Как сделать ножной тормоз на велосипеде вместо ручного

Обновлено: 07.07.2024

Большинство велосипедов с колёсами вплоть до 16" идут с ножным тормозом. Очень редко втулка со свободным ходом. Как правило дорогие модели.
Но и у дорогих есть с ножным.
Я попробовал, при условии что на беговеле 12" ребенок давно держит равновесие: этот тормоз объективно мешает начинать катить. В условиях дачных дорог, в городе может было бы попроще.

Это справедливое наблюдение: начинать катать на даче с ножным тормозом неудобно?
(как бы логично: часто рулить, останавливаться — в итоге непроизвольное торможение мешает).

Смущает огромная доля о продаже велосипедов с ножным тормозом со словами: почти новый, ребенок не катался. В то время как со свободной втулкой продают со словами — катался много.

На полноту, как водится, не претендую, но надеюсь, кому-то это будет полезно, кому-то интересно. Т.к. материал рассчитан на крокодиловодов, основной упор сделан на тормоза клещевого типа, на их правильный подбор и т.д. Хотя и другие виды тормозов упоминаются.

Общие положения.

Все мы их видели, все пользуемся, но разнообразие конструкций и наше естественное желание выбрать правильные тормоза для своего проекта требуют подробного разбирательства.

Тормоз гасит кинетическую энергию велосипеда, превращая её в тепло. Тепло вырабатывается при трении неподвижных тормозных колодок о подвижные поверхности, вращающиеся вместе с колесом. Конструктивно это может быть исполнено очень по-разному, но принцип всегда один – нагрев окружающей среды

Да, на некоторых транспортных средствах попроще (велосипеды, некоторые мопеды) тормоза одинаковы. Но такая унификация делается исключительно в целях экономии. Понятно, мощность такого унифицированного тормоза выбирается исходя из его работы, как переднего. При этом такой же тормоз, установленный сзади, является избыточным – колесо легко срывается в юз.

Поэтому использование сзади менее мощного тормоза не только не является ошибкой, но часто и желательно. Интересно на велосипеде с двумя клёщевыми тормозами попробовать поставить спереди длинные колодки, сзади – короткие. А вот обратная ситуация (сзади диск / впереди клещи, или сзади вибрейки /впереди барабан) является грубой ошибкой, неправильным подходом к проектированию: мощности переднего слабого тормоза может оказаться недостаточно (шина+дорога могут реализовать больше), а заднего – с избытком (колесо сорвётся в юз при незначительном воздействии тормоза).

Эффективность тормозов.

Это хорошо заметно на автомобиле на льду – если колёса вращаются, тормозной путь заметно меньше, чем если они остановились, и саночками скользят по покрытию.

На велосипеде обычно юзу подвержено заднее колесо – ведь оно разгружается за счёт клевка при торможении. Из этого следует простой практический вывод: если Ваш задний тормоз способен заблокировать колесо на асфальте до следов от резины — его достаточно! И нет никакого смысла устанавливать туда более мощный тормоз – тормозной путь от этого никак не сократится. Даже если вставить абсолютный тормоз – палку в колесо.

Пару уточнений. Если мы тормозим только задним тормозом, его силы может не хватить для блокировки колеса. Но стоит задействовать ему в помощь передний – и юз появляется. Это, как уже говорилось, происходит от клевка, от перераспределения веса между колёсами при торможении. Клевок для заднего тормоза является вредным, снижая его эффективность, при этом мощность механизма становится избыточной.

Получается, максимальная мощность заднего тормозного механизма требуется именно в случае использования только его (а как только подключается передний, мощность того же тормоза становится избыточной). Поэтому примем, что мощность заднего тормоза должна быть такой, чтобы с небольшим запасом обеспечивать срыв в юз заднего колеса, когда передний тормоз отсутствует или незадействован. Сцепление колёс с дорогой при этом должно быть максимально – для сликов и дорожных колёс проверяем на сухом асфальте, для зубастых – на рыхлом грунте, например. Если это условие выполняется, незачем менять тормоз на более мощный. Выдержав такую проверку, он максимально эффективно справится со своей задачей даже если передний выйдет из строя.

Торможение одним задним колесом недостаточно эффективно из-за врождённых особенностей классических колёсных транспортных средств. Задний тормоз автоматически сам себя обкрадывает. Сильнее тормозим – сильнее разгружается колесо, теряется способность шины цепляться за дорогу.

Обратная картина с передним тормозом. Из-за перераспределения нагрузки от клевка он сам себя усиливает. Точнее, по мере возрастания усилия торможения увеличивается и сцепления колеса с дорогой. Можно использовать более мощный тормозной механизм. Это придаёт переднему тормозу дополнительную эффективность. Именно поэтому он считается основным тормозом велосипеда. Сорвать переднее колесо в юз практически невозможно. Эффективность переднего тормоза такова, что становятся возможными перелёты через руль при неадекватном торможении.

Собственно, мощность переднего тормоза и должна быть такой, чтобы он (теоретически) мог обеспечить такой перелёт. Страшно?

Достаточную мощность тормоза приходится определять интуитивно. Всё-таки более мощные тормоза дороже стОят и больше весят, иногда их установка сопряжена с серьёзными доработками, вобщем – здравый смысл нам поможет.

А вот недостаточную его эффективность выявить несложно. Если при полностью зажатой изо всех сил тормозной ручке тормоз скользит, велосипед не делает попыток приподнять заднее колесо – тормоза мало.

Иногда бывает необходимость проехаться с одним тормозом. Например, не терпится испытать новый велосипед, а один из тормозов не готов, или случилась какая-то неисправность вдали от базы, и из обломков можно собрать только один исправный тормоз. В таких случаях, безусловно, нужно стремиться иметь рабочим передний тормоз – его эффективность в одиночку значительно выше одного заднего!

Модуляция

Не нужно путать её с усилием на ручке или педали, а тем более, с эффективностью тормоза. Модуляция характеризует адекватность самого торможения этому усилию. Т.е. сильнее давим – интенсивнее замедляемся, ручку нажимаем плавно – замедление нарастает плавно, и наоборот. Чем чётче интенсивность замедления следует за манипуляцией ручки или педали – тем лучше модуляция.

Иногда тормоз с лучшей модуляцией субъективно кажется сильнее, чем с худшей, но на самом деле, если тот и другой способны вогнать колесо в юз, по эффективности они одинаковы. Просто тормоз с более чёткой работой, безусловно, приятнее, точнее действует, и психологически кажется более надёжным.

Пример – дисковые тормоза с тросовым и гидравлическим приводом. Допустим, ручки обоих тормозов имеют одинаковый рычаг, колодки – одинаковый ход, диски и колодки – одинаковые материалы и размеры. Надеюсь, не нужно уточнять, что мощность таких тормозов, эффективность замедления, совершенно одинакова при равном усилии на ручке (минус незаметные потери в тросовом приводе) . Разница между ними только в способе передачи усилия между ручкой и колодками.

В гидравлическом тормозе привод практически не имеет никакой упругости – ведь жидкость несжимаема, стенки трубок не растягиваемые (в заметных пределах). Поэтому как мы ручкой шевелим, так шевелятся и колодки. Как сильно давим на неё, так и колодки давят на обод. Как быстро или медленно увеличиваем давление на ручку, так быстро или медленно увеличивается давление колодок на диск. Это и есть хорошая модуляция.

Посмотрим, что происходит в тросовом приводе. Здесь есть важные силовые элементы, которые имеют небольшую, но ощутимую упругость: тросик немного растягивается, рубашка немного сжимается. Пока мы выбираем свободный ход механизма, колодки движутся синхронно с ручкой. Но вот колодки коснулись диска. Мы продолжаем дальше нажимать ручку. Но в этот момент усилие на колодках, вопреки нашему желанию, почти не возрастает – его парирует та самая упругость тросика и оболочки. И только когда тросик натянется, а оболочка сожмётся полностью, произойдёт нарастание усилия на колодках. При отпуске или ослаблении ручки то же происходит в обратном порядке. Такой тормоз кажется нам ватным, точнее резиновым. Подсознательно приходится сильнее давить на ручку, из-за чего тормоз кажется слабее гидравлики, хотя это не так. Мы же договорились, что всё в сравниваемых тормозах одинаковое, кроме привода. У него просто хуже модуляция.

Если проанализировать развитие тормозов от колодки, опускающейся сверху на переднюю шину до дисковой гидравлики, заметим, что весь прогресс в основном направлен именно на улучшение модуляции тормозов, а не каких-либо других их характеристик.

Свободный ход

Чтобы работать корректно — быть полностью отпущенным и не за что не задевать, когда он не нужен, тормоз должен иметь некоторый свободный ход. Слишком малый свободный ход может провоцировать затирание колодок, слишком большой – позднее срабатывание и нехватку хода ручки для полного торможения. Каждый вид тормоза имеет свой оптимальный рабочий ход – минимальный, но такой, чтобы при возможных в эксплуатации погрешностях и допустимых деформациях колодки не цепляли подвижные элементы. У клещевых и вообще ободных – побольше, у дисковых – поменьше, из-за большей точности и жесткости деталей. Из-за излишнего свободного хода тормоза могут показаться недостаточно эффективными, даже когда с ними всё в порядке.

Свободный ход – практически единственная регулировка тормоза. За ним необходимо следить по мере износа колодок и необратимого растяжения тросиков.

Усилие на органах управления

То же самое бывает и у нас. Разные тормоза (зачастую одинакового типа, просто разных производителей) для своей сработки требуют разного усилия, являясь одинаково эффективными. Но тормоз, требующий меньшего усилия, субъективно кажется нам более мощным. Даже более сильная возвратная пружина может оказаться виноватой в таком восприятии.

Таким образом, субъективное восприятие тормоза часто не соответствует реальности по части мощности тормоза. Больший штатный свободный ход, как и худшая модуляция, большее потребное усилие на ручке может порождать субъективное ощущение меньшей эффективности тормоза, хотя это не так.

Такие тормоза менее удобны, больше раздражают. Но если они способны сорвать заднее колесо в юз, или перебросить нас через руль, тормоз вполне эффективен.

Мой гараж
Мастер спорта по езде за хлебушком на велосипеде.
Если не я построил велосипед — это не мой велосипед.

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).

Втулка верой и правдой служила на дорожнике Mifa на 28" колёсах.
В 1992-м втулка была заспицована в 20" колесо велосипеда Десна:

Вот это — механизм втулки:

Втулка Velosteel в сборе производства Чехии:

В разобранном виде:

Втулка Eagle в сборе производства Индии:

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:

Резьба левого конуса нестандартная: ф10,4мм 26tpi.

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.

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

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

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.

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.

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 Добавить в избранное Понравилось +123 +178

Когда-то выбор велосипеда ограничивался правильно указанными параметрами роста, маркой и цветом. Сегодня ассортимент настолько разнообразен, что подобрать даже простую городскую модель без минимальных познаний в устройстве современных байков просто невозможно. В частности, это касается разнообразия тормозных систем.

Привычный ножной тормоз

Если в детстве вы учились кататься на велосипеде, то, скорее всего, привыкли пользоваться ножным тормозом. Принцип его работы предельно прост: приводом в данном случае служит цепная передача и, чтобы начать торможение, нужно крутить педали в обратную сторону. Такое устройство отлично работает на синглспидах, но несовместимо с традиционной механической трансмиссией.

Таким образом, ножной тормоз сохранился в качестве атрибута городских велосипедов с фиксированной скоростью. Сам механизм расположен в задней оси, что предполагает ряд преимуществ:

герметичность устройства гарантирует защиту от осадков, дорожной пыли и грязи;
отсутствие ухода или частого ремонта;
исключается перегрев обода.

Тем не менее, в ряде случаев ножной тормоз может оказаться недостаточно надежным. К примеру, если цепь сошла или разорвана, когда ноги случайно соскользнули с педалей, задействовать для экстренной остановки ножной тормоз не получится.

Надежный ручной тормоз

Большинство производителей устанавливают ручные тормоза, которые могут дополнять ножной вариант или работать самостоятельно. За годы использования они завоевали репутацию стабильных и безопасных — вне зависимости от конструкции. Все представленные на рынке тормозные системы делятся на ободные и дисковые, те и другие имеют сторонников и противников.

При комплектации городских велосипедов чаще всего применяются ободные тормоза V-Brake. Их отличает хорошая мощность, неприхотливость в обслуживании и простой сервис в случае поломки. Однако в дождливую погоду или на сильном бездорожье такая система легко засоряется, что снижает качество работы.

В качестве альтернативы на продвинутые модели ставят дисковые тормоза с механическим или гидравлическим приводом. Стоит заметить, что стоимость таких систем в разы выше, а устройство значительно сложнее. Тем не менее, в экстремальных условиях дисковые тормоза наиболее надежны. Они не чувствительны к превратностям погоды или особенностям покрытия. Их единственный недостаток — сложность ремонта: если дисковая гидравлика выйдет их строя, придется обращаться в мастерскую.

Какие тормоза лучше?

Оптимальное решение для конкретного байка зависит от его назначения. Так, для ситибайка, который никогда не будет проверять свои силы в глухом бездорожье или на скоростном спуске, ободных тормозов V-Brake более чем достаточно. Некоторые модели для удобства и безопасности велосипедистов комплектуют ножным и ободным ручным тормозом. Таким образом, системы дублируют друг друга, обеспечивая максимальную безопасность.

Читайте также: