ทำไมลูกปืนของจักรยานเท่านั้น?

โดยทั่วไปแล้วตลับลูกปืนจะใช้งานในความเร็วที่สูงขึ้นเนื่องจากพื้นที่หน้าสัมผัสที่เล็กกว่าและแรงเสียดทานที่น้อยลง แต่ตลับลูกปืนลูกกลิ้งสามารถรับน้ำหนักได้มากขึ้น
- หลักการออกแบบวิศวกรรมเครื่องกล Liubomir Dimitrov

ในการใช้งานจักรยานนั้นไม่มีความเร็วสูงหรือโหลดสูง (เมื่อเทียบกับรถยนต์หรือเครื่องจักรอุตสาหกรรม) อย่างไรก็ตามฉันจะสันนิษฐานว่า "การติดต่อที่มีความเครียดน้อยลง" จะส่งผลให้อายุการใช้งานของตลับลูกปืนยาวนานขึ้นอย่างมีนัยสำคัญแม้ว่าน้ำและสารปนเปื้อนจะแทรกซึมเข้าไปในตลับลูกปืน และยังคงเป็นครั้งเดียวที่ฉันเคยได้ยินลูกกลิ้งจักรยาน (PIN) แบริ่งอยู่ใน hyped ถนัดมือ

เหตุใดลูกปืนจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในจักรยานเช่นในชุดหูฟังที่ความเสียดทานเล็กน้อยจะไม่เกิดปัญหา

ฉันคิดว่าสมมติฐานหลายข้อของคุณไม่ถูกต้อง:

1. ไม่มีความเร็วสูง: ขอบไดนาโมหมุนค่อนข้างเร็วสูงถึง 10,000 รอบต่อนาทีและต้องใช้ความพยายามในส่วนของนักออกแบบ โดยทั่วไปแล้วล้อขับที่มีรัศมีประมาณ 1 ซม. หรือเส้นรอบวง 3 1/3 ซม. และ 30 รอบต่อการหมุน ที่ 10m / s (30kph) นั่นหมายถึง 300rps หรือ 18000 rpm นี่คือเหตุผลที่พวกเขาทำเสียงดังเสียงแหลมสูงเมื่อใช้งาน
2. ไม่มีแรงบิดสูงนักปั่น 100 กก. ยืนอยู่บนข้อเหวี่ยง 165 มม. กำลังพยายามประมาณ 1kN ที่ 0.165m หรือ 165Nm นั่นเป็นแรงบิดเทียบเท่ากับรถระดับกลาง ฉันถอดสลักเกลียวแรงดึงสูง 8 มม. ซ้ำ ๆ ในระบบขับเคลื่อนของจักรยานโหลดสี่ล้อของฉันและแทนที่ด้วยเฟืองท้ายอุตสาหกรรมหมายถึงการซื้อสองหน่วยที่ได้รับคะแนนสูงสุดที่ฉันสามารถหาได้ (ชิ้นส่วนสายพานลำเลียงเยอรมันสูงสุดถึง 250Nm)
3. ไม่มีโหลดสูงนักปั่นท่องเที่ยวที่มีน้ำหนัก 50 กก. ที่ชั้นวางด้านหลังและน้ำหนักตัว 100 กก. ครึ่งหนึ่งกำลังโหลดน้ำหนัก 100 กก. หรือ 1kN บนเพลาหลังแบบกลวงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. เพลาและตัวเลื่อนที่พวกเขาแบกจะต้องทำจากเหล็กแข็งเพื่อรับน้ำหนักซึ่งชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักของรถยนต์หรือรถบรรทุกมักทำจากเหล็กที่นิ่มกว่ามาก
4. ใช้ตลับลูกปืนแบบบอลเท่านั้น: วงเล็บด้านล่างปิดผนึกที่ทันสมัยมักใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งหรือเข็มเช่นเดียวกับชุดหูฟังหลายชนิด ฮับที่มีเกียร์ภายในใช้ตลับลูกปืนเข็มหลายปี เชลดอนบราวน์อธิบายแบริ่งลูกกลิ้งในคำศัพท์ของเขายกตัวอย่างเช่น

คำตอบก็คือแบริ่งประเภทต่างๆถูกนำมาใช้ในจักรยานและมีแนวโน้มที่จะยังคงเป็นเช่นนั้นต่อไป อีกครั้งเชลดอนกล่าวถึงแบริ่งเข็มใน Shimano เกียร์ฮับจากปีที่ผ่านมาและพวกเขายังคงกล่าวถึงในตลาด

ปัญหาหนึ่งที่ไม่ซ้ำกับจักรยาน แต่โดยเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับพวกเขาก็คือแบริ่งที่แม่นยำมากขึ้นมีความเสี่ยงที่จะกรวดและความเสียหาย ดังนั้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งแบริ่งเข็มจะต้องได้รับการปกป้องอย่างระมัดระวังจากฝุ่นทรายและแรงที่อยู่นอกขอบเขตการออกแบบ น่าเสียดายที่การทำเช่นนั้นภายในหน่วยช่วงล่างนั้นยากและครั้งสุดท้ายที่ฉันดู Cannondale ไม่ได้แก้ไขปัญหา (HeadShock ของฉันไม่สามารถแก้ไขได้หลังจากนั้นเพียงแค่ 10Mm เท่านั้นฉันได้เห็นการกระแทกที่ถนัดมือหลายครั้งในระหว่างการแข่งขันเนื่องจากฝนตกหนัก พวกเขาจะล้มล้างความไร้ประโยชน์อย่างรวดเร็ว)

แต่ภายในฮับหรือชุดหูฟังนั้นสามารถทำได้อย่างน่าทึ่ง ฉันได้พูดคุยกับคนที่เคยขี่ 20Mm ใน Alfine 8 อย่างไม่มีปัญหา

ประการแรกฉันไม่เห็นด้วยกับความคิดเห็นเกี่ยวกับความเร็วสูง แบริ่งความเร็วสูงสุดคือแบบธรรมดา: แบริ่งเพลาข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์ขนาดใหญ่เป็นแบบธรรมดาในขณะที่ในรูปแบบการควบคุมด้วยวิทยุจะใช้ตลับลูกปืนแบบต่างๆ ในกรณีที่ความเร็ว (เส้นผ่านศูนย์กลางรอบต่อนาที x) มีค่าสูงลิ่มน้ำมันมีแนวโน้มที่จะอยู่ตรงกลางเพลา (การหล่อลื่นด้วยอุทกพลศาสตร์) สิ่งนี้สามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้หากมีการสูบน้ำมัน

แบริ่งลูกกลิ้งแบบตรงนั้นยอดเยี่ยมในการรองรับแรงในแนวรัศมี แต่ไม่ได้ผลในการรองรับโหลดตามแนวแกน ในกรณีที่ไม่มีแรงตามแนวแกน (ตัวอย่างเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไม่ว่าจะโดยตรงผ่านทางโค้งอิสระหรือผ่านทางสายพานขับ) พวกเขาเป็นทางออกที่ดี ในการใช้งานจักรยานส่วนใหญ่จะมีแรงตามแนวแกนดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงแบริ่งทั้งหมด 3 ชุดคือลูกกลิ้งและแรงขับตามแนวแกนในแต่ละทิศทาง (ในบางแอพพลิเคชั่นคุณอาจพบว่าแบริ่งธรรมดาสำหรับแรงผลักตามแนวแกนขนาดเล็ก แต่ฉันไม่สามารถนึกถึงหนึ่งบนจักรยาน)

ตลับลูกปืนนั้นง่ายกว่ามากและตลับลูกปืนสองอันก่อให้เกิดข้อต่ออเนกประสงค์ที่ยอดเยี่ยม บนล้อจักรยานแบริ่งสองตัวอยู่ที่ปลายเพลาไกลที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งเป็นจุดที่เราต้องการให้พวกมันต้านทานแรงบิดที่ไม่ใช่แนวแกนที่ใช้กับล้อ ในส่วนนี้ศูนย์กลางของแบริ่งลูกกลิ้งจะไม่ทำอะไรเลยดังนั้นคุณอาจต้องการแบริ่งลูกกลิ้งสองอันทีละจุดรวมทั้งมีตลับลูกปืนเพิ่มเติมสำหรับแรงขับตามแนวแกน มีลูกปืนแบบเดียวที่ปลายแต่ละด้านของเพลาด้วยรูปทรงกรวยซึ่งช่วยให้สามารถต้านทานแรงทั้งแนวรัศมีและแนวแกน แบริ่งลูกกลิ้งเรียวมีอยู่ แต่พวกเขาต้องการกรงที่จะช่วยแนะนำลูกกลิ้งซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้ตลับลูกปืนสี่ตัวบนล้อ แต่เพิ่มความซับซ้อนอื่น ๆ

ในที่สุดชุดหูฟังจำเป็นต้องมีตลับลูกปืนกันลื่น มีแรงบิดที่ไม่เป็นสองเท่ามหาศาล: น้ำหนักของคุณพยายามที่จะผลักส้อมขึ้นไปข้างหน้ายกเว้นเมื่อคุณใช้เบรกเมื่อพวกมันจะถูกผลักกลับ เพื่อให้สามารถบังคับทิศทางได้อย่างถูกต้องคุณต้องมีการเคลื่อนไหวที่ราบรื่น ทุกคนที่พยายามขี่จักรยานด้วยชุดหูฟังที่เสียหายจะรู้ว่าเป็นไปได้ แต่อึดอัดและอันตราย

คำตอบปัจจุบันให้เหตุผลทางเทคนิคมากมายสำหรับการใช้ตลับลูกปืนขณะที่สังเกตว่าตลับลูกปืนประเภทอื่นบางครั้งใช้กับจักรยาน

อย่างไรก็ตามพวกเขาพลาดปัจจัยที่สำคัญที่สุด ลูกปืนราคาถูก!

คุณจะเห็นตลับลูกปืนตลับปิดผนึกในวงเล็บด้านล่างซึ่งใช้ตลับลูกปืนลูกกลิ้ง พบได้ทั่วไปในชุดหูฟัง ลูกปืนถูกใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้นเมื่อประมาณ 10 ปีที่แล้ว แต่ก็ยังพบได้ทั่วไปในคันเหยียบและฮับ

แบริ่งลูกกลิ้งและลูกปืนมีประสิทธิภาพ หากคุณใช้แบริ่งธรรมดาสำหรับล้อเช่น PTFE-bushings จักรยานจะทำงานได้ แต่จะค่อนข้างหนักในการเหยียบไม่สนุก ... แบริ่งพลาสติกยังทำให้จักรยานแข็งน้อยลงซึ่งทำให้รู้สึกอึดอัด รับการกำทอนตนเองและเริ่มการโยกเยกถ้าความถี่ egen ต่ำเกินไป แต่ส่วนนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบรายละเอียดมากมาย คุณสามารถใช้ตลับลูกปืนโลหะสีบรอนซ์ แต่พวกเขาต้องการการหล่อลื่น

สำหรับลูกปืนชุดหูฟังนั้นปกติแล้วยังใช้ ฉันเพิ่งเปลี่ยนตลับลูกปืนที่เชื่อถือได้สำหรับชุดหูฟังบนจักรยานเก่าของฉันด้วยตลับลูกปืนเดลริน (พลาสติกอะซีตัล) ที่ผลิตในบ้านฉันทำด้วยตัวเองในงานกลึงเพราะอันเก่าสนิมและฉันพบว่าแพงใหม่ ... ใช่ตลับลูกปืนธรรมดา delrin ใช้งานได้ดีกับชุดหูฟังมันจะหนักกว่าถ้าคุณต้องการแบบเดียวกับตลับลูกปืน แต่ก็ไม่เป็นปัญหา ... มันอาจลื่นไถลไปกับตลับลูกปืนธรรมดาที่หัว - ชุดนี้อาจเป็นเหตุผลหลักว่าทำไมตลับลูกปืนจึงมักจะใช้ - มันแข็งและเปลี่ยนเรียบ - และคุณจะรู้สึกควบคุม