Планетарная втулка

Планетарная втулка
Практически любой современный велосипед оборудован многоступечатой трансмиссией. Классической схемой принято считать внешний тип переключения — когда на заднем колесе у вас от 5 до 11 звезд(кассета) и 2-3 звезды впереди и переключение между звездами осуществляется с помощью специальных перекидывающих устройств. Сегодня я хочу рассмотреть вариант внутреннего переключения передач — планетарная  втулка.
Планетарная передача — механическая система, состоящая из нескольких планетарных зубчатых колёс (шестерён), вращающихся вокруг центральной — солнечной шестерни. Обычно, планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Планетарная передача может также включать дополнительную внешнюю кольцевую шестерню, имеющую внутреннее зацепление с планетарными шестернями.

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.

При увеличении количества планетарных передач, включаемых в различных сочетаниях, можно увеличивать число передаточных отношений втулки. 8-скоростная втулка имеет две планетарных передачи. Первая из них  — 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 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.
История
Внутреннее переключение передач намного старше внешнего. Пионером в области создания многоскоростных втулок стала английская компания Sturmey-Archer). Первые 2- и 3-скоростные втулки Sturmey-Archer выпустила ещё в 1902 году. Всего на несколько лет отстала немецкая компания Sachs, выпустившая подобные втулки в 1904 году. Третий крупный производитель подобной техники — корпорация Shimano с 3-, 7- и 8-скоростными втулками серии Nexus.
В настоящее время выпускаются 3-, 5-, 7-, 8-скоростные втулки, а так же 14-скоростная втулка Speedhub 500/14 фирмы Rohloff. Втулки производятся в основном для роллерных или барабанных, а также для дисковых (Rohloff) и ободных тормозов. Также планетарная трансмиссия может приводиться как цепью, так  и карданным валом.
Достоинства
•    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
•    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 дропаутам, ось может провернуться, вызвав поломку втулки и/или рамы.
•    Распространенные рамы с вертикальными дропаутами не реализуют преимущества планетарной втулки в полной мере.