Втулка заднего колеса Torpedo и её копии. Часть 1.

Классическая велосипедная втулка заднего колеса с ножным тормозом Torpedo и её копии (клоны).
Список встречающихся проблем и варианты модернизации. Часть 1.

1. Втулка заднего колеса велосипеда с тормозным механизмом и свободным ходом была изобретена в конце 19 века немецким механиком и изобретателем — Эрнстом Заксом.


Велопром активно развивался. И уже в 20х-30х годах номенклатура пополнилась
червячными втулками, втулками с планетарным механизмом и прочей экзотикой:




Оригинальная втулка Torpedo в разобранном виде:


Мне посчастливилось поездить на оригинальной торпеде (примерно 1946 года выпуска).


2. Немного о терминологии.
По возможности я стараюсь употреблять технически правильную терминологию.
Втулка — деталь машины, механизма, прибора или предмета цилиндрической или конической формы (с осевой симметрией), имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь (часть).
На фото ниже — именно втулка (я называю иногда «корпус»):


Вот это — механизм втулки:


Втулка вместе с механизмом — втулка в сборе (мне удобно называть просто «втулка» или «торпеда»,
в контексте легко понять, о чём идёт речь, о втулке или о втулке в сборе с механизмом).

3. Копии втулки Torpedo.
В бывшем СССР копии втулок торпедо выпускали заводы ХВЗ, ММВЗ, ПВЗ и другие.
Втулка ХВЗ ранних годов выпуска:

Позже втулки ХВЗ имели просто клеймо «ХВЗ»:


Втулка Velosteel в сборе производства Чехии:

В разобранном виде:


Втулка Eagle в сборе производства Индии:


О качестве и надёжности втулок можно говорить и спорить бесконечно.
Если коротко, то в порядке снижения качества:
1) оригинальная Torpedo — бесспорный лидер по качеству и надёжности
2) втулка Velosteel
3) отечественные копии торпеды ХВЗ\ПВЗ\др. (качество «гуляет» от года выпуска, завода, партии и других сложноучитываемых факторов)
4) втулка Eagle (качество изготовления — полный [цензура], не хватает даже на один сезон)



4. Совместимость деталей торпед разных производителей.
Втулки Torpedo и Velosteel изготовлены по дюймовым стандартам:
Шарики всех трёх сепараторных подшипников — 1/4" (ф6,35мм).
Резьбы крепёжных гаек Fg9,5 (3,8" 26 tpi).


В отечественных торпедах и индийских Eagle — всё по метрическому стандарту:
шарики ф6,0мм и резьбы гаек М10*1,0.

Копировщики не взяли на себя смелость внести изменения в оригинальные размеры Torpedo, поэтому есть совместимость по деталям.
Например, механизм втулки ХВЗ отлично ужился внутри втулки Torpedo (проверено лично, срок успешной эксплуатации более 15 лет).

По размерам некоторых деталей была составлена таблица:


Во втулке Velosteel изменена конструкция левого конуса и крепления тормозного рычага:

До 2020г. левый пыльник был высокий:

С 2020г. «оптимизаторы» решили сэкономить и урезали пыльник по высоте:


Из-за конструкции левого пыльника механизм Velosteel несовместим со втулкой ХВЗ и наоборот.

5. Посадочный диаметр звёздочек.
В отечественных торпедах и во втулках Eagle используется стандарт ф36 мм.

Слева — звёздочка ХВЗ, справа — неизвестного производителя.

Во втулках Velosteel используется стандарт ф35 мм, такой же как у червячных и планетарных втулок (Shimano, Sturmey-Archer и других):


При покупке легко ошибиться, т.к. на глаз звёздочки очень похожи, а продавцы не ведают о таких тонкостях.
Штангенциркуль помогает избежать ошибок. ))

Что помешало сделать в бывшем союзе посадочный диаметр ф35мм история умалчивает.

6. Проблемы, свойственные всем втулкам Torpedo.
6.1 Отсутствует пыле-грязезащита механизма.
6.2 Правый малый подшипник работает в перегруженном режиме, из-за чего правый малый конус приходит в негодность раньше других деталей (кстати, проблема 1в1 актуальна для червячных и планетарных втулок).
6.3 Ось втулки имеет конструктивную особенность — левый конус накручивается по резьбе, диаметр которой больше, чем у крепёжных гаек. Поэтому замена оси втулок дюймового стандарта представляет собой определённую проблему.

6.3а Втулки Velosteel имеют уникальную конструктивную особенность: правый малый конус накручен на ось намертво.
Поэтому открутить его, когда требуется замена, редко удаётся, не повредив ось.
Новые оси продаются вместе в накрученным конусом.

Некоторое время назад ось для Velosteel на ebay.com стоила «всего» $8 (без пересылки).

7. Проблемы, свойственные отечественным торпедам.
Естественно, п.п. 6.1-6.3 плюс свой «букет» сюрпризов.

7.1 Разброс качества в зависимости от года\даты выпуска, завода и других факторов.
7.2 Непараллельность дорожек шариков больших подшипников или отклонение от нормали плоскости дорожки шариков к оси втулки.
7.3 Прокруты при рабочем ходе.
7.4 Продавливание тормозного рычага.
7.5 Поворот пятерика от рабочего хода до начала торможения менее нормы 60-90 градусов.
7.6 Поворот пятерика от рабочего хода до начала торможения больше нормы 60-90 градусов (вплоть до прощёлкивания тормозного механизма).
7.7 Перекос пятерика при свободном ходе (езда накатом) под нагрузкой.
7.8 Модуляция тормозного усилия от «нормально» до «очень мягко» или «стоп-кран».

Как бороться с проблемами отечественных торпед будет рассказано во 2-й части обзора.
Текста, занудства и цифр будет много. ))

8. Линия цепи у всех торпед одинаковая — 40 мм.
При замене шатунов с клиновой посадкой на «квадрат» особых проблем не возникает.
Для шатунов Prowheel (на фото ниже) необходим вал под «квадрат» длиной 108-113 мм.


Проверенный способ установки вала «под квадрат» в каретку велосипедов ММВЗ, Салют, Орлёнок:


9. Теперь о проблемах.
Далее речь пойдёт только об отечественных торпедах ХВЗ\ММВЗ\т.д. и торпедах Velosteel.
Почему только о них?
Потому что:
1) они есть на просторах СНГ
2) есть возможность и смысл их дорабатывать и использовать

Раритетные образцы Torpedo оставим для музеев, коллекционеров и реставраторов.
А про торпеды Eagle «просто помолчим» © (из к\ф «Полицейская академия» ч.1).

Пункт 6.1 Пыле-грязезащита механизма.
В конструкции есть место для установки дополнительного пыльника.
Пыльник представляет собой плоскую шайбу из нержавейки толщиной 1мм (опционально можно напечатать на 3Д принтере при наличии такового).
Добрые заводчане предусмотрели место на пятерике для его установки:

Зазоры — около 0,1 мм:

Проверка на нормальное вращение (работа подшипника):

Всё ОК.

Для левого конуса Velosteel такое решение не подходит.
А для торпеды ХВЗ —

Пункт 6.2 Правый малый подшипник.
Чтобы немного продлить жизнь правому малому подшипнику, существует простое решение,
не требующее токарно-слесарных работ:
перевод подшипника на калиброванную насыпь.
Для этого потребуются 9 шариков 1/4" (ф6,35мм).
Примечание: шарики по диаметру должны иметь разброс не более 0,001 мм!
Проверять их по размеру необходимо микрометром.

Примечание 2.
Если наковырять шариков из двух сепараторных подшипников, то можно получить насыпь разных групп.
Да, шарики будут одного типоразмера.
Но одни будут, например, ф6,345 мм, а другие — ф6,352 мм.
Для работы «в одной обойме» такая насыпь НЕ годится!

Чтобы не заниматься бесполезной тратой времени по подбору шариков в группы, рекомендуется покупать насыпь у проверенных продавцов.

И так, родной сепараторный подшипник извлекается, а на его место укладываются 9 шариков ф1/4":


В исключительных случаях можно вместо дюймовых шариков использовать метрические ф6,0мм.
Требования по разбросу их размеров аналогичные.
Подсказка: в больших сепараторных подшипниках отечественных торпед иногда ставят шарики с разбросом менее 0,001мм.
Если есть такой подшипник, то можно наковырять шариков из него.
Тогда вместо мАлого сепараторного подшипника может поместиться 10 шариков ф6,0 мм.

Радикальное решение — использование шарикоподшипника с пыльниками 2RS.
Это позволяет решить сразу две проблемы:
— пылегрязезащита
— лёгкость обслуживания и замены

Первые попытки по установке прома (пром — сленговое название радиального шарикоподшипника) в торпеду и в червячную втулку состоялся в конце 2016 года.
Два узла (от червячки и втулки Velosteel) были доработаны под установку подшипника 12*28*8 мм:

Узлы с установленными промами:

Первый образец червячной втулки отправился на испытания другу в Харькове,
а испытания Velosteel достались мне. ))
Первая в мире торпеда с подшипником 6001:

Колесо установлено, всё готово к пробному заезду:


Испытания первых образцов доработанных втулок (всего их было около десятка) привели к некоторым выводам:
нагрузочная способность одного подшипника 6001 недостаточна.

Если по радиальной статической нагрузочной способности (НС) всё нормально: 240 кгс (источник), то с осевой НС всё печально: около 125 кгс.


Для многих подшипников лёгкой серии осевая нагрузка не нормируется.
Перелопатив кучу источников, я нашёл эмпирические соотношения:
Статическая НС = 0,5 * Динамическая НС
Осевая НС = 0,5 * Статическая НС = 0,25 * Динамическая НС

При торможении подшипник работает в перегруженном режиме: присутствуют и радиальная статическая НС (вес ездока, груза и велосипеда) + осевая НС (осевое усилие для разжатия тормозного барабана).
В результате одного подшипника 6001 хватало на сезон эксплуатации.

Следующим шагом была замена 6001-го на радиально-упорный подшипник 36101.
Испытаниями занимался коллега в Кронштадте.
Но «в серию» данное решение не пошло: цена подшипника 36101 не радовала.
Плюс не у всех поставщиков водится такая экзотика.

Взвесив все за и против, было решено заменить один 6001-й на… два стандартных доступных подшипника.
Идея, как всегда, простая: один подшипник воспринимает только радиальную нагрузку, второй — только осевую нагрузку.
В результате — надёжная работа узла.

Эксперимент пошёл по двум направлениям:
— использование пары промов 6001 (12*28*8)
— использование двух промов 12*28*8 и 16*31*10 (пром из обычного велокартриджа)

Радиальная нагрузка (стрелки голубого цвета) воспринимается 1-м промом 6001

Наличие зазора обязательно!

Осевая нагрузка (стрелки жёлтого цвета) воспринимается 2-м промом (16*31*10).

Т.о. 1-й пром работает в штатном режиме (только радиальная нагрузка), 2-й пром — только осевая нагрузка.

От идеи использования прома 16*31*10 было решено отказаться,
и на его место встал стандартный пром 6201 12*32*10.
За одно упростилась резьбовая втулка, удерживающая промы на оси: один посадочный диаметр ф12мм.

Для испытаний были куплены промы 6201 от трёх производителей: ВВС-R (Латвия), ГПЗ-34, АПП (Харьков).

Почему выбран подшипник 6201:
— есть выбор по производителям\цене\качеству (например SKF 6201 — $3 )
— данный пром — один из немногих радиальных однорядников, для которого допустимая осевая нагрузка нормируется <=70% радиальной статической (т.о. осевая НС = 200 кгс; для сравнения у обычных однорядников осевая НС <50% статической НС )

Испытание узла с двумя подшипниками проходили со втулками торпедо и с червячными втулками (около 6 штук у разных ездоков).
В апреле 2018 года испытания завершились с положительным результатом:
ресурс узла на двух подшипниках — более 2000 км.

Торпеда Velosteel с двумя промами выглядит вот так:



Пункт 6.3 Ось торпеды.
Обычно, длина оси торпед 165мм. Очень редко встречаются оси другой длины (155мм и 175мм).
Замена оси на отечественных торпедах не предствляет сложностей: купил, заменил и готово.

С торпедой Velosteel всё намного интересней.


ТЗ было достаточно простое:
используя готовые наработки необходимо запихнуть ось длиной 170-180мм с минимальным вмешательством в конструкцию втулки. И конечно же исправить дурость маркетологов раз и навсегда.

Я использовал проверенное решение по интеграции оси от червячной втулки в торпеду ХВЗ.
Спец.втулки, выточенные по секретным чертежам вермахта:

В качестве донора оси с резьбой Fg9,5 можно использовать любые варианты:
например, заднюю втулку Shunfeng + масса безымянных клонов

Длина оси 170-180мм, чего предостаточно:

Далее всё просто. Накручивается спец. втулка

По скользящей посадке ставится левый конус:

Ставится тормозной рычаг с пыльником, накручивается и умеренно затягивается контрагайка (я использовал красивую контрагайку от планетарки ш3):

Усилие затяжки прилагается между тормозным рычагом и ключом!
И так, с осью разобрались. Теперь надо заменить изношенный оригинальный конус.
В качестве замены — конус от той же втулки-донора:


Можно найти ремкомплект QUANDO, который стоит примерно как втулка Shunfeng в сборе.

Конуса втулки Shunfeng:

Конуса втулки QUANDO:

Снимаем пыльник:

Сравнение конусов QUANDO (слева) и Velosteel (справа):

Диаметр дорожки шариков совпадает: около ф15мм.
Резьба конусов одинаковая — Fg9,5.

Далее обычная сборка втулки, и вот она красавица со стандартной 170мм осью:


10. Установка торпед в рамы с OLD=120 мм и более.
Исторически сложилось, что втулки Torpedo и червячные втулки рассчитаны на установку в рамы
с OLD=110 мм.
Вот этот размер и есть загадочный зверь OLD:


Ось стандартного размера не позволяет установить торпеду в раму с OLD=135мм (сжатие перьев и другие
насильственные методы над рамой не рассматриваем).

Ось 170мм позволяет это сделать без проблем:

Стрелкой помечена дистанционная шайба (10мм гайка с высверленной резьбой).
Аналогично и со стороны тормозного рычага:




11. Вместо заключения или выводов.
На сегодня втулка «Торпедо» остается актуальной, и без конструктивных изменений изготавливается многими производителями велосипедов во всем мире. Их устанавливают на дорожные, прогулочные и другие велосипеды.
Втулка «Торпедо» является наиболее распространенным и копируемым в мире узлом и считается очень надёжной конструкцией.
Так почему бы не улучшить её ещё немного? ;)

Всем добра и приятных поездок на велосипедах!
С удовольствием отвечу на вопросы по существу.

PS
Сорри за возможные опечатки, много цифр. Если заметите, дайте знать в ЛС, пожалуйста.