Quais são os vários designs de mecanismo de freehub que foram projetados e / ou colocados em produção? (não precisa ter sido feito necessariamente!)

Uma boa postagem conterá:

• Uma descrição do design, idealmente com imagens ou desenhos técnicos
• Empresas que usaram o design ou que o criaram
• Vantagens e desvantagens
• Design original / melhorias incrementais que ocorreram

Projetos conhecidos até o momento (aqueles com uma postagem estão vinculados):

• Pá e catraca padrão (e variantes)
• Star Ratchet (DT Suíço / Chris King)
• Embreagem Sprag (Ônix)
• Embreagem de rolamento de rolos (furtividade de precisão verdadeira, shimano silencioso)
• 'Cam plate design' (American Classic) possivelmente uma combinação de lingueta de catraca / catraca e estrela.

Vou procurar e tentar preencher os projetos que conheço, mas fique à vontade para postar uma resposta, se ainda não o tiver feito. Também fique à vontade para postar uma resposta para um design não listado aqui! E forneça informações adicionais para designs já publicados!

Projeto padrão de lingueta e catraca

Esse design é de longe o mais comum em freehubs de bicicleta e, portanto, o menos caro de empregar.

Mecanismo

Na sua forma mais simples, esse design consiste em uma superfície dentada e uma lingueta (que é uma alavanca que engata na superfície dentada e só permite o movimento em uma direção).

Em uma bicicleta, esse design normalmente é invertido, as patas estão no corpo do freehub e engatam uma superfície dentada na parede interior do cubo.

uma animação básica do mecanismo em ação pode ser encontrada aqui . Nesse projeto, alguma tensão deve ser aplicada às patas para forçá-las constantemente a se mover para fora no corpo do cubo. (Também é nesse ponto que o zumbido ou o clique provêm deste desenho, das patas sendo forçadas sobre os dentes na superfície da catraca). Isso geralmente é realizado por molas de folhas, molas helicoidais pequenas e / ou um anel de metal.

esse projeto utiliza molas

molas helicoidais

desenho técnico de um mecanismo que utiliza um anel de metal

Vantagens e desvantagens

Vantagens

• Comum e barato
• Fácil manutenção

Desvantagens

• Menor grau de envolvimento (mais rápido) limitado por restrições físicas. Um menor grau de engate requer dentes menores, superfícies de contato e patas que se tornam mais fracas / podem desgastar mais rapidamente. (veja abaixo algumas soluções inteligentes)
• Propenso a falhas devido ao enfraquecimento das molas ou do espessamento da graxa com o frio / idade ("nada acontece quando eu pedalo")
• No design mais básico, um grau relativamente alto de envolvimento (lento)
• Propenso a usar como dentes e patas estão constantemente em contato

Variações

Muitos modelos usam mais de um dente de engate por lingueta, permitindo dentes menores e mais pontos de engate (menor grau de engate). Esses dentes pequenos são mais propensos ao desgaste. O suporte do Halo emprega 120 pontos de engajamento para um engajamento de 3 graus

Halo Supadrive utilizando 120 pontos de engajamento

O design Double Time da SRAM utiliza quatro linguetas em pares opostos. Os pares são levemente deslocados, fazendo com que apenas um par se encaixe a qualquer momento, mas fornece à catraca de 26 dentes 52 pontos de engate para um engate de 7 graus.

Projeto clássico americano da placa de came

O nome completo é "Six Pawl Cam Actuated Engagement System". Esse design é um dos mais complicados, mas, de acordo com a American Classic, oferece um freehub mais forte com resistência relativamente baixa e faz com que todas as 6 garras de dentes duplos se engatem simultaneamente com alta precisão.

Mecanismo

Existem várias partes no engajamento desse mecanismo, listadas em ordem de atuação da cadeia / engrenagem:

• A mola de arame no corpo do freehub engata ..
• Placa de came dentro do cubo que engata o ..
• Patas no corpo do cubo que prendem o freehub ao corpo do cubo

A mola de arame repousa no lado do cubo do corpo do freehub dentro de uma pista circunferencial:

Esse fio se move ao longo dos dentes da placa de came à medida que a roda roda livremente. Se for aplicada energia aos pedais, este fio força um movimento no sentido horário da placa do came

mostrado com uma lingueta removida e lingueta na posição 'engatada'

Esse movimento no sentido horário força as patas a se moverem para dentro e engatarem o corpo do freehub, proporcionando engate.

Este vídeo abaixo mostra a ação da placa de came, a chave de fenda está agindo como a mola de arame. Este é outro vídeo útil no qual o designer Bill Shook explica o mecanismo. Em ~ 0: 33, você pode ver todo o mecanismo em ação via fraque.

Uma vez que o freehub se move mais lentamente que a roda, o próprio corpo do freehub move as patas de volta ao estado retraído, bem como a placa do came.

Vantagens e desvantagens

Vantagens

• Baixa resistência, as únicas coisas em contato são a placa de came e a mola de arame
• Como essas são as únicas peças em contato constante, as peças de reposição são mínimas
• Resistente, pois as superfícies de contato são relativamente grandes
• Isqueiro? particularmente por sua força. Parte dos objetivos do projeto era tornar a superfície do corpo / contato do freehub e as patas em alumínio, embora eu não tenha números aqui

Desvantagens

• Independentemente de isso estar relacionado ao custo de produção, eles estão disponíveis apenas nas rodas Am Classic e geralmente são caras; portanto, é caro obter um rodado com esse design.
• Engajamento relativamente baixo - 24 pontos significa 360/24 = engajamento de 15 graus

Catraca estrela e variações

Esse design em sua forma mais simples é usado pela DT Swiss. Esse projeto incorpora placas de catraca facilmente substituíveis que oferecem o benefício adicional de cada torque de transferência do ponto de engate. Uma variação mais complicada é o que é usado nos hubs de Chris King.

Mecanismo - DT Swiss

1. peça final 2. mancal 3. anel de rosca 4. eixo 5. mola cônica 6. catraca estrela 7. corpo do rotor

O sistema DT Swiss consiste em duas placas de catraca opostas que residem no corpo do cubo e no freehub. Estes são mantidos um contra o outro por um par de molas cônicas. Quando os pedais do condutor, os dentes engatam quando a placa da catraca do freehub é girada através das estrias ao longo de sua circunferência. Isso transfere energia para a placa da catraca no hub e, por sua vez, transfere energia para o hub através dos splines ao longo de sua circunferência.

Há uma animação muito básica aqui que mostra a ação das placas de catraca.

Atualização e manutenção

Uma das maiores vantagens desse sistema é a facilidade com a qual você pode atualizar, substituir ou reparar as placas de catraca. Este é realmente um reparo sem ferramentas! Os cubos DT Swiss mais básicos incluem uma placa de catraca de 18t, oferecendo um engate de 20 graus. Isso pode ser atualizado para uma placa de 36t (10deg) ou até 54t (6.67deg). Isso pode ser feito para rodas DT de extremidade inferior, para que seja possível pegar uma roda mais barata e obter um engajamento muito maior, se desejado. Isso também permite a substituição de todas as superfícies de contato (além das estrias no cubo que dificilmente desgastam ou descascam) para prolongar a vida útil dos cubos.

Vantagens e desvantagens

Vantagens

• Todos os pontos de contato estão transferindo torque, sempre
• Manutenção fácil e componentes de desgaste facilmente substituídos

Desvantagens

• Alto contato, resultando em maior desgaste entre as superfícies de contato
• As placas são unidas por uma mola, não pelo torque do piloto, portanto, é mais provável que elas pulem à medida que mais torque é aplicado (contraste com Am Classic e Chris King), embora eu nunca tenha ouvido falar pessoalmente sobre isso.
• Engajamento relativamente baixo para custo em muitas rodas

Variações - Chris King

Esse é novamente um dos designs de mecanismo de freehub mais complicados. Na sua essência, é um sistema de catraca em estrela. Existem algumas diferenças principais:

• Ambas as catracas estão dentro do cubo, permitindo que sejam maiores
• A placa de acionamento (a cronometrada no corpo do freehub) é a mais afastada
• a placa de acionamento é suspensa, enquanto a outra é fixada dentro do corpo do freehub
• o mecanismo de acionamento circular que força as duas placas juntas sob torque

1. mola 2. placa de acionamento placa 3. fixada

esquerda: placa de acionamento, direita: placa fixa

O que realmente diferencia isso é o mecanismo de acionamento por anel. Isso é realizado através de ranhuras helicoidais no corpo do freehub, que engatam na placa de acionamento. Como o torque é aplicado ao freehub, isso força as duas placas juntas. À medida que mais torque é aplicado, as placas são forçadas a se unir mais fortemente, eliminando efetivamente o escorregamento ou o salto.

anel de acionamento mostrado na parte superior com ranhuras helicoidais

Muitas pessoas provavelmente diriam que os hubs de Chris King são um exagero - eles são extremamente bem feitos e fazem uso de muitos rolamentos que devem contribuir para sua longevidade (e as dores de cabeça do seu mecânico). Em 72 pontos de engajamento (5 graus), eles podem se engajar tão rápido quanto qualquer hub existente. Além disso, como as placas são forçadas juntas pelo torque do ciclista, a mola pode ser mais fraca, causando menos desgaste / desgaste e os dentes podem ser menores sem descascar (engate mais rápido). O custo / benefício pode ser difícil de justificar para muitas pessoas, mas se faz você se sentir bem em ter um hub bem fabricado em sua bicicleta, é difícil fazer melhor do que Chris King.

Sprag Clutch

A embreagem de escora já existe em aplicações industriais há algum tempo: sendo usada em motocicletas, helicópteros, aviões, transmissões automotivas e outras. Até onde eu sei, a Onyx é a única empresa a trazê-lo para os centros de bicicletas. As embreagens da Sprag oferecem baixa resistência ao rolamento e engate praticamente instantâneo. Eles também são confiáveis ​​e duráveis, mas isso pode custar peso e custo.

Mecanismo

À primeira vista, uma embreagem de broca pode parecer muito semelhante a um rolamento de cartucho. A principal diferença é que, em vez de rolamentos redondos, existem lóbulos em forma de came entre as corridas, que permitem o movimento em uma direção e se ligam na outra. Estes são mantidos em tensão constante por um clipe de metal.

Como esse tipo de embreagem tem muitas aplicações industriais, há um bom número de vídeos úteis explicando como ele funciona como este e este (pule para 37 para pular marketing).

O Onyx incorpora esse design de maneira bastante simples. Os lóbulos do came descansam entre o casco do cubo e uma superfície usinada que se estende dentro do cubo a partir do corpo do cubo livre.

Vantagens e desvantagens

Vantagens

• Compromisso de 0 grau (instantâneo)
• capaz de suportar altos torques
• menor atrito de qualquer sistema de roda livre (de acordo com Onyx e um estudo da Universidade Duke)
• manutenção muito baixa necessária

Desvantagens

• como sempre, custo
• peso - como as superfícies de contato precisam ser de aço para maior durabilidade. Recentemente, eles se mudaram para um corpo de freehub de duas partes com um suporte de engrenagem de alumínio para reduzir o peso (como na foto acima)