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我們今天來聊聊關于輪組的話題,正如題目所說,自行車輪組就像是一個懸掛系統。無論是什么材料,都會產生形變,并且形變改變后都會有個釋放應力的過程,就是材料本身會有恢復原狀的內力。能恢復原狀的叫彈性形變,而不能恢復原狀的就是塑性形變,我們經常談論的剛性,就是在描述彈性形變的大小,叫做應變量,就是材料受到外力時變化的程度。
通常情況下,當輻條受到100kgf的拉力時,輻條大約會被拉長1mm,這1mm就是輻條的應變量。反過來,車圈受到輻條的拉力,自身也會向內收縮大概十分之幾毫米。但是如果是使用的開口胎,在100psi的胎壓下,輪胎向內的的壓力則可以達到2200kg。車圈在強大的壓力下,也會收縮變小。所以輪組在使用開口胎時,輻條張力會下降,下降程度和車圈材質以及輻條和車圈所成的角度有關。
在車輪上,看似平靜,實際在使用中力的變化是異常繁雜的,哪怕是單獨坐上車上什么都不坐,輻條的受力也是一個不均勻的狀態。
【靜態下輻條張力變化雷達圖,底部具有可明顯測得的張力下降】
在縱向剛性上,車輪隨著狀態不同,無時無刻的都在發生著變化。自行車在靜止狀態下,實際自行車是被懸掛在輻條上的。以一名75kg的車手坐在車上為例,車輪上部的輻條張力會增加越15%,位于底部的輻條張力則會下降。而踩踏時情況會更為復雜,驅動條(從側面看,向后伸出的)張力會增加,而制動條(從側面看,向前伸出的輻條)則張力會相應的下降。
在橫向剛性上,輪組的剛性由車圈,花鼓和輻條之間所組成的三角區提供,三者組成的三角區的大小和形狀決定了輪組的側向剛性。
輻條的直徑,形狀,或者說橫截面也對彈性有一定的影響。比如以15g和14g(15G直徑1.8mm,14G直徑2mm)輻條為例,15G輻條雖然直徑僅減少了10%,但是橫截面積卻比14G減少了20%,不過彈性卻增加了20%。同理,更細的變徑輻條或者是破風輻條,也會提供更多的彈性,大約是14G輻條的2倍。雖然輻條的彈性在使用中不是一個決定性因素,但卻是一個不可忽略的存在。簡言之,相同配置下,直徑更大的輻條可以提供更多的橫向和縱向剛性,形變更小。
除了輻條自身的彈性,輻條的張力也很重要,正確的輻條張力是一個輪子正常,穩定運行的前提。張力過高會在應力集中點產生塑性形變,張力過低則會讓輪組不穩定。通過輻條張力變化曲線可以看到,當輻條張力在一定范圍內時,即使輻條張力會因為胎壓導致的輪框收縮而降低,即使會因為負重而降低,其改變的范圍也不會超過其彈性形變的范圍。所以我的建議是輻條張力范圍在100-130kgf之間最為合適(一般前輪較低,后輪較高,詳情后期文章會提到),雖然輻條的斷裂強度普遍都在300kgf以上(實際測試中普遍在280kgf就會出現縮頸,多數斷裂都是由于金屬疲勞或者不可觀測的細小裂紋導致),但是輻條應力集中點的疲勞程度則會受到張力高低的影響。
下面是車圈,車圈的重量和形狀都會影響到彈性的變化,其中形狀的影響更大。在高框車圈上,縱向的彈性更小,而底框車圈則在橫向剛性上更好。但是無論形狀如何變化,在車輪和地面接觸的位置上,輻條張力都會降低,在微觀上,車圈會有一個微微成W的變形,這會讓底部輻條的張力降低,兩側的輻條則會(相對的)張力增加。這種變化會在騎行中周而復始。
花鼓的形狀基本不會對車輪的彈性產生影響,但是法蘭盤的相對位置則會產生明顯的影響。這里只是談彈性,花鼓的重要性是不言而喻,所以就不過多展開了。
但是凡事都有兩面性,縱向剛性一方面提供了舒適性,但是過多的彈性又會增加滾動阻力并且會損失更多的能量。側向剛性則可以在轉彎處提供更多的指向性和牽引力,特別是在越野賽道,會影響到你的精準操控,而在公路車上則會影響到你的搖車和沖刺。
這些都很像是一個懸掛系統,實際在公路車上,你也確實可以感受不同輪組的不同彈性體驗,即使它們之間的差異是細微的。特別是近些年,車圈的形狀一再的改變,更寬的輪胎,更低的胎壓,縱橫比例更小的車圈,都在通過實際使用驗證其真實有效性。除了高速下的氣動性,更多的舒適性,平順性,吸震性都開始在輪組開發中占有更多的比重。
OK,今天的內容就到這里,我們下期再見,單車基械匠,給您帶來更多新奇,好玩,有趣,實用的單車知識。拜拜
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