Планетарна втулка

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 7і ступінчастими планетарними втулками, а на спрощені ситибайки (або складні) ставлять 3-ступінчасті. Написано в циклопедии. У таких втулках механізм і зірки знаходяться у мастилі під захисною оболонкою, а сама система нагадує коробку передач автомобіля. Я от 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 20го століття кількість швидкостей збільшилася до 3 (автор — компанія Sturmey-Archer). У 1930е роки ринок був сповнений планетарками, практично на кожному велосипеді стояла така втулка (особливою популярністю вони користувалися в Великобританії, Голландії, Німеччини, Скандинавії). Пізніше з'явилися перемикачі швидкостей та касети, що встановлюються на втулки. Дякуючи своїй дешевизні і невибагливістю така система незабаром витіснила планетарні втулки.

Компанія Sturmey-Archer (одні з основних виробників планетарок, розробила 3 - і 5 - швидкісні системи ще в 1987, в той час як Shimano тільки закінчили роботу над 3х швидкісними втулками. Останнім часом вони знову почали набувати популярність 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 планетарні втулки

Планетарна передача

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

Основні елементи планетарної передачі:

• Сонячна шестірня (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 шестірня (англ. ring gear) — зовнішнє зубчасте колесо, що має внутрішнє зачеплення з планетарними шестернями.

При використанні планетарної передачі в якості редуктора один з елементів фіксується нерухомо, другий — використовується як ведучий (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, зменшує шумність. 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.

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

• Сонячна шестірня — це вісь, вона закріплена нерухомо на рамі.
• Перша передача (відношення 0.733). Зірка ведена з допомогою приводу з'єднана з собачками кільцевої шестірнею. Водило з'єднане собачками з корпусом втулки. Кільцева шестерня обертає водило через сателіти, при цьому водило (і корпус втулки) обертається повільніше, ніж кільцева шестірня (зоря).
• 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 скрекочуть 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 раніше зачеплені з корпусом втулки, але водило тепер обертається в протилежну сторону, прискорюючи обертання корпусу втулки порівняно з відомою зіркою. Собачки скрекочуть між водилом і корпусом, а також між приводом і кільцевої шестернею

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

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

8-швидкісна втулка має дві планетарні передачі. Перша з них (підключається муфтою на 1-4 швидкостях) — уповільнює 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 шестерень (далі — ЗОШ № 2, 3, 4) і 3 наборів сателітів. При перемиканні передач, різні сонячні шестерні підключаються собачками, розташованими на осі, і змінюють передавальне відношення другий планетарної передачі. 5-я передача втулки — пряма, обертання передається з зірочки на корпус без перетворення потоку потужності.

Використання планетарних передач (далі — ПП1 та ПП2) втулки на різних швидкостях:

• ПП1 уповільнює, ПП2 не використовується.
• ПП1 уповільнює, ПП2 прискорює з СШ2.
• ПП1 уповільнює, ПП2 прискорює з СШ3.
• ПП1 уповільнює, ПП2 прискорює з СШ4.
• Пряма передача
• ПП1 не використовується, ПП2 прискорює з СШ2.
• ПП1 не використовується, ПП2 прискорює з СШ3.
• ПП1 не використовується, ПП2 прискорює з СШ4.

Вибух-схема 11-швидкісний планетарні втулки (вигляд ззаду): 7 — водило № 3 в зборі, 8 — сонячна шестірня № 4, 10 — водило № 2 у зборі, 11 — сонячна шестірня № 2, 12 — водило № 1 в зборі, 14 — вісь і сонячна шестірня № 1 в зборі, 15 — муфта, 17 — привід з пазами для зірочки

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

Красиво і правильно пристрій планетарні втулки показано на відео: