Dlaczego tylko łożyska kulkowe w rowerach?

Zasadniczo łożyska kulkowe mają zastosowanie przy wyższych prędkościach ze względu na mniejszą powierzchnię styku i mniejszą siłę tarcia, ale łożyska toczne mogą przenosić większe obciążenia, ponieważ obciążenie przyłożone do powierzchni styku powoduje mniejsze naprężenia stykowe.
- Zasady projektowania maszyn, Liubomir Dimitrov

W zastosowaniach rowerowych nie ma ani dużych prędkości, ani dużych obciążeń (w porównaniu do samochodów lub maszyn przemysłowych). Zakładam jednak, że „mniejsze naprężenia kontaktowe” spowodowałyby znacznie dłuższą żywotność łożyska, nawet jeśli woda i zanieczyszczenia przedostaną się do łożyska. I wciąż jedyny raz, kiedy słyszałem o łożyskach rolkowych (sworzniach), jest w Lefty .

Dlaczego łożyska kulkowe są stosowane wyłącznie w rowerach, np. W zestawie słuchawkowym, gdzie niewielkie tarcie nie stanowiłoby problemu?

Myślę, że kilka twoich założeń jest błędnych:

1. brak wysokich prędkości: dynamo obręczy obraca się dość szybko, do 10 000 obr / min, a to wymaga wysiłku ze strony projektantów. Zwykle koło napędowe na nich będzie miało promień około 1 cm lub obwód 3 1/3 cm i 30 obrotów na metr. Przy prędkości 10 m / s (30 km / h) oznacza to 300 obr./min lub 18000 obr./min. Właśnie dlatego podczas użytkowania wydają tak wysoki dźwięk marudzenia.
2. brak wysokiego momentu obrotowego: rowerzysta 100 kg stojący na korbie 165 mm wywiera około 1 kN na 0,165 m lub 165 Nm. To porównywalny moment obrotowy do samochodu klasy średniej. Wielokrotnie zatrzasnąłem 8 mm śrubę o wysokiej wytrzymałości w układzie napędowym mojego czterokołowego roweru ładunkowego, a zastąpienie go przemysłowymi wolnymi kołami oznaczało zakup dwóch najwyżej ocenianych urządzeń, jakie mogłem znaleźć (niemieckie części przenośnika o wartości 250 nm)
3. Bez wysokich obciążeń: rowerzysta turystyczny z 50 kg na tylnym bagażniku plus połowa jego masy 100 kg nakłada obciążenie 100 kg lub 1 kN na pustą tylną oś o średnicy 10 mm. Osie i haki, na których się znajdują, muszą być wykonane z twardej stali, aby wytrzymać obciążenie, przy czym części nośne samochodu lub ciężarówki są zwykle wykonane ze znacznie bardziej miękkiej stali.
4. Stosowane są tylko łożyska kulkowe: nowoczesne uszczelnione wsporniki dolne zwykle wykorzystują łożyska wałeczkowe lub igiełkowe, podobnie jak wiele zestawów słuchawkowych. Piasty z wewnętrzną przekładnią od wielu lat stosują łożyska igiełkowe. Sheldon Brown opisuje na przykład łożyska wałeczkowe w swoim glosariuszu .

Odpowiedź jest taka, że ​​różne typy łożysk były używane w rowerach i prawdopodobnie będą nadal stosowane. Ponownie Sheldon omawia łożyska igiełkowe w kołach zębatych Shimano sprzed kilku lat i nadal są wymieniane w marketingu .

Jednym z problemów, które nie są specyficzne dla rowerów, ale szczególnie istotne dla nich, jest to, że bardziej precyzyjne łożyska są bardziej podatne na grys, a także na uszkodzenia. Dlatego szczególnie łożyska igiełkowe muszą być starannie chronione przed kurzem, piaskiem i siłami poza zakresem ich projektowania. Niestety robienie tego wewnątrz jednostki zawieszenia jest trudne, a kiedy ostatnio patrzyłem, Cannondale nie rozwiązał problemu (mój HeadShock jest niemożliwy do utrzymania po zaledwie 10 mm, widziałem wiele lewych wstrząsów podczas wyścigu z powodu lekkiego deszczu i drobnego piasku bardzo szybko znoszą bezużyteczność)

Ale na przykład w hubie lub zestawie słuchawkowym mogą być niesamowite. Rozmawiałem na przykład z ludźmi, którzy jeździli 20 mm na Alfine 8, bez żadnych problemów.

Po pierwsze nie zgadzam się z komentarzem na temat dużej prędkości. Łożyska o największej prędkości są płaskie: łożyska wału korbowego w pełnowymiarowym silniku samochodowym są płaskie, natomiast w modelu sterowanym radiowo stosuje się łożyska kulkowe. Gdy prędkość (rpm x średnica) jest wysoka, efekt klina olejowego ma tendencję do centrowania wału (smarowanie hydrodynamiczne). Można to dodatkowo poprawić, jeśli olej jest pompowany.

Łożyska toczne proste doskonale nadają się do przenoszenia obciążeń promieniowych, ale są bezużyteczne do przenoszenia obciążeń osiowych. Tam, gdzie nie ma obciążenia osiowego (na przykład generator napędzany silnikiem, bezpośrednio przez przesuwny wielowypust lub napęd pasowy), są dobrym rozwiązaniem. W większości zastosowań rowerowych występują siły osiowe, dlatego należy wziąć pod uwagę w sumie 3 łożyska: wałeczkowy plus nacisk osiowy w każdym z dwóch kierunków. (w niektórych zastosowaniach możesz znaleźć łożysko ślizgowe o małym nacisku osiowym, ale nie mogę wymyślić jednego na rowerze).

Łożyska kulkowe są znacznie łatwiejsze do wykonania, a dwa łożyska kulkowe stanowią doskonałe uniwersalne połączenie. W kole rowerowym dwa łożyska znajdują się na końcach osi, tak daleko od siebie, jak to możliwe, dokładnie tam, gdzie potrzebujemy, aby oprzeć się nieosiowemu momentowi obrotowemu przyłożonemu do koła. Pod tym względem środkowa część łożyska wałeczkowego nic by nie robiła, więc możesz chcieć dwóch łożysk tocznych, po jednym na każdym końcu, oraz kilku dodatkowych łożysk dla ciągu osiowego (komplikowanie, prawda?) Lepszym rozwiązaniem jest mieć pojedyncze łożysko kulkowe na każdym końcu osi o kształcie stożkowym , co pozwala mu wytrzymać zarówno siły promieniowe, jak i osiowe. Łożyska stożkowe istnieją, ale potrzebują klatki, która pomoże w prowadzeniu rolek, co pozwala uniknąć konieczności stosowania czterech łożysk na kole, ale dodaje innej złożoności.

Wreszcie, zestawy słuchawkowe zdecydowanie wymagają pewnego rodzaju łożyska tocznego. Istnieje ogromny nieosiowy moment obrotowy: Twoja waga próbuje pchać widły w górę i do przodu, z wyjątkiem sytuacji, gdy zaciągniesz hamulce, kiedy zostaną one odepchnięte. Aby móc prawidłowo sterować, potrzebujesz płynnego ruchu. Każdy, kto próbował jeździć na rowerze z uszkodzonym zestawem słuchawkowym, będzie wiedział, że jest to możliwe, ale niewygodne i niebezpieczne.

Obecne odpowiedzi podają wiele technicznych powodów zastosowania łożysk kulkowych, zwracając uwagę, że inne typy łożysk są czasami stosowane na rowerze.

Jednak brakuje im najważniejszego czynnika. Łożyska kulkowe są tanie!

Zobaczysz uszczelnione łożyska nabojowe w wielu suportach, które wykorzystują łożyska wałeczkowe. Często występuje również w zestawach słuchawkowych. Łożyska kulkowe były bardziej rozpowszechnione do około 10 lat temu. Ale nadal powszechne w pedałach i piastach.

Łożyska toczne i kulkowe są wydajne. Jeśli weźmiesz łożyska ślizgowe do kół, np. Tuleje z PTFE, rower będzie działał, ale stanie się trochę ciężki do pedałowania, a nie tak zabawny ... Łożyska z tworzywa sztucznego sprawiają, że rower jest mniej sztywny, co może być niewygodne, może łatwo wejdź w samorezonans i zacznij drżeć, jeśli zbyt niska częstotliwość egen, ale ta część zależy w dużej mierze od szczegółowości projektu. Możesz użyć metalowych łożysk z brązu, ale wymagają one smarowania.

Do zestawu słuchawkowego zwykle stosuje się również łożyska kulkowe. Właśnie wymieniłem łożyska kulkowe zaufania zestawu słuchawkowego na starym rowerze na domowe łożyska delrin (tworzywo acetalowe), które zrobiłem sobie na tokarce, ponieważ stare były zardzewiałe i znalazłem nowe, nieco droższe ... Wynik: Tak, łożyska ślizgowe delrin działają dobrze w przypadku zestawu słuchawkowego, cięższe będzie obracanie go, jeśli chcesz tak samo sztywno jak w przypadku łożysk kulkowych, ale to nie problem ... Może to być trochę ślizgania się z łożyskami ślizgowymi w głowie - zestaw, jest to prawdopodobnie główny powód, dla którego zwykle stosuje się łożyska kulkowe - jest sztywny i obraca się gładko - i poczujesz kontrolę.