Какой передаточный механизм используется в велосипеде

Устройство велосипеда: важные моменты

История нынешних велосипедов берёт своё начало с появления почти два столетия назад деревянного самоката. Претерпев ряд эволюционных изменений, в 90-х годах девятнадцатого века это средство передвижения приобрело привычный для нас современный облик, а в дальнейшем устройство велосипеда и его узлы только усовершенствовались.

Что представляет собой современный байк? Классическая конструкция велосипеда выполнена из рамы, узла рулевого управления, колёс, седла, узлов трансмиссии и тормозной системы.

Велосипедная рама

Это главный и самый дорогостоящий конструктивный элемент. К раме крепятся все остальные рабочие узлы. Ромбовидный остов рамы представляет собой сварную конструкцию, которая объединяет подседельную, верхнюю, нижнюю и передние трубы, а также перья, образуя пространственные треугольники. Такая форма делает раму максимально жёсткой.

Наиболее распространены рамы закрытого типа с классическим расположением верхней трубы. Открытыми называют рамы, не имеющие верхней трубы, либо же она конструктивно расположена рядом с нижней. Необходимость хранить велосипеды в условиях городских квартир, а также их перевозить (в том числе в метрополитене) вынудила конструкторов создать складные велосипедные рамы, имеющие стыковочный узел.

Эксплуатационные показатели велосипедов в большой степени зависят от материалов, из которых изготовлена рама. Обычно это недорогая сталь. Она прочная и ударостойкая, но тяжёлая. Лучшие показатели у рам из легированной стали.

Всё большую популярность обретают рамы из сплавов алюминия, так как они более лёгкие, гибкие и прочные. Несущую конструкцию наиболее дорогих велосипедов (спортивных, горных или шоссейных) изготавливают из карбоновых волокон или титана. Они характеризуются минимальным весом, высокой прочностью, упругостью и малыми остаточными деформациями. Но стоимость этих рам достигает 2000 у.е.

Рулевой узел

Система управления включает руль, вилку, вынос и рулевую колонку.

Вилки могут быть амортизационными, либо жёсткими. Последние легче и значительно дешевле. Более дорогие и комфортные — амортизационные модели. В их конструкции присутствуют разнообразные технические решения: используются эластомеры, разнообразные пружины, пневматические или жидкостные амортизаторы.

Рулевая колонка позволяет вилке свободно поворачиваться внутри стакана при поворотах.

Вынос — деталь, фиксирующая расстояние между рамой и рулём. Руль в свою очередь может иметь различные формы, зависящие от назначения велосипеда.

Колеса велосипеда

Как правило, они состоят из прочного легкосплавного обода, соединяемого со втулкой набором спиц, а также пневматической камеры с покрышкой. Диаметр определяет скоростные параметры велосипеда, а ширина — его проходимость. В отличие от втулок переднего колеса, конструкция задних намного сложнее, так как они участвуют в раскручивании колеса и торможении.

Седло

Специализированная деталь, зависит от типа катания. Фиксируется на подседельном штыре. Различают мужские, женские и универсальные сёдла. А также сёдла для длительных поездок, комфортного катания и гонок.

Трансмиссия

Сложный узел, участвующий в приведении велосипеда в движение. Состоит из:

• педалей с шатунами;
• ведущей звезды;
• набора задних звёздочек (кассеты);
• цепи;
• каретки;
• манеток (ручек переключателей скоростей).

Тормоза

Важнейшая для безопасной езды система. Различают ободные (V-brake), барабанно-втулочные и дисковые тормоза. Они могут оснащаться механическим, гидравлическим или комбинированным приводом.

Кроме того, байки, предназначенные для поездок по пересеченной местности могут быть оборудованы задней подвеской и амортизаторами (пружинно- или воздушно-масляными).

Как Вы могли заметить, внешне простой велосипед состоит из множества сложных и ответственных узлов. И только исправное состояние каждого из них может обеспечить успешную и безопасную эксплуатацию этого двухколёсного транспорта.

Рама велосипеда и ее параметры

Огромное количество разновидностей велосипедов наталкивает на мысль о таком же разнообразии рам. Однако это не совсем так — на самом деле их не так уж и много. Значительно более широко представлены конструктивные элементы велосипеда, определяющие в конечном итоге его назначение.

В то же время каждая из рам определяет основные параметры байка, возможность его использования для комфортной езды на большие расстояния по качественным и не очень дорогам.

Когда перед будущим владельцем двухколесного транспортного средства встает вопрос выбора того или другого типа велосипеда, можно сказать, что в первую очередь он выбирает тип рамы. Для этого велосипедист должен хорошо ориентироваться в вопросах, касающихся этой части конструкции.

Колеса для велосипеда: конструкция и особенности

Степень безопасной и комфортной езды на велосипеде во многом зависит от установленных на транспортное средство колёс, ведь они не только должны справляться с весом велосипедиста, но и амортизировать ударные нагрузки от препятствий на дороге, а также обеспечивать хорошее сцепление с ней и накат.

Разнообразие видов велосипедных дисциплин, являющихся двигателем прогресса в области усовершенствования конструкций, предопределило и огромное количество типов колес.

Несколько конструктивных видов обода, материалы, включая карбон, различные по назначению покрышки, в том числе и бескамерные, дают более десятка сочетаний. Современные колеса способны удовлетворить самые неожиданные запросы владельцев велосипедов.

Каким может быть современный велосипедный руль?

Руль для велосипеда является деталью, благодаря которой байк можно направлять в нужную сторону и удерживать в равновесии. Он также выполняет роль основной опорной точкой велосипедиста, помимо педалей и седла.

Кроме того, на руль устанавливается дополнительная аппаратура: трубчатые насадки в зоне хвата, звонок, манетки, велокомпьютер в случае ручных тормозов — тормозные ручки и многое другое.

Существуют различные типы рулей, каждый из которых применяется при конкретном виде езды. Наиболее распространенные типы это: руль «баран», руль для BMX, прямой руль, а также рули для прогулочных и дорожных байков.

Каждая из моделей имеет свои особенности и характерные черты, о которых Вы сможете узнать из данной статьи.

Велосипедное седло

Седло, как конструктивная составляющая велосипеда, не является его самой важной деталью, но от его качества зависит комфортность поездки.

На седло не обращают внимание, если оно выполнено из качественных материалов, не препятствует педалированию и при длительной езде не причиняет неудобств. Однако все в корне меняется, когда комфорт куда-то внезапно исчезает и появляются проблемы со здоровьем.

В такой ситуации заинтересованность в информации о конструкции велосипедных седел становится приоритетной и владелец двухколесного транспорта начинает «перелопачивать» огромные пласты соответствующих ресурсов в поисках ответа на вопрос: «Как же разобраться в огромном изобилии видов седел и выбрать нужное?»

Педали для велосипеда и их классификация

Купив велосипед и даже пользуясь им некоторое время, владельцы редко задумываются о замене педалей. Ведь от их конструкции управляемость байка и скорость его передвижения зависят мало. Но на самом деле, педали, предназначенные для конкретного стиля езды — это удобство для велосипедиста и экономное расходование его мускульной энергии.

Более того, если байк используется для экстремальной езды по пересеченной местности или на нем выполняются трюки, то качество и конструкция педалей становятся на первое место.

Широкое разнообразие выпускаемых сегодня моделей, начиная с бесконтактных и до различных вариантов специального назначения, позволяет подобрать их в соответствии с требованиями удобства и безопасности.

Велосипедные шатуны и их особенности

Кинематика привода велосипеда представляет собой механизм, который преобразовывает возвратно-поступательное движение ног велосипедиста во вращательное движение звезд цепной передачи.

Шатуны совместно с педалями служат, в этом случае, своего рода коленчатым валом, если провести аналогию с двигателем автомобиля. Таким образом, на них приходится максимальная нагрузка в сравнении с другими частями трансмиссии.

Поэтому в изготовлении шатунов для велосипеда используются материалы, имеющие высокую прочность и, в тоже время, минимальный вес. Последнее качество имеет большое значение для различных спортивных байков. Для его достижения используются не только самые легкие материалы, но и особая конструкция шатунов.

Звезды на велосипед — сколько их нужно?

Абсолютное большинство производимых в середине XX века велосипедов были оснащены одной передней и одной задней звездой и, соответственно, имели одну фиксированную передачу. Подобная трансмиссия создавала большие неудобства при езде в сложных дорожных условиях.

Переворот в строении велосипеда произвела разработка кассет, состоящих из нескольких звезд и механизма переключения передач. С этого момента поездки по пересеченной местности стали менее утомительными, а шоссейные гонки — более динамичными.

Ведь наличие 30 вариантов передаточных отношений позволяет максимально адаптировать усилия ездока к дорожным условиям. Однако такое количество передач не всегда оправдано экономически: чем больше звезд, тем дороже обычно велосипед.

Велосипедные вилки: обзор

Деталь, которая отвечает за то, чтобы переднее колесо велосипеда направлялось в ту сторону, куда Вы поворачиваете руль, называется вилкой. Именно от этого элемента зависит будут ли уставать руки во время длительных поездок, а также будете ли Вы ощущать каждую кочку, на которую случайно наехали.

До недавнего времени у всех велосипедов вилки были одинаковые, но в наши дни уже существуют специальные модели, придуманные не только для того, чтобы комфортно ездить, а еще и очень прочные, способные выдерживать большие нагрузки, которые предназначены для занятий экстремальными видами спорта.

Кроме того, эта важная деталь велосипеда теперь даже не требует сложного ухода. Достаточно лишь своевременно протирать ее от грязи и если этого требует отдельная модель — смазывать или накачивать воздухом.

Тормоза на велосипед: типы, плюсы и минусы

Зачастую байки приобретаются в минимальной комплектации. Либо сборный велосипед почти закончен, и настал момент выбора тормоза. Этот вопрос стоит изучить очень деликатно, взвесить все положительные и отрицательные аспекты тех или иных тормозов, чтобы выбрать оптимальные.

Некоторые экстремальные виды езды на велосипедах, не предусматривают применение тормоза, так как он мешает при маневрах, разворотах руля и прочих финтах. Но это скорее исключение из правил.

В большинстве случаев тормоза необходимы, и не следует пренебрегать ими. На кону — безопасность и здоровье всех участников движения.

На самом деле, разобраться в типах тормозных систем не так уж и сложно. Если смотреть поверхностно, то есть всего 4 варианта, которые встречаются на современных велосипедах.

Велосипедный переключатель скоростей

Дорожные условия и, особенно, движение по пересеченной местности связаны со значительными затратами мускульной силы велосипедиста. Тем более, что ее наибольшая эффективность достигается в определенном диапазоне вращения педалей.

Естественно, что имея одну фиксированную передачу, довольно сложно преодолевать возникающие нагрузки, что зачастую не позволяет получать достаточно удовольствия от пользования велосипедом.

Выход из данной ситуации был предоставлен производителями байков в результате разработки механизма переключения передач, позволившего максимально адаптировать возможности велосипедиста к дорожным условиям. Следует отметить, что результатом этой работы стали несколько разновидностей механизмов, имеющих принципиальные отличия, а также свои достоинства и недостатки.

Педально-цепной привод

Современный педально-цепной привод появился на велосипеде в 1869 году. До этого существовал только ножной привод, когда велосипедист, сидя в седле, отталкивался ногами от земли. В 1821 году появился педальный привод. Англичанин Луи Гомпертс впервые установил педали на переднем колесе. С тех пор было множество попыток придумать другой вариант привода.

Из более или менее успешных можно назвать кривошипно-шатунный привод — как на паровозе, но с педалями, шотландского механика Киркпатрика МакМиллана — 1834-1836 годы. Имеется конструкция карданного двухскоростного привода немецкой фирмы Durkopp, разработанного в 1927 году. Такие приводы делали фирмы Express и Brennabor. Попытки продолжаются, но педально-цепной продолжает «царствовать», и конца этому пока не видно.

• как говорят ученые механики, «цепной привод имеет малую податливость»; на обычном языке это означает, что привод достаточно жесткий, и не надо тратить лишних усилий, гнуть или растягивать механизм, дабы раскрутить заднее колесо;
• привод прочный — можно прилагать большие усилия к педалям, не рискуя его сломать;
• у привода высокий КПД,то есть малы потери;
• у цепи хорошая равномерность хода;
• цепь может работать с большим продольным перекосом и легко переключаться во всем имеющемся диапазоне передач, что важно для многоскоростных велосипедов.

К сожалению, есть и недостатки. Это достаточно интенсивный износ цепи и звездочек, и необходимость в их частом и тщательном обслуживании — мытье, чистке и смазывании. При этом большой перекос цепи и необходимость уменьшать высоту зубьев на звездочках для облегчения переключения передач значительно ускоряют износ и сокращают срок службы привода. Регулярно приходится менять цепь, ведущие и ведомые звездочки (систему и кассету) и ролики на заднем переключателе, который тоже не вечен, через 2-4 года разбалтывается и нуждается в замене. Несколько облегчить жизнь байкерам может привод, где цепь всегда прямая, как на односкоростных велосипедах, или работает с небольшим перекосом. И такие конструкции есть! Прежде всего, это привода с планетарными втулками со внутренним переключением передач. Они находят достаточно широкое применение (см. раздел «Планетарные втулки»). Или вариант с коробкой передач, которая могла быть встроена в систему, но чаще размещалась в кареточном узле. Последний вариант оказался наиболее успешным.

В 1935 г. немецкая фирма Adler начала выпуск трехскоростной коробки передач в кареточном узле. По конструкции она напоминала коробку передач легкого мотоцикла. Рычаг переключения передач располагался на нижней наклонной трубе рамы, рядом с рулевой трубой. В те же годы фирмы Wanderer, Brennabor, Bismark и Rappa делали велосипеды с двухскоростными коробками передач, также расположенными в каретке. Идея сия не канула в лету. Современная немецкая компания Nicolai предложила свое решение этой проблемы — G-Boxx. У велосипеда Nukleon TFR планетарная втулка объединена в один блок с кареточным узлом. По утверждению фирмы, в принципе все проблемы решены, — подождем испытаний.

Состав привода

Педали, шатуны со звездочками (система), каретка, передний переключатель. А также цепь, кассета или трещотка, задний переключатель, втулка, колесо и велокомпьютер.

А почему, спрашивается, велокомпьютер? Да очень просто. Как уже было сообщено выше, элементы привода приходится менять. Время замены можно определить по износу — существуют разные методы определения износа цепи и звездочек. А можно поступить проще. Примерно зная, сколько ходят цепь и звездочки (это расстояние определяется по компьютеру), можно определить время, когда их необходимо менять.

• цепь в осенне-зимне-весенний период ходит не более 1800-1900 км. В летний сезон — до 2200 км. Хорошие и дорогие цепи при тщательном уходе и катании летом в основном по асфальту могут пройти 4000-5000 км, не повредив существенно звезды и кассету;
• система. Большая (44Т или42Т) и малая (22Т) алюминиевые звезды-24000-26000 км. Средняя (32Т, 34Т) — 9000-12000 км. (Обозначение: Т- количество зубьев на звезде). Стальные звезды ходят больше на 30-50%.
• кассета служит 8000-10000 км при замене цепей. Если цепь не менять, то ее хватит на 3000-6000 км.

Есть еще одно верное правило: если новая цепь начинает резво и, что важно, при легкой нагрузке проскакивать (пощелкивать), то звезду пора менять или протачивать. Если щелчки довольно редкие, то есть шанс, что цепь приработается, но лучше не рисковать.

Характеристики привода

Количество передач. В широких веломассах чаще говорят «количество скоростей», что, в общем-то, понятно, но не совсем верно. Система обычно имеет 1-3 звезды, а кассета (трещотка) — 6-10 звезд. Для байков и гибридов мы имеем: 3×6=18, 3×7=21, 3×8=24, 3×9=27 или 3×10=30 передач соответственно. Тридцать передач используются в шоссейных группах. В приводах с количеством передач 18, 21 и 24 совместимость и взаимозаменяемость компонентов очень даже ничего, и не вызывает особых проблем. Можно переставлять цепи, кассеты, системы и переключатели и добиваться если не идеальной, то достаточно адекватной работы.

Манетку (шифтер) на 8 передач можно состыковать с 6-й или 7-й кассетой и, ослабляя трос, убрать одну-две «лишние» передачи. Можно при необходимости поставить манетку на 7 скоростей с 8-й кассетой, «пожертвовав» одной передачей, верхней или нижней, по вашему усмотрению. Приводы на 27 и 30 передач дают больше возможностей в подборе частоты вращения и нагрузки на педали, но взаимозаменяемость их весьма ограничена, особенно с более низкими группами. Разрабатывались они для соревнований и гонок, а посему и изнашиваются несколько быстрее.

Второе соображение — цена. Оснащение велосипеда «по кругу» на 27 или 30 передач стоит уже очень конкретных и весомых денег, замены звезд, цепей и кассет стоят дороже. Кроме того, для неспортивного катания совсем не обязательно иметь очень много передач. Необходимо заметить, что общий тренд благоприятен — с каждым годом за «пригоршню долларов» можно купить «все больше и больше байка», а новейшие разработки постепенно опускаются в нижние группы оборудования. Вполне возможно, что лет через пять-семь 30 передач станут нормой в группах Alivio и Deore.

Диапазон передач

Определяется набором ведущих и ведомых звездочек. Стандарт для байков среднего и верхнего ценового диапазона:

Ведущие звезды: 44Т(42Т)-32Т-22Т.

Ведомые (кассета): 11Т-30Т (32Т) (Т — количество зубьев на звезде).

Диапазон считаем в процентах. 44/11=4; 22/30=0,7333; (4/0,7333) х 100%=545% (581%, если есть ведомая звезда 32 зуба).

Общая формула подсчета диапазона:

Чем больше диапазон, тем больше возможность привода создавать тяговое усилие в сложных условиях. Обратим внимание на результат деления i=Zl/Z2 — числа зубьев ведущей звезды, на число зубьев ведомой. Если он больше единицы, 44/11=4, то передача повышающая; если меньше, 22/30=0,7333, то понижающая, а если равен единице, 32/32=1, то нейтральная — именно эта передача используется довольно редко. Значение i=Zl/Z2 называется передаточным числом (см. ниже). Всегда полезно иметь 2-3 понижающих передачи — для гор, крутых подъемов, песчаных грунтов и грязи, когда необходима большая тяга. Повышающие передачи нужны для поддержания высокой скорости на хорошей дороге, шоссе и пологих спусках.

Передаточное число, шаг, укладка

С передаточным числом мы уже знакомы, i=Z1/Z2, где Z: — количество зубьев ведущей звездочки (система), Z2 — количество зубьев ведомой звездочки (кассета, трещотка). Передаточное число может меняться приблизительно от 0,6 до 5,1, но само по себе это число мало что говорит о велосипеде.

Традиционным и более информативным считается параметр k=Di=D(Z1/Z2), где D — диаметр колеса в дюймах. Параметр к называют шагом велосипеда. Он показывает, сколько диаметров заднего колеса (в дюймах) соответствует одному обороту шатунов. Существуют десятилетиями отработанные рекомендации по подбору шага велосипеда для разных стилей катания. Например, для велосипеда с колесом 27 дюймов (0,686 м) см. табл.

Стиль катания и подбор шага велосипеда

Для женщин рекомендуется уменьшить шаг на 10 -15%, а для детей -на 35-40%. Не составляет труда пересчитать шаг, если у велосипеда размер колеса 26 или 24 дюйма и большой диапазон передач. Например, для байка с колесом 26 дюймов максимальное передаточное число i_мах=44/11=4, максимальный шаг к_мах=26×4=104 дм; i_мин=22/30=0,7333; минимальный шаг к_мин=26х0,7333=19,07 дм. Таким образом, у «приличного» байка и возможности весьма впечатляющие. А для шоссейного велосипеда с колесом 27 дюймов, ведущими звездочками 56Т-46Т и ведомыми 13Т-25Т, максимальный шаг к=116,3 дм, а минимальный к =49,7 дм. Отсюда сразу можно сделать вывод, что шоссейный велосипед можно разогнать до гораздо большей скорости, зато в крутую горку легче забираться на байке.

Укладка — еще одна традиционная и весьма наглядная характеристика привода велосипеда. Она показывает, сколько метров проедет байк за один оборот шатунов. Считается она просто: L=πDi=πD(ZJ/Z2), где π=3,14 (число «пи»), a D — диаметр колеса, но уже в метрах. И укладка получается в метрах. При этом, как хорошо известно, произведение πD равно длине окружности колеса. Для байка с колесом в 26 дюймов (0,66 м) и без учета «прожатия» шины длина окружности колеса приблизительно равна 2,1 метра. Более точно длину окружности колеса легко померить самостоятельно рулеткой. Теперь легко составить таблицу укладок своего байка. Для наглядности возьмем 24 передачи и стандартный набор звезд.

Таблица укладок байка

Посмотрим на таблицу укладок более пристально. Само собой разумеется, что некоторые значения в ней не работают, их лучше избегать, например, 44/30, 44/24, 22/11, 22/13, 22/15, 32/30. Дляпередач 44/11 и 44/13 разница в укладках получается непомерно большой: 8,4-7,11=1,29 м — «метр с кепкой», что очень невыгодно. При переходе на более высокую передачу приходится раскручиваться почти с нуля. Это приемлемо на спуске, но плохо на ровной дороге или на легком подъеме. Если разница между передачами получается меньше, чем 0,15-0,12 м, то ее уже трудно почувствовать. В данной таблице таких значений нет. Удобно, когда разница в укладках находится в диапазоне 0,3-0,6 метра. Но это общая рекомендация.

Оптимальный набор передач имеет смысл подбирать индивидуально и самостоятельно, руководствуясь простым лозунгом: «Не делайте из кассет культа!». Ибо что такое кассета? Это всего лишь набор стальных шестеренок, скрепленных болтиками или заклепками. Исключение, как всегда, составляют кассеты XTR, XT и Dura Асе, где часть звезд установлены на алюминиевых венцах. А с обычными кассетами все легко. Болтики можно открутить, заклепки спилить, и если у вас есть различные шестеренки, вы можете собрать кассету по своему вкусу. Вот пара-другая простых советов. Не стоит уменьшать диапазон передач, за исключением долгих путешествий и марафонов по ровному асфальту; в этом случае выгодно собрать кассету с «плотным» набором повышающих передач: 11Т-12Т-13Т, а далее через зуб. Для зимы, грязи, гор лучше иметь максимальную плотность набора в зоне нейтральных и понижающих передач и без всякого стеснения поставить большую звезду 34Т (если позволяет задний переключатель). При этом следует учитывать, что чем больше звездочек на кассете, тем они тоньше.

Пластиковые проставки между звездочками бывают разной толщины, а высота кассеты должна соответствовать высоте шлицевого барабана на задней втулке, иначе кассета не уместится или будет «хлябать» и плохо переключаться. Ведущие звезды на системе также можно подбирать под трассу или стиль катания. Для большей тяги, для езды в горах или по грязи можно поставить малую звезду не 22Т, а 20Т, большую звезду 44Т заменить на 40Т или даже 38Т. И наоборот, для асфальта лучше поставить набор 46Т-36Т-26Т (34Т-24Т).

Относительный шаг велосипеда

Для более полного учета всех параметров привода вводится безразмерная характеристика «относительный шаг велосипеда», которая включает в себя длину шатуна 1, диаметр шины d, диаметр обода Do, деформацию шины h под действием нагрузки. Относительный шаг велосипеда Lo равен отношению укладки к длине окружности, которую описывает ось педали.

где D — эффективный диаметр колеса. Если толщину и деформацию шины не учитывать, то D=0,686 м для колеса в 27 дм и D=0,66 м для колеса в 26 дм. Самые ходовые шатуны имеют длины 170 мм и 175 мм — отличие всего в 3%. Для примера посмотрим значения Lo для этих длин шатунов, колеса диаметром 0,66 м, стандартной кассеты и ведущей звезды 44Т.

Как видно из таблицы, относительный шаг меняется на сравнительно небольшую величину: от 0,08 до 0,22 при изменении длины шатунов. Но даже такое изменение может быть весьма ощутимо и чувствительно при длительных поездках с большой нагрузкой. О влиянии длины шатунов на посадку и работу ног велосипедиста уже говорилось в соответствующей главе. Относительный шаг дает возможность оценить влияние длины шатунов более подробно и отчетливо. С более длинными шатунами относительный шаг меньше, следовательно, легче разгонять байк, меньше усилий надо прикладывать к педалям. С такими шатунами проще при тех же передачах карабкаться в гору, форсировать грязевой или песчаный участок. Короткие шатуны, с другой стороны, облегчают темповое педалирование с частотой 95-115 об/мин по асфальту и 70-90 об/мин по грунту. Кстати, байкерам небольшого роста с короткими конечностями, легче приспособиться к темповому педалированию — «войти в резонанс», чем высоким байкерам, для которых предпочтительно более спокойное вращение педалей.

Какие конструкции механизма свободного хода используются в велосипедах?

Проекты, известные до сих пор (те, у которых есть пост, связаны):

Я буду пробовать и пытаться заполнить для проектов, о которых я знаю, но не стесняйтесь отправлять ответ, если я еще не сделал. Также не стесняйтесь размещать ответ для дизайна, не перечисленного здесь! И предоставьте дополнительную информацию для уже опубликованных дизайнов!

Стандартный дизайн Pawl и Ratchet

Этот дизайн на сегодняшний день является наиболее распространенным на велосипедных хабах и, следовательно, наименее дорогим в использовании.

Механизм

В своей простейшей форме эта конструкция состоит из зубчатой ​​поверхности и собачки (это рычаг, который зацепляет зубчатую поверхность и допускает движение только в одном направлении).

В велосипеде эта конструкция, как правило, перевернута, собачки находятся на корпусе ступицы, и они входят в зацепление с зубчатой ​​поверхностью на внутренней стенке ступицы.

базовую анимацию механизма в действии можно найти здесь . В этой конструкции необходимо приложить некоторое напряжение к собачкам, чтобы постоянно выталкивать их наружу в корпус ступицы. (Это также то, откуда в этой конструкции происходит гудение или щелчок, когда собачки надеваются на зубья на поверхности храповика) Обычно это достигается листовыми рессорами, небольшими спиральными пружинами и / или металлическим кольцом.

эта конструкция использует листовые рессоры

спиральные пружины

технический чертеж механизма с использованием металлического кольца

Преимущества и недостатки

преимущества

• Обычный и недорогой
• Прост в обслуживании

Недостатки

• Более низкая степень (более быстрого) взаимодействия ограничена физическими ограничениями. Более низкая степень зацепления требует меньших поверхностей контакта с зубами и лап, которые становятся более слабыми / могут изнашиваться быстрее. (см. ниже для некоторых умных обходных путей)
• Склонность к поломке из-за ослабления пружин или сгущения смазки с холодом / возрастом («ничего не происходит, когда я нажимаю на педаль»)
• В самом базовом дизайне, относительно высокая степень (медленного) взаимодействия
• Склонен к износу, так как зубы и собачки постоянно соприкасаются

вариации

Во многих конструкциях будет использоваться более одного зуба зацепления на одну собаку, что позволяет иметь меньшие зубы и большее количество точек зацепления (более низкая степень зацепления). Эти маленькие зубы более подвержены износу. Halo supadrive использует 120 точек зацепления для 3-градусного зацепления

Halo Supadrive, использующий 120 точек взаимодействия

Конструкция SRAM Double Time использует четыре собачки в противоположных парах. Пары слегка смещены, в результате чего только одна пара зацепляется в любое время, но дает их 26 зубчатым трещоткам 52 точки зацепления для 7-градусного зацепления.

Американский классический дизайн кулачка

Полное название — «Система взаимодействия с приводом с шестью собачками». Эта конструкция является одной из наиболее сложных, но, по мнению American Classic, она обеспечивает более прочную свободную втулку с относительно низким сопротивлением и обеспечивает одновременное сцепление всех 6 двойных зубьев с высокой точностью.

Механизм

Включение этого механизма состоит из нескольких частей, перечисленных в порядке приведения в действие от цепи / зубчатого колеса:

• Проволочная пружина в свободном корпусе зацепляет ..
• Кулачковая пластина внутри ступицы, которая ..
• Собачки в корпусе ступицы, которые фиксируют ступицу к корпусу ступицы

Проволочная пружина опирается на сторону ступицы корпуса свободной ступицы внутри окружной дорожки:

Этот провод движется вдоль зубьев кулачковой пластины, как колеса на колесах. Если на педали подается питание, этот провод заставляет кулачок вращаться по часовой стрелке.

показано с одной снятой собачкой и собачками в положении «занято»

Это движение по часовой стрелке заставляет собачки двигаться внутрь и зацеплять корпус произвольной втулки, обеспечивая сцепление.

Это видео ниже показывает действие кулачковой пластины, отвертка действует как проволочная пружина. Это еще одно полезное видео, в котором дизайнер Билл Шук объясняет механизм. В

0: 33 вы можете увидеть весь механизм в действии через разрез.

Как только свободная ступица движется медленнее, чем колесо, само тело свободной ступицы переводит собачки обратно в их втянутое состояние, а также кулачковую пластину.

Преимущества и недостатки

преимущества

• Низкое сопротивление, единственное, что соприкасается, это кулачковая пластина и проволочная пружина.
• Так как это единственные части в постоянном контакте, запасные части минимальны
• Прочный, так как контактные поверхности относительно велики
• Более легкий? особенно для его силы. Часть целей проекта заключалась в том, чтобы сделать корпус / контактную поверхность freehub и алюминиевые защелки, хотя у меня нет здесь никаких цифр

Недостатки

• Независимо от того, связано ли это со стоимостью производства, они доступны только на колесах Am Classic, и эти колеса, как правило, дороги, поэтому получение колесной пары с такой конструкцией стоит дорого.
• Относительно низкое сцепление — 24 балла означает 360/24 = 15 градусов взаимодействия

Звездный трещотка и вариации

Этот дизайн в простейшем виде используется DT Swiss. Эта конструкция включает в себя легко заменяемые храповые пластины, которые обеспечивают дополнительное преимущество каждого крутящего момента, передающего точку зацепления. Более сложный вариант — то, что используется в центрах Криса Кинга.

Механизм — DT Swiss

1. концевая часть 2. подшипник 3. резьбовое кольцо 4. ось 5. коническая пружина 6. звездообразный храповик 7. корпус ротора

Швейцарская DT система состоит из двух храповых пластин, расположенных в корпусе ступицы и в ступице. Они удерживаются друг против друга парой конических пружин. Когда велосипедист нажимает на педали, зубы зацепляются, когда пластина храпового механизма свободного хода поворачивается через шлицы вдоль ее окружности. Это передает мощность на пластину с храповым механизмом в ступице, и это, в свою очередь, передает мощность на ступицу через шлицы вдоль ее окружности.

Существует очень простая анимация здесь что показана действие храповых пластин.

Модернизация и обслуживание

Одним из самых больших преимуществ этой системы является легкость, с которой вы можете модернизировать, заменять или обслуживать храповые пластины. На самом деле это ремонт без инструментов! Самые основные узлы DT Swiss включают в себя 18-ти метровую пластину с храповым механизмом, обеспечивающую зацепление на 20 градусов. Это может быть улучшено до 36 т (10 градусов) или даже до 54 т плиты (6,67 градусов). Это может быть сделано для опускания концевых колес DT, поэтому можно взять менее дорогое колесо и получить более высокое сцепление при желании. Это также позволяет заменять все контактные поверхности (кроме шлицев внутри втулки, которые вряд ли будут изнашиваться или зачищаться) для продления срока службы ступиц.

Преимущества и недостатки

преимущества

• Все точки контакта передают крутящий момент, всегда
• Легко обслуживаемые и легко заменяемые компоненты

Недостатки

• Высокий контакт, приводящий к большему износу между контактными поверхностями
• Пластины сдавливаются пружиной, а не крутящим моментом, поэтому они с большей вероятностью будут пропускать при увеличении крутящего момента (в отличие от Am Classic и Chris King), хотя лично я никогда не слышал об этом.
• Относительно низкое сцепление по стоимости на многих колесах

Вариации — Крис Кинг

Это снова одна из более сложных конструкций механизма FreeHub. По своей сути это система звездного храповика. Есть несколько ключевых отличий:

• Оба храповика находятся внутри ступицы, что позволяет им быть больше
• Приводная пластина (приуроченная к корпусу свободного колеса) находится дальше всего от нее.
• Приводная пластина подпружинена, а другая зафиксирована внутри корпуса ступицы
• механизм «кольцевого привода», который при вращении объединяет две пластины

1. пружина 2. приводная пластина 3. фиксированная пластина

слева: пластина привода, справа: неподвижная пластина

Что действительно выделяет это, так это механизм с кольцевым приводом. Это достигается с помощью винтовых канавок на корпусе ступицы, которые зацепляются с приводной пластиной. Когда крутящий момент приложен к ступице, это объединяет две пластины. По мере увеличения крутящего момента пластины крепче сжимаются, что исключает скольжение или пропуск.

приводное кольцо показано сверху со спиральными канавками

Многие люди, вероятно, скажут, что центры Chris King являются излишними — они очень хорошо сделаны и используют много подшипников, которые должны способствовать их долговечности (и головным болям вашего механика). В 72 точках зацепления (5 градусов) они могут действовать примерно так же быстро, как и любой другой центр. Кроме того, поскольку пластины сжимаются вместе с помощью крутящего момента, пружина может быть слабее из-за меньшего сопротивления / износа, а зубья могут быть меньше без зачистки (более быстрое зацепление). Соотношение цена / качество может быть трудно оправдать для многих людей, но если вам хочется иметь хорошо сделанный хаб на своем байке, это будет труднее, чем Крис Кинг.

Sprag Clutch

Муфта Sprag уже давно используется в промышленности: используется в мотоциклах, вертолетах, самолетах, автомобильных трансмиссиях и других. Насколько я знаю, Onyx — единственная компания, которая доставляет его в велосипедные центры. Муфты Sprag обеспечивают низкое сопротивление качению и практически мгновенное сцепление. Они также надежны и долговечны, но это может происходить за счет веса и стоимости.

Механизм

На первый взгляд, муфта Sprag может выглядеть очень похоже на патронный подшипник. Основное отличие состоит в том, что вместо круглых шарикоподшипников между кольцами имеются кулачковые лепестки, которые позволяют перемещаться в одном направлении и связываться в другом. Они удерживаются в постоянном натяжении металлическим зажимом.

Поскольку у этого типа сцепления есть много промышленных применений, есть много полезных видео, объясняющих, как это функционирует, как этот и этот (пропустите до 37 с, чтобы пропустить маркетинг).

Оникс включает этот дизайн довольно простым способом. Кулачковые выступы лежат между оболочкой ступицы и обработанной поверхностью, которая проходит внутри ступицы от корпуса свободной ступицы.

Планетарная КПП: что это такое и как работает планетарная трансмиссия

Если говорить о современных авто, сегодня планетарная передача активно используется в устройстве коробок автомат АКПП. Далее мы рассмотрим, как устроена планетарная передача АКПП, каков принцип работы данного механизма, а также какие особенности имеет планетарная передача в коробке автомат.

Устройство и принцип работы

Планетарный механизм — это конструкция из зубчатых колёс, перемещающихся относительно центра. По центральной оси расположены колёса разного диаметра:

• малое солнечное с внешними зубцами;
• большое коронное или эпицикл с внутренними зубцами.

Между колёсами передвигаются сателлиты. Их вращение напоминает движение планет Солнечной системы. Оси сателлитов механические соединены на водиле, которое вращается относительно центральной оси.

Устройство простого планетарного блока:

• 1 эпицикл;
• 1 солнечное колесо;
• 1 водило.

Планетарный механизм собирают в каскады из двух и более звеньев на одном валу для получения широкого диапазона передач. Главной кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение.

Принцип работы планетарной коробки заключается в блокировке одного из основных элементов и передаче вращения через ведущее колесо. Для остановки элемента применяют тормозные ленты, блокировочные муфты, конические шестерни. Передаточное отношение меняется в зависимости от схемы закрепления. Описать принцип действия планетарного механизма удобнее на примере:

1. Корона блокируется.
2. Вал подаёт крутящий момент на солнце.
3. Вращение солнца заставляет планеты обкатываться вместе с ним.
4. Водило становится ведомым, сообщая пониженную передачу.

Управляя элементами простой «планетарки», получают разные характеристики:

Кпд η простой передачи достигает 0,97.

Планетарный ряд с одной степенью свободы становится планетарной передачей. Две степени образуют дифференциал. Дифференциал складывает моменты на ведомом колесе, поступающие от основных ведущих звеньев.

Ресурс автоматической коробки передач, пробег и срок службы АКПП

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде

Раздатка на автомобиле ваз 2121. Как работает трансмиссия нивы

Странно? Ничуть. Планетарный механизм имеет сходство с механической КПП машины, а там ведь тоже при переходе с одной передачи на другую газ отпускается. А «газ» для велосипедиста – это кручение педалей.

Переходить с одной передачи на другую нужно немного заранее, и делается это так:

• Велосипед движется накатом, усилия на педали минимальны.
• С помощью ручки переключается передача.
• Через несколько оборотов колес (около 2 секунд) можно педалировать.

Езда в гору сопровождается переходом на пониженную передачу, то есть передаточное отношение должно быть меньше, чем до перехода. На трехскоростных планетарках это просто: перейти на первую передачу. С другими вариантами вполне нормальным будет переключиться, например, с третьей на вторую.

На повышение нужно идти последовательно, то есть сначала первая, затем вторая и так далее. При сбросе скоростей можно перешагивать. В однообразных условиях, где нельзя развить скорость (тротуар с пешеходами, например), лучше применять только главную передачу без переключений.

Разновидности планетарных передач

По количеству ступеней планетарные механизмы разделяют на:

• однорядные;
• многорядные.

Планетарная передача из одной солнечной шестерни, одновенцовых сателлитов, водила и эпицикла будет однорядной. Замена сателлитов на двухвенцовые усложняет конструкцию, делая её двухрядной.

Многоступенчатая планетарная коробка передач — это последовательно установленные однорядные блоки. Такая схема позволяет суммировать передаточные числа и получать большие значения. 4-скоростные АКПП состоят из двухрядных планетарных конструкций, 8-скоростные — из четырёхрядных.

В АКПП применяют схемы, названные в честь изобретателей:

• Механизм Уилсона представляет собой трёхрядную конструкцию, в которой соединены корона первого, водило второго и корона третьего рядов. Количество передач — 5 прямых и 1 задняя.
• Механизм Лепелетье состоит из 3 соосно расположенных простых планетарных передач. Количество передач — 6 прямых и 1 задняя.
• Схема Симпсона — 2 редуктора с общей солнечной шестернёй. Водило второго ряда оборудовано тормозом. Корона первого ряда и солнце через две блокировочные муфты жёстко соединены с ведущим валом. Механизм реализует режимы: нейтраль; 1,2,3 передачи; задний ход.

По типу зубчатых конструкций планетарные редукторы делятся на:

• цилиндрические;
• конические;
• волновые;
• червячные.

Разные типы применяют для передачи момента между валами, расположенными параллельно или под углом. А также в механизмах, требующих низкой или высокой кинематической характеристики.

Ремонт редуктора своими руками

Ремонт редуктора своими руками является весьма непростой задачей. Так, данный механизм очень непростой и состоит из множества частей. При ремонте своими руками часто можно даже при разборке не ведая, что внутри просто растерять целую кучу маленьких деталей, например, иголки моментально рассыпаются и теряются. Ремонт планетарного редуктора лучше всего оставить профессионалам.

Мы нажимаем струю масла под давлением на чашу, это толкает движение колеса. Мы видим, что сила тяги невелика, поскольку пальцем руки мы останавливаем колесо. Теперь мы видим, что тяга струи на чаше больше, и нам нужно больше силы в руке, чтобы предотвратить поворот колеса. На приведенной ниже диаграмме показана схема компонентов гидравлического преобразователя. В дополнение к характеристике насоса и турбины гидравлической муфты гидротрансформатор имеет промежуточный элемент, называемый реактором.

Колесо насоса приводится в движение непосредственно двигателем, в то время как турбина управляет первичным валом коробки передач. Реактор имеет свободный ход колеса и поддерживается полым валом, прикрепленным к корпусу коробки передач. Как насос, так и турбина и реактор имеют изогнутые лопасти, которые отвечают за правильное проведение масла.

Как и все редукторы, он может быть как одноступенчатым, так и многоступенчатым. Если Вы собираетесь приобрести механизм данного типа, то лучше всего покупать его у проверенных производителей, так как ремонт своими руками очень затруднен, а если он будет часто выходить из строя, то денег на него будет уходить много. В данной статье мы попытались собрать общую информацию по устройствам планетарного типа использующихся для производства автомобилей. Также нужно сказать, что данный вид устройства очень интенсивно внедряется во многие сферы и отрасли благодаря своим очень весомым преимуществам.

Эксплуатация Когда насос приводится в движение непосредственно при движении коленчатого вала, масло приводится от колеса насоса к колесу турбины. На выходе масла масло встречает лопасти реактора, которые имеют кривизну, противоположную кривизне насоса и турбинных колес. Этот поток масла толкает реактор вращением насоса и турбины против часовой стрелки. Поскольку реактор не может выполнить этот ход, поскольку он удерживается свободным колесом, масло затормаживается, и тяга передается через масло на насос.

Таким образом, до тех пор, пока существует разница в скорости вращения насоса и турбины, момент поворота будет больше в турбине, чем в насосе. Тогда крутящий момент, создаваемый турбиной, будет представлять собой сумму, которую передает насос через масло и дополнительный крутящий момент, который создается реакцией из реактора на насосе и который, в свою очередь, снова передается на турбину. Чем больше разность между турбиной и насосом, тем выше разность крутящего момента между входом и выходом инвертора, что в три раза превышает выход.

Практически все изобретения механики, основанные на вращательном движении, можно исторически соотнести с принципом колеса и временем его изобретения. До того, как был понят этот принцип, ничего подобного существовать не могло бы. Кто и когда первым придумал возможность соединять за счет зубцов несколько колес и вращать их друг за счет друга – неизвестно, но этот человек создал небольшую революцию.

Делаем планетарный редуктор своими руками

По мере уменьшения разности скоростей отклонение потока масла и, следовательно, дополнительная тяга на турбине уменьшается, так что коэффициент крутящего момента между выходом и входом уменьшается постепенно. Когда скорости вращения турбины и рабочего колеса выравниваются, реактор вращается даже в том же направлении без какой-либо дополнительной тяги, так что передача крутящего момента не будет увеличена преобразователем в качестве обычной гидравлической муфты. Эта ситуация называется «точкой сцепления».

Так появилась первая шестерня. Принцип шестеренчатой передачи энергии движения можно считать революционным в развитии промышленности.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

В конструкции планетарного ряда АКПП применяют различные типы зубчатых передач. Выделяют три основные наиболее распространенные: цилиндрические, конические и волновые.

Цилиндрические

Зубчатые механизмы передают момент между параллельными валами. В конструкцию цилиндрической передачи входит две и более пар колёс. Форма зубьев шестерней может быть прямой, косой или шевронной. Цилиндрическая схема простая в производстве и действии. Применяется в коробках передач, бортовых редукторах, приводах. Передаточное число ограничено размерами механизма: для одной колёсной пары достигает 12. КПД — 95%.

Чем отличаются права на автомат от прав на механику

Конические

Колёса в конической схеме преобразуют и передают вращение между валами, расположенными под углом от 90 до 170 градусов. Зубья нагружены неравномерно, что снижает их предельный момент и прочность. Присутствие сил на осях усложняет конструкцию опор. Для плавности соединения и большей выносливости применяют круговую форму зубьев.

Производство конических передач требует высокой точности, поэтому обходится дорого. Угловые конструкции применяются в редукторах, затворах, фрезерных станках. Передаточное отношение конических механизмов для техники средней грузоподъёмности не превышает 7. КПД — 98%.

Волновые

Во волновой передаче отсутствуют солнечная и планетные шестерни. Внутри коронного колеса установлено гибкое зубчатое колесо в форме овала. Водило выступает в качестве генератора волн, и выглядит в виде овального кулачка на специальном подшипнике.

Гибкое стальное или пластмассовое колесо под действием водила деформируется. По большой геометрической оси зубья сцепляются с короной на всю рабочую высоту, по малой оси зацепление отсутствует. Движение передаётся волной, создаваемой гибким зубчатым колесом.

Во волновых механизмах КПД растёт вместе с передаточным числом, превышающим 300. Волновая передача не работает в схемах с кинематической характеристикой ниже 20. Редуктор выдает 85% КПД, мультипликатор — 65%. Конструкция применяется в промышленных роботах, манипуляторах, авиационной и космической технике.

Смазка втулок Shimano.

Планетарные втулки Nexus и Alfine смазываются специальной смазкой, за исключением 11-скоростной Alfine, которая смазывается маслом. При неправильном «профилактическом обслуживании», например, смазке неправильной смазкой, могут возникнуть неполадки планетарного механизма. Это особенно часто происходит, если выбирается неправильная смазка для втулки с ножным тормозом, которой требуется особая смазка, хорошая отводящая тепло от тормоза.

Смазка Shimano Nexus.

Перед смазкой втулку необходимо разобрать, почистить сольвентом, высушить.

Смазка постоянно загрязняется металлическими частицами, образующимися вследствие износа. Поэтому втулка требует периодической чистки и пополнения запасов специальной смазки, не позволяющей кулачкам слипаться. Во влажном климате втулки часто выходят из строя из-за попадания воды. Перевод втулки на масляную смазку помогает устранить эту проблему. Кроме того масляная смазка имеет преимущество, заключающееся в смазке планетарной втулки без необходимости разборки втулки.

Из-за модульной конструкции втулок Nexus и Alfine их разобрать не так сложно, как может показаться с первого взгляда. Если раскрутить втулку с левой стороны, то с правой стороны можно целиком вытянуть весь механизм.

Так как вместо переключающего стержня, расположенного в полой оси, здесь установлен поворотный переключатель, то в эти втулки нельзя добавлять масло через конец оси. Для пополнения запасов масла придётся открутить левый конический подшипник или установить специальный масляный колпачок Sturmey-Archer, через который в будущем можно будет заливать масло.

Роллерный тормоз Shimano смазывается вообще без разборки через маленький резиновый затвор со стороны держателя. При этом необходимо использовать только специальную тормозную смазку Nexus. Для смазки роллерного тормоза вам потребуется всего навсего открыть затвор, вставить в него носик тюбика со смазкой и выдавить её.

Технические характеристики планетарной втулки Shimano 8 SG-8R20.

Достоинства и недостатки планетарных передач

Планетарная передача выигрывает у простых зубчатых механизмов аналогичной мощности компактным размером и массой меньшей в 2 — 3 раза. Используя нескольких планетных шестерней, достигается зацепление зубьев на 80%. Нагрузочная способность механизма повышается, а давление на каждый зубец уменьшается.

Кинематическая характеристика планетарного механизма доходит до 1000 с малым числом зубчатых колёс без применения многорядных конструкций. Помимо передачи планетарная схема способна работать как дифференциал.

За счёт соосности валов планетарного механизма, компоновать машины проще, чем с другими редукторами.

Применение планетарного ряда в АКПП снижает уровень шума в салоне автомобиля. Сбалансированная система имеет высокую вибропрочность за счет демпфирования колебаний. Соответственно снижается вибрация кузова.

Недостатки планетарного механизма:

• сложное производство и высокая точность сборки;
• в сателлиты устанавливают подшипники, которые выходят из строят быстрее, чем шестерня;
• при повышении передаточных отношений КПД падает, поэтому приходится усложнять конструкцию.

Назначение кнопки Shift Lock release на АКПП

Выход из строя

Износ – это основная причина поломки планетарной передачи, которая происходит в основном из-за плохой смазки. Изношенные передачи имеют в зацеплениях увеличенные зазоры, что приводит к усилению шума, вибрации и в конечном итоге уменьшению прочности зуба.

Заедание – поломка высокоскоростных передач. Происходит заедание, так как масленая плёнка выдавливается между зубьями при высоких скоростях.

Излом – вызывается напряжением изгиба. Излом может разрушить вал, подшипники и весь механизм.

Планетарный редуктор применяется там, где нужна точность среднего уровня, и отсутствует необходимость в полном вале. Основная отрасль использования планетарного редуктора – машиностроение, кроме того они применяются в медицинской технике и измерительной аппаратуре.

Передаточное число планетарных передач

Передаточным называют отношение частоты ведущего вала планетарной передачи к частоте ведомого. Визуально определить его значение не получится. Механизм приводится в движение разными способами, а значит передаточное число в каждом случае различно.

Для расчёта передаточного числа планетарного редуктора учитывают число зубьев и систему закрепления. Допустим, у солнечной шестерни 24 зуба, у сателлита — 12, у короны — 48. Водило закреплено. Ведущим становится солнце.

Сателлиты начнут вращаться со скоростью, передаваемой солнечной шестернёй. Передаточное отношение равно: -24/12 или -2. Результат означает, что планеты вращаются в противоположном направлении от солнца с угловой скоростью 2 оборота. Сателлиты обкатывают корону и заставляют её обернуться на 12/48 или ¼ оборота. Колёса с внутренним закреплением вращаются в одном направлении, поэтому число положительное.

Общее передаточное число равно отношению числа зубьев ведущего колеса к количеству зубьев ведомого: -24/48 или -1/2 оборота делает корона относительно солнца при зафиксированном водиле.

Если водило станет ведомым при ведущем солнце, то передаточное отношение: (1+48/24) или 3. Это самое большое число, какое способна предложить система. Самое маленькое отношение получается при фиксировании короны и подачи момента на водило: (1+/(1+48/24)) или 1/3.

Передаточные числа простой планетарной схемы: 1,25 — 8, многоступенчатой: 30 — 1000. С ростом кинематической характеристики КПД снижается.

Сколько должно быть сателлитов?

В сравнении с обычной передачей в планетарном зацеплении оказывается большее количество зубьев, и все они задействованы в перемещении мощности. С увеличением числа сателлитов снижается нагрузка на каждый из них, соответственно, есть возможность для уменьшения их диаметра и ширины (материалоемкости производства) при сохранении прочностных характеристик устройства планетарного редуктора. Рассеивание мощности сопровождается снижением износа зубьев, а также повышением жесткости привода на скручивание.

В планетарных редукторах обычно используются три (реже – четыре) сателлита. С увеличением их количества растут требования к точности исполнения деталей. Так, смещение одной из осей сателлита приводит к неравномерному распределению передаваемой мощности. Это негативно отражается на сроке службы зубьев и подшипников.

Подбор чисел зубьев планетарных передач

Число зубьев колёс подбирают на первом этапе расчёта планетарной схемы по заранее установленному передаточному отношению. Особенность проектирования планетарного ряда заключается в соблюдении требований правильной сборки, соосности и соседства механизма:

• зубья сателлитов должны совпадать с впадинами солнца и эпицикла;
• планеты не должны задевать друг друга зубьями. На практике более 6 сателлитов не используют из-за трудностей равномерного распределения нагрузки;
• оси водила, солнечного и коронного колёс должны совпадать.

Основное соотношение подбора зубьев передачи через передаточное число выглядит так:

Технические характеристики АКПП, виды и их отличие друг от друга

где i — передаточное число;

Zn — количество зубьев.

Условие соосности соблюдается при равных межосевых расстояниях солнечного колеса, короны и водила. Для простой планетарной зубчатой передачи проверяют межосевые расстояния между центральными колёсами и сателлитами. Равенство должно удовлетворять формуле:

Чтобы между планетами оставался зазор, сумма радиусов соседних шестерней не должна превышать осевое расстояние между ними. Условие соседства с солнечным колесом проверяют по формуле:

sin (π/c)> (Zсателлит+2)/(Zсолнце+Zсателлит),

где с — количество сателлитов.

Планетные колёса размещаются равномерно, если соотношение зубьев короны и солнца к количеству сателлитов окажется целым:

где Z — целое число.

Складные велосипеды с планетарной втулкой

Что такое Платон на дорогах и как он работает

Многие производители складных велосипедов комплектуют планетарной втулкой. На этих очень удобно ездить, и есть возможность равномерного регулирования распределения нагрузки во время езды. Кроме этого, они имеют целый ряд преимуществ. В связи с этим, следует рассмотреть самые известные модели этих велосипедов.

Обзор и сравнение моделей

1. Складной велосипед FORWARD Enigma 154.
   Он очень удобный и легкий. Он адаптирован под любые дороги – его можно использовать для езды, как на городских дорогах, так и на дорогах за городом. Благодаря установленной на нем планетарной втулкой, можно очень переключать передачи скорости и подстраиваться под любые дороги, при равномерном распределении нагрузки он отлично преодолевает кочки, различные подъемы и спуски. Помимо этого, его удобно перевозить в метро и в общественном транспорте. Правда, для этого нужна специальная сумка чехол;
2. Складной велосипед Comanche Lago.
   Его очень удобно использовать в мегаполисах. Он отлично подстраивается под любые дороги. Кроме этого у него хорошая маневренность при поворотах и отличная скорость. Эти велосипеды комплектуются планетарной втулкой Shimano Nexus Inter-3 sg-3c41 с тремя скоростями. Помимо этого, они очень компактные и легко складываются в специальные сумки для велосипедов. Поэтому их можно с легкостью перевозить в метро и в общественном транспорте;
3. Складной велосипед .
   Эти модели предназначены для повседневного использования. Их можно использовать для езды на дрогах с асфальтовым, грунтовым покрытием. Также очень хорошо преодолевают ухабы, кочки, спуски, подъемы, поэтому хорошо адаптированы для горной местности. На этих транспортных средствах установлена трехскоростная планетарная втулка с задним приводом. Этой втулкой очень удобно пользоваться и она имеет очень долгий срок службы. Кроме этого эти модели велосипедов можно настраивать как для взрослых, так и для детей;
4. Горный складной велосипед Volume Generator.
   Этот велосипед изготовлен из односкоростного байка и МТВ. Его в основном используют для горной местности, поскольку он отлично преодолевает большие спуски и подъемы, кочки, большие ухабы. На нем установлена втулка Shimano Alfine SG-S700 и два дисковых тормоза. Благодаря этому, можно отлично регулировать передачи скорости и подстраиваться под любой рельеф местности.

Советы по подбору планетарного редуктора

Перед выбором планетарного редуктора проводят точный расчёт нагружения и режимов работы механизма. Определяют тип передачи, осевые нагрузки, температурный диапазон и типоразмеры редуктора. Для тяжёлой спецтехники, где нужен большой крутящий момент при малых скоростях, выбирают редуктор с высоким передаточным отношением.

Чтобы сбавить угловую скорость, не снижая крутящего момента, применяют привод с электродвигателем и редуктором. При выборе мотор редуктора учитывают:

• эксплуатационную нагрузку;
• момент вала на выходе;
• частоту вращения входного и выходного валов;
• мощность электродвигателя;
• монтажное исполнение.

Преимущества использования планетарных втулок

1. Прямой ход цепи и низкий износ ведущей и ведомой звезд. Снаружи трансмиссия выглядит как у обычного сигнлспида.
2. Скрытый от внешних воздействий механизм переключения передач отличается высокой долговечностью по сравнению с кассетами и трещотками. Могут быть задействованы все соотношения передач. Об этом смело скажут отзывы от велосипедистов, перешедших со «стандартных» скоростных велосипедов на планетарные.
3. Нет необходимости постоянно обслуживать устройство, также его сложно нечаянно повредить.

Как и у всего на свете, у втулок с планетарными передачами есть свои «но»:

1. Невозможность использования в велосипедном гоночном спорте из-за высокого трения и чувствительности шестерней.
2. Ощутимая прибавка к весу: только некоторые трехскоростные втулки весят чуть меньше килограмма. В движении привес на заднее колесо дает о себе знать.
3. Ремонт таких механизмов почти невозможен в домашних условиях, да и сервис, где ремонтируют планетарные втулки, нечасто можно встретить. Одноразовость планетарок не позволяет их выгодно привести в рабочее состояние, лучшим вариантом будет установка новой.
4. Запредельная стоимость. Конечно, она вполне оправдана, однако ставить редуктор с нуля на сигнлспид нет смысла. Гораздо проще купить готовый велосипед с ней.

Область применения планетарных передач

Планетарная схема используется в:

• редукторах;
• автоматических и механических коробках передач;
• в приводах летательных аппаратов;
• дифференциалах машин, приборов;
• ведущих мостах тяжёлой техники;
• кинематических схемах металлорежущих станков.

Планетарную коробку передач применяют в агрегатах с переменным передаточным отношением, затормаживая водило. В гусеничной технике для сложения потоков мощности элементы в планетарном механизме не блокируют.

Особенности рабочего процесса

Принципиальным отличием планетарных механизмов от других видов коробок передач является уже упомянутая независимость рабочих элементов, что формулируется как две степени свободы. Это значит, что благодаря дифференциальной зависимости для вычисления угловой скорости одного компонента системы необходимо брать во внимание скорости двух других зубчатых узлов. Для сравнения, другие зубчатые коробки передач предполагают линейную зависимость между элементами в определении угловой скорости. Иными словами, угловые скорости планетарной «коробки» могут меняться на выходе независимо от динамических показателей на входе. При зафиксированных и неподвижных шестернях появляется возможность суммировать и распределять потоки мощности.

В простейших механизмах отмечается две степени свободы зубчатых звеньев, но работа сложных систем может предусматривать и наличие трех степеней. Для этого механизм должен иметь как минимум четыре функциональных звена, которые будут находиться в дифференциальной связке между собой. Другое дело, что такая конфигурация фактически будет неэффективна в силу низкой работоспособности, поэтому на практике применения и передачи с четырьмя звеньями сохраняют две степени свободы.

Источники:

https://by-bike.ru/ustroystvo-velosipeda
https://tepka.ru/velosiped/17.html
https://qastack.ru/bicycles/44990/what-freewheel-mechanism-designs-are-used-in-bicycles
https://toyota-chr2.ru/sovety/planetarnyj-mehanizm.html