Bowden

Bowden — это система тросового привода, в которой гибкий трос (обычно стальной или кевларовый) перемещается внутри направляющей оболочки (рубашки), передавая усилие натяжения или сжатия от одного узла к другому. Боуден-тросы широко применяются в механизмах, где требуется передача усилия на расстояние с изменением направления движения, например, в велосипедных тормозах и переключателях скоростей, в автомобильных приводах сцепления и газа, в авиации, в медицинских инструментах и в бытовой технике.

История

Изобретение системы связывают с именем английского изобретателя и предпринимателя Эрнеста Монроу Боудена (Ernest Monro Bowden, 1859—1904). В 1896 году он получил британский патент на «усовершенствованный механизм для передачи усилия» — фактически, первый в мире тросовый привод с гибкой оболочкой. Первоначально изобретение предназначалось для велосипедных тормозов — оно позволяло заменить жёсткие тяги и рычаги, которые были неудобны и ненадёжны. Боуден сотрудничал с велосипедной компанией «Rudge-Whitworth», которая первой внедрила его конструкцию в серийное производство.

В начале XX века боуден-тросы начали применяться в автомобилях — для привода сцепления, дроссельной заслонки, ручного тормоза. В 1910-х годах они появились в авиации (управление рулями высоты и направления). В 1930-х годах система была усовершенствована: появились смазываемые оболочки, а затем — пластиковые и тефлоновые вкладыши, снижающие трение. В 1970-х годах с развитием велосипедного спорта боуден-тросы стали стандартом для переключателей скоростей (система Shimano, Campagnolo). В XXI веке, несмотря на распространение электронных и гидравлических приводов, боуден-тросы остаются востребованными благодаря простоте, надёжности и низкой стоимости.

Устройство и принцип действия

Боуден-трос состоит из двух основных элементов:

• Трос — гибкий стальной или синтетический (кевларовый, нейлоновый) канат, свитый из нескольких прядей. Диаметр троса варьируется от 0,5 мм (в медицинских инструментах) до 6 мм (в автомобильных приводах). Трос может быть как с покрытием (цинк, никель, тефлон), так и без него.
• Оболочка (рубашка) — спирально навитая стальная лента или пластиковая трубка, которая фиксируется на концах при помощи наконечников (ниппелей). Внутри оболочки может быть вкладыш из полиэтилена, тефлона или другого материала с низким коэффициентом трения.

Принцип действия: при натяжении троса (например, при нажатии на рычаг тормоза) трос скользит внутри оболочки, передавая усилие на исполнительный механизм (тормозные колодки, заслонку карбюратора). Оболочка при этом остаётся неподвижной, обеспечивая защиту троса от внешних воздействий и позволяя передавать усилие на изогнутых трассах.

Классификация по типу оболочки

Классификация по назначению

• Тормозные тросы — передают усилие от ручки тормоза к тормозным колодкам. Обычно имеют большую жёсткость и меньшую длину хода.
• Тросы переключения передач — используются в велосипедных и мотоциклетных трансмиссиях. Отличаются меньшим диаметром и более низким трением.
• Акселераторные тросы — в автомобилях и мотоциклах соединяют педаль газа с дроссельной заслонкой. Часто имеют защитную оплётку от нагрева.
• Тросы сцепления — в автомобилях с механической коробкой передач передают усилие от педали сцепления к выжимному подшипнику.
• Медицинские тросы — используются в эндоскопах, хирургических инструментах и протезах. Изготавливаются из нержавеющей стали или титана, имеют малый диаметр (0,3–1,0 мм) и высокую гибкость.

Применение

Велосипеды и мотоциклы

Боуден-тросы являются стандартным элементом управления большинства велосипедов и мотоциклов. На велосипедах они применяются для:

• Тормозов — механических дисковых или ободных (V-brake, cantilever). Трос передаёт усилие от ручки к тормозным колодкам.
• Переключателей скоростей — переднего и заднего. Трос перемещает переключатель, перекидывая цепь на соседнюю звезду.
• Седла — в некоторых моделях (например, регулируемые подседельные штыри) трос управляет блокировкой.

На мотоциклах боуден-тросы используются в приводах сцепления, газа и переднего тормоза. В современных мотоциклах часто применяются гидравлические системы, но тросовые приводы остаются на бюджетных и спортивных моделях (например, в эндуро).

Автомобили

В автомобилях боуден-тросы применяются в:

• Приводе сцепления — на автомобилях с механической коробкой передач (например, ВАЗ-2108, Lada Granta).
• Приводе дроссельной заслонки — на автомобилях с механическим управлением газом (до массового внедрения электронных педалей газа).
• Ручном тормозе — тросы соединяют рычаг ручника с тормозными механизмами задних колёс.
• Капоте и багажнике — тросы для открывания замков.

Авиация

В лёгкой и спортивной авиации (планеры, дельталёты, сверхлёгкие самолёты) боуден-тросы используются для управления рулями высоты, направления и элеронами. В коммерческой авиации они вытеснены гидравлическими и электрическими системами, но сохраняются в некоторых вспомогательных механизмах (например, управление створками шасси).

Медицина

В медицине боуден-тросы применяются в:

• Эндоскопах — для управления изгибом рабочей части инструмента.
• Хирургических инструментах — для передачи усилия от рукоятки к рабочей части (например, в лапароскопических ножницах).
• Протезах — для управления пальцами и кистью (в миоэлектрических протезах с тросовым приводом).

Промышленность и быт

• Станки — для управления муфтами, тормозами и зажимами.
• Сельхозтехника — для привода жаток, сеялок и других навесных агрегатов.
• Бытовая техника — в стиральных машинах (управление клапаном подачи воды), в пылесосах (управление щёткой), в швейных машинах (привод иглы).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Гибкость — возможность передавать усилие по изогнутым трассам, что упрощает компоновку механизмов.
• Простота — конструкция состоит из двух элементов, легко заменяется и ремонтируется.
• Низкая стоимость — по сравнению с гидравлическими и электрическими системами.
• Надёжность — при правильной эксплуатации тросы выдерживают миллионы циклов.
• Независимость от источников энергии — не требуется электричество или гидравлическое давление.

Недостатки

• Трение — в длинных или сильно изогнутых тросах потери на трение могут достигать 30–40% усилия.
• Износ — трос и оболочка со временем истираются, особенно при загрязнении.
• Растяжение — стальные тросы могут растягиваться под нагрузкой, что требует периодической регулировки.
• Чувствительность к коррозии — при повреждении защитного покрытия трос ржавеет.
• Ограниченная длина — при длине более 5–7 метров потери на трение становятся неприемлемо высокими.

Интересные факты

• Первый в мире боуден-трос был изготовлен из фортепианной струны и кожаной оболочки.
• В 1910 году компания «Rudge-Whitworth» выпустила велосипед с тормозами Боудена, который рекламировался как «самый безопасный велосипед в мире».
• В 1960-х годах в СССР боуден-тросы начали массово применяться в автомобилях «Москвич» и «Запорожец».
• В современном велоспорте тросы переключения передач часто заменяются на гидравлические или электронные системы (Di2, eTap), но на любительских велосипедах боуден-тросы остаются стандартом.
• В авиации боуден-тросы используются в парашютных системах — для управления раскрытием купола.

Источники

• Боуден, Эрнест Монроу. Британский патент № 1896/25, 1896.
• «Велосипедные тормоза: история и эволюция» — журнал «Bicycle Quarterly», 2015.
• «Автомобильные тросовые приводы» — учебник «Конструкция автомобиля», под ред. В. И. Осепчугова, М.: Машиностроение, 1989.
• «Медицинские инструменты с тросовым приводом» — журнал «Medical Engineering & Physics», 2018.
• «Тросы Боудена в авиации» — справочник «Авиационные системы управления», ЦАГИ, 1975.