Om Lagerna
Det är en översättning på http://www.wheelfanatyk.com/blog/dirty-secrets-pt-1/
Smutsiga kullagrens hemligheter del 1
Dolda från syn i oljiga, gryniga fördjupningar har kullager makt att förvalta en cykels prestanda. Det råder ingen överraskning att ingenjörerna är uppmärksamma på dem. Ingen annan sak påverkar hjul lika mycket som lager. Hjulbyggning sker snabbare ju mer man vet om lagrena. Medan vi söker efter den högsta hjulnoggrannheten och efter den lägsta rullande friktionen kommer lagrets design, funktion och montering att vara en stor faktor.
Förbisedda under årtionden är lagrena en av de enklaste men viktigaste delarna på cykeln. Den överför kraft, absorberar illa last, minskar friktion och hjälper annars instabila maskinen med balansen. Samtidigt har de låg vikt, kostnad och erkännande. De dynamiska maskindelarna har varit omkring så länge som hjulet. De har spelat en central roll i några människornas största bedrifter.
Stenåldersrötter
När neanderthalarna vred pinnar kring en central kontaktpunkt för att generera tillräckligt med värme för att göra upp om eld begrep de egentligen en concept på rotation över en fast center. Denna samband på last och rörelse skulle leda till hjulets uppfinning. Därför upplever hjulcenter mest slitage.
För att minska slitaget använt man hårt trä och djurfet. Även om sådana lager var grova avlastades ryggarna till vagnarna.
När stenåldern upphördes fick man redan tillgång till material med lägre friktion och bättre slitstyrka. Metallurgi erbjöd ämnen bättre än ved, men det var endast perfektionen på rullande element som minskade lagrenas friktion till försvinnande låg nivå. Denna uppfinning behövde vänta till 1800-talet, då cykeln utvecklades blixtsnabbt.
Kopp-och-kon systemet i lager på tidigare cyklar
Rullande element (ursprungligt bollar) måste vara extremt runda, glatta och jämna i storlek. Att utföra dessa krav är en stor mekanisk prestation. Det krävde framsteg under den industriella revolutionen. Det största svårigheten var att skapa hårda materialer.
Legeringen av järn med kol skapade stål som var hård nog för att överleva lastkoncentration i små bollar. Den uppfinningen och dess ytterligare förbättringar gjorde kullager möjlig.
Hej då friktion
Förminskningen av friktion är underbar. Archibald Sharp hävdade i hans mästerverk »Cyklar och Trehjulningar« av 1896 att rullande friktion på bollar i lager är en tiotusande cyklists vikt. Med andra ord tar det tusentals gånger mer kraft att lyfta ens kropp än att trycka den framåt till samma sträcka tack vare lager. Det innebär att mindre än en procent på riddarens energi absorberas av lagerfriktionen.
Endast en procent är schyst när man tänker på storleken till människas motor. Bra idrottsmän kan hålla ut 500 watt under 40 minuter. Det är imponerande men mindre än tre fjärde hästkraft. Likt en svag gräsklippare. Jag genererar antagligen mindre kraft än en juicepress. Man behöver använda kullager på riktigt.
Så värför förbiser man dem ofta? Eftersom de är pyttesmå och eftersom deras friktion ansågs som oviktig i över ett sekel. Mer patenter lämnades som gäller cykellager än något annat syfte. I nuläget är spridning på elmotorer mäter industrin som tillverkar lager med låg friktion som också passar bra till cyklar. Cykelindustrin fokuseras på bekvämlighet, kostnad, vikt och prestation. Lagerna är tillgängliga och deras friktion stannar försvinnande låg kvar.
Patronlager
Varför är lagrena så effektiva? Det är ju enkelt: de koncentrerar last på mycket små kontaktpunkter på mycket hårda material. Helvikt på cykel och cyklist överförs till marken genom lagerna. Inom lagret står varje boll på en stållöpbana på en yta som är mikroskopisk. Med jättehårda icke-böjbara metall som används på både ytorna blir friktionen också mikroskopisk.
Alla former och storlek
Några typer på lager används i cyklarna. Det första är kullager med rullande element som vi har talat om så länge. Andra är glidlager som består av nära, glatta ytor. Bussningarna är glidlager. I nav använder man kullager med små bollar. Växelns kugghjul, bromssvängpunkter och bakdämpninglänkar har ofta bussningar.
Rullande lager kategoriseras på åtminstone två sätt: form på rullande element och kontaktvinkel. Det rullande elementet kan vara en sfär, en cylinder eller kan likna en tunna. Lager med bollar ger minst friktion eftersom deras kontaktyta är så liten, men de andra typerna kan hålla mer last eftersom kontaktytan är större. Eftersom cyklarna utsätts på relativt låga last jämfört med olika andra maskiner finns det inte något behov att ha osfäriska rullande element.
Tack vare dess enkelspåriga natur utsätts cyklarna och deras lager låga sidokrafter. Ett enkelspår betyder att ett hjul följer ett annat. När man svänger lutar både cykel och cyklist in i kurvan. Tröghetskraften som uppstår under svängen ligger i cykelramens plan till och ner däcks kontakt med marken. Från hjulets synpunkt är dess belastningar radiella. Därför passar radiella kullager bra.
Ett område där icke-radiella krafter existerar är styrning. I styrlager sker stor last och det riktas till lagers sidor. Samtidigt kräver ett enkelspårigt fordon låg styrfriktion. Varför och hur presteras det?
Det är vad vi kommer att utforska i den andra delen på Smutsiga kullagrens hemligheter. Syftet är att visa att hjulbyggare drar nytta av vetenskap om lagerna för att bygga bättre, snabbare hjul. Det är viktigt att inse vilken roll spelar lagerna när man centrerar navet inom fälgen med hög och uniform spänning. Annars kan man tro att lager faktiskt stör bygget.