Назначение и детали

Втулка является соединительным звеном между спицами колеса и рамой, и, благодаря набору подшипников, обеспечивает вращение колеса.
Имеет фланцы для крепления спиц, ось (полую или цельнометаллическую) с резьбой под гайки, подшипники с сепаратором или шарики навалом в чашечках, или ролики (в роллерной втулке).

Втулки передних и задних колес также существенно различаются. Во-первых, нагрузки на переднее колесо много меньше, чем на заднее, а значит, детали можно делать миниатюрнее и легче.

Во-вторых, на заднюю втулку возложен ряд дополнительных функций, таких как передача крутящего момента от педалей к колесу и многих других: задние втулки велосипедов почти всегда включают в себя механизмы свободного хода(трещетки), нередко тормозные механизмы и, иногда, механизмы внутреннего переключения передач.

Втулки со встроенным в них внутренним переключением передач , так называемые планетарные втулки, в горных велосипедах не используются и рассматривать их не будем.

Корпуса втулок могут быть точенными, литыми или штампованными,и изготовливаются из алюминиевых сплавов. Точеные и штампованные втулки обладают лучшими весовыми и прочностными характеристиками, чем литые

Крепление втулки к раме велосипеда

Колесо крепится на велосипеде путем заведения концов оси втулки в пазы на перьях рамы и их последующей затяжки, которая может осуществляться либо гайками, накрученными на концы оси, либо при помощи эксцентрикового механизма.
Оси втулок могут быть стальными, алюминиевыми или титановыми. У велосипедов, предназначенных для экстремальных дисциплин, появились закладные втулки с осями диаметром 20 мм.

Подшипники втулок

Работа втулки очень сильно зависит от типа подшипников, качества их обработки
Мягкость и легкость вращения подшипников определяется точностью изготовления деталей, типом полировки беговых дорожек и шариков подшипников, и их поверхностным упрочнением.

В настоящее время на рынке существует два типа втулок - с традиционными регулируемыми подшипниками (например, втулки Shimano), и втулками на "закрытых" или "картриджных" подшипниках (Hope, Tune, DT Swiss). Велосипед остался одним из немногих механизмов, в котором морально устаревшая конструкция подшипников типа "чашка и конус" прожила целый век.

Радиально-упорные конусные подшипники качения.
Такие подшипники состоят из внешней и внутренней обоймы, набора шариков и, иногда, сепаратора.
В качестве внутренней обоймы выступает конус, навинчиваемый на ось втулки, в качестве внешней - корпус втулки. Все втулки Shimano используют именно такие подшипники.

Промышленные(картриджные) неразборные подшипники.
К достоинствам можно отнести меньшие потери энергии на трение, отсутствие необходимости регулировки. С учетом легкой замены подшипника, ресурс втулки увеличивается многократно.
Ещё одно замечательное преимущество втулок на "картриджных" подшипниках - износившиеся подшипники могут быть с легкостью заменены на новые - без покупки новой втулки и сопутствующей переборки колеса.

Передние втулки

Общий вид большинства втулок примерно одинаков.
Самой простой конструкцией обладают втулки переднего колеса обычного велосипеда.
Это цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц.
Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые теми или иными по конструкции пыльниками.
Пыльники защищают втулку от приникновения внутрь грязи и влаги

Задние втулки

Прежде всего они различаются по способу крепления храпового механизма(трещетки)

Резьбовые втулки, где трещетка вместе с блоком звезд(кассетой), навинчивается на втулку.
Такие втулки постепенно уходят в прошлое или устанавливаются на самых дешевых моделях велосипедов.

Барабанные (freehub), где храповой механизм является частью втулки, а кассета представляет собой лишь набор звезд.

Барабанные втулки в свою очередь отличаются способом реализации в них храпового механизма и подразделяются на собачковые и роллерные:

Втулки с собачковой трещоткой (наиболее распространенные).

В них храповый механизм состоит из двух цилиндров.
С внутренней стороны его находится асимметричные зубцы.
Для того, чтобы при вращении колес можно было не крутить педали, ещё на заре изобретения велосипеда инженеры придумали "свободный ход".
Это означает, что при прекращении педалирования задняя звездочка свободно прокручивается относительно корпуса втулки против часовой стрелки.
Достигнуто это было следующим образом - на корпусе втулки под звездочкой находятся два цилиндра.
На внешней стороне меньшего находятся "собачки", подпружиненные рычажки, которые упираются во внешний цилиндр.
При вращении звездочки по часовой стрелки собачки входят в зацепление с вертикальными выступами особой формы на внутренней части "барабана" звезды, а точнее упираются в них, тем самым закрепляя один цилиндр, связанный с кассетой, с другим цилиндром, связанным с корпусом втулки. И крутящий момент с педалей передается на колесо.
При остановки вращения педалей (или при кручении их в обратную сторону) собачки просто скользят по "барабану" ,и содают ритмичные щелчки.
Cуть в том что передачу усилия на колесо обеспечивают, по сути, маленькие стальные "собачки".

Более детально как это выглядит можно посмотреть здесь >>

Такая система имеет и свои недостатки, которые достаточно очевидны.
Со временем "собачки" стираются, а при интенсивном экстремальном катании (например, при занятиях велотриалом, когда "собачки" подвергаются максимальным нагрузкам) они могут даже сломаться.

Важной характеристикой механизма является максимальный угол свободного хода
Он зависит от того, на сколько прокрутится один барабан относительного другого до момента, когда собачка упрётся в зубец.
От этого угла зависит то, на сколько быстро начнёт крутиться заднее колесо после того, как вы начали крутить педали.
Это очень важно в триале, т.к. там нужно очень чётко контролировать велосипед, находясь на заднем колесе.
А стандартный вариант с двумя "собачками" имеет относительно большой свободный ход.

Борясь с этими недостатками, производители втулок либо идут экстенсивным путем - делая "собачки" более прочными и увеличивая их количество до трех (как во втулке Shimano XTR) или даже четырех,либо придумывают кардинально иные решения.

Например компания DT Swiss внедрила в свои топовые втулки более дорогой, но и значительно более надежный храповой механизм, носящий фирменное название Star Ratchet.
Проще всего понять принцип действия Star Ratchet, взглянув на картинку.
Два металлических кольца, прижимаемые друг к другу коническими пружинами, имеют зубчатые контактные поверхности.
Форма зубцов такова, что при вращении педалей кольца плотно зацепляются друг за друга всем зубцами (их, кстати, 18 штук на каждом из колец).
При прекращении педалирования кольца крутятся друг относительно друга, слегка раздвигаясь при этом в разные стороны.
Данная система обеспечивает отсутствие свободного хода (т.е. моментально "схватывает"), максимально передает крутящий момент, имеет меньше подвижных частей, чем трещотка с "собачками", она значительно более надежна, более прочна и более ремонтопригодна.

Подобные "фирменные" механизмы имеют некоторые другие известные прозводители втулок. Например американская фирма Chris King

роллерные втулки (не имеют собачек)
Этот механизм менее расспространён, чем храповый, но он больше подходит для триала в следствии большей надёжности и меньшего угла свободного хода.
В этих втулках несколько роликов находятся в пазах между хитро спроектированными зубцами внутреннего цилиндра и свободно катятся по внешнему барабану во время свободного кручения, но при кручении в обратную сторону зубцы внутреннего барабана распирают ролики упирая их во внешний барабан, и таким образом происходит сцепка двух барабанов.
Тут нет ни собачек, ни пружинок, которые могли бы сломаться.

Типичный представитель роллерных втулок - втулка Shimano FH-R080 (Silent Clutch)
Есть еще роллерка Shimano Alivio, но ее труднее найти. Основные недостатки роллерки LX - довольно большой вес(около 600 гр) и слабоватая ось (гнется или ломается при высоких нагрузках).
И еще - на нее нельзя поставить диск для дискового тормоза.
Зато эта втулка относительно дешева.

Производители втулок

Основные фирмы производители втулок - Shimano, DT Swiss, Hope, Tune, ChrisKing, Hayes, American Classic , Formula

Наибольшее распространение на данный момент получили втулки Shimano. Особенно это касается задних втулок, имеющих заметно более сложную конструкцию, чем передние: многие велосипеды комплектуются задними втулками Shimano и дешевыми передними втулками других производителей.
Shimano выпускает втулки только на конусных подшипниках.
Среди втулок задних колес для горных велосипедов лишь втулка группы Tourney имеет крайне устаревшую конструкцию с резьбовой трещеткой, остальные - более прогрессивную типа FreeHub.
Втулки групп Tourney и Altus/Acera имеют самую простую грязезащиту, Alivio - более развитую, Deore - двойную, Deore LX и Deore XT - двойную защиту и улучшенную обработку беговых дорожек подшипников, XTR - наилучшую обработку, грязезащиту и шарики из нержавеющей стали.
Втулки Deore LX - лучшие втулки Shimano по соотношению цена/качество: Deore сильно уступает по своим характеристикам, а Deore XT значительно дороже.

Выбор и обслуживание втулок

При покупке втулки,попросите продавца дать вам несколько штук выбранного вами класса.
Очень медленно вращая барабан внимательно прислушайтесь к щелчку,собачки должны щелкать абсолютно одновременно,а не друг за другом.
Чем громче и чем звонче работает храповик,тем лучше.
Барабан ни в коем случае не должен люфтить.Так же не должно быть эксцентрисистета.

Рекомендуют через каждую 1000 км,это примерно месяц пробега,проверять не появился ли люфт в барабане,а также одновре менность щелчка собачек.
Если имеет место люфт и собачки щелкают не одновременно, то эксплуатация такой втулки опасна.
В этом случае храповой механизм или всю втулку надо срочно заменить.

В 99,9% случаев отказа втулок причиной является неправильный(или отсутствующий)уход.

Ни в коем случае нельзя смазывать втулку заливкой масла через разные там щели!.
Т.к смешивание смазок обязательно приведет к залипанию собачек.

Никогда по возможности не допускайте окунания втулок в воду при переезде вброд разных горных речек.
Более или менне водонепроницаемыми являются втулки начиная с категории Shimano LX.

Для смазки втулку необходимо разобрать до последнего шарика(понадобятся специальные ключи и съемники),тщательно промыть все детали.
Смазку желательно использовать только тефлоновую,наносить ее на рабочие поверхности очень тонким слем,не толще чем альбомный лист.
Полная разборка и смазка должны производится через каждые 1000км.(для втулок средней группы DEORE).
Если у вас появился люфт барабана,уберите одно регулировочное колечко, они собственно для этого и предназначены.

Все вышесказанное справедливо и для передней втулки,тем более что она намного проще,своевременно смазывайте и следите за диаметром шариков.
Дорожки на конусах втулок должны быть гладкими ине иметь трещин или изъязвлений .

Если не уверенны в своей квалификации лучше обратитесь к толковому механику.