Ступица - Hub gear

Автомобильные трансмиссии
Руководство
Автоматический / Полуавтоматический
Sturmey-Archer S3X
Эпициклические передачи, реализованные в обычных ступицах трехскоростных передач велосипеда: солнечная шестерня (желтая) зафиксирована, звездочка приводит в движение кольцевую шестерню (красный) или планетарный редуктор (зеленый), а ступица приводится в движение коронной шестерней (красный) или планетарной передачей (зеленый), в зависимости от выбранной передачи.[1]

А ступица,[2] ступица с внутренним зацеплением,[1] ступица с внутренним зацеплением[3] или просто ступица шестерни[4] это передаточное число система изменения, обычно используемая на велосипеды что реализовано с планетарным или планетарные шестерни. Шестерни и смазочные материалы герметизированы внутри корпуса ступичной шестерни, в отличие от переключатели передач где шестерни и механизм подвергаются воздействию элементов. Изменение передаточного числа традиционно производилось рычаг переключения передач подключен к хабу с Боуденовский трос, и твист-хватка переключатели стиля стали обычным явлением.

Системы ступичных передач обычно имеют долгий срок службы и в значительной степени не требуют технического обслуживания, хотя некоторые из них не подходят для использования в условиях высоких нагрузок на соревнованиях или в холмистых условиях бездорожья. Многие пригородные или городские циклы, такие как Европейские городские велосипеды теперь обычно оснащаются 7-ступенчатыми коробками передач, а 8-ступенчатые системы становятся все более доступными. Старые или менее дорогие хозяйственные велосипеды часто используют ступицы с 3-х скоростной передачей, например, в системы проката велосипедов. Много складные велосипеды используйте 3-ступенчатые зубчатые втулки. Доступны современные разработки с до 14 передаточными числами.

История

До того, как планетарные передачи стали использоваться в велосипедных ступицах, они использовались на трехколесных велосипедах. Патенты на эпициклические ступицы датируются серединой 1880-х годов.[5][6] Первый патент на компактную планетарную ступицу был выдан в 1895 году американскому машинисту Сьюарду Томасу Джонсону из Ноблсвилля, Индиана, США.[7] Это была 2-ступенчатая коробка передач, но она не имела коммерческого успеха.

В 1896 году Уильям Рейли из Солфорда, Англия, запатентовал двухскоростную втулку, которая была запущена в производство в 1898 году как «Хаб».[8] Это был большой успех, который производился в течение десяти лет. Он быстро установил практичность компактных планетарных ступичных передач.

К 1902 году Рейли сконструировал трехступенчатую ступицу. Он расстался с производителем The Hub, но передал им интеллектуальные права на свои будущие разработки. Чтобы обойти эту проблему, патенты на трехступенчатую коробку передач Рейли были получены на имя его коллеги Джеймса Арчера.[9] Между тем известный английский журналист и изобретатель Генри Стурми также изобрел трехступенчатую втулку.[10] В 1903 г. Фрэнк Боуден, Глава Велосипедная компания Роли, сформировала The Three-Speed ​​Gear Syndicate, получив права на 3-скоростные модели Reilly / Archer и Sturmey. Хаб Рейли был запущен в производство как первый Стурми Лучник 3-х ступенчатая.[11]

В 1902 г. Микаэль Педерсен (который также произвел Велосипед Dursley Pedersen ) запатентовал трехступенчатую ступичную передачу, которая была произведена в 1903 году. Говорят, что она основана на принципе "промежуточного вала".[12] но, возможно, это была необычная планетарная передача, в которой вместо зубчатого венца использовалось второе солнце.[13] В 1904 г. Fichtel & Sachs компания (Германия, Schweinfurt ) изготовил ступицу по лицензии Странник, а к 1909 году на британском рынке было 14 различных трехступенчатых ступичных передач.[14]

К 1930-м годам ступичные передачи использовались на велосипедах по всему миру. Они были особенно популярны в Великобритании, Нидерландах, немецкоязычных странах и Скандинавии. С 1970-х годов они стали намного реже в англоязычных странах, но во многих частях северной Европы, где велосипеды регулярно используются в качестве повседневного транспорта, а не просто для спорта или отдыха, ступичные передачи все еще широко используются. Более дешевый и прочный (но менее надежный) системы переключения, которые предлагают более широкий диапазон передач, теперь начали появляться.

К 1987 году Sturmey-Archer производила только 3- и 5-скоростные втулки, а Fichtel & Sachs и Shimano - только 2- и 3-скоростные втулки. В том же году была опубликована первая за 80 лет книга (помимо руководств по эксплуатации), посвященная исключительно планетарным велосипедным передачам.[15] С тех пор наблюдается медленный, но неуклонный рост интереса к ступичным зубчатым колесам, что отражается в более широком ассортименте доступных сейчас продуктов.

ранний узел NuVinci
Внутреннее устройство NuVinci

В 1995 году Sachs представил Элан, первая ступичная шестерня с 12 скоростями и общим диапазоном 339%. Три года спустя, Рохлофф вышел с Speedhub 500/14, ступица шестерни с 14 скоростями и диапазоном 526%, что сопоставимо с системой переключения передач с 27 скоростями, а также достаточно прочное и легкое для катание на горных велосипедах. В 2007, NuVinci начал производство бесступенчатая трансмиссия ("бесступенчатый") ∞ -скоростные узлы для пригородных велосипедов, с увеличением диапазона около 380%[16] (2016).

По состоянию на 2008 год Sturmey-Archer производит 3-, 5- и 8-скоростные втулки, SRAM (преемник Fichtel & Sachs) - 3-, 5-, 7- и 9-скоростные, а Shimano - 3-, 7- и 8-ступенчатые. -скорости. В феврале 2010 года Shimano объявила о выпуске Shimano Alfine 700, 11-ступенчатая модель.[17]

Хотя в большинстве систем ступичных передач используется один задний звездочка, SRAM с Двойной привод система сочетает в себе эпициклический ступица с многоскоростной системой заднего переключателя, обеспечивающей широкий диапазон трансмиссии, сосредоточенной на заднем колесе. В 2010, Каньон представил 1442, гибридная втулка, в которой используется аналогичная комбинация эпициклической схемы и переключателя.

Brompton Велосипед имеют свою собственную конструкцию, с двухскоростным переключателем, соединенным со специальной трехступенчатой ​​втулкой Sturmey-Archer с широким передаточным числом, «BWR» (Brompton Wide Ratio). Система полезна для складывания велосипедов (где несколько передних цепей могут повредить механизм складывания велосипеда), в лежачие велосипеды, и грузовые велосипеды (где маленькие колеса и / или увеличенный вес требуют более широкого диапазона передач с меньшими шагами). Ступичные шестерни в прошлом также использовались на мотоциклы, хотя сейчас это редкость.

Принцип действия

В простейших трехскоростных ступицах используется планетарная планетарная передача. Солнечная шестерня (обозначена желтым цветом выше) жестко прикреплена к оси и, таким образом, зафиксирована относительно рамы велосипеда.

  • На низкой передаче звездочка приводит в движение кольцевое пространство (выделено красным наверху), а водило планетарной передачи (выделено зеленым цветом наверху) приводит в движение ступицу, обеспечивая снижение передачи.
  • На средней передаче звездочка напрямую приводит в движение ступицу.
  • На высокой передаче звездочка приводит в движение водило планетарной передачи, а кольцевое пространство приводит в движение ступицу, что приводит к увеличению передачи.

Ось ступицы ступичной передачи (в отличие от системы переключения передач) будет воспринимать крутящий момент на всех передачах, кроме прямого привода, и поэтому должна быть надежно зафиксирована от вращения. В то время как стопорные шайбы между дропаутом и гайкой оси часто оказывались адекватными, в более широких современных системах используется реактивный рычаг, прикрепленный к стойке цепи. Задние колеса с барабанными тормозами (функция некоторых пригородных велосипедов) в любом случае требуют реактивного рычага.

Большинство ступичных шестерен управляются аналогичным образом, с одним поворотом, спусковым крючком или переключателем большого пальца. Исключением является более старый стиль 5-ступенчатой ​​системы Sturmey-Archer, в которой использовался второй трос переключения передач для переключения между солнечными шестернями ближнего и широкого диапазона, что фактически давало две трехскоростные втулки в одном устройстве. Средняя передача в обоих диапазонах была прямым приводом, поэтому было пять отдельных передач. Им можно было управлять либо с помощью специального переключателя с 5 скоростями, который управлял обоими тросиками, либо с помощью обычного переключателя с 3 скоростями и переключателя с трением.

Преимущества

  • Ступичные шестерни герметизированы внутри ступицы, что защищает их от воды, песка и ударов. Таким образом, ступичные зубчатые колеса обычно требуют меньшего обслуживания и могут быть более надежными с течением времени, чем сопоставимые системы с внешним переключателем, для которых может потребоваться больше регулировок и замены деталей (передние звезды, задние звездочки, узкая цепь переключателя).
  • Ступичные шестерни полностью исключают опасность столкновения со спицами и поломки колес, которые могут возникнуть в системах переключения.
  • Ступичные шестерни могут изменять передаточное число, когда заднее колесо не вращается. Это может быть полезно для пригородный велосипед с частыми остановками и на катание на горных велосипедах на пересеченной местности.
  • Ступичные передачи могут быть проще в использовании для неопытных гонщиков, потому что, как правило, используется только один переключатель передач и отсутствуют перекрывающиеся передаточные числа. Напротив, современные системы переключателей часто имеют два переключателя и требуют некоторой предусмотрительности, чтобы избежать проблемных комбинаций передач.
  • Ступичные шестерни могут быть изготовлены с каботажный тормоз (хотя не все ступичные зубчатые колеса доступны с тормозами каботажного судна). Это невозможно с системами переключения скоростей, потому что цепь не может передавать тягу назад.
  • Ступичные шестерни обеспечивают возможность переключения передаточных чисел трансмиссии, несовместимой с внешними переключателями, такими как ременные передачи и вал приводы.
  • Сингл цепочка позволяет использовать полную цепь защита цепи, поэтому цепь может быть защищена от воды и песка, а одежда может быть защищена от контакта с смазанной цепью.
  • Одиночная цепная линия не требует, чтобы цепь изгибалась или перекручивалась. В результате цепь может быть сконструирована иначе, с параллельными штырями вместо бочкообразных.[18] Линейный контакт между опорными поверхностями вместо точечного контакта цепи переключателя значительно увеличивает срок службы всех компонентов.[нужна цитата ]
  • На велосипедах с фиксированными стропами цепи натяжитель цепи не требуется, что исключает часть, которая в противном случае могла бы быть повреждена на пересеченной местности - преимущество для велосипедистов по бездорожью. Если требуется натяжитель, обычно достаточно короткой клетки, чтобы компенсировать провисание цепи.
  • Единая внешняя звездочка означает, что колесо может иметь ступицу с большим расстоянием между фланцами и быть построено без блюдо, что делает его более прочным в поперечном направлении, чем аналогичное колесо с более узким расстоянием между фланцами и большей тарелкой для установки нескольких звездочек.[19] Корпус ступицы зубчатых колес также часто имеет больший диаметр, чем диаметр ступиц переключателей, что означает, что спицы на таких колесах могут быть короче.[19]

Недостатки

  • Во время вращения педалей выбрать другую передачу может быть трудно или невозможно, потому что в этом случае требуется сброс давления.[нужна цитата ]
  • Заднее колесо не может быть полностью отделено от велосипеда с шестернями ступицы без отключения троса переключения передач (и любого зажима каботажного тормоза), что усложняет процесс замены внутренней трубы (конечно, внутреннюю трубу можно залатать, не снимая ее. колесо).
  • Шестерня ступицы является неотъемлемой частью колеса, и заменить колесо без замены ступицы невозможно.
  • Ступичные шестерни сложнее и обычно их сложнее ремонтировать, что практически невозможно на обочине дороги.[4]
  • Ступичные шестерни обычно дороже, чем системы переключения (примечание: это зависит от того, с чем вы их сравниваете).
  • На уровнях мощности пригородных / развлекательных поездов нынешние ступичные передачи обычно примерно на 10% менее эффективны, чем шестерни переключателей, обслуживаемых в разумных пределах.[20][21] (примечание: в некоторых маркетинговых пропагандистских материалах "тестов", проведенных производителями, это число составляет 2%, но это не только неверно, но и невозможно. В нескольких тестах сравнивали новую ступицу с внутренним зацеплением со старой и плохо обслуживаемой системой переключения передач, или не подвергал ось нагрузке и не нагружал систему. Реальные числа разные - КПД / потери ближе к показателям всех планетарных трансмиссий.)
  • Ступичные шестерни имеют тенденцию быть тяжелее, чем системы переключателей с аналогичными характеристиками, а дополнительный вес сосредоточен на заднем колесе. По этой причине они не являются основным выбором для задняя подвеска велосипеды спортивного назначения в качестве дополнительных неподрессоренная масса может отрицательно повлиять на тягу и торможение.
  • Ступичные шестерни обычно несовместимы с быстрый выпуск механизмы / шампурные оси.[1]
  • Иногда можно не выбрать передачу при переключении передач с плохо отрегулированным тросом переключения передач, что приводит к полной потере привода.[нужна цитата ]

Ступичные шестерни в повседневном использовании

Традиционные ступичные шестерни индексируются на переключателе, что делает работу зависимой от правильного натяжения троса (и его смазки). На практике скачки передач и последующие внутренние повреждения необычны, за исключением агрегатов с большим пробегом. Современные ступичные редукторы имеют индексацию внутри блока, поэтому на них не влияют неисправности переключения, вызванные таким образом.

Наиболее Sturmey-Archer и Fichtel & Sachs Системы «Торпеда» по умолчанию включают высшую передачу при провисании троса, что может сделать велосипед пригодным для дальних поездок по равнинной местности, даже если в механизме переключения передач возникнет неисправность. Это скорее похоже на систему переключения передач, которую можно вручную установить на высокую передачу в случае подобной неисправности. Однако самые ранние втулки Sturmey-Archer по умолчанию использовали низкую передачу. Некоторые современные ступичные зубчатые передачи, например, 7-ступенчатая Shimano, также по умолчанию работают на нижней передаче и, таким образом, больше зависят от натяжения троса.

Гибридная передача с переключателями

Некоторые системы сочетают ступицы с внутренним редуктором и внешними переключателями. Втулка свободного хода со звездочкой, подходящей для узкой цепи, может быть объединена с двойной или тройной шатуной и передним переключателем, чтобы обеспечить более широкий диапазон и более близкое передаточное отношение. Натяжитель цепи или задний переключатель необходим, чтобы компенсировать провисание цепи, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы не перетянуть ступицу из-за слишком малого передаточного отношения между звездочкой и звездочкой.

В качестве альтернативы некоторые ступицы могут принимать две выпуклые ведущие звездочки,[22] между которыми водитель может переключаться с помощью заднего переключателя. Тщательный выбор звездочки может позволить доступным передаточным числам при использовании одной звездочки оказаться на полпути между доступными при использовании второй звездочки, обеспечивая полушаговая передача, как на Brompton 6-ступенчатый складной велосипед. Эта концепция используется и расширяется в системе SRAM Dual Drive, где обычная многоскоростная кассета устанавливается на 3-скоростной втулку. Аналогичную версию неизменно популярного хаба AW производит Sturmey Archer. Эта система может быть полезна на велосипедах, которые не поддерживают передний переключатель. Немецкая компания Каньон представил 1442 в 2010 году - гибридная втулка, в которой используется аналогичная комбинация эпициклических переключателей и переключателей.

Когда и передний, и задний переключатели используются со ступицей с зубчатой ​​передачей, в результате получается очень широкий диапазон трансмиссии за счет увеличения веса и сложности.

В частности, системы двойного привода 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 минимальный импульс, встать на педали и использовать верхнюю часть тела для балансировки велосипеда; это невозможно на двухколесном лежачем велосипеде. Здесь установка двойного привода позволяет переключать передачи в состоянии покоя или на низких скоростях, что невозможно только с переключателями передач.

Улучшенные ступичные шестерни

Усовершенствованные ступичные шестерни предлагают большее количество передач за счет использования нескольких планетарных шестерен, приводимых друг в друга. Их передаточные числа выбраны для обеспечения более равномерно расположенных шестерен и большего общего диапазона передач. Принцип работы таких агрегатов такой же, как и у менее совершенных систем, с триггером или поворотным переключателем с последовательным переключением.

  • 12-ступенчатая Сакс Элан была первой ступичной шестерней на рынке с 10 или более скоростями (1995–1999). Она считалась тяжелой и страдала от проблем с качеством, и через несколько лет ее сняли с производства.
  • 14-ступенчатая Rohloff Speedhub ступичная шестерня, представленная в 1998 году, имеет диапазон, превышающий 5: 1, и, таким образом, сравним по диапазону с системами переключения передач с 24, 27 и 30 скоростями (с зубцами 3x8, 3x9 и 3x10 спереди и сзади), поскольку последние имеют три перекрытия диапазоны часто имеют только около 14 различных передач. Поскольку нет перекрытия со Speedhub, ступица имеет только два направления переключения (вверх и вниз), по сравнению с передним и задним переключателями, где для переключения всех передач необходимы два оператора переключения с двумя направлениями переключения.
  • 11-ступенчатая Shimano Alfine 700 ступичная шестерня, представленная в 2010 году, имеет диапазон передач от 4 до 1, что сравнимо с 20-скоростными трансмиссиями с переключателем скоростей, и внутренние детали, работающие в масляной ванне, для большей механической эффективности.

Галерея

  • Механизм ступицы велосипеда Sturmey-Archer AM со снятым зубчатым венцом, чтобы показать составные (ступенчатые) планетарные шестерни.

  • Этот ремень безопасности на Трек Soho также оснащен звездочкой.[23]

  • Традиционный трехступенчатый рычаг переключения передач, это рычаг переключения передач Sturmey Archer, изготовленный между 1967 и 1975 годами, в нем отсутствует прозрачная пластиковая аппликация, на которой отображается выбранная передача и бренд производителя.

  • В современном семиступенчатом индексированном переключателе SRAM Spectro S7 используется то же трос Боудена как более старый рычаг.

  • Комбинация SRAM Dual Drive переключатели передач и ступичная шестерня

  • Схема 14-ступенчатой ​​ступицы в разрезе

  • Рохлофф 14-ступенчатая задняя ступица с внутренним редуктором

  • Схема ступицы двухскоростной передачи.

  • Fichtel & Sachs автоматически переключает ступицу двухскоростной передачи.

  • Схема в разрезе ступицы двухскоростного катка Eadie.

  • Разобрали шестерню трикоастера / ступицу тормоза. Солнечная шестерня прикреплена к середине оси, которая лежит поперек верхнего центра, четыре планетарных шестерни расположены в квадрате справа от центра, а коронная шестерня находится справа вверху от них.

  • Трехскоростная втулка Sturmey Archer в разобранном виде.

  • Трехскоростная втулка Shimano.

  • 14-ступенчатые планетарные редукторы Rohloff.

Производители

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Шелдон Браун. "Втулки внутреннего зубчатого колеса". В архиве из оригинала от 20.11.2011. Получено 2011-11-20.
  2. ^ Оксфордский словарь английского языка (2-е изд.). 1989 г. переключатель, сущ. 1950 Chambers's Encycl. II. 307/2 Самой популярной переменной передачей в Великобритании является трех- и четырехступенчатая ступичная передача ... 1959 Елизаветинский период, 35/1 Мой легкий велосипед с 4-ступенчатой ​​ступичной передачей ...
  3. ^ https://www.montaguebikes.com/folding-bikes-blog/2011/05/why-use-an-internal-gear-hub/
  4. ^ а б «Обзор Internal Gear Hub». Hubstripping.wordpress.com. В архиве из оригинала от 11.11.2011. Получено 2011-11-21. Теперь вы сможете выбрать ту группу ступиц, которая лучше всего подходит для вашей личной велосипедной дорожки!
  5. ^ Берто, Франк Дж .; Тони Хэдланд; Рон Шеперд; и другие. (2008) [2000]. Танцевальная цепь: история и развитие велосипеда с переключателем скоростей (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния, США: Cycle Publishing / Van der Plas Publications. п. 34. ISBN  978-1-892495-59-4. Архивировано из оригинал 6 июня 2017 г.. Получено 30 мая, 2017.
  6. ^ Берто, Франк Дж .; и другие. (2016) [2000]. Танцующая цепь: история и развитие велосипеда с переключателем скоростей (5-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния, США: Cycle Publishing / Van der Plas Publications. ISBN  978-1-892495-77-8. Архивировано из оригинал 8 июля 2005 г.. Получено 30 мая, 2017.
  7. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 18-19.
  8. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 19-22.
  9. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 26-29.
  10. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 31-34.
  11. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 35-38.
  12. ^ Эванс, Дэвид Э. Гениальный мистер Педерсен, Алан Саттон, Страуд, 1992, стр.49.
  13. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр.65.
  14. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 67-68.
  15. ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера, Pinkerton Press, Бирмингем, 1987.
  16. ^ "Nfinity N330 / N380 / N380SE - Продукты - nuvincicyling.com". www.nuvincicycling.com. В архиве из оригинала 18 октября 2017 г.. Получено 26 апреля 2018.
  17. ^ dave_atkinson (5 февраля 2010 г.). "Shimano анонсирует Alfine 11 speed". road.cc. В архиве из оригинала от 6 июля 2011 г.. Получено 14 декабря 2010.
  18. ^ «Ступичные шестерни - цепи». Hubgear.net. В архиве из оригинала 2011-07-23. Получено 2010-12-14.
  19. ^ а б Йобст Брандт (1993). Велосипедное колесо (3-е изд.). Avocet. С. 59–64. Расстояние между фланцами придает колесу поперечную прочность. Колеса с узким расстоянием между фланцами и большим количеством шестерен менее подходят для неровных дорог, чем колеса с более широким интервалом и меньшим количеством шестерен. Ступицы с большим фланцем не имеют функциональных преимуществ и имеют недостаток в виде увеличения веса. Тандемный велосипед с агрессивной ездой - исключение.
  20. ^ «Механический КПД велосипедных переключателей и ступичных передач» (PDF). 2001. В архиве (PDF) из оригинала 2011-07-25. Получено 2011-07-22.
  21. ^ «Измерение эффективности велосипедных трансмиссий» (PDF). 2004. Архивировано с оригинал (PDF) на 2012-11-14. Получено 2011-07-22.
  22. ^ Грэм Моулт (2007). «Звездочки ступичных шестерен». hubgear.net. В архиве из оригинала 2011-07-23. Получено 2011-09-30. На вашу цепную цепь может влиять то, является ли звездочка плоской или выпуклой: меньшие звездочки обычно плоские, большие имеют склонность к выпуклости, а средние доступны в обеих формах.
  23. ^ "Пример использования велосипеда Trek". Корпорация Гейтс. В архиве из оригинала 2013-10-03. Получено 2014-02-27. Trek обнаружил, что точки контакта между ремнем и звездочкой изношены.

внешняя ссылка