О втулках планетарных молвим слово...

Передний переключатель, задний переключатель, "петух", кассета... Человека, решившего купить себе велосипед, обилие новых терминов, порой, вгоняет в ступор. А уж если "продвинутый" продавец в веломагазине раскроет перед обалдевшим покупателем страшную тайну постоянного обслуживания многоскоростного велосипеда – настроек переключателей, мойки и смазки цепи, замены изношенных деталей привода – то бедолага, поразмыслив, может вообще отказаться от покупки столь сложного агрегата, либо предпочесть ему старый добрый дорожный лисапед с одной-единственной передачей…

Между тем, есть решение, сочетающее в себе удобство многоскоростного велосипеда с простотой обслуживания односкоростного. Это – планетарная втулка. Суть ее в том, что в самом корпусе втулки заднего велосипедного колеса помещается планетарный шестеренный механизм переключения передач.

ВЕЛОСИПЕД С ПЛАНЕТАРНОЙ ВТУЛКОЙ ВЫГЛЯДИТ КАК ОДНОСКОРОСТНОЙ, НО…

Кстати, этот механизм ставится на велосипеды с начала ХХ века (первые 2-скоростные планетарные втулки были произведены фирмой Sturmey-Archer в 1902 году). С тех пор "планетарки" пользуются большой популярностью в Европе – большинство велосипедов класса "комфорт", продающихся в европейских странах, оснащены именно планетарными втулками.

На сегодняшний день самыми распространенными являются планетарные втулки гигантов велоиндустрии SHIMANO (3-, 7- и 8-скоростные) и SRAM (3-, 5-, 7- и 9-скоростные). "Рекордсменом" по числу передач – 14 – является втулка, выпускаемая немецкой компанией ROHLOFF, правда, стоит она одна, как хороший велосипед...

Планетарные втулки выпускаются как под ободные тормоза, так и под дисковые/роллерные. Кроме того, существуют втулки со встроенным ножным тормозом – таким, как на односкоростных дорожных велосипедах – где торможение осуществляется вращением педалей назад.

ВТУЛКА SHIMANO NEXUS INTER 8 СО ВСТРОЕННЫМ НОЖНЫМ ТОРМОЗОМ

Какие же преимущества у планетарного механизма перед традиционным ныне параллелограммным переключателем, и какие недостатки?

ПРЕИМУЩЕСТВА :
1. Планетарная трансмиссия – практически необслуживаемая, единственная регулировка – подтяжка тросика в процессе эксплуатации;
2. Ресурс планетарных втулок огромен – при правильной эксплуатации это десятки тысяч километров. Кроме того, в приводе используются толстые цепи и звездочки (как в односкоростных велосипедах). Их ресурс также во много раз превышает срок службы аналогичных компонентов велосипедов с параллелограммным переключателем;
3. В планетарной втулке передачи можно переключать, стоя на месте, и с любой на любую (не обязательно на соседнюю). Это очень важно при езде в городе, где переключаться приходится часто, и не всегда удается переключиться заблаговременно.

НЕДОСТАТКИ :
1. Большая, по сравнению с обычными втулками, масса. Для спорта это, безусловно, критично. Для прогулочного катания и туризма – не столь существенно;
2. Большее, опять же по сравнению с обычными втулками, внутреннее трение – все-таки шестеренная передача. Но, как и в п. 1, это будет заметно лишь на гоночных трассах, где решают доли секунды…
3. Ремонт "планетарок", в случае поломки (что, правда, бывает крайне редко), может осуществить только квалифицированный специалист.

Многие, кто приценивался к велосипедам с планетарной трансмиссией, записали бы в недостатки их высокую стоимость. Однако, с этим можно поспорить. По сравнению с дешевыми китайскими «творениями», цена таких велосипедов высока. Если же рассматривать велосипеды, на которых можно кататься, не опасаясь, что у него вдруг что-то отвалится, то окажется, что стоимость велосипедов с планетарной втулкой вполне конкурентна. Не стоит забывать и о том, что планетарные механизмы изготавливаются только уважаемыми фирмами с многолетней историей; "на коленке", на маленьком китайском заводике такое произвести просто не в состоянии…

ПЛАНЕТАРНАЯ ВТУЛКА SRAM i-MOTION 9 "НА ПРОСВЕТ" – ПРОДУКТ "ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ"

Второй вопрос, который волнует потенциальных покупателей планетарных втулок – о количестве передач: "А почему это их так мало? Вот у "обычных" велосипедов – 21, 24, 27. Тут же – 7, 8… да и 14 маловато…"

Постараюсь объяснить: У велосипеда с "обычными" параллелограммными переключателями (передним и задним) общее количество передач – это количество звезд "системы" (передних), умноженное на количество звезд кассеты (задних). Например: 3 передних Х 9 задних = 27. На деле же используются далеко не все эти комбинации. Чтобы избежать перекосов цепи, обычно пользуются только следующими: 1х1,2,3, 2х2,3,4,5,6,7,8, 3х7,8,9, итого – 13 передач. Если же учесть, что некоторые передачи имеют очень близкие друг к другу передаточные отношение (практически дублируют друг друга, т. н. "двойные" передачи), то эффективное количество передач получается и того меньше. В планетарном же механизме все заявленные передачи – эффективные, т. е. реально работающие.

В России велосипедов с планетарными втулками гораздо меньше, чем в Европе. На мой взгляд, причина тут, скорее, историческая – в СССР планетарные втулки не выпускались никогда. И вот почему:
– «планетарки» очень сложны как в изготовлении, так и в ремонте. Вряд ли Госплан дал бы какому-либо заводу добро на строительство дорогущего цеха по выпуску планетарных механизмов для нужд любителей покататься с комфортом. Да и при том, мягко выражаясь, посредственном качестве производства велосипедов, которое сполна ощутили владельцы "Туристов" и "Спутников", хозяева велосипедов с планетарными втулками просто замучились бы с их ремонтом…
– в СССР во главу угла всегда ставился большой спорт, и велосипедизм тут – не исключение. А в велоспорте планетарные втулки не прижились в силу их большой массы…

В наше же время многие велоторговые фирмы просто боятся ввозить из-за рубежа в общем-то не дешевые велосипеды, рассчитанные не на "профи", готовых выложить "кругленькую" сумму за гоночный болид, а на любителей. Последние же, не задумываясь о последствиях приобретения заведомо некачественной вещи, часто покупают «пародию на велосипед» в ближайшем супермаркете…

Но времена меняются, все больше любителей велосипеда понимают, что к выбору "двухколесного друга" надо подходить серьезно, что настоящее удовольствие от катания принесет только надежная, простая в эксплуатации и неприхотливая техника – и количество велосипедов с планетарными втулками на наших дорогах постоянно растет.

© Михайлов М. Г., ВелоПитер, текст
© Фотографии: www.sram.com , www.cycle.shimano-eu.com , www.hubstripping.wordpress.com
При перепечатке ссылка на первоисточник обязательна.

Она более надежная и долговечная, нежели обычная втулка, но очень плохо реагирует на сверхнагрузки, поэтому их не используют в соревнованиях или экстремальном катании. Самые продвинутые модели (например некоторые Dutch байки) обладают 7и ступенчатыми планетарными втулками, а на упрощенные ситибайки (или складные) ставят 3х ступенчатые. Написано в циклопедии. В таких втулках механизм и звезды находятся в смазке под защитной оболочкой, а сама система напоминает коробку передач автомобиля. Я вот пока таких втулок нигде не наблюдал.

Патент на планетарную втулку датируется 1880м годом. Впервые такие втулки использовали на трехколесных мотоциклах. 1895м американским инженером была изобретена компактная 2х скоростная планетарная втулка, так и не нашедшая успеха на рынке. Уже в начале 20го века количество скоростей увеличилось до 3 (автор — компания Sturmey-Archer ). В 1930е годы рынок был полон планетарками, практически на каждом велосипеде стояла такая втулка (особенной популярности они пользовались в Великобритании, Голландии, Германии, Скандинавии). Позже появились переключатели скоростей и кассеты, устанавливаемые на втулки. Благодаря свое дешевизне и неприхотливостью такая система вскоре вытеснила планетарные втулки.

Компания Sturmey-Archer (одни из основных производителей планетарок, разработала 3- и 5- скоростные системы ещ в 1987, в то время как Shimano только закончили работу над 3х скоростными втулками. В последнее время они вновь начали обретать популярность и все больше компаний выпускают на рынок планетарные втулки. Основными из них являютсяSturmey-Archer, Rohloff, Shimano, Sram (с купленной в 2001м Fichtel & Sachs), Bendix (выпускала втулки с 1950 по 1970 гг). а также NuVinci с их уникальной системой «CVP»

Устройство планетарной втулки

Планетарная передача

Простейшая планетарная передача:
желтый - солнечная шестерня,
зеленый - водило,
синий - сателлиты,
красный - кольцевая шестерня.

Основные элементы планетарной передачи:

• Солнечная шестерня (англ. sun gear) - находится в центре.
• Водило (англ. carrier unit) - жёстко фиксирует друг относительно друга оси нескольких планетарных шестерён («сателлитов») одинакового размера (англ. planetary gears), находящихся в зацеплении с солнечной шестерней.
• Кольцевая шестерня (англ. ring gear) - внешнее зубчатое колесо, имеющее внутреннее зацепление с планетарными шестернями.

При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из элементов фиксируется неподвижно, второй - используется как ведущий (замыкается на звезду, приводимую цепью), а третий - в качестве ведомого (замыкается на корпус втулки). Соединение элементов осуществляется с помощью собачек или роллерного сцепления, уменьшающего шумность. Таким образом, передаточное отношение будет зависеть от количества зубьев каждого компонента, а также того, какой элемент закреплён. Увеличивая количество планетарных передач, можно увеличивать количество скоростей у втулки.

Принцип работы 3-скоростной планетарной втулки, включающей в себя одну планетарную передачу:

• Солнечная шестерня - это ось, она закреплена неподвижно на раме.
• Первая передача (отношение 0.733). Ведомая звезда с помощью привода соединена собачками с кольцевой шестерней. Водило соединено собачками с корпусом втулки. Кольцевая шестерня вращает водило через сателлиты, при этом водило (и корпус втулки) вращается медленнее, чем кольцевая шестерня (и звезда).
• Вторая передача (отношение 1.0). Под действием исполнительного механизма муфта, сжимая возвратную пружину, выдвигает собачки на кольцевой шестерне, и она зацепляется с корпусом втулки. Вращение передается непосредственно с звезды на кольцевую шестерню и далее на корпус втулки - прямая передача. Водило вращается с той же скоростью, что и на первой передаче, но корпус втулки вращается быстрее, поэтому собачки водила стрекочут по корпусу и не оказывают влияния на работу механизма.
• Третья передача (отношение 1.364). Исполнительный механизм толкает муфту дальше, она входит своими шлицами в зацепление с водилом. Тем самым, водило соединяется с ведомой звездой. Собачки на кольцевой шестерне по-прежнему зацеплены с корпусом втулки, но водило теперь вращается в противоположную сторону, ускоряя вращение корпуса втулки по сравнению с ведомой звездой. Собачки стрекочут между водилом и корпусом, а также между приводом и кольцевой шестерней

Взрыв-схема 8-скоростной планетарной втулки (вид сзади): 3 - сдвоенная планетарная передача в сборе, 4 - водило в сборе, 5 - кольцевая шестерня, 8 - ось и солнечная шестерня в сборе, 9 - муфта, 10 - возвратная пружина, 11 - привод с шлицами для звездочки

При увеличении количества планетарных передач, включаемых в различных сочетаниях, можно увеличивать число передаточных отношений втулки (с соответствующим увеличением сложности и цены).

8-скоростная втулка имеет две планетарных передачи. Первая из них (подключается муфтой на 1-4 скоростях) - замедляет вращение втулки на фиксированную величину. Она состоит из 1 кольцевой шестерни, 1 солнечной шестерни и 1 набора сателлитов. Вторая планетарная передача ускоряет движение втулки. Она состоит из 1 кольцевой шестерни, 3 солнечных шестерней (далее - СШ № 2, 3, 4) и 3 наборов сателлитов. При переключении передач, различные солнечные шестерни подключаются собачками, расположенными на оси, и меняют передаточное отношение второй планетарной передачи. 5-я передача втулки - прямая, вращение передается с звездочки на корпус без преобразования потока мощности.

1. ПП1 замедляет, ПП2 не используется.
2. ПП1 замедляет, ПП2 ускоряет с СШ2.
3. ПП1 замедляет, ПП2 ускоряет с СШ3.
4. ПП1 замедляет, ПП2 ускоряет с СШ4.
5. Прямая передача
6. ПП1 не используется, ПП2 ускоряет с СШ2.
7. ПП1 не используется, ПП2 ускоряет с СШ3.
8. ПП1 не используется, ПП2 ускоряет с СШ4.

Взрыв-схема 11-скоростной планетарной втулки (вид сзади): 7 - водило № 3 в сборе, 8 - солнечная шестерня № 4, 10 - водило № 2 в сборе, 11 - солнечная шестерня № 2, 12 - водило № 1 в сборе, 14 - ось и солнечная шестерня № 1 в сборе, 15 - муфта, 17 - привод с шлицами для звёздочки

11-скоростная втулка имеет уже 3 планетарных передачи. Она не имеет прямой передачи, поток мощности преобразуется минимум 1 раз на всех передачах.

Красиво и правильно устройство планетарной втулки показано на видео:

По поводу цен небольшое фото планетарных втулок с ценниками:)

На сайте велофан хорошо расписана история велосипедов с планетарной втулкой:

Перед как попасть на велосипеды, планетарные втулки использовались на трёхколёсных велосипедах. Патент на планетарную велосипедную втулку датируется серединой 1880-х годов. Первый патент на компактную планетарную втулку был предоставлен в 1895 году американским механиком Сьюардом Томасом Джонсоном из Ноблсвилла в США. В этой втулке было всего две скорости. Она не была коммерчески успешной.

В 1896 Уильям Рейли из Салфорда в Англии запатентовал двухскоростную втулку. Она начала выпускаться в 1898 году под названием «втулка». Она стала большим достижением в велосипедной индустрии и выпускалась ещё не одно десятилетие. Многим понравилась практичность компактной планетарной втулки.

В 1902 году Рейли сконструировал 3-скоростную планетарную втулку. Он прекратил сотрудничество с производителем «втулки» и отдал им интеллектуальные права на планетарные втулки. Чтобы обойти проблему с патентом, коллега Рейли - Джеймс Арчер приобрёл патент на 3-скоростную втулку. Тем временем известный английский журналист и изобретатель Генри Стармей также изобрёл свою 3-скоростную втулку. В 1903 году Френк Боуден, директор велосипедной компании Raleigh, создал Three-Speed Gear Syndicate и приобрёл права на обе 3-скоростные втулки Reilly/Archer и Sturmey. Втулка Рейли выпускалась как первая 3-скоростная втулка Sturmey Archer.

Двухскоростная планетарная втулка Fichtel Sachs Torpedo, выпускавшаяся в 1904 — 1954 годах.

В 1902 году Майкл Педерсен, выпускавший велосипеды Dursley Pedersen, запатентовал 3-скоростную втулку. Она начала выпускаться в 1903 году. Эта втулка была основана на принципе «контрпривода» с необычной планетарной передачей, в которой вместо зубчатого колеса использовалась вторая солнечная шестерня. В 1904 году компания Fichtel & Sachs (Германия, Швайнфурт) выпустила втулку под лицензией Wanderer. Таким образом до 1909 года на английском рынке было доступно 14 разных 3-скоростных планетарных втулок.

К 1930-му году планетарные втулки использовались на велосипедах по всему миру. Они были особенно популярны в Великобритании, Нидерландах, немецкоговорящих странах и Скандинавии. Начиная с 1970-х годов они утратили популярность в англоговорящих странах. Но во многих странах северной Европы, где велосипеды постоянно использовались в качестве повседневного транспорта, а не только для спорта и отдыха, планетарные втулки всё ещё широко использовались. Появились более дешёвые и мощные (но менее надёжные) классические переключатели скоростей, предлагавшие широкий диапазон передач.

В 1987 году Sturmey-Archer производили только 3- и 5-скоростные втулки, Fichtel & Sachs и Shimano - только 2- и3-скоростные втулки. В том же году была опубликована первая книга (исключая инструкции по техническому обслуживанию), посвящённая 80 годам истории планетарных втулок. С тех пор наблюдается медленный но неуклонный рост интереса к планетарным втулкам, что нашло отражении в увеличении доступного диапазона втулок.

В 1995 году Sachs представила Elan, первую планетарную втулку с 12 скоростями и общим передаточным диапазоном 339%. Тремя годами позже Rohloff вышла на рынок с планетарной втулкой на 14 передач Speedhub 500/14 с общим диапазоном 526%, сравнимым с 27 скоростными классическими системами переключения передач. Она была достаточно надёжная и лёгкая. Это единственная втулка, которая может устанавливаться на горные велосипеды наравне с дерайлерами. В 2007 году NuVinci запустила в производство бесступенчатую ∞-скоростную втулку (велосипедный вариатор), предназначенную для ежедневных поездок на работу, с общим диапазоном приблизительно 350%.

На 2008 год Sturmey-Archer производила 3-, 5- и 8-скоростные втулки, SRAM (наследник Fichtel & Sachs) производила 3-, 5-, 7- и 9-скоростные, Shimano производила 3-, 7- и 8-скоростные. В феврале 2010 года Shimano официально представила 11-скоростную модель Shimano Alfine 700.

Хотя на большинстве планетарных втулок используется одна задняя звёздочка, в системах SRAM Dual Drive скомбинирована планетарная втулка с задним дерайлером. Тем самым получается трансмиссия широкого диапазона, сосредоточенная на заднем колесе. В 2010 году Canyon представила гибридную втулку 1442, в которой использовалась похожая комбинация планетарной передачи и дерайлера.

У Brompton Bicycle была своя собственная гибридная комбинация специальной втулки Sturmey-Archer широкого диапазона с двухскоростным дерайлером - «BWR» (Brompton Wide Ratio). Система ориентирована на складные велосипеды, в которых сложный передний дерайлер может загрязнить складной механизм велосипеда, велосипеды с горизонтальной посадкой и велосипеды для перевозки грузов, в которых маленькие колёса и / или увеличенный вес требует широкого диапазона передач с маленькими шагами). В прошлом планетарные втулки также использовались на мотоциклах, сейчас они практически не используются.

История выпуска первых моделей производителями:

• 1902 год, Sturmey Archer (Англия) - 3-скоростная втулка с диапазоном 145%.
• 1907 год, Fichtel & Sachs (Germany) - 2-скоростная Doppel-Torpedo.
• 1995 год, Shimano - 7-скоростная Nexus Inter 7 с диапазоном 244%.
• 1997 год, SRAM приобрела (Fichtel&) Sachs.
• 1998 год, Rollhoff AG (Германия) - 14-скоростная Speedhub 500/14 с диапазоном 526%.
• 2009 год, Brompton (England) - 3-скоростная BWR с диапазоном 246%.

Достоинства планетарной втулки

• Механизм переключения передач хорошо защищён от внешних воздействий, благодаря чему трансмиссия требует меньше ухода и имеет больший ресурс по сравнению со схемой с внешним переключением передач.
• В случае рамы с горизонтальными или скользящими дропаутами (или с эксцентриковой кареткой) отсутствует риск поломки петуха и/или попадания заднего переключателя в спицы.
• Возможность переключения передач в неподвижном состоянии, что полезно для городской езды.
• Более простая эксплуатация, особенно для неопытных велосипедистов: одна манетка, нет запрещённых сочетаний передач.
• Возможность использования с ременным или карданным приводом.
• Возможность использования системы с одной звездой, что позволяет установить щиток, защищающий цепь от внешних воздействий, а одежду - от контакта с цепью.
• Возможность использования долговечных цепей и звёзд от синглспида.

Недостатки планетарных втулок

• Высокая стоимость по сравнению с системами внешнего переключения.
• Риск убить втулку высоким крутящим моментом при агрессивной эксплуатации.
• Узкий диапазон передаточных отношений.
• Меньший КПД привода из-за большого количества зубчатых передач.
• Большой вес, смещение центра тяжести назад, на двухподвесах - увеличение неподрессоренных масс.
• Сложность конструкции, невозможность ремонта в полевых условиях. Обслуживание планетарной втулки требует больших навыков, чем традиционная трансмиссия.
• Несовместимость с эксцентриковым зажимом колеса. Если втулка недостаточно прочно привинчена к ам, ось может провернуться, вызвав поломку втулки и/или рамы
• Распространенные рамы с вертикальными дропаутами не реализуют преимущества планетарной втулки в полной мере.

И напоследок видюшка про втулку Шимано:

Переключение скоростей применяется на велосипедах практически всех видов. Данный механизм расположен на заднем колесе. Один из таких видов - это планетарная втулка для велосипеда. Как она устроена и стоит ли ее использовать?

Важно! Главное отличие планетарной трансмиссии от звездочной, которую можно легко , заключается в том, что механизм спрятан внутри втулки, а не располагается около колеса - это защищает его элементы от внешних воздействий, делает его более надежным и долговечным.

Планетарная втулка для велосипеда состоит из набора шестеренок. По устройству она довольно сложна, так как работает по принципу автомобильной коробки передач.

Механизм включает в себя следующие элементы:

• солнечная шестерня, жестко сцепленная с осью колеса;
• планетарные шестерни, или сателлиты;
• водило - соединяет и фиксирует сателлиты;
• эпицикл - кольцевая шестеренка.

Снаружи корпуса трансмиссии расположена единственная звездочка, соединенная с механизмом посредством шлицевого привода. При переключении передачи ручкой на руле он изменяет скорость вращения водила относительно эпицикла.

У втулки самого простого типа имеется три передачи, которые работают следующим образом:

1. Пониженная - эпицикл зацепляется за сателлиты, которые вращают солнечную шестерню. На каждые 4 оборота звездочки колесо совершает 3 оборота.
2. Прямая - эпицикл соединен с солнечной шестерней напрямую, минуя передаточные шестеренки, благодаря чему достигается соотношение вращений колеса и звездочки 1:1.
3. Повышенная . При ее включении механизм работает наоборот - звездочка передает усилие на планетарные шестерни, которые вращают эпицикл, момент от которого передается на солнечную шестерню. За счет этого передача повышается на 33–36%.

В зависимости от количества сателлитов передач может быть от 3 до 14, но наиболее распространены планетарные втулки велосипеда, устройство которых обеспечивает наличие 5 или 7 скоростей.

Но если вы только собрались приобретать велосипед, перед вами также будет сложная задача: какой выбрать. Можете отдать предпочтение одной из или же попробовать подобрать , если вы уже находитесь в почетном возрасте.

Преимущества и недостатки

Планетарная коробка передач имеет следующие достоинства:

• низкий износ цепи и звезд;
• высокая надежность и долговечность механизма за счет защиты от внешних воздействий и постоянной смазки трансмиссионным маслом;
• отсутствие необходимости в регулировке;
• удобство переключения передач - делать это можно как на ходу, так и стоя на месте;
• отсутствие риска повреждения передаточного механизма при падении велосипеда на бок;
• возможность установки ножного тормоза;
• сниженная вероятность того, что цепь слетит со звездочек;
• большое разнообразие передаточных чисел - до 520%.

К недостаткам механизма можно отнести:

• большую массу , достигающую 3 кг. К тому же вес неравномерно распределяется между передним и задним колесами;
• сложность ремонта и установки планетарной втулки на велосипед; монтаж на существующий велосипед и вовсе невозможен, даже если вы используете специальный инструмент и , чтобы упростить работу. При поломке придется либо покупать новую втулку, либо новый байк. Поэтому установка планетарной втулки на велосипед своими руками — сложный или практически невозможный процесс;
• низкий КПД редуктора , связанный с повышенным коэффициентом трения шестерней. Из-за этого такие трансмиссии не используются на спортивных велосипедах;
• ограниченный крутящий момент . Хотя диапазон повышенных передач широк, достаточно низкую передачу для въезда на очень крутую гору включить не получится;
• высокая стоимость .

Таким образом, планетарка станет хорошим выбором для прогулочных, городских и других для неспешной и комфортной езды. Если же велосипед используется для гонок, езды по пересеченной местности или даунхилла, такой механизм скорее станет отягощением, чем улучшением.

Производители

В данной таблице представлены четыре основных производителей.

Цена

Цена планетарной втулки для велосипеда довольно высока. Зависит она от сложности механизма. Так, 14-скоростная втулка Rohloff стоит от 53 до 89 тыс. руб. в зависимости от модели. Значительно доступнее трансмиссии Shimano - от 2700 руб. за 3-скоростное устройство до 21 тыс. руб. за модель с 11 передачами. Цены на механизмы SRAM начинаются от 5000 руб . Продукция Sturmey-Archer обойдется в 4700–10500 руб.

«Зачем изобретать велосипед, если его можно усовершенствовать?» – данное высказывание все еще актуально. Несмотря на то, что велосипед был придуман около 200 лет назад, его модернизация не прекращается. Разработчики постоянно совершенствуют внешний вид велосипеда и его комплектующее. Прогресс в области велотуризма и в частности велоспорта стремительно развивается, чему свидетельствует увеличение таких показателей как: средняя скорость, надежность качество и комфорт велосипеда.

– технически сложная, но очень важная часть современного велосипеда. Несмотря на то, что такая втулка была изобретена в начале прошлого века, производители стали использовать ее в велостроении относительно недавно. Причиной тому являлась сложная внутренняя оснастка, которой необходимы мелкие детали из высокопрочных материалов. В настоящее время планетарные втулки довольно практичны и широко используются в производстве велосипедов.

По характеру работы планетарная втулка напоминает автомобильное КПП. Внутренняя часть втулки оснащена системой шестеренок соответствующих размеров, которые обладают необходимым передаточным числом. Велосипедная планетарная втулка, также как и автомобильная коробка передач, выполняет функцию переключения скоростей, тем самым уменьшает нагрузку на ноги велосипедиста. Благодаря планетарной втулке передачи переключаются быстро и своевременно. На изображении ниже, наглядно показана внутренняя механика втулки:

По характеру работы планетарная втулка похожа на вариатор (передает крутящий момент и плавно изменяет передаточное отношение). К основным элементам втулки относятся:

• Солнечная шестерёнка (желтый цвет на изображении) – расположена в центре, также является осью заднего колеса;
• Водило (синий цвет) – несколько равных планетарных шестеренок (сателлитов), которые «намертво» фиксируют свои оси относительно друг друга и находятся в жесткой сцепке с солнечной шестерней;
• Кольцевая шестерёнка (красный цвет) – наружная шестерня (эпицикл) с внутренней зубчатой передачей, с помощью которой сцепляется с сателлитами.

Планетарная втулка, в отличие от распространенной с большим количеством звездочек (), имеет 3 или 7 передач. Велосипед, оснащенный «кассетной» втулкой имеет 21 или 27 скоростей, часть которых взаимозаменяемы за счет различных комбинаций, так как передаточные показатели звездочек довольно близки. Как правило, на велосипеде с «кассетной» втулкой редко используются все передачи. Это в свою очередь свидетельствует о том, что нет необходимости в большом количестве скоростей. К тому же диапазон передач планетарной втулки очень обширный – 180% - 500%, в зависимости от типа втулки.

Достоинства планетарной втулки

• Высокая практичность и надежность, все детали сложного механизма защищены прочным корпусом, к тому же элементы втулки постоянно смазываются трансмиссионным маслом;
• Используется встроенный механизм для переключения скоростей и тормозов, не требующий регулировки;
• Возможность переключать скорость, как на ходу, так и стоя на месте;
• Большие ресурсы велосипедной цепи и звездочек благодаря определенным техническим характеристикам планетарной втулки.

Недостатки планетарной втулки

• Относительно большой вес механизма – втулка включает в себя множество различных металлических шестеренок. Масса планетарной втулки в сборе составляет – 1,5-3 кг;
• Большой коэффициент трения – из-за чего редуктор втулки имеет низкий КПД, что является одной из причин того, почему в профессиональном велоспорте не используется втулка планетарного типа;
• Не рекомендовано эксплуатировать велосипед с планетарной втулкой в зимнее время из-за высокого коэффициента вязкости используемого трансмиссионного масла;
• Чтобы отремонтировать планетарную втулку нужно обращаться к квалифицированным специалистам. Запчасти, необходимые для ремонта довольно сложно отыскать, к тому же найти подходящее трансмиссионное масло не легкая задача.

Подводя итоги, можно сказать, что для любителей комфортной и размеренной велосипедной езды планетарная втулка будет лучшим вариантом. Для тех же, кто склонен к быстрой езде по пересеченной местности, низкий КПД и довольно высокая стоимость планетарной втулки будет большим препятствием, в таком случае лучше ее не использовать.

Оптимальная эффективность движения, частота педалирования, скорость и нагрузки на велосипед регулируются при помощи механизма скоростного переключения. В отличие от синглспида, велосипед с несколькими режимами передачи крутящего момента способен подстраиваться под конкретные условия передвижения. «Скоростную» систему используют практически на все типах великов: от городских и трюковых до гоночных и маунти-байков.

К распространенному типу трансмиссии велосипеда относится планетарная втулка, внутри которой расположен шестеренчатый механизм изменения передаточного отношения. Взаимное расположение и зацепление шестерней регулируется переключателем скоростей, который, в свою очередь, приводится ручкой на руле. Принципиальное отличие от «звездочной» трансмиссии позволило такой системе переключения передач неплохо укрепиться в велосипедной среде.

Из чего состоит и как работает планетарная втулка

Устройство планетарных втулок достаточно сложное и напоминает механизм автомобильной коробки передач. Для наглядности покажем стандартную схему для всей планетарной передачи:

Компоненты шестерного отсека скоростной втулки: 1 – солнечная шестерня, 2 – сателлиты, 3 – водило, 4 – эпицикл

Желтым цветом изображена солнечная шестерня. «Солнышко» жестко закреплено на оси заднего колеса велосипеда. Именно с ней зацепляются обозначенные синим цветом планетарные шестеренки. Для их фиксации используется «водило» (зеленый цвет). Эта деталь не позволяет сателлитам – так иначе можно называть планетарные шестерни – разъезжаться и сцепляться друг с другом, а также определяет их направление движения.

Довершает механизм эпициклическая шестерня, которая вращается за счет педалирования. На рисунке она показана красным цветом.

Звездочка сопрягается с механизмом втулки с помощью шлицевого привода, исполнительного механизма втулки. При изменении передачи он изменяет скорость вращения водила относительно кольцевой шестерни, благодаря чему и достигается подстройка велосипеда под угол направления дороги и регулируется его скорость.

Интересная особенность такого типа механизма – это работа в качестве редуктора. Солнечная шестерня играет роль неподвижного элемента, эпицикл – ведомого элемента цепи, водило замыкается на корпус втулки. Для примера рассмотрим, как работает механизм планетарной передачи на простой трехскоростной планетарке:

• Пониженная передача. Кольцевая шестерня опережает водило за счет его зацепления корпуса планетарной втулки. Передаточное отношение меньше единицы и составляет 0.733.
• Главная передача. Крутящий момент с эпицикла передается на втулку за счет зацепления ее с планетаркой. Иначе говоря, со втулкой соединено не водило, как на первой передаче, а звездочная шестерня. Что происходит при этом? Втулка вращается быстрее водила, а для достижения максимальной скорости понадобится больше усилий по сравнению с пониженной передачей.
• Передаточное число повышенной, или третьей, передачи больше единицы, и для трехскоростных велосипедов оно составляет 1.364. Направление движения водила и втулки противоположны, благодаря чему достигается ее ускорение по сравнению с главной передачей.
• Для планетарных втулок с 5, 7 и т.д. скоростями диапазон передаточных отношений выше, чем у трехскоростной за счет большего количества шестеренчатых механизмов. Принцип работы многоскоростных и простых втулок будет одинаковым. Разница только в том, что у каждой планетарной составляющей будут свои фиксированные (как у 3-х ступенчатой планетарки) значения отношений передач, а в целом у механизма их будет в несколько раз больше.

Производители втулок: плюсы и минусы

Изготовлением планетарных втулок на велосипеды занимается несколько производителей:

• Shimano,
• SRAM,
• Sturmey-Archer,
• Rohloff.

Последний занимает лидирующее положение по сложности изобретенного механизма. Втулка этого производителя включает 14 планетарных составляющих. Большое количество передаточных отношений и высокая эффективность смело конкурируют с аналогичными показателями продвинутых звездочных систем переключения скоростей.

Скоростной агрегат от Rohloff в разрезе

Второе место занимает SRAM – его планетарка имеет 12 скоростей, а передаточный диапазон превышает 400%. Shimano – известнейший производитель велозапчастей и скоростных втулок. Его хорошо зарекомендованные втулки с 3, 4, 7 и 8-планетарными механизмами дополнены обновленной версией – 11-скоростной системой переключения скоростей. Sturmey может похвастаться гибридными кассетно-планетарными механизмами, а также другими типами стандартных втулок с тремя, пятью и семью скоростями.

Преимущества использования планетарных втулок

1. Прямой ход цепи и низкий износ ведущей и ведомой звезд. Снаружи трансмиссия выглядит как у обычного сигнлспида.
2. Скрытый от внешних воздействий механизм переключения передач отличается высокой долговечностью по сравнению с кассетами и трещотками. Могут быть задействованы все соотношения передач. Об этом смело скажут отзывы от велосипедистов, перешедших со «стандартных» скоростных велосипедов на планетарные.
3. Нет необходимости постоянно обслуживать устройство, также его сложно нечаянно повредить.

Как и у всего на свете, у втулок с планетарными передачами есть свои «но»:

1. Невозможность использования в велосипедном гоночном спорте из-за высокого трения и чувствительности шестерней.
2. Ощутимая прибавка к весу: только некоторые трехскоростные втулки весят чуть меньше килограмма. В движении привес на заднее колесо дает о себе знать.
3. Ремонт таких механизмов почти невозможен в домашних условиях, да и сервис, где ремонтируют планетарные втулки, нечасто можно встретить. Одноразовость планетарок не позволяет их выгодно привести в рабочее состояние, лучшим вариантом будет установка новой.
4. Запредельная стоимость. Конечно, она вполне оправдана, однако ставить редуктор с нуля на сигнлспид нет смысла. Гораздо проще купить готовый велосипед с ней.

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде

Нанести вред механизму велосипедного редуктора сложно, но возможно, если систематически неправильно его использовать. При движении на велосипеде с планетаркой есть простое правило: осуществлять переключение передач без педалирования.

Странно? Ничуть. Планетарный механизм имеет сходство с механической КПП машины, а там ведь тоже при переходе с одной передачи на другую газ отпускается. А «газ» для велосипедиста – это кручение педалей.

Переходить с одной передачи на другую нужно немного заранее, и делается это так:

• Велосипед движется накатом, усилия на педали минимальны.
• С помощью ручки переключается передача.
• Через несколько оборотов колес (около 2 секунд) можно педалировать.

Езда в гору сопровождается переходом на пониженную передачу, то есть передаточное отношение должно быть меньше, чем до перехода. На трехскоростных планетарках это просто: перейти на первую передачу. С другими вариантами вполне нормальным будет переключиться, например, с третьей на вторую.

На повышение нужно идти последовательно, то есть сначала первая, затем вторая и так далее. При сбросе скоростей можно перешагивать. В однообразных условиях, где нельзя развить скорость (тротуар с пешеходами, например), лучше применять только главную передачу без переключений.

Велосипеды с планетарными втулками способны преодолевать значительные расстояния без большого количества спусков и подъемов, поэтому их часто можно встретить в больших городах с развитой сетью дорог и населенных пунктах на ровной местности. Такой вариант трансмиссии идеально подойдет тем, кто не хочет постоянно возиться с кассетами и цепями и при этом часто ездят по городу, загородным поселкам и равнинным трассам.

Планетарная каретка.

Это что-то похожее на планетарную втулку, только находится в каретке

Есть много подробной информации о развитии планетарных кареток с точными датами и числами. Грузит себя и Вас этой информацией мы не желаем, поэтому расскажем самое интересное.

Главной целью планетарной каретки были компактность и повышающий коэффициент. Вес разработок колебался от 1200 грамм до 2000 грамм вместе с шатунами. Были разработки фирмы Николай, в которых имелся магнитный привод переключения передач.

Основным минусом всех разработок была несовместимость размеров планетарных кареток со стандартными размерами кареток. Но и плюсы также видно на лицо. Во-первых, чтобы переключить передачу не обязательно крутить педали, во-вторых малая передняя звезда позволяет установить задний суппорт с короткой лапкой. Известно, что такие суппорта более стойкие к ударам и износам. В третьих, такое явление, как перекос цепи, практически исчезает а значит увеличивается срок службы самой цепи.

Все-таки планетарная каретка – это интересная разработка, но больший успех получила именно планетарная втулка, о чем мы и опишем ниже.

Планетарные втулки.

История гласит, что первая планетарная втулка современного типа появилась на свет еще в 1898 году, представляете? Лично нам трудно это представить Втулка имела встроенный тормозной механизм и несколько передач. Далее пошли разработки вверх и появлялись втулки уже с 3-мя передачами. Более скоростные и успешные втулки начали появляться уже ближе к началу 20-ого века. Один из самых известных производителей – Sachs Bicycle Component, сейчас эта фирма входит в состав корпорации SRAM. Именно производство планетарных втулок перевернуло немного веломир и исключило производство и разработку иных типов внутреннего переключение передач.

Сейчас существуют планетарные втулки в 3, 5 и 7 передач. Если лет 5 назад были только обычные втулки, так последнее время уже широко обустроились на рынке планетарные втулки с дисковым тормозом и со встроенным тормозом. И еще одно отличие старых втулок от новых – совместимость с передним переключателем передач. А в последнее время – и с установкой кассеты на заднее колесо. То есть, у Вас как бы обычные передачи 3х8 и еще и планетарка в 3 скорости. И еще, для сравнения. Диапазон передаточных числе стандартной системы переключения 3х7 около 500%, а некоторые втулки на 14 передач фирмы Rohloff имеют целых 600%. Круто, не правда ли?

Краткие преимущества планетарных втулок:

Большой диапазон передаточных чисел, о чем мы писали выше.

Легкость и плавность в переключении передач.

Высокая скорость переключении.

Простота в обслуживании и исключении потребности в постоянном ТО.

А также несколько минусов:

Качение.

Ремонт редкий, но меткий.

Свое предназначение планетарные втулки нашли в основном в городских велосипедах. Это удобно и просто.
Карданный привод передачи крутящего момента.

Преимущества карданного вала перед цепью огромные, и очень странно, что сейчас такой тип не используется. Основные преимущества:

Защита от внешних воздействий.

Большая надежность.

Не пачкает одежду и не цепляет штанину.

КПД показатель не выше, но независим от количества грязи и болота на кардане.

А минусы вот:

Стоимость на порядок выше.

Вес также выше.

Ломался кардан мало, но, так же как и планетарки, требовал отдельных знаний в починке.

Невозможность установки переключения передач.

Сложность снятия заднего колеса.

Современные разработки смогли устранить ряд вышеописанных минусов, особенно проблема с переключением передач – установка планетарной втулки давала возможность все-таки переключать передачи.

Ременной привод.

Ременной привод применяли очень давно и со временем перестали, потому что самый главный минус - недостаточная прочность и проскальзывание. Но опять таки, наука и инженерия не стоит на месте и на сегодняшний день появляется явная конкуренция между ременным и цепным приводом. Главным недостатком ремня есть цельность, невозможность установки переключателей передач и сложность в ремонте и замене комплектующих.

Вариаторы.

Преимущество вариатора – это бесступенчатое переключение передач и возможность большого диапазона передач. Но минусы, к сожалению, значительные. Самое главное – это малая эффективность, из-за проскальзывания в самом вариаторе. К минусам также отнесем и потерю мощности, стоимость.

Сейчас вариаторы начинают возвращать популярность из-за развития технологий и благодаря бессонным ночам инженеров. Вес втулок раньше составлял около 5-ти килограмм, а сейчас стремительность опускается к 3. Посмотрим, что из этого получится через несколько лет, пока что ясно только одно – будущее у вариаторов будет.

И так, а сейчас попытаемся понять, почему все эти разработки не прижились? Столько нового, столько интересного, но все остается: цепь и передачи. А знаете почему? А потому что все гениальное просто. Велосипед любят все за его простоту. И не нужно ничего усложнять. Два колеса, рама, тормоза и руль, что еще надо? Именно поэтому перед тем как модернизировать свой велосипед, подумайте хорошо, нужно ли Вам это, и принесет ли это пользу в велопоходе.