Планетарные втулки. Принцип работы, плюсы и минусы.

Отредактировано: 24.05.2021

Для переключения передач на велосипедах используют две системы:

• Систему переключения передач на звездах и
• Планетарные втулки

Что такое скорости у велосипеда и как их переключать мы рассмотрели в отдельной статье, а здесь поговорим о втором типе механизмов переключения передач – о планетарных втулках.

Планетарная втулка (планетарка) – механизм переключения скоростей, основанный на принципе работы планетарной передачи.

Что такое планетарная передача можно почитать в википедии.

Трансмиссии на планетарных втулках, переживают в настоящее время свое очередное возрождение. Изобретенная впервые в далеком 1880 году для мотоциклов, она была двухскоростной и не смогла получить широкого распространения.

Затем, в начале 20 века количество скоростей увеличилось до трех, и в 30 годы 20 века велосипедный рынок был полон ими. Особенно велосипеды с планетарками были распространены в Европе и, в частности, в Великобритании, Германии, Голландии, на Скандинавском полуострове.

Позже, с появлением на рынке более дешевых и легких переключателей скоростей и кассет, устанавливаемых на втулке, они опять ушли в забвение. Но прогресс не стоит на месте и в 21 веке производители велосипедов вновь обратили свой взгляд на планетарные системы переключения скоростей. Особенно это стало заметно после разработки 7-скоростных втулок в конце 90-х. С этого периода они постоянно совершенствуются. 

Основными фирмами, выпускающими планетарные втулки, являются SRAM, Shimano (маркируются "SG"), Sturmey-Archer и Rohloff. На сегодняшний день они производят втулки, которые могут переключать до 14 скоростей.

В чем принцип работы планетарной втулки.

Для её работы используется простая планетарная эпициклическая зубчатая передача.

Попробуем разобраться в работе этого механизма хотя бы на уровне общего понимания работы трех скоростной планетарки.

Солнечная шестерня (светло-желтая деталь на рисунке) жестко крепится к оси втулки, которая, в свою очередь, крепится в дропаутах велосипеда. Три - четыре одинаковых «планетарных» шестерёнки (детали синего цвета на рисунке) сцепляются зубьями с «солнечной» шестерёнкой, вращаясь вокруг неё.

Планетарные шестерёнки, прикреплённые к «планетарной обойме» (деталь салатового цвета), сцепляются с зубьями на внутренней поверхности «зубчатого колеса» или эпицикла. Это розовая деталь на рисунке с зубьями внутри.

При вращении планетарной обоймы (голубой), зубчатое колесо (розовое) вращается 4 раза на каждые 3 оборота планетарной обоймы. Это соотношение у разных моделей планетарных втулок разное.

Принцип работы планетарной передачи во втулке велосипеда:

• На низкой передаче (первой) задняя звёздочка (фиолетовая деталь на рисунке) вращает зубчатое колесо (розовая деталь на рисунке). Планетарная обойма (салатовая на рисунке) вращает втулку, что даёт понижение передачи. Таким образом, на каждые четыре оборота звездочки заднее колесо повернется три раза. Т.е. передача понижается на 25%.
• На  средней передаче (второй) задняя звёздочка напрямую передает усилие на зубчатое колесо, приводящее в движение втулку. Это прямая передача. Усилие с вращающихся внутри втулки шестеренок никуда не передается.
• На  высокой передаче (третьей) усилие с задней звёздочки (фиолетовая) передаётся на планетарную обойму (салатовая на рисунке). Оно через зубчатое колесо (розовая деталь) приводит в движение втулку и, соответственно, заднее колесо. Получается, что на каждые три оборота звёздочки колесо провернется четыре раза. Т.е. передача повышается на 33%.

Во втулках с более чем тремя скоростями, используют не менее двух разных блоков планетарных механизмов или комбинируют планетарные многоступенчатые шестерёнки с несколькими параллельными рядами зубьев.

Видео как работает планетарная втулка

В чем плюсы планетарных втулок

1. Высокая надежность по сравнению с системой переключения передач на основе кассеты. Передачи переключаются быстро и точно. К тому же их можно переключать стоя на месте, в отличие от наружной системы, в которой скорости нужно переключать только в движении при педалировании.
2. В планетарной втулке можно переключатся между разными скоростями напрямую, а не последовательно как на обычной системе.

   Т.е., если необходимо быстро переключится с 1-ой скорости на 5-ю, то на обычной системе нужно последовательно переключать скорости: с первой на вторую, потом на 3, 4 и только потом на 5-ю, что занимает определенное время, то в планетарке можно сразу переключить с первой на пятую.

   Правда, все плюсы от такого переключения можно ощутить только на многоскоростных моделях. На модели с тремя скоростями это не так заметно, хотя переключение всё равно происходит быстрее и удобнее чем на стандартном варианте.

   Особенно это удобно при езде в городском ритме.

3. Не нужно практически никакого технического обслуживания.

   Вообще эти втулки необслуживаемый компонент. Единственно, в процессе эксплуатации, возможно, придется регулировать натяжение тросика переключения передач, который может растянуться. Зато Вы избавлены от проблемы износа звезд системы, кассеты, цепи, настройке механизма переключения передач и прочих забот.

4. Использование обычной односкоростной цепи.

   На планетарной втулке, как и на односкоростном велосипеде, используются только две звезды – передняя и задняя, и цепь работает без перекосов. В результате одна цепь будет работать всю велосипедную жизнь.

   А с учетом того, что односкоростные цепи дешевле своих многоскоростных собратьев и их не нужно регулярно менять – эксплуатация такого велосипеда будет стоить значительно дешевле. А теперь добавьте сюда необходимость так же регулярно, в связи с износом, менять звезды системы и кассеты, их стоимость, а так же стоимость таких работ и станет понятно, что при длительной эксплуатации велосипеда, первоначально более высокая цена планетарной втулки вполне себя оправдывает и окупает.

5. Её не нужно регулярно мыть и чистить.

   Механизм втулки находится в масле в пыле и влагозащищенном корпусе, но грязевые ванны для него все равно нежелательны.

   Помните, что обычный механизм переключения передач требует регулярной мойки и чистки от попадающей в него грязи для уменьшения износа цепи и звезд.

   Так же при мойке велосипеда струей воды под большим напором, например, на автомойке или домашним кёрхером, не нужно струю воды направлять непосредственно на саму втулку.

6. Возможность использования ножного тормоза.

   Ножной тормоз – один из самых интуитивно понятных, эффективных и надежных. Работает в любую погоду: в грязи, под дождем, на колесах с «восьмеркой» и т.д. Лично мне байки с такими тормозами нравятся больше всего. Особенно если в дополнение к ножному тормозу на заднем колесе стоит ободной тормоз на переднем.

   Справедливости ради скажем, что ножной тормоз работает только на втулках с внутренним тормозным механизмом. Существуют многоскоростные втулки без такого механизма и на велосипедах с ними устанавливают дисковые или ободные тормоза.

7. Достаточно интересный и не такой явный, но очень практичный плюс планетарок в том, что на таких велосипедах, как и на односкоростных моделях, используется защита цепи, чего нельзя поставить на обычных многоскоростных байках. А это значит, что не пачкаются брюки и на цепь попадает гораздо меньше грязи и ее нужно реже мыть и смазывать.

   Так что если велосипед используется при поездках на работу, то чистые брюки – большой плюс.

8. Для любителей зимнего катания использование планетарного переключения передач просто находка. В отличие от звездной системы переключения передач планетарка не забивается снегом, не подвергается обледенению и её механизм всегда работает надежно.

   Встроенный в планетарку барабанный тормоз надежно работает при низких температурах и, в отличие от V-brake и дисковых тормозов, не боится налипания снега на тормозные колодки и обледенения ободов или ротора, продолжая зимой работать так же надежно, как и летом.

9. Планетарки не повреждаются при авариях и падениях велосипеда на бок. Там просто нечему ломаться – нет никаких наружных частей.
10. Для переключения передач используется только одна ручка и скорости идут одна за другой. Новичку легче разобраться, хотя, это дело привычки.
11. Заднее колесо более прочное и жесткое. Так же как и на односкоростном байке, угол наклона спиц на колесе с планетаркой одинаков с обеих сторон. Это дает возможность увеличивать натяжение спиц. А чем оно выше - тем колесо прочнее и жестче.

Недостатки планетарных втулок

1. Самый главный минус – они дороже, чем обычная система переключения передач. Но с учетом того, что их уже не нужно обслуживать в дальнейшем – стоимость эксплуатации велосипеда будет значительно ниже.
2. Маленькое общее передаточное отношение.

   У обычных переключателей передаточное отношение в среднем 550%. Это значит, что за один оборот педалей на самой высокой передаче велосипед проедет в 5,5 раз большее расстояние, чем на самой низкой передаче.

   У планетарных втулок это соотношение порядка 300%. На них сложно будет преодолевать крутые подъемы и разгоняться до высоких скоростей.

   Хотя прогресс не стоит на месте, и инженеры велосипедных фирм работают над улучшением выпускаемых моделей. Уже сейчас есть хорошие 7, 11 и даже 14 скоростные варианты.

3. Они тяжелее.

   Тут то же не все однозначно. Да, сама планетарная втулка тяжелее аналогичной втулки с кассетой для горного многоскоростного велосипеда. Но, ставя её, Вы так же снимаете с велосипеда все ненужное оборудование для переключения передач (две передних звездочки, оставляя только одну, одну ручку переключения передач, тросики, механизмы переброски цепи и т.д.) Вместе с этим отпадают вопросы по их обслуживанию. Да и, в конце концов, если Вы не веломаньяк по весу, то лишние полкило для городского велосипеда не делают никакой погоды.

4. Ремонт их в домашних условиях слишком сложен. Для нашего человека нет неремонтируемых механизмов, но отремонтировать планетарную втулку значительно сложнее, чем обычный переключатель скоростей. Правда и ломаются они ну очень уж редко.
5. Не подходят для скоростных гонок и агрессивной езды.
6. Планетарные втулки нельзя использовать с эксцентриковыми зажимами оси заднего колеса. Это объясняется тем, что если ось слабо крепится к дропаутам, то она может провернуться и сломать саму втулку или раму велосипеда.
7. По сравнению с обычными системами переключения скоростей в планетарных втулках из-за того, что много зубчатых передач, ниже КПД и больше потерь энергии велосипедиста на трение. Считается, что их эффективность составляет 92%, по сравнению с 98% для обычных переключателей.

Как правильно переключать передачи на планетарной втулке

Планетарный механизм переключения скоростей на велосипеде имеет сходство с механической коробкой передач на автомобиле, поэтому если систематически неправильно переключать передачи – можно сломать даже такой надежный механизм, как у них.

Переключать передачи на планетарной втулке в движении нужно без педалирования. Т.е. в момент переключения велосипед должен двигаться накатом (педали крутить не нужно) или стоять на месте.

С помощью ручки переключения, установленной на руле, выбирается нужная скорость и буквально через пару секунд можно крутить педали.

Помните, что при езде в горку переходим на пониженную передачу. На трех скоростной втулке – это первая скорость.

Если нужно ехать быстрее – переходим на повышенные скорости. На трех скоростной втулке – это третья скорость.

Ну и еще. Не забудьте прочитать инструкцию к вашему велосипеду. Вполне возможно, что производитель втулки, установленной на Вашем байке, описал правила эксплуатации своего оборудования.

Перечислив все плюсы и минусы планетарных втулок можно сделать итоговый вывод:

Планетарная втулка для езды по городу значительно удобнее, чем переключение передач на звездочках.

Поэтому, если Вы не веломаньяк, борющийся с каждым граммом веса, используете велосипед для городских поездок и для спокойной (не скоростной) езды по более-менее равнинной местности с небольшими горками, не любите постоянно мыть трансмиссию и следить за её износом, то велосипед с планетарной втулкой это как раз то, что Вам нужно.

Если вы любите агрессивную езду, скоростные поездки, а так же преодолеваете большие подъемы – лучше выбирайте обычную систему переключения передач на звездах.

Благодаря всем перечисленным выше преимуществам планетарок, в Европейских странах городские велосипеды с ними очень распространены. 

Что ещё можно почитать:

1. Что такое передачи (скорости) у велосипеда и как их переключать.
2. Велосипедные динамо-втулки: принцип работы и подключения, плюсы и минусы
3. Почему нельзя переключать передачи на велосипеде стоя на месте
4. Типы и особенности велосипедных втулок. На что обратить внимание при замене.