На нашем рынке появилось сейчас множество импортных велосипедов с большим (свыше десятка) количеством скоростей. Но завораживают такие машины, пожалуй, только юнцов. Знатоки понимают, что воспользоваться всеми скоростями в полной мере все равно невозможно: непросто даже правильно выбрать нужную передачу, а часто переключать их на ходу не только утомительно, но и небезопасно. Ведь переключение требуется обычно в сложных условиях движения или на поворотах, когда руки должны надежно удерживать руль, а одной из них в это время приходится манипулировать манеткой. Как известно, у автомобилей всего 4 — 5 скоростей, и то водители предпочитают перейти на автоматику. За рубежом выпускают многоскоростные втулки заднего ведущего колеса (например, с планетарным редуктором или гидромеханические), обеспечивающие автоматическое и плавное изменение передаточного отношения. Но их кпд значительно ниже, чем у обычной цепной передачи. Безусловно, катание и прогулки на велосипеде с такой втулкой беззаботны и приятны, однако в туристических поездках или спортивных состязаниях значительные потери мышечной энергии нежелательны, то есть втулки с такой автоматикой неприемлемы.
Я сконструировал многоскоростную втулку заднего колеса с автоматическим переключением передач, практически имеющую тот же кпд, что и стандартные втулки туристских и спортивных велосипедов с ручным переключением. По габаритным и монтажным размерам разработанная втулка примерно такая же, как и втулки дорожных велосипедов с ножным тормозом, поэтому ее без проблем можно вставить в стандартное колесо. А вот привод ручного переключения скоростей (длинные тросики, рычажки и манетки) можно выбросить за ненадобностью. При этом велосипед не только чуть полегчает, но и превратится в велосипед-автомат без излишней потери энергии. Переключение скоростей происходит хотя и автоматически, но классически—перебросом цепи со звездочки на звездочку. Управляет же перебросом сама втулка. Задача велосипедиста при этом — лишь крутить педали с приемлемой и удобной частотой.
Весь механизм автоматического переключения скоростей (изменения вращающего момента) размещен в корпусе втулки на неподвижной оси ведущего заднего колеса. Условно механизм можно разделить на несколько звеньев: задающее, управляющее, регулирующее, исполняющее и переключающее, хотя последнее находится уже за пределами втулки. Об условности деления приходится оговориться потому, что это все-таки цельный механизм и пограничные детали соседствующих звеньев с полным правом можно отнести и к предыдущему, и к последующему звену. Задающее звено состоит из ступицы 39, четырех полукольцевых грузиков 20,21,22, 23, двух гибких тяг 11 (связывающих грузики с управляющим кольцом 6), нормально разжатой пружины возврата 8 и стакана 10, в который упирается пружина, и еще шпонки. Шпонка составная: содержит упругую часть — резиновую 3 и жесткую — стальную 5. Закреплена шпонка на корпусе втулки 2 двумя заклепками 4.
Грузики условно можно подразделить на пары: ведущие 20, 21 и ведомые 22, 23. Каждый из грузиков навешивается на свою ось 36. Оси впрессованы в ступицу 39 с диаметрально противоположных от центра сторон по две штуки. При этом ведомый и ведущий грузики (тоже попарно) объединены штифтом 40, каждый из которых тоже впрессован в отверстие ведущего грузика. В ведомом грузике для штифта выполнен овальный паз. Вращаясь вместе с втулкой 2 и ступицей 39, грузики раздвигаются под действием центробежной силы или опять сдвигаются под действием пружины возврата 8 при уменьшении скорости вращения колеса. Управляющее звено состоит из управляющего кольца 6 с прорезью для шпонки и двух полумуфт: резьбовой 7 и реверсивной 48 с сателлитами 49. Резьбовая полумуфта в правой своей части (со стороны блока звездочек) имеет форму двурогой вилки, а левая часть — цилиндрическая. В этой части полумуфта имеет внутреннюю левую резьбу М12x0,5 и навинчена на участок оси с такой же наружной резьбой. Реверсивная полумуфта 48 выполнена в форме двухступенчатого цилиндра. Правая часть полумуфты насажена на резьбовую полумуфту свободно, а левая—через два сателлита. Для этого у обеих полумуфт нарезаны соответствующие зубья с модулем m = 0,5 мм: у резьбовой—снаружи, а у реверсивной — изнутри. Сателлиты обеспечивают возможность обратного вращения реверсивной полумуфты по отношению к резьбовой, что дает возможность переключать скорость с более высокой на пониженную. Управляющее звено обеспечивает последовательное переключение скоростей как с низшей до высшей, так и обратно, а также четкую работу механизма. Исполнительное звено состоит из резьбовой втулки 44, напрессованной на участок оси 25 диаметром 10 мм, гайки 45 и посаженной на нее с натягом по диаметру 20 мм (в процессе сборки втулки) гильзы 43. Втулка и гайка имеют резьбу Tr16x6(P2)L — трапецеидальную левую трехзаходную с шагом 2 мм, только втулка — наружную, а гайка — внутреннюю. При этом исполнительное звено имеет постоянную подвижную связь с управляющим звеном через вилку резьбовой полумуфты 7, входящую в пазы ободка гильзы. Переключающее звено состоит из троса 28 и обычной каретки многоскоростного велосипеда. Трос связан с гильзой исполнительного звена посредством планки 41 и сухаря 42 с запорным кольцом. Планка перемещается в пазе оси, в то время когда гильза 43 скользит по ее поверхности.
Каретка перебрасывает приводную цепь как и на обычном многоскоростном велосипеде, но только строго последовательно с одной звездочки на соседнюю. К началу движения элементы втулки находятся в положении, представленном на рисунке 2. Цепь при этом накинута на самую большую звездочку, а между зубцами управляющего кольца 6, резьбовой полумуфты 7 и реверсивной полумуфты 48 имеются небольшие зазоры (порядка 0,5 мм). С началом движения корпус втулки 2, а заодно с ней ступица 39 и грузики 20—23 начинают вращаться вместе с колесом. Корпус 2 через шпонку 5 заставляет вращаться и управляющее кольцо 6.
Рис. 3. Схема перемещений управляющего кольца 6 относительно шпонки 3,5 при переключении скоростей (номера позиций совпадают с рис.2): а — нейтральное положение (зубчики управляющего кольца 6 и полумуфт 7 и 48 не зацеплены и имеют зазор); б—зубчик управляющего кольца 6 находится в зацеплении с зубчиком резьбовой полумуфты 7—происходит переключение на повышенную скорость; в—зубчик управляющего кольца 6 находится в зацеплении с зубчиком реверсивной полумуфты 48—происходит переключение на пониженную скорость
С увеличением скорости под действием центробежной силы грузики 20—23 начинают раздвигаться и через тяги 11 воздействуют на управляющее кольцо 6, вынуждая его переместиться вправо (в сторону блока звездочек). При этом зазор между зубцами управляющего кольца 6 и резьбовой полумуфты 7 выбирается, зубцы входят в зацепление (буквально на 0,5 мм) и резьбовая полумуфта 7 поворачивается на один оборот и перемещается на один виток по резьбе (шаг 0,5 мм) оси 25. Само же управляющее кольцо в это время стенкой паза упирается в упругую резиновую часть 3 шпонки (рис.36) и за счет трения о нее перестает перемещаться вдоль оси. Зубчики кольца 6 и полумуфты 7 после ее поворота на один оборот выходят из зацепления, прекращая вращение резьбовой полумуфты (это происходит в конце цикла переключения скорости). За время контакта зубьев полумуфта 7 через свою вилку, вставленную в пазы гильзы 43, заставляет ее вместе с запрессованной в нее гайкой 45 повернуться также на один оборот. При этом происходит перемещение исполнительного звена вдоль оси вправо по трапецеидальной резьбе на один ход (для трехзаходной резьбы—на 3 шага, то есть на 6 мм). В этот момент натянутый трос 28 воздействует на механизм переключения Фото 3. Грузики задающего звена, смонтированные в ступице механизма скоростей (он штатный и на рисунке не показан), а тот, в свою очередь, перекидывает цепь на соседнюю (меньшую) звездочку. При дальнейшем увеличении скорости циклы повторяются до тех пор, пока цепь не окажется на самой маленькой звездочке — при этом велосипедист будет двигаться с максимальной скоростью. При снижении скорости грузики начнут сходиться, тяги ослабляться, а управляющее кольцо 6 под действием пружины 8 начнет смещаться влево до зацепления с реверсивной полумуфтой 48, заставляя ее повернуться. При этом реверсивная полумуфта повернет резьбовую полумуфту 7 (но уже в противоположную сторону, чем при ускорении), которая, в свою очередь, заставит повернуться также в обратную сторону и переместиться влево гильзу 43 с гайкой 45. Последние детали потянут через планку 41 за собой трос и заставят механизм переключения перебросить цепь на большую звездочку. Велосипедист при этом может преодолевать подъемы, не увеличивая усилий на педали и скорости их вращения. Циклы переключения на пониженные скорости будут повторяться вплоть до остановки велосипеда. Каждое переключение скорости происходит в строгой последовательности, что поясняется графическим материалом, представленным на рисунке 3. В заключение несколько рекомендаций по технологии изготовления и сборки. Заготовки деталей из стали 45 следует подвергнуть улучшению (закалке и отпуску) до 35—42 HRC.
Грузики задающего звена, смонтированные в ступице механизма
В процессе сборки механизма трущиеся поверхности деталей необходимо смазывать консистентной смазкой. Положение стакана 10 (а следовательно, предварительное натяжение пружины) задающего звена регулируется перед поездкой с помощью шпеньков 9 в зависимости от физических возможностей велосипедиста. Для этого надо нажать одновременно на оба шпенька пальцами и передвинуть стакан в нужное положение. При отпускании шпеньков стакан опять самозаклинивается в корпусе втулки. Если велосипедист молод и полон сил, то стакан смещается дальше от блока звездочек, и наоборот.
На нашем рынке появилось сейчас множество импортных велосипедов с большим (свыше десятка) количеством скоростей. Но завораживают такие машины, пожалуй, только юнцов. Знатоки понимают, что воспользоваться всеми скоростями в полной мере все равно невозможно: непросто даже правильно выбрать нужную передачу, а часто переключать их на ходу не только утомительно, но и небезопасно. Ведь переключение требуется обычно в сложных условиях движения или на поворотах, когда руки должны надежно удерживать руль, а одной из них в это время приходится манипулировать манеткой. Как известно, у автомобилей всего 4 — 5 скоростей, и то водители предпочитают перейти на автоматику. 
