Связанная с рулем передняя вилка дает возможность поворачивать закрепленное в ней переднее колесо и, следовательно, управлять велосипедом. Опираясь на переднее колесо, вилка первой воспринимает всевозможные толчки и удары, испытываемые велосипедом в езде. От формы и наклона передней вилки зависит устойчивость велосипеда и удобство езды. Поэтому передняя вилка должна быть прочной и в то же время достаточно упругой; геометрия ее должна хорошо сочетаться с геометрией рамы, имея необходимый изгиб и образуя плечо устойчивости (вылет) в соответствии с назначением велосипеда.
Плечо устойчивости (вылет) передней вилки и ее изгиб определяются так: если из центра переднего колеса (рис. 5) опустить перпендикуляр до пересечения в точке б с горизонталью, лежащей в плоскости дороги, а ось головной (передней) трубы рамы продолжить до пересечения с той же горизонталью в точке а, то полученное расстояние l между этими двумя точками (а-б) и будет плечом устойчивости (вылетом) передней вилки. Если через центр переднего колеса провести линию, параллельную оси головной (передней) трубы рамы, то отрезок l1 перпендикуляра вг, заключенный между этими линиями, является изгибом передней вилки (рис. 5). Если точка а совпадает с точкой б, то плечо устойчивости будет равно нулю.
Рис. 5. Плечо устойчивости (вылет) и изгиб передней вилки.
Практически для велосипедов разного назначения плечо устойчивости передней вилки берется в пределах 40–75 мм. Для дорожных мужских и подростковых велосипедов, выпускаемых отечественной велопромышленностью, плечо устойчивости передней вилки принято в пределах 50–74 мм; у спортивно-туристских велосипедов производства Харьковского велозавода плечо устойчивости составляет 50 мм; у спортивно-шоссейных — 45–50 мм и гоночных велосипедов для трека 55–65 мм.
Для велосипеда, особенно трекового, важное значение имеет устойчивость его на виражах и возможность легкого входа в вираж. Это зависит от угла наклона головной (передней) трубы рамы, который в определенном сочетании с изгибом передней вилки образует необходимое плечо устойчивости. Обычно угол наклона головной трубы берется в пределах 68–74°.
Передняя вилка (рис. 6) состоит из стрежня 1 и двух перьев 5, соединенных между собой коронкой 3 и пропаянных латунным припоем. В концах перьев имеются специальные прорези для крепления оси втулки переднего колеса. Для усиления прочности в стержень вилки в нижней его части вставляют укрепитель 2, пропаиваемый латунным припоем за одно целое со стержнем. С той же целью вставляют укрепители 4 в перья вилки. Стержень вилки представляет собой стальную трубу (из стали 20) диаметром 26 мм с толщиной стенки 2 мм, с резьбой М26х1,0 на верхнем конце для навинчивания конуса и контргайки.
Рис. 6. Передняя вилка велосипеда и ее основные размеры:
1 — стержень; 2, 4 — укрепители; 3 — коронка; 5 — перья; 6 — наконечники.
Перья вилки изготовляют из конических труб с уширением к месту соединения с коронкой. Это делает вилку равнопрочной по всей ее длине, сохраняя в то же время, при соответствующем изгибе, необходимую упругость (пружинящее свойство). Наиболее важной частью вилки является стальная коронка, изготовляемая способом точного (прецизионного) литья или штамповкой из листовой стали толщиной 2 мм.
Соединение стержня и перьев (с усилителями) с коронкой производят на большинстве заводов пайкой латунным припоем и в редких случаях способом сварки.
Собранную и запаянную вилку выправляют так, чтобы поставленная в прорези концов перьев ось переднего колеса располагалась параллельно коронке и была перпендикулярна основной плоскости, проходящей через осевую линию стержня вилки и раму; при этом перья должны иметь одинаковый изгиб одного радиуса. Передняя вилка монтируется своим стержнем в головную (переднюю) трубу рамы, опираясь на расположенные внизу и вверху трубы шарикоподшипники (рис. 7).
Рис. 7. Рулевая колонка:
1 — контргайка; 2 — шайба; 3 — верхний конус; 4 — чашки; 5 — нижний конус.
Конус нижнего шарикоподшипника 5 напрессовывается на проточенную шейку коронки. Верхний конус 3 навинчивается на конец стержня, имеющего резьбу, и закрепляется контргайкой 1 с шайбой 2. Чашки 4 подшипников запрессовываются с обоих концов в головную трубу рамы. Таким образом передняя вилка с закрепленным в ней рулем свободно вращается на двух шарикоподшипниках в головной трубе рамы, образуя вместе с ней так называемую рулевую колонку (рис. 7).
Верхний и нижний подшипники имеют по 15 шариков диаметром 4 мм, уложенных в сепараторы (шарикодержатели).
Основные размеры передней вилки (см. рис. 6): Н — длина стержня; d — внутренний диаметр стержня; d1 — размер резьбы стержня; d2 — посадочный диаметр под конус нижнего подшипника; С — изгиб перьев; А — посадочный размер под втулку переднего колеса. Величины этих размеров по ГОСТ 6931 — 75 даны в табл. 1.
Детали передней вилки изображены на рис. 8.
Рис. 8. Детали передней вилки:
1 — контргайка; 2 — шайба; 3 — верхний конус; 4 — чашка; 5 — нижний конус; 6 — шарикоподшипник.
Данные о шариковых подшипниках (шариках в сепараторе) приведены в табл. 2.
