Tại sao chỉ có vòng bi trên xe đạp?

Nói chung, vòng bi được áp dụng ở tốc độ cao hơn vì diện tích tiếp xúc nhỏ hơn và lực ma sát nhỏ hơn, nhưng vòng bi lăn có thể mang tải lớn hơn vì tải trọng tác dụng lên vùng tiếp xúc tạo ra ứng suất tiếp xúc nhỏ hơn.
- Nguyên tắc thiết kế kỹ thuật cơ khí, Liubomir Dimitrov

Trong các ứng dụng xe đạp không có tốc độ cao cũng như tải trọng cao (so với ô tô hoặc máy công nghiệp). Tuy nhiên, tôi cho rằng "ứng suất tiếp xúc nhỏ hơn" sẽ dẫn đến tuổi thọ của ổ trục lâu hơn đáng kể, ngay cả khi nước và chất gây ô nhiễm xâm nhập vào ổ trục. Và vẫn là lần duy nhất tôi nghe nói về vòng bi lăn (pin) là trong Lefty được thổi phồng .

Tại sao vòng bi được sử dụng nhiều trong xe đạp, ví dụ như trong tai nghe, nơi một số ma sát nhỏ sẽ không phải là vấn đề?

Tôi nghĩ rằng một số giả định của bạn là không chính xác:

1. không có tốc độ cao: máy phát điện vành quay khá nhanh, lên tới 10.000 vòng / phút và điều đó đòi hỏi nỗ lực từ phía các nhà thiết kế. Thông thường, bánh xe trên những cái đó sẽ có bán kính khoảng 1cm, hoặc chu vi 3 1/3 cm và 30 vòng quay mỗi mét. Ở tốc độ 10m / s (30kph) có nghĩa là 300rps hoặc 18000 vòng / phút. Đây là lý do tại sao họ tạo ra tiếng ồn rên rỉ cao như vậy khi sử dụng.
2. không có mô-men xoắn cao: một người đi xe đạp 100kg đứng trên một chiếc quây 165mm đang tạo ra khoảng 1kN ở 0.165m, hoặc 165Nm. Đó là mô-men xoắn tương đương với một chiếc xe tầm trung. Tôi liên tục giật một bu-lông có độ bền cao 8 mm trong hệ thống truyền động của chiếc xe đạp bốn bánh của mình và thay thế bằng loại tự do công nghiệp có nghĩa là mua hai trong số các đơn vị được đánh giá cao nhất mà tôi có thể tìm thấy (các bộ phận băng chuyền của Đức được định mức tới 250Nm)
3. Không có tải trọng cao: một người đi xe đạp lưu diễn với 50kg ở giá đỡ phía sau, cộng với một nửa trọng lượng cơ thể 100kg của họ đang đặt tải trọng 100kg hoặc 1kN lên trục sau rỗng có đường kính 10 mm. Các trục và các thanh trượt mà chúng chịu được phải được làm bằng thép cứng để chịu tải, trong đó các bộ phận chịu tải của ô tô hoặc xe tải thường được làm bằng thép mềm hơn nhiều.
4. Chỉ sử dụng vòng bi: sử dụng giá đỡ đáy kín hiện đại thường sử dụng vòng bi lăn hoặc kim, cũng như nhiều tai nghe. Các trung tâm hướng nội đã sử dụng vòng bi kim trong nhiều năm. Sheldon Brown mô tả vòng bi lăn trong thuật ngữ của mình , ví dụ.

Câu trả lời là nhiều loại vòng bi đã được sử dụng trong xe đạp và có khả năng sẽ tiếp tục. Một lần nữa, Sheldon thảo luận về vòng bi kim trong bánh răng trung tâm Shimano từ một số năm trước và chúng vẫn được đề cập trong tiếp thị .

Một vấn đề không chỉ riêng đối với xe đạp nhưng đặc biệt có liên quan đến chúng, đó là vòng bi chính xác hơn dễ bị nghiền nát và cũng bị hư hại. Vì vậy, đặc biệt là vòng bi kim cần được bảo vệ cẩn thận khỏi bụi, cát và các lực bên ngoài phạm vi thiết kế của chúng. Thật không may, làm điều đó bên trong một bộ phận treo rất khó khăn và lần trước tôi trông Cannondale đã không giải quyết được vấn đề (HeadShock của tôi không thể khắc phục được chỉ sau khoảng 10Mm, tôi đã thấy nhiều cú sốc bất ngờ trong một cuộc đua vì mưa nhẹ và gây ra bụi bẩn họ nhanh chóng vô dụng)

Nhưng bên trong một trung tâm hoặc tai nghe, ví dụ, chúng có thể tuyệt vời. Tôi đã nói chuyện với những người đã lái 20 triệu trên chiếc Alfine 8, chẳng hạn, không có vấn đề gì.

Đầu tiên tôi không đồng ý với nhận xét về tốc độ cao. Vòng bi vận tốc cao nhất là đồng bằng: vòng bi trục khuỷu trong động cơ xe kích thước đầy đủ là đồng bằng, trong khi trong một mô hình điều khiển vô tuyến, vòng bi được sử dụng. Khi vận tốc (đường kính x vòng) cao, hiệu ứng nêm dầu có xu hướng tập trung vào trục (bôi trơn thủy động lực). Điều này có thể được tăng cường hơn nữa nếu dầu được bơm.

Vòng bi lăn thẳng rất tốt trong việc hỗ trợ tải trọng xuyên tâm, nhưng vô dụng trong việc hỗ trợ tải trọng trục. Trong trường hợp không có tải trọng dọc trục (ví dụ máy phát điện được điều khiển bởi động cơ, trực tiếp thông qua một spline trượt hoặc thông qua ổ đĩa vành đai), chúng là một giải pháp tốt. Trong hầu hết các ứng dụng xe đạp, lực dọc trục đều có mặt, do đó phải xem xét tổng cộng 3 vòng bi: con lăn, cộng với lực đẩy dọc trục ở mỗi hai hướng. (trong một số ứng dụng, bạn có thể tìm thấy một ổ trục đơn giản cho lực đẩy dọc trục nhỏ, nhưng tôi không thể nghĩ về một chiếc trên một chiếc xe đạp.)

Vòng bi đơn giản hơn nhiều để thực hiện, và hai vòng bi tạo thành một khớp đa năng tuyệt vời. Trên bánh xe đạp, hai vòng bi nằm ở hai đầu trục, càng xa nhau càng tốt, đó chính xác là nơi chúng ta cần chúng để chống lại mô-men xoắn không trục áp dụng cho bánh xe. Về mặt này, phần trung tâm của ổ lăn sẽ không làm gì cả, vì vậy bạn có thể muốn có hai vòng bi lăn, mỗi đầu một đầu, cộng với một số vòng bi bổ sung cho lực đẩy dọc trục (có phức tạp không?) Giải pháp tốt hơn là để có một ổ bi duy nhất ở mỗi đầu của trục, với dạng hình nón , cho phép nó chống lại cả lực hướng tâm và lực dọc trục. Vòng bi lăn hình nón tồn tại, nhưng chúng cần một cái lồng để giúp dẫn hướng cho các con lăn, điều này tránh sự cần thiết của bốn vòng bi trên một bánh xe, nhưng thêm vào sự phức tạp khác.

Cuối cùng, tai nghe chắc chắn cần một số loại mang chống ma sát. Có một mô-men xoắn không đồng trục khổng lồ: trọng lượng của bạn đang cố gắng đẩy dĩa lên và về phía trước, ngoại trừ khi bạn áp dụng phanh, khi chúng sẽ bị đẩy lùi. Để có thể điều khiển đúng cách, bạn cần một chuyển động trơn tru ở đó. Bất cứ ai đã cố gắng đi xe đạp với tai nghe bị hư hỏng sẽ biết rằng điều đó là có thể, nhưng không thoải mái và nguy hiểm.

Các câu trả lời hiện tại đưa ra rất nhiều lý do kỹ thuật cho việc sử dụng vòng bi trong khi lưu ý rằng các loại vòng bi khác đôi khi được sử dụng trên xe đạp.

Tuy nhiên họ bỏ lỡ yếu tố quan trọng nhất. Vòng bi có giá rẻ!

Bạn sẽ thấy vòng bi kín trong nhiều dấu ngoặc ở dưới, sử dụng vòng bi lăn. Cũng phổ biến trong bộ đầu. Vòng bi được sử dụng rộng rãi hơn khoảng 10 năm trước. Nhưng vẫn còn phổ biến trong bàn đạp và trung tâm.

Vòng bi lăn và vòng bi, có hiệu quả. Nếu bạn mang vòng bi trơn cho bánh xe, ví dụ như ống lót PTFE, xe đạp sẽ hoạt động, nhưng hơi nặng khi đạp, không thú vị ... Vòng bi nhựa cũng làm cho xe đạp bớt cứng hơn, có thể cảm thấy khó chịu, nó có thể dễ dàng có được sự tự cộng hưởng và bắt đầu chao đảo nếu tần số egen quá thấp, nhưng phần đó phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế chi tiết. Bạn có thể sử dụng vòng bi bằng đồng kim loại, nhưng chúng cần một số bôi trơn.

Đối với vòng bi tai nghe cũng thường được sử dụng. Tôi vừa thay thế vòng bi tin cậy cho tai nghe trên chiếc xe đạp cũ của mình bằng vòng bi delrin (nhựa Acet) tự chế tạo, tôi tự làm trên máy tiện, vì cái cũ đã bị gỉ và tôi thấy cái mới hơi đắt ... Kết quả: Vâng, vòng bi delrin hoạt động tốt cho tai nghe, nó sẽ nặng hơn khi xoay nó nếu bạn muốn cứng nhắc như với vòng bi, nhưng không phải là vấn đề ... Nó có thể là một chút trượt với vòng bi trơn ở đầu -set, đây có lẽ là lý do chính tại sao vòng bi thường được sử dụng - nó cứng và nó chuyển động trơn tru - và bạn sẽ cảm thấy kiểm soát.