Велосипедные Цепи. Перевод статьи с Cyclingtips.com

Выбор лучшей цепи. 

Finding the best bicycle chain: What over 3,000 hours of testing revealedс сайта https://cyclingtips.com/

Спойлер — 11 скоростей: SRAM XX1, Campagnolo Record-Chorus, KMC-X11SL, KMX-X11TT, YBN SLA Gold, Shimano Ultegra
12 скоростей SRAM X01, XX1, Shimano XTR

В поисках лучшей велосипедной цепи: Результаты более чем 3000 часов тестирования

Велосипедная цепь. Многие даже не задумываются когда приходит время ее менять и просто покупают новую — той же фирмы, что и задний переключатель. Гораздо реже кто-то в поисках чего то лучшего: лучшей коррозионной стойкости, лучшего переключения, лучшей цены или меньшего веса пробует какие-то другие варианты.

Учитывая, что цепь это один из самых тяжело эксплуатируемых узлов велосипеда, внимание ей уделяется недостаточно. Известно, что выбор смазки для цепи играет важную роль в износостойкости и эффективности цепной передачи, но на сколько сильно влияние самой цепи на показатели?

Этот вопрос часто не имеет определенного ответа, но благодаря энтузиастам вопрос проясняется. Адам Керин (Adam Kerin) из Zero Friction Cycling провел впечатляющую работу в этом направлении и потратил более 3000 часов времени и 15000 австралийских долларов собственных денег чтобы найти лучшую цепь. Благодаря эксклюзивному доступу к исследованиям Zero Friction Cycling мы окунемся в вопрос с головой чтобы помочь с выбором лучшей доступной к приобретению цепи.

Износостойкость или эффективность?

В исследовании смазок для цепи Адам уже указал на явную прямую связь между снижением трения и ростом износостойкости цепи. Это в принципе очевидно — если абразив совершает работу по износу цепи то на это тратится энергия прилагаемая велосипедистом.

В тоже время, если речь идет о самой цепи, то справедливость этой связи нарушается. Тесты показывают, что между цепями есть существенные различия, какие-то хороши в одном аспекте, а какие то достигают гармоничного баланса в обоих. Эта разница может быть очень заметна — до нескольких тысяч километров между самой износостойкой и самой изнашивающейся цепью и до боле 4 ватт (Что??? Примечание моё) разницы между самой эффективной и неэффективной цепью при средней мощности 250 ватт на 90 об/мин.

https://www.instagram.com/p/B38DqfLFAtF/?utm_source=ig_web_copy_link

Представьте, что вы провели год своей жизни глядя на это вращение. Адам Керин не представлял, он это сделал.

Он подверг испытанию 31 цепь на своей пыточной установке на основе трейнера Tacx Neo с контролем загрязнения и смазки цепи, а так же постоянным измерением её износа. В сумме пробег всех цепей составил около 80000 км. Каждая цепь была испытана дважды. Испытания проводились на комбинированной цепи — состоящей из 53 звеньев испытуемой цепи и 53 звеньев контрольной Shimano Ultegra. В ходе тестов результат контрольной цепи был стабильным и повторяемым.

Также была достигнута договоренность с Ceramic Speed об использовании предоставленных ими данных.

Цены, покрытия, вырезы

Согласно Адаму легко заметить как подход к производству, используемые материалы и их обработка, а так же покрытие цепи влияют на её долговечность, эффективность передачи усилия и то, как она себя ведет с определенной смазкой.

Естественно, информация о технологиях обработки и применяемых покрытиях остается строжайше охраняемым секретом каждого производителя. Исследуя эти вопросы автор статьи и Адам оказались в дне сурка, где каждый бренд повторял содержание своих маркетинговых брошюр описывая отличие одной модели цепи от другой — похоже не только Coca Cola и KFC не желают раскрывать секрет своих рецептов.

Схема звена цепи. Очень редко когда все элементы цепи выполнены с применением одинаковых технологий обработки и покрытия металла. Часто, чем выше цена — тем больше компонентов выполнены с использованием премиальных технологий обработки и покрытия. Например технологии обработки роликов с поверхностным упрочнением и низкофрикционным покрытием осуществятся только на самых дорогих цепях.
 
Схема звена цепи. Очень редко когда все элементы цепи выполнены с применением одинаковых технологий обработки и покрытия металла. Часто, чем выше цена — тем больше компонентов выполнены с использованием премиальных технологий обработки и покрытия. Например технологии обработки роликов с поверхностным упрочнением и низкофрикционным покрытием осуществятся только на самых дорогих цепях.

Чаще всего покрытие и материалы определяют существенную разницу в цене в линейке цепей одного производителя.

Покрытие снижающие трение — наиболее очевидное различие между цепями, так в линейке Shimano 105 — Ultegra — Dura-Ace цена цепей растет согласно роста числа обработанных покрытием частей цепи. И большой почет Shimano за то, что они предоставляют эту информацию в понятном и прозрачном виде.

SRAM в лице координатора по техническим вопросам шоссейного подразделения Brooklyn Fowler сообщил, что их покрытие Hard Chrome топовых современных цепей является результатом «гораздо более дорогих процессов, с постоянным точным контролем, которые позволяют получить невероятно твердую, а следовательно, износостойкую поверхность» по сравнению с обычным Chrome призванным по заверениям Fowler’a «лишь защитить цепь от коррозии и придать ей приятный внешний вид».

«Некоторые способы обработки больше направлены на маркетинг и внешний вид чем на эффективность» говорит Адам. «Как в смазке и чистки цепи — важно то, что происходит внутри. То, что снаружи существенно менее важно» , пример который приводит Адам — Технология KMC DLC (Dimond Like Coating) — которая применяется после сборки цепи на всю цепь, а не к отдельным ее элементам.

Производственные допуски так же играют свою роль. Логично, что более узкие допуски и лучший контроль производственных процессов позволяет получить более высокое и стабильно качество дорогих цепей. Но, как было обнаружено в ходе исследования, допуски могут гулять от партии к партии и более высокая цена продукта не всегда гарантирует лучше качество.

Вес так же значимый фактор при формировании цены на цепь. Модели высокого уровня большинства брендов выполнены с применением выштамповок или отверстий в боковых пластинах. Кроме этого используются полые пины для снижения веса.

Прочие мысли:

Есть и другие факторы кроме эффективности и долговечности, которые могут определить хорошую цепь и очень часто они зависят от конкретных составляющих частей привода и их режимов эксплуатации.

Совместимость между брендами и моделями — это очень тонкая игра в разрезе цепей.

Каждый производитель трансмиссии будет говорить вам, что только его цепь должна использоваться с его приводом, когда как игроки вторичного рынка запчастей просто говорят «Верьте нам — все будет ОК»

В большинстве случаев 8-11 скоростные цепи могут смешиваться между разными производителями без заметных проблем пока соблюдается соответствие с количеством звезд в кассете. Более того, во многих случаях если вы возьмете цепь на одну скорость больше чем звезд в кассете, то заметите не только нормальную работу трансмиссии но и возросший ресурс цепи связанный с уменьшением трения боковых поверхностей цепи о соседние звезды. Так же важно, то, что каждый производитель старается делать цепи следующего поколения более качественными чем предыдущего.

С 12 скоростными цепями ситуация иная. Новые 12 ск трансмиссии Shimano заметно лучше работают с 12 ск цепями Shimano, в свою очередь, цепи Shimano не очень хорошо ведут себя на трансмиссиях других производителей. А трансмиссия Sram ASX ROAD вообще использует ролики цепи увеличенного диаметра, таким образом вы не сможете использовать с ней другие цепи.

В этой статье не учитывается разница в качестве переключения с использованием различных цепей. Эта разница заметна, так как каждый производитель подгонят конфигурацию боковых пластин цепи к конфигурации упоров для переключения. Тем не менее, потери на трение и долговечность — это величины измеряемые, а четкость переключения — величина оценочная и субъективная.

Так же, не затронута коррозионная стойкость цепей. В общем, чем цепь дороже, тем лучше её покрытие сопротивляется коррозии.

И в завершении — прочность на растяжение и прочность соединения пинов так же не исследовалась, так как подходящий протокол испытаний еще в разработке. В любом случае, цепи наиболее известных производителей соответствуют отраслевым стандартам и подходят для нормальной эксплуатации.

Протокол тестирование — дребезг роликов против удлинения.

Как было описано в материале посвященном механизму износа цепи, есть множество способов оценки износа или как принято говорить «растяжения» цепи. Предыдущий подход был связан с использованием инструмента KMC Digital chain checker позволяющим снимать показания с точностью до 0.01 мм. Но заметная разница в зафиксированном размере роликов и их износе заставила пересмотреть подход и дополнительно использовать более традиционное измерения длинны под нагрузкой всего участка цепи из 53 испытуемых звеньев.

Инструмент KMC Digital Chain Wear Checker — персональный выбор для удобного измерения цепей. Метод измерения не не позволяет исключить износ роликов и измеряет суммарную величину.
 
Инструмент KMC Digital Chain Wear Checker — персональный выбор для удобного измерения цепей. Метод измерения не не позволяет исключить износ роликов и измеряет суммарную величину.

Автор статьи любезно уберегает читателя от всех подробностей тестового протокола, но в случае большого желания вы можете повесить велосипед на гвоздь, предупредить родных, взять больничный на работе и ознакомится с полной методикой испытаний и протоколом смазки на сайте Zero Friction Cycling’s chain testing brief

Самые долговечные 11 скоростные цепи:

Начиная тестирование Адам ожидал, что лучшие цепи основных производителей будут очень близки между собой, аналогично и с цепями начального уровня. «Однако были обнаружены удивительные факты которые потребовали дополнительного расследования растянувшегося на целый год»!

Адам исследовал 31 модель цепей купленных на деньги из своего кармана. Это большинство но не все из них.
 
Адам исследовал 31 модель цепей купленных на деньги из своего кармана. Это большинство но не все из них.

Исследование износостойкости цепей проведенное Адамом не было первым во вселенной, не так давно Wippermann Connex провел собственное исследование самых долговечных цепей. Некоторые результаты хорошо соотносятся с исследованием Адама, но тем не менее, были и очевидные расхождения. Особенно для цепей KMC и SRAM

Тесты Wippermann проводились на синглпидной нагрузочной машине с износом цепи до 1%. Wippermann измеряли только удлинение цепи, но не износ роликов, с которым у Wippermann не все так просто как показал тест Адама. В отличии от Wippermann Адам проводил свой тест на реальном велосипеде с переключателем позволяющим цепи сбрасывать натяжение в нижней полу-ветви чтобы продукты износа и смазка могли циркулировать в элементах звена как это происходит в реальной жизни. Так же результат фиксировался при 0,5% износе – который позволяет использовать остальные элементы трансмиссии с новой цепью, как обычно и поступают велосипедисты.

Оценки полученные Wippermann Connex SX, Wippermann Connex SB, SRAM XX1 Hard Chrome и YBN E-bike по результатам тестирования делают их королями износостойкости среди 11 скоростных цепей в терминах удлинения при износе.

Цепи которые достигли полупроцентного износа по достижению примерно 3000км пробега: Shimano Dura-Ace (HG-901), YBN SLA Gold, Campagnolo Chorus, Campagnolo Record, и YBN Anti Corrosion

Если полученная цифра в 3500км вас не впечатляет, то имейте в виду, что использовался ускоренный протокол с наиболее отвратительной смазкой.
 
Если полученная цифра в 3500км вас не впечатляет, то имейте в виду, что использовался ускоренный протокол с наиболее отвратительной смазкой.

На другом конце шкалы оказалась цепь KMC X11E прошедшая только 1694 км и KMC DLC за $120 износившаяся еще раньше. По теории Адама покрытие цепей КМС мешают нормальному функционированию смазки, что находит подтверждение в многочисленных жалобах пользователей о том что цепи КМС очень быстро начинают шелестеть и скрипеть как будто теряя смазку.

Адам провел повторное испытание KMC X11E с хорошей смазкой но по сравнению с контрольной цепью износ KMC X11E оказался так же высок, не смотря на то, что время службы контрольной цепи увеличилось практически вдвое.

Кроме этого Адам провел испытания еще нескольких цепей КМС в том числе новейшей X11TT oil-slick которая продемонстрировала великолепные результаты, не смотря на сниженную, по словам производителя, на 5% износостойкость в угоду более высокого КПД.

Адам не исключает того, что к нему могла попасть неудачная партия цепей КМС, поэтому собирается протестировать цепи КМС и обновить статью в ближайшее время.

Сразу за экземплярами КМС разместились цепи FSA’s Team Issue и SRAM PC1130 которые потребовали замены на 2000км пробега, 2/3 от пробега достигнутого высокоуровневыми цепями.

Как ранее было отмечено наблюдается существенное расхождение при измерении полного удлинения цепи по пинам и удлинения цепи включая ролики которое обычно измеряется с помощью индикатора износа цепи.

Адам посчитал, что среднее время жизни при измерении по роликам (КМС индикатор) Составило 2200км, а при замере по центру пинов — 2700км

Тестирование Адама Керина из Zero Friction Cycling указывает на расхождение между измерением длины цепи включая ролики и длины цепи измеренной только по центру пинов. Цепи с одинаковыми показателями являются лучшим выбором.
 
Тестирование Адама Керина из Zero Friction Cycling указывает на расхождение между измерением длины цепи включая ролики и длины цепи измеренной только по центру пинов. Цепи с одинаковыми показателями являются лучшим выбором.

Многое из этого объясняется различным качеством роликов — их твердостью, допусками при изготовления и применяемым покрытием. Общепринято отмечать специальную термическую обработку внешних и внутренних пластин, а так же пинов, но редко когда говорят о роликах. Это фактор всплыл в результате тестирования.

Например, цепи Campagnolo Record и YBN SLA показали практически одинаковый износ при оценке как по удлинению по пинам так и по удлинению с учетом роликов — это означает, что стандартный калибр дает достоверную информацию по их износу. Обе эти цепи — отличный выбор. SRAM’s XX1 Hard Chrome тоже повела себя отлично с той точки зрения, но, как дальше будет описано, эта цепь непроста для измерения.

В то же время остальные цепи показали существенные расхождения в достигнутом износе при разном методе измерения удлинения. Две наиболее износостойкие цепи в рамках измерения по абсолютному удлинению: Wippermann SX и SB показали наибольшее расхождение. Измерение по калибру показали критический износ при пробеге 1872 и 1092 км соответственно и 3389 и 3490 км при измерении удлинения по пинам.

Так же заметно боле быстрый износ по индикатору относительно абсолютного удлинения оказали цепи Shimano Dura-Ace, YBN E-bike chain, SRAM PC1170 and SRAM PC1190

Эта диаграмма показывает отношение износа к стоимости цепи. К сожалению она не иллюстрирует того факта, что дешевые цепи имеют неравномерную динамику износа и между регулярными измерениями они могут превысить допустимый порог и повредить трансмиссию.
 
Эта диаграмма показывает отношение износа к стоимости цепи. К сожалению она не иллюстрирует того факта, что дешевые цепи имеют неравномерную динамику износа и между регулярными измерениями они могут превысить допустимый порог и повредить трансмиссию.

Как правильно анализировать полученную информацию? Важно понимать, что ролик — это то через что цепь взаимодействует со звездой. Основная мысль — расстояние между роликами определяет как будет проходить зацепление с зубьями цепи. Не смотря на ряд недостатков — именно измерение калибром является более точной характеристикой износа цепи и позволяет принимать это значение для оценки той нагрузки, которую несут звезды работая с изношенной цепью.

Адам проверял параметры цепей из коробки для того чтобы оценить допуск производителей по параметрам цепей. Большинство цепей соответствовали точному стандартному шагу звена в 12,7 мм, но небольшая часть производителей склонны к его сокращению. Так же встречается разбег в длине звена, но в среднем на цепь он не должен приводить к существенной разнице в сумарной длине. Цепи FSA оказались худшими по этому показателю. Так же эта проблема была замечена у цепей KMC (DLC and X11E), Wippermann Connex (SB) и даже Campagnolo (Record 12-speed)

Наиболее долговечные 12 скоростные цепи:

Бытует мнение, что цепи с ростом числа звезд в кассете становятся менее износостойкими, но это заблуждение. Благодаря опыту и новым знаниям полученным в материаловедении, а также улучшении технологий термообработки большинство 11ск цепей гораздо лучше их 10ск предшественников в плане износостойкости. Похоже, что аналогичная ситуация и с 12ск цепями.

Новая цепь Shimano XTR 12 показывает выдающиеся результаты в этом отношении. Так же Адам отметил существенно изменившийся дизайн боковых пластин призванный улучшить переключение на новых звездах. Одновременно это делает совместимость с другим трансмиссиями существенно хуже.

И Simano и SRAM увеличили износостойкость своих цепей с переходом от 11 ск к 12.
 
И Simano и SRAM увеличили износостойкость своих цепей с переходом от 11 ск к 12.

Если износостойкость цепей SRAM XX1 на 11 скоростей была впечатляющей, то износостойкость топовых цепей Eagle просто сумасшедшая. Цепи X01 и XX1 Прошли максимально допустимые по протоколу 5000 километров и достигли только 70% от допустимого износа. Путем экстраполяции прогнозируемый пробег составил более 7000 км и это с учетом применения ужасной смазки и высокой абразивной нагрузки. Если с трансмиссией обходиться аккуратнее и использовать качественную смазку, то время жизни трансмиссии будет просо колоссальным.

«SRAM заявляют свою цепь XX1 как самую долгоиграющую и, похоже, они не шутят», «Обе цепи Х01 и ХХ1 были на столько впереди по сравнению с остальными, что мне пришлось повторить тест и результаты были теми же. Их износостойкость просто феноменальна» — пишет Адам

Так же как и в предыдущем случае не стоит соблазняться ценой эксплуатации недороой цепи — их износ сложнее прогнозировать, из-за чего моет произойти износ очень дорогой 12 скоростной кассеты.
 
Так же как и в предыдущем случае не стоит соблазняться ценой эксплуатации недороой цепи — их износ сложнее прогнозировать, из-за чего моет произойти износ очень дорогой 12 скоростной кассеты.

Те не менее, не все так радужно для SRAM, и это будет обсуждаться в следующей части. Плотные допуски при сборке цепи негативно влияют на ее КПД. В более дешевых вариантах GX и NX нет такой феноменальной выносливости, поэтому если вы владеете 12ск Eagle, то лучше использовать его с Х01 цепью.

Как было отмечено в статье про износ цепи, цепи SRAM невозможно измерить стандартным калибром из-за увеличенного размера ролика. Измерить их износ можно только инструментом измеряющим удлинение по внешним сторонам ролика, такими как Pedros’ Chain Checker Plus II или Park Tool CC-4.

Цепи Campagnolo не подчиняются принципу — больше скоростей — больше износостойкость. Тем не менее это все равно приличная цепь.

KMC’s X12 Ti Nitride 12ск показала существенно ниже ожидаемой износостойкость. Причина этого будет объяснена позже.

Kerin’s testing rig is currently setup for running regular drivetrain components. SRAM’s new AXS Road requires some very specific cogs, and aftermarket options are limited.
 
Kerin’s testing rig is currently setup for running regular drivetrain components. SRAM’s new AXS Road requires some very specific cogs, and aftermarket options are limited.

Все больше 12 ск цепей выходят на рынок и Адам с нетерпением ждет когда сможет их испытать. Особенно интересны продукты YBN.

Самым большим упущением для статьи является отсутствие новых ASX цепей в списках. Это связано с отсутствием подходящей трансмиссии для испытаний. Из-за использования ролика большего диаметра, цепь ASX не может использоваться со стандартной трансмиссией.

Наиболее эффективные 11 и 12 скоростные цепи

Далее в статье приводятся рассуждения о потери 0,5 — 2 ватт на цепной передаче, что сравнимо с влиянием своевременного опустошения мочевого пузыря и поэтому переведено не будет. Картинки для ознакомления с масштабом проблемы:

Выбор лучшей цепи. Перевод статьи, изображение №10
 
Выбор лучшей цепи. Перевод статьи, изображение №11
 

Стоит ли платить больше? На примере SHIMANO 105 VS ULTEGRA VS DURA-ACE

Смешивание компонентов из разных групп это общепринятая практика, но часто в разговорах с работниками Shimano цепь упоминалась как тот элемент трансмиссии за который стоит заплатить больше.

С большим числом покрытых антифрикционным покрытием частей и лучшими допусками при производстве кроме роста цены и эффективности Shimano декларирует и рост износостойкости.

Не смотря на заявления Shimano данные Ceramic Speed показывают не боле чем полу-ватное преимущество Dura-Ace против ULTEGRA.

Полые пины Dura Ace сделаны не только ради сохранения веса, это стало возможным благодаря более прочному материалу.

Тем не мене данные испытания указывают что Shimano Ultegra HG-701 11 более износоустойчива чем гораздо более дорогая Dura-Ace HG-901. Причина этого кроется в нескольких факторах. Прежде всего, это связано с меньшей выборкой по цепям DuraAce и тем, что из коробки DuraAce уже имели «износ» по роликам в размере 0.12mm в то время как Ultegra имела «износ» 0,5/0,6мм. При этом, при измерении удлинения по пинам DuraAce показывала превосходную выносливость.

Больше скоростей ниже надежность?

Вернемся к вопросу более широких цепей предыдущих поколений. Адам запустил тест одноклассных цепей Shimano и получил занятные результаты:

Заметно, что рост скоростей положительно влияет на износостойкость цепей.
 
Заметно, что рост скоростей положительно влияет на износостойкость цепей.

Это связано с улучшением технологий обработки металла, применением новых покрытий и изменением конструкции цепи.

Любимая цепь ZERO FRICTION CYCLING’S

ZERO FRICTION основан на поисках лучший решений в сфере смазки цепей и цепного привода и продажах компонентов через исчерпывающее их тестирование — это уникальное, наполненное увлечением, бизнес начинание. Ниже будет приведен список цепей которые Адам выбрал исходя из своих исследований и которые он будет продавать через свой сайт.

Для 11 ск цепей его фаворит YBN – хорошо обработанные ролики позволяющие достигать равномерного износа цепи во всех узлах приводят к 50% превосходству в сроке службы по сравнению с с цепями Shimano

Что касается 12 скоростных цепей — Адама больше всего впечатлила Shimano XTR и дальше он несет чушь о том, что Shimano лучше держит воск и те два вата что он на ней сэкономил заставили его поменять звезды.

Так же он рекомендует менять цепи на гонку и на тренировку, ездить на SRAM тренировки, а на гонку переобуваться.

Е.И.: мне же была интересна сугубо утилитарная часть статьи, поэтому маркетинговый булщит и рекомендации об экономии двух ваттов я оставлю за кадром. Мастерcкая love.bike рекомендует прислушиваться к голосу разума и логике, а не рекламе и популярной надписи на упаковке.

Смазки. Консистент

Смазки. Начало.

«Вещество под названием литий придает продукту специфическое скольжение, он не густеет при температуре до -50°С и не разжижается при нагреве до +150°С. Отрицательный нюанс – высокий уровень водорастворимости»
«Основное отличие велосипедных смазок от прочих состоит в том, что велосмазки обладают хорошими грязе- и водоотталкивающими свойствами»
«Соединения лития придают смазочным маслам такие полезные свойства, как антифрикционность, то есть «скользкость»»
«К недостаткам масел на основе лития относят то, что они быстро вымываются водой, а также высокую химическую активность лития, из-за которой такие смазки не рекомендуется использовать с деталями из алюминиевых сплавов.»
«Да, действительно литиевое мыло реагирует с алюминием (кстати, со сталями оно тоже реагирует), преобразуя поверхностный слой. Но неизвестно, насколько эффективно проистекает этот процесс, и способен ли он принести реальный вред алюминиевым деталям.»
Смазки. Начало., изображение №1
 

У любого химика от этих слов начинается неконтролируемое кровотечение из глаз и нестерпимый жар в районе стула. Но так сложилось, что в обывательском велосообществе это норма. Общий низкий уровень критичности мышления и технического образование позволят копирайтерам наполнять велоресурсы любым бредом, а продавцам зарабатывать на страхах и заблуждениях потребителей.

В велосипеде несколько узлов нуждаются в смазке: подшипники, цепь, амортизаторы. Отдельный класс «смазок» — монтажные пасты, применяющиеся в неподвижных узлах, их тоже рассмотрим, но позже. В этом материале будет освещен вопрос густых (консистентных) смазок для пары трения метал-металл подходящих для подшипников велосипеда.

В самом начале повествования хочется, чтобы читатель уяснил: подшипники велосипеда, за исключением очень редких ошибок конструирования, не работают даже с половиной нагрузки на которые они рассчитаны.

Основные причины выхода из строя подшипников это: загрязнение твердыми частицами, коррозия, и ошибки монтажа и конструкции узлов.

Чтобы не возвращаться поясним последний фактор: несоосность вызванная кривой установкой подшипника или несоосность посадочных мест, а так же неправильный выбор типа подшипника приводит к тому, что в работе радиального подшипника возникает существенная осевая составляющая с которой он не справляется. Поэтому торцевая обработка некоторых узлов просто необходима.

Две оставшиеся причины разрушения подшипников связаны с условиями эксплуатации велосипеда. Грязь, вода, пыль, резкие перепады температуры — всё это негативно влияет на срок службы подшипников, и главная задача смазки противостоять этим факторам. Полностью чистый пустой подшипник вращается ничтожно хуже чем смазанный. Ему мешает лишь трение шаров о сепаратор, но инженеры придумали как обойтись без сепаратора, как можно осмотреть вот тут: https://tinyurl.com/rrbao3g .

В промышленности смазка выполняет еще одну важную роль — охлаждение подшипника, но как было сказано ранее, в велосипеде нет таких нагрузок чтобы это имело хоть какое-то значение.

Применение густых смазок — это необходимое зло. Везде где это возможно использование смазочных систем на жидком масле более предпочтительно — это позволяет существенно улучшить как работу подшипника так и работу масла используя циркуляцию и централизованную очистку.

По понятным причинам использование таких смазочных систем в некоторых механизмах или невозможно или нерентабельно — к этим механизмам относится и велосипед. Для смазки подшипников в таких устройствах используются густые (консистентные) смазочные материалы и для удержания их в рамках рабочей зоны, а так же для предотвращения их загрязнения применяются различные инженерные решения: пыльники, грязеотбойники и другие уплотнители.

Консистентные смазки состоят из жидких масел и специального загустителя который формирует трехмерную относительно прочную структуру для удержания масла в заданном объеме. Принцип работы загустителя похож на губку, где в достаточно жестком каркасе может быть заключен приличный объем жидкости.

Смазки. Начало., изображение №2
 

Загустители принято делить на следующие классы: Мыльные и немыльные.

В данном контексте мыльные означает, что используются соли органических жирных кислот, издревле служивших сырьем для производства мыла. Самая популярная из них — стеариновая.

Немыльные загустители бывают органическими и неорганическими.

К неорганическим относятся бентонитовые глины и пирогенный кремнезем — оба этих загустителя не используются в велосмазках из-за неподходящих свойств.

К органическим немыльным загустителям относятся комплексы на основе солей сульфоновых кислот и на основе полимочевины.

Мыльные загустители, как правило, более известны и именуются по иону металла с которым образована соль карбоновой кислоты. Самые распространенные варианты:

Литий, Кальций, Алюминий, Барий и Натрий.

Смазки на основе натриевых мыл не подходят для использования в велосипеде из-за крайне низкой стойкости к вымыванию водой.

Смазки на основе алюминиевого загустителя не рекомендуются из-за склонности к само структурированию из-за чего существенно возрастает момент страгивания при вращении подшипника.

Смазки на основе бариевых мыл имеют отличную водостойкость и широкий температурный интервал, но слишком дороги из-за особенности работы с соединениями бария.

Самые распространенные загустители производятся на основе литиевых и кальциевых мыл. Исторически кальциевые загустители были более распространены, но в классических рецептурах на стеарате кальция смазки имели низкую теплостойкость и механическую стабильность. При поиске альтернатив были предложены загустители на основе солей лития. Изначально, промышленность отнеслась к ним довольно прохладно, но на текущий момент 80% смазок общего назначения производится именно на этом типе загустителя. Это связано прежде всего с широким диапазоном рабочих температур, отличной механической стойкостью и приемлемой водостойкостью.

Смазки. Начало., изображение №3
 

В русскоязычном сегменте интернета очень распространена страшилка о том как смазки на основе литиевого мыла словно кровь Чужого растворяют алюминиевые детали велосипеда. К счастью, подтвержденных данных этому нет. Скорее всего, при проведении эксперимента была использована очень дешевая смазка неизвестного происхождения в которой остатки сернистых соединений, побочных продуктов нефтеперегонки и кислотной очистки масла привели к коррозии алюминиевого сплава. Какого-то логичного обоснования влияния именно иона лития на алюминий нет.

Основная опасность которая исходит от лития — это его цена. Последнее время с ростом потребления лития в энергетике и электронике его цена растет быстрее чем в свое время росли биткоины, поэтому нефтехимическая промышленность постоянно ищет новые композиции смазочных материалов.

Смазки. Начало., изображение №4
 

Одним из результатов таких поисков стали комплексные загустители и загустители на смеси комплексов металлов.

Использование комплексных загустителей на основе кальция позволяет существенно повысить механическую прочность и тепловую стойкость смазочной композиции в отличии и классических Солидолов. Бонус — возросшая стойкость к вымыванию и соленой воде. Это достигается введением двухосновной карбоновой кислоты, которая стабилизирует сетку загустителя образуя более «сшитую» структуру.

Одновременное использование солей нескольких металлов так же позволяет улучшить свойства смазки получая лучшие свойства от каждого загустителя.

Относительно новый и перспективный современный загуститель — сульфонат кальция. Сам загуститель обеспечивает высокую антикоррозийную защиту без дополнительного пакета присадок, высокую водостойкость и термическую стойкость. Так же сульфонат обладает нативными свойствами выдерживать экстремально высокие давления. Из-за особенности производства сульфонатных смазок они содержат частицы микрокальцита который обладает свойствами твердой смазки, увеличивает толщину смазочной пленки и делает смазку более устойчивой к загрязнениям — частицы меньшего чем толщина смазочной пленки размера мало влияют на износ подшипника.

Смазки. Начало., изображение №5
 

Вторая составляющая часть смазки — масло находящееся в структуре загустителя. Большинство загустителей сами по себе не обладают какими-то смазывающими свойствами, масло — это компонент отвечающий за «скользкость» смазки. Так же от масла сильно зависит то, как поведет себя смазка при низких температурах. Самые распространенные типы масел:

  • Минеральное — самое распространенное масло получаемое перегонкой нефти. Так же продукты гидрокрекинга часто называют синтетическим маслом, но по своей природе оно ближе к минеральным. Это самый загадочный тип масла, что связанно с нестабильностью его состава в зависимости от подхода к качеству производителя смазки. Индекс вязкости такого масла может сильно варьироваться. Качество этого масла находится в очень широком интервале — от отвратительного до очень хорошего.
  • Синтетическое — как понятно из название — это продукт химического синтеза из более простых компонентов. Треть масел под этим названием: ПАО — полиальфаолефины — углеводороды определенного и довольно узкого молекулярного состава, благодаря чему легче контролировать стабильность свойств продукта. Эти масла обладают хорошими низкотемпературными свойствами и относительно невысокой ценой — примерно в 3 раза выше стоимости минерального масла.
  • Вторая многочисленная группа синтетических масел — масла на основе сложных эфиров. Положительные качества этих масел — высокая морозостойкость, хорошая адгезия к металлам. Из отрицательных свойств - относительно высокая гигроскопичность и высокая стоимость. Часто эти масла используются для понижения температуры эксплуатации углеводородных масел.
  • Еще одна группа масел которая постоянно на слуху — это силиконовое масло. Замечательный материал, очень дорогой (в 30-100 раз дороже минерального масла), для смазки в паре трения металл-металл не подходит вообще.

Кроме базовых компонентов смазки в них так же используются добавки для улучшения антикоррозионных свойств, окислительной устойчивости, смазывающих свойств при высоких нагрузках (EP в маркировке), добавки дисульфида молибдена MoS2, тефлона и.т.д. Для велосипеда нужен только базовый комплекс стабилизирующих и антикоррозионных добавок. Добавки EP не работают при нагрузках встречающихся в велосипеде. Более того, при их разрушении и окислении могут образовываться коррозионно-активные соединения серы.

Добавки графита и сульфида молибдена так же не работают из-за недостаточного давления в области контакта шарика с поверхностью качения. При низких нагрузках чешуйки этих материалов находятся в беспорядочном положении и только мешают скольжению.

Для выбора подходящей смазки нужно определиться с критериями которым должна удовлетворять смазка.

  • Температурный диапазон эксплуатации от — 30° до +100°С. Реальная температура подшипника может достигать 80°С, но при температуре близкой к температуре капле-падения смазки начинается очень активное маслоотделение. Смазка быстро деградирует и требует замены.
  • Устойчивость к вымыванию водой — менее 3% по IP215 - ASTM D1264 чем меньше тем лучше.
  • Антикоррозионные свойства — пакет антикоррозионных присадок необходим если базовые компоненты не обеспечивают защиты от коррозии
  • Совместимость с материалами пыльников и уплотнителей — пластик и резина не должны разрушаться.
  • Достаточная структурная прочность — отсутствие расслоение во время всего срока службы.
  • Невысокая цена.

Кроме этого производители могут предложить следующие свойства:

Пищевой допуск — не нужен

Экстремальные давления — не нужны

Радиационная стойкость — не нужна

Работа в вакууме — не нужна

И многие другие ненужные свойства которые делают смазку дороже, но в велосипеде не работают.

При выборе смазки прежде всего стоит руководствоваться принципом необходимой достаточности — если одна смазка работает лучше другой на 10% а стоит в 2 раза дороже, то нет никакого смысла в её приобретении.

Так же важно понимать, что смазка «выходит» из строя в основном из-за загрязнения твердыми частицами. Даже вода не так вредна для подшипников — с ней справляется пакет антикоррозионных присадок. Попавшая же в подшипник песчинка приводит к лавинообразному износу царапая тела качения и поверхности вызывает появление новых твердых частиц которые так же разрушают подшипник. Именно поэтому необходимо менять смазку при малейшем подозрении на загрязнение, например, после мойки высокого давления или экстремальных условий катания, а также профилактически хотя бы раз в сезон. По этому принципу лучше рядовая добротная смазка два раза, чем супер дорогая и классная, но один раз.

Резюмируя вышесказанное, смазка для велосипеда должна состоять из

  • минерального или синтетического ПАО масла,
  • быть на литиевом, комплексном кальциевом или смешанном Li/Ca загустителе. Отличный вариант Ca-сульфонат и полимочевина если это не сильно увеличивает стоимость смазки.
  • В смазке не должно быть EP присадок, MoS – они принесут больше вреда чем пользы. Графит не желателен, вреда от него почти нет но и пользы никакой. Наличие тефлона допустимо если не влияет на цену.

Теперь рассмотрим какие варианты смазок доступны к приобретению. Смазки будут оцениваться по доступности, применимости и стоимости.

Смазки. Начало., изображение №6
 

Mobil XHP 222 (KP2N-20) — симпатичная синяя литиевая смазка с минеральным маслом. Согласно маркировке применима до -20°С. Пакет присадок для высоких нагрузок. Водостойкость средняя, коррозионная защита средняя, цена 4,9 евро. За 0,4кг (12,25 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №7
 

Shell Gadus S2 V100 2 (KP2K-30) обычная моно-литиевая смазка на минеральном масле. Средние и достаточные характеристики. Пакет ЕП присадок. Стоимость 3,17 евро за 0,4кг (7,9 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №8
 

Mobil Mobilith SHC 220 (KPHC 2N-30) — красная смазка на литиевом комплексе и синтетическом базовом масле. Смываемость и коррозионная стойкость средняя. Температура эксплуатации до -30°С. цена за 0,38кг — 10,21 евро (26,9 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №9
 

Liqui Moly Marine Bootsfett (KPF2G-20) Смазка на кальциевом комплексе и минеральном масле. Температурный диапазон -20° — +100°С. Отличная водостойкость и защита от коррозии. Пакет ЕП присадок. Стоимость 8,31 евро за 0,4кг (20,75 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №10
 

Ravenol Marinefett (KP2K-30) — Флуоресцентная желто-зеленая смазка на основе кальциевого комплекса и гидрокрекингового масла. Отличная стойкость к вымыванию и коррозии. Температура эксплуатации -30°С — + 120°С. Пакет присадок ЕП. Цена 6,96 евро за 0,4кг (17,4 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №11
 

Rocol SAPPHIRE Lo-Temp 2 — бежевая смазка на основе кальциевого комплекса и минерального масла. Отличная стойкость к вымыванию. Хорошая антикоррозионная защита. Низкая температура эксплуатации. Цена 5,7 евро за 0,4кг (14,25 евро/кг)

TOTAL CERAN XS 80 — KP1/2N-55 Очень мягкая коричневая смазка на основе сульфоната кальция и синтетического масла для экстремально низких температур. Высокая стойкость к вымыванию и защита от коррозии. Высокая нагрузочная способность. Очень сложно купить. Стоимость 8,83 евро за 0,4кг (22,3 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №13
 

Prolong® EP-2,5 — Коричневая смазка на минеральном масле и кальций-сульфонатном загустителе. Высокая вязкость базового масла. Сложно купить. Стоимость 8,8 евро за 0,38кг (23 евро/кг)

Смазки. Начало., изображение №14
 

TOTAL ALTIS MV 2 — грязно-зеленая смазка на основе полимочевины и высоко очищенного минерального масла. Она же — Parktool Polylube 1000. Отличная водостойкость и механическая прочность. Температура эксплуатации до -25°С. Очень сложно купить. Цена 5,2 евро за 0,4кг (13 евро/кг) 36 евро/кг если покупать под маркой Parktool.

Смазки. Начало., изображение №15
 

МС-1520 (Rubin) KP2K-40 Красная смазка на минеральном масле и литий-кальциевом комплексе. Очень высокая водостойкость, хорошая защита от коррозии, низкая температура эксплуатации. ЕП Присадки. Очень распространена. Цена 3,8 евро 0,4кг ( 9,5 евро/кг)

Обратите внимание — в перечне упомянута только одна смазка специального велосипедного назначения. Это связано с тем, что в мире нет ни одного завода велосипедных смазок. Объем смазочных материалов потребляемых вело индустрией настолько мал, что у производителей оборудования просто нет машин для производства такого малого количества смазок. Так же очевидно, что велотехника в своих требованиях даже близко не сравнится с требованиями военной или аэрокосмической отрасли, где производство высокотехнологичных смазок поставлено на поток. Поэтому производителям велохимии остается просто открыть каталог известного нефтехимического концерна, выбрать из него подходящую смазку и фасовать под своим брендом.

Вернемся к списку смазок. Видно, что стоимость отличается примерно в 3 раза, но при этом все эти смазки подходят для применения в велосипеде, но есть определены нюансы.

  • Смазки на сульфонате кальция и полимочевине не совместимы не с какими другими смазками и требуют тщательной очистки узлов перед нанесением.
  • Если вы живете в холодных регионах и низкая температура для вас не причина не ездить на велосипеде, то смазки Liqui Moly Marine Bootsfett, Mobil XHP 222, Prolong® EP-2,5 вам не подойдут.
  • На жарком юге Liqui Moly Marine Bootsfett будет деградировать очень быстро.
  • Достать смазки на кальций-сульфонате или полимочевине где-нибудь в Чите будет очень сложно.

Выбор редакции — Смазка МС-1520 (Rubin) — недорогая, доступная и показала себя великолепно во всех подшипниках велосипеда. Встречается в продаже в 90гр пакетиках. Единственный спорный момент — Российское происхождение. К сожалению, отечественные производители не славятся стабильным качеством.

Для своих клиентов мастерская love.bike выбирает смазки TOTAL CERAN прежде всего по той причине, что не каждый велолюбитель достаточно дисциплинирован чтобы регулярно обслуживает свой велосипед. То, что антикоррозионные свойства данной смазки обусловлены базовыми компонентами, а не добавками позволяет сохранять свойства любое количество времени пока хотя бы какая то её часть находится в подшипнике.

Спасибо всем кто осилил столько текста и не стесняйтесь задавать вопросы если они есть и исправлять ошибки и неточности если вы их обнаружили.

Карбон — все что вы хотели знать

Большая часть карбоновых компонентов родом из Азии. Некоторые рамы изготавливаются в США (Трек, Zipp) и Франции — Look, Time.
Но, благодаря тому, что карбон крайне технологичный материал и позволяет работать с полуфабрикатами типа труб и узлов, многие частные фреймбилдеры и бутиковые марки делают свои рамы с помощью этих полуфабрикатов без подготовки дорогой оснастки.

cyclingtips.com
 

cyclingtips.com

Тем не менее, карбон, как материал велокомпонентов, весь родом из Азии. Это связано с технологией получения волокна: пиролитическое окисление полиакрилонитрила со стабилизацией в инертном газе. Проблема в том, что это очень грязный процесс и развитые страны предпочитают не иметь у себя на территории таких мощностей.
Сейчас 90% волокна производится шестью компаниями: Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon, Hexcel, Zoltek, и Cytec. 2/3 этого количества производится на первых трёх предприятиях, расположенных в Азии. Оставшаяся часть волокна производится в том числе и в США, но расходуется на стратегические нужды, например, для космоса и авиации.
Карбоновое волокно выпускается в различном виде: короткое или длинное в виде обрезков нитей (как правило используется в качестве наполнителя в композитных пластиках, в виде жгутов, тканных и нетканных листовых материалов, пряжи).

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №2
 

Базовые материалы довольно сложны в переработке и только крупные производители типа Giant имеют необходимое для этого оборудование.
Большинство же используют в своей работе предварительно пропитанный смолой полуфабрикат — препрег.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №3
 

Смола — это второй важный компонент карбонового изделия. Сами по себе волокна карбона хрупкие и не выдерживают нагрузку на сжатие, смола помогает удерживать волокна вместе и перераспределять нагрузку между многими волокнами в конструкции.

При продвижении карбоновых продуктов производители любят упоминать о том, что использованы самые очень сильно высокомодульные марки волокна. Вот, по факту, волокно, подходящее для изготовления рам является стандартным или средним по модулю упругости, но мало кто захочет купить изделие из средненького карбона. На изделиях же из высокомодульного волокна мало кто захочет кататься — оно будет хрупким и некомфортным. Некоторые производители придумывают собственные обозначения для марок углепластика, такие как FACT или Advanced Grade, но производители карбона не в курсе, что умеют делать такие марки материала.

Часто рама сделана из нескольких марок углеволокна — в местах и направлениях, где требуется большая жесткость, используется более высокомодульное волокно, в местах, где требуется эластичность, используется волокно помягче.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №4
 

Именно в укладке волокна кроется главный секрет производства рам. Основной материал при изготовлении рамы — это однонаправленный препрег, в нем все волокна уложены в одном направлении и именно по этому направлению достигается максимальная прочность материала на разрыв. Листы препрега выкраиваются на специальном ЧПУ плоттере и вручную укладываются в форму, согласно карте слоев, которую предварительно рассчитывают с помощью программ физического моделирования.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №5
 

Одна рама может содержать до 400 фрагментов препрега, которые необходимо уложить вручную по сложному контуру. Трудоемкость этого процесса — одна из причин того, почему большинство производств находится в Китае и Тайване.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №6
 

Процесс раскладки выкройки является максимальным концентратором ошибок и брака при производстве рам. Дешёвая карбоновая рама от дорогой отличается прежде всего раскладкой материала. Чем более тонкие и чем больше слоев используется, тем лучше соотношение прочность/вес. Но и тем больше возможностей «запереть» пузырек воздуха между слоями, который, в последствии, послужит катализатором разрушения рамы.
Высокая технологичность и простота технологии изготовления рам позволяет с лёгкостью копировать внешние атрибуты дорогих изделий и выпускать сколько угодные точные копии. Раскладку же слоев скопировать очень сложно и дорого, проще сделать самостоятельно с нуля, но тогда теряется экономический смысл подделки.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №7
 

Поэтому недорогие рамы массовых брендов и «ОЕМ» китайские копии, как правило, состоят из меньшего числа более толстых слоев карбона. И второй важный момент экономии — это контроль качества. Так, Каньён проводит компьютерную томографию каждой выпускаемой карбоновой вилки. Но на момент написания статьи ни один производитель рам не исследовал каждую выпускаемую раму на предмет брака. Тем не менее надёжность производства, где проверяют каждую десятую раму на рентгене, не сравнимо выше того, на котором вообще нет возможности делать такой анализ.
Ещё одно слабое место карбоновых рам — точечные удары. Это связано с направленными свойствами волокна — нагрузка, отличная от расчетной по направлению, может привести к расслоению ламината или даже к полному его разрушению. К счастью, наблюдаемые в завалах Про-тура взрывоподобные разрушения велосипедов, характерны только для очень дорогих и лёгких моделей. Часто повреждение карбонового узла не приводит к полной потере целостности из-за того, что не все слои разрушаются одновременно.
Ещё один вопрос, волнующий велосипедистов — усталость карбона. Что устает раньше алюминий или карбон? Или карбон может конкурировать со сталью и титаном? При рассмотрении этого вопроса стоит понимать, что карбон устает не так как металл. Само по себе волокно в рамках термина усталость — вечно. Но так как карбон — это композиционный материал, то процессы усталостного разрушения затрагивают прежде всего границу раздела фаз. Ослабевает связь между волокном и смолой, что приводит к деламинаци, но на современных смолах этот процесс происходит настолько медленно, что нет никакой возможности это заметить без инструментальных методов контроля.
Самое же непрочное место у карбоновых рам — это всевозможные вклейки алюминиевых узлов: кареточных стаканов, рулевых, дропаутов. Кроме разных упругих свойств алюминия и карбона, в месте контакта этих материалов происходит электрохимическая коррозия, что приводит к отслоению вклеенных элементов.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №8
 

Полезным же свойством карбона является возможность его починки. И, как бы не надували щеки именитые мастерские, но починить карбон может любая домохозяйка. От входных данных будет зависеть лишь вес и внешний вид элемента после починки. Оборудование для вакуумной инфузии, стапели, ИК нагреватели помогают провести ремонт карбона профессионально, но прочность изделия будет определяться прежде всего правильностью укладки материала в зоне ремонта.

Карбон. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить., изображение №9
 

В конце хотелось бы остановится на карбоновых колесах. В отличие от рам, колеса полностью симметричны, благодаря чему укладка слоев очень простая. Основная сложность производства — это интегрирование тормозной поверхности для ободных тормозов и втулок в колеса типа лопасти или диск. Если же у вас дисковые тормоза, то карбоновые ободья будут лучшим выбором чем топовые алюминиевые. Единственное ограничение на которое придется обратить внимание — это стоимость. К сожалению, пока даже китайские ободья стоят дороже лучших алюминиевых вариантов, но разница в цене постоянно сокращается.

Сколько спиц достаточно?

Сколько лет современному велосипеду? Вот несколько фактов чтобы понять на сколько он молод:

Shimano выпустила первую гоночную группу DuraAce в 1972г;
До середины 80х алюминиевые обода применялись в основном на гоночных велосипедах высокого уровня — стандартным для обычного велосипеда был стальной обод;
Первый серийный МТБ появился в 1981г;
В программу олимпийских игр МТБ был включен в 1996г;
1998г — последний год когда этап Тур Де Франс был выигран на велосипеде со стальной рамой;
Серийное бескамерное колесо было представлено в 2006г.

Казалось бы, это все было недавно, а теперь для сравнения – телефон Nokia 3110 была выпущена в 1999г, первый Iphone поступил в продажу в 2007, инстаграм появился в 2010г. Посмотрите как изменились мобильные гаджеты и сети за это время и как изменился велосипед. Но рынок требует крови, не буквально, деньги — это кровь экономики, они должны течь, чтобы кто-то производил кто-то должен покупать. И тут на помощь приходит маркетинг и реклама. Сегодня рассмотрим то как это сказалось на конструкции колес велосипеда.

Долгое время неотъемлемой частью велосипеда были 72 спицы. В зависимости от места рождения байка они могли быть поделены поровну между двумя колесами, либо как было принято в Англии — спереди 32 спицы а сзади 40. Педантичные спортсмены-энтузиасты собирали задние колеса на 32 спицы, но это было занятие исключительное. А кто откажется быть исключительным? Так подумали маркетологи и вот уже новые спортивного вида колеса пошли в массы. Дальше — больше, т. е. Меньше, все меньше и меньше спиц. Казалось бы, меньше спиц — легче колесо. Но меньше спиц требует более прочного, а значит, и более тяжелого обода. Второй любимый довод — аэродинамика. Но почему в МТБ и развлекательных велосипедах, где скорость невысока и аэродинамическое сопротивление спиц ничтожно, их число уменьшается? Ответ прост — мода позволяет продавать меньше запчастей за большие деньги.

Маловато будет, изображение №1
 

Чем же вредно малое количество спиц?

Маловато будет, изображение №2
 

Рассмотрим таблицу — в ней отмечено примерное расстояние между спицами в зависимости от диаметра колес и количества спиц в колесе. Расстояние между спицами в 29 дюймовом колесе на 28 спиц почти в полтора раза больше чем в 26 колеса на 36 спиц. Просто вообразите — поломка 1 спицы в колесе 29дюймов/28 спиц эквивалента потере 2х спиц подряд в колесе на 26 дюймов на 36 спиц. А теперь вспомните о том, что дисковые тормоза раньше были роскошью, а 12 звезд могло быть только в созвездии Скорпиона: «зонт» колеса был гораздо более симметричные чем сейчас.

Может показаться, что текст написан современными луддитами, но это не так — мы верим в современные технологии. Например, возрастающую несимметричность заднего колеса можно поправить каким-нибудь новым стандартом, Boost вот хорошо подходит. Способность обода сохранять форму без поддержки спиц можно улучшить с помощью профиля, как, например, сделали в ободах ZTR с префиксом МК3.

Маловато будет, изображение №3
Маловато будет, изображение №4
 
 
 

Вот только наличие плоскости большой площади привело к тому, что обода трещат из-за усталостных повреждений, но это тоже можно поправить — есть отлично подходящие для этого шайбы Newman.

Маловато будет, изображение №5
 

А ведь можно просто взять и собрать колесо на нормальном количестве нормальных спиц. Да это не так выгодно нам как мастерской — ведь мы можем продать шайбы, взять дополнительную плату за их установку и рекомендовать регулярное обслуживание спицевого набора, а клиент с колесами на 36 спиц вернется лишь тогда, когда втулка отправится в страну вечной охоты. Мастерская love.bike верит в карму и на всякий случай предупреждает.

Итак, почему лопаются спицы?

Прочность спицы на разрыв характеризует способность спицы выдерживать статическую нагрузку при растяжении, фактически, это максимальное усилие, с которым спица может притягивать обод к втулке. Современные спицы основных производителей Sapim, DT Swiss, Pillar, CNSpokes, Wheelsmith, Rodi и т. д. на столько хороши, что выдерживают нагрузки более 250кг на разрыв для базовой модели 2мм спицы. Производители ободьев, как правило, ограничивают максимальное усилие натяжения 125 килограммами для стандартных и тяжелых ободьев и ниже 100 кг для легких моделей.

Усилие разрыва спиц Pillar

Очевидно, что предел разрывной прочности для спицы не может быть достигнут в колесе ни при каких условиях. Это подтверждает и характер обрыва спиц — статистически спицы должны рваться равномерно по всей длине, но экспериментальные данные показывают, что примерно в 90% случаев J-образная спица рвется у головки, около 10% — у ниппеля и меньше чем в 0,1% случаев обрывы происходят по телу спицы. Причина этого — усталость металла.

Диаграмма нагруженного колеса

В ГОСТ 23207-78 дано следующее определение усталости — процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению.

Ключевой момент в развитии усталостных повреждений — это переменное напряжение. При езде во время вращения колеса с каждым оборотом нижние спицы ослабляют свое натяжение на 20-40% и натягиваются после прохождения нижней точки.

Цикл нагружения спицы

Хорошая новость — современные спицы выдерживают десятки миллионов циклов нагружения, то есть спиц должно хватать на 20 тысяч километров и более, но, к сожалению, спицы лопаются чаще.

Связано это с тем, что всё предыдущее справедливо лишь для правильно собранных колес катящихся по паркету велотрека. В реальной жизни так бывает не всегда. Да еще и усталость накапливается неравномерно.

Усталостные повреждения в металле развиваются от мельчайших неоднородностей, превращаясь в микротрещины, которые развиваясь приводят к нарушению целостности спицы. Такие неоднородности как дефекты кристаллической решетки, неметаллические примеси, неровности поверхности, полученные при обработке спицы, распределены равномерно по всей спице. Изгиб же спицы и место накатки резьбы — это две области, где присутствуют дополнительные концентраторы напряжения — остаточные деформации от обработки металла при формировании этих узлов и деформации сжатия от контакта с фланцем втулки и ниппелем.

Спица во фланце втулки

Статистические расчеты показывают, что зона у головки спицы должна быть в 1,514 раза прочнее чем у ниппеля, чтобы приравнять вероятность обрыва спицы у ниппеля и у головки, что увеличит время работы спицы перед тем, как она накопит критический уровень усталости. Формально решением этой проблемы было обусловлено появление «однобаттированных» спиц, таких как Sapim Srong, DT Alpine или Pillar PSR/PSB. Формальным, потому что увеличение диаметра плеча спицы не только увеличивает прочность спицы, но и полностью меняет поведение спицы при переменном напряжении — зона большей толщины практически не меняет свой длины из-за того, что эластичность зоны с меньшей толщиной поглощает основную часть деформаций — такие спицы будут лопаться в основном у ниппеля.

Спицы же с двойным баттированием решают и эту проблему. Благодаря центральной более эластичной и упрочненной зоне края, спицы практически не участвуют в деформации, связанной с переменной нагруженностью спиц. Спицы с двойным баттингом, являясь чуть менее прочными относительно не баттированных в статических условиях, оказываются существенно более прочными в условиях реальной эксплуатации.

Не смотря на технические решения, применяемые при производстве спиц, полностью избежать влияния усталости на прочность колеса не удастся. Накопление усталости будет происходить тем быстрее, чем больше вес на оси колеса, чем меньше в нем спиц, чем не равномернее они натянуты и чем агрессивнее условия эксплуатации колеса. Все это приводит к тому, что амплитуда изменения напряжения каждой спицы будет больше, а усталостные процессы интенсивнее.

Резюмируя вышесказанное, залог прочности колеса — это правильная сборка на правильно подобранных компонентах. Как их выбрать и на что обратить внимание при сборке — в следующих частях.

Разрушение колеса велосипеда

Из каких элементов складывается прочность колеса, и что вообще означает прочность? Предлагаю считать прочностью колеса его способность избегать разрушения при нормальной эксплуатации. Т.е. разрушение колеса от попавшей в спицы палки, дикого зверя или другого велосипедиста — это из ряда вон выходящее событие, и конструировать колесо с целью их предотвращения бессмысленно.
Для того, чтобы понимать, как разрушается колесо, нужно разобрать, какие силы на него действуют.
Постоянно действующие силы — это натяжение спиц, давление корда покрышки на обод, давление камеры на обод и т. д. Они не влияют на прочность колеса непосредственно — случаи, когда колесо ломалось на велосипеде стоящем в кладовке, обычно связаны с землетрясениями или другими катаклизмами.

Динамические нагрузки, действуют на колесо велосипеда во время движения. Их можно разделить по вектору в направлении которого они действуют: радиальные, латеральные/боковые и торсионные.

Радиальные — это нагрузки, направленные от периметра обода к центру колеса. С этими нагрузками колесо справляется лучше всего. Любое добротное колесо выдерживает по этому вектору усилия превышающие его вес в 500-700 раз.
Латеральные нагрузки возникают при попытке сдвинуть обод вдоль оси втулки. Такие нагрузки возникают в поворотах, при педалировании стоя или в аварийных ситуациях когда колесо плоскостью упирается в край колеи, трещины или канавы. К данным нагрузкам колесо устойчиво меньше чем к радиальным, как правило, в связи тем, что так называемый зонт (угол колеса, с которым они от обода идут к фланцу втулки) несимметричен. Стандарт втулок с расширенной осью — Boost в том числе призван увеличить латеральную прочность колеса.

Торсионный вектор силы действует на колесо таким образом, что пытается «намотать» спицы колеса на втулку.

Это усилие возникает на заднем колесе при педалировании и на колесах с дисковыми тормозами при торможении. В рамках вопроса о прочности колеса это самые безобидные явления, так как легко решаются так называемой «тангенциальной» спицовкой. Именно поэтому прямая спицовка «солнышком» может применяться только на негруженной стороне или на декоративных велосипедах, т.к. такого рода спицовка мало того, что страдает от торсионной деформации, так ещё и не способствует передаче усилия от наездника к шине.


Глядя на вышесказанное кажется, что колеса должны быть вечными, но они почему то ломаются.
Как правило, разрушению колес способствует несколько факторов одновременно, но сценарий развития событий один: колесо становится нестабильным для латеральных нагрузок и складывается как картофельная чипса.

Это может происходить, например, при приземлении с прыжка на слабо натянутых колесах. Спицы теряют натяжение в месте контакта с поверхностью, и латеральная поддержка колеса пропадает. Так как езда на велосипеде связана с удержанием равновесия, которое само по себе вызывает постоянные небольшие нагрузки перпендикулярно плоскости велосипеда, то в экстремальной ситуации их хватает, чтобы согнуть обод, а дальше гравитация делает свое дело.
Также, разрушению колеса способствуют мелкие аварии, повреждающие обод и нарушающие равномерное натяжение спиц.
Однако, полное разрушение колеса — это, скорее, исключение, и гораздо чаще случается постепенная деградация колеса, когда спицы лопаются по одной, и процесс этот не прекращается — вскоре, после замены лопнувшей спицы, не выдерживает другая. От чего это происходит и как с этим бороться — в следующей серии.

Колесо — как оно устроено?

Видимо, благодаря тому, что физика изучается в период активного пубертата, всё связанное с техникой окутано пеленой мифов и предрассудков, велосипед — не исключение. Среди немногочисленных узлов велосипеда первое место по концентрации лулзов и нелепиц заслуженно достается колесам. Амортизация регулярно пытается их подвинуть, но колеса есть на каждом велосипеде, а амортизация нет.

В этой заметке я не буду пытаться объять необъятное: литые колеса, колеса из композитных материалов и колеса около классической конструкции со спицами из экзотических материалов, остановлюсь на традиционных колесах со стальными спицами.

Колесо состоит из обода, втулки и спиц, соединяющих эти элементы в одно целое с помощью ниппелей. И на этом этапе появляется первое недопонимание — как работает колесо? Немногочисленная часть ответчиков считает, что колесо опирается на спицы, как колесо телеги. Но это, конечно же, абсурдно, учитывая как колесо устроено и насколько спицы длинны по сравнению со своей толщиной. Фактически, спицы — это струны, стягивающие обод в геометрический центр.

Понимая это, остаётся не очевидным как же все-таки колесо работает и воспринимает нагрузку. Второй более логичный вариант заключается в том, что колесо «висит» втулкой на верхних спицах, и при вращении спицы, находящиеся внизу, ослабевают, а находящиеся сверху — натягиваются. К сожалению, эта стройная теория не находит экспериментального подтверждения. Если замерить натяжение спиц на нагруженном велосипеде, то обнаружится, что падение натяжения на нижних спицах с десятки раз выше, чем возросшее напряжение на верхних.

На самом деле колесо «стоит» на нижних спицах, но не в смысле того, как стоит на колоннах здание, а в том смысле, что преднатянутым своим состоянием они удерживают обод, в то время как падение напряжения хотя бы на одной спице увеличивает диаметр обода, и возникающая нагрузка перераспределяется на остальные спицы.
Для более легкого восприятия можно представить каплю воды в невесомости: если в неё не сильно ткнуть жирным пальцем, то с обратной стороны капли пупырка от пальца не появится. Изменение объема жидкости передастся во все стороны равномерно, а сила поверхностного натяжения будет пытаться сохранить шарообразную форму капли. Собственно, капля и ведет себя как шарообразное колесо с бесконечно большим числом спиц.

В следующих сериях будут рассмотрены причины внезапной гибели колес и как это предотвратить.

© 2020 Love.bike

Theme by Anders NorenUp ↑