Планетарная втулка

**Планетарная втулка** (англ. *gear hub*) — втулка колеса, содержащая в себе систему переключения передач на основе одной или нескольких планетарных передач.

## Устройство

### Планетарная передача

Основные элементы планетарной передачи:

* **Солнечная шестерня** (англ. *sun gear*) — находится в центре.
* **Водило** (англ. *carrier unit*) — жёстко фиксирует друг относительно друга оси нескольких **планетарных шестерён** («сателлитов») одинакового размера (англ. *planetary gears*), находящихся в зацеплении с солнечной шестерней.
* **Кольцевая шестерня** (англ. *ring gear*) — внешнее зубчатое колесо, имеющее внутреннее зацепление с планетарными шестернями.

При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из элементов фиксируется неподвижно, второй — используется как ведущий (замыкается на звезду, приводимую цепью), а третий — в качестве ведомого (замыкается на корпус втулки). Соединение элементов осуществляется с помощью собачек или роллерного сцепления, уменьшающего шумность. Таким образом, передаточное отношение будет зависеть от количества зубьев каждого компонента, а также того, какой элемент закреплён. Увеличивая количество планетарных передач, можно увеличивать количество скоростей у втулки.

### 3-скоростная втулка

Принцип работы 3-скоростной планетарной втулки, включающей в себя одну планетарную передачу:

* Солнечная шестерня — это ось, она закреплена неподвижно на раме.
* Первая передача (отношение 0.733). Ведомая звезда с помощью привода соединена собачками с кольцевой шестерней. Водило соединено собачками с корпусом втулки. Кольцевая шестерня вращает водило через сателлиты, при этом водило (и корпус втулки) вращается медленнее, чем кольцевая шестерня (и звезда).
* Вторая передача (отношение 1.0). Под действием исполнительного механизма муфта, сжимая возвратную пружину, выдвигает собачки на кольцевой шестерне, и она зацепляется с корпусом втулки. Вращение передается непосредственно с звезды на кольцевую шестерню и далее на корпус втулки — прямая передача. Водило вращается с той же скоростью, что и на первой передаче, но корпус втулки вращается быстрее, поэтому собачки водила стрекочут по корпусу и не оказывают влияния на работу механизма.
* Третья передача (отношение 1.364). Исполнительный механизм толкает муфту дальше, она входит своими шлицами в зацепление с водилом. Тем самым, водило соединяется с ведомой звездой. Собачки на кольцевой шестерне по-прежнему зацеплены с корпусом втулки, но водило теперь вращается в противоположную сторону, ускоряя вращение корпуса втулки по сравнению с ведомой звездой. Собачки стрекочут между водилом и корпусом, а также между приводом и кольцевой шестерней.

### Многоскоростные втулки

При увеличении количества планетарных передач, включаемых в различных сочетаниях, можно увеличивать число передаточных отношений втулки (с соответствующим увеличением сложности и цены).

8-скоростная втулка имеет две планетарных передачи. Первая из них (подключается муфтой на 1-4 скоростях) — замедляет вращение втулки на фиксированную величину. Она состоит из 1 кольцевой шестерни, 1 солнечной шестерни и 1 набора сателлитов. Вторая планетарная передача ускоряет движение втулки. Она состоит из 1 кольцевой шестерни, 3 солнечных шестерней (далее — СШ № 2, 3, 4) и 3 наборов сателлитов. При переключении передач, различные солнечные шестерни подключаются собачками, расположенными на оси, и меняют передаточное отношение второй планетарной передачи. 5-я передача втулки — прямая, вращение передается с звездочки на корпус без преобразования потока мощности.

Использование планетарных передач (далее — ПП1 и ПП2) втулки на различных скоростях:

1. ПП1 замедляет, ПП2 не используется.
2. ПП1 замедляет, ПП2 ускоряет с СШ2.
3. ПП1 замедляет, ПП2 ускоряет с СШ3.
4. ПП1 замедляет, ПП2 ускоряет с СШ4.
5. Прямая передача
6. ПП1 не используется, ПП2 ускоряет с СШ2.
7. ПП1 не используется, ПП2 ускоряет с СШ3.
8. ПП1 не используется, ПП2 ускоряет с СШ4.

11-скоростная втулка имеет уже 3 планетарных передачи. Она не имеет прямой передачи, поток мощности преобразуется минимум 1 раз на всех передачах.

## Представители

Первым серийным производителем многоскоростных втулок стала фирма Sturmey-Archer в 1902 году. Достаточно полно ассортимент этих втулок (2-х,3-х,4-х,5-х,7-х и 8-х) за более чем столетнюю историю фирмы представлен на странице известного веломеханика Шелдона Брауна.

Список планетарных втулок с характеристиками (англ.).

В нижеследующей таблице перечислен ряд ныне выпускаемых планетарных втулок.

## Достоинства

* Механизм переключения передач хорошо защищён от внешних воздействий, благодаря чему трансмиссия требует меньше ухода и имеет больший ресурс по сравнению со схемой с внешним переключением передач.
* В случае рамы с горизонтальными или скользящими дропаутами (или с эксцентриковой кареткой) отсутствует риск поломки петуха и/или попадания заднего переключателя в спицы.
* Возможность переключения передач в неподвижном состоянии, что полезно для городской езды.
* Более простая эксплуатация, особенно для неопытных велосипедистов: одна манетка, нет запрещённых сочетаний передач.
* Возможность использования с ременным или карданным приводом.
* Возможность использования системы с одной звездой, что позволяет установить щиток, защищающий цепь от внешних воздействий, а одежду — от контакта с цепью.
* Возможность использования долговечных цепей и звёзд от синглспида.

## Недостатки

* Высокая стоимость по сравнению с системами внешнего переключения.
* В большинстве случаев производители запрещают использование комбинаций звезд, позволяющих ездить по пересеченной и горной местности.
* Риск поломки втулки от повышенного крутящего момента при агрессивной эксплуатации.
* Узкий диапазон передаточных отношений и его смещение в сторону «скоростных» передач, а не «тяговитых».
* Меньший КПД привода из-за большого количества зубчатых передач.
* Большой вес, смещение центра тяжести назад, на двухподвесах — увеличение неподрессоренных масс.
* Сложность конструкции, невозможность ремонта в полевых условиях. Обслуживание планетарной втулки требует больших навыков, чем традиционная трансмиссия.
* Несовместимость с эксцентриковым зажимом колеса. Если втулка недостаточно прочно привинчена к дропаутам, ось может провернуться, вызвав поломку втулки и/или рамы.
* Распространенные рамы с вертикальными дропаутами не реализуют преимущества планетарной втулки в полной мере.

## См. также

* Трансмиссия
* Втулка колеса
* Задний переключатель
* Передний переключатель

## Ссылки

* Устройство и принцип работы 8-скоростной втулки (рус.)
* Устройство и принцип работы 3-скоростной втулки (англ.)
* Устройство и принцип работы 8-скоростной втулки (англ.)

## Примечания

1. ↑ Книга «**История велосипеда**», Херлихи Дэвид В. — М., Новое литературное обозрение, 2009
2. ↑ Втулки Sturmey-Archer на сайте Шелдона Брауна
3. ↑ 3-скоростная планетарная втулка с барабаном для установки кассеты. Заменяет передний переключатель. Количество передач может быть 24, 27, 30. Общий диапазон - до 654%.
4. ↑ Автоматическое переключение передач (механическая центробежная система) при заданной частоте вращения колеса.
5. ↑ В новые втулки Shimano встроен «ограничитель крутящего момента» (!), призванный уменьшить риск поломки втулки большим усилием на педалях.
6. ↑ 8-скоростная втулка эквивалентна традиционной трансмиссии с кассетой и **одинарной** системой, а 11-скоростная — трансмиссии с **двойной** системой. 14-скоростная втулка чрезвычайно дорога.
7. ↑ На странице есть фото сломанной втулки после проворота оси.