Износ цепи и звёзд, теория
Просьба к модераторам: если вы посчитаете, что этому сообщению не место в техническом разделе в качестве отдельной темы, лучше перенесите в другой раздел, вместо объединения с темами обо всём на сотни страниц.
Поскольку часто возникают вопросы (и споры) о том, как связан износ цепи с износом кассеты, и что делать если он уже случился - решил написать развёрнутое описание данных процессов.
Цепь.
Картинка про устройство цепи взята отсюда, там же есть статья про её износ, но в ней много лишнего (а может кому-то и не лишнего, но способы измерения износа там не идеальные, хоть и повсеместно распространённые ввиду простоты).
VeloTcep-Ustroystvo-min.jpg
Износ цепи происходит из-за трения пинов о загибы внутренних пластин - материал в этом шарнире стирается, появляется люфт, который позволяет цепи растянуться (а цепь всегда натянута) длиннее чем она была изначально.
Идеальное (и реальное - у новой не бракованной цепи) расстояние между осями двух соседних пинов - ровно 12.7мм, при износе оно увеличивается (в растянутом состоянии). Некоторые пишут, что у новых цепей Campagnolo это расстояние меньше - с расчётом на более длинный износ - сначала дойти до 12.7 а потом дальше как у всех. Сам данными цепями не пользовался и не проверял.
Надо отметить, что на первый взгляд непонятно, какая беда от того, что полузвено станет не 12.7 а 12.8 (1% износа) или даже 12.9 (2% износа) миллиметров - вроде же мелочи и не должны ни на что влиять.
Проблемы тут две (впрочем причина у них общая). Звёзды рассчитаны именно на цепь с 12.7мм полузвеньями. Для наглядности нарисовал ряд картинок, как цепь лежит на звезде с 22 зубами.
Предупреждение: картинки старался делать приближенными к реальности, но сложно всё учесть. Например, совсем не учтён сопромат (деформации металла под нагрузкой), а форма зубьев думаю не совсем такая как в реальности. Поэтому конкретные проценты износа могут отличаться, но общие тенденции, тем не менее, проследить можно.
Вот как лежит нормальная новая цепь на новой звезде:
0-22-0-0.png
А вот так - изношенная на 1%
0-22-1-0.png
Тут видно, что, в отличие от первой картинки, где цепь равномерно тянет за все зубья, изношенная цепь "цепляет" только первые два зуба, остальные же работают вхолостую. Это значит, что на эти два зуба приходится вся нагрузка, которая рассчитана на 10 зубов. Это приводит к:
1) сама по себе большая нагрузка на зубья механически их повреждает
2) в месте большой нагрузки, когда цепь слезает с зуба, больше трение, что в свою очередь снижает КПД трансмиссии и ускоренно изнашивает зуб
А если цепь изношена ещё сильнее?
0-22-4-0.png
0-22-10-0.png
Видно, что цепь перестаёт влезать в пазы между зубьями, в результате чего может наматываться на кассету неправильным способом и прыгать по ней.
Эти две картинки сделаны для 4% и 10% износа, но см. предупреждение выше.
Таким образом, достаточно изношенная цепь:
1) портит КПД трансмиссии
2) ускоренно изнашивает зубья звезды
3) при совсем тяжёлом случае не влезает нормально в звезду и скачет по ней
Цепь - ролики.
По поводу износа роликов. Неправильные способы измерения износа цепи в распорку измерительного прибора между роликами (без расклинивания одного из них) через 10 полузвеньев фактически измеряют не только удлинение расстояния между осями соответствующих пинов, но и утоньшение тех роликов, за которые зацеплен инструмент. В недавно возникшем споре я кому-то сказал, что износ роликов ни на что не влияет, поэтому измерять его не надо. Оказывается, это не так - влияет. Но сильно меньше, чем износ пинов и удлинение цепи, поэтому если их и измерять - то отдельно, а не в сумме с удлинением. Влияет вот как: более тонкий ролик позволяет цепи оказаться ближе к центру звезды (оси втулки или каретки), а это значит что длина окружности на этом уменьшившемся расстоянии будет тоже чуть-чуть меньше, на тот же процент. Радиус 22Т звезды - примерно 44мм. Износ ролика на 0.1мм даст эффект 0.1/44 = 0.0023 = 0.23%. На 44Т звезде эффект будет вдвое меньше - 0.11%. В то же время износ пина на 0.1мм даст 0.1/12.7 = 0.008 = 0.8% эффект износа - явно больше чем от ролика. На самом деле всё может оказаться сложнее - цепь ведь не идеально ровно в ямках лежит.
Насколько цепь может оказаться ближе к оси вращения - зависит от двух слагаемых. Одно из них - износ ролика снаружи от трения об зубья. Новые ролики на той цепи, что я измерял, были 7.7мм в диаметре, но вообще не обязаны быть такими. Износ следует считать по радиусу (=половине диаметра). Вторая - люфт между роликом и втулкой (загибами внутренних пластин), возможно там тоже может происходить износ с увеличением люфта (аналогично - смотрим зазор по радиусу). Cтоит учитывать, что у них есть некоторый люфт и на новой цепи, который стоит принять за нулевой износ. У меня получилось что он где-то 0.2-0.3мм (т.е. начальный зазор 0.1-0.15мм), но за точность не ручаюсь, да и от модели цепи может зависеть. Люфт ролика при измерении износа цепи будет как раз разницей между измерением в распорку и измерением в распорку с расклиненым одним роликом.
Звёзды.
Теперь об износе звёзд. Он бывает трёх видов.
(1) Первый - единственный из них неизбежный со временем, но, к счастью, он совершенно не вреден до тех пор, пока не достигнет 100% (тогда кассету остаётся только выкинуть) - это равномерное стачивание зубов цепью с более-менее сохранением профиля.
Вот картинка (анимация) от новой звезды до 100% износа:
0-22-0-x.gif
(2) Второй - неравномерный износ зубов изношенной цепью (с новой цепью это произойти не может). Если присмотреться к звёздам кассеты или системы (главное - многоскоростным), можно увидеть, что зубья у них не одинаковые - на них в странном порядке присутствуют всяческие поперечные скосы и профили. Это не брак и не плохое качество, это сделано специально для улучшения качества переключения. Но в контексте износа это играет вредную роль (ещё, возможно, стоит учесть что металл сам по себе не может быть строго везде одинакового качества) - одни зубья склонны стачиваться чуть-чуть быстрее чем другие. Причём, если цепь новая, то это неравномерное стачивание не происходит: зуб, который сточился чуть больше остальных, перестаёт опираться на цепь и дальше изнашиваться, пока остальные его не догонят. А если какой-то зуб слишком прочный и сточился меньше - он начинает выпирать и усиленно изнашиваться за счёт этого, догоняя остальных. То есть, если на изношенную таким образом старой цепью кассету одеть новую цепь - новая цепь подровняет зубья, "притрётся". До тех же пор, пока она не притёрлась, будет скакать, вот наглядные картинки (неравномерность износа на них преувеличена для наглядности):
Старая растянутая цепь, и изношенная звезда, но два зуба на звезде оказались прочнее остальных:
0-22-2-50-7=30,10=30.png
Теперь ставим на неё новую цепь:
0-22-0-50-7=30,10=30.png
Цепь, выровненная по тонким изношенным зубам, наткнулась на два более толстых почти подряд и не налезла. При дальнейшем вращении будет это:
0-22-0-50-5=40,8=30.png
0-22-0-50-0=40,3=30.png
В момент, когда начало не влезшего куска цепи докрутится до верха, будет слышен известный звук скачущей цепи - звенья встанут на место, прокрутившись вперёд на один зуб.
(3) Третий - искажение формы зубов, отдельных или всех. По некоторым свидетельствам, иногда такое происходит, видимо надо долго издеваться над кассетой или же использовать сильно некачественную. Ещё подозреваю, что зуб из второго варианта может превратиться в третий, если делать притирку силовым педалированием с множеством проскоков. Крайний случай:
bad3-0-22-0-100.png
Цепь на такой звезде держится плохо, может соскальзывать целиком через зуб. Притиркой это не исправится - зубья просто будут слизываться ещё дальше. Исправить можно - подточив зубья напильником (или другим инструментом) до более менее адекватной формы. Нужно ли это делать или легче сменить кассету - другой вопрос.
Поскольку часто возникают вопросы (и споры) о том, как связан износ цепи с износом кассеты, и что делать если он уже случился - решил написать развёрнутое описание данных процессов.
Цепь.
Картинка про устройство цепи взята отсюда, там же есть статья про её износ, но в ней много лишнего (а может кому-то и не лишнего, но способы измерения износа там не идеальные, хоть и повсеместно распространённые ввиду простоты).
VeloTcep-Ustroystvo-min.jpg
Износ цепи происходит из-за трения пинов о загибы внутренних пластин - материал в этом шарнире стирается, появляется люфт, который позволяет цепи растянуться (а цепь всегда натянута) длиннее чем она была изначально.
Идеальное (и реальное - у новой не бракованной цепи) расстояние между осями двух соседних пинов - ровно 12.7мм, при износе оно увеличивается (в растянутом состоянии). Некоторые пишут, что у новых цепей Campagnolo это расстояние меньше - с расчётом на более длинный износ - сначала дойти до 12.7 а потом дальше как у всех. Сам данными цепями не пользовался и не проверял.
Надо отметить, что на первый взгляд непонятно, какая беда от того, что полузвено станет не 12.7 а 12.8 (1% износа) или даже 12.9 (2% износа) миллиметров - вроде же мелочи и не должны ни на что влиять.
Проблемы тут две (впрочем причина у них общая). Звёзды рассчитаны именно на цепь с 12.7мм полузвеньями. Для наглядности нарисовал ряд картинок, как цепь лежит на звезде с 22 зубами.
Предупреждение: картинки старался делать приближенными к реальности, но сложно всё учесть. Например, совсем не учтён сопромат (деформации металла под нагрузкой), а форма зубьев думаю не совсем такая как в реальности. Поэтому конкретные проценты износа могут отличаться, но общие тенденции, тем не менее, проследить можно.
Вот как лежит нормальная новая цепь на новой звезде:
0-22-0-0.png
А вот так - изношенная на 1%
0-22-1-0.png
Тут видно, что, в отличие от первой картинки, где цепь равномерно тянет за все зубья, изношенная цепь "цепляет" только первые два зуба, остальные же работают вхолостую. Это значит, что на эти два зуба приходится вся нагрузка, которая рассчитана на 10 зубов. Это приводит к:
1) сама по себе большая нагрузка на зубья механически их повреждает
2) в месте большой нагрузки, когда цепь слезает с зуба, больше трение, что в свою очередь снижает КПД трансмиссии и ускоренно изнашивает зуб
А если цепь изношена ещё сильнее?
0-22-4-0.png
0-22-10-0.png
Видно, что цепь перестаёт влезать в пазы между зубьями, в результате чего может наматываться на кассету неправильным способом и прыгать по ней.
Эти две картинки сделаны для 4% и 10% износа, но см. предупреждение выше.
Таким образом, достаточно изношенная цепь:
1) портит КПД трансмиссии
2) ускоренно изнашивает зубья звезды
3) при совсем тяжёлом случае не влезает нормально в звезду и скачет по ней
Цепь - ролики.
По поводу износа роликов. Неправильные способы измерения износа цепи в распорку измерительного прибора между роликами (без расклинивания одного из них) через 10 полузвеньев фактически измеряют не только удлинение расстояния между осями соответствующих пинов, но и утоньшение тех роликов, за которые зацеплен инструмент. В недавно возникшем споре я кому-то сказал, что износ роликов ни на что не влияет, поэтому измерять его не надо. Оказывается, это не так - влияет. Но сильно меньше, чем износ пинов и удлинение цепи, поэтому если их и измерять - то отдельно, а не в сумме с удлинением. Влияет вот как: более тонкий ролик позволяет цепи оказаться ближе к центру звезды (оси втулки или каретки), а это значит что длина окружности на этом уменьшившемся расстоянии будет тоже чуть-чуть меньше, на тот же процент. Радиус 22Т звезды - примерно 44мм. Износ ролика на 0.1мм даст эффект 0.1/44 = 0.0023 = 0.23%. На 44Т звезде эффект будет вдвое меньше - 0.11%. В то же время износ пина на 0.1мм даст 0.1/12.7 = 0.008 = 0.8% эффект износа - явно больше чем от ролика. На самом деле всё может оказаться сложнее - цепь ведь не идеально ровно в ямках лежит.
Насколько цепь может оказаться ближе к оси вращения - зависит от двух слагаемых. Одно из них - износ ролика снаружи от трения об зубья. Новые ролики на той цепи, что я измерял, были 7.7мм в диаметре, но вообще не обязаны быть такими. Износ следует считать по радиусу (=половине диаметра). Вторая - люфт между роликом и втулкой (загибами внутренних пластин), возможно там тоже может происходить износ с увеличением люфта (аналогично - смотрим зазор по радиусу). Cтоит учитывать, что у них есть некоторый люфт и на новой цепи, который стоит принять за нулевой износ. У меня получилось что он где-то 0.2-0.3мм (т.е. начальный зазор 0.1-0.15мм), но за точность не ручаюсь, да и от модели цепи может зависеть. Люфт ролика при измерении износа цепи будет как раз разницей между измерением в распорку и измерением в распорку с расклиненым одним роликом.
Звёзды.
Теперь об износе звёзд. Он бывает трёх видов.
(1) Первый - единственный из них неизбежный со временем, но, к счастью, он совершенно не вреден до тех пор, пока не достигнет 100% (тогда кассету остаётся только выкинуть) - это равномерное стачивание зубов цепью с более-менее сохранением профиля.
Вот картинка (анимация) от новой звезды до 100% износа:
0-22-0-x.gif
(2) Второй - неравномерный износ зубов изношенной цепью (с новой цепью это произойти не может). Если присмотреться к звёздам кассеты или системы (главное - многоскоростным), можно увидеть, что зубья у них не одинаковые - на них в странном порядке присутствуют всяческие поперечные скосы и профили. Это не брак и не плохое качество, это сделано специально для улучшения качества переключения. Но в контексте износа это играет вредную роль (ещё, возможно, стоит учесть что металл сам по себе не может быть строго везде одинакового качества) - одни зубья склонны стачиваться чуть-чуть быстрее чем другие. Причём, если цепь новая, то это неравномерное стачивание не происходит: зуб, который сточился чуть больше остальных, перестаёт опираться на цепь и дальше изнашиваться, пока остальные его не догонят. А если какой-то зуб слишком прочный и сточился меньше - он начинает выпирать и усиленно изнашиваться за счёт этого, догоняя остальных. То есть, если на изношенную таким образом старой цепью кассету одеть новую цепь - новая цепь подровняет зубья, "притрётся". До тех же пор, пока она не притёрлась, будет скакать, вот наглядные картинки (неравномерность износа на них преувеличена для наглядности):
Старая растянутая цепь, и изношенная звезда, но два зуба на звезде оказались прочнее остальных:
0-22-2-50-7=30,10=30.png
Теперь ставим на неё новую цепь:
0-22-0-50-7=30,10=30.png
Цепь, выровненная по тонким изношенным зубам, наткнулась на два более толстых почти подряд и не налезла. При дальнейшем вращении будет это:
0-22-0-50-5=40,8=30.png
0-22-0-50-0=40,3=30.png
В момент, когда начало не влезшего куска цепи докрутится до верха, будет слышен известный звук скачущей цепи - звенья встанут на место, прокрутившись вперёд на один зуб.
(3) Третий - искажение формы зубов, отдельных или всех. По некоторым свидетельствам, иногда такое происходит, видимо надо долго издеваться над кассетой или же использовать сильно некачественную. Ещё подозреваю, что зуб из второго варианта может превратиться в третий, если делать притирку силовым педалированием с множеством проскоков. Крайний случай:
bad3-0-22-0-100.png
Цепь на такой звезде держится плохо, может соскальзывать целиком через зуб. Притиркой это не исправится - зубья просто будут слизываться ещё дальше. Исправить можно - подточив зубья напильником (или другим инструментом) до более менее адекватной формы. Нужно ли это делать или легче сменить кассету - другой вопрос.