>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебное пособие

Современный велосипед

Рули и рулевые колонки

Рулевая колонка - небольшой, но очень ответственный узел. В ее функции входит:

• соединение в единое целое передней вилки велосипеда, выноса руля и рулевого стакана рамы;
• она позволяет поворачиваться рулю, выносу и передней вилке относительно единой оси;
• передает усилия от переднего колеса на раму.

При такой многофункциональности конструкция рулевой колонки не слишком сложна. Два подшипника, сверху и снизу рулевого стакана, и шток вилки, который пронизывает все детали насквозь, как шампур. Шток может быть с резьбой и контргайкой или гладкий. Изнутри специальным зажимом или в обхват снаружи к штоку крепится вынос. И можно еще добавить элементарную регулировку люфтов, с помощью гайки или специального болта. Все остальное это - особенности, определяющие типы разных рулевых колонок.

Резьбовая рулевая колонка

Стандартная резьбовая рулевая колонка - это два насыпных подшипника типа конус-чашка, причем чашки подшипников запрессованы сверху и снизу в рулевой стакан рамы. Но в принципе, подшипники могут быть и других типов - промышленные, игольчатые. На рулевую трубу (штырь) вилки надевается конус, по которому катаются шарики нижнего подшипника. Резьбовой колонку называют из-за внутренней резьбы на верхней чашке, контргайке и штоке вилки. Верхняя контргайка служит для крепления вилки, а нижняя гайка нужна для выбора люфтов в подшипниках. Между ними находится шайба с внутренним усом (зубом), который входит в ключевой паз штока вилки. Сверху в шток вилки можно вставить вынос руля. Пожалуй, это самый массовый стандарт прогулочных, дорожных и АТВ-велосипедов. При этом он достаточно широко используется и для шоссейных велосипедов. Например, Shimano применяет максимально облегченные резьбовые колонки в гоночных группах верхнего уровня с картриджными (промышленными) подшипниками. Это колонки HP-740О DURA-ACE, HP-6500 ULTEGRA, HP-5501 S105.

С появлением горных велосипедов все сильнее проявлялись недостатки резьбовых рулевых колонок. Для кросс-кантрийных байков они оказались слишком тяжелы (с учетом выноса) и недостаточно надежны. Для экстремальных байков им не хватало прочности. Бывало, что на мощной кочке вынос задвигался вниз по «самые уши» или выскакивал из трубы вилки, и спортсмен летел в кусты, крепко сжимая в руль в руках.

Безрезьбовая рулевая колонка

В 90-е пришло время новых рулевых колонок, Aheadset (в народе их называют в обхват). На самом деле, Aheadset - это имя собственное одного из первых, кто начал выпускать рулевые колонки этого стандарта, - оно и стало нарицательным. Конструкция таких колонок еще проще и легче. Главный принцип звучит просто и ясно - «колонка отдельно, вынос отдельно»! Никакой резьбы, никаких гаек с контргайками. Труба вилки девственно чиста и несколько длиннее, чем в резьбовом варианте. Появляется новая важная деталь - якорь.

Якорь вилки. Так как резьбы на штоке вилки нет, а гайки ушли в прошлое как класс, предварительную фиксацию деталей вилка+подшипники+вынос руля обеспечивает якорь — специальная гайка, что намертво стопорится внутри штока вилки. Верхняя шайба, называемая крышкой якоря, притягивается к выносу регулировочным болтом с головкой под шестигранный ключ, ввинченным в якорь, и стягивает всю конструкцию вместе. С помощью этого болта выбираются зазоры в подшипниках колонки, регулируется легкость поворота руля и создается необходимое давление на верхний подшипник, замыкая тем самым силовую цепь между выносом и штоком вилки. Когда люфты выбраны регулировочным болтом, остается только крепко зажать вынос на штоке вилки 1-м или 2-я болтами. Наиболее распространены якоря 4-х типов.

«Ромашка» - тонкая звездообразная слегка изогнутая стальная пластина. Обычно в комплект якоря входят две соединенных пластины с винтом. Вес около 20 гр. «Ромашка» устанавливается в трубу вилки специальным инструментом. Извлечь ее обратно невозможно — только протолкнуть дальше, причем если труба алюминиевая, то она весьма сильно царапается изнутри.

Клиновидная распорка типа «Conix». Вес 42 гр. В основном используется для рулевых колонок FSA. Продается отдельно, легко и просто монтируется, может многократно использоваться, крепко держится в трубе, практически ее не повреждая.

Якорь с изменяемым диаметром типа «DiaComp». Вес 32 гр. Простой и достаточно надежный способ крепления.

Заменитель якоря «Headset Spanner» - калиброванная алюминиевая трубка, двумя крылышками фиксируется в короне вилки и проходит насквозь через трубу вилки. Состоит из двух частей с накатанной резьбой для изменения общей длины и стопорящей контргайки. Подходит для рулевых стаканов диаметром 1- 1/8” и высотой от 210 до 290 мм.

Рис. Рулевая колонка Aheadset с выносом.

Интегрированные и полуинтегрированные рулевые

На шоссейных и МТВ-велосипедах в последние годы довольно широко применяют т. н. интегрированные рулевые. От полуинтегрированных они отличаются тем, что в таких рулевых вообще нет подшипниковых чашек, ни верхней, ни нижней. Главное отличие от резьбового и Aheadset стандартов - чашки и подшипники устанавливаются прямо внутри рулевого стакана рамы. Промышленные подшипники просто закладываются в рулевой стакан (трубу) рамы, которая для этого должна иметь внутреннюю фаску (чтобы подшипники не проваливались внутрь трубы). Кроме наличия фасок, рулевая труба должна быть отторцована и развернута, то есть механически обработана под посадку подшипника.

В чем же преимущества такой компоновки? Во-первых, одобрение со стороны отдела маркетинга - новый стандарт привязывает покупателя к определенным продуктам. Во-вторых, как интегрированные, так и полуинтегрированные рулевые снижают высоту чашек рулевой колонки, что позволяет прижать к земле верхнюю часть велосипеда. В-третьих, что немаловажно для шоссейного велосипеда, аэродинамические характеристики лобовой трубы с полуинтегрированными или интегрированными рулевыми выше, чем с обычным Aheadset типом. Наконец есть небольшая экономия веса, буквально десяток граммов.

Оборотная сторона медали видна хуже, но ее значимость нельзя недооценивать. Во-первых, обладателю подобной рамы придется покупать соответствующий тип рулевой колонки, до сих пор не получивший повсеместного признания. Но это еще цветочки. Ягодки начнутся тогда, когда покупатель велосипеда с удивлением обнаружит: рама его дорогущего алюминиевого коня, оказывается, одноразовая! Достаточно всего нескольких десятков километров с чуть-чуть ослабленной интегрированной рулевой, и стальные обоймы подшипников просто разобьют сравнительно мягкий алюминиевый сплав рулевой трубы рамы. Увы, навсегда - установка новых подшипников или новой рулевой уже не спасет.

Полтора дюйма 1,5” стандарт

Он разработан как разновидность стандарта Aheadset для вилок с увеличенным диаметром штока - 1,5” и диаметром рулевой трубы 2”. Он появился в 2001 году совместными усилиями Cane Creek, Race Face, Cannondale, Manitou и Chris King как открытый стандарт для использования в экстремальных дисциплинах. Но широкое распространение карбона привело к появлению рулевых Onepointfive и для шоссейных велосипедов. Главный плюс нового стандарта в том, что чем больше диаметр трубы, тем выше жесткость, а рулевой стакан и подшипники выдерживают большие нагрузки. К этому стандарту присоединились фирмы Pinarello, Trek, Specialized и др.

Качество и долговечность работы рулевой колонки во многом зависит от подшипников. Нижний подшипник принимает на себя основную часть осевой нагрузки - постоянную от веса байка и байкера и сильные толчки, удары и вибрации от переднего колеса. Ударные нагрузки могут достигать 1000 кг и больше. Верхний подшипник испытывает в основном радиальные нагрузки и выполняет функцию ведущего звена так, чтобы отсутствовал люфт в рулевой колонке, обеспечивалось легкое и точное управление велосипедом. Чем выше точность и соосность установки, тем лучше условия работы, плавность хода, долговечность и равномерность распределения нагрузки между подшипниками. Для этого проводят торцевание - обработку специальной фрезой торцевых поверхностей рулевого стакана. В результате они становятся абсолютно плоскими и гладкими, параллельными друг другу, перпендикулярными осевой линии колонки.

Запрессовку чашек подшипников в рулевой стакан и нижнего конуса на трубу вилки надо проводить с помощью специального инструмента, а не на «коленке», во избежание перекосов чашек и необратимых деформаций конуса. Иначе придется тратить деньги на новую рулевую.

Подшипники скольжения имеют большую поверхность и прочность, но уже более 100 лет не применяются - из-за большого трения трудно поворачивать руль.

1. Шариковые подшипники часто устанавливаются в недорогих колонках. Они просты в установке, регулировке и чистке, имеют точечные контакты шариков с беговыми дорожками, хорошо работают при небольших нагрузках, требуют отдельного уплотнения.
2. Роликовые (игольчатые) конусные подшипники имеют большую площадь контакта по сравнению с шариковыми, хорошо воспринимают осевую и радиальную нагрузку, требуют точной регулировки и хороших уплотнений.
3. Промышленные стандартные подшипники обычно запрессованы в чашки уже на производстве, сравнительно дороги, просты в регулировке, легко заменяются в случае необходимости.
4. Смешанный тип. Верхний подшипник шариковый, нижний конусный игольчатый - принимает на себя всю ударную нагрузку. Сравнительно дешев, прост в настройке и долговечен. Пример: RITCHEY Fuzzy Logic.

Рис. Подшипники рулевой колонки

Размеры.

Стандартные:

• 1" (дюйм) - 25,4 мм 1-1/8" - 28,6 мм
• 1-1/4" - 31,8 мм, размер появился впервые на байках Cannondale, встречается на алюминиевых рамах и других производителей.
• 1-1/2" (1,5") - 38,1 мм.

Защита, смазка и срок службы. Подшипники быстро изнашиваются при попадании в них воды, песка, пыли и отсутствии смазки. Перебирать рулевую колонку и менять смазку надо не реже одного раза за сезон. При круглогодичном катании - два раза: весной и осенью. После долгих автономных походов по пустыням, степям, тропикам, тайге, а тем более, после крутых переправ вброд и купания байка в воде, колонку надо почистить и сменить масло. Промышленные подшипники долго работают без обслулшвания, но стоит проверить, что смазка в них действительно положена в необходимом количестве. Подшипники в рулевых колонках обычно защищены резиновыми и пластиковыми уплотнениями. Дорогие колонки имеют лабиринтные уплотнения. Для долгой работы колонки имеет смысл дополнительно защищать от грязи нижний подшипник. Самый простой вариант — обмотать его скотчем.

Вынос

Вынос соединяет в единое целое шток вилки и руль. Хотя на некоторых велосипедах - шоссейных или прогулочных можно встретить вынос и руль как единое и неразъемное целое. Например, шоссейный руль с выносом PRO Stealth Evo.

Резьбовой вынос

На спортивных велосипедах раньше обычно ставили вынос с цанговым зажимом. Если точнее, то это разжим, так как вертикальный болт втягивает стальной конус внутрь цанги и разжимает ее стенки до плотного контакта с трубой вилки. Но чаще применяется другая конструкция. Нижний конец выноса срезан клином под углом, близким к 45°, а к плоскости среза прилегает специальная круглая высокая гайка, также срезанная наискось под аналогичным углом. Боковая поверхность гайки имеет вертикальные накатанные канавки для более прочного сцепления с трубой вилки. При затягивании вертикального болта, проходящего через вынос, гайка сдвигается вбок и намертво заклинивает вынос внутри трубы вилки. Конструкция широко распространенная, хотя и тяжеловатая, но достаточно надежная и удобная, позволяющая легко менять высоту руля, двигая вынос вверх и вниз. Для большего комфорта ставят выносы разной длины с регулируемым углом наклона: PRO Quili - 70°-130°.

Выносы для колонок Aheadset

Вынос превратился в горизонтальный кронштейн, одним концом он крепится за шток вилки, а с другой он держит руль. В отличие от резьбовых колонок, такие выносы нельзя поднимать и опускать. Уж как отрезал трубу вилки, на такой высоте вынос и будет. Нередко трубу оставляют более длинной, и ставят дополнительно набор проставочных колец из алюминия или карбона высотой 5,10 или 20 мм. Меняя положение выноса и колец, можно в небольших пределах поднимать и опускать вынос. Выносы отличаются длиной и углом подъема. Эти два параметра определяют посадку байкера: более вытянутую, спортивную задает длинный прямой или опущенный вниз вынос, а комфортную, более прямую посадку задает короткий вынос с большим, 25-35 градусов углом подъема. Очень важный параметр - длина. Например, выносы PRO LT Ahead Handlebar Stem выпускаются длиной от 60 до 130 мм с шагом в 10 мм и с углом подъема (опускания) ±10°, т.е. вынос можно переворачивать и менять угол.

Вынос руля подбирается индивидуально. Например, вынос с регулируемым углом подъема PRO Ahead (OS), длиной 95, 110 или 125 мм и углами подъема 70°-130°. Передняя крышка выноса, крепящая руль, привинчивается болтами. Болтов этих может быть 2 или 4. Хотя это и не обязательно, но выносы, рассчитанные на кросс-кантри и шоссе, имеют 2 болта, выносы для экстрима - 4. Двухболтовый вынос способен выдержать очень большие нагрузки, но четыре болта - надежнее и прочнее. Болты делают из высокопрочной стали или титана (для меньшего веса).

У выноса есть еще два важных параметра: размер рулевой колонки (диаметр верхней трубы вилки) и диаметр руля, который он держит. Разные рули имеют разные диаметры: 22,2, 25,4, 26,0, 31,8 мм. Выносы делают из стали, титана, но большинство - из алюминиевых сплавов. В последнее время появляются композитные, алюминиевая основа с карбоном - PRO PLT Carbon Composite OS. Существуют несколько основных технологией изготовления: сварка, литье, фрезерование. Считается, что фрезерованный вынос из кованого алюминия прочнее и надежнее литого, а литой лучше сварного. Но такие оценки важны при выборе выноса для экстремального и агрессивного катания. А для обычного спокойного катания они не имеют большого значения.

Рули

Руль, его форма и размеры важны для правильной и комфортной посадки велосипедиста. Кроме того, руль, вместе с педалями, шатунами и подседельным штырем, относится к весьма нагруженным деталям велосипеда, от прочности которых зависит безопасность байкера. Кроме прочности и надежности, значима и геометрия руля. Основные параметры: ширина, угол изгиба, показывающий положение ручек (grips) в пространстве, при этом руль может быть изогнут в нескольких плоскостях; подъем (rizer) относительно центральной части, ширина ручек, диаметр центральной части руля, которая зажимается выносом. С помощью руля велосипедом управляют, опираясь на него, меняют положение центра тяжести и интенсивно вращают педали способом «танцовщица».

Посмотрим с этой точки зрения на геометрию руля. Самый узкий руль - «рогатый» или «бараний рог» шоссейных и туринговых велосипедов в 400, 420 или 440 мм. На шоссе усилия при повороте переднего колеса минимальные, зато требования к аэродинамике и возможностям изменения посадки и хвата за руль максимальные. В длительной гонке или путешествии это позволяет экономить силы и разгружать утомленные статическим напряжением группы мышц.

Для кросс-кантри наиболее популярен прямой руль умеренной ширины 500-650 мм с небольшим углом изгиба 3-8 градусов и минимальным весом - гонщики считают каждый грамм - PRO Cross Country Handlebars, длина 560 мм, изгиб 6°, вес 145 гр. На скоростных участках выгоден узкий руль. А на технических - широкий, для большей точности и меньших усилий при управлении байком.

Для длительных поездок и байкерского туризма более удобен руль средней ширины, 550-650 мм с большими возможностями изменения хвата и размещения полезных аксессуаров: велокомпыотера, фонарей, зеркала, звонка, рогов, планшета для карты и так далее.

При этом очень важно сочетание угла изгиба руля и его подъема, что позволяет сделать посадку комфортной. Углы изгиба могут быть от 12° до 63°, как у чоппера, а подъем от 0,6” до 5” (15-127 мм). Увеличена у таких рулей и ширина ручек, до 180-210 мм.

Рис. Виды рулей

I - шосейный руль («бараний рог»), W - ширина, обычно 36-45 см, R (rise) - подъем, 72-85 мм, D (Drop) - «ступенька», 125-150 мм, F - усиливающая накладка на руль
II - руль для ВМХ или старый стандарт стальных рулей, R (rise) - подъем, Е (crossbar) - прямая поперечина руля, V (v-crossbar) - v-образная поперечина
III - S (single stem) -руль под вынос с креплением двумя болтами
IV - DS (Double Stem) - руль под вынос с креплением четырьмя болтами
V-VIII - кросс-кантрийные и туристические рули: В - угол изгиба руля, R - подъем руля

Для скоростного спуска и экстрима вес руля не имеет большого значения, важна ширина и прочность. Недостаточно прочный руль на очередном дроппе просто переломится пополам с печальными последствиями. Поэтому рули делают с толстыми стенками (до 4 мм), с усилениями в зоне крепления или типа «труба в трубе», двойные и тройные с подъемом 1,25”-3,5”, а для дополнительного усиления посредине ставят перемычку (на сварке или хомутах). Для большей жесткости перемычка может иметь эллиптический профиль, а посадочный диаметр руля под вынос увеличивают до 31,8 мм. Поверхность подвергают дробеструйной обработке и глубоко анодируют. При преодолении корней, камней, ям и кочек на большой скорости (50-70 км/час), переднее колесо передает на руль гигантские нагрузки, пытающиеся вывернуть руль из рук байкера. Поэтому рули делают широкими - 680-720 мм.

Материалы. Рули из конструкционной углеродистой (Hi-Tensile) стали достаточно прочны, но много весят, и применяются поэтому на недорогих велосипедах для спокойного катания. Тонкостенные, легкие рули из легированной стали встречаются сейчас крайне редко, почти так же, как и титановые, - с заоблачной ценой, малым весом и хорошими виброгасящими свойствами. Еще реже появляются композитные рули из алюминиевого сплава и титана.

Основной материал для современных рулей - алюминий. Сплавы 7005, 6061, 7075, 2014 с термообработкой, обозначение - Т6, используются для всех типов рулей. Легкие кросс-кантрийные рули делаются с баттингом. У них стенка переменной толщины: толще в середине, где максимальные нагрузки, и тоньше к ручкам.

Рога

Очень полезный «девайс». Они позволяют менять хват при утомлении. При подъеме в гору позволяют смещать центр тяжести тела вперед, к рулю, для правильного баланса сил. Удобно бывает вытянуться вдоль байка, перехватившись за рога, на длинных скоростных участках для снижения аэродинамического сопротивления. Кроме того, рога, особенно загнутые внутрь, защищают кисти рук и навеску на руле при столкновениях и падениях.

Рога принято ставить на прямых рулях. На рулях с подъемом (rizer-ом) их раньше, следуя непонятной традиции, не устанавливали. Но это не та традиция, которую имеет смысл соблюдать, главное - удобство и безопасность. Тем более, что многие известные спортсмены ставят рога, и не имеют никаких проблем.

Как выбрать себе рога? Несмотря на двусмысленность этого вопроса, он, несомненно, имеет и реальную, так сказать, практическую сторону. Прежде всего, важна их длина. Стандартов на длину рогов не существует. Иногда пишут размер в мм, иногда ставят обозначения S или L, но чаще всего полезность дополнительной информации, кроме внешнего вода, равна нулю.

Рекомендации. Если байкер имеет рост выше среднего, длинные конечности и раму впритык, то рога стоит выбрать подлиннее, чтобы удобнее было менять хват и наклон корпуса. Еще один существенный момент -размер кисти. Если размер перчатки 10 и более, то и длина рогов должна быть побольше, дабы кисть свободно помещалась на вертикальном стержне. Загнутая часть может быть такой же длины, а может и совсем короткой. Для поездок в горах и по узким лесным тропинкам также лучше выбирать более длинные рога.

Конструкция. В основном встречаются составные: клееные или паяные рога. Они наименее надежные, и при падениях достаточно легко распадаются на составные части. Но иногда могут быть восстановлеными, например, холодной сваркой. Сварные или цельноштампованные по надежности, прочности и долговечности - наиболее предпочтительный вариант (PRO L -Forged Oversized Bar Ends).

Материал: сталь, алюминий, пластик, карбон, титан, композит (алюминиевая основа, резина, анатомическая форма).

1. Стальные - максимально прочные, жесткие, весьма надежные, ремонтнопригодные и недорогие, но сравнительно тяжелые.
2. Алюминиевые - легкие, достаточно прочные и жесткие, по надежности уступают стальным, для ремонтов - ограниченно годные, ремонт (сварка) может стоить дороже новых, разброс цен достаточно велик.
3. Пластиковые - сравнительно легкие, недорогие, прочность и надежность оставляют желать много лучшего. Крепятся на руле двумя метизами: болтиком и саморезом, при этом дополнительный контрящий саморез царапает руль. В случае поломки ремонту не подлежат. Подходят для сравнительно спокойного катания и несложных походов.
4. Карбоновые - легкие, дорогие, эргономичные, стильные, жесткие и достаточно прочные, но не любят точечных ударов, например, о камень. Ремонту не подлежат. Больше подходят для гонок, чем для тяжелых походов (PRO Anatomic Carbon Bar Ends).
5. Титановые - всем хороши! Но цена...
6. Композитные - внутри алюминиевая основа, сверху резиновое покрытие, анатомическая форма. Очень удобные и легкие рога для гонщиков кросскантри. Например, PRO Rubber Anatomic.

Для большего комфорта на рога молено надеть специальные грип-сы, - их можно иногда встретить в веломагазинах.