Боуденовский трос - Bowden cable

Боуденовский кабель в разрезе. Слева направо: защитное пластиковое покрытие, стальная конструкция, внутренняя гильза для уменьшения трения, внутренний трос.

Тросы Боудена, управляющие автомобильной заслонкой.

А Боуденовский трос (/ˈбoʊdən/ BOH-dən )^[1]это тип гибкого кабель используется для передачи механический сила или же энергия перемещением внутреннего кабеля относительно полого внешнего корпуса кабеля. Корпус обычно представляет собой композитную конструкцию, состоящую из внутренней футеровки, продольно несжимаемого слоя, такого как спиральный обмотка или связка стальной проволоки и защитное внешнее покрытие.

Линейное движение внутреннего троса чаще всего используется для передачи тягового усилия, хотя в последние годы стали популярны тросы толкающего / толкающего типа.^{[когда? ]} например как тросы переключения передач. Многие легкие самолеты используют трос Боудена для управления дроссельной заслонкой, и здесь обычно внутренний элемент представляет собой сплошной провод, а не многожильный кабель. Обычно предусмотрена регулировка натяжения троса с помощью встроенной полости. болт (часто называемый «регулятором ствола»), который удлиняет или укорачивает корпус троса относительно фиксированной точки крепления. Удлинение корпуса (поворот регулятора ствола) натягивает трос; укорочение корпуса (поворот регулятора ствола внутрь) ослабляет трос.

История

Происхождение и изобретение троса Боудена открыто для споров, путаницы и мифов. Изобретение троса Боудена приписывают сэру Фрэнк Боуден, основатель и владелец Велосипедная компания Роли который примерно в 1902 году, как предполагалось, начал замену жестких стержней, используемых для тормозов, гибким намотанным тросом, но никаких доказательств этого не существует. В Боуденовский механизм был изобретен ирландцем Эрнест Моннингтон Боуден (1860 г. по 3 апреля 1904 г.^[2]) на 35 Bedford Place, Лондон, W.C.^[2] Первый патент был выдан в 1896 году (английский патент 25,325 и патент США № 609,570).^[3] и об изобретении было сообщено в "Автомоторном журнале" 1897 года, где Боуден имел адрес 9 Fopstone Rd, Earls Court.^[4] Два Боудена, как известно, не связаны между собой.^[5] Основным элементом этого была гибкая трубка (сделанная из жестко намотанной проволоки и закрепленная на каждом конце), содержащая кусок тонкого троса, который мог скользить внутри трубки, напрямую передавая тянущие, толкающие или поворачивающие движения на трос с одного конца. к другому без использования шкивов или гибких соединений. Трос был специально предназначен для использования в сочетании с велосипедными тормозами, хотя имел потенциал для других применений. Тормоз Боудена был выпущен на рынок в 1896 году на фоне шквала энтузиазма, связанного с велосипедным прессом. Он состоял из стремени, натягиваемого тросом от рычага, установленного на руле, с резиновыми накладками, действующими на обод заднего колеса. В то время велосипеды имели фиксированные колеса, а дополнительное торможение предлагалось «плунжерным» тормозом, который давил на переднюю шину. Bowden по-прежнему предлагал дополнительную тормозную мощность и был достаточно новым, чтобы понравиться гонщикам, которые пренебрегали плунжером, который был тяжелым и потенциально мог повредить (дорогую) пневматическую шину. Проблемой для Боудена была его неспособность разработать эффективные распределительные сети, и тормоза часто устанавливались неправильно или ненадлежащим образом, что приводило к появлению большого количества жалоб в прессе. Наиболее эффективно его применение было на машинах, оснащенных Стальные диски с узором Westwood который предлагал плоские опорные поверхности для тормозных колодок.

1918 г. Пистолет Льюиса на Фостер монтаж приспособлен к Авро 504 K Ночной истребитель. Спуск пистолета приводится в действие тросом Боудена.

Возможности троса Боудена и связанного с ним тормоза не могли быть полностью реализованы до тех пор, пока свободное колесо Звездочка стала стандартной характеристикой велосипедов в период 1899–1901 годов, и ей было найдено все большее количество применений, таких как механизмы переключения передач. Важно отметить, что в 1903 году Хенди разработал дроссельную заслонку с поворотной ручкой, используя аналогичный кабель для своего 'Индийский' мотоциклы. Его легкость и гибкость рекомендовали его для дальнейшего использования в автомобилях, например, для тросов привода сцепления и спидометра.

Сообщается, что «12 января 1900 г. Э. М. Боуден выдал лицензию на The Raleigh Cycle Company из Ноттингема", директорами которого были Фрэнк Боуден и Эдвард Харлоу. При этом подписании они стали членами" EM Bowden's Patent Syndicate Limited ". В синдикат входили, среди прочих, Р. Х. Ли и Грэм И. Фрэнсис из Lea & Francis Ltd и Уильям Райли из Riley Cycle Company. Компания Raleigh вскоре предложила Bowden Brake в качестве аксессуара и быстро подключила трос к рулю, установленному на руле. Sturmey-Archer (в котором они проявляли большой интерес) переключения передач. Несомненно, именно поэтому сегодня иногда путают Э. Боудена и Ф. Боудена.

Ранний боуденовский кабель 1890-х годов и первых лет двадцатого века характеризовался тем, что внешняя трубка была намотана из круглой проволоки и открыта. Каждая длина обычно снабжена латунным воротником с надписью «BOWDEN PATENT» (эта легенда также проштампована на оригинальных компонентах тормоза). Более современная внешняя труба наматывается из проволоки квадратного сечения. С 1902 года кабель обычно был покрыт водонепроницаемой тканевой оболочкой, в послевоенный период ее заменили пластиковой.

Возможный вклад Ларкина

В архивах Национального автомобильного музея существует неопубликованный машинописный текст, написанный сыном одного из сотрудников Боудена, который пытается заявить о том, что трос был изобретен его отцом, вплоть до предположения, что он никогда не применялся к велосипедам до 1902 года. это легко опровергается ссылкой на «Велоспорт» или другой британский цикличный пресс до 1896–1997 годов, он служит напоминанием об одной из попыток переписать историю цикла с помощью требований приоритета. Британский Национальный архив^[6] В этом повествовании гибкий тросовый тормоз для велосипедов был отдельно «изобретен» Джордж Фредерик Ларкин, опытный инженер по автомобилям и мотоциклам, который запатентовал свою конструкцию в 1902 году. Впоследствии он был нанят Э.М. Боуденом и работал на него до 1917 года. Генеральный директор по работам.

Джордж Ларкин известен своим изобретением гибкого тросового тормоза для циклов, который был запатентован в 1902 году. Первоначальный патент на подобное изобретение, известное как «механизм Боудена», был выдан Эрнесту Моннингтону Боудену в 1896 году. В следующем году Э.М. Компания Patents Syndicate Ltd. была создана для продажи устройства, но изначально проект потерпел неудачу, потому что все, что компания могла предложить, было хлипким механизмом, способным передавать сравнительно огромную мощность. Механизм Боудена не был разработан в связи с тормозом цикла, поскольку нет запись о том, что кабель был связан с велосипедной промышленностью до 1902 года, когда было запатентовано изобретение Джорджа Ларкина ».^[6]

«Во время работы Ларкина в Bassett Motor Syndicate в его обязанности входила сборка автомобилей и мотоциклов, и главной трудностью была сборка тормозных систем, которые в то время состояли из стальных стержней, которые нелегко адаптировать к контуру шасси. Он разработал тормоз с гибким тросом и обратился к SJ Withers, патентному агенту, с просьбой запатентовать конструкцию. Уитерс заметил сходство идеи Ларкина с механизмом Боудена и представил его Синдикату Боудена, который согласился производить и продавать изобретение с оговоркой, что он должен быть запатентован совместно на имя изобретателя и на самих себя. Через несколько месяцев Ларкин, которому тогда было 23 года, был нанят менеджером отдела двигателей в Патентном синдикате Э.М. Боудена, и 1 мая 1904 года он был назначен генеральным директором завода ».^[6]

Части и вариации

Боуденовский трос с регулятором ствола, управляющим велосипед задний переключатель.

Трос с бочкой регулятором и стопорная гайка в а BMX задний тормоз детанглер.

Корпус

Оригинальный стандартный корпус троса Боудена состоит из спиральной спирали из круглой или квадратной стальной проволоки. Это делает корпус гибким, но приводит к изменению длины по мере изгиба корпуса. Поскольку на внутренней стороне изгиба витки закрученной спирали не могут сблизиться друг с другом, изгиб приводит к разделению витков на внешней стороне изгиба, и поэтому на средней линии корпуса также должны быть увеличение длины с увеличением изгиба.

Чтобы поддерживать индексированное переключение, Shimano разработан тип корпуса, длина которого не изменяется при изгибе. В этом корпусе есть несколько жил, идущих по спирали, с шагом, достаточно коротким, чтобы изгибы кабеля были общими для всех жил, но достаточно длинными, чтобы гибкость корпуса обеспечивалась изгибом отдельных жил, а не их скручиванием. Следствие длинного шага намотки в виде спирали поддержки является то, что она приближается случаем параллельных нитей, где провода связаны только с пластиковой рубашкой. Корпуса с длинной спиралью не выдерживают высокого сжатия, связанного с высоким натяжением кабеля, и при перегрузке имеют тенденцию выходить из строя из-за коробление жилы корпуса. По этой причине винтовая опора для тормозные тросы является закрытая рана, а корпуса с более длинной спиралью используются для менее ответственных применений. Продольно расположенные опорные тросы используются в таких устройствах, как велосипед. переключение передач.^[7]

Третий тип корпуса состоит из коротких полых жестких алюминий или же углеродное волокно цилиндры скользили по гибкому вкладышу. Заявленные преимущества перед кожухом из стальной проволоки включают меньший вес, более узкие изгибы и меньшее сжатие под нагрузкой.^[8]^[9]

Внутренний провод

Внутренний тросы для толкающих устройств имеется дополнительная обмотка, которая проходит в направлении, противоположном направлению намотки внутреннего провода. Ветер может быть подобен весне или ветру с плоской полосой; они называются пружинной и спиральной соответственно.^{[нужна цитата ]}

Некоторые приложения, такие как дроссели для газонокосилок, автомобильное руководство задыхается, а некоторые системы переключения передач требуют значительных толкающих способностей, поэтому следует использовать трос с твердым внутренним тросом.^[10] Эти кабели обычно менее гибкие, чем кабели с многожильными внутренними проводами.

Заканчивается

На одном конце внутреннего кабеля может быть небольшой кусок металла, известный (по грушевидным припаянным выводам, который в некоторых случаях используется) как ниппель (как видно на изображении детанглера заднего тормоза BMX), который подходит для механизма переключения или тормозного рычага. Другой конец часто зажимается (как видно на изображении заднего переключателя) к той части тормоза или переключателя, которую необходимо переместить, или, как это чаще всего бывает с тросами управления мотоциклом, с другим ниппелем.

Традиционно в велосипедах оборотень кабели закреплены на переключателе с небольшим цилиндрический ниппель, концентрический относительно кабеля. Велосипед тормозить соски, однако, различаются между горные велосипеды (MTB), с прямым рулем, и шоссейные велосипеды, с откидным рулем. Велосипеды MTB используют бочкообразный (цилиндрический) ниппель для фиксации тормозного троса на тормозной ручке, при этом шоссейные велосипеды есть грушевидной формы соска. Некоторые сменные тормозные тросы для велосипедов поставляются в обоих стилях, по одному на каждом конце. Ненужный конец обрезается и выбрасывается при установке.

В велосипедных приложениях, как для тормозов, так и для переключения передач, внешний размер колпачка или манжеты, которая заканчивается корпусом, выбирается таким образом, чтобы свободная посадка в конце регулятора ствола. Таким образом ствол будет соскальзывать на наконечнике, когда он поворачивается во время регулировки. Если бы наконечник был заклинило в торец ствола, то при безрезультатных попытках регулировки трос скручивался.

Ниппели также доступны отдельно от кабеля для ремонта или изготовления кабеля по индивидуальному заказу. Они прикрепляются к кабелю с помощью пайка. Если требуется свободное вращение ниппелей относительно оси кабеля, конец кабеля может быть отделан латунным наконечником или «трубой», припаянной к кабелю. Ниппель цилиндра будет скользить по латунной манжете и, таким образом, может вращаться, чтобы обеспечить выравнивание ниппелей на каждом конце кабеля и избежать перекручивания внутреннего кабеля. Нагревание внутреннего кабеля для пайки может ослабить сталь, и, хотя мягкая пайка менее прочна, чем серебряный припой, для формирования соединения требуется более низкая температура, и в результате уменьшается вероятность повреждения внутреннего кабеля. Серебряная пайка может потребовать дополнительных термическая обработка проволоки, чтобы сохранить ее состояние, чтобы она не стала слишком мягкой или слишком хрупкой.^{[нужна цитата ]}

Ниппели, которые зажимают кабель с помощью винта, также доступны для целей аварийного ремонта или там, где требуется снятие для обслуживания.

Маленький наконечник, также называемый обжимать, (видно на изображении заднего переключателя) можно обжать, чтобы концы кабеля не изнашивались.^[11]

Другие методы предотвращения истирания включают мягкую или серебряную пайку концов проводов или, в идеале, мгновенная резка провода.

Если внутренний провод сплошной, как в автомобилях и газонокосилках, дроссельных заслонках и дросселях, он может просто иметь изгиб на одном или обоих концах, чтобы зацепить то, что он толкает или тянет.

Пончики

Маленькая резина тори, называется пончики, можно навинтить на оголенный участок внутреннего троса, чтобы он не ударялся о раму велосипеда, вызывая дребезжание или истирание.^[12]

Обычная практика

Индексированное переключение велосипедного переключателя должно быть точным. Типичный 7-ступенчатый переключатель передач изменяет длину троса на 2,9 мм (Shimano 2: 1) или 4,5 мм (SRAM 1: 1) для каждой смены, и любые ошибки длины накапливаются с количеством переключений. Для этого корпус должен вести себя так, как если бы он был сплошной трубкой, поэтому он и его концевые части не должны подвергаться сжатию. В настоящее время наиболее часто используемый корпус без сжатия для переключения передач имеет продольно разнесенные стальные проволоки. Плоские концы такого корпуса плотно закрыты торцевыми заглушками или манжетами, а концевые заглушки имеют размер, подходящий либо для крепления на раме, либо в качестве свободного посадки в конце регулятора цилиндра.

Корпуса велосипедных тормозов не обязательно должны быть без сжатия, но должны быть более прочными, и в изделиях, которые в настоящее время продаются для этой цели, используется спиральный поддерживающий трос с короткой намоткой. Один конец корпуса тормоза плотно оканчивается торцевой крышкой или манжетой, которая свободно входит в регулятор цилиндра, а другой конец - в любой из множества фитингов, включая торцевые крышки или детали, обеспечивающие плавное изменение направления. . В любом случае, в месте выхода троса для крепления к тормозным рычагам устанавливается ниппель. Принимая во внимание широкий спектр предлагаемых конструкций кабелей, легко может возникнуть путаница в выборе лучшего корпуса. В общем, корпус, проданный для одной цели, не должен использоваться для других, и в любом случае следует следовать советам производителя. В частности, не следует использовать продольно усиленные кожухи для велосипедных тормозов, поскольку они более слабые, чем кожухи со спиральной намоткой.

Корпуса для велосипедов изготавливаются двух основных диаметров; Чаще всего используется диаметр 4 мм для переключения передач и 5 мм для тормозов. И кожухи переключения передач, и кожухи тормозов изготавливаются обоих размеров. Однако необходимо соблюдать осторожность. изменение тросы, так как, например, 4-миллиметровый конец регулятора ствола существующего переключателя, вероятно, предназначен только для этого размера корпуса.

Хотя отдельные детали для сборки троса можно приобрести, доступны уже готовые тросы для тормозов и переключения передач. Обычно они состоят из внутренней проволоки в пределах длины корпуса и, в зависимости от их назначения, с одной или несколькими торцевыми крышками. Однако из-за широкого диапазона используемых фитингов вполне вероятно, что эти универсальные кабельные заглушки, хотя и подходят для многих ситуаций, не подходят для всех целей, как ошибочно следует из их названия. Укорачивание корпусов требует использования специального ручного инструмента, предназначенного для выполнения квадратного надреза без закрытия кабельного ввода. Этим же инструментом перерезаем внутренний стальной трос. Во избежание распутывания жил кабеля при установке производители сваривают или обжимают концы.

Корпуса для кабелей обычно делаются только черного цвета, хотя встречаются и цветные корпуса.

Обслуживание

Боуденовские тросы могут перестать работать плавно, особенно если вода или загрязнения попадают в корпус. (Современные кабели с футеровкой и тросы из нержавеющей стали менее подвержены этим проблемам; корпуса без футеровки следует смазывать легким машинным маслом.) В холодных климатических условиях тросовые механизмы Боудена подвержены сбоям из-за замерзания воды. Кабели также изнашиваются из-за длительного использования и могут быть повреждены из-за перегиба или расслоения. Обычный выход из строя на велосипедах происходит в месте, где корпус входит в регулятор ствола; незакрепленные концы корпуса имеют тенденцию истирать корпус, что затрудняет регулировку. Износ из-за усталости наиболее вероятен, если трос проходит через шкив, диаметр которого на велосипедах часто меньше рекомендованного,^[13] или если трос многократно изгибается в месте крепления к тормозному рычагу или суппорту. Кабель, проходящий по крутому изгибу, имеет тенденцию образовывать борозды во внутренней кабельной муфте, что приводит к контакту с внешним корпусом и истиранию. Изношенный кабель 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 продукции. Удельное сопротивление сжатию или изгибу никогда не указывается, поэтому существует много риторических свидетельств и комментариев относительно характеристик и долговечности продуктов, но мало доступных научных данных для использования потребителями.^{[нужна цитата ]} Особо суровое испытание на качество корпусов проводится на шарнире складного велосипеда или рядом с ним, где неоднократно совершается резкий изгиб. Радиус кривизны тросов на сложенном велосипеде может составлять всего 1,5 дюйма (4 см); поэтому перед складыванием рекомендуется переключаться на передачу с наименьшим давлением троса, чтобы свести к минимуму любые неблагоприятные воздействия на кожухи или переключатели.^{[нужна цитата ]} Обычно это шестерня с наивысший порядковый номер на рычаге переключения передач.

Существует некоторая полемика вокруг существования явления, известного как «растяжение кабеля». Вновь проложенные кабели могут казаться удлиненными, что требует дополнительной регулировки. Хотя общепринято считать, что внутренняя проволока на самом деле очень мало растягивается - если вообще растягивается - корпуса и накладки могут слегка сжиматься, и все детали обычно «оседают». Легкие узлы, такие как велосипеды, более подвержены этому явлению.^{[нужна цитата ]}

Использует

Педаль сустейна связь на Электрические пианино Wurlitzer
Велосипедные тормоза и коробка передач кабели
Фотографический ставня отпустить кабели
Автомобильная промышленность схватить, дроссель /круиз-контроль, Аварийный тормоз, и различные защелка отпустить кабели
Авиационный двигатель органы управления, включая управление дроссельной заслонкой или мощностью, шагом или оборотами гребного винта, топливной смесью, нагревом карбюратора и заслонками капота
Мотоцикл тросы дроссельной заслонки, сцепления и (сейчас редко) тормоза
Поверхности управления на малых самолет^[14]
Удаленный привет шляпы в барабанные установки
Управляйте терминальным устройством крюк на протезах рук
Газонокосилка дроссель и выключатель мертвеца
Блокировка в электрическое распределительное устройство
Активация триггера для дистанционно расположенных пулеметов на французских танках Char B1 bis 1930-х годов, а также для штатива DISA, используемого с Пулемет Мадсена.
Много 3-D принтеры того типа экструдировать пластиковую нить использовать "Экструдер боудена «для подачи нити через трубку, обычно из ПТФЭ ('Тефлон '), чтобы минимизировать трение, чтобы'горячий конец 'где он плавится и осаждается через сопло. Это дает то преимущество, что масса механизма экструдера и шагового двигателя перемещается с движущегося хотэнда на фиксированное крепление на раме принтера, что обеспечивает большую скорость и точность печати.
Гибкие приводные валы за 'Дремель поворотные мультиинструменты типа ', умирают шлифовальный станок вложения для настольные шлифовальные машины, и тому подобное