Трос Боудена ( / ˈ b oʊ d ən / BOH -dən ) [1] — тип гибкого кабеля, используемого для передачи механической силы или энергии посредством движения внутреннего кабеля относительно полого внешнего кожуха кабеля. Кожух обычно имеет композитную конструкцию, состоящую из внутренней оболочки, продольно несжимаемого слоя, такого как спиральная обмотка или оболочка из стальной проволоки, и защитного внешнего покрытия.
Линейное движение внутреннего троса может использоваться для передачи тягового усилия или как тягового, так и толкающего усилия. Многие легкие самолеты используют трос Боудена push/pull для управления дроссельной заслонкой, и здесь обычно внутренний элемент представляет собой сплошной провод, а не многожильный трос. Обычно предусмотрено регулирование натяжения троса с помощью встроенного полого болта (часто называемого «регулятором ствола»), который удлиняет или укорачивает корпус троса относительно фиксированной точки крепления. Удлинение корпуса (выворачивание регулятора ствола) натягивает трос; укорачивание корпуса (вворачивание регулятора ствола) ослабляет трос.
Происхождение и изобретение троса Боудена являются предметом некоторых споров, путаницы и мифов. Изобретение троса Боудена обычно приписывается сэру Фрэнку Боудену , бывшему владельцу компании Raleigh Bicycle Company , который, как предполагалось, около 1902 года начал заменять жесткие стержни, используемые для тормозов, на гибкий витой трос, но никаких доказательств этого не существует.
Механизм Боудена был изобретен ирландцем Эрнестом Моннингтоном Боуденом (1860 - 3 апреля 1904 г. [2] ) по адресу 35 Bedford Place, London, WC [2] Первый патент был выдан в 1896 году (английский патент 25 325 и патент США № 609 570), [3] а изобретение было описано в журнале Automotor Journal за 1897 год, где адрес Боудена был указан как 9 Fopstone Rd, Earls Court. [4] Известно, что два Боудена не были тесно связаны. [5] Главным элементом этого была гибкая трубка (изготовленная из жесткой намотанной проволоки и закрепленная на каждом конце), содержащая отрезок тонкого проволочного троса , который мог скользить внутри трубки, напрямую передавая тяговые, толкающие или поворотные движения на проволочном тросе с одного конца на другой без необходимости в шкивах или гибких соединениях. Трос был специально предназначен для использования в сочетании с велосипедными тормозами. Тормоз Боудена был запущен на волне энтузиазма в велосипедной прессе в 1896 году. Он состоял из стремени, подтягиваемой тросом от рычага, установленного на руле, с резиновыми накладками, действующими на обод заднего колеса. В то время велосипеды были с фиксированным колесом (без свободного хода ), дополнительное торможение обеспечивалось «плунжерным» тормозом, нажимающим на переднюю шину. Боуден все еще предлагал дополнительную тормозную мощность и был достаточно новым, чтобы понравиться гонщикам, которые презирали плунжерное расположение, которое было тяжелым и потенциально опасным для (дорогой) пневматической шины. Проблема для Боудена заключалась в его неспособности разработать эффективные распределительные сети, и тормоз часто был неправильно или ненадлежащим образом установлен, что привело к большому количеству жалоб, опубликованных в прессе. Его наиболее эффективное применение было на тех машинах, которые были оснащены стальными ободами с рисунком Вествуд , которые предлагали плоские контактные поверхности для тормозных колодок.
Потенциал троса Боудена и соответствующего тормоза не был полностью реализован до тех пор, пока звездочка свободного хода не стала стандартной функцией велосипедов в период 1899-1901 годов, и для нее было найдено все больше применений, таких как механизмы переключения передач. Важно отметить, что в 1903 году Хенди разработал дроссель с поворотной рукояткой, используя аналогичный трос для своих мотоциклов «Indian» . Его легкость и гибкость рекомендовали его для дальнейшего использования в автомобилях, таких как тросы сцепления и привода спидометра.
Сообщается [ кем? ], что «12 января 1900 года Э. М. Боуден предоставил лицензию компании The Raleigh Cycle Company of Nottingham », директорами которой были Фрэнк Боуден и Эдвард Харлоу. При подписании этого соглашения они стали членами «EM Bowden's Patent Syndicate Limited». В синдикат входили, среди прочих, Р. Х. Ли и Грэхем И. Фрэнсис из Lea & Francis Ltd и Уильям Райли из Riley Cycle Company. Компания Raleigh вскоре стала предлагать тормоз Боудена в качестве аксессуара и быстро встроила трос в устанавливаемые на руль переключатели передач Sturmey-Archer (в которых они были особенно заинтересованы). Несомненно, именно поэтому Э. Боудена и Ф. Боудена иногда путают сегодня.
Ранний трос Боудена, с 1890-х и первых лет двадцатого века, характеризуется тем, что внешняя трубка намотана из круглой проволоки и не имеет оболочки. На концах они обычно снабжены латунным хомутом с надписью «BOWDEN PATENT» (эта легенда также выбита на других компонентах оригинального тормоза). Более современные версии имеют внешнюю трубку, намотанную из проволоки квадратного сечения. Примерно с 1902 года трос обычно покрывался водонепроницаемой тканевой оболочкой; в ранний послевоенный период ее заменили пластиковой.
В архивах Национального музея автомобилей существует неопубликованный машинописный текст, написанный сыном одного из сотрудников Боудена, который пытается приписать изобретение троса своему отцу вплоть до предположения, что он никогда не применялся к велосипедам до 1902 года. Хотя это легко опровергнуть ссылкой на «Cycling» или другую британскую велосипедную прессу до 1896–1897 годов, он служит напоминанием об одной из попыток переписать историю велосипедов посредством приоритетных требований. Британский национальный архив [6] В этом повествовании гибкий тросовый тормоз для велосипедов был отдельно «изобретен» Джорджем Фредериком Ларкиным, опытным инженером по автомобилям и мотоциклам, который запатентовал свою конструкцию в 1902 году. Впоследствии он был нанят и работал на EM Bowden до 1917 года в качестве генерального менеджера по работам .
«Джордж Ларкин известен своим изобретением гибкого тросового тормоза для велосипедов, который был запатентован в 1902 году. Первоначальный патент на похожее изобретение, известное как «механизм Боудена», был выдан Эрнесту Моннингтону Боудену в 1896 году. В следующем году была создана компания EM Bowden's Patents Syndicate Ltd. для продажи устройства, но изначально проект оказался неудачным, поскольку все, что могла предложить компания, это хлипкий механизм, способный передавать сравнительно огромную мощность. Механизм Боудена не был разработан в связи с велосипедным тормозом, поскольку нет никаких записей о том, что трос был связан с велосипедной промышленностью до 1902 года, когда было запатентовано изобретение Джорджа Ларкина». [6]
«Во время работы Ларкина в Bassett Motor Syndicate в его обязанности входила сборка автомобилей и мотоциклов, и главной трудностью была сборка тормозных систем, которые в то время состояли из стальных стержней, нелегко адаптируемых к контуру шасси. Он спроектировал гибкий тросовый тормоз и обратился к патентному агенту SJ Withers, чтобы запатентовать конструкцию. Уизерс заметил сходство идеи Ларкина с механизмом Боудена и представил его Bowden Syndicate, который согласился производить и продавать изобретение с условием, что оно должно быть запатентовано совместно на имя изобретателя и их самих. Через несколько месяцев Ларкин, которому тогда было 23 года, был нанят на должность менеджера отдела двигателей в патентном синдикате EM Bowden, и 1 мая 1904 года он был назначен генеральным менеджером по работам». [6]
Оригинальный стандартный корпус троса Боудена состоит из плотно намотанной спирали круглой или квадратной стальной проволоки. Это делает корпус гибким, но приводит к изменению длины по мере изгиба корпуса. Поскольку внутри изгиба витки плотно намотанной спирали не могут сблизиться, изгиб приводит к разделению витков снаружи изгиба, и поэтому на центральной линии корпуса также должно быть увеличение длины с увеличением изгиба.
Для поддержки индексированного переключения Shimano разработала тип корпуса, который не меняет длину при изгибе. Этот корпус имеет несколько проволочных жил, работающих в виде множественной спирали, с шагом достаточно коротким, чтобы изгибы кабеля были общими для всех жил, но достаточно длинным, чтобы гибкость корпуса достигалась за счет изгиба отдельных жил, а не их скручивания. Следствием большого шага намотки в опорной спирали является то, что он приближается к случаю параллельных жил, где провода связаны только пластиковой оболочкой. Корпуса с длинной спиралью не могут выдерживать сильное сжатие, связанное с высоким натяжением кабеля, и при перегрузке имеют тенденцию выходить из строя из-за прогиба жил корпуса. По этой причине спиральная поддержка для тормозных тросов намотана близко , в то время как корпуса с более длинной спиралью используются для менее критических применений. Продольно расположенные опорные провода используются в таких приложениях, как переключение передач велосипеда . [7]
Третий тип корпуса состоит из коротких полых жестких алюминиевых или углеродных цилиндров, надетых на гибкую подкладку. Заявленные преимущества по сравнению с корпусом из стальной проволоки включают меньший вес, более узкие изгибы и меньшее сжатие под нагрузкой. [8] [9]
Внутренние тросы для толкающих приложений имеют дополнительную обмотку, которая идет в противоположном направлении к обмотке фактической внутренней проволоки. Обмотка может быть похожа на обмотку пружины или обмотку с плоской полосой; они называются пружинной обмоткой и спиральной обмоткой соответственно. [ необходима цитата ]
Некоторые приложения, такие как дроссели газонокосилок , автомобильные ручные дроссели и некоторые системы переключения передач велосипедов, требуют значительной толкающей способности, поэтому используют трос с цельным внутренним проводом. [10] Такие тросы обычно менее гибкие, чем тросы с многожильными внутренними проводами.
Один конец внутреннего троса может иметь небольшой профильный кусок металла, известный (из-за грушевидных спаянных концов, используемых в некоторых случаях) как ниппель (как можно увидеть на рисунке распутывателя заднего тормоза BMX), который вставляется в механизм переключателя или тормозного рычага. Другой конец часто зажимается (как можно увидеть на рисунке заднего переключателя ) на той части тормоза или переключателя, которую необходимо переместить, или, как это чаще всего бывает с тросами управления мотоцикла, оснащается другим ниппелем.
Традиционно на велосипедах тросы переключения передач крепятся к переключателю передач с помощью небольшого цилиндрического ниппеля, концентричного с кабелем. Однако тормозные ниппели велосипедов различаются для горных велосипедов (MTB) с прямым рулем и шоссейных велосипедов с откидным рулем. Велосипеды MTB используют бочкообразный (цилиндрический) ниппель для крепления тормозного троса к тормозному рычагу, в то время как шоссейные велосипеды имеют грушевидный ниппель. Некоторые сменные тормозные тросы для велосипедов поставляются с обоими стилями, по одному на каждом конце. Ненужный конец отрезается и выбрасывается после установки.
В велосипедных приложениях, как для тормозов, так и для переключения передач, внешний размер колпачка или наконечника, который заканчивается корпусом, выбирается так, чтобы обеспечить свободную посадку в конце регулятора ствола. Таким образом, ствол будет скользить по наконечнику, когда он поворачивается во время регулировки. Если наконечник будет зажат в конце ствола, то трос будет перекручиваться во время бесплодных попыток регулировки.
Ниппели также доступны отдельно от кабеля для целей ремонта или индивидуальной конструкции кабеля. Они крепятся к кабелю пайкой . Если требуется свободное вращение ниппелей относительно оси кабеля, конец кабеля может быть отделан латунным наконечником или «трубой», припаянной к кабелю. Цилиндрический ниппель будет скользящей посадкой по латунному наконечнику и, таким образом, может вращаться, чтобы обеспечить выравнивание ниппелей на каждом конце кабеля и избежать скручивания внутреннего кабеля. Применение тепла к внутреннему кабелю для пайки может ослабить сталь, и хотя мягкая пайка менее прочна, чем серебряный припой, для формирования соединения требуется более низкая температура, и существует меньшая вероятность повреждения внутреннего кабеля в результате. Серебряная пайка может потребовать дополнительной термической обработки провода для сохранения его закалки, чтобы предотвратить его слишком мягкое или слишком хрупкое состояние [ требуется цитата ]
Ниппели, которые крепятся к кабелю с помощью винта, также доступны для экстренного ремонта или в случаях, когда требуется снятие для технического обслуживания.
Небольшой наконечник , также называемый «обжимкой» (показан на фотографии заднего переключателя передач), может быть обжат, чтобы предотвратить истирание концов троса. [11]
Другие методы предотвращения изнашивания включают пайку концов проводов мягким припоем или серебряным припоем или, в идеале, резку проводов методом оплавления.
Если внутренний провод сплошной, как в дроссельной заслонке автомобиля или газонокосилки, он может просто иметь изгиб на одном или обоих концах для взаимодействия с тем, что он толкает или тянет.
Небольшие резиновые торы , называемые бубликами , можно надеть на голый участок внутреннего троса, чтобы предотвратить его удары о раму велосипеда, вызывая дребезжание или истирание. [12]
Индексированное переключение велосипедного переключателя передач должно быть точным. Типичный 7-скоростной переключатель передач изменяет длину троса либо на 2,9 мм (Shimano 2:1), либо на 4,5 мм (SRAM 1:1) для каждого переключения, и любые ошибки длины накапливаются с количеством переключений. Для этого корпус должен вести себя так, как если бы он был сплошной трубкой, поэтому он и его наконечники должны быть без сжатия. В настоящее время наиболее часто используемый без сжатия корпус для переключения передач имеет продольно расположенные стальные провода. Плоские срезанные концы такого корпуса плотно заканчиваются торцевыми заглушками или наконечниками, а торцевые заглушки имеют размер, позволяющий вставлять их либо в крепление на раме, либо в качестве свободной посадки на конце регулятора барабана.
Корпуса для велосипедных тормозов не должны быть такими уж некомпрессионными, но должны быть прочнее, и в настоящее время продаваемые для этой цели изделия используют спиральную опорную проволоку с близкой намоткой. Один конец корпуса тормоза плотно заделан в концевую заглушку или наконечник, который свободно входит в регулятор цилиндра, а другой — в любую из множества фитингов, включающих концевые заглушки или детали для плавного изменения направления. В любом случае, в точке, где трос выходит для крепления к тормозным рычагам, установлен ниппель. Ввиду широкого спектра предлагаемых конструкций тросов легко может возникнуть путаница относительно наилучшего корпуса. В целом, корпус, проданный для одной цели, не должен использоваться для другой, и в любом случае следует следовать рекомендациям производителя. В частности, продольно армированные корпуса не должны использоваться для велосипедных тормозов, поскольку они слабее, чем спирально намотанные корпуса.
Корпуса для велосипедов изготавливаются в двух основных диаметрах; чаще всего диаметр 4 мм используется для переключения передач и 5 мм для тормозов. Корпуса как переключателей, так и тормозов изготавливаются в обоих размерах. Однако при замене тросов требуется некоторая осторожность, так как, например, 4-миллиметровый конец регулятора барабана существующего переключателя, вероятно, сделан только для этого размера корпуса.
Хотя отдельные части для сборки троса можно приобрести, доступны готовые тросы как для тормозов, так и для переключения передач. Обычно они состоят из внутреннего провода в корпусе определенной длины и, в зависимости от их назначения, с одним или несколькими установленными концевыми колпачками. Однако из-за широкого спектра используемых фитингов, вероятно, что колпачки этих универсальных тросов, хотя и подходят для многих ситуаций, не подойдут для каждой цели, как ошибочно следует из их названия. Укорачивание кожухов требует использования специального ручного инструмента, предназначенного для выполнения квадратного разреза без закрытия входа троса. Этот же инструмент используется для резки внутреннего стального троса. Чтобы избежать распутывания проводов троса во время установки, производители сваривают или обжимают концы.
Корпуса для кабелей обычно изготавливаются только черного цвета, хотя встречаются и цветные корпуса.
Тросы Боудена могут перестать функционировать плавно, особенно если в корпус попадет вода или загрязняющие вещества. Современные покрытые и нержавеющие стальные тросы менее подвержены этим проблемам; не покрытые кожухи следует смазывать легким машинным маслом. В холодном климате механизмы тросов Боудена склонны к сбоям из-за замерзания воды. Тросы также изнашиваются в процессе длительного использования и могут быть повреждены из-за перегибов или распускания. Распространенная неисправность происходит на велосипедах в точке, где корпус входит в регулятор цилиндра; свободные концы корпуса, как правило, изнашивают корпус, делая регулировку неопределенной. Износ из-за усталости наиболее вероятен, если трос проходит через шкив, который на велосипедах часто меньше рекомендуемого диаметра [13] или когда трос многократно изгибается в месте крепления к тормозному рычагу или суппорту. Трос, проходящий вокруг крутого изгиба, имеет тенденцию бороздить внутреннюю оболочку троса, что приводит к контакту с внешним корпусом и истиранию. Изношенный трос может внезапно порваться при сильном приложении силы, например, при экстренном торможении.
Спецификации для тросов и кожухов редко содержат какие-либо подробности, кроме размеров и назначения продуктов. Удельное сопротивление сжатию или изгибу никогда не цитируется, поэтому существует много риторических доказательств и комментариев относительно производительности и долговечности продуктов, но мало доступных научных данных для использования потребителем. [ необходима цитата ] Особенно суровый тест качества для кожухов проводится на шарнире складного велосипеда или около него, где многократно производится резкий изгиб. Радиус кривизны тросов на сложенном велосипеде может составлять всего 1,5 дюйма (4 см); поэтому перед складыванием велосипеда рекомендуется переключиться на передачу с наименьшим давлением троса, чтобы свести к минимуму любые неблагоприятные воздействия на кожухи или переключатели передач. [ необходима цитата ] Обычно эта передача имеет самый высокий индекс на переключателе передач.
Существуют некоторые разногласия относительно существования явления, известного как «растяжение троса». Недавно установленные тросы могут казаться удлиненными, требуя повторной регулировки. Хотя общепризнанно, что внутренние тросы на самом деле растягиваются очень мало — если растягиваются вообще — корпуса и накладки могут слегка сжиматься, и все детали могут, как правило, «усаживаться». Легкие узлы, такие как те, что используются на велосипедах, более подвержены этому явлению. [ необходима цитата ]
Стандарты, установленные производителями тросов, заключаются в том, что соотношение диаметров шкива и троса должно составлять 72 для длительного срока службы, при этом 42 является абсолютным минимумом. ... велосипедные тормоза и тросы переключения передач надеваются на шкивы и изгибы с соотношением диаметров намного меньше 42, а также периодически выходят из строя, как правило, без какого-либо предупреждения.