张向东700bike将皮带传动带回我们视野 有的自行车从不掉链子

张向东的700bike,抛开产品本身,除了满满的情怀,还将皮带传动带回了我们的视野。作为一名资深骑行爱好者,作者来与你们谈谈关于链条传动和皮带传动的那些事儿。

  张向东的700bike,抛开产品本身,除了满满的情怀,还将皮带传动带回了我们的视野。作者是一名资深骑行爱好者,来与你们谈谈关于链条传动和皮带传动的那些事儿。

  由于自行车结构的原因,我们踩踏的动力需要从主动轮(牙盘)传递到从动轮(后轮上的飞轮),在机械工业中,对于这种大中心距的传动方式常见有链传动和带传动两种(以下称为链条传动和皮带传动)。

  那么,为什么在自行车领域,但是绝大部分的自行车使用的都是链条传动,而鲜有皮带传动的产品呢?

  那么首先让我们看一看两种传动方式的结构。

  链条传动由主动链轮、从动链轮和绕在两轮上的闭合链条所组成,它靠链条与链齿之间的啮合来传递运动和动力。

  在我们日常生活中常见的链条大都为滚子链。滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒和滚子组成,内链板与套筒间、外链板与销轴间均为过盈配合,套筒与销轴间则为间隙配合,形成动联接。工作时内、外链节间可以相对挠曲,套筒则绕销轴自由转动。为了减少销轴与套筒间的磨损,在它们之间应进行润滑。滚子活套在套筒外面,啮合时滚子沿链轮齿廓滚动,以减小链条与链轮轮齿间的磨损。内、外链板通常为8字形,以使链板各横截面的抗拉强度大致相同,并减轻链条的重量及惯性力。

  在明白了滚子链和链轮的结构之后我们就不难理解链条传动的优缺点。

  链条传动的优点:

  1、可以有较大的中心距的情况下传递动力。

  2、能在低速、重载和高温条件等非理想环境中工作。

  3、传动比精确、可靠,可传递较大功率。

  4、张紧力小,轴与轴承所承受的负荷较小。

  5、传动效率高,可达95%~98%。

  虽然链传动拥有十分明显的优点,但缺点也是显而易见的:

  1、由于润滑油的存在,链条容易脏、维护和清洁较为麻烦。

  2、材质通常是钢,容易生锈。

  3、维护不当会磨损会加剧,严重影响使用寿命。

  4、链条的长度为链条节数的整数倍,无法随意调节长度。

  对于中心距较远的动力传输,除了链条传动外,在工业中常见的另一种传动形式就是皮带传动,通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的环形带组成。

  和链条传动主要靠的啮合力驱动相比,常见的带传动通常是由张紧的皮带和主、从动轮之间的摩擦力来驱动。

  虽然长度可以任意选取、结构也比较简单,但是如果皮带的张紧力不够,皮带就容易打滑,这在自行车中容易造成危险。如果张紧又会让轴和轴承上受力较大,也会降低传动的效率。

  (Gates Carbon Drive的同步皮带传动系统)

  于是在自行车中,我们需要另一种特殊的皮带传动系统:同步带(以下称为同步皮带)。

  同步皮带传动是由一根内表面设有等间距齿的封闭环形胶带和具有相应齿的带轮所组成,运转时,带的凸齿与带轮齿槽相啮合,来传递运动和动力,与链条传动有着异曲同工之妙。

  相对于普通的带传动系统,同步带皮带具有以下优点:

  1、工作时无滑动,有准确的传动比。

  2、传动效率高,最高可达98%。

  3、传动比范围大,结构简单。

  4、噪音小、耐磨性好、无需油润滑、在恶劣环境下也能正常工作,几乎免维护。

  看起来同步皮带不仅具有链条传动的优点,还具有许多链条式传动所不具有的运行安静、免维护等更为突出的优点,但为什么同步带传动却并没有被广泛的用于自行车中呢?

  在运动自行车类别中,同步带传动系统没能得到广泛应用的原因似乎很简单。因为在运动自行车所使用的多级变速系统中,链条在前、后拨变速器和张链器的作用下,可以给车手带来大范围的传动比以满足不同路况的需求。

  (变速自行车中的链条传动系统)

  同时链条弯折角度大、可以略微倾斜使用的特点也是皮带所不具有的。

  再者,皮带式传动由于材质限制和强度的需要,无法做得像链条那样又窄又结实,而且带传动的主、从动轮的平面要保证在同一平面内,否则会造成同步带的磨损加剧甚至脱落的情况。所以同步皮带传动通常只出现在单速传动的自行车上,虽然市面上也出现了一些可以通过单速传动实现多级变速的内变速系统,但是由于内变速结构复杂、重量较重而且传动效率较低,同时价格也较为昂贵等原因一直没有被广泛应用。

  但是为什么在单速车中,采用皮带传动的产品依然屈指可数呢?或许从Gates Carbon Drive皮带传动系统产品中我们能够得到答案。

  

  Gates是一家刚刚涉足自行车行业的老牌皮带传动提供商,Gates Carbon Drive系统则是Gates专门为自行车研发的皮带驱动系统,国外的Friction Facts(摩擦的事实)对这种传动系统进行了传动效率测试,Gates Carbon Drive的皮带传动在典型情况下只比链条传动增加了1W左右的功率损耗,而且皮带系统在超过208W之后会变得更加高效。

  这点传动效率的差异对大多数骑行者来说并不会感到有什么差别。但是我们无法忽略另一个细节,链条传动的典型拉伸力度为2磅,而Gates Carbon Drive皮带传动系统的建议预拉伸力为85磅,以防止在发力时打滑。(试想一下,你的自行车的中轴和后轮轴上无时无刻都有一个40公斤的拉力,车架会有怎样酸爽的感受?)

  作为一种大众化的交通工具,自行车在设计上力求简单和低成本、如此高的预拉伸力对于采用链条传动的车架来说是个不小的考验。并且与现有大批量化生产的低成本链式传动系统相比,无论是更换整个新型传动系统,还是重新为高预拉伸力重新设计车架都最终都会导致制成本的上升。

  总体看来,传动效率不是问题,成本才是让许多自行车厂商们放弃了皮带传动系统的主要原因。

  目前,皮带传动在自行车中的应用较少归根结底还是由于研发厂家不够成熟、配套设施不完善,导致生产成本过高。

  不过安静、轻便、可靠和免维护等优点已经吸引了许多公司开始着手研发低成本的皮带传动系统,由此我们可以预见,当技术成熟和批量化生产等问题解决之后,采用皮带传动自行车的大规模生产只是时间的问题。更多内容请关注齐鲁财富网

责任编辑:武玉婷
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