【原】有的自行車從不掉鏈子 | 專欄

昵稱71360118 2020-09-01

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【編者按】張向東的700bike，拋開產(chǎn)品本身,，除了滿滿的情懷,，還將皮帶傳動(dòng)帶回了我們的視野。雷鋒網(wǎng)作者是一名資深騎行愛好者,，來與你們談?wù)勱P(guān)于鏈條傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)的那些事兒,。

由于自行車結(jié)構(gòu)的原因，我們踩踏的動(dòng)力需要從主動(dòng)輪（牙盤）傳遞到從動(dòng)輪（后輪上的飛輪）,，在機(jī)械工業(yè)中,，對于這種大中心距的傳動(dòng)方式常見有鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)兩種（以下稱為鏈條傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)）。

那么,，為什么在自行車領(lǐng)域,，但是絕大部分的自行車使用的都是鏈條傳動(dòng)，而鮮有皮帶傳動(dòng)的產(chǎn)品呢,？

那么首先讓我們看一看兩種傳動(dòng)方式的結(jié)構(gòu),。

鏈條傳動(dòng)由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和繞在兩輪上的閉合鏈條所組成,，它靠鏈條與鏈齒之間的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,。

在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷逆湕l大都為滾子鏈,。滾子鏈由內(nèi)鏈板、外鏈板,、銷軸,、套筒和滾子組成，內(nèi)鏈板與套筒間,、外鏈板與銷軸間均為過盈配合,，套筒與銷軸間則為間隙配合，形成動(dòng)聯(lián)接,。工作時(shí)內(nèi),、外鏈節(jié)間可以相對撓曲，套筒則繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),。為了減少銷軸與套筒間的磨損，在它們之間應(yīng)進(jìn)行潤滑,。滾子活套在套筒外面,，嚙合時(shí)滾子沿鏈輪齒廓滾動(dòng)，以減小鏈條與鏈輪輪齒間的磨損,。內(nèi),、外鏈板通常為8字形，以使鏈板各橫截面的抗拉強(qiáng)度大致相同,，并減輕鏈條的重量及慣性力,。

在明白了滾子鏈和鏈輪的結(jié)構(gòu)之后我們就不難理解鏈條傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

鏈條傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：

1,、可以有較大的中心距的情況下傳遞動(dòng)力,。
2、能在低速,、重載和高溫條件下的不想環(huán)境中工作,。
3、傳動(dòng)比精確,、可靠,，可傳遞較大功率。
4,、張緊力小,，軸與軸承所承受的負(fù)荷較小。
5,、傳動(dòng)效率高,，可達(dá)95%~98%。

雖然鏈傳動(dòng)擁有十分明顯的優(yōu)點(diǎn),，但缺點(diǎn)也是顯而易見的：

1,、由于潤滑油的存在,，鏈條容易臟、維護(hù)和清潔較為麻煩,。
2,、材質(zhì)通常是鋼，容易生銹,。
3,、維護(hù)不當(dāng)會(huì)磨損會(huì)讓加劇，嚴(yán)重影響使用壽命,。
4,、鏈條的長度為鏈條節(jié)數(shù)的整數(shù)倍數(shù)，無法隨意調(diào)節(jié)長度,。

對于中心距較遠(yuǎn)的動(dòng)力傳輸,，除了鏈條傳動(dòng)外，在工業(yè)中常見的另一種傳動(dòng)形式就是皮帶傳動(dòng),，通常由主動(dòng)輪,、從動(dòng)輪和張緊在兩輪上的環(huán)形帶組成。

和鏈條傳動(dòng)主要靠的嚙合力驅(qū)動(dòng)相比,，常見的帶傳動(dòng)通常是由張緊的皮帶和主,、從動(dòng)輪之間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)。

雖然長度可以任意選取,、結(jié)構(gòu)也比較簡單,，但是如果皮帶的張緊力不夠，皮帶就容易打滑,，這在自行車中容易造成危險(xiǎn),。如果張緊又會(huì)讓軸和軸承上受力較大，也會(huì)降低傳動(dòng)的效率,。

（Gates Carbon Drive的同步皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)）

于是在自行車中,，我們需要另一種特殊的皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)：同步帶（以下稱為同步皮帶）。

同步皮帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)表面設(shè)有等間距齒的封閉環(huán)形膠帶和具有相應(yīng)齒的帶輪所組成,，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，帶的凸齒與帶輪齒槽相嚙合，來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,，與鏈條傳動(dòng)有著異曲同工之妙,。

相對于普通的帶傳動(dòng)系統(tǒng)，同步帶皮帶具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1,、工作時(shí)無滑動(dòng),，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。
2、傳動(dòng)效率高,，最高可達(dá)98%,。
3、傳動(dòng)比范圍大,，結(jié)構(gòu)簡單,。
4、噪音小,、耐磨性好,、無需油潤滑、在惡劣環(huán)境下也能正常工作,，幾乎免維護(hù),。

看起來同步皮帶不僅具有鏈條傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，還具有許多鏈條式傳動(dòng)所不具有的運(yùn)行安靜,、免維護(hù)等更為突出的優(yōu)點(diǎn),，但為什么同步帶傳動(dòng)卻并沒有被廣泛的用于自行車中呢？

在運(yùn)動(dòng)自行車類別中,，同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)沒能得到廣泛應(yīng)用的原因似乎很簡單,。因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)自行車所使用的多級(jí)變速系統(tǒng)中，鏈條在前,、后撥變速器和張鏈器的作用下,，可以給車手帶來大范圍的傳動(dòng)比以滿足不同路況的需求,。

（變速自行車中的速鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)）

同時(shí)鏈條彎折角度大,、可以略微傾斜使用的特點(diǎn)也是皮帶所不具有的。

再者,，皮帶式傳動(dòng)由于材質(zhì)限制和強(qiáng)度的需要,，無法做得像鏈條那樣又窄又結(jié)實(shí)，而且?guī)鲃?dòng)的主,、從動(dòng)輪的平面要保證在同一平面內(nèi),，否則會(huì)造成同步帶的磨損加劇甚至脫落的情況。所以同步皮帶傳動(dòng)通常只出現(xiàn)在單速傳動(dòng)的自行車上,，雖然市面上也出現(xiàn)了一些可以通過單速傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速的內(nèi)變速系統(tǒng),，但是由于內(nèi)變速結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較重而且傳動(dòng)效率較低,，同時(shí)價(jià)格也較為昂貴等原因一直沒有被廣泛應(yīng)用,。

但是為什么在單速車中，采用皮帶傳動(dòng)的產(chǎn)品依然屈指可數(shù)呢,？或許從Gates Carbon Drive皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品中我們能夠得到答案,。

Gates是一家剛剛涉足自行車行業(yè)的老牌皮帶傳動(dòng)提供商，Gates Carbon Drive系統(tǒng)則是Gates專門為自行車研發(fā)的皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，國外的Friction Facts（摩擦的事實(shí)）對這種傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了傳動(dòng)效率測試,，Gates Carbon Drive的皮帶傳動(dòng)在典型情況下只比鏈條傳動(dòng)增加了1W左右的功率損耗,，而且皮帶系統(tǒng)在超過208W之后會(huì)變得更加高效。

這點(diǎn)傳動(dòng)效率的差異對大多數(shù)騎行者來說并不會(huì)感到有什么差別,。但是我們無法忽略另一個(gè)細(xì)節(jié),，鏈條傳動(dòng)的典型拉伸力度為2磅，而Gates Carbon Drive皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)的建議預(yù)拉伸力為85磅,，以防止在發(fā)力時(shí)打滑,。（試想一下，你的自行車的中軸和后輪軸上無時(shí)無刻都有一個(gè)40公斤的拉力,，車架會(huì)有怎樣酸爽的感受,？）

作為一種大眾化的交通工具，自行車在設(shè)計(jì)上力求簡單和低成本,、如此高的預(yù)拉伸力對于采用鏈條傳動(dòng)的車架來說是個(gè)不小的考驗(yàn),。并且與現(xiàn)有大批量化生產(chǎn)的低成本鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)系統(tǒng)相比，無論是更換整個(gè)新型傳動(dòng)系統(tǒng),，還是重新為高預(yù)拉伸力重新設(shè)計(jì)車架都最終都會(huì)導(dǎo)致制成本的上升,。

總體看來，傳動(dòng)效率不是問題,，成本才是讓許多自行車廠商們放棄了皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)的主要原因,。

目前，皮帶傳動(dòng)在自行車中的應(yīng)用較少歸根結(jié)底還是由于研發(fā)廠家不夠成熟,、配套設(shè)施不完善,，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高。

不過安靜,、輕便,、可靠和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)吸引了許多公司開始著手研發(fā)低成本的皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)，由此我們可以預(yù)見,，當(dāng)技術(shù)成熟和批量化生產(chǎn)等問題解決之后,，采用皮帶傳動(dòng)自行車的大規(guī)模生產(chǎn)只是時(shí)間的問題。