Многие любители активного отдыха при покупке не смотрят на них. Хотя от них зависит очень многое. Чем качественнее велоспицы, тем лучше и приятнее езда.

Они обеспечивают колёсам прочность и жёсткость, дополняют . Для правильного распределения разгрузки правильно подобранные спицы должны немного пружинить. Важно определиться, для чего требуется двухколёсная машина, до того как выбрать спицы для велосипеда.

Материалы для изготовления

Чаще всего применяются:

нержавеющая сталь (хромомолибден);
титановые сплавы;
конструкционные стали с никелевым напылением.

От типа резьбы зависит прочность изделий. Её делают нарезанной или накатанной. Лучшими являются элементы с накатанной резьбой, но они и стоят дороже из-за сложности изготовления.

Виды

Спицы по геометрии делятся:

на аэро, плоские;
с постоянной толщиной, цилиндрические;
с баттингом, цилиндрические

Аэро (плоские)

Имеют правильную аэродинамическую форму для снижения сопротивления воздушного потока. К недостаткам относится частая настройка втулки, что ослабевает крепление и требует больше времени.

С баттингом

Применяется для любителей . Они способны поглощать удары и равномерно распределять нагрузку за счёт своих конструкционных особенностей. Имеют переменную толщину и, благодаря технологии холодной ковки, они способны растягиваться без ущерба для молекулярной структуры материала.

С баттингом бывают:

на одно утолщение;
два утолщения;
тройной баттинг.

Наибольшее распространение получили элементы с двойным утолщением, подходящие для шоссе и МТБ. Для электровелосипедов, даунхилла и тандемов рекомендуются спицы с тройным утолщением.

Цилиндрические с одинаковой толщиной

Они применяются на преобладающем большинстве велосипедов. К недостаткам относится эластичность, масса и быстрая усталость материала, что требует частой замены.

Расчёт длины спиц для велосипеда

Некоторые велогонщики задумываются над расчётом длины . Профессионалы заявляют: «Не слушайте никакие вести. От вида и качества этих деталей многое зависит, конечно, но если решили заменить спицы на велосипеде, то лучше менять на аналогичные».

Не пытайтесь переделать горный велосипед в гоночный либо наоборот. Над велосипедом работали инженеры, затратившие все свои навыки и использовавшие лучшие материалы для тех целей, для которых он предназначен.

Если в колесе стоит 36 плоских спиц аэро из алюминия, то ставьте такие же. Не рекомендуется его переделывать под другие нужды, так как если вы сделаете замену, то никак не сможете изменить конструкцию рамы.

В результате поставив на велосипед для велотрека спицы с баттингом и прокатившись на нём по бездорожью, приведёте к разрушению всей конструкции своего «коня». Поэтому, чтобы заменить спицу, снимите старую и поменяйте её на аналогичную.

Вывод

Для того чтобы сделать правильный подбор спиц для велосипеда, необходимо выяснить, для каких целей предназначен ваш и, исходя из вышеизложенного, произвести их замену.

Приветствую Вас!

В предыдущей статье мы с Вами рассмотрели такую часть велосипеда, как колесо. А точнее, не само колесо, а его общие особенности и различие размеров. И, как обещалось в , сегодня поговорим о спицах и ниппелях.

Помните наших аристократов 19 века, которые катались на велосипедах с карет? Это самое простое колесо со спицами. Строение колеса было примерно таким: деревянный обод, ступица и несколько деревянных спиц. Спицы в колесе работают на сжатие, поочередно. Иными словами, в момент, когда спица находится внизу перпендикулярно земле, она принимает весь вес велосипеда, но колесо крутиться, и спицы неким образом «чередуются» и сжимаются по очереди. Все было хорошо, вплоть до 1820 года.

Джордж Кэйли сформулировал теорию упругости, которая изменила весь мир. А точнее, представление о спицах 🙂 Теория интересная, но мы же не на уроке физике, поэтому покажем все на примере велосипеда. Спица, которая работает на сжатие, должна иметь диаметр больше, чем спица, работающая на растяжение, для обеспечения одинаковой прочности. А соответственно, спица с меньшим диаметром иметь меньший вес. И тут понеслось…. Сначала искали подходящий материал, ведь дерево не подходит, взяли за основу сталь, а потом начали придумывать, как превратить спицу, работающую на сжатие, на спицу, которая будет работать на растяжение. И вот, это было придумано! Современная спицовка колеса – явный пример.

Следующее серьёзное изменение спицовки колес состоялось недавно. Фирма Mavic предложила «вилсет», где часть толстых спиц из карбона работают на сжатие и на растяжение.

Спицевой набор

Спицевой набор – это некое количество спиц расположенных в колесе в определённом порядке. Задачи такого набора следующие: центрирование , расположение обода относительно фланцев втулки, удерживание формы колеса, обеспечение прочности и жесткости колеса, а также равномерное распределение нагрузки по колесу. Колесо должно быть жестким в радиальном и поперечном направлениях, а также иметь достаточную крутильную жесткость. Чем выше радиальная жесткость, тем легче колесо переносит удары при преодолении препятствий и меньшая вероятность получение деформации типа «яйцо» или вообще поломки колеса. Большой запас поперечной жесткости исключает возможность появления восьмерок на колесе. Но это еще не все. Бывают случаи, в связи с неправильной спицовкой, на вираже покрышка цепляет перья рамы. Это происходит за счет маленькой поперечной жесткости, колесо прогибается и может лопнуть. Что очень и очень плохо. Тангенциальная, то есть, крутильная жесткость обеспечивает возможность передачи движения от педалирования и торможения. Чем лучше колесо «крутит», тем легче велосипедисту ехать!

Спицевые наборы бывают разные. Отличаются они между собою количеством спиц и, соответственно, крестов (мест пересечения спиц). В основном, количество спиц кратно четырем, в радиальном наборе кратно двум, а в спицевом наборе «Воронья лапа» — кратно трем.

А теперь поговорим о видах спицовки колеса: как, куда, зачем?

Чем больше угол наклона спицы к радиусу колеса, это может быть вплоть до 90 градусов, тем больше образуется крестов. Также на количество крестов влияет диаметр фланца втулки, обода, и конечно же, количество спиц. Когда спица расположена к ободу под углом, близкому к 90 градусов, тогда на нее действует наименьшая сила. Также, такое колесо эффективнее при разгоне, а происходит без лишних вибраций, и велосипед останавливается быстрее. А если колесо имеет наименьшее количество крестов, спицы, соответственно, станут короче, и массу будут иметь меньшую, возрастает поперечная жесткость.

Именно поэтому нужно выбирать колеса, исходя из стиля своей езды. Каждый должен решить, какой набор ему подойдет. А для того, чтобы Вы лучше сориентировались и разобрались в достоинствах и минусах каждого набора, рассмотрим один из видов набора поподробнее.

Радиальный набор, очень слабый, но красивый набор. В таком наборе спицы не пересекаются, а идут по радиусу колеса, получается что-то типа «солнышка». Спицы получаются короткими, а соответственно легкими и еще аеро-динамичными. Если Вы внимательно читали предыдущий абзац, то уже сделали вывод, что из-за отсутствия крестов колесо имеет большую поперечную и маленькую крутильную жесткость. Но это еще не все особенности такого набора спиц! Спицы работают не только на растяжение, как при крестовом наборе, а и еще на изгиб. Взгляните на картинку, и поймете. Именно поэтому такое колесо используют только в качестве переднего, да и то, редко очень, ну прям очень редко…. А чтобы использовать похожий радиальный набор на заднем колесе, придумали комбинированный набор. Одна сторона имеет радиальный набор, а другая тангенциальный. Благодаря этому колесо получается максимально жестким и долговечным.

Да, и еще! Если на колесо с радиальным набором установить дисковый или роллерный тормоз, велика вероятность поломки спиц при экстренном торможении. Поэтому устанавливаются только ободные тормоза. Думаете это все особенности этого набора?? Эх, если бы…. Спицы имеют свойство самостоятельно выкручиваться, а фланец втулки может не выдержать нагрузки и разрушиться, в самый неподходящий момент.

Допустим, с набором спиц мы с Вами определились. Но это только начало нашего с Вами путешествия по миру «Спиц и ниппелей».

Мы с Вами узнали, что спицы работают на растяжение. А теперь мы Вам расскажем о том, какое правильное значение предварительного натяжения спиц. Ведь, если спица будет перетянута, велика вероятность ее разрыва, а если спицы будет слишком расслаблена – скорее всего, на первой яме ваш обод просто-напросто получит восьмерку. Чтобы ни того, ни другого не произошло, продолжайте читать статью, и, как говориться, предупрежден — значит вооружен! Вперед 🙂

Если спицы постоянно натягивать, а потом ослаблять (или этот процесс будет проходить произвольно), они долго не протянут и лопнут в местах напряжения. Существует два вида натягивание спиц. Первый, традиционный, используется в колесах с числом крестов от 2 до 4 и натяжением от 40 до 80 кг/с. Ну а второй способ придумали инженеры компании Shimano и сила затяжки равна 120 кг/с! Но это еще не все, количество спиц уменьшилось до 16 штук на одно колесо. Благодаря чему же произошел большой скачек в прочности, и получилось значительное уменьшение веса колеса? Читаем дальше!

Какие спицы лучшие?

Во-первых, это перевернутые спицы. Получается, что регулировочная головка спицы находится не в ободе, как мы привыкли, а во втулке. Смотрите фото. Таким образом, вес всего колеса значительно уменьшается, а соответственно уменьшается момент инерции.

Во-вторых, это парно-перекрестное расположение спиц. Иными словами, спицы с правого фланца втулки крепятся к левой боковине обода по касательной, и наоборот. Благодаря такому простому решению удалось увеличить силу натяжения спиц и равномерно распределить усилие на обод. Также возрастает и общая поперечная жесткость колеса.

В-третьих, полурадиальный набор. О нем мы писали выше, но напомним вкратце еще раз. Получается, что левая сторона колеса заспицована в один крест, а правая имеет спицовку типа «солнышко», то есть, без крестов, вообще. При комплексном применении выше перечисленных пунктов, включая данный, поперечная жесткость колеса увеличилась на 20%.

В-четвертых, это геометрия спиц. Спицы используются уже не круглые, а плоские, что дает прирост в аэродинамике и увеличение амортизационных свойств обода.

Вот Вы уже знаете секреты самого лучшего и самого легкого колеса от компании Shimano.

Мы в 4-ом пункте затронули вопрос о геометрии спиц, а это очень интересный вопрос, ответы на который читайте ниже.

Все началось с того момента, как впервые было собрано колесо на прямых спицах, без J-образного изгиба спицы. Читали статью о , в которой мы разбирали новшество 29» колес, и о том, что чуда не произошло? Так вот здесь не совсем такой случай. Одни были поклонниками таких, прямых, спиц, объясняя свой выбор техническими качествами, а остальные были против, задавая вопрос: «Где взять запасную спицу, если эксклюзивная спица нового образца сломается?». И те, и другие оказались правы! А мы Вам выразим чисто личное мнение команды .

Прямые спицы действительно можно натянуть сильнее, они долговечнее, а колеса жёстче. И совсем не проблема с собой возить несколько запасных спиц, на случай непредсказуемых обстоятельств. Но дело в том, что обычный велосипедист этого не заметит на своем велосипеде. Плюсы настолько малы, что на практике гораздо проще и не в ущерб поставить классические спицы и не заморачиваться. Применение таким спицам – это большой спорт, и точка.

Да, и еще, чуть не забыли! Мы говорили о перевернутых спицах и уменьшении момента инерции, так это значение очень мало, что им также можно пренебречь, если Вы не мировой чемпион.

Spinergy – стоит, или не стоит?

Spinergy – это литые колеса, примерно такие же, как на современных автомобилях, но большого диаметра. Давным-давно колеса автомобилей и мотоциклов так же были спицоваными. Позже, с развитием инженерии, стали изготовлять штампованные диски, или литые «титаны», колеса из титанового сплава, которые намного прочнее, чем спицованые колеса, а вес имеют тот же. И вот, следуя за развитием, техники на велосипед решили также устанавливать похожие диски. Они имели небольшое количество лопастей, от 3 до 6, изготовленные из карбона. Аэродинамика колесо действительно возросла, а также увеличилась «крутильная» жесткость и поперечная жесткость. А минусы, их всего два, это большой вес и еще большая цена 🙂

Но, но, но…. Если мы с Вами сейчас не наблюдаем велосипедов с колесами типа Spinergy, это не значит, что о них забыли. Велосипедные инженера толковые парни, и пошли изучать эту конструкцию дальше и получили, то чего хотели!

Варианта дисковых колес существует два: либо поверх спиц устанавливаются круглые диски, либо колесо без спиц вообще, но с дисками их высокопрочных полимеров и углепластика. Второй случай лучше, так, как вес и момент инерции намного меньше первого.

И снова, ребят, не нужно бежать в магазин и покупать себе такие колеса, если Вы не участник чемпионата. Дело в том, что такие всё равно тяжелые, по сравнению с колесами со спицами, и они также намного дороже, а и еще они имеют большую площадь, одно колесо, около 0,4 квадратных метра. А два колеса, это квадратный метр. Если Вас застанет боковой ветер, это будет очень, очень плохо!

И так, как получается, что старый спицевой набор колеса намного лучше всех новинок, считаем нужным посвятить окончание статьи описанию самой спицы.

Типы спиц, их строение и материал изготовления

Спица имеет два компонента, это длинный стержень, у которого с одной стороны резьба, а с другой стороны – головка, выгнута под углом 90 градусов к стержню, и с ниппеля – это головка, которая накручивается на резьбовую часть стержня. Спицы и ниппели изготовляют из разных материалов, самые дешевые – из стали, которая очень тяжелая и имеет свойство быстро ржаветь; никелированной бронзы, или латуни; а также из дорогого алюминия. Все же лучшим материалом для спиц есть нержавеющая сталь, а для ниппелей – бронза или латунь.

А по сечению, спицы могут иметь, постоянное круглое сечение, а также переменное. Это тот случай, когда несколько сантиметров от края спицы диаметр спицы один, допустим 2,2 мм, а центральная зона имеет диаметр в 1,8 мм. Аэродинамика таких спиц намного лучше, вес меньше, а характеристики жесткости такие же.

И вот, если Вы дочитали до этого места, значит, не зря мы писали статью, и Вы стали на порядок лучше, имея полезный багаж знаний о спицах. Умейте правильно его применять, это самое главное. Хотите еще знаний? Подписывайтесь на рассылку и все новые статьи моментально будут приходить Вам на почту! А дальше мы поговорим об ободах велосипеда, будет интересно, и полезно.

Удачи на дорогах! И напоследок, небольшое тематическое видео!

С уважением, команда velo-travel!

Необходимы для того, чтобы соединять втулку с ободом. Таким образом они обеспечивают целостность конструкции и ее прочность. Кроме всего прочего, спицы играют в некоторой степени и амортизирующую роль. Некоторая гибкость этого конструктивного элемента обеспечивает распределение нагрузки по

Спицы для велосипеда состоят из двух частей - это собственно сам стержень и ниппель (грибовидная гайка для закрепления на ободе). Такая конструкция обеспечивает вполне надежное крепление. Один конец стержня загнут и расклепан. На втором имеется резьба, которая может быть нарезной или накатанной. Второй вариант делает спицу более крепкой и надежной. Нарезная резьба сильнее ослабляет данную деталь, которая часто ломается именно в этом месте. Изготавливают стержень либо из либо из обычной (с напылением из никеля). Второй вариант менее надежен. Для спортивных моделей часто используются титановые варианты.

Ниппель изготавливается из бронзы, стали или алюминия. Первый вариант предпочтителен в том плане, что практически не прикипает. Замена спиц на велосипеде при использовании таких гаек может быть более простой. Стальные элементы являются самыми дешевыми, и специалисты не советуют их использовать.

Наиболее дорогой вариант - алюминиевые гайки. Они позволяют сделать колесо более легким.

Спицы для велосипеда обычного городского типа применяются в количестве 36 штук. В колесе шоссейных моделей их может быть меньше. Таким образом достигается большая маневренность велосипеда в плане изменения скоростей. В разных конструкциях количество спиц может быть неодинаковым. Однако их число всегда кратно четырем или двум.

Кроме того, спицы для велосипеда могут иметь разную толщину. В переднем колесе фланцы втулки симметричны, имеют стандартный размер. В заднем же многоскоростная конструкция, наоборот, асимметрична. Поэтому размеры могут быть абсолютно любые. Поэтому на моделях с одинаковыми типами втулок устанавливаются спицы, предназначенные для переднего колеса, для заднего справа и для заднего слева. При этом они имеют разную толщину.

Иногда требуется замена или регулировка спиц велосипеда. Операции эти достаточно сложны, но при желании могут быть выполнены самостоятельно. Для того чтобы, например, подтянуть спицы, нужно перевернуть последний вверх колесами и пошатать стержни. Если амплитуда превышает 1-2 мм, необходимо подтянуть элемент. Сложнее не допустить появления «восьмерки» при подтягивании. Для этого придется определить амплитуду горизонтального и вертикального биения. Устраняют эти проблемы путем натяжения или ослабления спиц и смещения обода. Точно таким же образом исправляют «эллипс» обода.

Замена спицы может понадобиться в результате ее поломки. Чаще всего это происходит при сильном ударе, к примеру, о бревно или край ямы. Такое иногда случается, а поэтому стоит иметь при себе запасные спицы для велосипеда. Для того же, чтобы доехать до дома, в том случае, если нет инструментов для снятия колеса, поломанную деталь загибают и привязывают к ней проволоку. Таким образом можно будет добраться до того места, где возможно заменить спицу на новую. Последняя просто вставляется в обод и закручивается ниппелем.

(Как рассчитаь длину спицы (велоспицы)? Реферат)

Получение исходных данных для расчета длины спиц
Вывод формулы
Калькулятор для расчета длины велосипедных спиц от Pete Gray (работает на Java)

Получение исходных данных для расчета длины спиц

Введение

Для понимания всех терминов, используемых далее, необходимо ознакомится со статьей «Сборка велосипедных колес» Шелдона Брауна.

Длина спиц не очень критична, точность расчета в 1 мм вполне достаточна. Большинство калькуляторов рассчитывают длину спиц с точностью до десятых долей милиметра, но спицы продаются с шагом в 1 мм, а некоторые бренды и с шагом в 2 мм.

Количество крестов и спиц

Каждая спица в спицевом наборе пересекает несколько других спиц. Количество этих пересечений и называется «крестами», обозначим мы это знаком K. Радиальный набор, иначе говоря — это набор «в ноль крестов». Количество спиц обозначим знаком N.

Размеры втулки

Основные размеры втулки: D L , D R , W L , W R , S

D — диаметр фланца втулки. Левого (D L) и правого фланца (D R) по центрам отверстий, а не внешний диаметр. Обычно бывает в диапазоне 38 — 67 мм;
S — диаметр отверстия под спицу (обычно 2,4 мм)
W — расстояние от центра до фланца втулки (W L — до левого фланца, W R — до правого фланца).

Измерение диаметра фланца (Flange Hole Diameter). Это расстояние от центра одного отверстия под спицу до центра диаметрально противоположенного отверстия. Поскольку измерять расстояние между центрами отверстий затруднительно, то более точные результаты можно получить, измерив расстояние между краями отверстий и их диаметр. Полученное расстояние скорректировать на величину одного диаметра. Расстояние от центра до фланца втулки W L , W R (Hub Center To Flange Center Dimension — Flange Spacing) получается за два шага:

Измерте расстояние от плоскости контргайки до центра фланца. В заднем колесе правые и левые спицы имеют разную длину, а в переднем одинаковую. ПровеИзмерьте базу (ширину) втулки OLD Over Locknut Distance от плоскости правой контргайки до левой.дите измерения для правой и левой стороны (A, B). Рассчитайте расстояния от середины втулки до фланцев по формулам:

W L (Left Center to Flange Dimension) = OLD / 2 — A
W R (Right Center to Flange Dimension) = OLD / 2 — B

Замечание. Помните, что неаккуратно проведенные замеры могут привести к большим ошибкам в расчетной длине спиц. Все измерения должны проводится с точностью до 0,1 мм. Для измерений пользуйтесь штангенциркулем и стальной линейкой или хорошей металлической рулеткой.

Размеры обода

Обод имеет единственный размер — эффективный (эквивалентный) диаметр обода.

Измерение эквивалентного диаметра обода (Effective Rim Diameter — ERD) — его еще можно назвать диаметром, измеренным по концам спиц. То есть ERD — это расстояния от конца одной спицы до конца диаметрально противоположенной ей спицы в полностью натянутом колесе. Измеряется на самом деле расстояние от дна шлица под отвертку одного ниппеля до того же места диаметрально противоположенного ниппеля.

Эквивалентный диаметр обода прямым измерением без специального измерительного инструмента получить нельзя. Его можно вычислить следующим образом.

Первый способ

Тщательно измерьте внешний диаметр обода ORD (от одного края (торца) до другого) Следите, чтобы рулетка или линейка проходила точно через центр обода. Сделайте как минимум два измерения, проведенные под прямым угом друг к другу, чтобы проверить, круглый ли обод. Если два этих значения будут различаться, сделайте еще один замер в другом месте и усредните полученные результаты.
Вставте ниппель в любое отверстие обода. Штангенциркулем измерьте расстояние от торца обода до дна шлица под отвертку в ниппеле. Это будет размер HN. В этом месте и должны заканчиваться спицы в полностю натянутом колесе.
Вычислите эквивалентный диаметр обода по формуле ERD=ORD-2*HN.

Второй способ

Вставте две спицы в диаметрально противополженные отверстия обода.
Накрутите на них ниппеля.
Сnяните спицы как следует и измерьте расстояние A — от одного торца ниппеля до другого торца ниппеля. Сделайте несколько измерений, результат усредните.
Измерьте высоту ниппеля — B.
Рассчитайте ERD=A+2*B.

Нессиметричный обод

Несимметричные обода типа OCR (Off Center or Asymmetric rims) требуют корректировки длины спиц, которая была рассчитана для симметричного обода.

Можно просто скорректировать рассчитанную длину спицы для симметричного обода на 1 мм — добавить для правой стороны и вычесть для левой стороны заднего колеса; или добавить 1 мм для стороны с диском и вычесть 1 мм для стороны без диска переднего колеса.

Есть точный способ расчета. Надо скорректировать размеры втулки, участвующие в расчете. (Изменение размера спицы будет одинаковым, когда обод смещается относительно втулки или наооборот.) Надо просто изменить смещение фланца (WL, WR) на величину смещения несимметричного обода, которая равна RimOffset RO=(W/2)-L

Скорректируйте размеры втулки следующим образом:

W L _effective=W L — RO
W R _effective=W R +RO

Paired Spoke Wheel (колесо с парными спицами)

Существует и такой тип спицевого набора, как на рисунке:

Калькулятор от Rinard (Страница Rinarda) вычисляет длину таких спиц используя понятие эквивалентного количества крестов, которое м.б. дробным.

Формула для расчета длины спиц

Упрощенная формула (чисто геометрическая, не учитывающая толщину спицы, диаметр отверствия во фланце и растяжение спицы) выглядит так:

SpokeLengthx=SQRT(W x 2 +D x 2 +ERD 2 -2*D x *ERD*cos(360/(N/2)*K)

SpokeLength x — это или правая или левая спица (x = R или L).

W x — W R или W L (расстояние от центра до фланца втулки).

D x — D R или D L (диаметр фланца).

S — диаметр отверстия во фланце втулки под спицу.

После проведения чисто геометрического расчета, полученную длину следует скорректировать (из книги The Bicycle Wheel, автор Jobst Brandt, 3 издание):

SpokeLengthxActual х =SpokeLength x -S/2-1

1. Уменьшение на половину диаметра отверстия под спицу во фланце S/2 (обычно это 2.4/2=1.2 мм) связано с особенностью маркировки длины спиц производителями — длина измеряется от загиба до конца резьбы, а не от центра шляпки.

2. Уменьшение еще на 1 — 2 мм необходимо, так как спица при рабочем натяжении удлинняется примерно на 1 мм (для колес 24″ — 29«) и в собранном колесе ERD обода несколько уменьшается под действием сил сжатия от натяжения спиц.

Для недорогих ободов простого П-образного профиля спицу лучше иметь чуть короче, что бы не надо было спиливать выступающие из ниппелей концы спиц, иначе они могут проврать ободную ленту и камеру. Для таких ободов уменьшите длину на 2 мм с запасом.

Округлите результат математически до 1 или 2 мм, в зависимости от шага спиц у производителя.

Для «коробчатых» ободов, где ниппель спицы утоплен, и нет опасности, что выступающий конец спицы проврет ободную ленту, уменьшать с запасом длину спиц не надо. Достаточно уменьшить на 1 мм.

Округлите результат в большую целую сторону до 1 или 2 мм, в зависимости от шага спиц у производителя.

Вывод формулы

Вывод формулы базируется на тригонометрии и теореме Пифагора в рамках школьной программы (рисунки из Wikipedia)

a = W R или W L (расстояние от центра до фланца втулки)
r 1 = D R или D L (диаметр фланца)
r 2 = ERD (эффективный (эквивалентный) диаметр обода)
m = количество спиц на одной стороне колеса = N/2
k = количество крестов
? = 360° k /m , например, 3*360°/18 = 60°.

? — угол между прямыми от оси втулки к месту спицы в ободе и от оси втулки к месту спицы во фланце. Эта часть формулы наиболее трудна для понимания.

Угол этот зависит от количества отверстий (спиц) и количества крестов. Чем больше крестов, тем больше этот угол. Чем больше спиц для данного количества крестов, тем меньше этот угол, поскольку дуга между соседними спицами представлеят меньшую долю всей окружности. Для 36 спиц, собранных в 3 креста этот угол равен 60 градусам, для 36 спиц, собранных в 4 креста этот угол равен 80 градусам.

Метод вычисления этого угла довольно хитроумен. Ключем к понимаю является расположение на ободе двух соседних спиц на фланце, идущих в противоположные стороны. Назовем такие спицы «граничными». Посчитаем количество отверстий в ободе между ними. В колесе, собранном в 3 креста, между «граничными» спицами на ободе будет еще ровно 13 спиц — 6 с того же фланца и 7 с другого. Можно понять почему между «граничными» спицами получается еще ровно 6 спиц с той же стороны фланца — каждая граничная спица должна пересечься с еще тремя спицами. Таким образом между «граничными» спицами должно быть 6 отверстий или 7 промежутков. В середине каждого промежутка есть отверстие для спицы с противополжного фланца. Итого выходит 13 спиц или отверстий должно быть между «граничными» спицами в колесе, собранном в 3 креста.

Теперь главная «хитрость». Зададимся вопросом: для любой «граничной» спицы как далеко (по углу) впереди (или позади) находится отверстие в ободе по отношению к отверстию во втулке (имея ввиду, что отверстия расположенные на одном радиусе (из центра втулки) находятся ни впереди ни позади).

Рассмотрим «центральную» спицу из этих 13-ти, которая идет к противоположному фланцу, по отношению к фланцу наших «граничных» спиц. Из соображений симметрии следует ожидать, что радиус, делящий угол между отверстиями для граничных спиц пополам, должен пройти точно через «центральную» спицу. Теперь мысленно повернем этот радиус вперед (по часовой стрелке) на половину угла между отверстиями во фланце втулки, что составит ровно одно отверстие вперед (по часовой стрелке) в ободе. Теперь мы имем радиус, проходящий через отверстие «граничной» спицы во фланце, что точно соответсвует тому углу?, который нам необходим. Поскольку сначала этот радиус был на 7 отверстий в ободе впереди от истинного граничного отверстия в ободе, то после поворота его в сторону «граничного» отверстия осталось 6 промежутков. 6 дуг (промежутков) во втулке — это 6/36 — 1/6 * 360 = 60 градусов.

Таким образом мы доказали, что угол? всегда есть число крестов умноженное на угол между соседними отверстиями одной стороны фланца или, что то же самое между отверстиями для спиц одной стороны в ободе. Например, для 36 спиц и 3 крестов угол между соседними отверстиями одной стороны фланца 360/18 = 20 градусов, и искомы угол равен 60 градусам. Для колеса в 4 креста осталось бы 8 спиц в промежутке, 8/36 — 1/4 * 360 = 80 градусов.

Формула рассчитыват диагональ воображаемого параллелепипеда.

Рассмотрим проекцию колеса на плоскость перпендикулярную оси спицы, где ниппель рассчитываемой спицы находится наверху. Эта спица и есть проекция диагонали воображаемого параллелепипеда. Параллелепипед имеет глубину a (Wx), на риснке не видна — находиться в перпендикулярной плоскости, высоту r 2 -r 1 cos(?) и ширину r 1 sin(?).

Простая тригонометрическая формула используется для вычисления длины проекции спицы на плоскость колеса, как показано на рисунке.

Для вычисления собственно длины спицы (диагонали воображемого параллелепипеда) применим теорему Пифагора.

Итог выглядит так:

Подробно о расчете длины спиц с выводом формулы с иллюстрациями на сайте Robert Torre (на английском языке)

Калькуляторы для расчета длины спиц

Офф-лайн калькуляторы:

Упрощенный калькуляторот от Rinard — сделан в виде листа Excel
Полный вариант калькулятора от Rinard (с базой данных ободов) — сделан в виде листа Excel
Полный вариант калькулятора от Rinard переведен на русский язык (с очень старой базой данных ободов +обод «Турист») — сделан в виде листа Excel Рассчитывает и колеса с парными спицами! На русском языке! Корректирует геометрическую длину спиц на 1 мм.!
- (Страница Rinarda)
Калькулятор свободно распространяемый с сайта Антона Чубченко (программа сделана на базе таблички EXCELL) http://www.realbiker.ru/SpoCalc.shtm
Свободный калькулатор длины спиц Lexapskov v 2.0 (для Windows)
Свободный калькулятор длины спиц для мобильных телефонов на Java MIDP 2.0 от KROTOBOBR.RU

Он-лайн калькуляторы:

Он-лайн калькулятор на сайте UP Bikes — на русском языке.
Он-лайн калькулятор на сайте ALLCALC.RU
Он-лайн калькулятор от Roger Musson’s "Wheelpro"с базой данных втулок и ободов

Калькулятор для расчета длины велосипедных спиц от Pete Gray (работает на Java, в настройках безопасности надо разрешить выполнение java-приложений)

Это простой калькулятор для расчета длины велосипедных спиц от Pete Gray. В нем используется чисто геометрическая формула расчета, результат не корректируется.

Этот калькулятор очень удобен для наблюдения за тем, как происходит изменение длины спиц, когда вы изменяете один из размеров на миллиметр или два.

Изначально практически на всех взрослых велосипедах было 72 спицы. 32 на переднем колесе и 40 на заднем в Англии, по 36 спереди и сзади в других странах. Исключением были гоночные велосипеды у которых количество спиц в колесах было 32.

В начале 80-х годов свое слово сказали маркетологи. Они предложили устанавливать на серийные велосипеды колеса с количеством спиц 32. В производстве такие колеса получались дешевле и их продавали как улучшенную версию. А у покупателей они ассоциировались с дорогостоящими, профессиональными, гоночными велосипедами, поэтому их покупали с большой охотой. Но на деле эти колеса оказались менее прочными чем колеса с 36 спицами, хотя и выдерживали нагрузку большинства велосипедистов любителей.

В дальнейшем столь удачная афера повторялась неоднократно, со все более "экстремальным" количеством спиц: 28, 24 и даже 16 спиц. Каждый раз новое колесо позиционировалось как улучшенное. На деле же такие колеса не дают никакого преимущества. Так как расстояние между спицами увеличивается, требуется более крепкий , чтобы компенсировать большее расстояние, соответственно имеющий больший вес. Соответственно колесо не дает преимущество в весе. Помимо этого в таком колесе натяжение спиц должно быть больше и если спица в нем лопнет, то колесо сразу становится непригодным для езды.

Самым лучшим вариантом будет использовать колеса с меньшим количеством спиц на переднем колесе и с большим на заднем. Например, 28-36 лучше, чем 32-32.

Переднее колесо доставляет меньше проблем так как:

на переднем колесе симметричный "зонт";
на переднее колесо не действует крутящая нагрузка (если только оно не с тормозной втулкой).

Если на велосипеде одинаковое количество спиц на переднем и заднем колесах, то это значит, что или переднее колесо тяжелее чем может быть или заднее колесо не достаточно крепкое.

Толщина спиц

Диаметр спицы измеряется толщиной (калибром) проволоки. Есть несколько стандартов измерения толщины спиц. Во французской системе чем меньше число, тем тоньше спица, а в английской и американской наоборот.

США/Англия 14g - французская 13g
США/Англия 13g - французская 15g

Из-за постоянной путаницы в стандартах появилась новая система ISO, в которой толщина спиц измеряется в миллиметрах.

США/Англия 13g - 2.3 mm.
США/Англия 14g - 2.0 mm.
США/Англия 15g - 1.8 mm.
США/Англия 16g - 1.6 mm.

Спицы бывают постоянного круглого сечения и переменного сечения (butted-баттинг).

Спицы переменного сечения бывают пяти видов:

1. Single-butted (одинарный баттинг) - у таких спиц есть утолщение у конца с головкой, а вся остальная длина спицы тоньше. Такие спицы используют редко, в основном когда необходимо иметь более прочное колесо на ободе со стандартными отверстиями;

2. Double-butted (двойной баттинг) - у таких спиц тонкая середина и утолщенные концы. Самые распространенные размеры 2.0/1.8/2.0 (14/15g) и 1.8/1.6/1.8 (15/16g). Эти спицы экономят вес, но при этом они имеют такую же прочность в местах концентрации напряжения, как и спицы постоянного сечения. Более тонкая же секция придает спице большую эластичность, что позволяет ей упруго растягиваться на большую величину, по сравнению с цилиндрической спицей. Как результат в момент резкой сосредоточенной нагрузки (удара о выступ, например) наиболее нагруженные спицы могут достаточно удлиниться, чтобы перераспределить нагрузку на соседние с ними спицы. Это особенно желательно, когда ограничивающим фактором является та нагрузка, которую может выдержать обод, не разрушаясь вокруг спицевых отверстий.

3. Triple-butted (тройной баттинг) - такие спицы являются лучшим выбором, когда основная цель, это долговечность и надежность: для тандемов и туризма с грузом. Они сочетают в себе достоинства как single, так и double butted спиц. Спицы DT Alpine III, например, имеет размеры 2.34(13g) у головки, 1.8 (15g) в середине, и 2.0 (14g) у резьбового конца;

Single- и triple-butted спицы позволяют решить одну из сложных проблем конструкции колеса. Из-за особенности своей конструкции конец спицы с резьбой хорошо проходит через отверстие во фланце и совпадает с диаметром отверстия в ободе, это не создает люфтов при движении и увеличивает усталостную прочность конструкции.

4. Аэродинамические (эллиптические) - это спицы double-butted у которых тонкая часть имеет сечение в виде эллипса. Благодаря такой форме спица становится более аэродинамической. При сборке колес с такими спицами нужно избегать деформации кручения;

5. - у них более выраженный аэродинамический (плоский) профиль, чем у предыдущих спиц. Однако эти спицы нельзя установить на обычные втулки, они слишком широкие и не пролезут в отверстия на фланцах.

Виды велосипедных спиц. Как выбрать спицы для вязания