Ступичная передача
| Автомобильные трансмиссии |
|---|
| Руководство |
| Автоматический / Полуавтоматический |
шестерня Ступичная , [1] ступица с внутренней шестерней , [2] ступица с внутренним зацеплением [3] или просто ступица шестерни [4] представляет собой систему изменения передаточного числа , обычно используемую на велосипедах и реализованную с помощью планетарных или эпициклических передач . 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 оснащаются 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.
История
[ редактировать ]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 ступицу был выдан в 1895 году американскому машинисту Сьюарду Томасу Джонсону из Ноблсвилля, Индиана, США. [7] Это была двухскоростная машина, 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 как на трехскоростные модели Reilly/Archer, так и на Sturmey. Ступица Рейли пошла в производство как первая Sturmey Archer . трехскоростная модель [11]
В 1902 году Микаэль Педерсен (который также производил велосипед Дурсли Педерсена ) запатентовал трехскоростную ступичную передачу, и она была произведена в 1903 году. Говорят, что она была основана на принципе «промежуточного вала». [12] но, возможно, это была необычная планетарная передача, в которой вместо кольцевой шестерни использовалось второе солнце. [13] В 1904 году компания Fichtel & Sachs (Германия, Швайнфурт производила ступичную передачу ) 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. более дешевые и мощные (но менее надежные) системы переключения передач Сейчас начали появляться , которые предлагают более широкий диапазон передач.
К 1987 году Sturmey-Archer производила только 3- и 5-скоростные втулки, 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 планетарным велосипедным передачам. [15] С тех пор наблюдается медленный, но неуклонный рост интереса к ступичным шестерням, что отражается в более широком ассортименте доступной сейчас продукции.
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 увеличением диапазона примерно на 380%. [16] (2016).
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 , SRAM от Dual Drive система сочетает в себе эпициклическую ступицу с многоскоростной системой заднего переключателя, обеспечивая широкий диапазон трансмиссии, сосредоточенной на заднем колесе. В 2010 году Canyon представила модель 1.44. 2 -concept, гибридная втулка, в которой используется аналогичная комбинация эпицикла и переключателя. [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 меньшим шагом). Ступичные шестерни в прошлом также использовались на мотоциклах , хотя сейчас это редкость.
Принцип работы
[ редактировать ]
В простейших трехскоростных ступицах используется одна планетарная эпициклическая передача. Солнечная шестерня (желтого цвета) прочно прикреплена к оси и, таким образом, зафиксирована относительно рамы велосипеда.
- На низкой передаче звездочка приводит в движение кольцевое пространство (красное), а водило сателлитов (зеленое) приводит в движение ступицу, обеспечивая понижение передачи.
- На средней передаче звездочка напрямую приводит в движение ступицу.
- На высокой передаче звездочка приводит в движение водило сателлитов (зеленое), а кольцевое пространство (красное) приводит в движение ступицу, что приводит к увеличению передачи.
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 перу цепи. 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 более 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 3-скоростные 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.
Преимущества
[ редактировать ]- Шестерни ступицы герметично закрыты внутри ступицы, что защищает их от воды, песка и ударов. Таким образом, ступичные шестерни обычно требуют меньшего обслуживания и со временем могут быть более надежными, чем сопоставимые системы внешних переключателей передач, которые могут потребовать большего количества регулировок и замены деталей (передние звезды, задние звездочки, узкая цепь переключателя).
- Ступичные шестерни полностью исключают опасность столкновения со спицами и разрушения колес, которым могут подвергнуться системы переключения передач.
- Ступичные шестерни могут изменять передаточные числа, когда заднее колесо не вращается. Это может быть полезно при пригородных поездках на велосипеде с частыми остановками и при езде на горных велосипедах по пересеченной местности.
- Неопытным гонщикам может быть проще использовать ступичные шестерни, поскольку обычно работает только один переключатель и нет перекрывающихся передаточных чисел. Напротив, современные системы переключения передач часто имеют два переключателя и требуют некоторой предусмотрительности, чтобы избежать проблемных комбинаций передач.
- Ступичные шестерни могут быть изготовлены с ножным тормозом (хотя не все ступичные шестерни доступны с ножным тормозом). Это невозможно с системами переключения передач, поскольку цепь не может передавать тягу назад.
- Ступичные шестерни обеспечивают возможность переключения передаточных чисел в трансмиссиях, несовместимых с внешними переключателями, такими как ременные передачи и валовые передачи .
- Одинарная линия цепи позволяет полностью защитить цепь , поэтому цепь может быть защищена от воды и песка, а одежда может быть защищена от контакта со смазанной цепью.
- Одиночная линия цепи не требует изгиба или перекручивания цепи. В результате цепь может быть построена по-другому: с параллельными штифтами вместо бочкообразных. [19] Линейный контакт между несущими поверхностями вместо точечного контакта цепи переключателя значительно продлевает срок службы всех компонентов. [ нужна ссылка ]
- На велосипедах с фиксированными стропами натяжитель цепи не требуется, что позволяет исключить деталь, которая в противном случае могла бы быть повреждена на пересеченной местности, что является преимуществом для велосипедистов по бездорожью. Если требуется натяжитель, обычно достаточно короткой клетки, чтобы компенсировать провисание цепи.
- Единственная внешняя звездочка означает, что колесо может иметь ступицу с большим расстоянием между фланцами и быть построено без тарелки или с меньшим ее количеством , что делает его более прочным в поперечном направлении, чем аналогичное колесо с более узким расстоянием между фланцами и большим тарелкой для размещения нескольких звездочек. [20] Корпус ступицы зубчатой передачи также часто имеет больший диаметр, чем у ступицы переключателя, а это означает, что спицы на таких колесах могут быть короче. [20]
Недостатки
[ редактировать ]- Во время вращения педалей может быть трудно или невозможно выбрать другую передачу, поскольку в этом случае для переключения передачи требуется сброс давления.
- Заднее колесо невозможно полностью отделить от велосипеда со ступичными шестернями, не отсоединив при этом трос переключения передач (и любой зажим ножного тормоза), что усложняет процесс замены камеры (конечно, камеру все равно можно залатать, не снимая колесо).
- Ступица является неотъемлемой частью колеса, и заменить колесо без замены ступицы невозможно.
- Ступичные шестерни более сложны, и их обычно труднее ремонтировать водителю, что практически невозможно на обочине дороги. [4]
- Втулки обычно дороже, чем системы переключателей (примечание: это зависит от того, с чем вы их сравниваете).
- На уровне мощности для поездок на работу или отдыха современные ступичные шестерни обычно примерно на 10% менее эффективны, чем переключатели передач, обслуживаемые при разумном обслуживании. [21] [22] (примечание: в некоторых маркетинговых материалах тестов, проведенных производителями, указана цифра 2%, но это не только неверно, но и невозможно. В нескольких тестах новая внутренняя ступица шестерни сравнивалась со старой и плохо обслуживаемой системой переключения передач или не сравнивалась приложите любой вес к оси и загрузите систему. Реальные цифры другие - эффективность/потери ближе к показателям всех планетарных передач.)
- Ступичные шестерни, как правило, тяжелее, чем системы переключателей с эквивалентными характеристиками передачи, а дополнительный вес сосредоточен на заднем колесе. По этой причине они не являются основным выбором для с задней подвеской спортивных велосипедов , поскольку дополнительный неподрессоренный вес может отрицательно повлиять на сцепление с дорогой и торможение.
- Ступичные шестерни, как правило, несовместимы с быстроразъемными механизмами/шатунными осями. [2]
- Иногда при переключении передач с плохо отрегулированным тросом переключения передач удается не выбирать передачу, что приводит к полной потере привода. [ нужна ссылка ]
Ступичные шестерни в повседневном использовании
[ редактировать ]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.
Гибридная передача с переключателями
[ редактировать ]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 более близкое 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.
В качестве альтернативы некоторые ступицы могут устанавливать две выпуклые ведущие звездочки. [23] между которыми гонщик 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 Brompton 6-скоростном складном велосипеде . 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 модель 144. 2 в 2010 году появилась гибридная втулка, 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
[ редактировать ]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.
- 12-ступенчатая коробка передач Sachs Elan была первой ступичной передачей с 10 или более скоростями на рынке (1995–1999 годы). Он считался тяжелым и имел проблемы с качеством, и через несколько лет его сняли с производства.
- 14-скоростная втулка Rohloff Speedhub , представленная в 1998 году, имеет диапазон передач, превышающий 5 к 1, и, таким образом, сравнима по диапазону с 24-, 27- и 30-скоростными системами переключения передач (с 3×8, 3×9 и 3×10). шестерни спереди и сзади), поскольку последние имеют три перекрывающихся диапазона, часто всего с 14 отдельными передачами. Поскольку нет перекрытия со Speedhub, ступичная передача имеет только два направления переключения (вверх и вниз) по сравнению с передним и задним переключателем, где для переключения всех передач необходимы два оператора с двумя направлениями переключения.
- 11-скоростная ступичная передача Shimano Alfine 700 , представленная в 2010 году, имеет диапазон передач, превышающий 4 к 1, что сравнимо с трансмиссией с 20-скоростным переключателем, а внутренние детали работают в масляной ванне для большей механической эффективности.
Галерея
[ редактировать ]
Механизм ступицы велосипеда Sturmey-Archer AM со снятой коронной шестерней, чтобы показать составные (ступенчатые) планетарные шестерни.
Традиционный трехскоростной переключатель передач с рычагом под большой палец. Это переключатель Sturmey Archer, выпущенный в период с 1967 по 1975 год. На нем отсутствует прозрачная пластиковая аппликация, на которой отображается выбранная передача и логотип производителя.
В современном семискоростном индексном переключателе SRAM Spectro S7 используется тот же трос Боудена, что и в старом рычаге.
Комбинация переключателя передач SRAM Dual Drive и ступицы
Схема 14-скоростной ступицы в разрезе
Rohloff с внутренним редуктором 14-скоростная задняя ступица
Схема двухскоростной зубчатой ступицы.
Двухскоростная ступица Fichtel & Sachs с автоматическим переключением передач.
Схема поперечного сечения двухскоростной ступицы шестерни ножного тормоза Eadie.
Разобранная шестерня трикостера/тормозная ступица. Солнечная шестерня прикреплена к середине оси, которая лежит по центру вверху, четыре планетарные шестерни расположены квадратом справа от центра, а коронная шестерня находится вверху справа от них.
Разобранный вид трехскоростной ступицы Sturmey Archer.
Трехскоростная втулка Shimano.
Серия 14-ступенчатых планетарных ступенчатых редукторов Rohloff.
Производители
[ редактировать ]- Bendix : с 1950-х по 1970-е годы производилась двухскоростная ступица «Kickback».
- Фихтель и Сакс
- Рохлофф
- Смурф
- Шимано
- СРАМ
- Стерми-Арчер
- Киндерней
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Оксфордский словарь английского языка (2-е изд.). 1989.
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…
- ^ Перейти обратно: а б с Шелдон Браун. «Внутренние зубчатые ступицы» . Архивировано из оригинала 20 ноября 2011 г. Проверено 20 ноября 2011 г.
- ^ Байкс, Монтегю (26 мая 2011 г.). «Зачем использовать внутреннюю ступицу?» .
- ^ Перейти обратно: а б «Обзор внутреннего узла передач» . Hubstripping.wordpress.com. Архивировано из оригинала 12 ноября 2011 г. Проверено 21 ноября 2011 г.
Теперь вы сможете выбрать группу ступиц передач, которая лучше всего соответствует вашим личным целям езды на велосипеде!
- ^ Берто, Фрэнк Дж.; Тони Хэдленд; Рон Шепард; и др. (2008) [2000]. Танцующая цепь: история и развитие велосипеда с переключателем передач (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния , США: Cycle Publishing/Van der Plas Publications. п. 34. ISBN 978-1-892495-59-4 . Архивировано из оригинала 6 июня 2017 года . Проверено 30 мая 2017 г.
- ^ Берто, Фрэнк Дж.; и др. (2016) [2000]. Танцующая цепь: история и развитие велосипеда с переключателем передач (5-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния , США: Cycle Publishing/Van der Plas Publications. ISBN 978-1-892495-77-8 . Архивировано из оригинала 8 июля 2005 года . Проверено 30 мая 2017 г.
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 18-19.
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр. 19-22.
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр.26-29.
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр.31-34.
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр.35-38.
- ^ Эванс, Дэвид Э. Гениальный мистер Педерсен , Алан Саттон, Страуд, 1992, стр.49
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр.65
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987, стр.67-68.
- ^ Хэдланд, Тони, История Стерми-Арчера , Pinkerton Press, Бирмингем, 1987.
- ^ «Nfinity N330/N380/N380SE — Продукты — nuvincicyling.com» . www.nuvincicycling.com . Архивировано из оригинала 18 октября 2017 года . Проверено 26 апреля 2018 г.
- ^ dave_atkinson (5 февраля 2010 г.). «Shimano анонсирует Alfine 11 скоростей» . дорога.сс. Архивировано из оригинала 6 июля 2011 года . Проверено 14 декабря 2010 г.
- ^ Хуанг, Джеймс (14 сентября 2010 г.). «Евробайк 2010: Canyon запускает эндуро-байк Strive» . БайкРадар . Проверено 21 апреля 2023 г.
- ^ «Ступичные шестерни – цепи» . Hubgear.net. Архивировано из оригинала 23 июля 2011 г. Проверено 14 декабря 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б Джобст Брандт (1993). Велосипедное колесо (3-е изд.). Шиповник. стр. 59–64.
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.
- ^ «Механический КПД велосипедных переключателей и ступичных передач» (PDF) . 2001. Архивировано (PDF) из оригинала 25 июля 2011 г. Проверено 22 июля 2011 г.
- ^ «Измерения эффективности велосипедных трансмиссий» (PDF) . 2004. Архивировано из оригинала (PDF) 14 ноября 2012 г. Проверено 22 июля 2011 г.
- ^ Грэм Моулт (2007). «Звездочки для ступичных шестерен» . Hubgear.net. Архивировано из оригинала 23 июля 2011 г. Проверено 30 сентября 2011 г.
На линию цепи может влиять то, является ли звездочка плоской или вогнутой: звездочки меньшего размера обычно плоские, звездочки большего размера имеют тенденцию быть вогнутыми, а звезды среднего размера доступны в обеих формах.
- ^ «Пример использования велосипеда Trek» . Корпорация Гейтс. Архивировано из оригинала 3 октября 2013 г. Проверено 27 февраля 2014 г.
Трек обнаружил, что точки контакта между ремнем и звездочкой изношены.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
