Планетарные втулки

После того, как в 1898 году французом Жозефом де Менье была изоб­ретена задняя втулка со свободным ходом, немецкая фирма Fichtel&Sachs наладила выпуск втулок со встроенным тормозным механизмом, при­водимым в действие обратным вращением педалей. Эти втулки типа «Торпедо» хорошо известны и сейчас. Затем встал вопрос о количестве передач на велосипеде, и многие конструкторы достаточно удачно экс­периментировали с задними втулками. А так как это было время «бури и натиска», то свежие идеи появлялись очень быстро и почти одновременно. Например, известный конструктор Dursley Pedersen, работавший в Ан­глии, в 1903 г. предложил два варианта удачных задних втулок с 2-мя и 3-мя передачами. Втулка имела набор шестеренок и слегка напоминала миниатюрную коробку передач с внешним дополнительным валом. Эта втулка несколько лет выпускалась серийно. В начале ХХ-го века су­ществовало множество подобных более-менее удачных конструкций. Но наиболее прогрессивный планетарный механизм использовала в своих двух — и трехскоростных втулках английская фирма Sturmey-Archer в 1902 г. Всего на пару лет отстала со своими многоскоростными «Тор­педо» фирма Fichtel&Sachs, которая позднее называлась Sachs Bicycle Component, а в 1997 года вошла в состав корпорации SRAM. Планетарные втулки быстро доказали свое преимущество, вытеснив с рынка все другие устройства внутреннего переключения передач.

Какой выбор имеется сейчас, через сто с лишним лет? Само собой, корпорация SRAM-SACHS выпускает 3-, 5- и 7-скоростные «планетарки» как с внутренним тормозом, так и без него, под ободные или роллерные тормоза. Недавно появилась планетарка SRAM i-MOTION 9, имеющая, как понятно из названия, 9 передач. Диапазон передаточных чисел у нее — 340%. Несколько лет назад корпорация освоила втулки типа Dual-Drive — 7×3, 8×3 и 9×3. Это комбинация 3-скоростной планетарной втулки и раз­мещенной на ее оси кассеты на 7/8/9 передач с классическим паралле — лограммным внешним переключателем. Такая комбинация дает 21,24 или 27 сочетаний передач. Фирма SHIMANO также имеет подобную систему, NEXAVE С530 INTEGO 3×8-speed с диапазоном передаточных чисел, как у горного велосипеда. Стандартный диапазон у горного велосипеда с системой 42-32-22 и кассетой 11-30 (8 звезд) — 520%.

Максимальное количество в 14 внутренних переключаемых передач достигнуто во втулках фирмы Rohloff, при этом общий диапазон переда­точных чисел составляет около 600%.

Широко распространены также Inter-З, Inter-7 и Inter-8, это 3-, 7- и 8-скоростные планетарные втулки фирмы SHIMANO, выпускаемые в вариантах под роллерный тормоз, под внутренний тормоз и без оного.

Преимуществом планетарных втулок являются:

• достаточно большой диапазон передаточных чисел: 307% у втулки Inter-8, 244% у Inter-7 и 184%у Inter-З. Причем есть передачи как повышенные, так и пониженные, что позволяет легко разгоняться по ровной дороге и забираться в достаточно крутые горки. Если система имеет 2 или 3 передние звездочки и передний переключатель передач, то диапазон передаточных чисел резко возрастает. Напомним, что стандартный диапазон у горного велосипеда с системой 42-22 и кассетой 11-30 (8 звезд) — 520%;

• быстрое и точное переключение передач с легкой и четкой фиксацией ручки переключателя. Возможность переключения передач, стоя на месте;

• работа цепи «напрямую», без перекосов резко, в разы увеличивает ресурс цепи, а также ведущей (передней) и ведомой звездочек. Удешевляется замена цепи и звездочек, можно использовать простую и прочную цепь для односкоростных велосипедов;

• минимум обслуживания втулки при весьма большом ресурсе ее работы. Обычно планетарные втулки работают без проблем многие годы. Они хорошо защищены от воды и грязи, хотя категорически не рекомендуется погружать их в воду, переходя реку вброд, или мыть сильной струей воды из шланга;

• простота установки, настройки и регулировки планетарной втулки;

• возможность использования большого набора передач совместно с привычным для многих велосипедистов ножным тормозом.

К недостаткам же подобных узлов можно отнести:

• сравнительно большой вес планетарной втулки, особенно со встроенным тор­мозным механизмом;

• сравнительно большие потери на качение, по сравнению с обычными втулками;

• имея высокий ресурс, планетарные втулки всеже не предназначены для работы в экстремальных условиях;

о они мало пригодны для ремонта в домашних, тем более, в полевых условиях.

Все это причины того, что планетарные втулки не используют для спорта, экстрима и тяжелых автономных походов. Их предназначение — прогулочное катание, поездки по городу, парку, проселку, не слишком сложный поход, цивилизованный туризм.

Карданный приВчх)

В начале ХХ-го века кардан достаточно уверенно конкурировал с цепью. Велосипеды с карданным валом строились в значительных коли­чествах. Только ближе к середине века цепь победила окончательно, но не бесповоротно. Особенности кардана схожи с особенностями КПП:

• практически полная защита от внешних воздействий (дождя, пыли, грязи);

• большой ресурс до ремонта (кстати, у велосипедов с одной скоростью ресурс цепи тоже был не маленький, но кардан работал дольше);

• полная защита одежды и обуви от острых зубьев звездочки, грязи и смазки;

• простота обслуживания;

• КПД кардана почти не зависит от внешних условий, кроме низкой темпера­туры — на морозе смазка может загустеть, а КПД грязной цепи, проходящей через заедающие ролики многоскоростных байков с внешним приводом, может быть существенно ниже, и лежать в пределах от 78%, если цепь и переключатели грязные, до 97%, если они блещут идеальной чистотой.

Но, с другой стороны:

• карданный привод весил больше;

• стоил несколько дороже;

• был сложен в ремонте;

• давал больше потерь мощности, не подходил для гонок;

• с ним невозможно было менять передаточное отношение (у велосипедов с одной скоростью), в отличие от цепного привода.

• снятие заднего колеса занимало больше времени, чем обычно.

В конце ХХ-го века вновь появились велосипеды с карданным приво­дом на основе современных материалов — легких алюминиевых сплавов и имеющих низкое трение пластиков и специальных покрытий. Кроме того, с установкой планетарной втулки стало возможным легко изменять пере­даточные соотношения в зависимости от рельефа местности. Появились велосипеды с карданом и планетарной втулкой, причем успехом пользу­ются комфортные двухподвесы для города, парков и велотуризма.

вариаторы

Это устройства, широко применяемые в авто — и мотостроении. До­статочно вспомнить клиноременные вариаторы на 50-кубовых скуте — рах-«табуретках». Схема простейшего фрикционного вариатора крайне проста. Меняя положения вторичного диска, мы изменяем на выходе его угловую скорость и крутящий момент. Положительными моментами та­ких агрегатов являются простота конструкции, плавное (бесступенчатое) изменение передаточных отношений, большой диапазон передач. Но в минусе будут паразитное скольжение, повышенный износ и понижен­ный КПД, за простоту приходится платить. Клиноременные вариаторы прекрасно работают, если их раскручивает мотор, на велосипедах они, к сожалению, «не пошли». Множество велосипедных вариаторов было предложено и быстро отвергнуто по причинам их сложности и нетех — нологичности конструкции, высокой цены, большого веса, чрезмерных потерь мощности и ненадежности в реальных условиях больших нагрузок, низких температур, воздействия песка, грязи, воды.

Недавно появилась вариаторная велосипедная втулка CVT, разра­ботанная фирмой NuVinci, которая, возможно, имеет некоторый шанс на успех. Она устроена по известному дифференциально-вариаторному типу, только не клиноременному, а шаровому. Втулка имеет два диска, левый ведущий и правый ведомый, а между ними расположено от 3-х до 12ти шариков, каждый из которых вращается на своей подвижной оси. Оси поворачиваются с помощью параллельных рычагов (серег), управ­ляемых подвижной муфтой. Если оси наклонены, то шарики касаются дисков на разной высоте, и на ведомом диске изменяется момент и ско­рость вращения. Если оси наклонены вправо, то уменьшается момент, но увеличивается скорость вращения выходного вала, а если влево, то все получается наоборот. Когда оси шариков параллельны оси втулки, полу­чается прямая передача, и передаточное число і равно единице (і =1).

Втулка CVT сейчас весит около 4 кг, и ее уже ставят на новый круизер фирмы Ellsworth. Вес вариаторной втулки поначалу пугает. Но можно вспомнить, что планетарки сто лет назад весили около 3,5 кг, но, постоянно совершенствуясь, стали существенно легче. Втулка выпус­кается в разных версиях: под ободные, роллерные и дисковые тормоза и под разное — 32 или 36 штук — количество спиц. В комплект узла входит «круиз-контроллер» — манетка, помогающая менять передаточные числа втулки и отображающая их на небольшом экране. Изюминкой круизера Ellsworth, кроме самого вариатора, является зубчатый ремень, переда­ющий вращение от шатунов к оси втулки.

Кстати, о ремнях.

Ш

Ременный при&ос)[2]

Ремень вместо цепи и кардана пытались применять давным-давно, еще в XIX-M веке. Но как его решительно ставили на велосипеды, так решительно и снимали, а после Первой мировой войны, можно сказать, совсем забыли. Клиноременные вариаторы мотороллеров и современные материалы опять заинтересовали конструкторов, но, кроме опытных образцов и выставочных конструктов и концептов, ничего реального не получилось. Но дело, кажется, сдвинулось с мертвой точки.

Недавно миру был явлен проект фирмы Carbon Drive Systems вместе с образцами велосипедов на базе комплектов ремней и шкивов компании Gates. Gates много лет занимается ременным приводом в разных его ипостасях. Их ремни работают в мотороллерах, снегоходах и Бог весть, где еще.

Что же дает новый привод?

Ресурс ремня, как заявляют разработчики, в разы больше ресурса стальной цепи, и он практически не требует обслуживания. Основа конструк­ции ремня — гибкие углеродные нити, вплавленные в полиуретановую основу. Зубцы его покрыты нейлоном. Особенности такого ремня — прочность, малый износ, высокая жесткость и хорошая гибкость, низкий вес и большой КПД. И само собой, ремень не требует смазки, не ржавеет, не боится грязи, воды, прямого солнечного света, служит при температурах от -50 до +85 С0.

Шкив ременной передачи

Обьгчные звезды и кассета заменяются двумя шкивами. Посадочное место ведущего шкива совместимо с шатунами (стандарта 4- и 5-лапки), а ведомого — с задней втулкой на 9 шлицов. Диаметры шкивов и количество зубьев разные, и в небольших пределах можно менять передаточные числа трансмиссии. Шкивы должны быть установ­лены в одной плоскости, а ремень натянут с определенным усилием. В номенклатуру входят шкивы для планетарных втулок Rohlof f, SRAM и вариаторной втулки NuVinci.

К недостаткам следует отнести вот что: ремень целиковый, выжимки нет и быть не может, значит, нужна рама с размыкаемыми перьями. Ремни имеют стандартные длины, укорачивать ремень нельзя. Обычные передний и задний переключатели для ремня не годятся.

И, естественно, будут временные проблемы с запасными частями.

Ремень Рис. 3.57.

Для работы с ременным приводом в настоя­щее время на передний план выходят планетар­ные втулки, такие, например, как новая SRAM i-MOTION 9 и планетарные каретки В-Вохх и HammerSchmidt.