Как влияют втулки на накат велосипеда? | Промподшипники vs Конуса.

Выбирая втулки, новичок задумается, брать на подшипниках или на конусах?
Мы попытались разобраться, а имеет ли та или иная конструкция преимущество в плане наката. Будет ли втулка на консуах или подшипников катиться лучше, с меньшим трением, и какая? То к чему мы пришли, возможно удивит многих. Это первая часть видео о подшипниках во втулках.

Ссылка на график теоретических потерь мощности который я составил исходя из множества данных. к сожалению данных об СdA велосипедиста и велосипеда приближенно усредненные.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1x_uLxmhUmiR1es8UfOCIKSfioeI3mIki2aqYSgL4jns/edit?usp=sharing

Как мы можем увидеть, потери на трение подшипников самые минимальные из приведенных значений. Даже меньше чем потери на аэродинамическое сопротивление волос ног. Использовались данные https://www.facebook.com/photo?fbid=3956096487768965&set=a.201662219879096

Полезные ссылки которыми я пользовался:

Тест колес с разными подшипниками. Таблица потерь мощности:
https://www.hambini.com/testing-to-find-the-fastest-bicycle-wheel-hubs/
https://betterbicycles.org/science/speed/bicycle-wheel-bearing-friction/

Статья о том, как влияет смазка и пыльники в подшипнике на изменение потерь мощности:
https://cyclingtips.com/2016/05/friction-facts-how-lubricants-and-seals-affect-cartridge-bearing-friction/

Калькулятор потерь на трение от производителя SKF (Необходимо выбрать нужный раздел).
https://www.skfbearingselect.com/#/size-lubrication/single-bearing

Тесты непосредственно от CeramicSpeed - производителей керамических подшипников:
https://www.ceramicspeed.com/en/cycling/inside/test-data-reports/bearing-lube-and-seals/

Статья на английском языке от SKF о том, на что расходуется энергия при вращении подшипника:
https://evolution.skf.com/us/using-a-friction-model-as-an-engineering-tool-2/

Таблица с результатами тестов на определение потерь мощности в динамовтулках:
https://www.cyclingabout.com/dynamo-hub-drag-lab-testing/

Обобщенная статья о подшипниках, типах трениях и сопротивления:
https://betterbicycles.org/science/speed/bicycle-wheel-bearing-friction/
Теоретические вычисления потерь мощности.
Давайте представим что колесо крутится 1 подшипнике. Разницы принципиальной не будет, зато так проще вычислять.
Чтоб узнать силу трения качения подшипника, нам необходимо умножить коэффициент трения качения на нашу массу и на ускорение свободного падения (Это есть Сила нормальной реакции опоры).
Для простоты возьмем массу 70 кг.
Значит, для колеса A сила будет равняться 0.002*70*9.8 = 1,372 Н
Колесо В, крутилось в 1.5 раза дольше. Можем смело предположить, что и коэффициент трения качения в 1.5 раз ниже. И равняется 2/1.5=1.(3)
Сила равняется:
Fb= 0.1333*70*9.8 = 0,915 Н

Теперь, чтоб узнать какая нам нужна мощность чтоб колесо крутилось с определенной скоростью, нам надо силу умножить на скорость.

Запишем формулу.
P=F*V
Погодите, а какая же скорость?
Мы раскрутили колесо с частотой вращения 300 об/мин. Для обычного шоссейного колеса это равняется приблизительно 38 км/ч, или 10,8 м/с. Однако, хоть и количество оборотов в минуту колеса и подшипника одинаково, но понятное дело что край покрышки успевает за один оборот проехать гораздо больше, чем маленький подшипник. Другими словами, хоть и угловая скорость у нас одинакова, линейная разная.

Значит нам надо рассчитать линейную скорость шариков, которые катятся по подшипнику. Давайте возьмем стандартный подшипник 61902. Внешний диаметр такого подшипника 28 мм. Будем считать что шарики катятся только по внешней обойме по окружности диаметром 25 мм. В таком случае, за 1 оборот они проезжают 25*3,14= 78,5 мм или 0.0785 м. Мы знаем что подшипник вращается с частотой 300 об/мин, но нам надо знать скорость в м/с, так как в системе СИ используют м/с. За минуту подшипник проезжает 0.0785*300, значит за 1 секунду - 0.0785*300/60. Выходит 0,0785*5= 0,3925 м/с.
Итак, мы знаем силу в колесе А, и скорость вращения. Теперь можем рассчитать мощность.
Значит, для подшипника А она будет равняться 1.372*0.3925=0,54 Ватт.
А для подшипника В = 0,915*0.392=0,36 Ватт.
Получились очень маленькие цифры. Просто какие-то пол ватта.
Можем представить, что у нас ½ мощности уходит на трение качения и ½ на сопротивление смазки. Значит, на одно колесо будет уходить приблизительно 1.08 Ватт в одном случае, и 0,72 Ватта в другом случае.
И разница получится всего 0,36 ватта.
Калькулятор показал, что втулка с 2 подшипниками SKF 61902-2RS нагруженная по центру массой 70 кг будет при 300 об/мин расходовать 1.5 ватт мощности. А 2 колеса с 6 подшипниками около 3-4 ватт.

Тайминг:
00:00 - Всем привет!
00:45 - Термины
02:24 - Радиальный подшипник
03:34 - Cup & Cone
04:37 - Трение
05:59 - Парадокс наката
07:07 - Результаты выччислений
08:46 - Цыганский трюк
09:09 - Предварительные выводы
10:25 - Керамические подшипники
11:40 - Другие факторы
12:57 - Концоуочка
#Подшипники #конуса #велосипед #накат

Видео Как влияют втулки на накат велосипеда? | Промподшипники vs Конуса. канала Vasile Capusceac