Изготовление спицованных колес

Статья с сайта www.cardarmy.ru 

 Спицованные колеса представляют собой отличительную черту как многих образцов автомобильной техники начала прошлого века, так и многих самолетов периода первой мировой войны. Для моделиста аккуратное и верное воспроизведение таких колес может оказаться весьма нелегкой задачей. Это особенно важно для картонных моделей, ведь многие приемы и технологии из мира пластиковых моделей в данном случае просто неприемлемы. 

 Одним из наиболее известных способов является предложееный Гарри Вудманом (http://www.wwimodeler.com/harry/chapter3/18-wheels.htm). Но для картонных моделей эти методы все же не годятся - слишком велика вероятность повреждения деталей, которые изготавливаются из картона, а не из пластика.

 Метод Гарри Гудмана в котором спицы проходят сквозь ступицу и зажимаются между двумя половинками обода. 

  Чтобы адаптировать этот метод для картонных моделей мы должны исключить (или в максимальной степени уменьшить) саму возможность применения силы или сколь-нибудь значительных нагрузок к деталям из бумаги. Поэтому мы не будем протягивать спицы через ступицу, как это делает Вудман, а будем "обтекать" эту деталь. Иначе говоря, спицы не будут попадать в центр колеса, а для их удержания по центру мы сделаем две специальные шайбы:

Рис.2. Намотка спиц с помощью предлагаемого метода. Отрезки спиц попарно размещаются в каждом слоте формовочного диска и проходят вокруг цилиндра ступицы. 

 Встречаются разнообразные варианты расположения спиц на колесе. В рассматриваемом примере мы будем формировать радиальный узор, в котором спицы выходят непосредственно из ступицы на равномерно расположенные точки на ободе.

 Чтобы решить проблему с центровкой и правильным размещением спиц, мы будем пропускать проволоку или нить, из которой делается спица с передней стороны формовочного колеса через нижнюю сторону ступицы и обратно, чтобы спицы пересекались на полпути между формовочным колесом и ступицей. Затем на эту точку встречи будут наклеены половинки обода, которые зафиксируют правильное положение спиц.

 Рис.3. В предлагаемом методе спицы направляются с передней стороны формовочного колеса (Jig) на заднюю стенку ступицы (hub) и наоборот. Обратите внимание, что ступица состоит из двух частей различной толщины, и что она изначально имеет большую длину, чем необходимо. Затем она обрезается до нужного размера, а на пересечении спиц приклеиваются половинки обода (rim), которые на конечном этапе вставляются внутрь шины. 

 Положение точки, в которой спицы пересекаются, определяется внутренним диаметром нашего формовочного колеса, толщиной колеса на его внутренней грани и длиной центральной части ступицы. Все эти параметры необходимо рассчитать заранее, и для каждого "типоразмера" необходимо спроектировать специальное формовочное колесо. В этой статье мы в качестве примера сконструируем колесо в масштабе 1:48 с диаметром обода 7/16" и внешним размером шины 9/16". Такие колеса подойдут к большинству моделей аэропланов с колесами шасси размера 24"-27". Метод пригоден для использования с колесами любого диаметра, но необходимо понимать что для получения хороших результатов вы должны подобрать толщину формовочного колеса, длину ступицы и диаметры (внутренний и внешний) формовочного колеса. 

 Изготовление этих колес является само по себе не слишком сложной процедурой, но все же оно требует времени и терпения. Пожалуйста, убедитесь в том, что вы понимаете всю процедуру достаточно подробно, прежде чем начать сборку. Разочарование при спешке может наступить довольно быстро, но неторопливая и тщательная работа гарантирует хороший результат. Кроме того, опыт - великое дело. Выделите время на эту работу и сосредоточьтесь над ней, и тогда вы сможете завершить работу над вашей моделью раньше, чем планировали.

Материалы:

Для изготовления колес вам не потребуется ничего необычного. Полный список необходимых материалов приведен ниже:

Картон для изготовления формовочного колеса.

Бумага для сворачивания ступицы, обода и шины. Я использую белую и серую, но если вы все равно будете красить колесо, то белой будет вполне достаточно.

Леска для изготовления спиц. Я использую "невидимую" леску, толщиной .005" . Для масштабов 1/48 и более мелких не годится никакая более толстая леска.

Черная и серая краска.

ПВА

Нитроклей для изготовления формовочного колеса (можно аэрозольный) и его пропитывания.

Циркульный резак для вырезания формовочного колеса и изготовления обода и шин.

Шаблоны из проволоки для свертывания ступиц.

Резак со сменными лезвиями

Стальная линейка

Циркуль, если вы рисуете формовочное колесо "от руки" и транспортир. 

Проектирование формовочного колеса 

 Само по себе формовочное колесо является достаточно простым в проектировании и изготовлении. Фактически, это три круга с соосными отверстиями по центру, склеенные вместе. Главная хитрость же состоит в том, чтобы спроектировать колесо таким образом, чтобы получить готовое спицованное колесо необходимого нам размера. 

 Начнем с расположения прорезей для фиксации спиц. Нам потребуется две пары спиц, проходящих через каждый слот, поэтому если мы вырежем 12 слотов, наше колесо будет иметь 48 спиц. На листе бумаги (или в любом CAD-пакете) нарисуйте две прямые, пересекающиеся под прямым углом. Наше колесо будет иметь размер примерно в 2" (это дюймы, 1" = 2,76 см), поэтому линии не должны быть слишком длинные. Затем добавьте оставшиеся 4 линии под углами 30, 60, 120 и 150 градусов.

Рис.4. Центральная точка и и разметка положения прорезей на формовочном колесе. 

 Если вы рисуете от руки, не забудьте, что все линии должны пересекаться в одной точке.

Теперь нам необходимо определиться с размерами формовочного колеса. Мы должны рассчитать внутренний и внешний диаметры колеса, а также его общую толщину. Леска, из которой делаются спицы, должна пересекаться точно на полпути между ступицей и внутренним краем формовочного колеса. В этом случае мы сможем легко рассчитать диаметры. Для масштаба 1/48 нарисуйте круг диаметром 7/16" с центром в точке пересечения линий. Этот круг будет соответствовать положению обода колеса. Ступица должна иметь для данного масштаба размер примерно 3/32", поэтому нарисуйте и круг, соответствующий ей:

Рис.5. Ступица и обод на чертеже формовочного колеса 

 Расстояние от ступицы до обода должно состаить 11/64". Поскольку обод - точка пересечения спиц, нам необходимо, чтобы внутренний диаметр формовочного колеса был в два раза больше этого расстояния, то есть отстоял еще на 11/64" от обода:

Рис.6. Внутренний радиус формовочного колеса определяется путем добавления расстояния между ступицей и ободом к радиусу обода 

 Простейший способ в определении размера колеса - отложить это расстояние по одной из осей для прорезей. Затем нарисуйте окружность с центром в точке пересечения линий. В нашем случае внутреннее отверстие формовочного колеса будет иметь диаметр 25/32". 

Теперь у нас есть все данные для изготовления формовочного колеса.

Рис.7. Чертеж формовочного колеса, наклеенный на картон тройной толщины

 Вырежьте круг который примерно на 1/2"-3/4" больше нарисованной нами окружности внутреннего диаметра. Будьте внимательны - центр вырезаемой окружности должен точно совпадать с центром, использовавшимся при отрисовке:

Рис.8. Формовочное колесо, вырезанное "с запасом".

 Теперь давайте вспомним, что для получения колеса нужного размера, толщина внутренней грани формовочного колеса должна совпадать с длиной центральной части ступицы. Для масштаба 1/48 мы используем ступицу длиной 3/32". Картон тройной толщины, используемый нами, имеет толщину равную 1/32", поэтому нам достаточно положить еще по одному слою с каждой стороны основного колеса.. Для этого вырежем два круга, которые примерно на 1/2" меньше чем внешний диаметр основного колеса:

Рис.9. Дополнительные слои, предназначенные для доведения формовочного колеса до нужной толщины.

 Теперь нам надо вырезать в этих дополнительных окружностях отверстия, имеющие диаметр, равный внутреннему диаметру формовочного колеса:

Рис.10. Вырезаны центральные части на всех трех деталях.

 Кстати, при вырезании отверстий имеет смысл заклеить центральную часть деталей кусочком скотча, чтобы отверстие не разболталось от воздействия иглы циркуля. Все три внутренних отверстия должны иметь одинаковый диаметр и быть абсолютно круглыми!

 Теперь нам необходимо изготовить прорези в основном формовочном колесе. Для этого сделайте вырезы длиной примерно 1/4" на внешней стороне формовочного колеса на местах, отмеченных каждой из 12 линий:

Рис.11. Вырежьте прорези длиной 1/4" на внешней стороне формовочного колеса вдоль каждой из радиальных линий. 

 Приклейте по одному из дополнительных колес с каждой стороны основного формовочного колеса. Очень важно при этом сохранить соосность всех трех колес.

Рис.12. Добавление вспомогательных колес придает внутреннему краю формовочного колеса необходимую толщину.

 Не волнуйтесь, если дополнительные колеса перекроют часть внешних отверстий - до тех пор, пока нить, используемая для изготовления спиц натягивается через нужные отверстия, единственным фактором, влияющим на качество изготовления спиц является внутренний край формовочного колеса.

Рис.13. Готовое формовочное колесо.

 Ступица изготавливается из обычной тонкой бумаги, которую мы покрасили в черный цвет обычным маркером. Фактически это отрезок трубки, на которую навернута трубка большего диаметра, но короче. Этот участок большего диаметра будет использоваться для фиксации спиц, придавая колесам характерную коническую форму. Первая (внутренняя) трубка должна быть сделана гораздо большей длины, чем потребуется в готовом колесе, чтобы быть уверенным в том, что нить, из которой изготавливаются спицы, не соскользнет, пока мы будем натягивать спицы (Рис.3).

 Вам потребуется свернуть трубку длиной не менее чем в три раза превышающую необходимый размер. Так для нашего примера колеса в масштаба 1:48 мы сделаем ее длиной 0.5 дюйма. Сверните и проклейте ее на шаблоне подходящего диаметра, я например, использую сверла диаметром 3/64".

Рис.14. Сворачивание бумажной ступицы.

 Для этой детали вам потребуется сделать всего два оборота вокруг шаблона.

Затем нужно вырезать вторую полоску бумаги, которая должна соответствовать ширине внутреннего края формовочного колеса - в нашем случае 3/32". Эта полоска наворачивается по центру внутренней трубы примерно в пять слоев (Рис.15):

Рис.15. Узкая полоска наворачивается примерно в пять оборотов вокруг внутренней части ступицы.

 Не стоит заботиться о том, чтобы расположить узкую полоску точно по центру, поскольку нам все равно прийдется впоследствии обрезать концы. Важно позаботиться о том, чтобы поверхности, образуемые в результате намотки узкой полоски по торцам были плоские и достаточно широкие чтобы удержать спицы от сползания с них.

Рис.16. Готовая ступица

 Еще раз проверьте, что внешний диаметр ступицы (образованный узкой полоской), соответствует толщине формовочного колеса (в нашем примере - 3/32" ). 

Установка спиц. 

 Вот теперь начинается настоящее веселье...

Спицы устанавливаются попарно на формовочном колесе и натягиваются из одного слота в другой, расположенный точно на противоположной стороне. При этом должно быть протянуто две пары спиц для каждой пары слотов и кроме того, мы всегда будем оперировать с парой спиц одновременно. Мы используем первые четыре пары для того, чтобы точно отцентрировать положение ступицы, а затем добавим оставшиеся четыре пары. 

Внимание! Установка ступицы и первых двух пар спиц в правильном положении является наиболее сложным и трудоемким этапом при изготовлении всего колес. Иногда может показаться, что сделать это как следует совершенно невозможно. Не волнуйтесь, сохраняйте присутствие духа и повторите всю процедуру с самого начала. Я могу утверждать по собственному опыту что некоторые типы колес могу сопротивляться сборке в течение нескольких часов, и у вас могут возникнуть мысли не бросить ли эти ……………колеса и никогда больше не заниматься такой ерундой. 

 Итак, окрасьте леску или проволоку, из которой вы делаете спицы в черный цвет. Для нашего колеса в масштабе 1/48 потребуется около полутора метров такой нити, но работать с цельным отрезком все же неудобно. Вы можете нарезать ее на отрезки длиной не меньше удвоенного диаметра формовочного колеса с небольшим запасом. Но практика постепенно позволяет увеличить длину. Я лично начинаю с нитей длиной порядка  1,2 м.

 Сложите вашу нить пополам завяжите узел на точке сгиба. Протяните обе нити в один из слотов колесе, свободными концами вперед. Натяните нить таким образом, чтобы узел оказался снизу от прорези слота.     Мы будем полагать в нашем дальнейшем рассказе, что этот слот ориентирован строго вверх 12 часов.

Теперь натяните нити (но не слишком сильно!) через колесо и протяните их в слот 6 часов. Вставьте между этими двумя нитями ступицу постаравшись разместить её по центру, как показано ниже:

Рис.17. Первая пара спиц устанавливается в направлении с 12часов на 6 часов. Затем между ними вставляется ступица, таким образом, чтобы размещаться точно по центру колеса.

 Затем оберните нити вокруг колеса и проведите их через внутреннее отверстие. Одна из нитей должна пройти слева от уже натянутых спиц, а вторая - между ними:

Рис.18. Пара нитей оборачивается вокруг колеса и проводится на наружную сторону, со сдвигом по часовой стрелке относительно уже натянутых нитей.

 Вы должны быть уверены в том, что обеспечили смещение обеих пар передних и задних спиц одинаковым образом. Спицы, которые идут с задней стороны колеса, должны размещаться со сдвигом по часовой стрелке относительно "передних спиц". Это не так важно для конструкции оригинала колеса, но важно для нас, поскольку сохранение шаблона для каждой пары спиц позволит сохранить центровку ступицы и в результате приведет к получению более регулярной структуры готового макета колеса.

 Протяните первую пару нитей через верхний край широкой части ступицы. Не пересекайте ее, убедитесь, что спица, которая находится слева от ступицы до оборота вокруг кромки формовочного колеса, "возвращается" обратно опять-таки по левой стороне. Заведите спицы обратно на нижнюю сторону колеса, сохраняя их смещение по часовой стрелке относительно "верхней пары. И в заключение натяните их, протянув через слот 12 часов с нижней стороны на верхнюю.

Рис.19. Протяните нить через центральную часть ступицы, проведя ее внизу сквозь уже натянутые спицык задней стороне колеса и закрепите из на прорези слота 12 часов. Ступица будет отцентрована при натягивании свободных концов нитей.

 Если все было сделано правильно, ступица будет отцентрована, как только нить будет натянута. Натягивать нити надо обе, если вы будете тянуть их по одной, ступицу перекосит влево или вправо. Убедитесь, что все четыре спицы прижаты к узкой части ступицы и что ступица расположена более менее по центру формовочного колеса.

Рис.20. Первые спицы уже установлены. Если вы добрались до этого места дальше пойдет легче!

 Теперь можно вздохнуть с облегчением - самая сложная часть работы закончена. Ну, почти закончена.

Вторая пара спиц должна быть установлена под углом 90 градусов к первой. Будьте бдительны - вы не должны столкнуть ни одну из нитей с широкой части ступицы, иначе все прийдется начинать сначала.  Протяните спицы через переднюю часть колеса на слоте 9 часов и проведите их через слот на заднюю сторону колеса. Затем проведите нити через переднюю сторону ступицы и далее опять на заднюю сторону формовочного колеса, направив их в слот на 3 часа.

Рис.21. Вторая пара спиц размещается под углом 90 градусов к первой.

 Повторите эти же шаги для завершения установки этого набора спиц. Но имейте в виду, что поскольку мы начали с задней стороны колеса, обратный путь мы должны сделать с передней его стороны. Поэтому вы натягиваете спицы с передней стороны через заднюю сторону ступицы и смещаете их против часовой стрелки к уже установленной паре. Здесь легко запутаться, поэтому посмотрите внимательно на первую пару чтобы разобраться как нити проходят относительно друг друга. После того, как вы проведете нити обратно на заднюю сторону слота 9 часов и натяните их, зафиксируйте их на кромке колеса, чтобы спицы не соскочили и не ослабили нятяжение.

Рис.22. После завершения формирования второй пары спиц, когда ступица отцентрирована, приклейте спицы к центральной части ступицы небольшим количеством жидкого цианакрилата. А небольшой кусочек бумаги, показанный на фото, не позволит свободным концам нити соскочить с колеса и нарушить правильное натяжение нити.

 Теперь ступица должна быть точно отцентрована в колесе, а ее ось направлена точно поперек его плоскости. Проверьте все углы и при необходимости поправьте их После того, как вы убедитесь в том, что все спицы расположены правильно, зафиксируйте их положение на ступице несколькими капельками жидкого цианакрилата. Покачайте ступицу, чтобы убедиться в хорошем натяжении спиц.

Оставшиеся спицы устанавливаются аналогичным образом. После 9 часов сдвиньтесь на один слот – 8 часов или 10 часов и повторите всю операцию. После того как каждый набор спиц (на рисунке внизу один набор показан синим цветом, а второй - красным) установлены, фиксируйте их положение на ступице цианакрилатом. Два таких набора полностью завершат набор колеса:

Рис.23. Установите еще два набора спиц (четыре пары в каждом) и фиксируйте их положение цианакрилатом на ступице после установки каждого набора.

 Если у вас кончится отрезок нити, зафиксируйте ее в соседнем слоте, чтобы сохранить натяжение нити, завяжите узелок на новом отрезке и продолжайте работу с того места, где остановились.

Рис.24. Все 48 спиц теперь на месте

 Приобретя некоторую практику вы сможете собирать каждое колесо менее чем за час.

После того, как все спицы готовы, установите две половинки обода с каждой стороны колеса.

 Рис.25. Половинки ободов приклеиваеются с каждой стороны в тех точках, где сходятся спицы

 Для изготовления половинки обода тонкая полоска бумаги (шириной 1/32 ") оборачивается вокруг колеса подходящего размера четыре раза для получения кольца:

 Рис.26. Формование половинок обода на колесе кратона тройной толщины.

Используется круговой резак для изготовления формы из картона тройной толщины. Может потребоваться несколько попыток для того, чтобы добиться нужного размера - нужно чтобы полученное колечко располагалось в точности на пересечении спиц. 

При фиксации обода, вначале "наживляю" его с помощью ПВА на трех или четырех спицах. Когда убеждаюсь, что обод установлен правильно, вся конструкция переворачивается вверх ногами и и на каждом пересечении обода со спицами я капаю цианакрилат.

 Рис.27. Установлено первое кольцо.

 Прежде чем двигаться дальше нужно убедиться, что каждая спица приклеена к ободу Продолжайте фиксировать спицы и обо цианакрилатом до тех пор, пока они не превратятся в неподвижную конструкцию.   При фиксации обода я вначале "наживляю" его с помощью ПВА на трех или четырех спицах. Когда я вижу, что обод установлен правильно, вся конструкция переворачивается вверх ногами и и на каждом пересечении обода со спицами я капаю цианакрилат. Если этого не сделать, колесо может попросту рассыпаться, как только мы снимем его с формовочного колеса.

 Вторая половинка обода приклеивается с противоположной стороны таким же образом - вначале немного ПВА, чтобы правильно установить деталь, а затем цианакрилат, чтобы полностью его зафиксировать:

 Рис.28. Установка обода завершена.

 Возможно появление небольших промежутков между двумя половинками обода в тех местах, где нет спиц, заполните этиотверстия небольшим количеством ПВА. После того как все просохнет, вырежьте колесо, обрезав внешние стороны спиц. Затем обрежьте свободные части нитей.

Рис.29. После того, как обод установлен на место, колесо может быть вырезано из формовочного колеса.

 Теперь нам осталось только собрать покрышку. Нам нужно спрятать концы нитей, поэтому нам нужно будет изготовить еще несколько деталей:

Рис.30. Покрышка собирается из двух боковин (sidewall) и облицовки (tread), которые скрывают обрезанные концы нитей.

 Начать нужно с изготовления двух боковин, которые долны размещаться снаружи обода. Подобно самому ободу это две полоски бумаги, навитые и проклееные вокруг формы, которая должна иметь внутренний диаметр, совпадающий с внешним диаметром обода. Для окраски бумаги я использую серую пастель. Возможно, эти детали имеет смысл изготавливать одновременно с ободом, до его установки в колесо, чтобы точно выдержать размер. Длина полоски для формирования боковин определяется масштабом и размером колеса. Для нашего примера я использовал полоску длиной примерно 7".

 Установите обе боковины на свои места на ободе колеса. Постарайтесь сдвинуть их таким образом, чтобы сжать обрезанные концы спиц. Зафиксируйте их положение каплей ПВА. В некоторых случаях, если колесо получается довольно большим, имеет смысл оклеить обе боковины и зазор между ними полоской бумаги:

Рис.32. Длинная полоска бумаги создает облицовку покрышки.

Облицовка покрышки делается из отдельной полоски бумаги в форме равнобедренного треугольника. . Ее ширина постепенно изменяется от ширины колеса до нуля. Длина должна быть большей, чем для боковин - в моем случае это 8". По мере того как треугольик будет наворачиваться на покрышку, он образует скругленную форму.

Рис.33. Готовое колесо