Втулочная шестерня , [1] ступица с внутренней шестерней , [2] ступица с внутренней шестерней [3] или просто ступица шестерни [4] — это система изменения передаточного числа , обычно используемая на велосипедах и реализованная с помощью планетарных или эпициклических шестерен . Шестерни и смазочные материалы герметично закрыты внутри корпуса ступицы, в отличие от шестерен переключателя , где шестерни и механизм подвергаются воздействию непогоды. Изменение передаточного числа традиционно осуществлялось с помощью рычага переключения передач , соединенного со ступицей тросом Боудена , и переключатели с поворотной рукояткой стали обычным явлением.
Системы ступичных передач обычно имеют длительный срок службы и практически не требуют технического обслуживания, хотя некоторые из них не подходят для использования в условиях высоких нагрузок на соревнованиях или в условиях холмистой местности и бездорожья. Многие пригородные или городские велосипеды, такие как европейские городские велосипеды, теперь обычно оснащены 7-скоростными ступицами, а 8-скоростные системы становятся все более доступными. В старых или менее дорогих универсальных велосипедах часто используются трехскоростные ступицы, например, в системах совместного использования велосипедов . Во многих складных велосипедах используются трехскоростные втулки. Доступны современные разработки с числом передаточных чисел до 18.
До того, как эпициклические шестерни стали использовать в велосипедных ступицах, они использовались на трехколесных велосипедах. Патенты на эпициклические ступицы датируются серединой 1880-х годов. [5] [6] Первый патент на компактную планетарную ступичную передачу был выдан в 1895 году американскому машинисту Сьюарду Томасу Джонсону из Ноблсвилля, Индиана, США. [7] Это была двухскоростная передача, но она не имела коммерческого успеха.
В 1896 году Уильям Рейли из Солфорда, Англия, запатентовал двухскоростную ступицу, которая была запущена в производство в 1898 году как «Ступица». [8] Он имел большой успех и оставался в производстве в течение десяти лет. Это быстро утвердило практичность компактных эпициклических ступичных передач.
К 1902 году Рейли разработал трехскоростную ступицу. Он расстался с производителем The Hub, но передал им интеллектуальные права на свои будущие разработки оборудования. Чтобы обойти эту проблему, патенты на трехступенчатую коробку передач Рейли были получены на имя его коллеги Джеймса Арчера. [9] Тем временем известный английский журналист и изобретатель Генри Стерми также изобрел трехскоростную втулку. [10] В 1903 году Фрэнк Боуден , глава Raleigh Bicycle Company , сформировал Синдикат трехскоростных передач, получив права на трехскоростные модели Reilly/Archer и Sturmey. Ступица Рейли пошла в производство как первая трехскоростная модель Sturmey Archer . [11]
В 1902 году Микаэль Педерсен (который также производил велосипед Дурсли Педерсена ) запатентовал трехскоростную ступичную передачу, и она была произведена в 1903 году. Считалось, что она основана на принципе «промежуточного вала» [12] , но, возможно, это была необычная планетарная передача. шестерня, в которой вместо кольцевой шестерни использовалось второе солнце. [13] В 1904 году компания Fichtel & Sachs (Германия, Швайнфурт ) производила ступицу по лицензии Wanderer , а к 1909 году на британском рынке было 14 различных 3-скоростных ступичных передач. [14]
К 1930-м годам ступичные шестерни использовались на велосипедах по всему миру. Особой популярностью они пользовались в Великобритании, Нидерландах, немецкоязычных странах и Скандинавии. С 1970-х годов они стали гораздо менее распространены в англоязычных странах, но во многих частях Северной Европы, где велосипеды регулярно используются в качестве ежедневного транспорта, а не просто для спорта или отдыха, ступичные шестерни по-прежнему широко используются. Сейчас начали появляться более дешевые и мощные (но менее надежные) системы переключения передач , которые предлагают более широкий диапазон передач.
К 1987 году Sturmey-Archer производила только 3- и 5-скоростные ступицы, а Fichtel & Sachs и Shimano производили только 2- и 3-скоростные ступицы. В том же году была опубликована первая за почти 80 лет книга (не считая руководств по эксплуатации), посвященная исключительно эпициклическим велосипедным передачам. [15] С тех пор наблюдается медленный, но устойчивый рост интереса к ступичным шестерням, что отражается в более широком ассортименте продукции, доступной в настоящее время.
В 1995 году Sachs представила Elan , первую ступицу с 12 скоростями и общим диапазоном 339%. Три года спустя Rohloff выпустила Speedhub 500/14 , ступицу с 14 скоростями и диапазоном 526%, сравнимую с 27-скоростной системой переключения передач, а также достаточно прочную и легкую для катания на горных велосипедах . В 2007 году NuVinci начала производство бесступенчатых трансмиссий («бесступенчатых») ∞ -скоростных ступиц для пригородных велосипедов с диапазоном увеличения примерно на 380% [16] (2016 г.).
По состоянию на 2008 год Sturmey-Archer производит 3-, 5- и 8-скоростные втулки, SRAM (преемник Fichtel & Sachs) производит 3-, 5-, 7- и 9-скоростные, а Shimano производит 3-, 7- и 8-скоростные. -скорости. В феврале 2010 года Shimano объявила о выпуске Shimano Alfine 700 , 11-скоростной модели. [17]
Хотя в большинстве систем ступичных передач используется одна задняя звездочка , система Dual Drive от SRAM сочетает в себе эпициклическую ступицу с многоскоростной системой заднего переключателя, обеспечивая широкий диапазон трансмиссии, сосредоточенной на заднем колесе. В 2010 году Canyon представила концепцию 1.44 2 -гибридной втулки, в которой используется аналогичная комбинация эпицикла и переключателя передач. [18]
Велосипеды Brompton имеют собственную конструкцию: двухскоростной переключатель скоростей соединен со специальной трехскоростной ступицей Sturmey-Archer с широким передаточным числом, «BWR» (Brompton Wide Ratio). Система полезна для складных велосипедов (где несколько передних цепей могут засорить механизм складывания велосипеда), лежачих велосипедов и грузовых велосипедов (где маленькие колеса и/или увеличенный вес требуют более широкого диапазона передач с меньшими шагами). Ступичные шестерни в прошлом также использовались на мотоциклах , хотя сейчас это редкость.
В простейших трехскоростных ступицах используется одна планетарная эпициклическая передача. Солнечная шестерня (желтого цвета) прочно прикреплена к оси и, таким образом, зафиксирована относительно рамы велосипеда.
Ось втулки ступичного механизма (в отличие от системы переключения передач) будет передавать крутящий момент на всех передачах, кроме прямой передачи, и поэтому должна быть надежно закреплена от вращения. Хотя противовращательные шайбы между дропаутом и осевой гайкой часто оказываются адекватными, в современных системах более широкого диапазона используется реактивный рычаг, прикрепленный к цепному перу. Задние колеса с барабанными тормозами (особенность некоторых пригородных велосипедов) в любом случае требуют опорного рычага.
Большинство ступичных шестерен управляются аналогичным образом: одним поворотом, спусковым крючком или переключателем большого пальца. Исключением является старая модель 5-ступенчатой коробки передач Sturmey-Archer, в которой для переключения между солнечными шестернями ближнего и широкого диапазона использовался трос второго переключения, что фактически давало две трехскоростные ступицы в одном блоке. Средняя передача в обоих диапазонах была прямой, поэтому было пять различных передач. Ими можно было управлять либо с помощью специального 5-скоростного переключателя, который приводил в действие оба троса, либо с помощью обычного 3-скоростного переключателя и фрикционного переключателя.
Традиционные ступичные шестерни имеют индексацию на переключателе, что делает работу зависящей от правильного натяжения троса (и его смазки). На практике перескакивание передач и последующее внутреннее повреждение встречаются редко, за исключением агрегатов с большим пробегом. Современные ступичные редукторы имеют индексацию внутри узла и поэтому не подвержены возникающим таким образом неисправностям переключения.
Большинство систем Sturmey-Archer и Fichtel & Sachs «Торпедо» по умолчанию включают высшую передачу при провисании троса, что может сделать велосипед пригодным для путешествий на большие расстояния по равнинной местности, даже если в механизме переключения возникла неисправность. Это похоже на систему переключения передач, которую в случае аналогичной неисправности можно вручную переключить на высшую передачу. Однако самые ранние ступицы Sturmey-Archer по умолчанию переключались на пониженную передачу. Некоторые современные системы ступичных передач, например, 7-ступенчатая Shimano, также по умолчанию используют нижнюю передачу и, таким образом, в большей степени зависят от натяжения троса.
Некоторые системы сочетают в себе ступицы с внутренним редуктором и внешние переключатели. Ступицу свободного хода со звездочкой, подходящей для узкой цепи, можно комбинировать с двойным или тройным шатуном и передним переключателем, чтобы обеспечить более широкий диапазон и меньшее расстояние между передаточными числами. Для устранения провисания цепи необходим натяжитель цепи или задний переключатель, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы не перетянуть ступицу из-за слишком малого соотношения передняя звезда/звездочка.
Альтернативно, некоторые втулки могут быть оснащены двумя выпуклыми ведущими звездочками, [23] между которыми водитель может переключаться с помощью заднего переключателя. Тщательный выбор звездочки может позволить имеющимся передаточным числам при использовании одной звездочки оказаться посередине между теми, которые доступны при использовании второй звездочки, обеспечивая полушаговую передачу , как на 6-скоростном складном велосипеде Brompton . Эта концепция используется и расширяется в системе SRAM Dual Drive, где обычная многоскоростная кассета устанавливается на трехскоростную втулку. Аналогичную версию неизменно популярной втулки AW производит компания Sturmey Archer. Эта система может быть полезна на велосипедах, на которых не предусмотрен передний переключатель. Немецкая компания Canyon представила в 2010 году гибридную втулку 144 2 , в которой используется аналогичная комбинация эпицикла и переключателя передач.
Когда и передний, и задний переключатели используются со ступицей с редуктором, в результате получается очень широкий диапазон трансмиссии за счет увеличения веса и сложности.
Системы двойного привода особенно используются на лежачих велосипедах, где трогаться с места или после резкого торможения очень сложно, если включена высокая передача. На вертикальном велосипеде, если включена высокая передача, гонщик может использовать одну ногу, чтобы набрать минимальную инерцию, стоять на педалях и использовать верхнюю часть тела для балансировки велосипеда; это невозможно на двухколесном лежачем велосипеде. Здесь установка двойного привода позволяет переключать передачи при стоянке или на низких скоростях, что невозможно только с помощью переключателя передач.
Усовершенствованные ступичные шестерни предлагают большее количество передач за счет использования нескольких эпициклических шестерен, приводимых друг в друга. Их передаточные числа выбраны таким образом, чтобы обеспечить более равномерное расположение передач и больший общий диапазон передач. Принцип работы таких агрегатов такой же, как и у менее совершенных систем, с курковым или поворотным рычагом переключения передач с последовательным переключением.
Переключатель, н. Энциклика Чемберса 1950 года. II. 307/2 Самая популярная вариаторная передача в Великобритании — это 3- и 4-скоростная ступичная передача... Елизаветинская эпоха 1959 г., 35 апреля 1959 г. Мой легкий велосипед с 4-скоростной ступичной передачей...
Теперь вы сможете выбрать группу ступиц передач, которая лучше всего соответствует вашим личным целям езды на велосипеде!
Расстояние между фланцами придает колесу поперечную прочность.
Колеса с узким расстоянием между фланцами и множеством передач менее подходят для неровных дорог, чем колеса с более широким расстоянием между фланцами и меньшим количеством передач.
Ступицы с большими фланцами не дают функциональных преимуществ, но имеют дополнительный вес.
Исключением являются велосипеды-тандемы с агрессивной ездой.
На линию цепи может влиять то, является ли звездочка плоской или вогнутой: меньшие звездочки обычно плоские, большие имеют тенденцию быть вогнутыми, а средние звездочки доступны в обеих формах.
Трек обнаружил, что точки контакта между ремнем и звездочкой изношены.
