Ставят шарикоподшипники потому, что для велосипеда это самый простой и надёжный способ получить малые потери на трение при достаточной грузоподъёмности и хорошей живучести в грязи и воде. Если разложить по полочкам:

Что велосипеду нужно от опоры вращения

• Минимальное сопротивление при невысоких скоростях вращения (колёса ~ сотни об/мин, каретка ещё ниже).

• Способность держать смешанные нагрузки: в колёсах основная нагрузка радиальная (вес, удары), есть и осевая (квик, торможение; в рулевой — ударные осевые).

• Компактность и малый вес, чтобы не утяжелять узел.

• Ресурс и простое обслуживание: смазал/заменил — и поехал, плюс доступность стандартных деталей.

Почему именно шарики

• Катящееся трение меньше скользящего. Втулка-втулке (скольжение) требует устойчивой масляной плёнки и идеальной чистоты; у велосипеда режимы «пыль-грязь-вода» и низкие скорости — плёнка рвётся, потери и износ растут. Шарикоподшипник переводит движение в качение — потери в основном от малых деформаций контакта и вязкости смазки.

• Хорошо переносят перекосы. У шариков точечный контакт, они терпимее к небольшому несоосию рамы/узла, чем роликовые и особенно игольчатые, где контакт линейный и требования к геометрии жёстче.

• Держат комбинированные нагрузки. Пара шариковых (обычно угловой контакт) спокойно воспринимает и радиальные, и осевые силы — поэтому такие стоят в рулевой колонке, ступицах и каретках.

• Просто прячутся и защищаются. Стандартные уплотнения (сальники, пыльники) легко делают узел «долгоиграющим» без сложного обслуживания.

• Дёшево и взаимозаменяемо. Картриджи и «чашка-конус» — массовые стандартизованные решения: доступность, цена, ремонтопригодность.

Где и какие подшипники на велосипеде

• Ступицы колёс. Либо классика «чашка-конус» с регулировкой преднатяга, либо закрытые картриджи. Держат радиальные + осевые нагрузки, задают жёсткость и плавность хода колеса.

• Кареточный узел. Почти всегда закрытые картриджи; нужны умеренные потери и устойчивость к грязи/воде.

• Рулевая колонка. Угловые (чаще картриджные) шарикоподшипники — воспринимают сильные осевые удары при торможении и кочках.

• Педали и ролики переключателя. Компактные шариковые, потому что много оборотов, мало места.

Нюансы, которые часто упускают

• Преднатяг. Слишком затянул — выросли потери и износ; недотянул — люфт, «выбивание дорожек» (ложное бринеллирование), быстрая смерть рулевой/ступицы.

• Уплотнения и смазка — компромисс. Плотные сальники лучше защищают, но добавляют «липкости». На гонку их иногда меняют на лёгкие пыльники и более жидкую смазку, жертвуя ресурсом ради трёх ватт в плюсе.

• «Керамика» против стали. В чистой лаборатории разница в потерях есть, но в реальной пыли важнее правильный преднатяг, геометрия и качественные уплотнения.

Почему не втулки и не ролики повсюду

• Скользящие втулки (бронза/полимер) любят высокие скорости и стабильную масляную плёнку; на велосипеде они выигрывают лишь там, где ход колебательный и скорость мала (петли подвески, где часто стоят самосмазывающиеся полимерные втулки).

• Роликовые/игольчатые выдерживают большие нагрузки, но требуют точной геометрии и лучше работают при чистоте; их иногда применяют точечно (например, в механизмах свободного хода/трещотках), но для универсальных узлов велосипеда шарики дают более удачный баланс.

Итог: шарикоподшипники — оптимальный компромисс для велосипедной реальности: они дают наименьшие потери в типичных режимах, держат нужные нагрузки, не боятся умеренного перекоса, компактны, хорошо защищаются и стоят разумных денег. Поэтому их и ставят почти на все вращающиеся узлы.