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扒开自行车轴承中的真相

来源:单车基械匠 2019-12-10 14:42 3151

扒开自行车轴承中的真相

自行车计时赛的赛车上,为了提高成绩,车手甚至会选择拆除掉轴承上的密封环来进一步减少轴承的摩擦,提高润滑度。而且,Evelyn Stevens也确实在打破小时记录的赛车上采用了这样的设置。不过,显然这样做更多的是为了追求边际效果,对于轴承的耐用度并不好,但是,当一切都是为了获胜时,像耐用度这样的实用主义就完全不会去考虑了,实际上他们只在乎在比赛中可以让选手领先秒针多少。

赛车手会通过拆除轴承上的密封环来进一步减少摩擦力,提高自己的速度,但是从研究结果来看,这样做并不值得

“摩擦事实”(一个专门研究传动效率的机构)的创始人Jason Smith在三年前开展了一项针对中轴上的轴承的测试并得出了以下结论。第一,虽然这个部分可以为车手带来收益,但是收益很少,在效果最好和最差的中轴之间的差别仅有1.35W。第二个就是润滑剂,包括固体润滑脂和液体润滑油,以及密封圈对轴承的影响比它所预期的影响要更大。

扒开自行车轴承中的真相
三款轴承:Enduro的Zero,Ceramic speed无涂层版本,Gold Race轴承

在研究中,Smith测试了三种PF30规格的轴承,包括Enduro Zero轴承,摩擦功率损失为0.45W;CeramicSpeed的无涂层轴承,摩擦损失为0.42W;Gold Race中轴的的摩擦损失为0.29W。然后他用超声波和脂溶剂彻底清洗掉轴承中的润滑剂,在依次替换为七中不同的润滑剂,并研究其中的差别。其中润滑剂为:干粉二氧化钼,Avid Slip R/C轴承油,三合一电动机轴承油,Phil Wood Tenacius润滑油,shimano苹果酱,终点线Extreme Fluoro润滑脂和CeramicSpeed TT润滑脂。

Smith分别评估每一种润滑剂在不同填充量下的性能水平,并在测试中分别测试了带有密封圈和不带密封圈的轴承性能。所有测试都在每个轴承纵向上承受52KG的情况下进行,Smith说这和79kg的车手在踏频95的情况下产生250W功率时的轴承承重类似。

扒开自行车轴承中的真相
陶瓷轴承被设计用于降低轴承的摩擦力,并用聚合物支架加以固定,以防止滚珠之间相互摩擦

结果

在结果出来之前,Smith对结果的猜测是摩擦力和润滑剂的粘稠度密切相关,也就是说,干性润滑剂的摩擦力最低,然后是润滑油,最后是润滑脂。但是,结果和他所猜测的存在较大偏差,所以对于车手和机械师来说,对于一些所谓的“常识”有时候并不可靠。

扒开自行车轴承中的真相
尽管这两款润滑脂都要比润滑油更为粘稠,但是实际测试中效果却非常好

测试结果中,摩擦力最小的是CeramicSpeed 的TT润滑脂,据说它的泡沫状粘稠度可以在负载下让其更像是低粘稠度的油,并且把三个测试的中轴轴承的平均摩擦力降低了0.13W,而在CeramicSpeed使用普通润滑脂时,这一数字将会扩大三倍。

紧随其后的是使用Avid Slip R/C轴承油的组别,摩擦力降低了0.15W;第三位是终点线Extreme Fluoro润滑脂降低了0.21W;第四位是三合一润滑油,降低了0.23W。所有以上这些润滑剂都是在最低的25%的填充率(润滑油的话为1滴)下获得的最小摩擦力。

扒开自行车轴承中的真相
Avid Slip R/C轴承油实际上是为遥控汽车高速轴承而设计。但是因其极低的粘稠度,也可以用于自行车轴承

Shimano的苹果酱在粘稠度较高的润滑脂中的表现也很出众,根据填充率的不同摩擦力的变化0.39W到0.46W之间。但是Phil Wood Tenacius润滑油的表现却比较差,五滴的使用量就降低了陶瓷轴承的平均摩擦力,达到了0.79W,这仅和便宜的shimano 105中轴效果相当。即使是仅使用一滴的情况下,也依然比带有原厂油脂的轴承摩擦力要大,达到了0.47W。

Smith还指出,在较高填充率的情况下测试时,轴承的摩擦性能会出现一些异常的不稳定性。他指出,当轴承中的含油量过多时,就可能会出现被称为“搅动”的情况。通过搅动,会让滚珠在轴承内不再是滚动,而变成滑动。

而在开始预测中会获得最低摩擦性能的干性润滑剂二硫化钼干润滑剂却仅处于中低水准,平均摩擦性能损失为0.58W。

扒开自行车轴承中的真相
从完整的数据列表上,可以发现一些有趣的结果

而在密封圈对摩擦力影响的测试结果中则比较直接。当使用粘稠度更低的软化油时,密封圈对摩擦的影响确实非常小。平均而言,使用Avid Slip R/C轴承润滑油的轴承,密封圈仅会增加0.02W的摩擦,而使用润滑脂的密封圈,平均仅增加0.11W。虽然存在相关性,但是影响很低。

扒开自行车轴承中的真相
三种轴承在两种不同填充率下的七中润滑脂的摩擦力数据图

对花鼓轴承的影响

虽然Smith的研究仅局限于PF30规格的中轴,但根据前边的测试结果,他很容易可以推断出在花鼓中的轴承会因为润滑剂的不同而产生怎样的变化。

根据Smith的说法,在前二后四的花鼓结构中,轴承受到的摩擦力会是中轴的5.5倍。如果将花鼓轴承中的原厂润滑脂更换为CeramicSpeed TT润滑脂,可以节省高达2.5W的功率。

扒开自行车轴承中的真相
在测试中,Phil Wood的Tenacius润滑油和shimano的苹果酱的效果最差

边际效应的意义

最后需要重申的是,这里所研究的并不是巨大的改变,但是从Smith的研究中可以发现,对于车手,尤其是计时赛车手来说,可以让车手花费更少的精力获得更多的收益确是不争的事实。这远比投资其他装备的收益成本要低的多,即使是Smith测试的最贵的润滑脂,终点线Extreme Fluoro(20g)也只有15美元。

但是,需要注意的是,减少摩擦会降低轴承的使用寿命,尤其是在恶劣的天气条件下。即使轴承上使用了密封圈,也是需要用少量的低粘稠度的润滑剂来填充的,这可以降低水分的渗透力。此外,没有哪种润滑剂是可以终身使用而无需更换的。例如,CeramicSpeed的建议是在1000-2000km后重新添加润滑脂。

扒开自行车轴承中的真相

既便如此,对于普通车手来说,2.5W感觉并没有任何意义。因为对于日常健身偶尔比赛的人来说,2.5W不会给我们带来任何改变。不过,如果是一个巅峰期的车手,则可能要经历数周的严苛训练,才可以在生理上获得同样的收益。不过,通过上边的研究,在车手输出功率为250W骑行40公里的情况下,每节省1W的功率,就可以为车手赢得6秒的时间,而这仅仅只需要几十块(RMB)。那么情况是不是就完全不同了呢?

编辑:哈比罗

超级赛事险

最新评论:

2019-12-11 09:03 发表 小LIEBE初号机

躲在大集团里,管你是几千的车还是10万的车,都一样省力

回复 0

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