Вся голая правда о керамических подшипниках
1 июня 2009
Как и в любой индустрии связанной с производством техники и армией внушаемых потребителей, в велоспорте существует множество мифических технологий и материалов, которые на пике своей популярности нещадно эксплуатируются всеми производителями с целью получения дополнительной прибыли.
В свое время в этой роли побывали карбон, титан, магний, алюминий с присадками скандия и прочие бесчисленные материалы с магическими свойствами. Производители как ненормальные делают из популярного материала буквально все существующие компоненты для велосипеда, стремясь выжать из популярности максимум прибыли даже в ущерб производительности. Достаточно вспомнить титановые спицы от DT Swiss или болты из карбона.
Все эти технологии и конструкции по прошествии нескольких лет либо отметаются рынком, либо, наконец, падают в цене и занимают свою нормальную нишу. Керамические подшипники сегодня на пике hi-end популярности. Их вставляют в каретки, рулевые колонки, втулки колес, шарниры тормозов, ролики переключателей: в общем, везде, где раньше были радиальные подшипники (т.н. "промышленные подшипники") или даже скольжения. За товар премиум-класса приходится платить соответствующе. Средняя цена одного подшипника на розничном рынке в апгрейд-китах производителя составляет от 50 до 350 долларов, хотя вездесущие китайские производители уже подключились к всемирной дойке велосипедистов и предлагают "больным" керамикой продукты по весьма привлекательной цене. Уже существуют даже специальные интернет-магазины для велосипедистов, где владелец может указать перечень всех своих компонентов и продавец за кругленькую сумму подберет полный комплект для апгрейда.
На самом деле картина сумасшествия куда более глобальная, аналогичное поветрие уже довольно давно распространилось среди владельцев роликовых коньков, спиннингов, скейтбордистов и прочей братии, у которой есть чему крутится, но мы говорим о велосипедистах.
Итак. Это клиническая картина. Теперь непосредственно о возбудителе. Действительно массовое распространение керамических подшипников началось примерно 10 лет назад. Технически, в промышленных подшипниках из керамики нет ничего нового и все их модификации как две капли воды похожи на стальных предков. Нестандартным является лишь материал: как правило нитрид кремния (Si3N4). Благодаря тому, что этот вид керамики обладает выдающейся ударной прочностью и высокой жесткостью, этот черный, блестящий после полировки материал стали активно использовать в машиностроении. Условно, эти подшипники можно разделить на три группы:
смешанные или гибридные, в которых из керамики выполнены только шары (или другое тело вращения), а оба кольца качения из стали. Это самый распространенный вариант в велоиндустрии. Если производитель не указывает какой тип подшипника установлен внутри железки, 99% вероятность, что речь идет о гибридной разновидности. Важный момент. Сепаратор в гибридных керамических подшипниках сделан из синтетики с низким коэффициентом трения. Китайцы лепят и металлический.
полностью керамические, где и кольца качения и шары сделаны из керамики. На велосипедах встречаются пока крайне редко, но доступны в ассортименте от сторонних производителей.
насыпные, которые устанавливаются как обычные шары во втулки Shimano или рулевые.
Теперь о характеристиках и особенностях. Они, положа руку на сердце, впечатляют даже далекого от машиностроения человека. Керамические шары продукт действительно революционный.
Рабочая температура шаров может достигать 800 градусов.
Способность работать в агрессивных кислотах и щелочах без коррозии. Вообще. С ограниченным набором агрессивных сред вроде кислорода, начинает реагировать при какой-то 1000 градусов.
Низкий тепловой коэф. расширения (в 3-5 раз меньше стали) и керамические подшипники прочно заняли свое место в насосах по перекачке горячих жидкостей.
Высокая рабочая температура позволяет им работать на скоростях до 12000 оборотов в минуту.
Керамика, это превосходный диэлектрик, полностью керамические подшипники не пропускают электричество.
Керамика легче стали на 40% и значительно лучше рассеивает тепло.
твёрдость по Роквеллу стальных шаров редко превышает 60 единиц по шкале C, твердость керамики может достигать 75 единиц.
Модуль упругости керамики в 1.5 раза выше, чем у типичной стали применяемой для керамических подшипников. (вот типичный буклет с рекламными сравнительными характеристиками). Сталь взята, правда, не лучших характеристик.
Керамика не магнитится.
Кстати, из нитрида кремния делают сверхдорогие ножи и режущую кромку станков для сталелитейных производств (но это лирика).
Круто, правда? Неудивительно, что керамические подшипники ставят в марсоходы, турбины авиалайнеров и насосы на химических производствах. По характеристикам они также идеально подходят для создания велосипеда для колонизаторов планет с низкой гравитацией, агрессивной атмосферой и высокой температурой, как Венера или Меркурий. Если вы по несчастью свалитесь в чан с серной кислотой, через неделю, следователи 100% найдут на дне набор целехоньких шаров от роликов SRAM XX. Мелочь, а приятно.
А теперь серьезно. Попробуем выделить те особенности гибридной керамики, которые хоть как-то могут быть полезны на велосипеде, и оценим их с точки зрения стоимости.
Низкий вес: керамика на 40% легче. Сомнительное преимущество, когда со всего велосипеда удастся скинуть 10-20 грамм потратив 500-1000 долларов.
Высокая коррозионная стойкость. Это факт. Однако, поскольку основными подшипниками применяемыми на велосипедах являются гибридные разновидности, дорожки качения будут по-прежнему ржаветь. Они и ржавеют. Во вторых, хороший стальной промышленный подшипник имеет пару пыльников и заполнен средневязкой смазкой. При постоянной езде в грязь, регулярная смазка и проверка позволит избежать ржавчины и продлить срок службы обычных подшипников. Промывать керамический подшипник от песка и грязи нужно так же, как и стальной.
Керамика тверже стали и имеет более высокий модуль упругости. А вот это наиболее важное преимущество. Это означает, что при нагрузке и вращении шары деформируются меньше, следовательно, снижается тепловыделение и потеря энергии. Тепловыделение здесь не самое главное, поскольку колесо совершает всего 360 оборотов в минуту на скорости 40 км/ч и нагрев минимален. Снижение сопротивления качению, может быть более интересным.
Сколько конкретно? Вынужден огорчить. На таких скоростях хорошие стальные подшипники неплохо справляются со своей ролью и выигрыш против действительно высококачественного керамического подшипника незначителен (слово качественный здесь ключевое, поскольку сейчас их делают десятки китайских заводов по совсем смешным ценам и со смешным азиатским качеством). По данным независимой лаборатории Bike Testing, Inc. (условия тестирования неизвестны), типичные потери энергии в стальной интегрированной каретке среднего уровня (самый большой диаметр подшипника в велосипеде с максимальным сопротивлением) составляют до 4 ватт, в керамической версии около 0.5 ватт. Е сли речь идет о топовом гонщике на Tour de France, 4 ватта, это <1%. В колесах и классических ISIS-Octalink каретках выигрыш и того меньше, поскольку подшипники имеют значительно меньший диаметр и количество тел качения.
Есть еще одна характеристика шара, которую я намеренно оставил напоследок, это качество полировки. Западные материалы приводят такие сравнительные цифры. Качественный стальной шар имеет маркировку Grade 25, что означает неровность поверхности в пределах 25 миллионных долей дюйма. Стальной шар средней паршивости около 100-300 миллионных долей дюйма (Grade 100-300). Поверхность керамических шаров, с помощью плазменной полировки может достигать Grade 5. Это здорово, но качество обработки стальных дорожек качения значительно хуже, так что избыточная полировка такого уровня роли практически не играет.
гибридный китаец подозрительного качества
Подведем очевидные итоги. Гибридные керамические подшипники в шарнирах тормозов или в рулевой, вейтвинерская и маркетинговая блажь. Если вам выпало счастье и вы получили комплект качественных керамических подшипников для колес или каретки, хуже не будет. Тратить сумасшедшие деньги на керамику сегодня не стоит. Это замечательная технология и через несколько лет есть все основания ожидать как снижения цены, так и появления этих подшипников на компонентах среднего уровня X.9-7, XT-LX и пр. 1-2 ватта экономии для рядового велосипедиста ничто - на порядок больше сжирает растрепанная копна волос, две фары, багажник и бачок с водой. Естественный износ с лихвой перекрывается ценой: за 700 долларов, например, а именно столько стоит апгрейд керамики на колесах ZIPP, можно купить десяток сверхкачественных классических подшипников или килограмм-другой насыпных. Аналогичная ситуация и с повышенной износостойкостью керамики: цена настолько как правило высока, что не перекрывает стоимости даже нескольких замен классических подшипников.
И еще раз: керамические подшипники для велосипедиста не чудо и велосипед сам не поедет. Это просто материал, который долговечней и жестче привычной стали и в настоящий момент, применяется в основном в высокоточном оборудовании и в ответственных узлах под нагрузкой. Простая эволюция привычных вещей.
Итак, кто остается? Только упертые в граммы и доли ватта триатлеты, профессиональные раздельщики, трековики на часовых гонках и совсем безумные техновелофрики, которых от дорогостоящего апгрейда не останавливает даже угроза развода или личного банкротства.
Керамические подшипники в нашем форуме.
Источник: Даниил Кузнецов для birota.ru.
Перепечатке не подлежит
По материалам: Impact Bearings, Boca Bearing, ZIPP, CyclingNews, Engineers EDGE, Wiki, Park Tool
Ещё о керамике заявлено более гладкое и плавное вращение по сравнению с металлическими промами, но, честного говоря, установив каретку и систему и попробовав вращение на холостом ходу (без установленной цепи), субъективно, разницу в плавности вращения не ощутил 
Просто интересен практический опыт использования данного достижения в подшипниковой индустрии ...
Поэтому говорить о сравнении "катайского" керамического подшипника и "качественного" металлического - вопрос весьма спорный - очень уж велик шанс того, что сравиваться будут изделия практически одного и того же производителя и тут уже результаты могут быть не такие однозначные, как приводит автор статьи ... 
Ну да не беда - думаю как-нибудь, длинными зимними вечерами я в неё таки залезу 
