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Enduro是自行車界的軸承巨頭，這家企業(yè)成立于1996年，其設(shè)計(jì)和制造自行車軸承已有近30年的歷史。Enduro的聯(lián)合創(chuàng)始人馬特·哈維是其自行車部門的主要領(lǐng)頭人，他擁有機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)士學(xué)位，此前曾在White Industries、Gary Fisher Mountain Bikes和Bianchi等公司從事產(chǎn)品管理和研發(fā)工作。

1997年，Enduro推出了其第一款創(chuàng)新性產(chǎn)品：全系列MAX懸架樞軸軸承。這款產(chǎn)品直至現(xiàn)在都被視為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。近30年，Enduro不斷堅(jiān)持創(chuàng)新研發(fā)，至今已研發(fā)出上千種用于花鼓、碗組、變速器導(dǎo)輪、中軸等部位的軸承產(chǎn)品。

現(xiàn)在，Enduro已成為一家全球性的企業(yè)，它為全世界超過(guò)數(shù)百家的OEM制造商和數(shù)千家零售經(jīng)銷商供應(yīng)產(chǎn)品。而在世界的不同角落，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的騎行愛好者使用Enduro的軸承縱情“馳騁”。接下來(lái)我們就來(lái)看看Enduro是如何用各種試驗(yàn)解決業(yè)內(nèi)的軸承難題的。

解決現(xiàn)代中軸的故障和缺陷

20世紀(jì)90年代末，為了提升踩踏效率，變速系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者禧瑪諾推出軸心更粗的花鍵中空曲柄，其軸心直徑達(dá)22毫米。不幸的是，當(dāng)時(shí)主流自行車的中軸外殼的內(nèi)徑一般為35毫米，用于容納尺寸更小的17毫米方孔中軸。

那時(shí)的變速器市場(chǎng)“火藥味”十足，眾多的變速器品牌正在極力爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額。當(dāng)時(shí)，自行車全行業(yè)都在使用ISIS(國(guó)際花鍵中軸標(biāo)準(zhǔn))的中軸系統(tǒng)，中軸規(guī)格為22毫米（或21.5毫米）。

由于主流中軸外殼的內(nèi)徑與禧瑪諾新款曲柄的軸心直徑太過(guò)接近，這就大幅度壓縮了中軸軸承的“所占空間”，其僅能容納2毫米至2.5毫米的滾珠，非常脆弱。這個(gè)時(shí)候，馬特·哈維開始了他的研發(fā)創(chuàng)新，以解決這個(gè)業(yè)界難題。

搭建測(cè)試儀器

如果想要迅速改進(jìn)軸承設(shè)計(jì)方案，就需要一系列的測(cè)試儀器來(lái)大幅度地縮短研發(fā)時(shí)間。馬特·哈維意識(shí)到，當(dāng)時(shí)專用于測(cè)試自行車零部件的儀器尚不存在，于是他便自己動(dòng)手設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)自行車軸承試驗(yàn)機(jī)。

在短短幾個(gè)月的時(shí)間里，這臺(tái)名為“Max Tester”的軸承試驗(yàn)機(jī)幫助馬特·哈維成功搜集和模擬了大量數(shù)據(jù)，包括以高強(qiáng)度測(cè)試軸承的徑向、軸向載荷和轉(zhuǎn)速。這臺(tái)試驗(yàn)機(jī)大大縮短了研發(fā)時(shí)間，從幾個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試變?yōu)閮H需幾周的可控模擬試驗(yàn)。

不久之后，Enduro推出了一款適用于ISIS標(biāo)準(zhǔn)且兼容禧瑪諾新曲柄的軸承，其耐用性相較于此前的17毫米方孔中軸也毫不遜色。

而在2000年中期，國(guó)際自行車市場(chǎng)普遍放棄了ISIS標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)而使用一種外掛式的中軸設(shè)計(jì)。這種外掛式的中軸擁有更加巨大的軸承圈，能夠更好地支撐車手的踩踏。

Enduro也迅速跟進(jìn)響應(yīng)，推出了一系列可靠、高效、持久的軸承解決方案。這些軸承系統(tǒng)使用優(yōu)質(zhì)的鋼和陶瓷制成，擁有直徑更大的滾珠和溝槽更深的軸圈。

此后，馬特·哈維對(duì)這臺(tái)軸承試驗(yàn)機(jī)器進(jìn)行了更新和升級(jí)，研發(fā)出Max Tester二代。新的試驗(yàn)機(jī)器配備了三個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量設(shè)備。它不僅可以模擬測(cè)試軸承的使用壽命和故障情況；還可以通過(guò)功率瓦數(shù)的變化，測(cè)量其不同時(shí)間點(diǎn)的受力情況；以及通過(guò)振動(dòng)跟蹤，測(cè)試軸承的磨損情況。

振動(dòng)跟蹤測(cè)試在航空業(yè)和汽車業(yè)較為常見。將試驗(yàn)機(jī)器的干擾囊括在內(nèi)的話，一般全新光滑軸承的振動(dòng)讀數(shù)為0.5毫米/秒至0.8毫米/秒。而當(dāng)軸承逐漸磨損時(shí)，其振動(dòng)讀數(shù)將增加一至三倍，一般從內(nèi)部膠圈開始磨損老化。當(dāng)振動(dòng)讀數(shù)超過(guò)2毫米/秒時(shí)，這是軸承超過(guò)使用壽命的危險(xiǎn)預(yù)警。

早期的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)軸承逐漸磨損老化時(shí)，其耗費(fèi)的滾動(dòng)功率也會(huì)相應(yīng)增加。據(jù)了解，滾珠軸承的使用效率非常高，其摩擦系數(shù)也是相當(dāng)?shù)�。在現(xiàn)實(shí)騎行中，一個(gè)制作精良的全新滾珠中軸只需耗費(fèi)半瓦功率，而一個(gè)質(zhì)量低劣的滾珠中軸可能會(huì)將耗費(fèi)功率提升至一瓦。在一套干凈潤(rùn)滑的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，鏈條是最大的功率“消耗者”，踩踏大約需要耗費(fèi)五瓦功率。

將試驗(yàn)擴(kuò)大化：更大的負(fù)載加速測(cè)試并提高精度

為了搜集更詳細(xì)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，諸如航空業(yè)和汽車業(yè)往往會(huì)采取擴(kuò)大測(cè)試的做法。Enduro開始將人引入了軸承的各項(xiàng)試驗(yàn)之中。

參與試驗(yàn)的是一名體重為68公斤的職業(yè)車手，其以100轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速和250瓦的平均功率輸出，在較短時(shí)間內(nèi)測(cè)試一款Enduro的中軸。相較于此前的無(wú)人試驗(yàn)，現(xiàn)在的功率輸出是此前的兩倍，重量是此前的三倍。

事實(shí)證明，雖然測(cè)試時(shí)間較短，但是測(cè)試成效卓著。將試驗(yàn)擴(kuò)大化的另一個(gè)好處，就是能夠在功率計(jì)的測(cè)量范圍內(nèi)持續(xù)搜集數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)時(shí)市售的功率測(cè)試電能表無(wú)法精準(zhǔn)檢測(cè)到小于一瓦特的功率差異。

實(shí)際測(cè)試和機(jī)器測(cè)試：兩者都非常重要

2011年，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)機(jī)器和車手短時(shí)間的持續(xù)測(cè)試，Enduro推出了全球首款XD15陶瓷混合中軸，Enduro試圖證明其軸承設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)材料的應(yīng)用，將極大延長(zhǎng)軸承的使用壽命。

而最有效的證明方法，就是在現(xiàn)實(shí)的騎行中進(jìn)行的長(zhǎng)期測(cè)試，這可能需要數(shù)年時(shí)間才能完成。早至2011年，幾位職業(yè)自行車手在車上安裝了XD15中軸，騎行多年沒有發(fā)生故障。

而一位前Webcor自行車隊(duì)的職業(yè)車手，同樣在2011年的比賽中使用了XD15中軸，直至今日他還在使用，在各種極端的天氣下騎行。他的XD15中軸已經(jīng)使用了6萬(wàn)英里（約96560公里），并且從來(lái)沒有維修過(guò)。

Bike Radar編輯詹姆斯在“虐待” XD15中軸一年后表示：“我們覺得普通的測(cè)試還不夠苛刻，于是我們將XD15中軸的所有防水密封圈全部去掉，滾珠軸承完全裸露。在各種嚴(yán)苛的環(huán)境下進(jìn)行數(shù)個(gè)月的騎行，即便已經(jīng)沒有任何的潤(rùn)滑劑，軸承里布滿碎沙和灰塵，但它仍然能像新買的一樣平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)�！�

時(shí)間來(lái)到2021年，20世紀(jì)90年代末的一幕仿佛又上演了。曲柄軸心的直徑越來(lái)約粗大，從22毫米增加至24毫米、29毫米甚至30毫米，這“逼迫”軸承廠商們不得不使用尺寸更小的軸承滾珠。

在這種情況下，Enduro想要測(cè)試其試驗(yàn)產(chǎn)品Maxhit的綜合性能。團(tuán)隊(duì)制定了一系列的測(cè)試方案，并決定擴(kuò)大加強(qiáng)其耐疲勞性測(cè)試。

測(cè)試概述和測(cè)試方案

在長(zhǎng)達(dá)十五年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的反復(fù)測(cè)試下，馬特·哈維很快便確定了試驗(yàn)方案，并制定了詳細(xì)的軸承研發(fā)計(jì)劃。

該測(cè)試于2021年9月份開始，于2023年3月份結(jié)束。測(cè)試時(shí)間為周一至周五，上午九點(diǎn)至下午五點(diǎn)。所有的測(cè)試都由馬特·哈維親自或通過(guò)遠(yuǎn)程視頻進(jìn)行監(jiān)督。測(cè)試機(jī)器放置于一個(gè)完全封閉的溫控室中。在測(cè)試期間，所有用于測(cè)試的軸承都存放在清潔但非無(wú)菌的環(huán)境之中。

測(cè)試保持以100轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行。在試驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)之后，一臺(tái)“Cinch”牌功率測(cè)量計(jì)和試驗(yàn)設(shè)備開始共同收集數(shù)據(jù)，記錄軸承能夠負(fù)載的最大瓦數(shù)值。

參與測(cè)試的一個(gè)中軸軸承（不是兩個(gè)）需要在承重82公斤下運(yùn)轉(zhuǎn)，其總軸向承擔(dān)的推力載荷為109公斤。在這樣的測(cè)試情況下，測(cè)試車手踩踏出600瓦的穩(wěn)定功率。

在軸承旋轉(zhuǎn)和承受負(fù)載的過(guò)程中，測(cè)試人員也會(huì)對(duì)其施加額外的恒定壓力。與航空工業(yè)一樣，擴(kuò)大測(cè)試范圍是得到更一致和可測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)程序。

試驗(yàn)預(yù)熱階段

在沒有安裝中軸和施加負(fù)載的情況下，連接在試驗(yàn)設(shè)備上的功率測(cè)量計(jì)的讀數(shù)為2至3瓦。安裝中軸后并對(duì)其施加輕度的軸向載荷時(shí)，功率測(cè)量計(jì)的讀數(shù)增加至3至4瓦。經(jīng)過(guò)20分鐘的測(cè)試預(yù)熱，所有參與測(cè)試的全新軸承的功率測(cè)量都穩(wěn)定在3瓦。

軸承測(cè)試數(shù)據(jù)采集

在測(cè)試進(jìn)入穩(wěn)定化后，測(cè)試人員開始對(duì)各個(gè)測(cè)試軸承進(jìn)行數(shù)據(jù)間隔捕獲，并重復(fù)以下步驟。

1、將測(cè)試軸承和周圍的室溫加熱至20攝氏度。

2、進(jìn)行2小時(shí)的試驗(yàn)預(yù)熱。

3、直流電表和“Cinch”牌功率測(cè)量計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定在2瓦。

4、測(cè)試軸承在輕度徑向承載和輕度推力載荷下以100轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)20分鐘。

5、測(cè)試軸承在滿載狀態(tài)，以100轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘。

測(cè)試軸承：4款Enduro中軸及6款競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的中軸

選取的這些測(cè)試中軸的外殼為鋁制，采用壓入式或集成式的軸承組件。這些測(cè)試品均從官方的經(jīng)銷商處訂購(gòu)，其中包括兩款未發(fā)布的樣品。

這些軸承的測(cè)試需要數(shù)年的時(shí)間才能真正完成，而不僅僅是18個(gè)月。

1、在充足的潤(rùn)滑油和密封下，所有的軸承在磨合期都表現(xiàn)良好。

2、磨合期后，軸承內(nèi)仍然有充足的潤(rùn)滑油，所有軸承表現(xiàn)良好。前30個(gè)測(cè)試小時(shí)耗費(fèi)的功率平均增加10至11瓦。

3、在功率瓦數(shù)增加后不久，軸承在機(jī)器的測(cè)試下開始變得嘈雜。軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境變得更加粗糙，旋轉(zhuǎn)阻力更大。這說(shuō)明軸承已經(jīng)磨損嚴(yán)重。

4、所有測(cè)試軸承的詳細(xì)觀察，請(qǐng)參見文末總結(jié)。

結(jié)論

1、數(shù)量較少、尺寸更大的軸承滾珠要比數(shù)量較多、尺寸更小的軸承滾珠性能更好，使用壽命更長(zhǎng)。

在所有的測(cè)試情況下，擁有大直徑滾珠和較深溝槽軸圈的軸承在效率（瓦數(shù)）和耐用性（運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)）方面，產(chǎn)生了超預(yù)期的效果。

在既定的轉(zhuǎn)速下，雖然較大的滾珠會(huì)比較小的滾珠滾動(dòng)得較慢，在某些軸承上速度甚至相差一半。但是數(shù)量更少、尺寸更大的軸承更好地分散了負(fù)載，因?yàn)檩^大滾珠接觸軸圈的總面積會(huì)更大。這種效應(yīng)被稱為“赫茲應(yīng)力”。這意味著在既定轉(zhuǎn)速下消耗的功率更小，軸承壽命更高。

與使用較小滾珠與較淺溝槽軸圈的一些型號(hào)相比，Enduro Maxhit和XD15所消耗的能量和功率會(huì)更少。

2、制作材料的搭配也會(huì)對(duì)軸承壽命造成影響。如果軸承內(nèi)僅使用一種優(yōu)質(zhì)的材料，那么可能導(dǎo)致軸承過(guò)早磨損和失效。

當(dāng)優(yōu)質(zhì)陶瓷滾珠與氮化不銹鋼軸圈組合使用時(shí)，滾動(dòng)效率和使用壽命這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)都會(huì)更佳，并優(yōu)于陶瓷滾珠與鉻鋼軸圈組合的搭配。

440C不銹鋼以其耐腐蝕性，高彈性和延展性而聞名。在高強(qiáng)度負(fù)載下，440C不銹鋼軸圈與較小的440C不銹鋼滾珠組合時(shí)，容易較早出現(xiàn)磨損狀況；而當(dāng)與較大的440C不銹鋼滾珠組合時(shí)，其滾動(dòng)效率和耐用性都會(huì)顯著提高。

3、只有適用于結(jié)論1和結(jié)論2的軸承設(shè)計(jì)完成了300萬(wàn)次的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，這些軸承測(cè)試后的效果仍然與新的一樣。其余的軸承則在15萬(wàn)次的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試后開始老化，它們都在36萬(wàn)次的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試后報(bào)廢。

從1997年發(fā)布的全系列MAX懸架樞軸軸承開始，Enduro就在其所有軸承產(chǎn)品中使用了深溝槽軸圈和大滾珠的設(shè)計(jì)。

XD15中軸產(chǎn)品使用的是直徑為3.97毫米的陶瓷滾珠，而Maxhit BBs使用的則是直徑為4.76毫米的440C不銹鋼滾珠。兩款產(chǎn)品使用的滾珠都要比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（直徑2毫米至3.175毫米）大得多，這種設(shè)計(jì)大大提升了軸承性能。

以Enduro的“看家產(chǎn)品” XD15中軸為例，這款產(chǎn)品使用超級(jí)不銹鋼軸圈搭配精密陶瓷滾珠，擁有更高的滾動(dòng)效率和耐用性。在長(zhǎng)期的高負(fù)載使用下，XD15中軸反而會(huì)“越用越潤(rùn)”，這是任何其它測(cè)試的中軸產(chǎn)品無(wú)法達(dá)到的。

據(jù)悉，XD15使用的是一種由歐洲航空航天公司研發(fā)的氮化不銹鋼。這種材料最早被應(yīng)用于空客飛機(jī)的機(jī)身控制部件，“深埋”于機(jī)翼內(nèi)部。因該部位的檢修難度極大，所以這種材料就要求必須堅(jiān)固耐用。

因此，XD15同樣不受惡劣環(huán)境和化學(xué)物質(zhì)的影響，其采用了精密的結(jié)構(gòu)裝配而成，比一般的軸承更加耐用堅(jiān)固。

XD15“越用越潤(rùn)”的秘密，在于隨著時(shí)間的推移，超硬的陶瓷滾珠會(huì)不斷打磨和拋光軸圈內(nèi)壁，因此會(huì)讓整個(gè)軸承系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)愈發(fā)順滑。Enduro頗有信心地為XD15中軸提供了終身質(zhì)保的服務(wù)。

而Enduro Maxhit中軸的表現(xiàn)也不賴，在同樣的長(zhǎng)期轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)下，Maxhit中軸耗費(fèi)的功率要比其它的測(cè)試產(chǎn)品低，耐磨損性能也會(huì)更高。同XD15中軸一樣，Enduro也為其提供了終身質(zhì)保服務(wù)。

Maxhit中軸的設(shè)計(jì)初衷便是提升軸承系統(tǒng)的耐用性，它采取了眾多的專利設(shè)計(jì)。例如將滾珠的直徑增加了一倍，將近5毫米，并減少了滾珠的數(shù)量。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀察并結(jié)合理論推斷，除了優(yōu)秀的滾動(dòng)效率和耐用性外，使用大滾珠的軸承系統(tǒng)也改進(jìn)了不少軸承設(shè)計(jì)的缺陷。比如其擁有更寬的公差，能夠容許軸圈與滾珠的些許錯(cuò)位；能夠避免細(xì)小的灰塵污垢進(jìn)入軸承內(nèi)部，防止軸承過(guò)早磨損老化。

除了Enduro的軸承產(chǎn)品外，此次試驗(yàn)中還包括了其它品牌的性能對(duì)比和測(cè)試，以下是簡(jiǎn)略報(bào)告：

BB Infinite:這款產(chǎn)品使用的是直徑為3.175毫米的陶瓷滾珠，但測(cè)試結(jié)果令我們失望。軸承系統(tǒng)在較短時(shí)間內(nèi)便磨損粗糙。測(cè)試人員認(rèn)為，可能是使用材質(zhì)不太優(yōu)異導(dǎo)致的。

Ceramic Speed：這款產(chǎn)品使用了優(yōu)質(zhì)的軸圈和滾珠，在測(cè)試初期的表現(xiàn)非常不錯(cuò)。但試驗(yàn)結(jié)果表明，直徑為3.175毫米的陶瓷滾珠對(duì)于鉻鋼軸圈來(lái)說(shuō)，還是太過(guò)堅(jiān)硬。隨著時(shí)間推移，軸承變得越來(lái)越松，盡管它在手中轉(zhuǎn)動(dòng)還是非常平滑，但在高負(fù)載騎行的狀態(tài)下，它已經(jīng)需要耗費(fèi)更多的功率。

Chris King:超長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，對(duì)于這種采用全440C不銹鋼打造的軸承產(chǎn)品頗有挑戰(zhàn)。尺寸較�。�3.175毫米）的滾珠在耐腐蝕但質(zhì)地較軟的軸圈內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，其無(wú)法承受較重的多軸向載荷測(cè)試。整個(gè)軸承系統(tǒng)的密封設(shè)計(jì)也不太適合長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試。

Enduro ABEC 3：這款軸承產(chǎn)品在售價(jià)上更加“親民”。它使用的是價(jià)格實(shí)惠的鉻鋼滾珠和軸圈。其滾珠的尺寸（直徑3.97毫米）也比其它測(cè)試產(chǎn)品稍大，其性能也表現(xiàn)不錯(cuò)。

Kogel:這款軸承產(chǎn)品由陶瓷滾珠與鉻鋼軸圈組成，它的性能優(yōu)于BB Infinite的產(chǎn)品，但總體表現(xiàn)不及Ceramic Speed的產(chǎn)品。測(cè)試人員認(rèn)為，還是與應(yīng)用材料有關(guān)。

Race Face:與一些采用陶瓷滾珠、售價(jià)昂貴的軸承系統(tǒng)相比，Race Face的中軸產(chǎn)品售價(jià)也非�！坝H民”。它使用的是鉻鋼軸圈和滾珠，可靠性和耐用性非常不賴。

SRAM:能以相對(duì)便宜的價(jià)格獲得如此優(yōu)秀的表現(xiàn)，SRAM的中軸產(chǎn)品令測(cè)試人員驚訝。雖然使用鉻鋼軸圈和滾珠，但是它能在高負(fù)載下達(dá)到很高的使用壽命。只要你生活在氣候干燥的地方，并且不經(jīng)常洗車，這款中軸產(chǎn)品能讓你以較低的價(jià)格騎行很長(zhǎng)時(shí)間，性價(jià)比不錯(cuò)。

責(zé)任編輯：Avalon