Шелдон Браун (Sheldon Brown)

Перевод Леонид Ливеровский

Велоцепь и уход за велоцепью

Оригинал Chains

Смотрите еще и "Велоцепь и уход за цепью. Практика от "КАРАВАНА"

Уход за велоцепью - один из самых неясных и спорных вопросов веломеханики. Долговечность велоцепи зависит от стиля езды, используемых передач, от вида почв, ездят ли на велосипеде в дождь и по снегу, от типа и способов смазки велоцепи, от размера и состояния звездочек. Из-за обилия влияющих на долговечность велоцепи факторов невозможно провести контролируемые испытания в условиях соответствующих реальным. В результате все рекомендации по уходу за цепью базируются на прецедентах, свидетельствах и опыте. Эксперты сильно расходятся во мнениях по этому вопросу. Тема эта зачастую считается мистической в велосообществе, и приверженцами разных культов множество обличений и ругани было высказано в адрес друг друга.

Эта статья базируется на моем личном профессиональном опыте и моих личных теориях. Если Вы не согласны со мной, я не назову Вас дураком или невеждой, возможно Вы и правы. Я надеюсь, что и Вы отнесетесь ко мне так же.

Цепи: старый и новый тип

За последние пятнадцать лет произошло множество революций в конструкции велосипеда. Одни из них были заметными и яркими, такие, как появление горного велосипеда, дисковых колес, новых конструкций руля. Другие же были менее заметными, но, тем не менее, не менее значимыми - появление контактных педалей, вело компьютеров, индексного переключения.

Произошла также и малозамеченая революция в конструкции велосипедных цепей. Люди не обращают много внимания на велоцепи. В конце концов все они выглядят одинаково. Переключатели - вот на что интересно посмотреть, и что обсудить. Но цепь все равно остается тем элементом, ради которого и придуманы все переключатели.

велоцепи старого образца состоят из десяти деталей на два полузвена. Типичная 114 звенная цепь используемая на многоскоростном велосипеде состоит из 570 деталей, больше чем во всем остальном велосипеде. Имеется 114 внешних пластин, 114 внутренних пластин, 114 роликов,114 осей-заклепок и 114 стаканов (втулок) (bushing).

Основная революция состояла  в появлении цепей без стаканов. Первой такой цепью была Sedisport, она заслужила хорошую репутацию, и другие производители начали повторять ее конструкцию.

велоцепи такого типа имеют только восемь деталей на два звена. Взглянув на установленную на велосипед цепь невозможно сказать какого она типа, поскольку стаканы скрыты за другими деталями. Их можно увидеть, только разобрав цепь.

 

Конструкция традиционной велоцепи

Две внутренние пластины традиционной велоцепи соединены между собой стаканом (втулкой), который подобен полой оси. Разобрав звено такой велоцепи можно увидеть снаружи внутренних пластин развальцованный край стакана. В собранной состоянии наружные пластины закрывают стакан. Внешняя часть стакана не видна также - ее скрывает ролик.

Заклепки, соединяющие пластины велоцепи проходят внутри этих стаканов, а ролики находятся снаружи. Таким образом и внутренняя и внешняя сторона стакана подвергается износу.

Цепь без стаканов

Внутренние пластины такой велоцепи не плоские. Вместо простого отверстия для запрессовки стакана каждое отверстие внутренней пластины имеет кольцевой выступ на половину внутренней ширины велоцепи. С края этого выступа снята фаска без усложнения технологии изготовления. Наличие такой фаски позволяет велоцепи перемещаться более гладко при наличии перекоса, чем традиционной велоцепи. Возможно это облегчает и переключение.

В связи с тем, что "стакан" безстаканной велоцепи состоит из двух половинок, которые не соединены непосредственно друг с другом, такая цепь лучше изгибается в поперечном направлении, поскольку половинки "стакана" имеют небольшой зазор между собой.

"Вытягивание" велоцепи

Велосипедисты часто говорят о том, что цепь "вытянулась", так как будто пластины велоцепи деформировались от циклических нагрузок при педалировании. На самом деле цепь удлиняется не так. Основной причиной удлинения велоцепи является износ металла в местах трения заклепок о стакан в процессе того, как звенья велоцепи поворачиваются относительно друг друга при набеге и сходе со звездочек. Если разобрать старую изношенную цепь, можно легко увидеть небольшие пазы образовавшиеся на заклепках в местах трения о стаканы. У "безстаканной" велоцепи края "стаканов" скругленные, что, возможно, дает свой вклад в больший ресурс таких цепей.

Состояние заклепки у необычно сильно изношенной велоцепи.

Обратите внимание, что ролик находится не на месте. Причина неправильного положения ролика - полный износ стакана.
Нет сомнения, что внутренняя поверхность ролика износилась не менее сильно.

Поток смазки

По моей оценке, основная причина большего ресурса "безстаканных" цепей - улучшенная смазка в уязвимых местах велоцепи.

Существует три точки, где необходимо наличие смазки. Первая и наиболее важное место, где должна быть смазка - места трения заклепки о внутренние пластины, когда звенья велоцепи поворачиваются друг относительно друга. Второе место - внутренняя поверхность ролика, чтобы он свободно поворачивался попадая на зубья и сходя с них. Если ролик не будет вращаться, то он будет скользить по зубьям, вызывая повышенный износ звездочек. Третье место - пространство, где соприкасаются внешние и внутренние пластины, хотя место их контакта нагружено значительно меньше, чем другие места трения.

При смазке традиционной велоцепи маслу, чтобы попасть на заклепку, необходимо просочиться между внутренней и внешней пластинами внутрь стакана. При обычной технике смазки, такой как спрей, масло проникает внутрь звена с обоих сторон одновременно. При этом пузырьки воздуха могут остаться внутри стакана, которым некуда будет выйти, что закупорит проход для дальнейшей смазки. В дополнение к этому пространство между внутренними и наружными пластинами открыто для дорожной пыли и очень часто сильно загрязнено. Таким образом, масло если и попадет внутрь стакана, то уже, вероятно,  загрязненным.

Проблема с пузырьками воздуха может существовать и при проникновении масла внутрь ролика, но меньшая его ширина и больший диаметр, вероятно, не создают такой проблемы. Проблема загрязнения масла тоже не столь существенна, так как зубья звездочек очищают ролик от грязи автоматически.

У "безстаканной" велоцепи поток смазки совершенно другой. При попадании масла на ролик оно может просочится внутрь с обоих сторон, вытесняя воздух в зазор между половинками "стакана". Если на такой велоцепи капнуть маслом только на ролики, масло сможет попасть не только на внутреннюю поверхность ролика, но и через зазор на заклепку тоже, и по ней попасть на зазор между пластинами. А поскольку боковые пластины будут смазываться изнутри, то естественный поток смазки будет вымывать грязь наружу.

Ролики же очищаются сами по себе при контакте с зубьями.

 

Смазка велоцепи

Одна из великих дискуссионных тем ухода за цепью - следует ли вообще смазывать цепь. Отрицательной стороной смазки велоцепи, является то, что к смазанной велоцепи легко прилипает пыль и грязь, и масло может занести грязь на внутренние поверхности трения, вызвав повышенный их износ. Многие эксперты, чье мнение я ценю, разделяют такой подход, что цепь не надо смазывать. Но я не верю, что это всегда так. Я не сомневаюсь, что смесь масла с грязью может существенно ускорить износ деталей, но риск этого зависит от типа пыли(почвы) в данном месте, и, в особенности, от способа смазки велоцепи.

Многие велосипедисты смазывают цепь, направляя струю из баллончика-спрея вдоль велоцепи в районе роликов заднего переключателя, поскольку это снижает риск забрызгать ободья и покрышки. По-моему мнению спреем смазывать цепь не следует вовсе, поскольку чересчур много масла попадает на места, где оно не нужно, и слишком мало - в места, где оно необходимо.

Большая часть грязи попадает на цепь из под переднего колеса. Большая ее часть оказывается на внешней стороне велоцепи. По этой причине цепь надо смазывать с внутренней стороны обращенной к звездочкам. Это уменьшает возможность маслу, смешавшись с грязью, попасть на внутренние поверхности трения. Лучший способ смазывать цепь - капать маслом из масленки с тонким отверстием на ролики на внутреннюю сторону нижней ветви велоцепи. Таким образом масло попадает на самую чистую часть велоцепи.

Я просто вращаю педали назад и поливаю очень тоненькой струйкой смазки из масленки ролики. На смазку велоцепи таким образом уходит 15-20 секунд. Если цепь старого типа, то я наношу масло только на левый край роликов в надежде, что чистое масло просочится через стакан слева направо. Я использовал множество видов смазок. На сегодняшний день мое самое любимое - Phil Wood Tenacious.

Мотоциклетные смазки для цепей

Трудности со смазкой цепей состоят в том, что густые смазки не могут проникнуть к внутренним поверхностям, где смазка и необходима, а жидкие смазки слишком недолго работают. Существует целое семейство двухкомпонентных смазок, состоящих из быстро улетучивающегося растворителя и густой смазки. Результирующий состав достаточно текуч, чтобы проникнуть на внутренние поверхности, затем растворитель испаряется, оставляя густую смазку там, где необходимо. Такие смазки очень легко наносить, и они очень популярны по этой причине.

Смазки-ваксы

Альтернативный подход к смазке велоцепи состоит в том, что цепь погружают в расплавленную твердую смазку (обычно на основе парафинов). Это разновидность предыдущего подхода. Расплавленная твердая смазка достаточно текуча, чтобы проникнуть внутрь велоцепи, а когда  она остынет, вы будете иметь отличную твердую смазку именно в тех местах, где это необходимо. Она не так липнет и не притягивает слишком много грязи. Недостатком этого способа является большая трудоемкость. Вероятно и то, что твердые смазки-ваксы не так эффективны, как жидкие и консистентные смазки.

Чистка велоцепи

Существует несколько распространенных способов чистки велоцепи, но не один из них нельзя признать удовлетворительным. Действительно работают только два способа.

Традиционный способ состоит в том, что цепь снимается с велосипеда и моется в растворителе. Такой способ создает определенные трудности при мытье современных цепей, поскольку они спроектированы, чтобы выдерживать большие напряжения, возникающие при переключении под полной нагрузкой, что стало возможным на современных конструкциях звездочек. Пластины современных цепей прочнее склепаны,и ось трудно вынимать и вставлять, не повредив или боковую пластину или саму ось.

Если вы хотите мыть цепь, сняв ее с велосипеда, то лучше всего приобрести специальное разъемное звено, такое как Craig Super Link.Такое звено позволяет снимать и надевать цепь без инструментов. (От переводчика. Имеются и готовые велоцепи с таким звеном. Например, SACHS PC-61.) Я использую емкость с растворителем и зубную щетки для чистки деталей и велоцепи. А великолепный веломеханик Zaven Ghazarian применяет более совершенный метод. Он кладет цепь в бутылку из под Коки, куда наливает неразбавленный цитрусовый растворитель смазки (citrus degreaser), закрывает пробку и хорошо взбалтывает. Вытаскивает цепь с помощью спицы, промывает цепь водой, и дело сделано. (Мне говорили, что бутылки из под Пепси тоже работают, что у  них даже более широкое горлышко и из них легче выуживать цепь. Но я человек Коки, а не Пепси.) (От переводчика. Здесь подойдет и керосин. Только после него цепь не надо промывать водой, а надо дать подсохнуть.)

Другой способ состоит в том, что вы моете цепь, не снимая ее с велосипеда с использованием приспособления для чистки велоцепи. Такое приспособление представляет из себя коробочку, через которую пропускается нижняя ветвь велоцепи. Внутри коробочки находятся щетки и ролики, которые изгибают и чистят цепь, пропуская ее через растворитель.

С одной стороны, когда моют цепь, сняв ее с велосипеда, то, как правило, используют больше растворителя, чем помещается в приспособление для чистки велоцепи. Поэтому и грязи раствориться может больше.

С другой стороны, приспособления для чистки велоцепи вращают ролики и изгибают цепь. Такой способ способствует более глубокой очистке велоцепи. (От переводчика. Но все же лучший способ очистки велоцепи - ручной с использованием щеточки и растворителя.)

Износ звездочек и велоцепи

(На всех последующих рисунках направление вращения по часовой стрелке.
Цепь тянется вниз с правой стороны.)

 

Когда новая цепь работает с новой звездочкой,   каждый ролик, находящейся в контакте с зубом, несет более или менее равную нагрузку. Таким образом в данном случае нагрузка распределяется между 10-11 зубьями более или менее равномерно. Расстояние от центра одного ролика до центра другого равно точно 12,7 мм (1/2 дюйма). Этот размер известен под названием шаг велоцепи. Зубья звездочек сделаны таким образом, что расстояние от середины одной кривой формирующей зуб до другой тоже равно точно 12,7 мм (1/2дюйма). Диаметр звезды определяется шагом и количеством зубьев.

Эта пара была изношена вместе. Можно увидеть просветы между цепью и звездочкой в некоторых местах. Изношенная цепь "вытянулась", и ее шаг не совпадает теперь с начальным шагом звездочки. Звездочка тоже износилась так, что ее новый шаг стал близок к новому шагу велоцепи.

На этой иллюстрации показаны изначально две одинаковых звездочки. Взгляд с правой стороны. Ближняя к нам сильно износилась. На зубьях новой звезды поверхность зуба перпендикулярна тянущей силе в месте нормального контакта с роликом. На изношенной звездочке это не так, что заставляет цепь приподняться по нагрузкой, перемещая место контакта выше по зубу.

Ролики велоцепи поднимаются по зубу до тех пор пока не достигнут радиуса соответствующего новому увеличенному шагу изношенной велоцепи. Эффективный диаметр (и шаг) звездочки становится больше, так как цепь больше не лежит на "дне впадин".

Новая цепь на изношенной звездочке. Большая часть нагрузки приходится на левую сторону, где цепь только набегает на звездочку. Из-за несовпадения шагов ролики на той части звездочки, где они с нее сходят, дают маленький вклад во вращение звездочки. Вместо ого, чтобы тянуть зубья они поднимаются вверх по поверхности зуба.

Большая часть нагрузки сосредоточена на левой половине зубьев /роликов, которые и делают всю работу.

В дополнение, ролик поднимаясь вверх по зубу поворачивается на больший угол, чем на новой паре, что тоже увеличивает износ.

Из-за несовпадения шагов цепь может проскакивать над вершинами зубьев под значительной нагрузкой, что сопровождается характерным скрежетом и стуком.

Изношенная цепь на новой звездочке. Из-за несовпадения шагов вся нагрузка сосредоточена на левых от нас роликах/зубьях. Слева же цепь провисает. Новая звездочка быстро износится, чтобы шаги сблизились.

Измерение износа велоцепи

Измерить износ велоцепи с помощью линейки или рулетки можно, не снимая ее с велосипеда. Для этого надо измерить длину 12 полных звеньев по 1 дюйму (24 полузвена по 1/2  дюйма), что на новой велоцепи точно равно одному футу. (От переводчика. 1 дюйм = 25, 4 мм. 1 фут = 304,8 мм. Или 1 фут = 12 дюймам.). Приложите дюймовую линейку к центру оси. Посмотрите отметку в центре оси на расстоянии 24 полузвеньев от начального. На новой велоцепи центр этой оси точно совпадет с дюймовой отметкой (L12=304,8 мм). На изношенной велоцепи центр оси уйдет дальше дюймовой отметки.

Такой способ дает точное измерение износа велоцепи и косвенное звездочек. Если центр 25 по счету оси находится от целой дюймовой отметки:

• в пределах 0-1/16" (L12=304,8-306,4 мм), то все в порядке;
• в пределах 1/16"- 1/8" (L12=306,4-307,9 мм), то следует заменить цепь. Звездочки вероятно не повреждены;
• после 1/8" (L12>307,9 мм), то вы не меняли цепь слишком долго, и звездочки (по крайней мере ваши любимые) слишком сильно износились. Если сменить цепь точно в точке 1/8", не заменив задних звездочек, то цепь, вероятно, еще и не будет проскакивать. Но изношенные звезды вызовут ускоренный износ велоцепи. Если сменить цепь, не меня задних звездочек, после точки 1/8", то она обязательно будет проскакивать на изношенных звездах, особенно на маленьких.

От переводчика

В целом в замечательной статье Шелдона Брауна высказано несколько спорных и неверных положений, которые хочется отметить.

Первое. На самом деле неясно, сильно ли влияют пузырьки воздуха на проникновение смазки внутрь стаканов, или силы поверхностного натяжения все равно заставляют смазку проникнуть внутрь.

Второе. Велосипедная цепная передача всегда проектируется для работы в условиях, так называемого, нормального зацепления, когда шаг велоцепи больше шага звездочки. "В таком случае при правильной форме зубьев и звездочки в хорошо приработанном зацеплении цепь автоматически устанавливается на определенную линию движения, соответствующую шагу велоцепи и шагу звездочки. С увеличением разницы шагов радиус зацепления соответственно увеличивается."[1] Поэтому цепь проскакивает не из-за несовпадения щагов, а из-за увеличения радиуса зацепления, что приводит в конце концов к проскакиванию шарниров над головками зубьев.

Более того работа велоцепи на ведомой звездочке возможна только, когда шаг велоцепи больше или равен шагу звездочки (новая цепь на сильно изношенной звезде работать не будет). "Другого соотношения шагов здесь не может быть вследствие невозможности входа в зацепление шарниров при набегании их на звездочку. Это положение особенно важно соблюдать на шоссейном гоночном велосипеде со свободной холостой ветвью велоцепи, где к качеству зацепления предъявляются повышенные требования надежности."[1]

Третье. При нормальном зацеплении действительно все звенья велоцепи воспринимают нагрузку (случаи: новая цепь - новая звездочка, приработанная пара цепь - звездочка), но не равномерно. "...при движении звездочки под действием момента все звенья велоцепи одновременно воспринимают нагрузку, которая распределяется между ними по закону геометрической прогресии."[1]

1. В.П. Любовицкий. "Гоночные велосипеды". Лениград, "Машиностроения", 1989.