". В некоторых ободах спицы крепятся не на наружной стенке обода, а на внутренней, что приводит к необходимости применения спиц с длиными нипелями.

Для облегчения ободов часто применяется утоньшение боковых стенок, нагрузка на которые относительно невелика. В сочетании с применением мощных тормозов типа V-brake, это часто приводит к тому, что боковые стенки в районе тормозных дорожек достаточно быстро протираются тормозными колодками: не редкостью стало "убиение" обода за пару сезонов эксплуатации. Выходом из этой ситуации стало применение дисковых тормозом. Обода, предназначенные для применения с дисковыми тормозами, тормозных дорожек не имеют вовсе и, соответственно, не могут быть использованы с ободными тормозами.
Велосипедные спицы

Спицевой набор в велосипедном колесе выполняет вполне определенную роль - он служит для сборки втулки с ободом колеса. Спицы должны обеспечивать достаточную жесткость колеса в целом, его прочность и, в тоже время, некоторую амортизацию, дополняющую амортизацию велосипедных шин. Кроме того, спицы должны немного пружинить еще и для того, чтобы возникающая при ударах нагрузка равномернее распределялась по ободу, защищая его.

Кроме спиц встречаются и более экзотические варианты соединения обода и втулки колеса. Например, в мире шоссейных велосипедов довольно широко распространены дисковые колеса, где вместо спицевого набора присутствуют два слоя специальной сильно натянутой ткани, а в триатлоне, не редкостью стало применение моноблочных колес из углепластика с 4-6 плоскими и широкими спицами-лопастями. Но подавляющее число велосипедов все же имеет традиционные спицованные колеса.

Ни для кого не секрет, что для того, чтобы собрать хорошее колесо, кроме хорошего обода и втулки, требуются качественные спиц. Кто ж не помнит те времена, когда на Туристы и Спутники ставили низкокачественные спицы уменьшенного диаметра. Результатом были постоянные обрывы головок спиц и, иногда, вырывание резьбовой части спицы из ниппеля. Особенно сильно это проявлялось на груженном велосипеде.
Детали

В традиционном велосипедном колесе спицевой набор обычно состоит приблизительно из трех десятков спиц. То, что называют спицей в разговоре, на самом деле представляет собой две детали. То есть, это собственно спица - длинный тонкий стержень с загнутым и расклепанным концом с одной стороны и резьбовым с другой и ниппель - гайка грибовидной формы, которая крепит спицу к ободу.

Качественные спицы в подавляющем своем количестве изготовляются из высоколегированных (нержавеющих) сталей, преимущественно хромомолибденовых. Наиболее дорогие варианты - облегченные, из титановых сплавов, самые дешевые - из обычных конструкционных сталей с поверхностным напылением никеля. Спицы могут быть как раскатанными, так и тянутыми. Катанные (не надо путать с катанной или паленной водкой) спицы обладают несколько худшими характеристиками.

На прочность спицы сильно влияет тип резьбы. Она может быть нарезанной в теле спицы или накатанной. Накатанную резьбу можно узнать по тому, что диаметр, измеренный по вершинам резьбы, больше, чем диаметр гладкого стержня рядом с резьбой (нижний рисунок). При нарезании резьбы, тело спицы заметно ослабляется в зоне ее расположения, при накатывании резьбы - тоже ослабляется, но меньше. Спицы с накатанной резьбой оказываются заметно прочнее, в зоне расположения резьбы, разумеется. Но накатка сложнее в исполнении, поэтому такие спицы оказываются дороже. Примером высококачественных спиц с накатанной резьбой являются все спицы компании DT Swiss.

Ниппели представляют собой тонкие высокие гайки грибовидной формы со шлицом под отвертку на "шляпке" и четырьмя гранями под ключ с противоположной стороны. Могут быть увеличенной высоты, они нужны, если планируется установка в высокопрофильные обода (например у DT Swiss есть модификация с высотой 16 мм и 12 мм). Самые дешевые ниппеля изготавливаются из стали (такие брать не стоит), среднего уровня - из бронзы (или латуни), дорогие - из алюминия. Резьба в бронзовых ниппелях работает мягче, чем в стальных и не закисает со временем. Суть применения алюминиевых ниппелей - снижение веса, правда, по данным DT Swiss, всего на 40 г на пару колес.

Количество спиц и их размеры

Количество спиц в традиционном колесе горного велосипеда составляет 32 или 36 штук, хотя это зависит от назначения колеса и вида спицевого набора. Иногда их может быть и меньше. На гибридах и городских велосипедах чаще всего устанавливается 36 спиц. На тандемах спиц может быть даже до 40 или 48!, а на шоссейных велосипедах 32, 28, 24. Снижением количества спиц достигается общее снижение веса колеса, и, в том числе, вращающихся масс, что очень важно для езды с частыми изменениями скорости движения, а также некоторое снижение аэродинамического сопротивления. Количество спиц в колесе кратно 4 (есть ведущие и хвостовые слева и справа), а в случае применения радиального спицевого набора - кратно 2.

В зависимости от размеров втулки, эффективного диаметра обода и типа спицевого набора, необходимо применение спиц вполне определенного размера. Причем знать его необходимо не только для сборки нового колеса, но и для замены выбитых или порванных спиц. Сейчас выпускается широкий набор спиц с шагом по длине между соседними размерами в 1-2 мм. Номинальная толщина обычных спиц составляет 1,6...2,3 мм. Таблица соответствий метрических размеров и размеров, принятых в качестве стандарта в США, приведена ниже.

Диаметр	Диаметр (gauge)
2.3 мм	13G
2.0 мм	14G
1.8 мм	15G
1.6 мм	16G
1.5 мм	17G
1.3 мм	18G
1.2 мм	19G

Так как в большинстве случаев фланцы передней втулки симметричны, а задней многоскоростной асимметричны и могут иметь разные размеры, то на велосипеде с одинаковыми ободами и втулками одной группы обычно присутствуют спицы трех размеров: на переднее колесо, на заднее справа, на заднее слева.

Методы снижения веса

Велосипедные спицы настолько длинные и тонкие, что могут работать только на растяжение, так как прочность на изгиб очень мала, а для работы на сжатие у спиц не хватает устойчивости. Наибольшие напряжения в теле спицы возникают в зоне загнутого и резьбового концов спицы, что связано с различными ослабляющими эффектами. В средней же части спицы, где полностью отсутствуют какие-либо концентраторы напряжения, прочность оказывается выше. Таким образом, в средней части спицы можно убрать часть материала для снижения веса при выравнивании прочности спиц по концам и в середине. Иногда на загнутом конце спицы наоборот делается дополнительное утолщение, так как головка спицы - ее самое слабое место. Экономия материала позволяет снижать вес спиц на два колеса примерно на 100...200 г. Спицы с переменной толщиной, это так называемые баттированные спицы.

Кроме снижения веса, утоньшение спиц в средней их части позволяет сделать их более эластичными, что необходимо для дополнительной защиты обода и втулки при возникновении резких ударов от препятствий.

Но баттированные по длине - не единственные спицы с переменной геометрией. Существуют спицы с аэродинамическим профилем. Концы таких спиц имеют круглое сечение, а средняя часть имеет эллиптический или сильно уплощенный профиль.
Типы спицевых наборов

Колесо может быть собрано с тангенциальным (точнее полутангенциальным) или с радиальным спицевым набором. В случае применения тангенциального спицевого набора, когда от спица идет на перпендикулярно втулке, колесо может быть собрано в 1, 2, 3 или 4 креста, то есть спица по своей длине пересекает 1-4 спицы с той же стороны втулки, в случае радиального, соответственно - в 0 крестов. В чем же разница? Чем с меньшим количеством крестов собрано колесо, тем короче спицы, а следовательно, колесо будет легче. Но в этом случае колесо становится более жестким, но менее прочным, так как нагрузка распределяется по ободу менее равномерно и он может легче пострадать при ударе. К тому же колеса с радиальным набором спиц могут применяться только там, где на оси колеса отсутствует крутящий момент, то есть только в качестве передних колес и только в случае, если не установлен дисковый или втулочный тормоз. Из других неприятных моментов - повышена вероятность самопроизвольного раскручивания головок спиц за счет их строго перпендикулярного ободу расположения. Применение радиального спицевого набора также требует специальных втулок с прочными фланцами. Подавляющее количество колес собирается в 3 креста.
Причины поломки спиц

Здесь не рассматриваются случаи, когда спицы рвутся при попадании велосипеда в огромную яму, при ударе о бревно или камень с последующим сильным искривлением обода, а также случаи, когда спицу выбивает попавшем в нее крепким предметом. Главной причиной поломки спиц, которое происходит обычно в зоне головки - слабое их натяжение. В этой ситуации спицы испытывают существенное изменение нагрузки при вращении колеса, и происходит усталостное разрушение спицы. Также возможна поломка резьбовой части или ее вырывание из ниппеля, в случае использования слишком коротких спиц.
Велосипедные шины, типы и назначение, анализ протекторов
Типы шин

В велосипедном мире существует четыре типа велосипедных шин, которые сейчас можно реально встретить на различных велосипедах. К настоящему моменту наибольшее распространение получили бортовые (клинчерные) шины, состоящие из камеры и покрышки. Воздух под определенным давлением находится в камере, спрятанной внутри покрышки. Функция покрышки заключается в придании шине определенной формы и размера, защите камеры от проколов и порезов, а также, создании наилучшего сцепления колеса с поверхностью дороги.

До недавнего времени в мире шоссейных велосипедов широко применялись так называемые трубки (однотрубки): шины, в которых покрышка и камера представляют собой единую деталь. Но в связи с низкой устойчивостью к проколам, неудобством замены такой шины в полевых условиях и высокой стоимостью эксплуатации, обуславливаемой частыми проколами и трудоемким ремонтом, трубки сейчас уступают место узким клинчерным шинам высокого давления даже на шоссейных велосипедах. Современные клинчерные шины для шоссейных велосипедов уже приближаются по максимальному давлению и, соответственно, легкости качения, к трубкам. Десять-пятнадцать лет назад практиковалось самостоятельное изготовление "двутрубок" из двух обычных однотрубок, что давало как плюсы, так и минусы по сравнению с обычными шинами-трубками.

Вслед за автомобилестроением, в велосипедном деле стали появляться бескамерные шины. Пока это только редкие модели, требующие применения специальных ободов. И можно предположить, что, в отличие от автомобильной индустрии, такие шины не получат широкого распространения в среде велосипедов из-за проблем связанных с герметизацией ободов и необходимостью применения специальных клеев. Основные их плюсы - снижение веса колеса, правда, не очень высокое, и заявленная большая устойчивость бескамерных шин к проколам.

Самый редкий тип шин - цельные литые резиновые шины. Могут быть отлиты как из обычной плотной резины, так и из вспененной. По сравнению с пневматическими шинами (три предыдущих типа) имеют кучу недостатков и лишь одно достоинство: их очень сложно повредить. Поэтому этот тип шин иногда встречается на детских велосипедах, где из-за низких скоростей не предъявляются требования к комфорту и легкости хода, но нигде более.

Продолжение в следующей статье