Datos sobre la fricción: cómo los lubricantes y los sellos afectan la fricción de los rodamientos de cartucho

Oct 12, 2023

Fueron diseñados teniendo en cuenta las llaves. Los mecánicos de boxes en las carreras de ciclocross están empapados y fríos, sin el lujo de hacer ejercicio mientras lo hacen. La capacidad de tirar los dedos hacia atrás y tener las yemas expuestas le permite al mecánico tener suficiente destreza para trabajar en bicicletas y mantener las manos calientes y secas. Foto: Emily Zinn | Singletrack.com

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Friction Facts es un laboratorio con sede en Boulder, Colorado, que se especializa en pruebas cuantitativas de fricción mecánica de componentes de transmisión de bicicletas. Si bien algunos pueden descartar algunos de los hallazgos del laboratorio como triviales, los corredores que buscan hasta la última ventaja posible podrían sorprenderse de dónde podrían encontrar algo de velocidad adicional y cuánta está realmente disponible a veces. El último estudio de Friction Facts analiza cómo los diferentes lubricantes y sellos afectan la fricción de los rodamientos de cartucho.

Los corredores de contrarreloj han recurrido durante mucho tiempo a medidas extremas cuando se trata de obtener hasta el último ápice de velocidad de sus bicicletas, e incluso he visto bicicletas en el Tour de Francia corriendo sin sellos de rodamientos y con poca o ninguna lubricación de rodamientos. . De hecho, Evelyn Stevens rompió recientemente el récord de horas femenino con una bicicleta preparada a medida. Obviamente, una configuración de este tipo no augura nada bueno para la longevidad, pero cuando los componentes solo necesitan ejecutarse de manera óptima para un solo evento, ese pragmatismo a veces se descarta si hay segundos que ganar, pero ¿exactamente de cuántos segundos estamos hablando aquí? ?

El fundador de Friction Facts, Jason Smith, realizó una prueba exhaustiva de rodamientos de pedalier hace tres años y llegó a algunas conclusiones clave. Una fue que, si bien se pueden lograr algunas ganancias aquí, son bastante pequeñas, con solo 1,35 vatios de pérdidas por fricción que separan el mejor par de las peores muestras que se evaluaron. Otra, sin embargo, fue que los lubricantes (y posiblemente los sellos) jugaron un papel más importante de lo que Smith anticipó.

Para este estudio de seguimiento, Smith volvió a probar tres de los rodamientos de pedalier BB/PF30 de mejor rendimiento, incluidos los Enduro Bearings ZERO (0,45 W perdidos debido a la fricción), los cartuchos sin recubrimiento de CeramicSpeed ​​(0,42 W) y Gold. Carrera (0,29W). Luego, los lubricantes existentes se eliminaron por completo utilizando un limpiador ultrasónico y un solvente, y luego se reemplazaron iterativamente con siete lubricantes diferentes: un disulfuro de molibdeno en polvo seco, aceite para rodamientos Avid Slip R/C, aceite para rodamientos eléctricos 3 en 1, Phil Wood Tenacious. Aceite, grasa Shimano 'Premium', grasa Finish Line Extreme Fluoro y grasa CeramicSpeed ​​TT.

Smith evaluó el rendimiento de cada lubricante en dos niveles de "llenado" diferentes y también probó dos de los lubricantes con y sin sellos de rodamiento.

Todas las pruebas se realizaron con 52 kg/114 lb de carga radial por juego de rodamientos, lo que, según Smith, se correlaciona con un ciclista de 79 kg/175 lb que pedalea a 95 rpm y genera 250 W.

Antes de recopilar datos, Smith esperaba que los resultados de las pruebas se correlacionaran aproximadamente con la viscosidad del lubricante, siendo el lubricante seco el que produjera los valores de fricción más bajos, seguido de los aceites y luego las grasas. Sin embargo, eso no resultó como se esperaba, y es posible que algunos corredores y mecánicos interesados ​​en la velocidad quieran reconsiderar sus prácticas aceptadas.

El lubricante más rápido en realidad resultó ser la grasa 'TT' de CeramicSpeed, cuya consistencia similar a una espuma supuestamente se comporta más como un aceite de baja viscosidad bajo carga y redujo la fricción total promedio de los tres juegos de rodamientos a apenas 0,13 W, esencialmente nada. y solo un tercio de fricción que los rodamientos cerámicos híbridos sin recubrimiento CeramicSpeed ​​originales con grasa estándar "multiuso".

En un cercano segundo lugar quedó el aceite para rodamientos ultraligero Avid Slip R/C (0,15 W), seguido de la grasa Finish Line Extreme Fluoro (0,21 W) y luego el aceite para rodamientos 3 en 1 (0,23 W). ). Casi sin excepción, todos esos lubricantes registraron su mejor valor con tasas de llenado más bajas: 25 % para las grasas y una sola gota para los aceites.

La grasa notablemente espesa y pegajosa de Shimano funcionó como se esperaba con 0,39-0,46 W de fricción, dependiendo de la tasa de llenado, pero los resultados del Phil Wood Tenacious Oil fueron sorprendentes. Cinco gotas aumentaron la fricción medida promedio de los rodamientos cerámicos híbridos de alta gama probados a una friolera (comparativamente) de 0,79 W por par, aproximadamente a la par con un pedalier Shimano 105 económico, mientras que una sola gota aún tuvo un rendimiento peor que el aplicado en fábrica. Lubricantes con 0,47W de arrastre.

Smith también notó cierta inestabilidad inusual en el rendimiento de fricción del rodamiento mientras lo probaba con tasas de llenado más altas.

"Una condición llamada 'batido' puede ocurrir cuando hay demasiado aceite en un rodamiento", dijo a CyclingTips. "Al batirlas, parece que las bolas pueden deslizarse contra las pistas en lugar de rodar".

Mientras tanto, los resultados del lubricante seco de disulfuro de molibdeno fueron sorprendentemente mediocres con 0,58 W de pérdidas por fricción en promedio.

Los hallazgos de Smith sobre los efectos de las focas fueron más sencillos. Si bien los sellos agregaron más fricción cuando los rodamientos se lubricaron con grasa que con aceite (debido al arrastre viscoso entre la pista interior y el labio del sello), contribuyeron poco al arrastre general. En promedio, los sellos agregaron solo 0,02 W de fricción para los rodamientos lubricados con el aceite para rodamientos Avid Slip R/C y 0,11 W para los rodamientos lubricados con grasa.

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Smith limitó su estudio a los rodamientos de cartucho del pedalier del tamaño BB/PF30, pero basándose en experimentos anteriores, pudo extrapolar cómo cambios similares en los lubricantes podrían afectar los niveles de fricción en los bujes, en particular, los construidos con un par de rodamientos de cartucho en la parte delantera. y cuatro cojinetes de cartucho en la parte trasera.

Según Smith, estas configuraciones de buje generan aproximadamente 5 1/2 veces más fricción que un par de rodamientos de pedalier solos. Utilizando ese multiplicador '5,5x', Smith sostiene que reemplazar la grasa para rodamientos de fábrica por grasa CeramicSpeed ​​TT en ambos bujes y pedalier podría ahorrar hasta 2,5W.

Nuevamente, no estamos hablando de números enormes, pero el estudio de Smith sugiere que los corredores, y especialmente los corredores de contrarreloj, pueden encontrar algo de velocidad libre no sólo con un esfuerzo mínimo sino también con un costo muy bajo. Incluso la opción de alto rendimiento más cara probada, Finish Line Extreme Fluoro, se vende por sólo 15 dólares.

Sin embargo, esas reducciones de fricción reducirán la durabilidad a largo plazo, especialmente en condiciones climáticas más duras. Incluso con los sellos en su lugar, lo que Smith recomienda, según sus datos, reemplazar la grasa más espesa aplicada en fábrica con cantidades más bajas de una alternativa de menor viscosidad disminuirá la capacidad de los rodamientos para resistir la infiltración de agua. Además, ninguno de los lubricantes de alto rendimiento probados está diseñado para usarse durante períodos de tiempo prolongados. CeramicSpeed, por ejemplo, recomienda volver a aplicar su grasa para rodamientos TT después de sólo 1000-2000 km.

Aun así, 2,5W no significan nada para el ciclista medio. Es demasiado poco para sentirlo y a la mayoría de nosotros no nos importará si un amigo nos adelanta en una parada de café por una distancia de una bicicleta. Los corredores en plena forma pueden entrenar durante semanas para lograr esas ganancias fisiológicamente; sin embargo, el ciclista teórico de 250 W de Smith puede ganar aproximadamente seis segundos en una contrarreloj plana de 40 km ahorrando un solo vatio de fricción, y por unos pocos dólares y un poco de esfuerzo, eso. no está nada mal.

Para descargar el informe completo y el protocolo de prueba detallado, visite www.friction-facts.com.