Внутренняя планетарная передача Rohloff Speedhub для велосипедов

Введение

Внутренний планетарный механизм переключения передач для велосипедов

Rohloff Speedhub – это планетарный внутренний механизм переключения передач для велосипедов, разработанный и запатентованный компанией Rohloff AG. Он производится и продается этой компанией с 1998 года. Speedhub 500/14 имеет 14 равномерно распределенных, последовательных, неперекрывающихся передач, управляемых одной поворотной рукояткой. Общий диапазон передач составляет 526%, то есть самая высокая передача в 5,26 раза выше, чем самая низкая. Каждое переключение на более высокую передачу увеличивает ее примерно на 13,6% (что эквивалентно уменьшению примерно на 12,0% при переключении на более низкую передачу). Speedhub дороже конкурирующих велосипедных трансмиссий (как планетарных, так и переключаемых), и он примерно на 100 граммов тяжелее сопоставимого комплекта переключаемых передач, но предлагает примерно такой же диапазон передач (и при соотношении 5,26:1 – больший диапазон, чем типичное соотношение дорожного велосипеда 4,28:1 с системой 50/34 и кассетой 11-32), при этом требуя значительно меньше обслуживания и имея более длительный срок службы. Поэтому он в основном используется в дорогих велосипедах для путешествий и горных велосипедах, где отсутствие (уязвимых) внешних компонентов является преимуществом.

Операция

Внутренняя конструкция редукторного узла состоит из трех серий планетарных передач, соединенных последовательно, избирательно включаемых в зависимости от выбора передачи пользователем, каждая из которых содержит ступенчатую планету. Первые две серии передач обеспечивают семь передаточных чисел, а третья – полное понижение диапазона, удваивая количество передач до четырнадцати. Первые две ступенчатые серии идентичны и зеркально симметричны, каждая из них предлагает два передаточных числа и прямой привод. Каждая планетарная шестерня взаимодействует с солнечной шестерней (каждая из которых может быть либо неподвижной, либо свободно вращаться), а каждая малая планетарная шестерня взаимодействует с зубчатым венцом (один является входом, другой – выходом). Переключение передач осуществляется путем блокировки определенной комбинации солнечных шестерен с помощью собачек и включения или отключения каждого из двух муфт. Первая планетарная серия обеспечивает понижение на три и два шага соответственно, в то время как вторая – повышение на два и три шага соответственно, обе также имеют прямой привод при включенном соответствующем муфте и свободных для вращения солнечных шестернях. Понижение на один шаг достигается путем комбинирования понижения на три шага с повышением на два шага, а повышение на один шаг – путем комбинирования понижения на два шага с повышением на три шага. Таким образом, три различных шага понижения, прямой привод и три различных шага повышения достигаются системой сдвоенных планет, все с равномерными шагами благодаря выбранным размерам зубчатых колес. Редуктор является стандартным устройством, известным из техники. Все планетарные шестерни первых двух планетарных систем расположены на одном носителе (по 4 шестерни на каждой оси, причем каждый набор из 2 зафиксирован на одном и том же валу, то есть 2 вала вращаются на общей оси). Общий планетарный носитель служит для передачи мощности между первой и второй планетарными системами. Вход подается на первый зубчатый венец. Для выполнения функции реактивного элемента необходимо заблокировать либо солнечную шестерню 1, либо солнечную шестерню 2 (но не обе одновременно). При использовании планетарного носителя в качестве выхода первой системы результатом является понижение скорости. При использовании планетарного носителя в качестве входа второй системы и ее зубчатого венца (зубчатый венец 2 механизма) в качестве выхода результатом является повышение скорости. Поскольку система состоит из двух солнечных шестерен разного размера, можно выбрать два передаточных числа для понижения и два для повышения. Второй зубчатый венец механизма напрямую прикреплен к последней солнечной шестерне ступени понижения. При удержании зубчатого венца последней ступени неподвижным результатом является понижение скорости на выходе планетарного носителя. При заблокированном планетарном носителе и зубчатом венце последней ступени понижения (и свободном вращении последнего зубчатого венца) обеспечивается прямой привод и передаточное число 1:1. Муфта №2 не может быть включена. Это просто обгонная муфта, которая будет заблокирована и передавать мощность, когда солнечные шестерни №3 и №4 будут разъединены с центральной осью, и будет проворачиваться, когда одна из солнечных шестерен будет заблокирована и мощность будет передаваться на зубчатый венец планетами. Другими словами, зубчатый венец 2 может вращаться с той же скоростью, что и общий планетарный носитель, или с более высокой скоростью. Муфта №3 соединяет солнечную шестерню ступени редукции с ее зубчатым венцом (прямой привод), муфта №4 блокирует зубчатый венец ступени редукции на неподвижной оси. Свободный ход достигается путем обеспечения свободного вращения зубчатого венца 3 в прямом направлении. Таким образом, он будет либо свободно вращаться относительно оси при включенной окончательной редукции, либо относительно солнечной шестерни при прямом приводе окончательной редукции. Другими словами, когда заключительная ступень редукции находится в прямом приводе, свободный ход приведет планетарную систему в обратный овердрайв, при этом планетарный носитель будет входом, а зубчатый венец – выходом, не испытывающим нагрузки. Внутреннее передаточное число (IGR), количество оборотов втулки на один оборот звездочки Speedhub, находится в диапазоне от 0,279 до 1,467 в зависимости от выбранной передачи. Передача 11 имеет передаточное число 1,0. Speedhub имеет диапазон 526% между самой высокой и самой низкой передачей. Детальный диапазон передач:

The internal construction of the gear hub consists of three planetary gear series, connected one after the other, selectively engaged depending on the user's gear choice, each containing a stepped planet. The first two gear series provide seven ratios, and the third a complete range reduction, doubling the number of speeds to fourteen. The first two stepped series are identical and mirrored, each offering two ratios and direct drive. Each planet level meshes with a sun gear (each of which can be either stationary or free to rotate), and each smaller planet meshes with an annulus (one being input, the other being output). Shifting is achieved by locking a certain combination of suns, using pawls, and engaging or releasing each of the two clutches. The first planetary series gears three and two steps down respectively, while the second gears two and three steps up respectively, both also having direct drive when the respective clutch is engaged with the suns free to spin. One step down is achieved by combining three steps down with two steps up, and one step up by combining two steps down with three steps up. Thus three different steps down, direct drive and three different steps up are achieved by a double planet system, all in even increments due to the cog sizes selected. The reduction gear is a standard unit known from the art. All planet gears of the first 2 planetary systems are on the same carrier (4 gears on each axle, with each set of 2 locked to the same shaft, i. e. 2 shafts rotating on a common axle). The common planet carrier is the means to transfer power between planetary system one and two. Input is applied to the first ring gear. Either sun gear 1 or 2 must be locked to serve as reactionary member (but never both). With the planet carrier the output of the first system, the result is speed reduction. With the planet carrier the input of the second system and its ring gear (ring gear 2 of the mechanism) the output, the result is speed increase. Because a system consists of two suns of different size, two ratios each for reduction and increase are selectable. The second ring gear of the mechanism is directly bolted to the final sun gear of the reduction stage. When the final stage's ring gear is held stationary, the result is speed reduction at the planet carrier output. With planet carrier and ring gear of the final reduction stage locked (and the final ring gear free to spin), it gives direct drive and a reduction ratio of 1:1. Clutch #2 cannot be engaged. It is simply an overrun clutch that will be locked and transmit power when suns #3 and #4 are disengaged from the center axle and will overrun when one of the sun gears is locked and power is transmitted to the ring gear by the planets. In other words, ring gear 2 can either rotate at the same speed as the shared planet carrier or at a higher speed. Clutch #3 couples the reduction stage sun gear to its ring carrier (direct drive), clutch #4 locks the reduction stage ring gear to the stationary axle. Freewheeling is achieved by allowing ring gear 3 to freewheel in a forward direction. It will thus either freewheel relative to the axle when final reduction is enabled, or to the sun gear when final reduction is in direct drive. In other words, when the final reduction stage is in direct drive, the freewheeling contribution will put the planetary system into reverse overdrive with the planet carrier now the input and the ring gear the output that has no load. The IGR (inner gear ratio), hub revolutions per sprocket revolution of the Speedhub, lies between 0.279 and 1.467 depending on the gear chosen. Gear 11 has a ratio of 1.0. The Speedhub has a 526% range between the highest and lowest gear. The range of gears in detail is:

Передача IGR Солнце №1 Солнце №2 Муфта №1 Соотношение 1 Солнце №3 Солнце №4 Муфта №2 Соотношение 2 1 0.279 неподвижно 0.682 включена 1 2 0.316 неподвижно 0.774 включена 1 3 0.360 неподвижно 0.682 неподвижно 1.292 4 0.409 включена 1 включена 1 5 0.464 неподвижно 0.774 неподвижно 1.467 6 0.528 включена 1 неподвижно 1.292 7 0.600 включена 1 неподвижно 1.467 8 0.682 9 0.774 10 0.881 11 1.000 12 1.135 13 1.292 14 1.467
Общие средние потери в передачах составляют примерно 1–5%, что сопоставимо с переключателем передач.

Монтаж

Speedhub оснащен роторным переключателем для переключения передач, с одним тросом, тянущим в каждом направлении. Индексирующий механизм является частью втулки. Как и во всех планетарных передачах, возникает реакция крутящего момента, которую необходимо компенсировать, чтобы предотвратить вращение внутренних компонентов, и она передается на раму велосипеда посредством специально разработанных прорезей в перьях вилки и задних дропаутах (OEM-версии), или рычага компенсации крутящего момента, прикрепленного к раме (EX), или крепления дискового тормоза (DB). Втулка содержит 25 мл масла, которое следует заменять раз в год или после 5000 км (рекомендация производителя). Переполнение может привести к утечкам, как и хранение велосипеда на боку в некоторых багажных отделениях самолетов с низким давлением. Звездочка на втулке предназначена для стандартных велосипедных цепей с переключателями передач (ISO 082) и предлагается с разным количеством зубьев, например, 13/15/16/17. Звездочки с 15, 16 и 17 зубьями являются двусторонними, что удваивает срок их службы после износа одной стороны. Звездочка с 13 зубьями не является двусторонней и имеет смещение наружу на 4 мм, изменяя линию цепи с 54 до 58 мм. Это связано с тем, что меньшая звездочка заставляет цепь проходить ближе к оси, и цепь будет тереться о корпус втулки, если звездочка не будет смещена.

Период перерыва

Хабы Rohloff обычно требуют периода приработки для оптимальной работы. Производитель предполагает, что для этого может потребоваться некоторое время активной езды. У некоторых велосипедистов период приработки может быть более длительным. До полного приработки хаба велосипедист может ощущать некоторый шум или вибрацию при работе понижающей передачи (передачи 1–7).