¿Cuáles son los diversos diseños de mecanismos de buje libre que se han diseñado o puesto en producción? (¡no necesita haber sido hecho necesariamente!)

Una buena publicación contendrá:

• Una descripción del diseño, idealmente con imágenes o dibujos técnicos.
• Empresas que han utilizado el diseño o que lo crearon.
• Ventajas y desventajas
• Diseño original / mejoras incrementales que han ocurrido

Diseños conocidos hasta ahora (los que tienen una publicación están vinculados):

• Trinquete y trinquete estándar (y variantes)
• Star Ratchet (DT Swiss / Chris King)
• Embrague de Sprag (Onyx)
• Embrague de rodamiento (verdadero sigilo de precisión, shimano silencioso)
• 'Diseño de placa de leva' (American Classic) posiblemente una combinación de trinquete / trinquete y trinquete estrella.

Revisaré e intentaré completar los diseños que conozco, pero siéntase libre de publicar una respuesta si aún no lo he hecho. ¡Siéntase libre de publicar una respuesta para un diseño que no figura aquí! ¡Y proporcione información adicional para diseños ya publicados!

Diseño estándar de trinquete y trinquete

Este diseño es, con mucho, el más común en los freehubs de bicicletas y, como tal, el menos costoso de emplear.

Mecanismo

En su forma más simple, este diseño consiste en una superficie dentada y un trinquete (que es una palanca que se acopla a la superficie dentada y solo permite el movimiento en una dirección).

En una bicicleta, este diseño generalmente se invierte, los trinquetes están en el cuerpo del buje libre y se acoplan a una superficie dentada en la pared interior del cubo.

Una animación básica del mecanismo en acción se puede encontrar aquí . En este diseño, se debe aplicar algo de tensión a los trinquetes para forzarlos constantemente hacia afuera en el cuerpo del cubo. (Aquí es también de donde proviene el zumbido o el clic en este diseño, desde los trinquetes que se fuerzan sobre los dientes en la superficie del trinquete) Esto generalmente se logra mediante resortes de hoja, pequeños resortes helicoidales y / o un anillo de metal.

este diseño utiliza muelles

muelles helicoidales

Dibujo técnico de un mecanismo que utiliza un anillo de metal.

Ventajas y desventajas

Ventajas

• Común y económico
• Fácil de mantener

Desventajas

• Menor grado de compromiso (más rápido) limitado por restricciones físicas. Un menor grado de acoplamiento requiere superficies de contacto de dientes más pequeños y trinquetes que se debilitan / pueden desgastarse más rápidamente. (ver abajo para algunas soluciones ingeniosas)
• Propenso a fallas debido al debilitamiento de los resortes o el engrosamiento de la grasa con el frío / la edad ("no pasa nada cuando pedaleo")
• En su diseño más básico, un grado relativamente alto de compromiso (lento)
• Propenso a usar, ya que los dientes y los trinquetes están constantemente en contacto

Variaciones

Muchos diseños usarán más de un diente de enganche por trinquete, lo que permite dientes más pequeños y más puntos de enganche (menor grado de enganche). Estos dientes pequeños son más propensos al desgaste. Halo supadrive emplea 120 puntos de compromiso para un compromiso de 3 grados

Halo Supadrive utilizando 120 puntos de compromiso

El diseño Double Time de SRAM utiliza cuatro trinquetes en pares opuestos. Los pares están ligeramente desplazados, lo que hace que solo un par se enganche en cualquier momento, pero le da a su trinquete de 26 dientes 52 puntos de enganche para un enganche de 7 grados.

Diseño de placa de leva clásica americana

El nombre completo es "Sistema de Enganche Accionado por Six Pawl Cam". Este diseño es uno de los más complicados, pero según American Classic proporciona un buje libre más fuerte con una resistencia relativamente baja y hace que los 6 trinquetes de doble diente se enganchen simultáneamente con alta precisión.

Mecanismo

Hay varias partes en el acoplamiento de este mecanismo, enumeradas en orden de actuación desde la cadena / engranaje:

• El resorte de alambre en el cuerpo del buje libre engancha ..
• Placa de levas dentro del cubo que se acopla al ..
• Trinquetes en el cuerpo del cubo que bloquean el buje libre al cuerpo del cubo

El resorte de alambre descansa en el lado del cubo del cuerpo del buje libre dentro de una pista circunferencial:

Este cable se mueve a lo largo de los dientes de la placa de levas a medida que la rueda gira libremente. Si se aplica potencia a los pedales, este cable fuerza un movimiento en sentido horario de la placa de levas

se muestra con un trinquete removido y los trinquetes en posición 'enganchada'

Este movimiento en el sentido de las agujas del reloj obliga a los trinquetes a moverse hacia adentro y a enganchar el cuerpo del buje libre, proporcionando un enganche.

El siguiente video muestra la acción de la placa de levas, el destornillador actúa como el resorte de alambre. Este es otro video útil en el que el diseñador Bill Shook explica el mecanismo. A las ~ 0:33 puede ver todo el mecanismo en acción a través de un corte.

Una vez que el buje libre se mueve más lentamente que la rueda, el cuerpo del buje libre vuelve a mover los trinquetes a su estado retraído, así como a la placa de levas.

Ventajas y desventajas

Ventajas

• Baja resistencia, las únicas cosas en contacto son la placa de leva y el resorte de alambre
• Como estas son las únicas partes en contacto constante, las piezas de repuesto son mínimas
• Robusto, ya que las superficies de contacto son relativamente grandes
• ¿Encendedor? particularmente por su fuerza. Parte de los objetivos de diseño era hacer que el cuerpo del buje libre / superficie de contacto y los trinquetes fueran de aluminio, aunque no tengo ningún número aquí

Desventajas

• Ya sea que esto se relacione o no con el costo de producción, estos solo están disponibles en las ruedas Am Classic y estas ruedas son generalmente caras, por lo que obtener un juego de ruedas con este diseño es costoso.
• Relacionamiento relativamente bajo: 24 puntos significa 360/24 = compromiso de 15 grados

Star Ratchet y variaciones

Este diseño en su forma más simple es utilizado por DT Swiss. Este diseño incorpora placas de trinquete fácilmente reemplazables que ofrecen el beneficio adicional de cada par de transferencia de puntos de conexión. Una variación más complicada es la que se usa en los centros de Chris King.

Mecanismo - DT Swiss

1. pieza final 2. rodamiento 3. anillo de rosca 4. eje 5. resorte cónico 6. trinquete en estrella 7. cuerpo del rotor

El sistema DT Swiss consta de dos placas de trinquete opuestas de trinquete que residen en el cuerpo del buje y el buje libre. Estos se sostienen uno contra el otro por un par de resortes cónicos. Cuando el piloto pedalea, los dientes se enganchan cuando la placa de trinquete de buje libre se gira a través de las estrías a lo largo de su circunferencia. Esto transfiere energía a la placa de trinquete en el cubo, y esto a su vez transfiere energía al cubo a través de las estrías a lo largo de su circunferencia.

Hay una animación muy básico aquí que muestre la acción de las placas de trinquete.

Actualización y servicio

Una de las mayores ventajas de este sistema es la facilidad con la que puede actualizar, reemplazar o reparar las placas de trinquete. ¡Esto es en realidad una reparación sin herramientas! Los bujes DT Swiss más básicos incluyen una placa de trinquete de 18t, que ofrece un compromiso de 20 grados. Esto se puede actualizar a 36t (10deg) o incluso a una placa de 54t (6.67deg). Esto se puede hacer para ruedas DT de extremo inferior, por lo que es posible tomar una rueda menos costosa y obtener un compromiso mucho mayor si se desea. Esto también permite reemplazar todas las superficies de contacto (aparte de las estrías dentro del cubo que es poco probable que se desgasten o se pelen) para prolongar la vida útil de los cubos.

Ventajas y desventajas

Ventajas

• Todos los puntos de contacto están transfiriendo torque, siempre
• Mantenimiento fácil y componentes de desgaste fácilmente reemplazables

Desventajas

• Alto contacto que provoca un mayor desgaste entre las superficies de contacto.
• Las placas están unidas por un resorte, no por el torque del conductor, por lo que es más probable que salten a medida que se aplica más torque (contraste con Am Classic y Chris King), aunque personalmente nunca he oído hablar de esto.
• Enganche relativamente bajo por el costo en muchas ruedas

Variaciones - Chris King

Este es nuevamente uno de los diseños de mecanismos de buje libre más complicados. En esencia, es un sistema de trinquete estrella. Hay un par de diferencias clave:

• Ambos trinquetes están dentro del cubo, lo que les permite ser más grandes.
• La placa de accionamiento (la que está sincronizada con el cuerpo del buje libre) es la que está más alejada
• la placa de accionamiento se suelta, mientras que la otra se fija dentro del cuerpo del buje libre
• El mecanismo de 'anillo' que fuerza las dos placas juntas bajo par

1. resorte 2. placa de accionamiento 3. placa fija

izquierda: placa de transmisión, derecha: placa fija

Lo que realmente distingue esto es el mecanismo de accionamiento de anillo. Esto se logra a través de ranuras helicoidales en el cuerpo del buje libre, que enganchan la placa de transmisión. A medida que se aplica el torque al buje libre, esto fuerza las dos placas juntas. A medida que se aplica más torque, las placas se unen más fuertemente, eliminando efectivamente el deslizamiento o el salto.

anillo de accionamiento mostrado en la parte superior con ranuras helicoidales

Mucha gente probablemente diría que los bujes Chris King son excesivos: están extremadamente bien hechos y utilizan muchos rodamientos que deberían contribuir a su longevidad (y a los dolores de cabeza de su mecánico). En 72 puntos de compromiso (5 grados), pueden participar casi tan rápido como cualquier centro. Además, debido a que las placas están unidas por el torque del conductor, el resorte puede ser más débil porque causa menos arrastre / desgaste y los dientes pueden ser más pequeños sin pelar (enganche más rápido). El costo / beneficio puede ser difícil de justificar para muchas personas, pero si te hace sentir bien tener un eje bien hecho en tu bicicleta, es difícil hacerlo mejor que Chris King.

Embrague de arrastre

El embrague de arrastre ha existido en aplicaciones industriales desde hace algún tiempo: se usa en motocicletas, helicópteros, aviones, transmisiones automotrices y otros. Hasta donde yo sé, Onyx es la única compañía que lo lleva a los centros de bicicletas. Los embragues de espiga ofrecen baja resistencia a la rodadura y un acoplamiento prácticamente instantáneo. También son confiables y duraderos, pero esto puede ser a expensas del peso y el costo.

Mecanismo

A primera vista, un embrague de arrastre puede ser muy similar a un rodamiento de cartucho. La diferencia clave es que, en lugar de rodamientos de bolas redondos, hay lóbulos en forma de leva entre las carreras que permiten el movimiento en una dirección y se unen en la otra. Estos se mantienen en tensión constante por un clip de metal.

Como este tipo de embrague tiene muchas aplicaciones industriales, hay una buena cantidad de videos útiles que explican cómo funciona, como este y este (salte a 37 para saltear el marketing).

Onyx incorpora este diseño de una manera bastante simple. Los lóbulos de las levas descansan entre la carcasa del cubo y una superficie mecanizada que se extiende dentro del cubo desde el cuerpo del cubo libre.

Ventajas y desventajas

Ventajas

• Compromiso de 0 grados (instantáneo)
• capaz de soportar altos pares
• La fricción más baja de cualquier sistema de rueda libre (según Onyx y un estudio de la Universidad de Duke)
• muy bajo mantenimiento requerido

Desventajas

• como siempre, costo
• peso, ya que las superficies de contacto deben ser de acero para mayor durabilidad. Recientemente, se mudaron a un cuerpo de buje libre de dos partes con un soporte de aluminio para reducir el peso (como se muestra arriba)