Freewheel so với Cassette: Tiêu chuẩn hệ thống truyền động trung tâm phía sau

Khi so sánh các tiêu chuẩn hệ thống truyền động trục bánh sau của xe đạp, bánh xe tự do tích hợp cơ cấu ren và cụm bánh răng trực tiếp vào vỏ trục có ren, trong khi hệ thống cassette tách cấu trúc bánh cóc bánh cóc tự do thành một thân trục tự do độc lập được gắn trực tiếp vào trục trung tâm, đảm bảo các bánh răng riêng lẻ bằng một khóa. Các thiết lập hiệu suất cao hiện đại ưa chuộng các băng cassette do phân bổ trọng lượng trục vượt trội, số lượng bánh răng cao hơn và độ cứng kết cấu được nâng cao dưới áp suất cơ học nghiêm trọng.

Nhìn thoáng qua

Thiết kế kết cấu và Cơ khí kỹ thuật

Sự khác biệt về chức năng giữa hệ thống trục có ren và hệ thống cassette nằm ở vị trí của các ổ trục so với đường tải phía truyền động và vị trí của cơ cấu bánh cóc.

Trong kiến ​​trúc trục ren phía sau truyền thống, toàn bộ hệ thống chốt cóc và cụm bánh răng tạo thành một bộ phận khép kín duy nhất. Bộ phận lắp ráp này luồn trực tiếp vào các ren M35 bên ngoài hoặc ren 1,375 inch x 24 TPI được gia công trên mặt bích phía ổ đĩa của thân trục phía sau. Bởi vì các ren và cấu trúc bánh cóc bên trong nằm bên trong cụm bánh răng có thể tháo rời nên ổ trục bên phải phải nằm bên trong vỏ trục, nằm ở phía trong tính từ bánh răng ngoài cùng. Phần bù này tạo ra khoảng trục phía dẫn động không được hỗ trợ, dao động từ 30 mm đến 40 mm. Dưới tải trọng bàn đạp nặng hoặc lực tác động động, nhịp đúc hẫng này tạo ra mômen uốn cao dọc theo trục, làm tăng nguy cơ biến dạng cơ học của trục hoặc hỏng hóc do mỏi gần vòng bi ổ trục phía ổ đĩa.

Ngược lại, hệ thống cassette sử dụng thân freehub được gắn cố định hoặc tích hợp vào phía bên phải của vỏ trung tâm. Cơ cấu bánh cóc nằm trong ống bọc freehub này, trong khi các bánh răng trượt trên các chốt bên ngoài trên đường kính ngoài của nó. Thiết kế tích hợp này cho phép ổ trục phía dẫn động nằm gần mép ngoài cùng của thân trục tự do, liền kề với các phần rời của khung. Bằng cách định vị ổ đỡ chịu tải trực tiếp bên dưới lực tác dụng của các dây xích bên ngoài, phần nhô ra của trục không được hỗ trợ sẽ giảm đáng kể. Đường tải kết quả phân phối ứng suất xoắn và lực tác động thẳng đứng trên một bệ đỡ rộng hơn, mang lại sự ổn định về cấu trúc dưới mô-men xoắn cao.

Sự tương phản cơ học giữa các tiêu chuẩn hệ thống truyền động này phản ánh các ưu tiên kỹ thuật ngày càng phát triển liên quan đến tuổi thọ của trục, công suất mô-men xoắn và phân bổ trọng lượng.

Nguyên tắc mỏi trục : Giảm thiểu độ lệch của trục dưới tải trọng cực đại đòi hỏi phải giữ khoảng cách giữa ổ trục phía dẫn động và khung rời càng ngắn càng tốt.

Hiệu suất truyền động và tỷ số truyền

Cấu hình băng cassette hiện đại mang lại phạm vi cấp số rộng hơn và chuyển đổi nhịp tốt hơn, trong khi các thiết lập ren vẫn được tối ưu hóa để có độ bền cao, chuyển số được tiêu chuẩn hóa.

Việc truyền lực qua trục xe đạp phía sau phụ thuộc vào hiệu suất cơ học của sự ăn khớp giữa xích với bánh xích và chuyển động quay của các vấu cóc bên trong. Trong bộ phận Bánh xe đạp tự do có ren , các vấu bên trong ăn khớp với một vòng ngoài có khía khía nằm ngay trong thân bánh xích. Mô-men xoắn tác dụng qua xích sẽ nén các vấu có lò xo này vào các răng bánh cóc, đẩy vỏ trục về phía trước. Do giới hạn về không gian bên trong thân ren, dung sai sản xuất cho chốt bên trong phải cân bằng kích thước nhỏ gọn với khả năng chống mài mòn. Hiệu suất cao điển hình Bicycle Free Wheel sử dụng các chốt bằng thép hợp kim đã qua xử lý nhiệt và các răng bên ngoài được rèn nguội để duy trì khả năng ăn khớp bánh cóc ngay lập tức đồng thời giảm tổn thất ma sát trong quá trình xuống dốc.

Về tính sẵn có của tỷ số truyền, kiến ​​trúc ren phải đối mặt với những hạn chế về hình học. Đường kính ren trong giới hạn kích thước tối thiểu của bánh xích nhỏ nhất, thường giới hạn bánh răng cao ở mức 14 hoặc 13 răng. Việc cố gắng lắp bánh răng 11 răng hoặc 12 răng trên giao diện trục có ren tiêu chuẩn sẽ không đủ khe hở xuyên tâm cho các vòng bi trong và vòng bánh cóc. Do đó, hệ thống ren thường hoạt động với số lượng răng tiêu chuẩn như 14-28T, 14-32T hoặc 13-34T trên 5, 6, 7 hoặc 8 tốc độ.

Hệ thống cassette bỏ qua hạn chế về đường kính bên trong này bằng cách di chuyển cơ cấu bánh cóc bên trong thân freehub. Điều này giải phóng không gian bên ngoài, cho phép các đĩa xích nhỏ hơn—chẳng hạn như 11, 10 hoặc thậm chí 9 răng—trượt trực tiếp trên giao diện có rãnh. Khả năng chạy các bánh răng cao cấp nhỏ hơn cho phép các nhà sản xuất đạt được phạm vi tỷ số rộng mà không cần dùng đến dây xích quá khổ phía trước. Ngoài ra, do các đĩa xích cassette riêng lẻ trượt trên các trục, nên biên dạng răng bánh răng có thể có các đường dốc chuyển số chính xác và cửa răng vát, cho phép chuyển tiếp xích mượt mà hơn khi chịu tải.

1. Phạm vi bánh răng mở rộng : Cassette chứa các bánh răng có bánh răng cao xuống đến 10T hoặc 11T, mang lại tỷ số truyền rộng hơn để di chuyển trên đường tốc độ cao và leo dốc địa hình.

2. Tiến trình nhịp được tối ưu hóa : Số lượng bánh răng cao hơn cho phép các bước răng chặt chẽ giữa các bánh răng, cho phép người lái duy trì nhịp đạp ổn định trên các địa hình khác nhau.

3. Giảm khối lượng hệ thống truyền động : Thân trục tự do bằng hợp kim có rãnh và giá đỡ bánh xích có tem loại bỏ thép kết cấu không cần thiết, giảm khối lượng quay.

Khả năng tương thích và tiêu chuẩn của thành phần

Khả năng thay thế lẫn nhau của hệ thống truyền động đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các kích thước bước ren của trục, cấu hình trục xoay tự do, khoảng cách giữa các trục và dung sai lập chỉ mục.

Việc đảm bảo khớp nối thích hợp giữa trục phía sau, cụm bánh răng, derailleur phía sau và cần số đòi hỏi phải khớp chính xác các giao diện được tiêu chuẩn hóa. Đối với các trục có ren, tiêu chuẩn ngành toàn cầu sử dụng ren ISO 1.375-24 TPI (34,92 x 1,058 mm), tương thích về mặt cơ học với các thông số kỹ thuật TPI 1.370-24 tiếng Anh cũ hơn. Ren tiêu chuẩn hệ mét (34,7 x 1,0 mm) và tiêu chuẩn Ý (35 x 24 TPI) tồn tại trong các ứng dụng cũ nhưng không tương thích chéo do có những thay đổi nhỏ về bước ren và đường kính bước ren. Việc lắp cụm ren tiêu chuẩn vào vỏ trục không phù hợp sẽ gây ra hiện tượng lõm ren hoặc tước toàn bộ giao diện dưới mô-men xoắn bàn đạp cao.

Các tiêu chuẩn băng cassette được tổ chức xung quanh các giao diện chia tách độc quyền và nguồn mở. Hub tự do có trục Shimano/SRAM HG (Hyperglide) tiêu chuẩn vẫn là cơ sở của ngành cho các hệ thống 8, 9, 10 và 11 tốc độ. Kiến trúc này sử dụng chín trục xoay không đối xứng để căn chỉnh các bánh răng theo một hướng quay duy nhất, đảm bảo rằng các đường dốc chuyển số căn chỉnh chính xác trên cụm bánh xích. Hệ thống truyền động tầm cao hiện đại sử dụng các cấu hình trung tâm tự do chuyên dụng, chẳng hạn như SRAM XD / XDR hoặc Shimano Micro Spline, để chứa các bánh răng phụ 11T và xử lý mô-men xoắn quay tăng lên.

Khoảng cách trục, hoặc Kích thước đai ốc khóa quá mức (OLD), trực tiếp cho biết có bao nhiêu đĩa xích bánh răng có thể vừa với hình tam giác khung phía sau mà không gây ra ma sát dây xích quá mức.

Quy trình cài đặt và bảo trì

Việc bảo dưỡng hệ thống truyền động có ren và trục xoay yêu cầu các công cụ và quy trình cơ học cụ thể để ngăn ngừa hư hỏng bề mặt trong quá trình chiết.

Lịch bảo trì cho các trục phía sau khác nhau tùy thuộc vào cơ cấu truyền động được sử dụng. Các cụm ren được siết chặt trong quá trình vận hành vì lực đạp về phía trước luồn phần thân bên trong sâu hơn vào vỏ trục. Việc tháo một bộ phận được lắp đặt lâu dài cần có một công cụ đa trục chuyên dụng được gắn với khớp nối công cụ bên trong, được kẹp trong một tấm kẹp hoặc vận hành thông qua một tay cầm đòn bẩy dài để phá vỡ ma sát ren ban đầu.

Ngược lại, hệ thống cassette trượt lên thân freehub với ma sát tối thiểu và được cố định bằng một vòng khóa có ren có mô-men xoắn khoảng 30 đến 40 Nm. Việc tháo bánh răng cần có một công cụ khóa kết hợp với roi xích để giữ các bánh răng ổn định theo hướng bánh cóc bên trong.

1.Quy trình loại bỏ lắp ráp có ren: Dành cho các thân trục có ren yêu cầu chiết mô-men xoắn cao。

Đảo ngược hoặc cố định bánh sau. Chèn hoàn toàn công cụ multi-spline phù hợp vào khớp nối chính giữa của cụm. Cố định dụng cụ bằng đai ốc trục hoặc xiên tháo nhanh để tránh trượt dụng cụ. Tác dụng mô men xoắn ngược chiều kim đồng hồ bằng cách sử dụng thanh ngắt dài hoặc tấm kẹp cho đến khi ren chính đứt ra. Xoay cụm lắp ráp bằng tay.

2.Quy trình loại bỏ Cassette: Dành cho các thiết lập phần thân freehub có rãnh。

Đặt một dây xích xung quanh một bánh xích cỡ trung bình để giữ bánh cóc tự do cố định. Lắp dụng cụ khóa băng cassette vào ổ khóa có rãnh xoay. Gắn cờ lê vào dụng cụ khóa và tác dụng lực ngược chiều kim đồng hồ trong khi giữ chắc roi xích. Rút vòng khóa, sau đó trượt từng bánh răng, miếng đệm và giá đỡ hợp kim ra khỏi thân freehub.

3. Bảo trì vỏ trung tâm và trung tâm miễn phí: Kiểm tra vòng bi và bề mặt tiếp xúc。

Làm sạch các ren trung tâm lộ ra ngoài hoặc các trục xoay tự do bằng dung môi không ăn mòn. Kiểm tra các chốt xem có bị mòn do bánh răng lỏng lẻo không. Bôi hợp chất chống dính có độ bám dính cao vào ren trục hoặc mỡ tổng hợp lên các bề mặt trục tự do có rãnh trước khi lắp đặt các bộ phận mới.

4. Xác minh cài đặt và mô-men xoắn: Quá trình bảo vệ thành phần cuối cùng。

Đối với hệ thống có ren, bôi chất bôi trơn chống kẹt vào các ren trục sạch, căn chỉnh cụm hình vuông với trục trục và luồn nó theo chiều kim đồng hồ bằng tay cho đến khi vào đúng vị trí; Việc thắt chặt cuối cùng xảy ra một cách tự nhiên trong quá trình đạp xe ban đầu. Đối với hệ thống cassette, hãy xếp các bánh răng và miếng đệm theo đúng trình tự, luồn khóa bằng tay và siết chặt đến 35-40 Nm bằng cờ lê mô-men xoắn đã hiệu chỉnh.

Mẹo lắp đặt : Luôn bôi hợp chất chống kẹt cho các ren trục bên ngoài trước khi quay trên cụm bánh răng có ren. Hàn ma sát và ăn mòn điện giữa thân răng cưa bằng thép và vỏ trục bằng nhôm có thể kết dính vĩnh viễn các bộ phận không được bôi trơn với nhau khi tiếp xúc với thời tiết kéo dài.

Sự phù hợp của ứng dụng và lựa chọn đội xe

Việc lựa chọn giữa kiến ​​trúc trục ren và trục xoay phụ thuộc vào yêu cầu về tải, mức giá mục tiêu và điều kiện vận hành môi trường.

Từ góc độ sản xuất thương mại và quản lý đội xe, cả hai tiêu chuẩn hệ thống truyền động đều mang lại lợi thế vận hành rõ ràng tùy thuộc vào phân khúc ứng dụng. Thiết kế dạng ren vẫn là giải pháp đáng tin cậy, tiết kiệm chi phí cho vận tải tiện ích, xe đạp đi lại tiêu chuẩn và triển khai đội xe thương mại trong đó yêu cầu về số lượng bánh răng ở mức vừa phải (tốc độ từ 1 đến 7) và bảo trì cơ bản tập trung vào tính đơn giản và chi phí thay thế thiết bị thấp. Tính chất khép kín của Bộ bánh xe không có hệ thống truyền động giúp đơn giản hóa các quy trình trong dây chuyền lắp ráp, vì các cụm bánh răng hoàn chỉnh có thể được lắp ráp sẵn và quay trực tiếp trên các bánh xe được chế tạo sẵn trong các cơ sở sản xuất số lượng lớn.

Đối với các ứng dụng liên quan đến tải mô-men xoắn cao, vận chuyển hàng hóa, tốc độ đường nhanh hoặc đi xe địa hình phạm vi rộng, tiêu chuẩn cassette là lựa chọn kỹ thuật cần thiết. Vị trí ổ trục rộng hơn giúp giảm độ cong của trục, bảo vệ chống uốn cong trục ngay cả khi chở hàng nặng hoặc vận hành dưới tải trọng đạp cao. Hơn nữa, tính chất mô-đun của các hệ thống có trục cho phép người quản lý đội xe và từng người lái thay thế các bánh răng bị mòn hoặc hoán đổi phần thân trục bên ngoài mà không cần thay thế toàn bộ vỏ trục hoặc tạo lại độ căng của các nan bánh xe.

1. Xe đạp tiện ích và đi lại trong đô thị : Các trục có ren được tiêu chuẩn hóa mang lại tỷ lệ chi phí trên hiệu suất vượt trội, việc thay thế linh kiện đơn giản hóa và khả năng chống mài mòn môi trường đô thị mạnh mẽ.

2. Xe đạp chở hàng hạng nặng : Trục tự do có rãnh với các thế đứng chịu lực rộng là điều cần thiết để chịu được tải trọng động nghiêm trọng và ngăn ngừa hiện tượng mỏi trục sau bên lái.

3. Cấu hình đường tốc độ cao và xe đạp điện : Các giao diện có rãnh chính xác cung cấp khả năng xử lý mô-men xoắn, khoảng cách răng hẹp và tỷ số truyền rộng cần thiết để cung cấp năng lượng ở tốc độ cao.

Độ bền và hiệu suất của hệ thống truyền động phía sau phụ thuộc vào việc kết hợp tiêu chuẩn trung tâm với nhu cầu cơ học của ứng dụng dự định. Các trục có ren vượt trội trong các bản dựng tiện ích có độ bền cao, tiết kiệm, trong khi hệ thống cassette có rãnh mang lại tính toàn vẹn về cấu trúc và hiệu suất dịch chuyển cần thiết cho các ứng dụng có áp suất cao. Việc lựa chọn cấu trúc trung tâm thích hợp sẽ đảm bảo truyền năng lượng tối ưu, giảm độ mỏi của trục và độ tin cậy của hệ thống truyền động lâu dài.