Современные втулки различаются по многим параметрам: назначению, материалам из которых сделаны, "начинке". Втулки, предназначенные для горных, гибридных и туристических, шоссейных или городских велосипедов различаются по таким показателям, как вес, прочность, качество защиты от внешних воздействий. Втулки передних и задних колес также существенно различаются.

Во-первых, нагрузки на переднее колесо много меньше, чем на заднее, а значит, детали можно делать миниатюрнее и легче.

Во-вторых, на заднюю втулку возложен ряд дополнительных функций, таких как передача крутящего момента от педалей к колесу и многих других: задние втулки велосипедов почти всегда включают в себя механизмы свободного хода, нередко тормозные механизмы и, иногда, механизмы внутреннего переключения передач. Втулки с внутренним переключением передач (internal gear hubs), так называемые планетарные втулки, имеют столько отличий от традиционных, что будут рассмотрены позже в отдельной статье.

Втулка является одним из самых дорогих узлов велосипеда. От их качества во многом зависит сколько вы будете тратить сил, на то чтобы преодолеть некоторое расстояние.
Среди компании, которые выпускают втулки для велосипедов можно выделить Shimano, DT Swiss, American Classic, Tune, Hope, Nuke Prof, Chris King. Самое большое распространение получили втулки Shimano. Они имеют широкий модельный ряд и цены в очень большом диапазоне - от дешевых до дорогих.

Втулки различаются по наличию дополнительных устройств, прочности, типу защиты от внешних воздействий, весу и цене. Втулки «простого» типа, которые устанавливаются на горных и шоссейных велосипедах имеют схожее строение, но существуют другие втулки, со встроенным тормозами (барабанными) и втулки с внутренним переключением передач (планетарные), которые отличаются кардинально и имеют сложную систему.

Особенности конструкции

Общий вид большинства втулок примерно одинаков. Самой простой конструкцией обладают втулки переднего колеса обычного велосипеда. Это цилиндрический корпус, по торцам которого располагаются фланцы с отверстиями для крепления спиц. Внутри корпуса находятся ось и подшипниковые узлы, закрытые теми или иными по конструкции пыльниками.

Втулка передняя Shimano Alivio MC12

Втулка передняя дисковая Shimano Alivio M475

Втулка M475 - самая популярная и одна из самых дешевых втулок для дисковых тормозов - надежная, но тяжеловатая. Выпускается в конструкции на 32 и 36 спиц.

Устройство задней втулки велосипеда сложнее, так как должно предусматривать не только возможное крепление ротора для тормоза, но так же крепление для системы звезд (кассета/трещотка) – храповой механизм.
В зависимости от того, как крепится храповой механизм втулки различаются на два вида. Дешевые и устаревшие резьбовые втулки, где блок звезд вместе в с храповым механизмом – трещотка, накручивается на втулку. И современные - барабанные (Freehub, FH), которые имеют храповой механизм на самой втулке и набор звезд - кассета, надевается отдельно.

Общий вид Deore LX представлен ниже.

Обозначения на схеме:

• 1 - эксцентрик
• 2 - сборка деталей на оси втулки
• 3, 15 - контргайки
• 4, 5, 7, 13, 14 - шайбы
• 8, 12 - уплотнительные кольца
• 9, 11 - конуса подшипников
• 10 - ось
• 16 - пыльник
• 17 - полый болт крепления барабана втулки к корпусу
• 18 - набор шариков (во втулке M475 их 10 с каждой стороны)
• 19 - барабан ("орех")
• 20 - шайба

Техническая документация на втулку Shimano HB-M475 .

Втулка задняя Shimano Deore M530

Корпуса втулок могут быть точенными, литыми или штампованными, изготовленными из стали, алюминиевых сплавов или сплавов титана, хотя стальные уже можно отнести к устаревшим. Точеные и штампованные втулки обладают лучшими весовыми и прочностными характеристиками, чем литые. Визуально точенные втулки можно отличить по следам резца на внешней поверхности (спиральный след, похожий на очень мелкую резьбу). Втулки, предназначенные для колес с радиальным спицевым набором, имеют упрочненные фланцы, способные выдерживать чисто радиальные нагрузки, обычные втулки для этого не применимы. Оси втулок могут быть стальными, алюминиевыми или титановыми. В последнее время среди втулок высокого уровня появилась отчетливая тенденция к использованию полых осей большого диаметра, имеющих меньший вес и большую жесткость.

Втулка задняя дисковая Shimano Deore LX M585

К настоящему моменту наибольшее распространение получили втулки с радиально-упорными конусными подшипниками качения . Такие подшипники состоят из внешней и внутренней обоймы, набора шариков и, иногда, сепаратора. В качестве внутренней обоймы выступает конус, навинчиваемый на ось втулки, в качестве внешней - корпус втулки. Главные достоинства таких подшипников - ремонтопригодность и возможность регулировки по мере износа. Достаточно серьезное неудобство - сложность сборки (много деталей) и необходимость регулировки.

Другой тип подшипников, встречавшийся ранее только в отдельных моделях втулок для шоссейных велосипедов, это радиальные промышленные (неразборные) подшипники, так называемые "промы" . Сейчас они все шире распространяются не только среди шоссейных, но и среди горных велосипедов. К их достоинствам можно отнести лучший КПД, простоту установки, отсутствие необходимости регулировки. С учетом легкой замены подшипника, ресурс втулки увеличивается многократно. Интересная особенность некоторых втулок высокого класса состоит в том, что они разбираются при помощи лишь одного шестигранного ключа. Но радиальные подшипники плохо переносят осевые нагрузки, иногда возникающие в велосипедных колесах.

Втулки Mavic Deemax

Эти втулки Mavic ставит на свои одноименные бескамерные колеса топового класса. Эти втулки отдельно от колес не продаются. Задняя втулка разбирается за 20 секунд с помощью ключа для регулировки подшипников (идет в комплекте) и двух шестигранников на 5 мм. Устроено там все чрезвычайно просто (смотрите схему ниже). Два подшипника, две собачки, ось, состоящая из трех частей. Все совершенно доступно для чистки/ремонта своими силами даже для тех, кто особо не умудрен опытом возни с веложелезом. Разумеется, подшипники во втулках - закрытые и необслуживаемые (т.н. "промышленные") - по два в каждой втулке. Однако Mavic предлагает их периодически регулировать и дает для этого специальный ключ. При этом в инструкции написано, что для этой "деликатной операции" следует обратиться в сервис Giant-Russia в Москве.

Внутреннее устройство втулок Deemax 02

Внутреннее устройство втулок Deemax 05

Втулки Shimano с полой осью E-thru (XTR/DEOREXT/SLX)

Также для топовых линеек компонентов Shimano относительно недавно разработала систему эксцентрика полой оси E-thru, не требующую инструментов, оптимизирует жесткость и балансировку веса и обеспечивает легкость действия с внутренним кулачковым механизмом и новой структурой крепления. Система полой оси 15 мм на 15% жестче по крутящему моменту и на 25% жестче на поперечный сдвиг, чем традиционная система передней оси 9 мм с эксцентриком. Имеется также система полой оси 8 мм для втулки туристского велосипеда/гибрида и динамо-втулки.

Такие втулки представлены в линейках XTR, XT, SLX и имеют цифру 8 в конце номера модели НВ-М978, НВ-М778, НВ-М758, НВ-М668.

Крепление роторов

Втулки велосипедов подразделяются на обычные и дисковые. Дисковые втулки предусматривают возможность установки дисковых тормозов на велосипед, т.к. ротор дискового тормоза размещен на втулке.

Различают два стандарта крепления ротора, которые не совместимы друг с другом:

• ISO . Крепление ротора с помощью 6 болтов.
• Center Lock . Шлицевое крепление ротора, используемое компанией Shimano.

Втулки E-thru используют только крепление Center Lock:

О замене спиц

Для передней втулки, не имеющей дискового или барабанного тормоза, замена лопнувших спиц не представляет никакой проблемы, так как спицу можно легко завести во фланец втулки сбоку. Но этот вариант малоприменим в случае, если рассматривается втулка с дисковым тормозом или задняя втулка. Для установки спицы во фланец, придется снимать ротор тормоза и звезды, что сильно усложняет работу и требует применения специальных инструментов. Для упрощения этих операций компании Mavic и Shimano разработали втулки с нетрадиционным способом крепления спиц.

Mavic использует втулки с сегментированными фланцами под специальные прямые спицы. Заменить спицу в колесе, собранном на таких втулках, очень просто. Но сейчас колеса на таких втулках производит, насколько я знаю, только сам Mavic и их стоимость очень высока.

Shimano пошли по другому пути, создав новые бесфланцевые втулки DDH (directional design hub) в группе Deore (HB-M555 и FH-M555). Спицы традиционной формы (с загнутой расклепанной головкой) вставляются в изолированные от подшипников полости через прорези на корпусе втулки. Замена спиц производится без снятия каких-либо деталей, что очень удобно. Стоимость бесфланцевых втулок не очень сильно отличается от традиционных, что является их существенным плюсом. Единственный серьезный недостаток - в процессе эксплуатации, прорези на корпусе забиваются грязью, и снять спицы с колеса становится весьма проблематично.

Крепление оси втулки на раму велосипеда

Колесо крепится на велосипеде путем заведения концов оси втулки в пазы на перьях рамы и их последующей затяжки, которая может осуществляться либо гайками, накрученными на концы оси, либо при помощи эксцентрикового механизма или, как его еще называют, механизма quick release. Удобство использования эксцентриковой стяжки заключается в возможности быстрого снятия и установки колеса без использования инструментов, которая при необходимости иногда оставлять где-либо велосипед, в условиях нашей страны иногда превращается в недостаток. Второе преимущество - неизменность регулировки подшипников при затяжке эксцентрика после установки колеса на велосипед. Все современные втулки, кроме самых дешевых, снабжаются эксцентриковым механизмом.

Производители

Наибольшее распространение на данный момент получили втулки Shimano. Особенно это касается задних втулок, имеющих заметно более сложную конструкцию, чем передние: многие велосипеды комплектуются задними втулками Shimano и дешевыми передними втулками других производителей. Shimano выпускает втулки только на конусных подшипниках. Среди втулок задних колес для горных велосипедов лишь втулка группы Tourney имеет крайне устаревшую конструкцию с резьбовой трещеткой, остальные - более прогрессивную типа FreeHub. Втулки групп Tourney и Altus/Acera имеют самую простую грязезащиту, Alivio - более развитую, Deore - двойную, Deore LX и Deore XT - двойную защиту и улучшенную обработку беговых дорожек подшипников, XTR - наилучшую обработку, грязезащиту и шарики из нержавеющей стали. На мой взгляд - втулки Deore LX - лучшие втулки Shimano по соотношению цена/качество: Deore сильно уступает по своим характеристикам, а Deore XT значительно дороже. Другой известный производитель оборудования для горных велосипедов, выпускавший втулки на конусных и промышленных радиальных подшипниках - SRAM с 2002 перестал их выпускать. Точнее, он продолжает выпускать только втулки с внутренним переключением передач.

Большинство недорогих горных велосипедов комплектуется втулками Formula (с Тайваня), обладающими средненькими характеристиками. В отличие от них, другая Formula (из Италии) выпускает втулки, предназначенные для установки дисковых тормозов, на промышленных подшипниках. Правда, отзывы об их продукции очень неоднозначны - от восторженных до откровенно негативных. Дорогие и качественные втулки выпускают такие компании, как DT Swiss, Hope, Hayes, American Classic, Hadley, DMR, Novatec и некоторые другие. Встречаются и неплохие втулки от дочерних компаний производителей велосипедов: Coda, Scott Components и др.

Обслуживание

Сразу оговорюсь, что здесь речь идет только о наиболее распространенных типах втулок. Их обслуживание сводится к обслуживанию несущих подшипников: их чистке и замене смазки, а также регулировке, так как трещеточные механизмы ("орехи") втулок условно-неразборные, механизмы втулок типа "Торпедо" необслуживаемые, а другие типы механизмов встречаются весьма редко и должны иметь какие-то конкретные указания по обслуживанию в паспорте велосипеда. При умеренной эксплуатации переборку втулок для замены смазки следует производить раз в сезон или раз в 5000 км., при агрессивном использовании, обслуживание необходимо проводить чаще. В случаях появления люфта в подшипниках или посторонних звуков при вращении колеса переборку или регулировку необходимо проводить по возможности быстрее. Если во втулки попала вода, также желательно перебрать их. Втулки шоссейных и городских велосипедов могут перебираться реже в силу более щадящего режима эксплуатации. Втулки на промышленных подшипниках также должны обслуживаться.

В случае использования конусных подшипников стоит осмотреть поверхность шариков и беговых дорожек на предмет наличия трещинок и сколов и, в случае необходимости, заменить шарики и конуса. Перед закладкой свежей смазки, необходимо как следует вычистить втулку от остатков отработанной. Не стоит разжижать консистентную смазку жидкими маслами, иначе смазка будет легко вымываться и быстро срабатываться. Кроме обслуживания подшипников, пользуясь случаем желательно осмотреть втулки на предмет появления трещин в корпусах и, главное, на фланцах в зоне расположения спицевых отверстий.

Итоги

Работа втулки очень сильно зависит от типа подшипников, качества их обработки, а также качества уплотнений. Мягкость и легкость вращения подшипников определяется точностью изготовления, типом полировки беговых дорожек, и их поверхностным упрочнением. Чем выше поверхностная прочность беговых дорожек, тем меньше сопротивление вращению втулки, особенно под нагрузкой, но при этом может снижаться долговечность из-за склонности к выкрашиванию материала.

Чрезмерно плотный сальник будет существенно тормозить вращение втулки, а свободный будет плохо выполнять свои функции. Все современные втулки кроме самого низкого уровня имеют двойное уплотнение. В дорогих втулках, например DT Swiss, применяется лабиринтное уплотнение, которое более эффективно защищает внутреннюю полость втулки. В то же самое время, любая подобная защита помогает защитить подшипники лишь от летящей грязи и воды, поэтому не стоит лишний раз окунать втулки в воду.

Втулка велосипеда является одной из самых главных деталей! От качества втулки зависит "накатистость" велосипеда, а это главная его характеристика. Существует огромное разнообразие втулок велосипеда, главными их различиями являются назначение, материалы из которых они изготовлены, их устройство. Прочность, вес, размер втулок зависит от того, на каком они будут использоваться. Также втулки для передних и задних колес отличаются друг от друга, из-за разных нагрузок на них:

Устройство задней втулки велосипеда

Выполняет функцию, передачи крутящего момента от педалей к колесу и еще несколько других задач. Поэтому ее конструкция, иногда, включает в себя механизмы свободного хода, механизмы, внутренне переключение передач.

1 – эксцентрик, 2 – сборка деталей на оси втулки, 3, 15 – контргайки, 4, 5, 7, 13, 14 – шайбы, 8, 12 – уплотнительные кольца, 9, 11 – конуса подшипников, 10 – ось, 16 – пыльник, 17 – полый болт крепления барабана втулки к корпусу, 18 – набор шариков, 19 – барабан, 20 – шайба.

Устройство пе редней втулки велосипеда

Имеет более простое строение, основная ее задача состоит в обеспечении свободного безлюфтового вращения колеса .

1 - эксцентрик, 2 - контргайки, 3 - шайбы, 4 - конуса подшипников, 5 - ось, 6 - фланцы, 7 - корпус, 8 - набор шариков.

Существуют разные способы изготовления втулок велосипеда, в зависимости от способа изготовления втулки могут быть литыми, точёными или штампованными. Втулки изготовляются из стали или из алюминиевых сплавов. Наименее прочными являются литые втулки, да и весят они больше, чем точеные или штампованные. Для колес с радиальным расположением спиц, фланцы велосипедных втулок изготовляются более прочными для того, чтобы они выдерживали повышенные радиальные нагрузки. Ось втулки производят из различных материалов: сталь, алюминий или титан. Иногда производят полые оси большого диаметра, это делают для уменьшения веса. Такие втулки обычно имеют большую жесткость, их устанавливают на велосипеды высокого класса. Самыми распространенными на сегодняшний день втулками велосипеда являются втулки с радиально-упорными конусными подшипниками качения. Они могут регулироваться по мере износа и удобны в ремонте. Так же существуют втулки с не разборными подшипниками. Они, в основном, устанавливаются на шоссейные и горные велосипеды, имеют повышенный коэффициент полезного действия. Они легко устанавливаются и их не нужно регулировать.

Так же стоит учитывать на сколько удобно менять на втулке лопнувшие . Если на передней втулке нет дискового или барабанного тормоза, то поменять испорченную спицу на новую очень легко, для этого спицу надо завести во фланец сбоку. Если это задняя втулка или втулка с дисковым тормозом, то придется снимать ротор и звезды. Для более удобной смены спиц некоторые производители разработали конструкцию велосипедной втулки - с сегментированными фланцами под прямые спицы, либо бесфланцевую.

Для долговечной и безотказной работы втулки велосипеда следует своевременно ее чистить, заменять и регулировать подшипники. Для смазки подшипников следует использовать густую смазку, а для собачек и зубчатых колец в - жидкую, или смесь из жидкой и густой смазок. Перед нанесением новой смазки - старая удаляется. Для этого лучше использовать керосин или WD40, после чего сами очистители тщательно смыть и высушить втулку. Смазка наносится тонким слоем, чтобы излишки не выходили наружу в процессе езды, что может привести к дополнительному загрязнению втулки велосипеда грязью и пылью. Если пользоваться велосипедом не очень часто, то такую работу достаточно проводить один раз в сезон. Чем активнее Вы катаетесь на велосипеде, тем чаще следует проводить эту операцию. Если Вы заметили появление люфта или каких то подозрительных звуков в подшипнике, то его следует как можно быстрее перебрать и отрегулировать. Время от времени следует осматривать корпус втулки на отсутствие трещин.

Если у вас когда-то давно был с 3-скоростной планетарной втулкой, то вы наверное помните:

• как легко переключалась даже во время остановки;
• какой надёжной она была;
• цепь никогда не спадала;
• какой погодоустойчивой была система переключения;
• каким удобным был велосипед.

Но также вы наверное помните:

• узкий диапазон передач и большие интервалы между передачами;
• что вы часто крутили вхолостую;
• какими тяжёлыми были старые «стальные» велосипеды;
• как плохо работали тормоза в дождь.

Shimano Nexus — серия современных планетарных втулок!

В серии планетарных втулок Shimano Nexus благодаря современным материалам и технологиям сохранены всё лучшее от старой трёхскоростной втулки и устранены все недочёты.

В семействе компонентов Nexus самыми совершенными являются многоскоростные 7-, 8-скоростные втулки Nexus Inter.

11-скоростная Alfine — новая планетарная втулка с широкими возможностями, использующая малошумные роликовые муфты.

7-скоростная планетарная втулка была первой втулкой с узким диапазоном передач. Она может конкурировать с 10-скоростным дерайлером 1970-х годов. У 8- и 11-скоростных втулок широкий диапазон передач:

8-скоростные планетарные втулки Shimano Nexus.

Общий диапазон передач составляет 307%:

Для сравнения у старой трёхскоростной втулки диапазон передач составлял 177%:

Shimano Alfine 11 и 7-скоростные втулки Shimano SG-7C21 с ножным тормозом и SG-7R40 с роллерным (барабанным) тормозом — единственные без прямой передачи! Даже несмотря на то, что четвёртая передача не является прямой, она самая эффективная. Третья и пятая передачи реализованы двумя блоками шестерёнок и вероятно являются самыми неэффективными передачами.

4-скоростные планетарные втулки Shimano Nexus (сняты с производства).

Общий диапазон передач составляет 184%:

1	2	3	4
24%	21%	22,7%

В данной втулке передачи только повышаются. Первая передача — прямая. Из-за этого 4-скоростная втулка Shimano Nexus хорошо подходит для установки на велосипеды с маленькими колёсами. Из-за того, что втулка снята с производства, могут возникнуть трудности с её ремонтом, потребоваться запчасти с другой втулки. Смотрите также инструкцию по эксплуатации от Shimano.

Другие характеристики планетарных втулок Nexus:

Семискоростная планетарная втулка шимано нексус также включает в себя защищённую тормозную систему, доступную в двух вариантах:

• Ножной (педальный) тормоз,
• Ручной роллерный тормоз в задней втулке.

Тормоз хорошо работает как в дождь и снег, так и в солнечный весенний день.

Также можно купить передний роллерный тормоз, но лучше ограничиться обычным ободным тормозом. Я бы не рекомендовал использовать передний роллерный тормоз Nexus.

Также можно купить планетарную втулку Shimano Nexus с автоматическим переключением, но к сожалению цены на автоматические коплекты кусаются, да и заказать онлайн их пока невозможно.

Установка планетарной втулки на велосипед.

При переключатель должен находится на четвёртой (средней) передаче. На правой стороне втулки, как раз снаружи звёздочки, находится переключающий «муфтовый блок», который при смене передач перемещает трос назад и вперёд. Напротив него расположен неподвижный «муфтовый держатель». На них нанесены красные индексные метки: втулка настроена правильно, если метки расположены в одну линию с переключателем, установленным на четвёртую передачу.

Есть два ряда красных меток: один сверху, другой снизу. Это позволяет увидеть метки и когда велосипед повёрнут правой стороной вверх и наоборот.

Установка планетарной втулки на имеющийся велосипед.

Иногда требуется установить планетарную втулку Nexus на имеющийся велосипед.

В идеале для установки втулки Nexus рама должна иметь горизонтальные дропауты, так как на велосипедах с вертикальными дропаутами нет возможности обеспечить натяжение цепи, разве что для регулировки натяжения цепи установить натяжитель цепи (или задний переключатель скоростей).

Если на велосипеде установлены вертикальные дропауты, то для обеспечения правильного подведения троса придётся купить специальный разработанный для вертикальных дропаутов комплект шайб.

В идеальном случае расстояние между дропаутами на раме должно составлять 130 мм. Рамы на старых велосипедах обычно уже. У можно спокойно расширить задний треугольник до 130 мм. Эту процедуру может провести любой хороший веломеханик или даже можно сделать это самостоятельно. Если отказаться от роллерного тормоза и использовать тонкую конусную слева, то можно приспособить семискоростную или восьмискоростную втулку Nexus под ширину 126 мм. Если рама рассчитана на расстояние между дропаутами в 135 мм, то в таком случае для заполнения промежутка на ось можно добавить несколько шайб.

Оптимальная эффективность движения, частота педалирования, скорость и нагрузки на велосипед регулируются при помощи механизма скоростного переключения. В отличие от синглспида, велосипед с несколькими режимами передачи крутящего момента способен подстраиваться под конкретные условия передвижения. «Скоростную» систему используют практически на все типах великов: от городских и трюковых до гоночных и маунти-байков.

К распространенному типу относится планетарная втулка, внутри которой расположен шестеренчатый механизм изменения передаточного отношения. Взаимное расположение и зацепление шестерней регулируется переключателем скоростей, который, в свою очередь, приводится ручкой на руле. Принципиальное отличие от «звездочной» трансмиссии позволило такой системе переключения передач неплохо укрепиться в велосипедной среде.

Из чего состоит и как работает планетарная втулка

Устройство планетарных втулок достаточно сложное и напоминает механизм автомобильной коробки передач. Для наглядности покажем стандартную схему для всей планетарной передачи:

Компоненты шестерного отсека скоростной втулки: 1 – солнечная шестерня, 2 – сателлиты, 3 – водило, 4 – эпицикл

Желтым цветом изображена солнечная шестерня. «Солнышко» жестко закреплено на оси заднего колеса велосипеда. Именно с ней зацепляются обозначенные синим цветом планетарные шестеренки. Для их фиксации используется «водило» (зеленый цвет). Эта деталь не позволяет сателлитам – так иначе можно называть планетарные шестерни – разъезжаться и сцепляться друг с другом, а также определяет их направление движения.

Довершает механизм эпициклическая шестерня, которая вращается за счет педалирования. На рисунке она показана красным цветом.

Звездочка сопрягается с механизмом втулки с помощью шлицевого привода, исполнительного механизма втулки. При изменении передачи он изменяет скорость вращения водила относительно кольцевой шестерни, благодаря чему и достигается подстройка велосипеда под угол направления дороги и регулируется его скорость.

Интересная особенность такого типа механизма – это работа в качестве редуктора. Солнечная шестерня играет роль неподвижного элемента, эпицикл – ведомого элемента цепи, водило замыкается на корпус втулки. Для примера рассмотрим, как работает механизм планетарной передачи на простой трехскоростной планетарке:

• Пониженная передача. Кольцевая шестерня опережает водило за счет его зацепления корпуса планетарной втулки. Передаточное отношение меньше единицы и составляет 0.733.
• Главная передача. Крутящий момент с эпицикла передается на втулку за счет зацепления ее с планетаркой. Иначе говоря, со втулкой соединено не водило, как на первой передаче, а звездочная шестерня. Что происходит при этом? Втулка вращается быстрее водила, а для достижения максимальной скорости понадобится больше усилий по сравнению с пониженной передачей.
• Передаточное число повышенной, или третьей, передачи больше единицы, и для трех оно составляет 1.364. Направление движения водила и втулки противоположны, благодаря чему достигается ее ускорение по сравнению с главной передачей.
• Для планетарных втулок с 5, 7 и т.д. скоростями диапазон передаточных отношений выше, чем у трехскоростной за счет большего количества шестеренчатых механизмов. Принцип работы многоскоростных и простых втулок будет одинаковым. Разница только в том, что у каждой планетарной составляющей будут свои фиксированные (как у 3-х ступенчатой планетарки) значения отношений передач, а в целом у механизма их будет в несколько раз больше.

Производители втулок: плюсы и минусы

Изготовлением планетарных втулок на велосипеды занимается несколько производителей:

• Shimano,
• SRAM,
• Sturmey-Archer,
• Rohloff.

Последний занимает лидирующее положение по сложности изобретенного механизма. Втулка этого производителя включает 14 планетарных составляющих. Большое количество передаточных отношений и высокая эффективность смело конкурируют с аналогичными показателями продвинутых звездочных систем переключения скоростей.

Скоростной агрегат от Rohloff в разрезе

Второе место занимает SRAM – его планетарка имеет 12 скоростей, а передаточный диапазон превышает 400%. Shimano – известнейший производитель велозапчастей и скоростных втулок. Его хорошо зарекомендованные втулки с 3, 4, 7 и 8-планетарными механизмами дополнены обновленной версией – 11-скоростной системой переключения скоростей. Sturmey может похвастаться гибридными кассетно-планетарными механизмами, а также другими типами стандартных втулок с тремя, пятью и семью скоростями.

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.

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде

Нанести вред механизму велосипедного редуктора сложно, но возможно, если систематически неправильно его использовать. При движении на велосипеде с планетаркой есть простое правило: осуществлять переключение передач без педалирования.

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.

Велосипеды с планетарными втулками способны преодолевать значительные расстояния без большого количества спусков и подъемов, поэтому их часто можно встретить в больших городах с развитой сетью дорог и населенных пунктах на ровной местности. Такой вариант трансмиссии идеально подойдет тем, кто не хочет постоянно возиться с кассетами и цепями и при этом часто ездят по городу, загородным поселкам и равнинным трассам.

Втулка - весьма серьезный узел, без которого велосипед невозможен, как класс. Если колесо - это рычаг, то втулка - это та самая опора, или шарнир, вокруг которой вращается весь велосипедный мир.

Втулки прошли длинный путь развития: от втулок на подшипниках скольжения до втулок с высокоточными промышленными подшипниками.

И, естественно, существует устойчивые мифы, связанные с втулками.

МИФ № 1. От втулок зависят потери энергии

Очень распространенное заблуждение. Вращение втулок практически не влияет на потери энергии (мощности) во время движения велосипеда. Неоднократно ставились различные эксперименты и проводились оценки, но результат был один: втулка с шарикоподшипниками - настолько совершенный узел, что потерями энергии можно практически пренебречь. В качестве примера приведем данные из книги Успенского «Теория велосипеда» (см. рис.). Потери во втулках заднего и переднего колес дорожного велосипеда на скорости 25 км/ч в сумме равны 0,47%! При этом потери энергии в кареточном узле с цепью - 4,5%, в переднем колесе - 7,4%, а в заднем - 18% от общих потерь. Потери в каретке с цепью и во втулках отличается в 10 раз, как минимум.

Рис. Суммарные потери мощности велосипеда («Теория велосипеда» И.А.Успенский)

Вывод простой: от втулок ничего не зависит.

МИФ № 2. Новые втулки крутятся легче, чем бывшие в работе

Не менее широко распространенное заблуждение. Есть такая наука трибология, которая объясняет, что такое износ, и как с ним бороться. И есть не менее известная «кривая износа» (см. рис.), которая показывает, что в начале работы правильно собранная втулка имеет минимальные зазоры и сравнительно тугое вращение.

Рис. Кривая износа

Затем начинается период приработки, длящийся иногда десятки часов, после чего узел (втулка) готов к нормальной работе и крутится уже легче, чем вначале. Это легко проверяется по вращению колеса: до приработки колесо после толчка сделает меньше оборотов и быстрее остановится, чем колесо, втулка которого находится в области постоянного износа (области 2 на рисунке). Дольше и легче всего крутится колесо с сильно «езженной» втулкой. Если дальше изучать кривую износа, заметим, что около точки 3 начинается область катастрофического износа узла с последующими гигантскими люфтами, хлябанием и выходом втулки из строя.

Дорогие втулки самых верхних групп, например, XTR, имеют, как правило, качественную сталь подшипников, тщательную закалку и обработку поверхностей и жесткие допуски и посадки. Но все равно, период приработки, пусть и чуть более короткий, остается. Вращение дорогих втулок несколько плавнее, чем дешевых, но кривая износа остается в силе. Разница же в легкости качения, по сравнению со втулками нижних групп, если и есть, то совершенно ничтожна, отличается на сотые и тысячные доли процента, и по мере износа быстро сходит на нет.

МИФ № 3. Конусные или промышленные

Главный узел втулки - подшипник. Существуют и конкурируют два типа подшипников: конусные (насыпные) и промышленные (радиальные, радиально-упорные, игольчатые). Много дискуссий было устроено, много копий сломано, много чая, кофе, пива, кваса, пепси... (ненужное подчеркнуть) выпито разгоряченными участниками, но воз и ныне там. Каждый остается при своем, как тупоконечники с остроконечниками из книги Свифта. В общем-то, существенной разницы между этими типами узлов по весу, габаритам, ресурсу, легкости вращения (само собой!) и т.д. - нет. Есть некоторые особенности каждой конструкции, не более. Нагрузка в конусных подшипниках направлена более удобно, и конструкторам втулок под промышленные подшипники приходиться изощряться, дабы получить простой и технологичный узел. Нередко им это удается.

Втулки с конусными подшипниками встречаются гораздо чаще, пример - все втулки фирмы Shimano. Их особенности: с одной стороны, ремонтопригодность и регулировка по мере износа, а с другой стороны - их сложнее собирать и точно настраивать.

Втулки с промышленными подшипниками от CRISS KING, CANE CREEK, DT Swiss и т.д в последнее время постепенно догоняют по массовости конусные. Из их особенностей отметим простоту сборки/разборки, они не нуждаются в регулировке, торцевое и радиальное биение стандартных промышленных подшипников меньше; недавно появились и регулируемые промоподшипники, но регулировать зазоры радиальных подшипников по мере износа затруднительно, к тому же они плохо переносят осевые нагрузки. Такие подшипники легко заменить, но в отечественных условиях их бывает сложно найти.

Резьбовая трещотка или шлицевой барабан

Традиционные задние втулки имеют справа стандартную резьбу, на которую навинчена трещотка Freewheels с блоком звездочек. Храповой механизм (свободного хода) с собачками расположен внутри трещотки. Важным достоинством конструкции является полная стандартизация и взаимозаменяемость трещоток и втулок. Но недостатков у нее было гораздо больше:

• избыточный вес по сравнению с кассетными втулками;
• недостаточная прочность и жесткость узла (из-за габаритов трещотки расстояние между подшипниками было уменьшено, и оси колес часто гнулись и ломались);
• трещотка изнашивалась значительно дольше, чем звездочки, а заменять их было не всегда просто;
• возникали лишние потери энергии при вращении подшипников большого диаметра в трещотке;
• существовала неприятная возможность сорвать резьбу, особенно если корпус втулки сделан из алюминиевого сплава.

Много лет назад втулки нового стандарта Freehub Shimano в значительной степени заменили традиционные резьбовые. Их особенности и преимущества по сравнению с трещотками:

• меньшии вес;
• шлицевое крепление блока звездочек (кассеты);
• храповой механизм уменьшен и спрятан внутрь шлицевого барабана (ореха);
• уменьшились потери на вращение в подшипниках храпового механизма;
• расстояние между подшипниками возросло, а значит, втулка стала прочнее и жестче, нагрузки на подшипники уравнялись;
• сорвать кассету со шлицов практически нереально;
• заменять кассету,тасовать звезды стало проще и дешевле.

Рис. Втулка резьбовая под трещотку
1 - контргайка, 2 - стопорная шайба, 3 - левый регулировочный конус, 4- ось, 5 - левый пыльник, б - шарики левого насыпного подшипника, 7 - левая чашка подшипника, 8 - корпус втулки, 9 - правая чашка подшипника, 10 - шарики правого насыпного подшипника, 11 - правый конус, 12 - пыльник, 13 - стопорная шайба, 14 - внутренняя гайка, 15 - проставочная шайба, 16 - контргайка

Втулки раньше делали из стали, а сейчас основной материал их изготовления - алюминиевые сплавы. Изредка, как экзотику, используют титан. В любом случае стальными остаются сами подшипники (конусные или промышленные) и механизм свободного хода. Сталь всем хороша, но имеет большой удельный вес. Возможно, в будущем и стали найдут достойную замену.

Шлицевые барабаны обычно делают из стали. Но для гонок и ради уменьшения веса бывают барабаны из алюминия или титана (Shimano XTR). Дабы жизнь наша не казалось медом, в пику Shimano фирма COMP AGNOLO создала свой стандарт шлицевого барабана (ореха). В результате кассеты и барабаны Shimano и COMP AGNOLO не взаимозаменяемы.

Движущая часть задней втулки - храповой механизм (механизм свободного хода). Устройство этого механизма у трещоток и кассетных втулок, в принципе, одинаково, отличаются только размеры. Две, три или четыре (у втулок American Classic - шесть) подпружиненные собачки цепляются за зубцы храповика и раскручивают заднее колесо. Во время холостого (свободного) хода цепь не движется, собачки прижаты, а храповик свободно вращается. Такова начинка массовых задних втулок. Работают они достаточно надежно, но их слабое место - собачки и пружинки, которые сильно нагружены и, бывает выходят из строя.

Производятся и более продвинутые задние втулки, не имеющие таких недостатков, в них просто нечему ломаться. Это, например, CRISS KING, DT SWISS и некоторые другие, они имеют на оси два стальных зубчатых кольца и слшмающую их пружину. На холостом ходу кольца свободно крутятся рядом. А при нажатии на педали благодаря пружине сближаются, сцепляются и передают усилия на колесо.

Кроме того, существуют втулки с роллерным механизмом свободного хода. Можно сказать, что роллерная втулка - это роллерный тормоз наоборот. Эти втулки, несмотря на свои достоинства - большой ресурс, отсутствие собачек и зубчатых венцов, не заменили все остальные и занимают относительно скромную нишу на рынке.

Диаметры фланцев - отверстий во втулке, куда крепятся спицы, весьма важны для «крутильной» и боковой жесткости колеса. Большие фланцы дают больше жесткость и прочность колеса. Но при увеличении размера фланцев возрастают вес и вредный момент инерции колеса. Новые бесфланцевые втулки, с прорезями, а не круглыми отверстиями под спицы в теле втулки, «не пошли», несмотря на то, что замена спиц с ними заметно упростилась.

Втулки могут иметь устройства для торможения: дисковые, роллерные, барабанные или быть оснащены внутренним ножным тормозом типа «Торпедо» (у Shimano таким является ножной тормоз NEXUS). У втулок под дисковые тормоза слева имеется узел для установки ротора. Есть два стандарта таких узлов: более распространенный 6-болтовый (ротор крепится болтами к левому фланцу втулки) и разработанный фирмой Shimano шлицевой Center Lock. У последнего на цилиндр со шлицами устанавливается ротор и зажимается контргайкой. Тормоза роллерные и типа «Торпедо» чаще всего применяются на городских (ситибайках) и комфортных велосипедах. Барабанные тормоза - раритет, их почти 100 лет назад разработала и до сих пор использует для своих велосипедов фирма Sturmey-Archer.

Втулки обычно имеют защиту от осадков, пыли, песка и грязи. Это могут быть простые резиновые пыльники или более сложные уплотнения (контактные, лабиринтные). С одной стороны это благо - ресурс, срок службы значительно возрастает, а с другой стороны несколько возрастают потери. Увеличенный ресурс перевешивает. К сожалению, никакие, даже весьма изощренные конструкции пыльников и уплотнений велосипедной втулки не защищают ее полностью. Ежели пришлось окунуть велосипед в воду или пересечь на ходу глубокий (выше ступицы) брод, особенно если вода соленая, то выход один - переборка и смазка втулок, во избежание!

Крепление колеса (осевые стандарты)

Втулки выполняют еще одну важную задачу, помогают крепить колеса к дропаутам вилок и задних перьев рамы. Основой для этого является силовой элемент втулки - ось. Оси втулок бывают стальными, алюминиевыми и, изредка, из титана. Стандартов осей много: 17, 15, 12, 10,9 мм. Для экстремальных дисциплин достаточно давно стандартом стали передние втулки с осями 20 мм.

Ось втулки вставляется в вырез дропаута, и на дешевых или детских велосипедах зажимается с помощью гаек. При этом такие оси бывают обычно сплошными. Большинство велосипедов сейчас имеют втулки с полыми осями и комплектуются эксцентриками типа Quick Release. Тяга эксцентрика вставляется внутрь оси втулки, а с обратной стороны тяги навинчивается специальная гайка. После чего поворотом рычага втулка с колесом прочно прижимается к дропаутам.

При развитии байков для экстремальных дисциплин выяснилось, что обычным втулкам не хватает прочности и жесткости. И появились втулки со стальными осями диаметром 20 мм (QR20). При этом требовалась намертво зажимать стягивающую гайку эксцентрика с помощью ключей. Прочности им было не занимать. Но не радовал и вес и необходимость носить с собой инструмент для установки и снятия колеса. И в 2005 году модельный ряд вилок Rock Shox был создан для использования с новым типом эксцентрика «MAXLE» фирмы Sram. Идея новинки состоит в отсутствии стягивающей гайки на противоположном конце эксцентрика. Резьба, которая держит ось, нарезана внутри одного из дропаутов вилки, и эксцентрик также имеет соответствующую резьбу.

Сначала ось эксцентрика вдевается в один из дропаутов, а затем ввинчивается в дропаут с внутренней резьбой, и при повороте рычага в закрытое положение, рассеченная на четыре лепестка трубка-корпус раскрывается и крепко блокируется внутри дропаутов.

Втулка с такой экстремальной 20 мм осью (Thru Axle) может быть использована только с дисковыми тормозами. Эксцентрик аналогичной системы разраоотан и для заднего колеса. В 2008 Г. появился новый, облегченный почти на 40% и предназначенный для кросс-кантри и марафонов вариант «Maxle Lite». Вес снижен за счет более тонкой стенки алюминиевой трубки-корпуса, облегчения всей конструкции эксцентрика с заменой некоторых деталей на алюминиевый сплав. Первая ХС вилка RockShox линейки Reba с креплением «Maxle Lite» выйдет уже в 2009 году.

Почти одновременно с «Maxle Lite» появился очередной стандарт крепления переднего колеса E-thru, сконструированный совместно фирмами Shimano и Fox. При диаметре оси в 15 мм им удалось сделать более легкий и весьма прочный аналог известным 20 мм осям. Длина втулки OLD - 100 мм, и предназначена она для All-Mountain, кросскантри и марафонских гонок. Пока применяется только в группах XTR и DEORE XT, но, вероятно, список скоро будет расширен. Новый стандарт под названием 100x15, или, как написано в мануале Fox, 15QR, будет открыт для производителей втулок, вилок и колес.

Рис. Дисковая втулка FRM с промышленными подшипниками Rear Hub for МТВ FL-M TEAM DISC - Modified
1 - ось (135 мм), 2 - колпачок оси, 3 - регулировочная гайка, 4-пыльник, 5-шлицевой барабан храпового механизма в сборе, 6 - контргайка, 7 - шайба, 8 - левый подшипник втулки, 9 - фланец тормозного диска на б болтов, 10 - контргайка фланца, 5а - правый подшипник втулки, 5Ь - шайба, 5с, 5i -подшипники храпового механизма, 5d - шлицевой барабан, 5е - пыльник храпового механизма, 5f - пружинное кольцо, удерживающее собачки, 5h - две собачки, 5д - болт-фиксатор храпового механизма

Существует еще один стандарт крепления заднего колеса, достаточно давно представленный группой SAINT фирмы Shimano. Задняя втулка имеет вставную ось с головкой под шестигранный ключ (слева), а справа стягивается фиксирующей (зажимной) гайкой, которая встроена в задний переключатель на место монтажного болта. То есть переключатель «висит» на оси задней втулки, хотя обычно его устанавливают ниже - на «петухе». Более высокая подвеска переключателя дает много плюсов с точки зрения надежности, прочности и уменьшения вероятности повреждений во время гонок. Втулки имеют два типоразмера: классический размер (OLD) 135 мм и быстро развивающийся - 150 мм с 12 мм осью.

Динамо-втулки

И последнее. Получая 3 Вт электроэнергии, мы тратим на это собственные силы и энергию. Как оценить, много ли это? Профи высокого уровня в часовой гонке развивает мощность порядка 450-480 Вт. Так что дополнительные затраты составят всего порядка 0,6%. При обычных поездках по дорогам с твердым покрытием длительная мощность велосипедиста составляет 100-200 Вт. И потери, соответственно, составят от 3% до 1,5%, что совсем немного.

Втулки с амортизацией

Есть и такие. Фирма Pantour suspension Hub решила удивить мир, предложив передние и задние втулки с внутренним амортизирующим элементом. Самую малость покрутив шарики в голове, легко сообразить, что пресловутый элемент не может быть стальной или даже титановой пружиной. На таких малых ходах, как 1/2 -1 дюйма, подобрать жесткость пружины не просто. Или она будет слишком «дубовой», или, что вероятнее, начнет пробивать при больших скоростях и на плохих дорогах. Эластомерный «ластик» к недостаткам пружины прибавит свою сильную зависимость от температуры, на холоде он просто затвердеет.

Кроме того, «нежные» эластомеры через пару-другую часов сильной нагрузки бывают подвержены «усушке и утруске», и требуется несколько часов для их «релаксации» - 3 восстановления размеров и упругих свойств. Остается только пневматика, что и было осуществлено. Цилиндрическая резиновая камера вставляется внутрь втулки и накачивается воздухом через клапан Шредера. Передняя втулка весит от 160 до 260 гр, задняя - около 490 гр. Идея, конечно, интересная, но вряд ли перспективная. Такие втулки с малыми ходами не много пользы дадут на плохой, «убитой» грунтовке. Они приспособлены для города, асфальта, парков и прочей цивилизации. Но тогда их легко можно заменить шинами-баллонами больших габаритов, и получить аналогичную амортизацию за смешные деньги без лишних проблем.

Рис. Втулка с внутренней амортизацией
1 - направляющая скоба, 3 - фланец втулки,4 - упругий элемент, 5 - конус, 6 - внутренний барабан, 7 - перо вилки, v - ход амортизации, до 24 мм, h - горизонтальное смещение оси втулки, менее 5 мм. В - направление движения.

О планетарных втулках читайте в главе «Коробки передач, вариаторы, планетарные втулки».