Введение

Гибкий кабель, используемый для передачи усилия, персонаж серии романов «Четверг Некст» (произносится /ˈb//oʊ//d//ən/ BOHdən) – это тип гибкого кабеля, предназначенный для передачи механической силы или энергии посредством движения внутреннего троса относительно полого внешнего кожуха. Кожух обычно имеет композитную конструкцию, состоящую из внутренней облицовки, продольно несжимаемого слоя, такого как спиральная намотка или оплетка из стальной проволоки, и защитного внешнего покрытия. Линейное перемещение внутреннего троса может использоваться для передачи тягового усилия или усилий как на растяжение, так и на сжатие. Многие легкие самолеты используют кабель Боудена с тягой и толканием для управления дроссельной заслонкой, и в этом случае внутренний элемент обычно представляет собой цельный провод, а не многожильный трос. Как правило, предусмотрена регулировка натяжения кабеля с помощью встроенного по́лого болта (часто называемого «регулятором ствола»), который удлиняет или укорачивает кожух кабеля относительно фиксированной точки крепления. Удлинение кожуха (выкручивание регулятора ствола) натягивает кабель; укорочение кожуха (закручивание регулятора ствола) ослабляет кабель.

История

Происхождение и изобретение троса Боудена вызывают споры, путаницу и окутаны мифами. Популярно считать, что изобретение троса Боудена принадлежит сэру Фрэнку Боудену, владельцу компании Raleigh Bicycle Company, который, предположительно, около 1902 года начал заменять жесткие тяги тормозов на гибкие витые тросы, однако этому нет никаких подтверждений. Механизм Боудена был изобретен ирландцем Эрнестом Моннингтоном Боуденом (1860 – 3 апреля 1904) из 35 Bedford Place, Лондон, округ Вестминстер, и об этом было сообщено в журнале Automotor Journal в 1897 году, где адрес Боудена был указан как 9 Fopstone Rd, Earls Court. Неизвестно, были ли они близкими родственниками. Основным элементом конструкции являлась гибкая трубка (изготовленная из плотно навитой проволоки и закрепленная с обоих концов), содержащая тонкий стальной трос, который мог скользить внутри трубки, напрямую передавая тянущие, толкающие или вращательные движения от одного конца к другому без использования шкивов или гибких соединений. Трос предназначался для использования в сочетании с велосипедными тормозами. Тормоз Боудена (Bowden Brake) был представлен с большим энтузиазмом в велосипедной прессе в 1896 году. Он состоял из тормозной колодки, приводимой в действие тросом от рычага на руле, с резиновыми накладками, прижимающимися к ободу заднего колеса. В то время велосипеды имели фиксированную передачу (без свободного хода), а дополнительное торможение обеспечивалось «плунжерным» тормозом, прижимавшимся к передней шине. Тормоз Боудена предлагал дополнительную тормозную мощность и был достаточно новым, чтобы понравиться велосипедистам, презирающим плунжерную конструкцию, которая была тяжелой и потенциально могла повредить (дорогую) пневматическую шину. Проблемой Боудена был недостаток развитой сети дистрибуции, и тормоз часто устанавливался неправильно или ненадлежащим образом, что приводило к многочисленным жалобам в прессе. Наиболее эффективным он был на велосипедах, оснащенных стальными ободами Westwood, которые обеспечивали плоскую контактную поверхность для тормозных колодок. Потенциал троса Боудена и соответствующего тормоза не был полностью реализован до тех пор, пока свободный ход не стал стандартной функцией велосипедов в период с 1899 по 1901 год, и для него было найдено все больше применений, например, в механизмах переключения передач. Важно отметить, что в 1903 году Хенди разработал ручку газа поворотного типа, используя аналогичный трос для своих мотоциклов «Indian». Его легкость и гибкость сделали его востребованным для других автомобильных применений, таких как тросы привода сцепления и спидометра. Сообщается, 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. С подписанием они стали членами «Патентого синдиката Э. М. Боудена». В синдикат входили, среди прочих, Р. Х. Лиа и Грэм И. Фрэнсис из Lea & Francis Ltd и Уильям Райли из Riley Cycle Company. Компания Raleigh вскоре начала предлагать тормоз Боудена в качестве аксессуара и быстро включила трос в переключатели передач Sturmey Archer (в которых они имели значительную долю). Несомненно, именно поэтому Э. Боудена и Ф. Боудена иногда путают сегодня. Ранние тросы Боудена, 1890-х годов и первых лет двадцатого века, характеризуются тем, что внешняя трубка намотана из круглой проволоки и не имеет покрытия. На концах они обычно оснащены латунным воротником с надписью «BOWDEN PATENT» (эта надпись 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 водонепроницаемым тканевым чехлом; в начале послевоенного периода он был заменен пластиком.

Возможное взнос Ларкина

Неопубликованный рукописный текст хранится в архивах Национального автомобильного музея. Он написан сыном одного из сотрудников Боудена и содержит попытку приписать изобретение троса его отцу, доходящую до утверждения, что он никогда не применялся к велосипедам до 1902 года. Хотя это легко опровергается ссылками на журнал «Cycling» и другие британские велосипедные издания 1896–97 годов, это напоминает о попытках переписать историю велосипеда посредством заявлений о приоритете. Национальный архив Великобритании.
В этом повествовании гибкий тросовый тормоз для велосипедов был независимо «изобретен» Джорджем Фредериком Ларкином, опытным инженером автомобильной и мотоциклетной техники, который запатентовал свою конструкцию в 1902 году. Впоследствии он был принят на работу и работал у Э. М. Боудена до 1917 года в качестве главного управляющего производством. <blockquote>"Джордж Ларкин известен своим изобретением гибкого тросового тормоза для велосипедов, запатентованного в 1902 году. Изначальный патент на аналогичное изобретение, известное как «механизм Боудена», был выдан Эрнесту Моннингтону Боудену в 1896 году. В следующем году была создана компания E. M. Bowden's Patents Syndicate Ltd. для коммерциализации этого устройства, но проект изначально провалился, поскольку компания могла предложить лишь хрупкий механизм, способный передавать сравнительно большую мощность. Механизм Боудена не разрабатывался для велосипедных тормозов, поскольку нет никаких свидетельств связи троса с велосипедной промышленностью до 1902 года, когда было запатентовано изобретение Джорджа Ларкина." Третий тип оболочки состоит из коротких полых жестких цилиндров из алюминия или углеродного волокна, надеваемых на гибкую втулку. Заявленные преимущества по сравнению с оболочкой из стальной проволоки включают меньший вес, возможность более крутых изгибов и меньшую степень сжатия под нагрузкой.

Внутренний провод

Внутренние тросы для толкающих применений имеют дополнительную обмотку, идущую в направлении, противоположном обмотке основного внутреннего троса. Обмотка может быть выполнена в виде пружины или с плоской полосой, которые соответственно называются пружинной и спиральной обмотками. Некоторые применения, такие как тросы управления дроссельной заслонкой газонокосилок, ручные регуляторы воздушных заслонок автомобилей и некоторые системы переключения передач велосипедов, требуют высокой устойчивости к сжатию и поэтому используют кабель с цельным внутренним тросом. Такие кабели обычно менее гибкие, чем кабели с многожильными внутренними тросами.

Конец

На одном конце внутреннего троса может быть небольшой металлический элемент, известный (из грушевидных паяных наконечников, используемых в некоторых случаях) как "ниппель" (как видно на изображении детанглера заднего тормоза BMX), который входит в механизм переключателя или тормозного рычага. Другой конец часто зажимается (как видно на рисунке с задним переключателем) к части тормоза или переключателя, которую необходимо перемещать, или, как это чаще всего встречается в тросах управления мотоциклом, оснащен другим ниппелем. Традиционно, на велосипедах, тросы переключателей закрепляются на переключателе небольшим цилиндрическим ниппелем, концентричным с тросом. Однако тормозные ниппели для велосипедов различаются между горными велосипедами (MTB) с прямыми рулями и шоссейными велосипедами с рулями-баранами. На велосипедах MTB используется бочкообразный (цилиндрический) ниппель для закрепления тормозного троса на тормозном рычаге, в то время как на шоссейных велосипедах используется грушевидный ниппель. Некоторые заменные тормозные тросы для велосипедов поставляются с обоими типами, по одному на каждом конце. Ненужный конец обрезается и выбрасывается при установке. В велосипедных приложениях, как для тормозов, так и для переключения передач, наружный диаметр наконечника или феррулы, завершающего оплетку, выбирается таким образом, чтобы обеспечить свободную посадку внутри конца регулировочного барабана. Таким образом, барабан будет скользить по ферруле при его повороте во время регулировки. Если бы феррула заклинило в конце барабана, то трос бы скручивался при безуспешных попытках регулировки. Ниппели также доступны отдельно от троса для ремонта или изготовления тросов по индивидуальному заказу. Они крепятся к тросу пайкой. Если требуется свободное вращение ниппелей относительно оси троса, конец троса может быть оснащен латунной феррулой или "трубой", припаянной к тросу. Бочкообразный ниппель будет свободно надеваться на латунную феррулу и сможет вращаться, обеспечивая выравнивание ниппелей на каждом конце троса и предотвращая скручивание внутреннего троса. Нагрев внутреннего троса при пайке может ослабить сталь, и хотя мягкая пайка менее прочна, чем серебряная, для образования соединения требуется более низкая температура, и, следовательно, меньше вероятность повреждения внутреннего троса. Серебряная пайка может потребовать дополнительной термической обработки проволоки для сохранения ее закалки, чтобы предотвратить ее чрезмерное размягчение или хрупкость. Для экстренного ремонта или когда требуется снятие для обслуживания доступны ниппели, которые зажимаются на тросе с помощью винта. Небольшая феррула, также называемая "обжимной" (видно на изображении с задним переключателем), может быть обжата для предотвращения распушивания концов троса. Другие способы предотвращения распушивания включают мягкую или серебряную пайку концов проводов или, в идеале, резку проводов горячим ножом. Если внутренний провод твердый, как в тросах дроссельной заслонки и подсоса в автомобилях и газонокосилках, он может иметь просто изгиб на одном или обоих концах для взаимодействия с тем, что он толкает или тянет.

Кружки

Небольшие резиновые кольца, называемые "пончиками", можно надеть на открытый участок внутреннего троса, чтобы предотвратить его удары о раму велосипеда и, как следствие, дребезжание или истирание.

Общая практика

Индексный переключатель велосипедного переключателя скоростей должен быть точным. Типичный 7-скоростной переключатель изменяет длину троса на 2,9 мм (Shimano 2:1) или 4,5 мм (SRAM 1:1) при каждом переключении, и любые погрешности длины накапливаются с количеством переключений. Для этого оболочка должна вести себя как цельная трубка, поэтому она и ее концевые элементы должны быть не сжимаемыми. В настоящее время наиболее распространенной не сжимаемой оболочкой для переключения передач является оболочка с продольно расположенными стальными тросами. Плоские срезанные концы такой оболочки надежно закрепляются концевыми наконечниками или феррулами, а размер концевых наконечников рассчитан на установку либо в крепление на раме, либо в качестве свободного соединения в конце регулировочного барабана. Оболочки для велосипедных тормозов не требуют такой же несжимаемости, но должны быть прочнее, и изделия, продаваемые для этой цели, используют плотно навитую спиральную поддерживающую проволоку. Один конец тормозной оболочки надежно закреплен в концевом наконечнике или ферруле, который свободно входит в регулировочный барабан, а другой – в различные фитинги, включая концевые наконечники или детали для плавного изменения направления. В любом случае, в точке выхода троса для крепления к тормозным суппортам устанавливается ниппель. Ввиду широкого ассортимента предлагаемых конструкций тросов, легко может возникнуть путаница в выборе оптимальной оболочки. В общем случае, оболочку, предназначенную для одной цели, не следует использовать для других, и в любом случае следует придерживаться рекомендаций производителя. В частности, продольно усиленные оболочки не следует использовать для велосипедных тормозов, поскольку они слабее спирально навитых оболочек. Оболочки для велосипедов выпускаются в двух основных диаметрах: чаще всего 4 мм для переключения передач и 5 мм для тормозов. Оболочки для переключения и торможения производятся в обоих размерах. Однако при замене тросов требуется осторожность, поскольку, например, 4-миллиметровый конец регулировочного барабана существующего переключателя, вероятно, предназначен только для этого размера оболочки. Хотя отдельные детали для сборки тросов можно приобрести, доступны готовые тросы как для тормозов, так и для переключения передач. Они обычно состоят из внутреннего троса в оболочке, и, в зависимости от назначения, с одним или несколькими концевыми наконечниками. Однако из-за широкого спектра используемых фитингов, вероятно, что концевые наконечники этих универсальных тросов, хотя и подходят для многих ситуаций, не будут подходить для всех целей, как ошибочно подразумевает их название. Для укорачивания оболочек требуется специальный ручной инструмент, предназначенный для выполнения ровного среза без перекрытия входа троса. Тот же инструмент используется для резки внутреннего стального троса. Чтобы предотвратить распушивание проволок троса во время установки, производители приваривают или обжимают концы. Оболочки для тросов традиционно изготавливаются только черного цвета, хотя можно найти и цветные оболочки.

Содержание

Кабели Боудена могут перестать работать плавно, особенно если в корпус попадает вода или загрязнения. Современные кабели с внутренним покрытием и из нержавеющей стали менее подвержены этим проблемам; не покрытые внутренним слоем корпуса следует смазывать легким машинным маслом. В холодном климате механизмы тросов Боудена склонны к неисправностям из-за замерзания воды. Тросы также изнашиваются в процессе эксплуатации и могут быть повреждены при перегибе или расслоении. Распространенная поломка на велосипедах происходит в месте входа корпуса в регулировочный винт; неплотно закрепленные концы корпуса склонны к расщеплению, что делает регулировку ненадежной. Расслоение из-за усталости наиболее вероятно, если трос проходит через шкив, который на велосипедах часто имеет диаметр меньше рекомендованного, или в месте многократного изгиба при креплении к тормозной ручке или суппорту. Трос, проходящий через резкий изгиб, может образовывать борозды на внутренней оплетке, что приводит к контакту с внешним корпусом и истиранию. Расслоенный трос может внезапно оборваться при сильном усилии, например, при экстренном торможении. В спецификациях на тросы и корпуса редко указываются какие-либо детали, кроме размеров и назначения изделия. Конкретная устойчивость к сжатию или изгибу никогда не указывается, поэтому существует множество косвенных доказательств и комментариев относительно производительности и долговечности продукции, но мало научных данных для потребителя. Особенно строгим тестом качества для корпусов является проверка в области шарнира складного велосипеда, где происходит многократный резкий изгиб. Радиус изгиба тросов на сложенном велосипеде может быть всего 4 см (1,5 дюйма); поэтому перед складыванием рекомендуется переключиться на передачу с наименьшим натяжением троса, чтобы минимизировать негативное воздействие на корпуса или переключатели. Обычно это передача с наибольшим номером индекса на переключателе. Существуют споры относительно существования явления, известного как "растяжение троса". Новые тросы могут казаться удлиненными, что требует повторной регулировки. Хотя общепринято, что внутренние провода на самом деле растягиваются очень незначительно или совсем не растягиваются, корпуса и внутренние покрытия могут слегка сжиматься, и все детали могут "устанавливаться". Легкие конструкции, такие как используемые на велосипедах, более подвержены этому явлению.