为什么只在自行车上安装滚珠轴承?


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通常,由于较小的接触面积和较小的摩擦力,滚珠轴承可在较高的速度下使用,但是滚动轴承可以承受较大的载荷,因为施加到接触区域的载荷产生较小的接触应力。
-Liubomir Dimitrov机械工程设计原理

在自行车应用中,既没有高速也没有高负载(与汽车或工业机械相比)。但是,我认为即使水和污染物渗入轴承,“较小的接触应力”也会导致轴承的使用寿命大大延长。而且,我唯一一次听说过自行车滚子(销)轴承是在炒作的Lefty中

为什么在自行车(例如头戴式耳机)中专有地使用滚珠轴承,而这些摩擦不会有什么问题?


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球轴承更容易构造和维护。它们也更轻,更紧凑。
Daniel R Hicks

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“现在是所有的滚珠轴承”

Answers:


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我认为您的一些假设是不正确的:

  1. 没有高速:轮缘发电机旋转非常快,最高可达10,000rpm,这确实需要设计师的努力。通常,这些驱动轮上的驱动轮的半径约为1厘米,圆周为3 1/3厘米,每米30转。以10m / s(30kph)的速度表示300rps或18000 rpm。这就是为什么它们在使用时发出如此高音调的呜呜声的原因。
  2. 无高扭矩:站在165mm曲柄上的100kg自行车在0.165m或165Nm时施加约1kN的力。这与中档汽车的扭矩相当。我反复在我的四轮负载自行车的驱动系统中扣上一个8毫米高的拉力螺栓,然后用工业飞轮替换它,这意味着我可以找到两个额定值最高的单元(德国传送带部件,额定值为250Nm)
  3. 无高负载:后排行李架上载有50kg的旅行自行车,再加上其100kg重量的一半,可将100kg或1kN的负载施加在直径为10mm的空心后轴上。那些轴和它们承受的落料必须由硬钢制成以承受载荷,而汽车或卡车的承重部件通常由软得多的钢制成。
  4. 仅使用滚珠轴承:现代密封的底部托架通常使用滚柱轴承或滚针轴承,就像许多耳机一样。内齿轮毂已经使用滚针轴承很多年了。例如,谢尔登·布朗(Sheldon Brown)在其词汇表中描述了滚动轴承

答案是,自行车中已经使用了各种类型的轴承,并且可能会继续使用。再者,谢尔登(Sheldon)几年前在Shimano轮毂齿轮中讨论了滚针轴承,并且在市场中仍然提到它们。

一个问题不是自行车独有的,特别是与自行车有关的问题是,更精确的轴承更容易受到磨砂和损坏。因此,尤其需要小心地防止滚针轴承受到灰尘,沙尘和超出其设计范围的力的影响。不幸的是,在悬挂装置内很难做到这一点,并且我上次看到Cannondale并没有解决问题(我的HeadShock仅在大约10毫米后就无法维护,我已经看到由于小雨和细沙粒引起的比赛中多次左撇子冲击失败了他们很快就会变得无用)

但是例如在集线器或耳机内部,它们可能会很棒。例如,我已经与在Alfine 8上骑了20Mm的人进行了交谈,而这些都没有问题。


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首先,我不同意关于高速的评论。最高速度的轴承是滑动轴承:全尺寸汽车发动机中的曲轴轴承是滑动轴承,而在无线电控制的模型中,则使用滚珠轴承。在速度(rpm x直径)较高的情况下,油楔效应倾向于使轴居中(流体动力润滑)。如果泵送油,则可以进一步增强。

直线滚子轴承在承受径向载荷方面表现出色,但在承受轴向载荷方面却毫无用处。在没有轴向载荷的情况下(例如,直接通过滑动花键或通过皮带传动装置由发动机驱动的发电机),它们是一个很好的解决方案。在大多数自行车应用中,存在轴向力,因此必须考虑总共3个轴承:滚子,加上两个方向的轴向推力。(在某些应用中,您可能会发现滑动轴承可承受较小的轴向推力,但我想不到在自行车上一个。)

球轴承更容易制造,两个球轴承形成了一个万能的万向接头。在自行车车轮上,两个轴承位于轮轴的两端,并且要尽可能远,这正是我们需要它们抵抗施加在车轮上的非轴向扭矩的地方。在这方面,滚动轴承的中心部分什么也没做,因此您可能需要两个滚动轴承,每个两端一个,再加上一些用于轴向推力的轴承(不是很复杂吗?)更好的解决方案是在轴的每个端部都有一个圆锥形的滚珠轴承,使其能够抵抗径向力和轴向力。确实存在圆锥滚子轴承,但是它们需要一个保持架来帮助引导滚子,这避免了在车轮上需要四个轴承,但是增加了其他复杂性。

最后,耳机肯定确实需要某种减摩轴承。轴向扭矩非常大:您的体重正试图将叉子向前和向前推,除非您踩下制动器,否则它们会被推回。为了能够正确转向,您需要在那里平稳移动。任何尝试在耳机损坏的情况下骑自行车的人都会知道这是可能的,但是不舒适且危险。


WRT“您可能会发现一个滑动轴承,轴向推力较小”,我见过这样一种轴承,它是在轴的末端钻一个孔并插入用于侧壁测力计的滚珠轴承。我怀疑它们的用处不大,但是由于端盖/止推轴承也是密封件,因此将其取下可能会损坏发电机。
莫兹

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当前的答案给出了使用球轴承的许多技术原因,同时指出有时在自行车上使用其他类型的轴承。

但是他们错过了最重要的因素。 球轴承便宜!


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您会在许多使用滚柱轴承的底部支架中看到密封的盒式轴承。在耳机中也很常见。直到大约10年前,球轴承才被越来越多地用于威德利。但是在踏板和花鼓中仍然很常见。


那很有意思。我从未打开过密封的BB。为什么选择BB,而不是旋转速度慢得多的耳机?为什么只过去?
Vorac 2015年

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如答案中所述,某些耳机确实使用滚柱轴承。至于原因:可能是由于传统,可能是经济原因,...
stijn 2015年

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@Vorac-传统的滚动轴承不能很好地承受推力。
Daniel R Hicks

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滚子轴承和球轴承是有效的。如果您为车轮使用滑动轴承,例如PTFE衬套,则自行车可以工作,但踏板会变得有点沉重,不是那么有趣。塑料轴承也使自行车的刚度降低,可能会感到不舒服,并且很容易进入自我共振状态,如果频率太低则开始摆动,但这部分取决于很多细节设计。您可以使用金属青铜轴承,但是需要润滑。

对于耳机,通常也使用滚珠轴承。我只是在车床上用自制的delrin(乙缩醛塑料)轴承代替了旧自行车上的头戴式受话器的信任球轴承,因为旧的轴承生锈了,我发现新的轴承有点贵...结果:是的,delrin滑动轴承可很好地用于耳机,如果您希望与球形轴承一样坚固,则转动它会较重,但这不是问题...在头部带有滑动轴承可能有点粘滑设定,这可能是通常使用滚珠轴承的主要原因-它坚硬且转动平稳-您会感到控制。

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