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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，其設計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頭人，他擁有機械設計學士學位，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)標準。近30年，Enduro不斷堅持創(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)，它為全世界超過數(shù)百家的OEM制造商和數(shù)千家零售經(jīng)銷商供應產(chǎn)品。而在世界的不同角落，數(shù)以百萬計的騎行愛好者使用Enduro的軸承縱情“馳騁”。接下來我們就來看看Enduro是如何用各種試驗解決業(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90年代末，為了提升踩踏效率，變速系統(tǒng)的行業(yè)領導者禧瑪諾推出軸心更粗的花鍵中空曲柄，其軸心直徑達22毫米。不幸的是，當時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。

那時的變速器市場“火藥味”十足，眾多的變速器品牌正在極力爭奪市場份額。當時，自行車全行業(yè)都在使用ISIS(國際花鍵中軸標準)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。這個時候，馬特·哈維開始了他的研發(fā)創(chuàng)新，以解決這個業(yè)界難題。

搭建測試儀器

如果想要迅速改進軸承設計方案，就需要一系列的測試儀器來大幅度地縮短研發(fā)時間。馬特·哈維意識到，當時專用于測試自行車零部件的儀器尚不存在，于是他便自己動手設計制造了一臺自行車軸承試驗機。

在短短幾個月的時間里，這臺名為“Max Tester”的軸承試驗機幫助馬特·哈維成功搜集和模擬了大量數(shù)據(jù)，包括以高強度測試軸承的徑向、軸向載荷和轉(zhuǎn)速。這臺試驗機大大縮短了研發(fā)時間，從幾個月的現(xiàn)場實地測試變?yōu)閮H需幾周的可控模擬試驗。

不久之后，Enduro推出了一款適用于ISIS標準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，國際自行車市場普遍放棄了ISIS標準，轉(zhuǎn)而使用一種外掛式的中軸設計。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也迅速跟進響應，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·哈維對這臺軸承試驗機器進行了更新和升級，研發(fā)出Max Tester二代。新的試驗機器配備了三個數(shù)據(jù)測量設備。它不僅可以模擬測試軸承的使用壽命和故障情況；還可以通過功率瓦數(shù)的變化，測量其不同時間點的受力情況；以及通過振動跟蹤，測試軸承的磨損情況。

振動跟蹤測試在航空業(yè)和汽車業(yè)較為常見。將試驗機器的干擾囊括在內(nèi)的話，一般全新光滑軸承的振動讀數(shù)為0.5毫米/秒至0.8毫米/秒。而當軸承逐漸磨損時，其振動讀數(shù)將增加一至三倍，一般從內(nèi)部膠圈開始磨損老化。當振動讀數(shù)超過2毫米/秒時，這是軸承超過使用壽命的危險預警。

早期的測試數(shù)據(jù)顯示，當軸承逐漸磨損老化時，其耗費的滾動功率也會相應增加。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?shù)�。在現(xiàn)實騎行中，一個制作精良的全新滾珠中軸只需耗費半瓦功率，而一個質(zhì)量低劣的滾珠中軸可能會將耗費功率提升至一瓦。在一套干凈潤滑的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，鏈條是最大的功率“消耗者”，踩踏大約需要耗費五瓦功率。

將試驗擴大化：更大的負載加速測試并提高精度

為了搜集更詳細和準確的數(shù)據(jù)，諸如航空業(yè)和汽車業(yè)往往會采取擴大測試的做法。Enduro開始將人引入了軸承的各項試驗之中。

參與試驗的是一名體重為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，在較短時間內(nèi)測試一款Enduro的中軸。相較于此前的無人試驗，現(xiàn)在的功率輸出是此前的兩倍，重量是此前的三倍。

事實證明，雖然測試時間較短，但是測試成效卓著。將試驗擴大化的另一個好處，就是能夠在功率計的測量范圍內(nèi)持續(xù)搜集數(shù)據(jù)。例如，當時市售的功率測試電能表無法精準檢測到小于一瓦特的功率差異。

實際測試和機器測試：兩者都非常重要

2011年，經(jīng)過試驗機器和車手短時間的持續(xù)測試，Enduro推出了全球首款XD15陶瓷混合中軸，Enduro試圖證明其軸承設計理念和先進材料的應用，將極大延長軸承的使用壽命。

而最有效的證明方法，就是在現(xiàn)實的騎行中進行的長期測試，這可能需要數(shù)年時間才能完成。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6萬英里（約96560公里），并且從來沒有維修過。

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。在各種嚴苛的環(huán)境下進行數(shù)個月的騎行，即便已經(jīng)沒有任何的潤滑劑，軸承里布滿碎沙和灰塵，但它仍然能像新買的一樣平穩(wěn)運轉(zhuǎn)�！�

時間來到2021年，20世紀90年代末的一幕仿佛又上演了。曲柄軸心的直徑越來約粗大，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想要測試其試驗產(chǎn)品Maxhit的綜合性能。團隊制定了一系列的測試方案，并決定擴大加強其耐疲勞性測試。

測試概述和測試方案

在長達十五年的試驗數(shù)據(jù)積累和現(xiàn)實環(huán)境的反復測試下，馬特·哈維很快便確定了試驗方案，并制定了詳細的軸承研發(fā)計劃。

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

測試保持以100轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進行。在試驗進入穩(wěn)定狀態(tài)之后，一臺“Cinch”牌功率測量計和試驗設備開始共同收集數(shù)據(jù)，記錄軸承能夠負載的最大瓦數(shù)值。

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

在軸承旋轉(zhuǎn)和承受負載的過程中，測試人員也會對其施加額外的恒定壓力。與航空工業(yè)一樣，擴大測試范圍是得到更一致和可測量結(jié)果的標準程序。

試驗預熱階段

在沒有安裝中軸和施加負載的情況下，連接在試驗設備上的功率測量計的讀數(shù)為2至3瓦。安裝中軸后并對其施加輕度的軸向載荷時，功率測量計的讀數(shù)增加至3至4瓦。經(jīng)過20分鐘的測試預熱，所有參與測試的全新軸承的功率測量都穩(wěn)定在3瓦。

軸承測試數(shù)據(jù)采集

在測試進入穩(wěn)定化后，測試人員開始對各個測試軸承進行數(shù)據(jù)間隔捕獲，并重復以下步驟。

1、將測試軸承和周圍的室溫加熱至20攝氏度。

2、進行2小時的試驗預熱。

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

4、測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)速運轉(zhuǎn)20分鐘。

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

測試軸承：4款Enduro中軸及6款競爭對手的中軸

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

這些軸承的測試需要數(shù)年的時間才能真正完成，而不僅僅是18個月。

1、在充足的潤滑油和密封下，所有的軸承在磨合期都表現(xiàn)良好。

2、磨合期后，軸承內(nèi)仍然有充足的潤滑油，所有軸承表現(xiàn)良好。前30個測試小時耗費的功率平均增加10至11瓦。

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

4、所有測試軸承的詳細觀察，請參見文末總結(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。

在所有的測試情況下，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（運轉(zhuǎn)次數(shù)）方面，產(chǎn)生了超預期的效果。

在既定的轉(zhuǎn)速下，雖然較大的滾珠會比較小的滾珠滾動得較慢，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載，因為較大滾珠接觸軸圈的總面積會更大。這種效應被稱為“赫茲應力”。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相比，Enduro Maxhit和XD15所消耗的能量和功率會更少。

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

當優(yōu)質(zhì)陶瓷滾珠與氮化不銹鋼軸圈組合使用時，滾動效率和使用壽命這兩個關鍵指標都會更佳，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。在高強度負載下，440C不銹鋼軸圈與較小的440C不銹鋼滾珠組合時，容易較早出現(xiàn)磨損狀況；而當與較大的440C不銹鋼滾珠組合時，其滾動效率和耐用性都會顯著提高。

3、只有適用于結(jié)論1和結(jié)論2的軸承設計完成了300萬次的循環(huán)運轉(zhuǎn)測試，這些軸承測試后的效果仍然與新的一樣。其余的軸承則在15萬次的循環(huán)運轉(zhuǎn)測試后開始老化，它們都在36萬次的循環(huán)運轉(zhuǎn)測試后報廢。

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計。

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)標準（直徑2毫米至3.175毫米）大得多，這種設計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)品使用超級不銹鋼軸圈搭配精密陶瓷滾珠，擁有更高的滾動效率和耐用性。在長期的高負載使用下，XD15中軸反而會“越用越潤”，這是任何其它測試的中軸產(chǎn)品無法達到的。

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。這種材料最早被應用于空客飛機的機身控制部件，“深埋”于機翼內(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固耐用。

因此，XD15同樣不受惡劣環(huán)境和化學物質(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固。

XD15“越用越潤”的秘密，在于隨著時間的推移，超硬的陶瓷滾珠會不斷打磨和拋光軸圈內(nèi)壁，因此會讓整個軸承系統(tǒng)的運轉(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。

而Enduro Maxhit中軸的表現(xiàn)也不賴，在同樣的長期轉(zhuǎn)速標準下，Maxhit中軸耗費的功率要比其它的測試產(chǎn)品低，耐磨損性能也會更高。同XD15中軸一樣，Enduro也為其提供了終身質(zhì)保服務。

Maxhit中軸的設計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計。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)過試驗現(xiàn)場觀察并結(jié)合理論推斷，除了優(yōu)秀的滾動效率和耐用性外，使用大滾珠的軸承系統(tǒng)也改進了不少軸承設計的缺陷。比如其擁有更寬的公差，能夠容許軸圈與滾珠的些許錯位；能夠避免細小的灰塵污垢進入軸承內(nèi)部，防止軸承過早磨損老化。

除了Enduro的軸承產(chǎn)品外，此次試驗中還包括了其它品牌的性能對比和測試，以下是簡略報告：

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

Ceramic Speed：這款產(chǎn)品使用了優(yōu)質(zhì)的軸圈和滾珠，在測試初期的表現(xiàn)非常不錯。但試驗結(jié)果表明，直徑為3.175毫米的陶瓷滾珠對于鉻鋼軸圈來說，還是太過堅硬。隨著時間推移，軸承變得越來越松，盡管它在手中轉(zhuǎn)動還是非常平滑，但在高負載騎行的狀態(tài)下，它已經(jīng)需要耗費更多的功率。

Chris King:超長時間的測試，對于這種采用全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，其無法承受較重的多軸向載荷測試。整個軸承系統(tǒng)的密封設計也不太適合長時間的測試。

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

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。測試人員認為，還是與應用材料有關。

Race Face:與一些采用陶瓷滾珠、售價昂貴的軸承系統(tǒng)相比，Race Face的中軸產(chǎn)品售價也非�！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:能以相對便宜的價格獲得如此優(yōu)秀的表現(xiàn)，SRAM的中軸產(chǎn)品令測試人員驚訝。雖然使用鉻鋼軸圈和滾珠，但是它能在高負載下達到很高的使用壽命。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格騎行很長時間，性價比不錯。

責任編輯：Avalon