Сучасний велосипед. Коробки передач, варіатори

1. планетарна каретка
2. планетарні втулки
3. кишеньковий привід
4. Варіатори
5. ремінний привід
6. Що ж дає новий привід?

Наша сеть партнеров Banwar

Ідея зробити коробку передач з'явилася досить давно - в XIX-m столітті. Але практична реалізація з'явилася між двома війнами століття ХХ-го. З одного боку, прикладом послужили КПП мотоциклів, а з іншого боку - планетарні втулки коштували досить дорого: в 1915 р Трьохшвидкісна втулку Sturmey-Archer продавали за три англійських фунта - на ті часи чималі гроші, і важили вони не слабо, більше 3 кг . Зовнішні системи перемикання передач, якими в наш час досягли небаченого розквіту, в сучасному паралеллограммном вигляді з'явилися тільки в кінці 40-х років. А до того велосипедисти пробавлялися мало вдалими повідкового, рамковими та іншими екзотичними механізмами. У тимчасовій період між двома війнами з'явився зазор, економічна ніша для коробок передач, акуратно примостилися біля каретки. І понеслося ...

Плюси проглядалися відразу:

• багато місця для конструкції, не як всередині планетарної втулки;
• развесовка велосипеда виходила (і зараз виходить) ідеальна;
• налагодження та обслуговування коробки не викликало проблем;
• захист від бруду і води полегшувалась вдалим місцем розташування (відомо, що найбрудніше місце велосипеда знаходиться в районі заднього колеса);
• КПП вкрай вдало поєднується з карданним валом, а в ті часи велосипеди з такими приводами випускалися масово;
• спочатку розраховувався великий ресурс служби.

[An error occurred while processing this directive]

До мінусів можна віднести:

• вага;
• складність і вартість виготовлення шестерень, особливо конічних;
• досить високий рівень втрат потужності, тому планетаркі і КПП не прижились на гоночних і шосейних велосипедах. А час кросськантрі ще не настав.

У 1935 р німецька компанія Adler розпочала випуск 3-швидкісний коробки передач в кареточного вузлі. За конструкцією вона нагадувала КПП дуже легкого мотоцикла. Важіль перемикання передач розташовувався на нижній похилій трубі рами поруч з рульовою трубою. У ті ж роки фірми Wanderer, Brennabor, Bismark і Rappa і інші робили велосипеди з двошвидкісними КПП, також розташованими в кареточного вузлі. На жаль, що почалася незабаром війна зупинила ці розробки.

Інтерес до КПП прокинувся в 90-х роках. Причиною тому стали швидкісний спуск та інші екстремальні дисципліни. У таких, прямо можна сказати, нелюдських умовах задній перемикач виявився не на місці, він відчайдушно бився, про все, що було поруч, і кожну секунду норовив відірватися і полетіти. Крім того, під час перемикання передач виникали проблеми з налаштуванням задньої підвіски. Бажано було перенести механізм перемикання подалі від задньої осі. Заодно зменшувалася безпружинна безліч на задньому колесі, вона переносилася в центр мас, і тому байк краще справлявся.

Мал. Велосипедна коробка передач фірми ADLER 1935 р Було запропоновано і реалізовано кілька конструктивних рішень. Коротенько представимо три з них.

Німецька компанія Nicolai пішла прямим шляхом, виготовивши КПП G-Boxx (відкритий стандарт) на основі планетарної втулки Rohloff. У приводу два ланцюги, закрита кожухом внутрішня короткий ланцюг передає зусилля від шатунів до вхідного валу планетаркі, а зовнішня обертає задню зірочку.

Японська корпорація HONDA зі своїм Даунхільні байком RN01 пішла іншим шляхом. Коробка передач зроблена на основі компонентів приводу фірми SHIMANO. Коротка ланцюг з допомогою модифікованого заднього перемикача переводиться за зірками касети і змінює передавальне відношення. А інша, зовнішня ланцюг розкручує заднє колесо. Байк важить близько 18 кг і має 7 передач.

Найбільш радикально пройшла шлях до своєї коробки передач V-ВОХХ фірма SR SUNTUR. Конструкція дуже сильно нагадує звичайну автомобільну КПП. Її характеристики: 9 передач, вага 4,5 кг, Q-фактор - 180 мм, довжина шатуна 170/175 мм, ведуча і ведена (на задній втулці) алюмінієві зірки - 22 Т.

Поки ці коробки передач підходять тільки байкам для фрірайду і швидкісного спуску і виготовляються невеликими серіями або під замовлення. Але якщо справа піде, вага і ціна вузла кардинально знизиться, а виробництво розшириться, і, можливо, ми побачимо їх і на "цивільних" велосипедах.

планетарна каретка

Запхати в район кареточного вузла планетарну втулку можливо, і спроб було чимало. Наприклад, компанія Nicolai продемонструвала це своєю коробкою G-Boxx, начиненою планетарка Rohloff. Але використати чужу продукцію не завжди зручно, причому з різних міркувань. Наприклад, з маркетингових. Треба купувати чужі деталі, адаптувати під свої завдання, ділитися славою і прибутком в разі успіху. Нерідко вигідніше буває робити своє, рідне і оригінальне. При цьому корисно, щоб вага, габарити, ціна, кількість частин і запчастин нового продукту була мінімальною, і рама байка залишалася стандартної. У 2008 р з'явилися відразу дві схожі розробки двоступеневих планетарних кареток. На відміну від коробок передач, це частково компромісне рішення: передній перемикач забирається, зате задній залишається на місці.

Мал. Коробка передач

Дві компанії з Німеччини - Universal Transmissions KNicolai і велосипедна фірма Bionicon показали свою розробку, названу В-Вохх. За назвою схоже на споріднену коробку передач G-Boxx, але має ряд відмінностей. На встановлених на пристрої провідна зірка в 25 зубів, їсти пряма передача і планетарний механізм з коефіцієнтом 1,65, що відповідає передавальному числу 25/41. Стандарт кріплення шатунів - ISCG. А «фішка» Nikolai представлена ​​магнітним приводом перемикання передач. Вага комплекту з шатунами - 1200 гр.

Фірма Truvativ представила HammerSchmidt. Цей пристрій з максимально спрощеною і інтегрованою в кареточний вузол внутрішньої планетарної втулкою на дві передачі. Для кріплення потрібні наявність монтажних отворів стандарту ISCG. Каретка стандартна, довжиною в 68, 73 або 83 мм, що робить трансмісію сумісною зі старими хардкорднимі рамами. Усередині розташовані провідна зірка на 22 або 24 зуба і планетарний механізм з коефіцієнтом 1,6. Таким чином виходять два варіанти передавальних чисел: 22/36 і 24/38. Вага вузла -1623 гр з шатунами Truvativ Stylo, і 1785 гр для фрірайднимі версії з шатунами Truvativ Holzfeller.

Крім зрозумілих мінусів (не всяка рама має кріплення під стандарт ISCG), є і кілька вагомих плюсів. Малий перекіс ланцюга при прямій передачі дає слабкий знос ланцюга і касети. Коротка ланцюг дозволяє встановлювати задній перемикач з короткою лапкою, який складніше відірвати або пошкодити. Через невеликого діаметра провідної зірки її важче погнути. Планетарна каретка не вимагає обертання педалей або зниження навантаження при перемиканні передач.

планетарні втулки

Після того, як в 1898 році французом Жозефом де Меньє була винайдена задня втулка з вільним ходом, німецька фірма Fichtel & Sachs налагодила випуск втулок з вбудованим гальмівним механізмом, що приводиться в дію зворотним обертанням педалей. Ці втулки типу «Торпедо» добре відомі і зараз. Потім постало питання про кількість передач на велосипеді, і багато конструкторів досить вдало експериментували з задніми втулками. А так як це був час «бурі і натиску», то свіжі ідеї з'являлися дуже швидко і майже одночасно. Наприклад, відомий конструктор Dursley Pedersen, який працював в Англії, в 1903 році запропонував два варіанти вдалих задніх втулок з 2-ма і 3-ма передачами. Втулка мала набір шестерень і злегка нагадувала мініатюрну коробку передач із зовнішнім додатковим валом. Ця втулка кілька років випускалася серійно. На початку ХХ-го століття існувало безліч подібних більш-менш вдалих конструкцій. Але найбільш прогресивний планетарний механізм використовувала в своїх двох- і трьохшвидкісних втулках англійська фірма Sturmey-Archer в 1902 р Всього на пару років відстала зі своїми багатошвидкісними «Торпедо» фірма Fichtel & Sachs, яка пізніше називалася Sachs Bicycle Component, а в 1997 року увійшла до складу корпорації SRAM. Планетарні втулки швидко довели свою перевагу, витіснивши з ринку всі інші пристрої внутрішнього перемикання передач.

Який вибір є зараз, через сто з гаком років? Само собою, корпорація SRAM-SACHS випускає 3-, 5- і 7-швидкісні «планетаркі» як з внутрішнім гальмом, так і без нього, під ободниє або роллерниє гальма. Нещодавно з'явилася планетарка SRAM i-MOTION 9, що має, як зрозуміло з назви, 9 передач. Діапазон передавальних чисел у неї - 340%. Кілька років тому корпорація освоїла втулки типу Dual-Drive -7x3, 8x3 і 9x3. Це комбінація 3-швидкісний планетарної втулки і розміщеної на її осі касети на 7/8/9 передач з класичним Паралелограмна зовнішнім перемикачем. Така комбінація дає 21,24 або 27 поєднань передач. Фірма SHIMANO також має подібну систему, NEXAVE С530 INTEGO 3x8-speed з діапазоном передавальних чисел, як у гірського велосипеда. Стандартний діапазон у гірського велосипеда з системою 42-32-22 та касетою 11-30 (8 зірок) - 520%.

Максимальна кількість в 14 внутрішніх перемикаються передач досягнуто у втулках фірми Rohlof f, при цьому загальний діапазон передавальних чисел становить близько 600%.

Широко поширені також Inter-3, Inter-7 і Inter-8, це 3, 7 і 8-швидкісні планетарні втулки фірми SHIMANO, що випускаються в варіантах під ролерний гальмо, під внутрішній гальмо і без оного.

Перевагою планетарних втулок є:

• досить великий діапазон передавальних чисел: 307% у втулки Inter-8, 244% у Inter-7 і 184% у Inter-З. Причому є передачі як підвищені, так і знижені, що дозволяє легко розганятися по рівній дорозі і забиратися в досить круті гірки. Якщо система має 2 або 3 передні зірочки і передній перемикач передач, то діапазон передавальних чисел різко зростає. Нагадаємо, що стандартний діапазон у гірського велосипеда з системою 42-22 і касетою 11-30 (8 зірок) - 520%;
• швидке і точне перемикання передач з легкої і чіткою фіксацією ручки перемикача. Можливість перемикання передач, стоячи на місці;
• робота ланцюга «безпосередньо», без перекосів різко, в рази збільшує ресурс ланцюга, а також провідною (передній) і відомої зірочок. Здешевлюється заміна ланцюга і зірочок, можна використовувати просту і міцну ланцюг для одношвидкісних велосипедів;
• мінімум обслуговування втулки при досить великий ресурс її роботи. Зазвичай планетарні втулки працюють без проблем багато років. Вони добре захищені від води і бруду, хоча категорично не рекомендується занурювати їх в воду, переходячи річку вбрід, або мити сильним струменем води з шланга;
• простота установки, настройки і регулювання планетарної втулки;
• можливість використання великого набору передач спільно зі звичним для багатьох велосипедистів ножним гальмом.

До недоліків же подібних вузлів можна віднести:

• порівняно велику вагу планетарної втулки, особливо з вбудованим гальмівним механізмом;
• порівняно великі втрати на кочення, в порівнянні зі звичайними втулками;
• маючи високий ресурс, планетарні втулки все ж не призначені для роботи в екстремальних умовах;
• вони мало придатні для ремонту в домашніх, тим більше, в польових умовах.

Все це причини того, що планетарні втулки не використовують для спорту, екстриму та важких автономних походів. Їх призначення -прогулочное катання, поїздки по місту, парку, путівцем, не надто складний похід, цивілізований туризм.

кишеньковий привід

На початку ХХ-го століття кардан досить впевнено конкурував з ланцюгом. Велосипеди з карданним валом будувалися в значних кількостях. Тільки ближче до середини століття ланцюг перемогла остаточно, але не безповоротно. Особливості кардана схожі з особливостями КПП:

• практично повний захист від зовнішніх впливів (дощу, пилу, бруду);
• великий ресурс до ремонту (до речі, у велосипедів з однією швидкістю ресурс ланцюга теж був не маленький, але кардан працював довше);
• повний захист одягу і взуття від гострих зубів зірочки, бруду і мастила;
• простота обслуговування;
• ККД кардана майже не залежить від зовнішніх умов, крім низької температури - на морозі мастило може загуснути, а ККД брудної ланцюга, що проходить через заїдають ролики багатошвидкісних байків із зовнішнім приводом, може бути істотно нижче, і лежати в межах від 78%, якщо ланцюг і перемикачі брудні, до 97%, якщо вони блищать ідеальною чистотою.

Але з іншого боку:

• карданний привід важив більше;
• коштував трохи дорожче;
• був складний в ремонті;
• давав більше втрат потужності, не підходив для гонок;
• з ним неможливо було міняти передавальне відношення (у велосипедів з однією швидкістю), на відміну від ланцюгового приводу.
• зняття заднього колеса займало більше часу, ніж зазвичай.

В кінці ХХ-го століття знову з'явилися велосипеди з карданним приводом на основі сучасних матеріалів - легких алюмінієвих сплавів і мають низьке тертя пластиків і спеціальних покриттів. Крім того, з установкою планетарної втулки стало можливим легко змінювати передавальні співвідношення в залежності від рельєфу місцевості. З'явилися велосипеди з карданом і планетарної втулкою, причому успіхом користуються комфортні двухподвеси для міста, парків та велотуризму.

Варіатори

Це пристрої, широко застосовуються в авто- і мотобудування. Досить згадати кліноременниє варіатори на 50-кубових скуті-рах- «табуретках». Схема найпростішого фрикційного варіатора вкрай проста. Змінюючи положення вторинного диска, ми змінюємо на виході його кутову швидкість і крутний момент. Позитивними моментами таких агрегатів є простота конструкції, плавне (безступінчасте) зміна передавальних відносин, великий діапазон передач. Але в мінусі будуть паразитное ковзання, підвищений знос і знижений ККД, за простоту доводиться платити. Кліноременниє варіатори прекрасно працюють, якщо їх розкручує мотор, на велосипедах вони, на жаль, "не пішли». Безліч велосипедних воротарів було запропоновано і швидко відкинуто з причин їх складності і неті-нологічності конструкції, високу ціну, велику вагу, надмірних втрат потужності і ненадійності в реальних умовах великих навантажень, низьких температур, впливу піску, бруду, води.

Нещодавно з'явилася варіаторная велосипедна втулка CVT, розроблена фірмою NuVinci, яка, можливо, має певний шанс на успіх. Вона влаштована за відомим диференційно-варіаторной типу, тільки не клиноременную, а кульового. Втулка має два диска, лівий провідний і правий ведений, а між ними розташоване від 3-х до 12-ти кульок, кожен з яких обертається на своїй рухомий осі. Осі повертаються за допомогою паралельних важелів (сережок), керованих рухомий муфтою. Якщо осі нахилені, то кульки стосуються дисків на різній висоті, і на відомому диску змінюється момент і швидкість обертання. Якщо осі нахилені вправо, то зменшується момент, але збільшується швидкість обертання вихідного валу, а якщо вліво, то все виходить навпаки. Коли осі кульок паралельні осі втулки, виходить пряма передача, і передавальне число i дорівнює одиниці (i = 1).

Втулка CVT зараз важить близько 4 кг, і її вже ставлять на новий круїзер фірми Ellsworth. Вага вариаторной втулки спочатку лякає. Але можна згадати, що планетаркі сто років тому важили близько 3,5 кг, але, постійно вдосконалюючись, стали істотно легше. Втулка випускається в різних версіях: під ободниє, роллерниє і дискові гальма і під різний - 32 або 36 штук - кількість спиць. У комплект вузла входить «круїз-контролер» - манетка, яка допомагає міняти передавальні числа втулки і відображає їх на невеликому екрані. Родзинкою круізера Ellsworth, крім самого варіатора, є зубчастий ремінь, що передає обертання від шатунів до осі втулки.

До речі, про ремені.

ремінний привід

Ремінь замість ланцюга і кардана намагалися застосовувати давно, ще в Х1Х-му столітті. Але як його рішуче ставили на велосипеди, так рішуче і знімали, а після Першої світової війни, можна сказати, зовсім забули. Кліноременниє варіатори моторолерів і сучасні матеріали знову зацікавили конструкторів, але, крім дослідних зразків і виставкових конструктів і концептів, нічого реального не вийшло. Але справа, здається, зрушила з мертвої точки.

Нещодавно світу був явлений проект фірми Carbon Drive Systems разом із зразками велосипедів на базі комплектів ременів і шківів компанії Gates. Gates багато років займається ремінним приводом в різних його іпостасях. Їх ремені працюють в моторолерах, снігоходах і Бог знає, де ще.

Що ж дає новий привід?

Ресурс ременя, як заявляють розробники, в рази більше ресурсу сталевий ланцюга, і він практично не вимагає обслуговування. Основа конструкції ременя - гнучкі вуглецеві нитки, вплавлені в поліуретанову основу. Зубці його покриті нейлоном. Особливості такого ременя - міцність, малий знос, висока жорсткість і хороша гнучкість, низька вага і великий ККД. І само собою, ремінь не вимагає мастила, не іржавіє, не боїться бруду, води, прямого сонячного світла, служить при температурах від -50 до +85 С °.

Звичайні зірки і касета замінюються двома шківами. Посадочне місце ведучого шківа сумісно з шатунами (стандарту 4- і 5-лапки), а веденого - з задньої втулкою на 9 шліцов. Діаметри шківів і кількість зубів різні, і в невеликих межах можна змінювати передавальні числа трансмісії. Шківи повинні бути встановлені в одній площині, а ремінь натягнутий з певним зусиллям. У номенклатуру входять шківи для планетарних втулок Rohloff, SRAM і вариаторной втулки NuVinci.

До недоліків слід Віднести вісь что: ремінь Целікова, вичавки немає и буті НЕ може, значить, потрібна рама з розмікаємімі пір'ям. Ремені мають стандартні довжини, вкорочувати ремінь не можна. Звичайні передній і задній перемикачі для ременя не годяться.

І, природно, будуть тимчасові проблеми з запасними частинами.

Для роботи з ремінним приводом в даний час на передній план виходять планетарні втулки, такі, наприклад, як нова SRAM i-MOTION 9 і планетарні каретки По-Вохх і HammerSchmidt.

Мал. ремінна передача

[An error occurred while processing this directive]

[An error occurred while processing this directive]