Велосипедные спицы

Спицевой набор в велосипедном колесе выполняет вполне определенную роль - он служит для сборки втулки с ободом колеса. Спицы должны обеспечивать достаточную жесткость колеса в целом, его прочность и, в тоже время, некоторую амортизацию, дополняющую амортизацию велосипедных шин. Кроме того, спицы должны немного пружинить еще и для того, чтобы возникающая при ударах нагрузка равномернее распределялась по ободу, защищая его.
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.
Спица с нарезанной резьбой
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 все спицы компании DT Swiss.
Спица с накатанной резьбой
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.

Взято с http://agbike.spb.ru/, автор Андрей Григорьев