Планетарная втулка

Планетарная втулка — это механизм велосипедного колеса, совмещающий в себе функции задней втулки и многоступенчатой системы переключения передач, заключённой в герметичный корпус. В отличие от традиционных систем с внешними переключателями скоростей (дерайльерами), планетарная втулка использует внутренний зубчатый редуктор планетарного типа, что обеспечивает защиту механизма от грязи, влаги и механических повреждений, а также позволяет переключать передачи без вращения педалей.

Устройство и принцип работы

Основой планетарной втулки является планетарная передача, состоящая из центральной солнечной шестерни, нескольких сателлитов, установленных на водиле, и внешней кольцевой (эпициклической) шестерни. В зависимости от конструкции, вращающий момент передаётся через различные комбинации этих элементов, что позволяет изменять передаточное отношение.

Основные компоненты

• Корпус втулки: неподвижная часть, крепящаяся к перьям рамы. Внутри него размещается весь механизм.
• Вал (ось): проходит через корпус и крепится к раме. Внутри него проходят тросики управления.
• Планетарный механизм: набор шестерён, расположенных вокруг оси. Включает солнечную, сателлитные и кольцевую шестерни.
• Муфты и обгонные механизмы: обеспечивают включение и выключение определённых ступеней, а также свободный ход (качение накатом).
• Механизм переключения: управляется тросиком от ручки (манетки) на руле. При повороте ручки тросик перемещает кулачковый механизм внутри втулки, который задействует нужную комбинацию шестерён.
• Тормозной механизм (опционально): во многих моделях планетарная втулка интегрирована с барабанным или роллерным тормозом, расположенным внутри корпуса.

Принцип переключения

При вращении ручки переключения тросик натягивается или ослабляется, перемещая специальный палец или кулачок. Этот элемент блокирует или освобождает определённые части планетарного механизма (например, фиксирует кольцевую шестерню или водило). В результате изменяется путь передачи крутящего момента от ведущей шестерни (соединённой с шатунами) к корпусу втулки, а значит, и к колесу. Переключение возможно как в движении, так и на месте, что является важным отличием от дерайльеров.

История

Первые патенты на конструкции, напоминающие планетарные втулки, появились в конце XIX века. В 1896 году компания Sturmey-Archer (Великобритания) начала серийное производство трёхскоростных планетарных втулок, которые быстро завоевали популярность в Европе благодаря своей надёжности и простоте обслуживания. В первой половине XX века такие втулки стали стандартом для городских и дорожных велосипедов, особенно в странах с влажным климатом, где цепные передачи быстро изнашивались.

В 1930-х годах немецкая компания Fichtel & Sachs (позже SRAM) представила свою версию планетарной втулки — Torpedo, которая также включала интегрированный ножной тормоз. В СССР с 1950-х годов на велосипедах «Урал», «Турист» и некоторых моделях «Школьник» устанавливались трёхскоростные втулки, производившиеся по лицензии Sturmey-Archer на Харьковском велосипедном заводе (ХВЗ).

В конце XX — начале XXI века развитие получили многоскоростные модели (7, 8, 11 и даже 14 скоростей), такие как Rohloff Speedhub (14 скоростей) и Shimano Alfine (8 и 11 скоростей). Эти втулки стали применяться на туристических, городских и даже горных велосипедах, хотя их высокая стоимость и больший вес по сравнению с дерайльерами ограничивают массовое распространение.

Классификация

Планетарные втулки классифицируются по нескольким признакам:

По количеству передач

• 2- и 3-скоростные: самые простые и распространённые. Используются на городских и детских велосипедах.
• 5- и 7-скоростные: более сложные, обеспечивают широкий диапазон передач. Примеры: Shimano Nexus 7, SRAM i-Motion 7.
• 8-, 11- и 14-скоростные: высокотехнологичные модели с большим диапазоном (до 500% и более). Примеры: Shimano Alfine 11, Rohloff Speedhub 14.

По типу тормоза

• Без тормоза: втулка только для переключения передач; тормоз устанавливается отдельно (дисковый, ободной).
• С ножным тормозом: классический вариант для городских велосипедов. Торможение происходит при вращении педалей назад.
• С роллерным или барабанным тормозом: тормозной механизм встроен в корпус втулки, управляется ручкой на руле.

По производителю

• Shimano (Япония): массовые модели Nexus и Alfine.
• SRAM (США): модели i-Motion и Spectro.
• Sturmey-Archer (Великобритания): исторический бренд, выпускает 3-, 5-скоростные втулки.
• Rohloff (Германия): премиальная 14-скоростная втулка Speedhub.
• Pinion (Германия): хотя это не втулка, а коробка передач в каретке, принцип планетарный.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Защита от внешней среды: механизм герметичен, не требует частой смазки и регулировки.
• Долговечность: ресурс качественных втулок (например, Rohloff) может превышать 100 000 км.
• Переключение без нагрузки: можно переключать передачи на месте, что удобно при остановках на светофорах.
• Отсутствие выступающих частей: снижается риск повреждения при падении или транспортировке.
• Чистота: цепь не перекашивается, она всегда прямая, что уменьшает её износ и загрязнение.

Недостатки

• Большой вес: планетарная втулка тяжелее системы с дерайльером (например, Rohloff весит около 1,8 кг, а Shimano Alfine 11 — около 1,6 кг).
• Высокая стоимость: особенно у многоскоростных моделей. Цена Rohloff Speedhub может превышать 1000 евро.
• Сложность ремонта: обслуживание требует специальных инструментов и знаний; в полевых условиях неремонтопригодна.
• Потери на трение: внутреннее сопротивление механизма выше, чем у цепной передачи, что снижает КПД (особенно на высоких скоростях).
• Ограниченный диапазон: у большинства массовых моделей (3-7 скоростей) диапазон передач уже, чем у современных дерайльеров (например, 11-42T кассета).

Применение

Планетарные втулки наиболее распространены на:

• Городских велосипедах (ситибайках, круизерах) — благодаря простоте, чистоте и возможности переключения на месте.
• Туристических велосипедах — для длительных поездок в условиях плохих дорог и с большим грузом.
• Грузовых велосипедах (например, Nihola, Bullitt) — из-за высокой надёжности и возможности переключения под нагрузкой.
• Складных велосипедах — компактность и отсутствие выступающих деталей.
• Электровелосипедах — планетарная втулка хорошо сочетается с мотор-колесом, так как выдерживает высокие крутящие моменты.

В спортивных велосипедах (шоссейных, горных) планетарные втулки практически не применяются из-за веса и потерь на трение, хотя существуют гибридные системы, сочетающие планетарную втулку с ременной передачей (например, Gates Carbon Drive).

Интересные факты

• Самая старая действующая планетарная втулка Sturmey-Archer 1902 года выпуска до сих пор используется на велосипеде, принадлежащем британскому коллекционеру.
• Втулка Rohloff Speedhub имеет 14 передач, расположенных с равными интервалами (около 13,6% разницы между соседними), что обеспечивает очень плавное переключение.
• В СССР планетарные втулки производились по лицензии Sturmey-Archer на ХВЗ, но их качество часто уступало оригиналу из-за использования менее прочных материалов.
• Некоторые современные планетарные втулки (например, Shimano Alfine 11) требуют специального масла, которое меняется каждые 5000-10000 км, и не допускают использования обычной смазки.

Источники

• Bicycle Technology: Understanding the Modern Bicycle — Rob van der Plas, 1996.
• The Bicycle Wheel — Jobst Brandt, 1993.
• Sturmey-Archer: The Story of the Sturmey-Archer Gear — John Pinkerton, 2000.
• Shimano Technical Manuals (Nexus, Alfine series).
• Rohloff Speedhub 500/14 Technical Manual.
• SRAM i-Motion Service Manual.