15 июня 2023 года в базе данных USPTO (Ведомство по патентам и товарным знакам США) был опубликован патент, поданный компанией SRAM. В нём подробно описывается механизм беспроводного переднего переключения передач для трансмиссии 2x, интегрированный в систему шатунов. Традиционный передний переключатель заменяется переключающим устройством, которое закреплено на передней звезде и перемещается с вращением цепи при каждом нажатии педали. Это сильно контрастирует с общедоступными передними переключателями, которые, за некоторыми исключениями, прикреплены к переднему треугольнику велосипедной рамы.
Давайте рассмотрим описание системы подробнее
Рис Fig. 2.
Прежде описывать работу переключателя с цепной связью (за неимением лучшего названия), рассматриваемый патент SRAM (US 20200140035 A1) обнажает ряд недостатков, связанных с нынешними передними переключателями.
Во-первых, поскольку они почти исключительно крепятся к подседельной трубе, само их присутствие накладывает ограничения на дизайнеров и инженеров, не позволяя им слишком творчески подходить к форме велосипедных рам, предназначенных для трансмиссии 2x.
Так же следует учитывать и переменную производительность. Традиционный передний переключатель состоит из двух металлических пластин, которые проталкивают цепь внутрь или наружу, направляя ее к большей или меньшей передней звезде соответственно. В патенте SRAM говорится, что этот механизм может вызывать грубые переходы между звездами, которые могут стать проблематичными при очень высоких нагрузках.
Кроме того, привязка механизма переключения передач к подседельной трубе делает передний треугольник ключевым компонентом переключающего устройства. Если он изгибается под высоким крутящим моментом или на неровностях дороги (например, в ходе гонки Париж-Рубе), положение переднего переключателя будет отклоняться от своего идеального положения относительно передних звёзд, что подвергает систему риску смещения с неточным переключением передач в результате. Не ясно, как часто этот сценарий на самом деле вызывает проблемы, но SRAM увидели причину указать нам и на это.
В итоге, SRAM предлагают преодолеть вышеупомянутые недостатки с помощью нового механизма переключателя, который соединяет переключающее устройство с самими передними звездами.
Как это работает?
Концепция переднего переключателя с цепной связью от SRAM включает в себя все устройства, необходимые для направления цепи от большой звезды к маленькой и наоборот.
На ряде чертежей внутренняя работа отдельных компонентов переключения передач скрыта из поля зрения. Они спрятаны под тем, что патент описывает как аэродинамический кожух, который также может служить структурным компонентом, придающим системе дополнительную жесткость.
Механизм переключения передач не имеет механического привода. Это беспроводная система, в которой команды переключения на повышенную и пониженную передачу отправляются с дистанционно с манетки, установленной на руле. К приемнику сигнала прилагается съемная аккумуляторная батарея (обозначена фиолетовым цветом на Рис Fig. 2), которая по внешнему виду похожа на стандартные батареи AXS, блок управления и печатная плата. Снаружи видна кнопка сопряжения переключателя с переключателем передач (синий) и светодиод, который можно использовать для индикации времени автономной работы (желтый).
Кроме того, под этой аэродинамической крышкой находится двигатель и ряд приводов, звеньев, валов и шарниров, которые соединены друг с другом таким образом, чтобы по часовой стрелке или против часовой стрелки повышать или понижать передачу (Рис Fig. 11). Мы не будем вдаваться в тонкости самой конструкции и рассмотрим лишь то, как цепь передается от одной звезды к другой.
Прежде чем мы начнем, обратите внимание на архитектуру звезд, показанную на Рис Fig. 37. Здесь звезды показаны без цепи или какого-либо переключающего устройства. Структуры, обозначенные как 264a-d, на самом деле представляют собой отверстия, которые позволяют выпячивать и втягивать аппарат смещения (он обозначен зеленым цветом на следующих изображениях). И, что очень важно, как в большой, так и в малой звезде, по-видимому, отсутствует один зуб.
Механизм переключения на повышенную передачу
Рассмотрим подробнее, как цепь переносится с маленькой звезды на большую. Начнем с того, что посмотрим на элементы «устройства пониженной передачи» - 212a и 212b, показанные красным цветом на Рис Fig.4.
Когда цепь работает на маленькой звезде, эти два крючковатых рычага располагаются поверх большой звезды, занимая пространство, которое цепь будет использовать после завершения переключения на неё. Таким образом, переключение на большую звезду начинается с внешнего вращения этих элементов с пониженной передачей от зубьев большого цепного кольца.
Драйвер переключения на повышенную передачу (желтый) и его соединительные звенья (синий) наглядно показаны на Рис Fig.13. Когда драйвер переключения передач на большую звезду вращается против часовой стрелки, звенья механизма тянут рычаги элементов понижающей передачи по дуге по часовой стрелке, перемещая их подальше от зубьев большой звезды. Это первый шаг, за которым следует внутреннее вращение аппарата повышения передачи (зеленый).
Аппарат повышения передачи может опускаться внутрь только тогда, когда цепь свободна от этих отверстий, т.е. когда вся система находится в положении, указанном на Рис Fig. 41.
Отсюда последовательность событий вполне интуитивна (см. ниже, Рис Fig. 47-51). На всех рисунках на маленьком кольце отсутствует зуб. Это пространство заполняется первым направляющим штифтом аппарата повышения передач (зеленым), когда он вращается внутри. Отсюда он может захватывать цепь через внутреннюю поверхность внешней пластины, когда она тянется вслед за ходом шатуна
Рис Fig. 47 – 51. На один оборот кривошипов предусмотрена только одна возможность для переключения на повышенную передачу
На Рис Fig.70 показано, как каждый направляющий штифт стратегически расположен таким образом, что каждый последующий находится немного дальше по радиусу, чем соседний. Анатомия этих направляющих зубьев имеет решающее значение для механизма переключения передач вверх. На Рис Fig.53 и 54 показано, как каждый зуб (зеленый) имеет наконечник со скошенной верхней поверхностью (290), который позволяет цепи скользить вниз по колышку, вытягивая его дальше за борт при скольжении.
Как показано на последовательности 47-51, наружная пластина звена цепи (оранжевого цвета), которая первоначально контактирует с первым направляющим штифтом, постепенно перемещается от плоскости малой звезды в плоскость большой звезды с последним, более крупным зубом, смещающимся вверх и завершающим переход. Затем этот смещающийся вверх штифт (302) остается на месте, после чего функционирует как обычный зуб цепи. Большая пластина (206, бордовый на Рис Fig.41), которая находится за большой звездой, действует как направляющая, предотвращающая падение цепи со звезды во внешнем направлении во время переключения и после.
Механизм переключения на пониженную передачу
Теперь мы более подробно рассмотрим механизм переключения передач вниз, на малую звезду. Он не так сильно отличается от того, как традиционные передние переключатели направляют цепь от плоскости большой звезды к малой.
Рычажный механизм, управляющий расположением элементов аппарата сбрасывания передачи (212a и 212b красного цвета), приводит в действие свои различные шарниры, чтобы вращать элементы по дуге против часовой стрелки. Он перемещается из положения, показанного на Рис Fig. 13, в положение, показанное на Рис Fig. 46, перемещая выступающие рычаги элементов внутрь, до точки, где верхняя поверхность (338) перекрывает плоскость большой звезды.
В сочетании с этим вращением направляющие штифты аппарата повышения передачи одновременно отводятся от малой звезды обратно в специальное углубление в корпусе большой звезды.
Опять же, время имеет решающее значение. Элементы аппарата сбрасывания смогут встать в положение, показанное на Рис Fig. 46, только в положении, указанном на Рис Fig. 52.
Когда рычаг аппарата сбрасывания может свободно вращаться внутрь до положения, в котором он перекрывает плоскость большой звезды, он готов спустить цепь с неё. По мере того, как велосипедист продолжает движение педали, скошенная поверхность (212а) «ведущего» рычага переключения (338) соприкасается с цепью, отклоняя ее от большой звезды и выравнивая с малой – Рис Fig.59.
После не более половины хода педали цепь подхватывается малой звездой. После полного оборота все звенья цепи войдут в зацепление с зубьями малой звезды, и переключение на пониженную передачу будет завершено.
Является ли переключатель SRAM с цепной связью первым в отрасли?
SRAM ни в коем случае не является первым брендом, который исследует альтернативы традиционному переднему переключателю, установленному на подседельной трубе.
Так, Classified Cycling предлагает самое надежное и проверенное решение с помощью задней втулки Powershift. Благодаря внутренней дополнительной передаче, расположенной внутри втулки заднего колеса, механизм Powershift может предложить два различных передаточных числа для каждой звездочки кассеты. Итак, если вы используете 12-ступенчатую кассету, в вашем распоряжении 24 передачи. Про Classified мы более подробно писали здесь.
На самом деле, это даже не первый механизм переднего переключения передач, интегрированный в систему шатунов. Vyro, компания, которая, по-видимому, больше не существует, попыталась вывести на рынок что-то подобное в 2015 году.
Vyro Amen1. Фото: Bikerumor
Шатуны Vyro Am En1, предназначенные для маунтинбайка, отличались большим цепным кольцом, которое было эффективно разделено на четыре четверти, каждая из которых могла перемещаться радиально независимо друг от друга, чтобы цепь могла падать с большого кольца на маленькое кольцо при полном обороте шатунов. Это было аккуратное решение, которое позволяло гонщику переключаться под нагрузкой, но на практике были некоторые реальные проблемы с его долговечностью.
Что дальше
Решение, предлагаемое SRAM, утверждает, что обеспечивает переключение под нагрузкой лучше, чем традиционный передний переключатель. И, как мы писали вначале, это должно позволить проектировщикам рамы свободно изменять форму переднего треугольника, зная, что им больше не нужно предоставлять необходимый структурный элемент. Для некоторых необычных конструкций рам, таких как Rondo Ruut 2.0 и Specialized Sirrus 2023 года это уже может сработать.
В Specialized Sirrus 2023 года отсутствует традиционная подседельная труба, необходимая для установки переднего переключателя. Фото: Bikerumor
2024 Rondo Ruut v2 совершенно новый уникальный карбоновый гравийный велосипед. Фото: Кори Бенсон - Bikerumor
Здесь также есть возможности для значительного улучшения аэродинамических свойств трансмиссии в целом. В зависимости от того, насколько хорошо выполнена аэродинамический кожух предлагаемой системы, это может привести к заметному снижению сопротивления по сравнению с передним переключателем на подседельной трубе.
Сплошные плюсы, так? Тем не менее, можно предвидеть и ряд недостатков.
Во-первых, переключение в любом направлении, вероятно, будет медленнее, чем переключение с помощью традиционного переднего переключателя. На один оборот шатунов предоставляется только одна возможность для переключения на повышенную передачу, а для переключения на пониженную передачу две. В противовес, на современных переключателях премиум-класса есть 3-5 точек переключения за оборот. Таким образом, в зависимости от частоты вращения педалей гонщик может испытывать заметную задержку по ходу переключения передач, ожидая, пока аппарат переключения передач попадет в нужную точку хода педали.
Кроме того, скорее всего очень сложно реализовать модульную версию этой системы, в которой размеры обеих ведущих звёзд могут быть изменены в соответствии с предпочтениями гонщика, а также градиентами и профилями высот в разных частях мира. Механизм переключения передач вверх, по крайней мере, будет уникальным для конкретной пары звезд. Это контрастирует с тем, что передние переключатели предлагают некоторую степень регулировки в соответствии с различными размерами и комбинациями звезд.
Так же возникает вопрос долговечности. Большая часть механизма переключения на повышенную и пониженную передачу будет подвергаться воздействию влаги и грязи с дорожного покрытия. Это, конечно, относится к любому переключателю, но этот механизм имеет большое количество шарниров, которые подвержены риску преждевременного износа, если система недостаточно герметична.
Наконец, нам интересен Q-Factor данной системы. Вполне возможно, что для дизайна может потребоваться немного более широкий Q-фактор, что может быть нежелательной «функцией» для некоторых гонщиков.
Пока что Sram оставляет любую конкретику «без комментариев». Конечно, патент служит только для защиты идей изобретателей от реализации конкурентами; это не означает, что SRAM на самом деле планирует вывести на рынок этот передний переключатель с цепной связью, и это даже не обязательно означает, что у них уже есть рабочий прототип.
В целом, мы думаем, что это классная идея от SRAM, и не удивимся, если они в конечном итоге выведут это или что-то очень похожее на рынок в течение следующих нескольких лет. И, даже если подобное решение никогда не увидит свет, всегда очень интересно посмотреть, над чем за кулисами работают крупные бренды.
Оригинал статьи на Bikerumor вы можете найти по ссылке: «Is SRAM Developing a Wireless AXS Front Derailleur Built Inside Your Chainring».
