Quelles sont les différentes conceptions de mécanismes à moyeu libre qui ont été conçues et / ou mises en production? (n'a pas besoin d'avoir été fait nécessairement!)

Un bon article contiendra:

• Une description du design, idéalement avec des images ou des dessins techniques
• Entreprises qui ont utilisé le design ou qui l'ont créé
• Avantages et inconvénients
• Conception originale / améliorations incrémentielles survenues

Dessins connus jusqu'à présent (ceux avec un post sont liés):

• Cliquet et cliquet standard (et variantes)
• Star Ratchet (DT Swiss / Chris King)
• Embrayage Sprag (Onyx)
• Embrayage à roulement à rouleaux (True Precision Stealth, Shimano Silent)
• «Cam plate design» (American Classic) éventuellement une combinaison de cliquet / cliquet et cliquet étoile.

Je vais passer en revue et essayer de remplir des designs que je connais, mais n'hésitez pas à poster une réponse si je ne l'ai pas déjà fait. N'hésitez pas non plus à poster une réponse pour un design non répertorié ici! Et fournissez des informations supplémentaires pour les conceptions déjà publiées!

Conception standard à cliquet et cliquet

Cette conception est de loin la plus courante sur les freins de vélo, et en tant que telle la moins chère à utiliser.

Mécanisme

Dans sa forme la plus simple, cette conception se compose d'une surface dentée et d'un cliquet (qui est un levier qui engage la surface dentée et ne permet un mouvement que dans une seule direction).

Dans une bicyclette, cette conception est généralement inversée, les cliquets sont sur le corps du moyeu libre et ils engagent une surface dentée sur la paroi intérieure du moyeu.

une animation de base du mécanisme en action peut être trouvée ici . Dans cette conception, une certaine tension doit être appliquée aux cliquets pour les forcer constamment vers l'extérieur dans le corps du moyeu. (C'est également de là que vient le bourdonnement ou le clic dans cette conception, des cliquets étant forcés sur les dents sur la surface du cliquet) .Ceci est généralement accompli par des ressorts à lames, de petits ressorts hélicoïdaux et / ou un anneau métallique.

cette conception utilise des ressorts à lames

ressorts hélicoïdaux

dessin technique d'un mécanisme utilisant un anneau en métal

Avantages et inconvénients

Les avantages

• Commun et peu coûteux
• Facile à entretenir

Désavantages

• Degré d'engagement (plus rapide) inférieur limité par des contraintes physiques. Un degré d'engagement inférieur nécessite des surfaces de contact des dents plus petites et des cliquets qui s'affaiblissent / peuvent s'user plus rapidement. (voir ci-dessous pour quelques solutions intelligentes)
• Sujette à des défaillances dues à des ressorts fragilisés ou à un épaississement de la graisse avec le froid / l'âge ("rien ne se passe quand je pédale")
• Dans sa conception la plus élémentaire, un degré d'engagement (lent) relativement élevé
• Sujet à l'usure car les dents et les cliquets sont constamment en contact

Variations

De nombreux modèles utilisent plus d'une dent d'engagement par cliquet, ce qui permet des dents plus petites et plus de points d'engagement (degré d'engagement inférieur). Ces petites dents sont plus sujettes à l'usure. Halo supadrive emploie 120 points d'engagement pour un engagement de 3 degrés

Halo Supadrive utilisant 120 points d'engagement

La conception Double Time de SRAM utilise quatre cliquets en paires opposées. Les paires sont légèrement décalées, ce qui n'engage qu'une seule paire à la fois, mais donne à leur rochet à 26 dents 52 points d'engagement pour un engagement de 7 degrés.

Conception de plaque de came classique américaine

Le nom complet est "Six Pawl Cam Actuated Engagement System". Cette conception est l'une des plus compliquées, mais selon American Classic, elle fournit un moyeu libre plus solide avec une résistance relativement faible et fait en sorte que les 6 cliquets à double dent s'engagent simultanément avec une grande précision.

Mécanisme

L'engagement de ce mécanisme comporte plusieurs parties, répertoriées par ordre d'actionnement à partir de la chaîne / pignon:

• Le ressort en fil métallique dans le corps de roue libre s'engage dans ..
• Plaque de came à l'intérieur du moyeu qui engage le ..
• Cliquets dans le corps de moyeu qui verrouillent le moyeu libre sur le corps de moyeu

Le ressort métallique repose sur le côté moyeu du corps de roue libre à l'intérieur d'une piste circonférentielle:

Ce fil se déplace le long des dents de la plaque à came comme les roues libres de la roue. Si l'alimentation est appliquée aux pédales, ce fil force un mouvement dans le sens horaire de la plaque à came

illustré avec un cliquet retiré et cliquets en position «engagé»

Ce mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre force les cliquets à se déplacer vers l'intérieur et à engager le corps de roue libre, assurant ainsi l'engagement.

Cette vidéo ci-dessous montre l'action de la plaque à came, le tournevis sert de ressort métallique. Voici une autre vidéo utile dans laquelle le designer Bill Shook explique le mécanisme. À ~ 0: 33, vous pouvez voir l'ensemble du mécanisme en action via le pan coupé.

Une fois que le moyeu libre se déplace plus lentement que la roue, le corps du moyeu libre ramène les cliquets dans leur état rétracté ainsi que la plaque à came.

Avantages et inconvénients

Les avantages

• Faible résistance, les seules choses en contact sont la plaque à came et le ressort métallique
• Comme ce sont les seules pièces en contact constant, les pièces de rechange sont minimes
• Robuste, car les surfaces de contact sont relativement grandes
• Plus léger? en particulier pour sa force. Une partie des objectifs de conception était de fabriquer le corps / la surface de contact et les cliquets du moyeu de roue libre en aluminium, bien que je n'ai pas de chiffres ici

Désavantages

• Que cela soit lié ou non au coût de production, ceux-ci ne sont disponibles que sur les roues Am Classic et ces roues sont généralement coûteuses, donc l'obtention d'une paire de roues avec cette conception est coûteuse.
• Engagement relativement faible - 24 points signifie 360/24 = engagement à 15 degrés

Cliquet étoile et variations

Cette conception dans sa forme la plus simple est utilisée par DT Swiss. Cette conception intègre des plaques à cliquet facilement remplaçables qui offrent l'avantage supplémentaire de chaque point d'engagement transférant le couple. Une variante plus compliquée est celle utilisée dans les hubs Chris King.

Mécanisme - DT Swiss

1. embout 2. roulement 3. bague filetée 4. axe 5. ressort conique 6. cliquet étoile 7. corps de rotor

Le système DT Swiss se compose de deux plaques à cliquet opposées à cliquet qui résident dans le corps du moyeu et le moyeu libre. Ceux-ci sont maintenus l'un contre l'autre par une paire de ressorts coniques. Lorsque le cycliste pédale, les dents s'engagent lorsque la plaque à cliquet à moyeu libre est tournée via les cannelures le long de sa circonférence. Cela transfère la puissance à la plaque à cliquet dans le moyeu, et cela à son tour transfère la puissance au moyeu via les cannelures le long de sa circonférence.

Il y a une animation très basique ici qui montre l'action des plaques à cliquet.

Mise à niveau et maintenance

L'un des plus grands avantages de ce système est la facilité avec laquelle vous pouvez mettre à niveau, remplacer ou entretenir les plaques à cliquet. Il s'agit en fait d'une réparation sans outil! Les moyeux DT Swiss les plus basiques comprennent une plaque à cliquet de 18 dents, offrant un engagement de 20 degrés. Cela peut être mis à niveau vers une plaque de 36 t (10 degrés) ou même une plaque de 54 tonnes (6,67 degrés). Cela peut être fait pour abaisser les roues DT, il est donc possible de prendre une roue moins chère et d'obtenir un engagement beaucoup plus élevé si vous le souhaitez. Cela permet également de remplacer toutes les surfaces de contact (à l'exception des cannelures dans le moyeu qui sont peu susceptibles de s'user ou de se dénuder) pour prolonger la durée de vie des moyeux.

Avantages et inconvénients

Les avantages

• Tous les points de contact transfèrent le couple, toujours
• Facilement entretenu et pièces d'usure faciles à remplacer

Désavantages

• Contact élevé conduisant à une usure plus élevée entre les surfaces de contact
• Les plaques sont poussées ensemble par un ressort, pas par le couple du pilote, elles sont donc plus susceptibles de sauter lorsque plus de couple est appliqué (contrairement à Am Classic et Chris King), même si je n'ai jamais personnellement entendu parler de cela.
• Engagement relativement faible pour le coût sur de nombreuses roues

Variations - Chris King

Il s'agit là encore d'une des conceptions de mécanisme de moyeu libre les plus compliquées. À la base, c'est un système à cliquet étoile. Il existe quelques différences clés:

• Les deux cliquets sont à l'intérieur du moyeu, ce qui leur permet d'être plus grands
• La plaque d'entraînement (celle calée sur le corps de roue libre) est la plus éloignée
• la plaque d'entraînement est suspendue, tandis que l'autre est fixée à l'intérieur du corps de roue libre
• le mécanisme 'ring drive' qui force les deux plaques ensemble sous couple

1. ressort 2. plaque d'entraînement 3. plaque fixe

gauche: plaque d'entraînement, droite: plaque fixe

Ce qui le distingue vraiment, c'est le mécanisme d'entraînement en anneau. Ceci est accompli via des rainures hélicoïdales sur le corps de moyeu libre, qui engagent la plaque d'entraînement. Lorsque le couple est appliqué au moyeu libre, cela force les deux plaques ensemble. Lorsque plus de couple est appliqué, les plaques sont forcées ensemble plus fortement, éliminant efficacement le glissement ou le saut.

anneau d'entraînement illustré en haut avec rainures hélicoïdales

Beaucoup de gens diraient probablement que les moyeux Chris King sont exagérés - ils sont extrêmement bien fabriqués et utilisent de nombreux roulements qui devraient contribuer à leur longévité (et aux maux de tête de votre mécanicien). À 72 points d'engagement (5 degrés), ils peuvent s'engager à peu près aussi rapidement que n'importe quel concentrateur. De plus, comme les plaques sont forcées ensemble par le couple du cycliste, le ressort peut être plus faible, ce qui entraîne moins de traînée / usure et les dents peuvent être plus petites sans dénudage (engagement plus rapide). Le rapport coût / bénéfice peut être difficile à justifier pour de nombreuses personnes, mais si vous vous sentez bien d'avoir un moyeu bien fait sur votre vélo, il est difficile de faire mieux que Chris King.

Embrayage Sprag

L'embrayage à sabot existe dans les applications industrielles depuis un certain temps: il est utilisé dans les motos, les hélicoptères, les avions, les transmissions automobiles et autres. Pour autant que je sache, Onyx est la seule entreprise à l'apporter aux moyeux de vélos. Les embrayages Sprag offrent une faible résistance au roulement et un engagement pratiquement instantané. Ils sont également fiables et durables, mais cela peut se faire au détriment du poids et du coût.

Mécanisme

À première vue, un embrayage à cames peut ressembler beaucoup à un roulement à cartouche. La principale différence est qu'au lieu de roulements à billes ronds, il existe des lobes en forme de came entre les courses qui permettent le mouvement dans un sens et se lient dans l'autre. Ceux-ci sont maintenus en tension constante par un clip métallique.

Comme ce type d'embrayage a de nombreuses applications industrielles, il existe un bon nombre de vidéos utiles expliquant comment il fonctionne, comme celui-ci et celui-ci (passez aux 37 pour sauter le marketing).

Onyx incorpore cette conception d'une manière assez simple. Les lobes de came reposent entre la coque du moyeu et une surface usinée qui s'étend à l'intérieur du moyeu à partir du corps de moyeu libre.

Avantages et inconvénients

Les avantages

• Engagement à 0 degré (instantané)
• capable de supporter des couples élevés
• le plus faible frottement de tout système de roue libre (selon Onyx et une étude de l'université Duke)
• très peu d'entretien requis

Désavantages

• comme toujours, le coût
• poids - car les surfaces de contact doivent être en acier pour plus de durabilité. Récemment, ils ont déménagé vers un corps de roue libre en deux parties avec un porte-pignon en aluminium pour réduire le poids (comme illustré ci-dessus)