Втулки (обзор конструкции)

Современные втулки различаются по многим параметрам: назначению, материалам из которых сделаны, "начинке". Втулки, предназначенные для горных, гибридных и туристических, шоссейных или городских велосипедов различаются по таким показателям, как вес, прочность, качество защиты от внешних воздействий. Втулки передних и задних колес также существенно различаются.

Во-первых, нагрузки на переднее колесо много меньше, чем на заднее, а значит, детали можно делать миниатюрнее и легче.

Во-вторых, на заднюю втулку возложен ряд дополнительных функций, таких как передача крутящего момента от педалей к колесу и многих других: задние втулки велосипедов почти всегда включают в себя механизмы свободного хода, нередко тормозные механизмы и, иногда, механизмы внутреннего переключения передач. Втулки с внутренним переключением передач (internal gear hubs), так называемые планетарные втулки, имеют столько отличий от традиционных, что будут рассмотрены позже в отдельной статье.

Втулка является одним из самых дорогих узлов велосипеда. От их качества во многом зависит сколько вы будете тратить сил, на то чтобы преодолеть некоторое расстояние.
Среди компании, которые выпускают втулки для велосипедов можно выделить Shimano, DT Swiss, American Classic, Tune, Hope, Nuke Prof, Chris King. Самое большое распространение получили втулки Shimano. Они имеют широкий модельный ряд и цены в очень большом диапазоне — от дешевых до дорогих.

Втулки различаются по наличию дополнительных устройств, прочности, типу защиты от внешних воздействий, весу и цене. Втулки «простого» типа, которые устанавливаются на горных и шоссейных велосипедах имеют схожее строение, но существуют другие втулки, со встроенным тормозами (барабанными) и втулки с внутренним переключением передач (планетарные), которые отличаются кардинально и имеют сложную систему.

Особенности конструкции

Общий вид большинства втулок примерно одинаков. Самой простой конструкцией обладают втулки переднего колеса обычного велосипеда. Это цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые теми или иными по конструкции пыльниками.

Втулка передняя Shimano Alivio MC12

Втулка передняя дисковая Shimano Alivio M475

Втулка M475 - самая популярная и одна из самых дешевых втулок для дисковых тормозов - надежная, но тяжеловатая. Выпускается в конструкции на 32 и 36 спиц.

Устройство задней втулки велосипеда сложнее, так как должно предусматривать не только возможное крепление ротора для тормоза, но так же крепление для системы звезд (кассета/трещотка) – храповой механизм. 
В зависимости от того, как крепится храповой механизм втулки различаются на два вида. Дешевые и устаревшие резьбовые втулки, где блок звезд вместе в с храповым механизмом – трещотка, накручивается на втулку. И современные — барабанные (Freehub, FH), которые имеют храповой механизм на самой втулке и набор звезд — кассета, надевается отдельно.

Общий вид Deore LX представлен ниже.

Обозначения на схеме:

• 1 - эксцентрик
• 2 - сборка деталей на оси втулки
• 3, 15 - контргайки
• 4, 5, 7, 13, 14 - шайбы
• 8, 12 - уплотнительные кольца
• 9, 11 - конуса подшипников
• 10 - ось
• 16 - пыльник
• 17 - полый болт крепления барабана втулки к корпусу
• 18 - набор шариков (во втулке M475 их 10 с каждой стороны)
• 19 - барабан ("орех")
• 20 - шайба

Техническая документация на втулку Shimano HB-M475 [1].

Втулка задняя Shimano Deore M530

Корпуса втулок могут быть точенными, литыми или штампованными, изготовленными из стали, алюминиевых сплавов или сплавов титана, хотя стальные уже можно отнести к устаревшим. Точеные и штампованные втулки обладают лучшими весовыми и прочностными характеристиками, чем литые. Визуально точенные втулки можно отличить по следам резца на внешней поверхности (спиральный след, похожий на очень мелкую резьбу). Втулки, предназначенные для колес с радиальным спицевым набором, имеют упрочненные фланцы, способные выдерживать чисто радиальные нагрузки, обычные втулки для этого не применимы. Оси втулок могут быть стальными, алюминиевыми или титановыми. В последнее время среди втулок высокого уровня появилась отчетливая тенденция к использованию полых осей большого диаметра, имеющих меньший вес и большую жесткость.

Втулка задняя дисковая Shimano Deore LX M585

К настоящему моменту наибольшее распространение получили втулки с радиально-упорными конусными подшипниками качения. Такие подшипники состоят из внешней и внутренней обоймы, набора шариков и, иногда, сепаратора. В качестве внутренней обоймы выступает конус, навинчиваемый на ось втулки, в качестве внешней - корпус втулки. Главные достоинства таких подшипников - ремонтопригодность и возможность регулировки по мере износа. Достаточно серьезное неудобство - сложность сборки (много деталей) и необходимость регулировки.

Другой тип подшипников, встречавшийся ранее только в отдельных моделях втулок для шоссейных велосипедов, это радиальные промышленные (неразборные) подшипники, так называемые "промы". Сейчас они все шире распространяются не только среди шоссейных, но и среди горных велосипедов. К их достоинствам можно отнести лучший КПД, простоту установки, отсутствие необходимости регулировки. С учетом легкой замены подшипника, ресурс втулки увеличивается многократно. Интересная особенность некоторых втулок высокого класса состоит в том, что они разбираются при помощи лишь одного шестигранного ключа. Но радиальные подшипники плохо переносят осевые нагрузки, иногда возникающие в велосипедных колесах.

Втулки Mavic Deemax

Эти втулки Mavic ставит на свои одноименные бескамерные колеса топового класса. Эти втулки отдельно от колес не продаются. Задняя втулка разбирается за 20 секунд с помощью ключа для регулировки подшипников (идет в комплекте) и двух шестигранников на 5 мм. Устроено там все чрезвычайно просто (смотрите схему ниже). Два подшипника, две собачки, ось, состоящая из трех частей. Все совершенно доступно для чистки/ремонта своими силами даже для тех, кто особо не умудрен опытом возни с веложелезом. Разумеется, подшипники во втулках - закрытые и необслуживаемые (т.н. "промышленные") - по два в каждой втулке. Однако Mavic предлагает их периодически регулировать и дает для этого специальный ключ. При этом в инструкции написано, что для этой "деликатной операции" следует обратиться в сервис Giant-Russia в Москве.

[2]

Внутреннее устройство втулок Deemax 02

[3]

Внутреннее устройство втулок Deemax 05

Втулки Shimano с полой осью E-thru (XTR/DEOREXT/SLX)

[4]

Крепление роторов

Втулки велосипедов подразделяются на обычные и дисковые. Дисковые втулки предусматривают возможность установки дисковых тормозов на велосипед, т.к. ротор дискового тормоза размещен на втулке.

• ISO. Крепление ротора с помощью 6 болтов.
• Center Lock. Шлицевое крепление ротора, используемое компанией Shimano.

[5]

О замене спиц

Для передней втулки, не имеющей дискового или барабанного тормоза, замена лопнувших спиц не представляет никакой проблемы, так как спицу можно легко завести во фланец втулки сбоку. Но этот вариант малоприменим в случае, если рассматривается втулка с дисковым тормозом или задняя втулка. Для установки спицы во фланец, придется снимать ротор тормоза и звезды, что сильно усложняет работу и требует применения специальных инструментов. Для упрощения этих операций компании Mavic и Shimano разработали втулки с нетрадиционным способом крепления спиц.

Mavic использует втулки с сегментированными фланцами под специальные прямые спицы. Заменить спицу в колесе, собранном на таких втулках, очень просто. Но сейчас колеса на таких втулках производит, насколько я знаю, только сам Mavic и их стоимость очень высока.

Shimano пошли по другому пути, создав новые бесфланцевые втулки DDH (directional design hub) в группе Deore (HB-M555 и FH-M555). Спицы традиционной формы (с загнутой расклепанной головкой) вставляются в изолированные от подшипников полости через прорези на корпусе втулки. Замена спиц производится без снятия каких-либо деталей, что очень удобно. Стоимость бесфланцевых втулок не очень сильно отличается от традиционных, что является их существенным плюсом. Единственный серьезный недостаток - в процессе эксплуатации, прорези на корпусе забиваются грязью, и снять спицы с колеса становится весьма проблематично.

Крепление оси втулки на раму велосипеда

Колесо крепится на велосипеде путем заведения концов оси втулки в пазы на перьях рамы и их последующей затяжки, которая может осуществляться либо гайками, накрученными на концы оси, либо при помощи эксцентрикового механизма или, как его еще называют, механизма quick release. Удобство использования эксцентриковой стяжки заключается в возможности быстрого снятия и установки колеса без использования инструментов, которая при необходимости иногда оставлять где-либо велосипед, в условиях нашей страны иногда превращается в недостаток. Второе преимущество - неизменность регулировки подшипников при затяжке эксцентрика после установки колеса на велосипед. Все современные втулки, кроме самых дешевых, снабжаются эксцентриковым механизмом.

Производители

Наибольшее распространение на данный момент получили втулки Shimano. Особенно это касается задних втулок, имеющих заметно более сложную конструкцию, чем передние: многие велосипеды комплектуются задними втулками Shimano и дешевыми передними втулками других производителей. Shimano выпускает втулки только на конусных подшипниках. Среди втулок задних колес для горных велосипедов лишь втулка группы Tourney имеет крайне устаревшую конструкцию с резьбовой трещеткой, остальные - более прогрессивную типа FreeHub. Втулки групп Tourney и Altus/Acera имеют самую простую грязезащиту, Alivio - более развитую, Deore - двойную, Deore LX и Deore XT - двойную защиту и улучшенную обработку беговых дорожек подшипников, XTR - наилучшую обработку, грязезащиту и шарики из нержавеющей стали. На мой взгляд - втулки Deore LX - лучшие втулки Shimano по соотношению цена/качество: Deore сильно уступает по своим характеристикам, а Deore XT значительно дороже. Другой известный производитель оборудования для горных велосипедов, выпускавший втулки на конусных и промышленных радиальных подшипниках - SRAM с 2002 перестал их выпускать. Точнее, он продолжает выпускать только втулки с внутренним переключением передач.

Большинство недорогих горных велосипедов комплектуется втулками Formula (с Тайваня), обладающими средненькими характеристиками. В отличие от них, другая Formula (из Италии) выпускает втулки, предназначенные для установки дисковых тормозов, на промышленных подшипниках. Правда, отзывы об их продукции очень неоднозначны - от восторженных до откровенно негативных. Дорогие и качественные втулки выпускают такие компании, как DT Swiss, Hope, Hayes, American Classic, Hadley, DMR, Novatec и некоторые другие. Встречаются и неплохие втулки от дочерних компаний производителей велосипедов: Coda, Scott Components и др.

Обслуживание

Сразу оговорюсь, что здесь речь идет только о наиболее распространенных типах втулок. Их обслуживание сводится к обслуживанию несущих подшипников: их чистке и замене смазки, а также регулировке, так как трещеточные механизмы ("орехи") втулок условно-неразборные, механизмы втулок типа "Торпедо" необслуживаемые, а другие типы механизмов встречаются весьма редко и должны иметь какие-то конкретные указания по обслуживанию в паспорте велосипеда. При умеренной эксплуатации переборку втулок для замены смазки следует производить раз в сезон или раз в 5000 км., при агрессивном использовании, обслуживание необходимо проводить чаще. В случаях появления люфта в подшипниках или посторонних звуков при вращении колеса переборку или регулировку необходимо проводить по возможности быстрее. Если во втулки попала вода, также желательно перебрать их. Втулки шоссейных и городских велосипедов могут перебираться реже в силу более щадящего режима эксплуатации. Втулки на промышленных подшипниках также должны обслуживаться.

Надо сказать, что для разборки втулки на радиально-упорных подшипниках требуются конусные ключи и съемник кассеты, в случае задней втулки, поэтому обычно проще сдать велосипед на переборку в мастерскую. При замене смазки необходимо использовать пластичную смазку типа Литола, ШРУС, смазка № 158 или другой качественной пластичной смазки. (Прочитайте отдельную статью про смазки [6])

В случае использования конусных подшипников стоит осмотреть поверхность шариков и беговых дорожек на предмет наличия трещинок и сколов и, в случае необходимости, заменить шарики и конуса. Перед закладкой свежей смазки, необходимо как следует вычистить втулку от остатков отработанной. Не стоит разжижать консистентную смазку жидкими маслами, иначе смазка будет легко вымываться и быстро срабатываться. Кроме обслуживания подшипников, пользуясь случаем желательно осмотреть втулки на предмет появления трещин в корпусах и, главное, на фланцах в зоне расположения спицевых отверстий.

Итоги

Работа втулки очень сильно зависит от типа подшипников, качества их обработки, а также качества уплотнений. Мягкость и легкость вращения подшипников определяется точностью изготовления, типом полировки беговых дорожек, и их поверхностным упрочнением. Чем выше поверхностная прочность беговых дорожек, тем меньше сопротивление вращению втулки, особенно под нагрузкой, но при этом может снижаться долговечность из-за склонности к выкрашиванию материала.

Чрезмерно плотный сальник будет существенно тормозить вращение втулки, а свободный будет плохо выполнять свои функции. Все современные втулки кроме самого низкого уровня имеют двойное уплотнение. В дорогих втулках, например DT Swiss, применяется лабиринтное уплотнение, которое более эффективно защищает внутреннюю полость втулки. В то же самое время, любая подобная защита помогает защитить подшипники лишь от летящей грязи и воды, поэтому не стоит лишний раз окунать втулки в воду.