Планетарна втулка: задня з ножним гальмом Shimano ⵙ MOYBIKE

1. Пристрій планетарної втулки
2. Переваги планетарної втулки
3. Недоліки планетарних втулок

Наши партнеры ArtmMisto

Планетарна втулка (internal hub) - це складна система перемикання швидкостей для велосипеда.

Вона більш надійна і довговічна, ніж звичайна втулка, але дуже погано реагує на сверхнагрузки, тому їх не використовують у змаганнях або екстремальному катанні. Найбільш просунуті моделі (наприклад деякі Dutch байки) мають 7 і ступінчастими планетарними втулками, а на спрощені Сітібайки (або складні) ставлять 3х ступінчасті. Написано в ціклопедіі. У таких втулках механізм і зірки знаходяться в мастилі під захисною оболонкою, а сама система нагадує коробку передач автомобіля. Я ось поки таких втулок ніде не спостерігав.

Патент на планетарну втулку датується 1880м роком. Вперше такі втулки використовували на триколісних мотоциклах. 1895м американським інженером була винайдена компактна 2х швидкісна планетарна втулка, так і не знайшла успіху на ринку. Вже на початку 20-го століття кількість швидкостей збільшилася до 3 (автор - компанія Sturmey-Archer). У 1930 роки ринок був сповнений планетарка, практично на кожному велосипеді стояла така втулка (особливою популярністю вони користувалися в Великобританії, Голландії, Німеччини, Скандинавії). Пізніше з'явилися перемикачі швидкостей і касети, що встановлюються на втулки. Завдяки своє дешевизні і невибагливістю така система незабаром витіснила планетарні втулки.

Компанія Sturmey-Archer (одні з основних виробників планетарок, розробила 3- і 5 швидкісні системи ещ в 1987, в той час як Shimano тільки закінчили роботу над 3х швидкісними втулками. Останнім часом вони знову почали набувати популярності і все більше компаній випускають на ринок планетарні втулки. Основними з них являютсяSturmey-Archer, Rohloff, Shimano, Sram (з купленої в 2001м Fichtel & Sachs), Bendix (випускала втулки з 1950 по 1970 рр). а також NuVinci з їх унікальною системою «CVP»

Пристрій планетарної втулки

планетарна передача

Найпростіша планетарна передача:
жовтий - сонячна шестерня,
зелений - водило,
синій - сателіти,
червоний - кільцева шестерня.

Основні елементи планетарної передачі:

• Сонячна шестерня (англ. Sun gear) - знаходиться в центрі.
• Водило (англ. Carrier unit) - жорстко фіксує один щодо одного осі декількох планетарних шестерень ( «сателітів») однакового розміру (англ. Planetary gears), що знаходяться в зачепленні з сонячною шестірнею.
• Кільцева шестерня (англ. Ring gear) - зовнішнє зубчасте колесо, що має внутрішній зачеплення з планетарними шестернями.

При використанні планетарної передачі в якості редуктора один з елементів фіксується нерухомо, другий - використовується як провідний (замикається на зірку, що приводиться ланцюгом), а третій - в якості веденого (замикається на корпус втулки). З'єднання елементів здійснюється за допомогою собачок або роллерного зчеплення, що зменшує гучність. Таким чином, передавальне відношення буде залежати від кількості зубів кожного компонента, а також того, який елемент закріплений. Збільшуючи кількість планетарних передач, можна збільшувати кількість швидкостей у втулки.

Вибух-схема 3-швидкісний планетарної втулки (вид ззаду): 3 - водило з сателітами, 4 - кільцева шестерня, 6 - вісь і сонячна шестерня, 7 - привід з шліцами для зірочки

Принцип роботи 3-швидкісний планетарної втулки, що включає в себе одну планетарну передачу:

• Сонячна шестерня - це вісь, вона закріплена нерухомо на рамі.
• Перша передача (відношення 0.733). Ведена зірка за допомогою приводу з'єднана собачками з кільцевої шестернею. Водило з'єднане собачками з корпусом втулки. Кільцева шестерня обертає водило через сателіти, при цьому водило (і корпус втулки) обертається повільніше, ніж кільцева шестерня (і зірка).
• Друга передача (відношення 1.0). Під дією виконавчого механізму муфта, стискаючи зворотну пружину, висуває собачки на кільцевій шестірні, і вона зачіпається з корпусом втулки. Обертання передається безпосередньо з зірки на кільцеву шестерню і далі на корпус втулки - пряма передача. Водило обертається з тією ж швидкістю, що і на першій передачі, але корпус втулки обертається швидше, тому собачки водила стрекочуть по корпусу і не впливають на роботу механізму.
• Третя передача (відношення 1.364). Виконавчий механізм штовхає муфту далі, вона входить своїми шліцами в зачеплення з водилом. Тим самим, водило з'єднується з відомою зіркою. Собачки на кільцевій шестірні і раніше зачеплені з корпусом втулки, але водило тепер обертається в протилежну сторону, прискорюючи обертання корпусу втулки в порівнянні з відомою зіркою. Собачки стрекочуть між водилом і корпусом, а також між приводом і кільцевої шестернею

Вибух-схема 8-швидкісний планетарної втулки (вид ззаду): 3 - здвоєна планетарна передача в зборі, 4 - водило в зборі, 5 - кільцева шестерня, 8 - вісь і сонячна шестерня в зборі, 9 - муфта, 10 - поворотна пружина, 11 - привід з шліцами для зірочки

При збільшенні кількості планетарних передач, що включаються в різних поєднаннях, можна збільшувати число передавальних відносин втулки (з відповідним збільшенням складності і ціни).

8-швидкісна втулка має дві планетарних передачі. Перша з них (підключається муфтою на 1-4 швидкостях) - сповільнює обертання втулки на фіксовану величину. Вона складається з 1 кільцевої шестерні, 1 сонячної шестерні і 1 набору сателітів. Друга планетарна передача прискорює рух втулки. Вона складається з 1 кільцевої шестерні, 3 сонячних шестернею (далі - СШ № 2, 3, 4) і 3 наборів сателітів. При перемиканні передач, різні сонячні шестерні підключаються собачками, розташованими на осі, і змінюють передавальне відношення другого планетарної передачі. 5-я передача втулки - пряма, обертання передається з зірочки на корпус без перетворення потоку потужності.

Використання планетарних передач (далі - пп1 і ПП2) втулки на різних швидкостях:

1. Пп1 уповільнює, ПП2 не використовується.
2. Пп1 уповільнює, ПП2 прискорює з СШ2.
3. Пп1 уповільнює, ПП2 прискорює з СШ3.
4. Пп1 уповільнює, ПП2 прискорює з СШ4.
5. пряма передача
6. Пп1 не використовується, ПП2 прискорює з СШ2.
7. Пп1 не використовується, ПП2 прискорює з СШ3.
8. Пп1 не використовується, ПП2 прискорює з СШ4.

Вибух-схема 11-швидкісний планетарної втулки (вид ззаду): 7 - водило № 3 в зборі, 8 - сонячна шестерня № 4, 10 - водило № 2 в зборі, 11 - сонячна шестерня № 2, 12 - водило № 1 в зборі , 14 - вісь і сонячна шестерня № 1 в зборі, 15 - муфта, 17 - привід з шліцами для зірочки

11-швидкісна втулка має вже 3 планетарних передачі. Вона не має прямої передачі, потік потужності перетворюється мінімум 1 раз на всіх передачах.

Красиво і правильно пристрій планетарної втулки показано на відео:

З приводу цін невелике фото планетарних втулок з цінниками :)

На сайті велофан добре розписана історія велосипедів з планетарної втулкою:

Перед як потрапити на велосипеди, планетарні втулки використовувалися на триколісних велосипедах. Патент на планетарну велосипедну втулку датується серединою 1880-х років. Перший патент на компактну планетарну втулку було надано в 1895 році американським механіком Сьюард Томасом Джонсоном з Ноблсвілла в США. У цій втулці було всього дві швидкості. Вона не була комерційно успішною.

У 1896 Вільям Рейлі з Салфорд в Англії запатентував двошвидкісну втулку. Вона почала випускатися в 1898 році під назвою «втулка». Вона стала великим досягненням в велосипедної індустрії і випускалася ще не одне десятиліття. Багатьом сподобалася практичність компактної планетарної втулки.

У 1902 році Рейлі сконструював 3-швидкісну планетарну втулку. Він припинив співпрацю з виробником «втулки» і віддав їм інтелектуальні права на планетарні втулки. Щоб обійти проблему з патентом, колега Рейлі - Джеймс Арчер придбав патент на 3-швидкісну втулку. Тим часом відомий англійський журналіст і винахідник Генрі Старма також винайшов свою 3-швидкісну втулку. У 1903 році Френк Боуден, директор велосипедної компанії Raleigh, створив Three-Speed ​​Gear Syndicate і придбав права на обидві 3-швидкісні втулки Reilly / Archer і Sturmey. Втулка Рейлі випускалася як перша 3-швидкісна втулка Sturmey Archer.

Двухскоростная планетарна втулка Fichtel Sachs Torpedo, що випускалася в 1904 - 1954 роках.

У 1902 році Майкл Педерсен, що випускав велосипеди Dursley Pedersen, запатентував 3-швидкісну втулку. Вона почала випускатися в 1903 році. Ця втулка була заснована на принципі «контрпривода» з незвичайною планетарної передачею, в якій замість зубчастого колеса використовувалася друга сонячна шестерня. У 1904 році компанія Fichtel & Sachs (Німеччина, Швайнфурт) випустила втулку під ліцензією Wanderer. Таким чином до 1909 року на Лондонському ринку було доступно 14 різних 3-швидкісних планетарних втулок.

До 1930-му році планетарні втулки використовувалися на велосипедах по всьому світу. Вони були особливо популярні в Великобританії, Нідерландах, німецькомовних країнах і Скандинавії. Починаючи з 1970-х років вони втратили популярність в англомовних країнах. Але в багатьох країнах північної Європи, де велосипеди постійно використовувалися в якості повсякденного транспорту, а не тільки для спорту і відпочинку, планетарні втулки все ще широко використовувалися. З'явилися більш дешеві і потужні (але менш надійні) класичні перемикачі швидкостей, які пропонували широкий діапазон передач.

У 1987 році Sturmey-Archer виробляли тільки 3- і 5-швидкісні втулки, Fichtel & Sachs і Shimano - тільки 2 і3-швидкісні втулки. У тому ж році була опублікована перша книга (виключаючи інструкції з технічного обслуговування), присвячена 80 років історії планетарних втулок. З тих пір спостерігається повільний але неухильне зростання інтересу до планетарних втулок, що знайшло відображення в збільшенні доступного діапазону втулок.

У 1995 році Sachs представила Elan, першу планетарну втулку з 12 швидкостями і загальним передавальним діапазоном 339%. Трьома роками пізніше Rohloff вийшла на ринок з планетарної втулкою на 14 передач Speedhub 500/14 із загальним діапазоном 526%, яке можна порівняти з 27 швидкісними класичними системами перемикання передач. Вона була досить надійна і легка. Це єдина втулка, яка може встановлюватися на гірські велосипеди нарівні з дерайлерамі. У 2007 році NuVinci запустила у виробництво безступінчату ∞-швидкісну втулку (велосипедний варіатор), призначену для щоденних поїздок на роботу, із загальним діапазоном приблизно 350%.

На 2008 рік Sturmey-Archer виробляла 3-, 5- і 8-швидкісні втулки, SRAM (спадкоємець Fichtel & Sachs) виробляла 3-, 5-, 7- і 9-швидкісні, Shimano виробляла 3, 7 і 8-швидкісні . У лютому 2010 року Shimano офіційно представила 11-швидкісну модель Shimano Alfine 700.

Хоча на більшості планетарних втулок використовується одна задня зірочка, в системах SRAM Dual Drive скомбінована планетарна втулка із заднім дерайлером. Тим самим виходить трансмісія широкого діапазону, зосереджена на задньому колесі. У 2010 році Canyon представила гібридну втулку 1442, в якій використовувалася схожа комбінація планетарної передачі і дерайлера.

У Brompton Bicycle була своя власна гібридна комбінація спеціальної втулки Sturmey-Archer широкого діапазону з двошвидкісним дерайлером - «BWR» (Brompton Wide Ratio). Система орієнтована на складні велосипеди, в яких складний передній дерайлер може забруднити складаний механізм велосипеда, велосипеди з горизонтальною посадкою і велосипеди для перевезення вантажів, в яких маленькі колеса і / або збільшена вага вимагає широкого діапазону передач з маленькими кроками). У минулому планетарні втулки також використовувалися на мотоциклах, зараз вони практично не використовуються.

Історія випуску перших моделей виробниками:

• 1902 рік, Sturmey Archer (Англія) - 3-швидкісна втулка з діапазоном 145%.
• 1907 рік, Fichtel & Sachs (Germany) - 2-швидкісна Doppel-Torpedo.
• 1995 рік, Shimano - 7-швидкісна Nexus Inter 7 з діапазоном 244%.
• 1997 рік, SRAM придбала (Fichtel &) Sachs.
• 1998 рік, Rollhoff AG (Німеччина) - 14-швидкісна Speedhub 500/14 з діапазоном 526%.
• 2009 рік, Brompton (England) - 3-швидкісна BWR з діапазоном 246%.

Переваги планетарної втулки

• Механізм перемикання передач добре захищений від зовнішніх впливів, завдяки чому трансмісія вимагає менше догляду і має більший ресурс в порівнянні зі схемою з зовнішнім перемиканням передач.
• У разі рами з горизонтальними або легкими дропаутамі (або з ексцентрикової кареткою) відсутній ризик поломки півня і / або потрапляння заднього перемикача в спиці.
• Можливість перемикання передач в нерухомому стані, що корисно для міської їзди.
• Більш проста експлуатація, особливо для недосвідчених велосипедистів: одна манетка, немає заборонених поєднань передач.
• Можливість використання з ремінним або карданним приводом.
• Можливість використання системи з однією зіркою, що дозволяє встановити щиток, що захищає ланцюг від зовнішніх впливів, а одяг - від контакту з ланцюгом.
• Можливість використання довговічних ланцюгів і зірочок від сінглспіда.

Недоліки планетарних втулок

• Висока вартість порівняно з системами зовнішнього перемикання.
• Ризик вбити втулку високим крутним моментом при агресивній експлуатації.
• Вузький діапазон передавальних відносин.
• Менший ККД приводу через велику кількість зубчастих передач.
• Велика вага, зміщення центру ваги назад, на Двухподвес - збільшення безпружинних мас.
• Складність конструкції, неможливість ремонту в польових умовах. Обслуговування планетарної втулки вимагає великих навичок, ніж традиційна трансмісія.
• Несумісність з ексцентриковим затискачем колеса. Якщо втулка недостатньо міцно прикручений до дропаутов ам, вісь може провернутися, викликавши поломку втулки і / або рами
  
• Поширені рами з вертикальними дропаутамі не реалізують переваги планетарної втулки в повній мірі.

І наостанок відюшка про втулку Шимано: