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.