Трос Боудена

Чтобы узнать о персонаже серии «Четверг следующий», см. Персонажи серии «Четверг следующий» § Боуден-Кейбл .

Вид на Боуденский кабель в разрезе. Слева направо: защитное пластиковое покрытие, стальная конструкция, внутренняя втулка для уменьшения трения, внутренний трос.

Тросы Боудена, управляющие дроссельной заслонкой автомобиля.

Трос Боудена ( / ˈ b oʊ d ən / BOH от ) представляет собой тип гибкого троса, используемый для передачи механической силы или энергии путем перемещения внутреннего троса относительно полого внешнего корпуса троса. Корпус обычно представляет собой составную конструкцию, состоящую из внутренней обшивки, несжимаемого в продольном направлении слоя, такого как спиральная обмотка или оболочка из стальной проволоки, и защитного внешнего покрытия.

Линейное перемещение внутреннего троса может использоваться для передачи тягового усилия или как толкающего, так и тянущего усилия. Многие легкие самолеты используют трос Боудена для управления дроссельной заслонкой, и здесь обычно внутренний элемент представляет собой сплошной провод, а не многожильный трос. Обычно предусмотрена регулировка 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 (поворот регулятора ствола) ослабляет трос.

История

Происхождение и изобретение троса Боудена являются предметом споров, путаницы и мифов. Изобретение троса Боудена широко приписывают сэру Фрэнку Боудену , бывшему владельцу велосипедной компании Raleigh Bicycle Company , который, как считается, примерно в 1902 году начал заменять жесткие стержни, используемые для тормозов, гибким намотанным тросом, но никаких доказательств этому нет. существует.

Механизм Боудена был изобретен ирландцем Эрнестом Моннингтоном Боуденом (1860 г. - 3 апреля 1904 г.). ) по адресу 35 Bedford Place, Лондон, WC Первый патент был выдан в 1896 году (патент Англии № 25325 и патент США № 609570). и об изобретении было сообщено в Automotor Journal за 1897 год, где адрес Боудена был указан: 9 Fopstone Rd, Earls Court. Известно, что эти два Боудена не являются близкими родственниками. Основным элементом этого устройства была гибкая трубка (изготовленная из жестко намотанной проволоки и закрепленная на каждом конце), содержащая отрезок тонкого троса , который мог скользить внутри трубки, непосредственно передавая тянущие, толкающие или вращательные движения на тросе с одного конца. к другому без необходимости использования шкивов или гибких соединений. Трос был специально предназначен для использования в сочетании с велосипедными тормозами. Тормоз Боудена был запущен в 1896 году на волне энтузиазма среди велопрессов. Он состоял из стремени, поднимаемой тросом от рычага, установленного на руле, с резиновыми подушечками, воздействовавшими на обод заднего колеса. В то время велосипеды имели фиксированные колеса (без свободного хода ), а дополнительное торможение обеспечивалось «плунжерным» тормозом, нажимающим на переднее колесо. Bowden по-прежнему предлагал дополнительную тормозную мощность и был достаточно новым, чтобы понравиться гонщикам, которые презирали плунжерную конструкцию, которая была тяжелой и потенциально могла повредить (дорогую) пневматическую шину. Проблемой для Боудена была его неспособность создать эффективные распределительные сети, а тормоза часто устанавливались неправильно или ненадлежащим образом устанавливались, что приводило к появлению большого количества жалоб в прессе. Его наиболее эффективное применение было на машинах, оснащенных Стальные диски с узором Westwood , обеспечивающие плоские контактные поверхности тормозных колодок.

1918 года Пушка Льюиса на установке Фостера, установленная на ночном истребителе Avro 504 K. Спусковой крючок пистолета приводится в действие боуденовским тросом.

Потенциал троса Боудена и связанного с ним тормоза не мог быть полностью реализован до тех пор, пока в период 1899–1901 годов звездочка свободного хода не стала стандартной особенностью велосипедов, и для нее было найдено все больше применений, например, в механизмах переключения передач. Важно отметить, что в 1903 году Хенди разработал дроссельную заслонку с поворотной рукояткой, используя аналогичный трос для своих «индийских» мотоциклов. Его легкость и гибкость рекомендовали его для дальнейшего использования в автомобилестроении, например, в качестве тросов привода сцепления и спидометра.

Сообщается что «12 января 1900 года Э.М. Боуден предоставил лицензию компании Raleigh Cycle Company из Ноттингема », директорами которой были Фрэнк Боуден и Эдвард Харлоу. При этом подписании они стали членами «EM Bowden's Patent Syndicate Limited». В состав синдиката входили, среди прочих, Р. Х. Ли и Грэм И. Фрэнсис из Lea & Francisco Ltd и Уильям Райли из Riley Cycle Company. Вскоре компания из Роли предложила тормоз Bowden Brake в качестве аксессуара и быстро включила трос в переключатели передач Sturmey-Archer , установленные на руле (в которых они имели большой интерес). Несомненно, именно поэтому сегодня иногда путают Э. Боудена и Ф. Боудена.

Ранний боуденовский кабель 1890-х и первых лет двадцатого века характеризовался тем, что внешняя трубка наматывалась из круглого провода и не была покрыта. На концах они обычно снабжены латунным воротником с надписью «BOWDEN PATENT» (эта надпись также выбита на других компонентах оригинального тормоза). В более современных версиях внешняя трубка намотана из проволоки квадратного сечения. Из ок. 1902 г. кабель обычно покрывался водонепроницаемой тканевой оболочкой; в ранний послевоенный период его заменил пластик.

Возможный вклад Ларкина

В архивах Национального автомобильного музея существует неопубликованный машинописный текст, написанный сыном одного из сотрудников Боудена, который пытается заявить, что трос был изобретен его отцом, вплоть до того, что предполагает, что он никогда не применялся к велосипедам до 1902 года. Хотя это легко опровергнуть ссылкой на «Велоспорт» или другую велосипедную прессу Великобритании 1896–1897 годов. Это служит напоминанием о попытках переписать историю цикла посредством заявлений о приоритете. Британский национальный архив 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 принят на работу и работал в компании EM Bowden до 1917 года в качестве генерального директора работ. .

«Джордж Ларкин известен своим изобретением гибкого тросового тормоза для велосипедов, который был запатентован в 1902 году. Оригинальный патент на аналогичное изобретение, известное как «механизм Боудена», был выдан Эрнесту Моннингтону Боудену в 1896 году. В следующем году Э. М. Боуден Компания Patents Syndicate Ltd. была создана для продвижения устройства, но первоначально проект провалился, поскольку все, что могла предложить компания, — это хрупкий механизм, способный передавать сравнительно огромную мощность. Механизм Боудена не был разработан для велосипедного тормоза, поскольку его не было. запись о том, что кабель был связан с велосипедной промышленностью до 1902 года, когда изобретение Джорджа Ларкина было запатентовано».

«Во время работы Ларкина в Bassett Motor Syndicate в его обязанности входила сборка автомобилей и мотоциклов, а главной трудностью была сборка тормозных систем, которые в то время состояли из стальных стержней, которые нелегко приспособить к контуру шасси. Он разработал гибкий тросовый тормоз и обратился к С. Дж. Уизерсу, патентному агенту, с просьбой запатентовать конструкцию. Уизерс заметил сходство идеи Ларкина с механизмом Боудена и представил его Синдикату Боудена, который согласился производить и продавать изобретение при условии, что он должен быть запатентован совместно на имя изобретателя и на них самих. Через несколько месяцев Ларкин, которому тогда было 23 года, был назначен менеджером автомобильного отдела Патентного синдиката Э.М. Боудена, а 1 мая 1904 года он был назначен генеральным директором работ».

Части и вариации

Трос Боудена с регулятором цилиндра, управляющим велосипеда задним переключателем .

Трос Боудена с регулятором ствола и стопорной гайкой в ​​устройстве BMX задних тормозов для распутывания .

Жилье

Оригинальный стандартный корпус троса Боудена состоит из замкнутой спирали из круглой или квадратной стальной проволоки. Это делает корпус гибким, но его длина изменяется по мере изгиба корпуса. Поскольку на внутренней стороне изгиба витки замкнутой спирали не могут сблизиться, изгиб приводит к разделению витков на внешней стороне изгиба, и поэтому на центральной линии корпуса также должно быть увеличение длины с увеличением изгиба.

Чтобы обеспечить индексированное переключение передач, Shimano разработала корпус, длина которого не меняется при изгибе. Этот корпус имеет несколько жил, идущих в виде многократной спирали, с достаточно коротким шагом, чтобы изгибы кабеля были общими для всех жил, но достаточно длинными, чтобы гибкость корпуса обеспечивалась за счет изгиба отдельных жил, а не за счет их скручивания. Следствием большого шага намотки опорной спирали является то, что она приближается к случаю параллельных прядей, когда провода связаны только пластиковой оболочкой. Корпуса с длинной спиралью не могут выдержать сильное сжатие, связанное с высоким натяжением кабеля, и при перегрузке имеют тенденцию выходить из строя из-за коробления жил корпуса. По этой причине спиральная опора для тормозных тросов имеет плотную намотку , а корпуса с более длинной спиралью используются для менее ответственных применений. Продольно расположенные опорные тросы используются, например, при переключении передач на велосипеде .

Третий тип корпуса состоит из коротких полых жестких цилиндров из алюминия или углеродного волокна , надетых на гибкий вкладыш. Заявленные преимущества по сравнению с корпусом из стальной проволоки включают меньший вес, более крутые изгибы и меньшее сжатие под нагрузкой.

Внутренний провод

Внутренние тросы для толкания имеют дополнительную намотку, которая проходит в направлении, противоположном витку фактического внутреннего троса. Ветер может быть как весенний или ветер с плоской полосой; они называются пружинной и спиральной оберткой соответственно.

Некоторые приложения, такие как дроссели для газонокосилок , автомобильные ручные дроссели и некоторые системы переключения передач для велосипедов, требуют значительной толкающей способности, поэтому используйте трос с прочным внутренним проводом. Эти кабели обычно менее гибкие, чем кабели с многожильными внутренними проводами.

Заканчивается

На одном конце внутреннего троса может быть небольшой кусок металла, известный (по грушевидным паяным выводам, используемым в некоторых случаях) как ниппель (как видно на изображении устройства для распутывания задних тормозов BMX), который вставляется в рычаг переключения передач. или механизм тормозного рычага. Другой конец часто прикрепляется (как видно на изображении заднего переключателя ) к той части тормоза или переключателя, которую необходимо переместить, или, как это чаще всего бывает с тросами управления мотоциклами, снабжен другим ниппелем.

Традиционно в велосипедах тросы переключения передач крепятся к переключателю с помощью небольшого цилиндрического ниппеля, концентричного тросу. Однако ниппели велосипедных тормозов различаются для горных велосипедов (MTB) с прямым рулем и шоссейных велосипедов с откидным рулем. В велосипедах MTB для крепления тормозного троса к тормозному рычагу используется бочкообразный (цилиндрический) ниппель, а в шоссейных велосипедах — ниппель грушевидной формы. Некоторые сменные тормозные тросы для велосипедов поставляются в обоих вариантах, по одному на каждом конце. Ненужный конец отрезается и выбрасывается при установке.

В велосипедах, как для тормозов, так и для переключения передач, внешний размер колпачка или втулки, оканчивающей корпус, выбирается так, чтобы обеспечить свободную посадку на конце регулятора цилиндра. Таким образом, ствол будет скользить по наконечнику при его повороте во время регулировки. Если бы втулка была зажата в конце ствола, то трос перекручивался бы при бесплодных попытках регулировки.

Ниппели также доступны отдельно от кабеля для целей ремонта или изготовления кабеля по индивидуальному заказу. Они крепятся к кабелю посредством пайки . Если требуется свободное вращение ниппелей относительно оси кабеля, конец кабеля можно отделать латунной втулкой или «трубой», припаянной к кабелю. Ниппель цилиндра будет скользить по латунному наконечнику и, таким образом, может вращаться, чтобы обеспечить выравнивание ниппелей на каждом конце троса и избежать перекручивания внутреннего троса. Нагрев внутреннего кабеля для пайки может ослабить сталь, и хотя мягкая пайка менее прочна, чем серебряный припой, для образования соединения требуется более низкая температура, и в результате вероятность повреждения внутреннего кабеля снижается. При пайке серебром может потребоваться дополнительная термообработка проволоки, чтобы сохранить ее состояние и не допустить, чтобы она стала слишком мягкой или слишком хрупкой.

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 «обжимным» (виден на изображении заднего переключателя), можно обжать, чтобы предотвратить изнашивание концов троса.

Другие методы предотвращения изнашивания включают пайку концов проводов мягкой или серебряной пайкой или, в идеале, обрезание проводов оплавлением.

Если внутренний провод твердый, как в автомобилях и газонокосилках, в дросселях и дросселях, он может просто иметь изгиб на одном или обоих концах, чтобы зацеплять все, что он толкает или тянет.

Пончики

Маленькие резиновые торы , называемые пончиками , можно навинтить на оголенный участок внутреннего троса, чтобы он не ударялся о раму велосипеда, вызывая дребезжание или истирание.

Общая практика

Индексированное переключение велосипедного переключателя должно быть точным. Типичный 7-скоростной переключатель изменяет длину троса либо на 2,9 мм (Shimano 2:1), либо на 4,5 мм (SRAM 1:1) при каждом переключении, и любые ошибки длины накапливаются с увеличением количества переключений. Для этого корпус должен вести себя так, как если бы он был цельной трубкой, поэтому он и его наконечники должны быть несжимаемыми. В настоящее время наиболее часто используемый несжимаемый корпус переключения передач имеет продольно расположенные стальные проволоки. Плоские концы такого корпуса плотно заделываются торцевыми крышками или наконечниками, а размеры торцевых крышек имеют размер, позволяющий вставлять их либо в приспособление на раме, либо в качестве свободной посадки в конце регулятора цилиндра.

Корпуса велосипедных тормозов не обязательно должны быть настолько несжимаемыми, но должны быть более прочными, и в изделиях, которые в настоящее время продаются для этой цели, используется спиральная опорная проволока с плотной намоткой. Один конец корпуса тормоза плотно заделывается торцевой крышкой или наконечником, который обеспечивает свободную посадку внутри регулятора цилиндра, а другой - любым из множества фитингов, включающих торцевые крышки или детали, обеспечивающие плавное изменение направления. . В любом случае в месте выхода троса для крепления к тормозным рычагам установлен ниппель. Учитывая широкий спектр предлагаемых конструкций кабелей, легко может возникнуть путаница в выборе лучшего корпуса. В целом, корпус, проданный для одной цели, не должен использоваться для какой-либо другой и в любом случае следует следовать рекомендациям производителя. В частности, для велосипедных тормозов не следует использовать продольно усиленные корпуса, поскольку они слабее, чем спирально навитые корпуса.

Корпуса для велосипедов изготавливаются двух основных диаметров; чаще всего диаметр 4 мм используется для переключения передач и 5 мм для тормозов. Корпуса переключения передач и тормоза изготавливаются обоих размеров. тросов необходима определенная осторожность Однако при замене , поскольку, например, конец регулировочного цилиндра диаметром 4 мм существующего переключателя, вероятно, предназначен только для этого размера корпуса.

Хотя отдельные детали для сборки троса можно приобрести, доступны готовые тросы как для тормозов, так и для переключения передач. Обычно они состоят из внутреннего провода внутри корпуса и, в зависимости от их назначения, с одной или несколькими установленными торцевыми крышками. Однако из-за широкого спектра используемых фитингов вполне вероятно, что эти универсальные наконечники для кабелей, хотя и подходят для многих ситуаций, не подойдут для всех целей, как ошибочно предполагает их название. Укорочение корпусов требует использования специального ручного инструмента, предназначенного для выполнения квадратного разреза без закрытия кабельного ввода. Тот же инструмент используется для разрезания внутреннего стального троса. Чтобы избежать распутывания жил кабеля при монтаже, производители заваривают или обжимают концы.

Корпуса для кабелей традиционно изготавливаются только черного цвета, хотя встречаются и цветные корпуса.

Обслуживание

Боуденовские тросы могут перестать работать плавно, особенно если в корпус попадет вода или загрязнения. Современные тросы с футеровкой и кабели из нержавеющей стали менее подвержены этим проблемам; Корпуса без футеровки следует смазывать легким машинным маслом. В холодном климате механизмы Боудена с тросом могут выйти из строя из-за замерзания воды. Кабели также изнашиваются в результате длительного использования и могут быть повреждены из-за перекручивания или распутывания. Распространенная поломка велосипедов происходит в месте входа корпуса в регулятор ствола; незакрепленные концы корпуса имеют тенденцию изнашиваться, что делает регулировку ненадежной. Износ из-за усталости наиболее вероятен, если трос проходит через шкив, диаметр которого на велосипедах часто меньше рекомендуемого. или если трос неоднократно сгибается в месте крепления к тормозному рычагу или суппорту. Кабель, проходящий вокруг крутого изгиба, имеет тенденцию бороздить внутреннюю втулку кабеля, что приводит к контакту с внешним корпусом и истиранию. Изношенный трос может внезапно порваться при сильном приложении силы, например, при экстренном торможении.

В спецификациях кабелей и корпусов редко указываются какие-либо подробности, кроме размеров и назначения изделий. Удельная устойчивость к сжатию или изгибу никогда не указывается, поэтому существует много риторических доказательств и комментариев относительно характеристик и долговечности продуктов, но мало доступных научных данных для использования потребителем. Особенно строгим испытаниям качества корпусов подвергается шарнир складного велосипеда или рядом с ним , где неоднократно совершается резкий изгиб. Радиус кривизны тросов сложенного велосипеда может составлять всего 1,5 дюйма (4 см); поэтому перед складыванием рекомендуется переключиться на передачу с наименьшим давлением троса, чтобы свести к минимуму любое неблагоприятное воздействие на корпуса или переключатели. Обычно эта передача имеет наибольший индекс на рычаге переключения передач.

Существуют некоторые разногласия вокруг существования явления, известного как «растяжение кабеля». Вновь установленные кабели могут показаться удлиненными, что потребует повторной регулировки. Хотя общепризнано, что внутренние провода на самом деле растягиваются очень незначительно (если вообще растягиваются), корпуса и накладки могут слегка сжиматься, и все детали обычно могут «приседать». Легкие узлы, например, используемые на велосипедах, более подвержены этому явлению.

Использование

• Рычаг педали сустейна на электропиано Wurlitzer
• Велосипедные тормоза и переключения передач тросы
• фотографического затвора Кабели спуска
• Автомобильное сцепление , дроссельная заслонка / круиз-контроль , аварийный тормоз и различные защелки . тросы разблокировки
• Органы управления двигателем самолета, включая управление дроссельной заслонкой или мощностью, шаг винта или обороты в минуту, топливную смесь, нагрев карбюратора и закрылки капота.
• мотоцикла . Тросы дроссельной заслонки, сцепления и (сейчас редко) тормоза
• Поверхности управления на небольших самолетах
• Удаленные хай-хэты в ударных установках
• терминального устройства Использование крюка на протезах рук
• Дроссель газонокосилки и выключатель мертвеца
• Блокировка в электрораспределительных устройствах
• Активация спускового крючка для дистанционно расположенных пулеметов на французских танках Char B1 bis 1930-х годов, а также для треноги DISA, используемой с пулеметом Мэдсена .
• Многие 3D-принтеры того типа, которые экструдируют пластиковую нить, используют « экструдер Боудена » для подачи нити через трубку, обычно из ПТФЭ (« тефлона »), чтобы минимизировать трение, к « горячему концу », где она плавится и осаждается. через сопло. Преимущество этого заключается в перемещении массы механизма экструдера и шагового двигателя с подвижного горячего конца на фиксированное крепление на раме принтера, что обеспечивает большую скорость и точность печати.
• Гибкие приводные валы для « Dremel вращающихся многофункциональных инструментов типа », насадок для шлифовальных машин для настольных шлифовальных машин и т.п.
• Тросы Боудена иногда используются в туалетах со смывом для подключения смыва к заслонке.