なぜ自転車のボールベアリングだけですか？

一般に、ボールベアリングは、接触面積が小さく摩擦力が小さいため、高速で適用できますが、ローラーベアリングは、接触領域に加えられる負荷が接触応力を小さくするため、より大きな負荷を運ぶことができます。
-機械工学設計の原則、Liubomir Dimitrov

自転車の用途では、高速でも高負荷でもありません（車や産業機械と比較して）。ただし、水と汚染物質がベアリングに浸透しても、「接触応力が小さい」とベアリングの耐用年数が大幅に長くなると思います。そして、自転車のローラー（ピン）ベアリングについて聞いたのは、まだ誇大宣伝されているレフティだけです。

玉軸受は、自転車などの小さな摩擦が問題にならないヘッドセットなどで、排他的に使用されるのはなぜですか？

あなたの仮定のいくつかは間違っていると思います：

1. 高速ではありません：リムダイナモは10,000 rpmまでの非常に高速で回転します。これには設計者の努力が必要です。通常、これらのドライブホイールの半径は約1 cm、または円周は3 1/3 cmで、1メートルあたり30回転です。10m / s（30kph）では、300rpsまたは18000 rpmを意味します。これが、使用時にこのような高音のうなり音を出す理由です。
2. 高トルクなし：165mmのクランクに立つ100kgのサイクリストは、0.165mで約1kN、つまり165Nmを発揮します。それは中型車に匹敵するトルクです。私は4輪ロードバイクの駆動システムに8mmの高張力ボルトを繰り返しスナップし、それを工業用フリーホイールに交換することは、私が見つけることができる最高定格のユニットを2台購入することを意味しました（250Nm定格のドイツのコンベアベルト部品）
3. 高負荷なし：後部ラックに50 kgのツーリングサイクリストに加えて、体重100 kgの半分に加えて、直径10 mmの中空後車軸に100 kgまたは1 kNの負荷をかけます。これらの車軸とそれらが支えるドロップアウトは、負荷に耐えるために硬い鋼で作られている必要があります。車やトラックの耐荷重部品は、通常、はるかに柔らかい鋼で作られています。
4. ボールベアリングのみが使用されます。最新の密閉ボトムブラケットは、多くのヘッドセットと同様に、一般にローラーベアリングまたはニードルベアリングを使用します。内歯ハブは長年ニードルベアリングを使用してきました。シェルドン・ブラウンは、例えば彼の用語集でころ軸受について説明しています。

答えは、自転車にさまざまなタイプのベアリングが使用されており、今後も使用される可能性が高いことです。繰り返しになりますが、シェルドンは数年前のシマノのハブギアのニードルベアリングについて議論していますが、それらはまだマーケティングで言及されています。

自転車に固有ではないが、特に自転車に関連する問題の1つは、より正確なベアリングがグリットや損傷に対して脆弱であることです。したがって、特にニードルベアリングは、設計範囲外のほこり、砂、および力から慎重に保護する必要があります。残念ながらサスペンションユニット内でそれを行うのは難しく、前回キャノンデールを見たときに問題が解決していませんでした（わずか10Mm後に私のヘッドショックは維持できません。彼らは非常に迅速に無用にすり減る）

しかし、たとえば、ハブやヘッドセットの内部では、驚くほど素晴らしいことがあります。たとえば、Alfine 8で20Mmに乗った人と問題なく話しました。

まず、高速についてのコメントに同意しません。最高速度のベアリングはプレーンです。フルサイズの自動車エンジンのクランクシャフトベアリングはプレーンですが、ラジコンモデルではボールベアリングが使用されます。速度（rpm x直径）が高い場合、オイルウェッジ効果はシャフトを中心に配置する傾向があります（流体潤滑）。これは、オイルを圧送するとさらに強化されます。

ストレートローラーベアリングはラジアル荷重のサポートには優れていますが、アキシャル荷重のサポートには役立ちません。軸方向の負荷がない場合（たとえば、スライディングスプラインを介して直接、またはベルトドライブを介してエンジンで駆動される発電機）、それらは適切なソリューションです。ほとんどの自転車アプリケーションでは、軸方向の力が存在するため、合計3つのベアリングを考慮する必要があります。ローラーと、2方向のそれぞれの軸方向スラストです。（アプリケーションによっては、小さな軸方向のスラスト用の滑り軸受を見つけるかもしれませんが、自転車では考えられません。）

ボールベアリングは製造がはるかに簡単で、2つのボールベアリングが優れた万能ジョイントを形成します。自転車の車輪では、2つのベアリングは車軸の端にあり、可能な限り離れています。これは、車輪に加えられる非軸トルクに抵抗するために必要な場所です。この点で、ローラーベアリングの中央部分は何もしないので、両端に1つずつの2つのローラーベアリングと、軸スラスト用の追加のベアリングが必要になる場合があります（複雑になりませんか？）軸の両端に単一のボールベアリングを持ち、円錐形であるため、半径方向と軸方向の両方の力に耐えることができます。テーパーローラーベアリングは存在しますが、ローラーをガイドするのに役立つケージが必要です。これにより、ホイールに4つのベアリングが不要になりますが、他の複雑さが増します。

最後に、ヘッドセットには間違いなく何らかの減摩ベアリングが必要です。巨大な非軸トルクがあります：ブレーキをかけるとき、それらが押し戻されるときを除いて、あなたの体重がフォークを前方に押し上げようとしています。適切に操縦できるようにするには、そこをスムーズに移動する必要があります。損傷したヘッドセットで自転車に乗ろうとした人は誰でも、それは可能ですが、不快で危険なことを知っています。

現在の回答では、ボールベアリングを使用する多くの技術的理由が示されていますが、他の種類のベアリングが自転車で使用されることもあることに注意してください。

しかし、彼らは最も重要な要素を見逃しています。 ボールベアリングは安いです！

ローラーベアリングを使用する多くのボトムブラケットに密封されたカートリッジベアリングがあります。ヘッドセットでも一般的です。ボールベアリングは、10年ほど前まではもっと広く使われていました。しかし、まだペダルとハブで一般的です。

ローラーベアリングとボールベアリングは効率的です。PTFEブッシングなどの車輪にプレーンベアリングを使用すると、自転車は機能しますが、ペダルを踏むと少し重くなりますが、あまり面白くありません。自己共振に入り、低すぎる自我周波数の場合は揺れ始めますが、その部分は多くの詳細設計に依存します。メタルブロンズベアリングを使用できますが、潤滑が必要です。

ヘッドセットには通常、ボールベアリングも使用されます。古い自転車のヘッドセットのトラストボールベアリングを自家製のデルリン（アセタールプラスチック）ベアリングに交換したところです。古いものは錆びており、新しいものが少し高価だったためです...結果：はい、デルリンプレーンベアリングはヘッドセットで正常に機能します。ボールベアリングと同じように厳密に希望する場合は、回転させるのが重くなりますが、問題はありません。 -セット、これはおそらくボールベアリングが通常使用される主な理由です-硬くて滑らかになります-そしてあなたはコントロールを感じるでしょう。