Планетарні втулки. Принцип роботи, плюси і мінуси.

Відредаговано: 24.05.2021

Для перемикання передач на велосипедах використовують дві системи:

• систему перемикання передач на зірках і
• планетарні втулки

Що таке швидкості у велосипеда і як їх перемикати ми розглянули в окремій статті, а тут поговоримо про другий тип механізмів перемикання передач – про планетарних втулках.

Планетарна втулка (планетарка) – механізм перемикання швидкостей, заснований на принципі роботи планетарної передачі.

Що таке планетарна передача можна почитати в Вікіпедії.

Трансмісії на планетарних втулках, переживають в даний час своє чергове відродження. Винайдена вперше в далекому 1880 році для мотоциклів, вона була двошвидкісний і не змогла отримати широкого поширення.

Потім, на початку 20 століття кількість швидкостей збільшилася до трьох, і в 30 роки 20 століття велосипедний ринок був повний ними. Особливо велосипеди з планетарками були поширені в Європі і, зокрема, у Великобританії, Німеччині, Голландії, на Скандинавському півострові.

Пізніше, з появою на ринку більш дешевих і легких перемикачів швидкостей і касет, що встановлюються на втулці, вони знову пішли в забуття. Але прогрес не стоїть на місці і в 21 столітті виробники велосипедів знову звернули свій погляд на планетарні системи перемикання швидкостей. Особливо це стало помітно після розробки 7-швидкісних втулок в кінці 90-х. з цього періоду вони постійно вдосконалюються.

Основними фірмами, що випускають планетарні втулки, є SRAM, Shimano (маркуються "SG"), Sturmey-Archer і Rohloff. На сьогоднішній день вони виробляють втулки, які можуть перемикати до 14 швидкостей.

У чому принцип роботи планетарної втулки.

Для її роботи використовується проста планетарна епіциклічна зубчаста передача .

Спробуємо розібратися в роботі цього механізму хоча б на рівні загального розуміння роботи трьох швидкісний планетарки.

Сонячна шестерня (світло-жовта деталь на малюнку) жорстко кріпиться до осі втулки, яка, в свою чергу, кріпиться в дропаутах велосипеда. Три-чотири однакових«планетарних » шестерінки (деталі синього кольору на малюнку) зчіплюються зубами з«сонячної » шестерінкою, обертаючись навколо неї.

Планетарні шестерінки, прикріплені до«планетарної обойми » (деталь салатового кольору), зчіплюються з зубами на внутрішній поверхні«зубчастого колеса » або епіцикла. Це рожева деталь на малюнку з зубами всередині.

При обертанні планетарної обойми (Блакитний), зубчасте колесо (рожеве) обертається 4 рази на кожні 3 обороту планетарної обойми. Це співвідношення у різних моделей планетарних втулок Різне.

Принцип роботи планетарної передачі у втулці велосипеда:

• На низькій передачі (першої) задня зірочка (фіолетова деталь на малюнку) обертає зубчасте колесо (рожева деталь на малюнку). Планетарна обойма (салатова на малюнку) обертає втулку, що дає зниження передачі. Таким чином, на кожні чотири оберти зірочки заднє колесо повернеться три рази. Тобто передача знижується на 25%.
• На середній передачі (другий) задня зірочка безпосередньо передає зусилля на зубчасте колесо, що приводить в рух втулку. Це пряма передача. Зусилля з обертових всередині втулки шестерень нікуди не передається.
• На високій передачі (третьої) зусилля з задньої зірочки (фіолетова) передається на планетарну обойму (салатова на малюнку). Воно через зубчасте колесо (рожева деталь) приводить в рух втулку і, відповідно, заднє колесо. Виходить, що на кожні три оберти зірочки колесо провернеться чотири рази. Тобто передача підвищується на 33%.

У втулках з більш ніж трьома швидкостями, використовують не менше двох різних блоків планетарних механізмів або комбінують планетарні багатоступінчасті шестерінки з декількома паралельними рядами зубів.

Відео як працює планетарна втулка

У чому плюси планетарних втулок

1. Висока надійність в порівнянні з системою перемикання передач на основі касети. Передачі перемикаються швидко і точно. До того ж їх можна перемикати стоячи на місці, на відміну від зовнішньої системи, в якій швидкості потрібно перемикати тільки в русі при педалюванні.
2. В планетарній втулці можна перемикатися між різними швидкостями безпосередньо, а не послідовно як на звичайній системі.

   Тобто, якщо необхідно швидко переключиться з 1-ої швидкості на 5-ю, то на звичайній системі потрібно послідовно перемикати швидкості: з першої на другу, потім на 3, 4 і тільки потім на 5-ю, що займає певний час, то в планетарці можна відразу переключити з першої на п'яту.

   Правда, всі плюси від такого перемикання можна відчути тільки на багатошвидкісних моделях. На моделі з трьома швидкостями це не так помітно, хоча перемикання все одно відбувається швидше і зручніше ніж на стандартному варіанті.

   Особливо це зручно при їзді в міському ритмі.

3. Не потрібно практично ніякого технічного обслуговування.

   Взагалі ці втулки необслуговуваний компонент. Єдино, в процесі експлуатації, можливо, доведеться регулювати натяг троса перемикання передач, який може розтягнутися. Зате ви позбавлені від проблеми зносу зірок системи, касети, ланцюга, Налаштування механізму перемикання передач і інших турбот.

4. Використання звичайної одношвидкісної ланцюга.

   На планетарній втулці, як і на одношвидкісному велосипеді, використовуються тільки дві зірки – передня і задня ,і ланцюг працює без перекосів. В результаті одна ланцюг буде працювати все велосипедне життя.

   А з урахуванням того, що одношвидкісні ланцюги дешевше своїх багатошвидкісних побратимів і їх не потрібно регулярно міняти – експлуатація такого велосипеда буде коштувати значно дешевше. А тепер додайте сюди необхідність так само регулярно, в зв'язку зі зносом, міняти зірки системи і касети, їх вартість, а так само вартість таких робіт і стане зрозуміло, що при тривалій експлуатації велосипеда, спочатку більш висока ціна планетарної втулки цілком себе виправдовує і окупає.

5. Її не потрібно регулярно мити і чистити.

   Механізм втулки знаходиться в маслі в пило і вологозахищеному корпусі, але грязьові ванни для нього все одно небажані.

   Пам'ятайте, що звичайний механізм перемикання передач вимагає регулярного миття і чищення від потрапляє в нього бруду для зменшення зносу ланцюга і зірок.

   Так само при мийці велосипеда струменем води під великим напором, наприклад, на автомийці або домашнім керхером, не потрібно струмінь води направляти безпосередньо на саму втулку.

6. Можливість використання ножного гальма.

   Ножне гальмо – один з найбільш інтуїтивно зрозумілих, ефективних і надійних. Працює в будь-яку погоду: в грязі, під дощем, на колесах з «вісімкою» і т.д. особисто мені байки з такими гальмами подобаються найбільше. Особливо якщо на додаток до ножного гальма на задньому колесі стоїть ободной гальмо на передньому.

   Справедливості заради скажемо, що ножний гальмо працює тільки на втулках з внутрішнім гальмівним механізмом. Існують багатошвидкісні втулки без такого механізму і на велосипедах з ними встановлюють дискові або гальма.

7. Досить цікавий і не такий явний, але дуже практичний плюс планетарок в тому, що на таких велосипедах, як і на одношвидкісних моделях, використовується захист ланцюга, чого не можна поставити на звичайних багатошвидкісних байках. А це означає, що не брудняться штани і на ланцюг потрапляє набагато менше бруду і її потрібно рідше мити і змащувати.

   Так що якщо велосипед використовується при поїздках на роботу, то чисті штани – великий плюс.

8. Для любителів зимового катання використання планетарного перемикання передач просто знахідка. На відміну від зоряної системи перемикання передач планетарка не забивається снігом, не піддається обмерзанню і її механізм завжди працює надійно.

   Вбудований в планетарку барабанне гальмо надійно працює при низьких температурах і, на відміну від V-brake і дискових гальм, не боїться налипання снігу на гальмівні колодки і обмерзання ободів або ротора, продовжуючи взимку працювати так само надійно, як і влітку.

9. Планетарки не пошкоджуються при аваріях і падіннях велосипеда на бік. Там просто нема чому ламатися – немає ніяких зовнішніх частин.
10. Для перемикання передач використовується тільки одна ручка і швидкості йдуть одна за одною. Новачкові легше розібратися, хоча, це справа звички.
11. Заднє колесо більш міцне і жорстке. Так само як і на одношвидкісному байку, кут нахилу спиць на колесі з планетаркою однаковий з обох сторін. Це дає можливість збільшувати натяг спиць. А чим воно вище-тим колесо міцніше і жорсткіше.

Недоліки планетарних втулок

1. Найголовніший мінус – вони дорожче, ніж звичайна система перемикання передач. Але з урахуванням того, що їх вже не потрібно обслуговувати надалі – вартість експлуатації велосипеда буде значно нижче.
2. Маленьке загальне передавальне відношення.

   У звичайних перемикачів передавальне відношення в середньому 550%. Це означає, що за один оборот педалей на найвищій передачі велосипед проїде в 5,5 разів більшу відстань, ніж на найнижчій передачі.

   У планетарних втулок це співвідношення близько 300%. На них складно буде долати круті підйоми і розганятися до високих швидкостей.

   Хоча прогрес не стоїть на місці, і інженери велосипедних фірм працюють над поліпшенням моделей, що випускаються. Вже зараз є хороші 7, 11 і навіть 14 швидкісні варіанти.

3. Вони важче.

   Тут те ж не все однозначно. Так, сама планетарна втулка важче аналогічної втулки з касетою для гірського багатошвидкісного велосипеда. Але, ставлячи її, Ви так само знімаєте з велосипеда все непотрібне обладнання для перемикання передач (дві передніх зірочки, залишаючи тільки одну, одну ручку перемикання передач, троси, механізми перекидання ланцюга і т.д.) разом з цим відпадають питання по їх обслуговуванню. Та й, врешті-решт, якщо ви не веломаньяк по вазі, то зайві півкіло для міського велосипеда не роблять ніякої погоди.

4. Ремонт їх в домашніх умовах занадто складний . Для нашої людини немає неремонтованих механізмів, але відремонтувати планетарну втулку значно складніше, ніж звичайний перемикач швидкостей. Правда і ламаються вони ну дуже вже рідко.
5. Не підходять для швидкісних гонок і агресивної їзди.
6. Планетарні втулки не можна використовувати з ексцентриковими затискачами осі заднього колеса. Це пояснюється тим, що якщо вісь слабо кріпиться до дропаутам, то вона може провернутися і зламати саму втулку або раму велосипеда.
7. У порівнянні зі звичайними системами перемикання швидкостей в планетарних втулках через те, що багато зубчастих передач, нижче ККД і більше втрат енергії велосипедиста на тертя. Вважається, що їх ефективність становить 92%, у порівнянні з 98% для звичайних перемикачів.

Як правильно перемикати передачі на планетарній втулці

Планетарний механізм перемикання швидкостей на велосипеді має схожість з механічною коробкою передач на автомобілі, тому якщо систематично неправильно перемикати передачі – можна зламати навіть такий надійний механізм, як у них.

Перемикати передачі на планетарній втулці в русі потрібно без педалювання. Тобто в момент перемикання велосипед повинен рухатися накатом (педалі крутити не потрібно) або стояти на місці.

За допомогою ручки перемикання, встановленої на кермі, вибирається потрібна швидкість і буквально через пару секунд можна крутити педалі.

Пам'ятайте, що при їзді в гірку переходимо на знижену передачу. На трьох швидкісний втулці – це перша швидкість .

Якщо потрібно їхати швидше – переходимо на підвищені швидкості. На трьох швидкісний втулці – це третя швидкість .

Ну і ще. Не забудьте прочитати інструкцію до вашого велосипеда. Цілком можливо, що виробник втулки, встановленої на вашому байку, описав правила експлуатації свого обладнання.

Перерахувавши всі плюси і мінуси планетарних втулок можна зробити підсумковий висновок:

Планетарна втулка для їзди по місту значно зручніше, ніж перемикання передач на зірочках.

Тому, якщо ви не веломаньяк, що бореться з кожним Грамом ваги, використовуєте велосипед для міських поїздок і для спокійної (не швидкісний) їзди по більш-менш рівнинній місцевості з невеликими гірками, не любите постійно мити трансмісію і стежити за її зносом, то велосипед з планетарної втулкою це якраз те, що Вам потрібно.

Якщо ви любите агресивну їзду, швидкісні поїздки, а так само долаєте великі підйоми – краще вибирайте звичайну систему перемикання передач на зірках.

Завдяки всім перерахованим вище перевагам планетарок, в європейських країнах міські велосипеди з ними дуже поширені.

Що ще можна почитати:

1. Що таке передачі (швидкості) у велосипеда та як їх перемикати.
2. Велосипедні динамо-втулки: принцип роботи і підключення, плюси та мінуси
3. Чому не можна перемикати передачі на велосипеді стоячи на місці
4. Типи та особливості велосипедних втулок. На що звернути увагу під час заміни.