Спицы состоят из двух деталей — длинного стержня с резьбой с одной стороны и загнутой под углом 90° полукруглой головки с другой. Еще есть и деталь специальной формы — ниппель. Ниппели представляют собой тонкие высокие гайки грибовидной формы со шлицом под отвертку на «шляпке» и четырьмя гранями под ключ с противоположной стороны. Они могут быть увеличенной длины, если планируется установка спиц в высокие (аэродинамические) обода. Ниппели делают из стали (недорогие, но довольно тяжелые и быстро ржавеющие), никелированной бронзы или латуни, а самые «крутые» изготавливают из легкого, но дорогого алюминия. Идея использования алюминиевых ниппелей проста — снижение веса и момента инерции колеса. Правда, выигрыш совсем небольшой — всего на 40-50 гр на паре колес. Ниппели из латуни и, еще лучше, из бронзы, несмотря на больший вес, гораздо предпочтительней, чем алюминиевые и стальные, по следующим соображениям:
- Они достаточно устойчивы к коррозии и имеют долгий срок службы;
- Они не «прикипают» намертво к алюминию, стали или титану. Две детали в комбинации алюминий-алюминий, алюминий-титан или алюминий-сталь, состыкованные на резьбе или на трении, могут образовать неразъемное химическое соединение. Никакой керосин и прогрев, как в случае соединения сталь-сталь, не поможет. Поэтому таких соединений стоит избегать, не ставить алюминиевые ниппели с титановыми спицами, а имеющиеся следует регулярно разбирать и смазывать;
- Как учит нас теория упругости, если длинная, тонкая спица, работающая на растяжение, сделана из высокопрочной стали, то узел крепления, ниппель, должен быть из более пластичного, вязкого материала с меньшей прочностью на растяжение. Тогда вся конструкция — колесо со спицами — будет служить долго и верно.
Предварительное натяжение спиц
Спицы прямые и спицы, работающие на сжатие
Зачем в велосипедном колесе такое множество тонких стальных спиц, и как они туда попали, — это первый вопрос, возникающий в непредвзятом сознании при взгляде на двухколесный аппарат. Прежде всего вспомним юного денди, который выехал обкатывать свой «свежесрубленный» байк, поставленный на пару тщательно сделанных, изящных деревянных колес, снятых, судя по всему, с кареты. Колеса имели деревянный обод, ступицу и некоторое количество толстых деревянных спиц. Эта конструкция известна уже несколько тысяч лет. В таком колесе весь вес принимают на себя спицы, поочередно работающие на сжатие. В этом смысле карета, телега и старинный велосипед похожи на сороконожку с большим количеством длинных ног. Вместе взятые, они много весят, но работа их неэффективна.
Как следует из теории упругости, длинный линейный элемент, работающий на сжатие, должен иметь большие поперечные размеры (соответственно, больший вес), чем элемент, работающий на растяжение. Впервые этот факт был осознан изобретателем Джорджем Кэйли, который в 1820 году понял, что можно сильно сэкономить на весе, если сконструировать колесо, в котором спицы работают не на сжатие, а на растяжение.
Само собой, дерево оказалось не лучшим материалом для новой конструкции. Но эта идея привела в дальнейшем к разработке современного велосипедного колеса, в котором проволочные спицы постоянно растянуты, в то время как сжимающая нагрузка воспринимается ободом, который можно сделать весьма тонким, легким, жестким и достаточно устойчивым. В 1867 году Медисон Каупер собрал первые подобные колеса.
Именно колесо с проволочными спицами и надувными шинами сделало велосипед удобным, практичным и достаточно быстрым. Кстати, Кэйли интересовал не велосипед, а самолет, и он много сделал для зарождающейся авиации. Его задачей было сделать шасси аэроплана максимально легким.
Но мир меняется быстро. Фирма Mavic недавно предложила колеса (готовые «вилсеты»), где часть толстых карбоновых спиц работает и не только на растяжение, но и на сжатие.
Рубрика: . Метки: колесониппельспицы.