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
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.
