Титановые оси и прочий втулочный лайт на фиксед-байках

Живет себе человек, строит байк, катается - и вдруг спрашивает: где найти пруток из прочного титанового сплава, чтоб выточить новые оси для втулок на фикседе?

Давайте подумаем, зачем нужны титановые оси. Наверное, чтоб уменьшить вес. А зачем это фиксеру? Наверное, для гонок.

Что ж, подсчитаем, сколько грамм вы сэкономите на титановых осях. Допустим, у вас втулки под 100/122-мм расстояние между дропаутами. Значит, ось у передней втулки - длиной 120-125 мм, у задней - 142-150. Арифметика дает объем передней оси в 7,6 куб. см, задней - в 11,15 куб. см. Плотность стали - 7,8 г/куб. см. Вес стальных осей будет 60 + 87 = 147 г.

Теперь титан. Плотность 4,5 г / куб. см. Значит, титановые оси будут весить вместе 85 г. Стало быть, вы сэкономите 62 г.

На самом деле выигрыш окажется меньше, потому что мы для простоты сочли оси гладкими цилиндрами. Но там есть резьба. Значит, в жизни оси легче, чем получилось у нас, и выигрыш в весе будет меньше расчетных 62 г. Это совсем не много, зато дорого и сложно. Есть более простые способы приобрести легкость.

Допустим, вы купили известную модель трековых втулок Miche Primato с высокими фланцами.

Однако та же модель втулок с низкими фланцами - на 70 г легче! Причем она еще и дешевле, чем высокофланцевая.

Конечно, тут есть два возражения.

1. Фиксеру стыдно кататься на низкофланцевых втулках.

2. Низкофланцевые втулки вроде бы не дают такого КПД, как высокофланцевые. Трек все-таки.

Отвечаем.

1. Вот этому забавному персонажу не стыдно позориться с низкими фланцами.

Кто есть сей? А это Грегори Боже, семикратный чемпион мира на треке.

http://en.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A9gory_Baug%C3%A9

В сети можно найти много трековых гонщиков хорошего уровня при столь же низких фланцах. 

2. До сих пор не побитый мировой рекорд 1996 года в часовой гонке на треке поставлен с этими низкофланцевыми втулками:

http://www.royceuk.co.uk/Rear-Hub-Track.html

Там так и написано.

Это все к чему? Ваши колеса наверняка красивы и почетны, они незаменимы для катания и общения. Но гонки требуют совсем не красоты. Если у вас хорошая физуха и есть надежда на призы, для гонок стоит построить второй комплект - особые позорные легкие колеса.

Чтоб улучшить время, полезнее всего вообще плюнуть на оси и купить легкие ободья. У ободьев большой момент инерции (они ведь далеко от оси), а еще они вертятся - то есть требуют энергии и на раскрутку, и на линейное ускорение. Оси не вращаются вовсе, поэтому облегчать их не более полезно, чем облегчать раму.

Новые ободья гораздо выгоднее, чем титановые оси, даже в финансовом смысле, если брать соотношение цена/вес. Допустим, найдется сумасшедший токарь, пронесший сквозь годы немного отожженного прутка ВТ16 специально для вашего случая. Одна токарная работа хорошего качества может стоить все 50 долл. Титан точить трудно. Особенно если стараться.

Раз уж мы говорим о втулках, есть смысл поискать втулки на промподшипниках. Так можно выгадать немало грамм. Помимо прочих факторов дело вот в чем. Ось под "насыпь" изрезана резьбой. В долах между витками диаметр передней оси не 9 мм, а ближе к 7. Именно потому такую ось нельзя делать из дюраля. Даже из титана будет не совсем то.

Ось под промподшипники в месте их посадки (то есть в месте максимальных изгибных нагрузок) - гладкая.

Диаметр там либо 9 мм, либо больше. При такой передней втулке оправдана даже самодельная ось из ал. сплава (Д16, В95). В мире полно шоссейных и эмтэбэшных промподшипниковых передних втулок с 9-мм алюминиевой осью неизменного диаметра по всей длине. Вряд ли на треке ось нагружена сильнее, чем в МТБ. Так вот, на этой 125-граммовой модели (ось алюминиевая, без резьбы, 9 мм по всей длине) легко прыгают метровые дропы, чему не раз был свидетелем:

Некоторые делали то же упражнение с шоссейной втулкой весом в 116 г.  Ось у нее совершенно такая же, как у МТБ-версии. Проверял.

Не знаю, нужно ли в таком случае менять и заднюю ось на более легкую. Однако знаю, что 10-мм гладкая ось все-таки вдвое прочнее на изгиб, чем 10-мм резьбовая ось. Так что гладкую заднюю ось точно можно сделать из какого-нибудь титанового сплава даже средней прочности.

Напомню, что гладкой я зову трековую ось под промподшипники. По краям у нее обычная резьба для фиксирующих гаек.

Добавим немного ереси. Для экономии под переднее легкое колесо можно купить обычную шоссейную переднюю втулку с эксцентриком. Эксцентриковый зажим продать, вместо него купить или сделать стальную шпильку с дюралевой гайкой. Одна шпилька в полной комплектности будет весить 30 г, если подойти вдумчиво. А раз она стальная - значит, впятеро-вдесятеро дешевле, чем один титановая ось.

Плюс 116-граммовая втулка. Подсчитайте сами, насколько это легче, чем исконно трековая железка.

Конечно, правильные перцы будут махать на вас ногтями и ржать. Но, между нами говоря, на треке нет никаких противопоказаний для передней втулки под шпильку. Ничто не мешает, кроме традиции. Ведь с тонкими эксцентриковыми зажимами ездят даже тандемы, где на переднем колесе лежит вес чуть ли не в сотню килограмм. Не говоря уж о зверских динамических нагрузках.

При тыкании в картинки они увеличиваются, чтоб можно было разглядеть шпильку в передней втулке.

Еще кое-что. Нужно помнить, что титановых сплавов - десятки. Алюминиевых - сотни. Стальных - наверное, тысячи. И они все разные. Есть алюминиевые сплавы, которые прочнее иной стали. Есть много титановых сплавов, которые слабее иных алюминиевых. Кроме того, в сплаве, идущем на ось, важнее всего не прочность. Важнее величина относительного удлинения, усталостная прочность, модуль Юнга, удельный вес.

Так что нужно знать конкретную марку сплава, из которого хочется ось. Если у вас оси небольшого постоянного диаметра с насыпными подшипниками и вы таки неудержимо желаете их заменить, ищите высокопрочный титановый сплав. Алюминиевые сплавы в таких осях лучше не применять.

На мой взгляд, из высокопрочных титановых сплавов для нашего случая хорошо подойдет ВТ16, причем отожженный (а не закаленный и состаренный). У него сравнительно большое относительное удлинение, а это самое важное при тонких осях. ВТ22 в этом смысле хуже.
Дальше - качественный, внимательный, добросовестный токарь, то есть точно нарезанная резьба без задиров и прослабленных мест. Тогда оси будут более-менее живучими.

Кстати, титановые оси иногда встречаются даже в BMX-втулках, хотя там нагрузки намного страшнее, чем на треке. Но экстремалы люди разумные: в BMX самые распространенные оси - толщиной 14 мм, то есть намного толще фиксерских. И главное, BMX-втулки - как правило, с промподшипниками. Причем эти подшипники лежат на гладких участках оси, где нет резьбы, отнимающей у оси изгибную прочность. Как раз там прочность нужнее всего.

Между прочим, во многих задних шоссейных промподшипниковых втулках на тех участках оси, где сидят подшипники, ось сильно утолщается. А конструкция оси намного важнее, чем марка сплава. Ось толщиной 10 мм почти вдесятеро слабее на изгиб, чем ось толщиной 20 мм. Не вдвое - вдесятеро. Конечно, по краям ось истончается до обычного стандартного диаметра, диктуемого прорезями в дропаутах. Но сопромат говорит, что такой силуэт оси не уменьшает ее прочности.

Толстые (в нужных местах) оси с переменным диаметром можно делать из чего угодно. Толстая ось даже из такого ал. сплава, который не назовешь высокопрочным, - все равно прочнее, чем традиционная стальная, тонкая, неизменного диаметра по всей длине.