Когда производитель выпускает новую модель велосипеда, часто повторяются заявления об улучшении жесткости, веса, комфорта или аэродинамики. Среди этих параметров жесткость является наиболее важным фактором, ключевым фактором, когда речь идет о том, чтобы сделать велосипед максимально эффективным. Однако это параметр, который скрывает за собой множество нюансов.
Жесткость как искусство заставить раму велосипеда вести себя так, как требуется
Когда производители приводят свои аргументы в пользу качества своих новых велосипедов, всегда присутствует ссылка на повышенную жесткость - параметр, о котором многие говорят, но мало кто понимает его значение. Однако, как это бывает с весом велосипедов, его слишком часто переоценивают, иногда большие показатели жесткости не всегда делают велосипед лучше.
Что такое жесткость
Прежде чем приступить к анализу значения этого параметра, сначала нужно уточнить, что такое жесткость. Согласно определению, обычно используемому в машиностроении, жесткость - это способность конструктивного элемента, в случае велосипеда - рамы, противостоять деформации, вызванной приложением силы.
Вот почему, когда мы говорим о жесткости, большинство людей сразу думают о силе, которую мы прикладываем к педалям, и о том, насколько сильно рама скручиваетсяя в боковом направлении при каждом нажатии педали.
Однако это только одна из сил, воздействующих на раму. Другие силы, такие как центробежная сила при поворотах или реакция на удар с неровностями, встречающимися на дороге, часто не принимаются во внимание.
Все эти аспекты должны быть приняты во внимание инженерами, разрабатывающими велосипеды, чтобы обеспечить велосипедам не только жесткость, но и правильную амортизационную способность.
В принципе, достижение максимально возможной жесткости не должно быть проблемой. Просто увеличивая толщину материала, особенно если этот материал обладает меньшей способностью к растяжению, достигается более прочная конструкция. Помимо материала, также важно поперечное сечение труб. Чем больше поперечное сечение, тем больше жесткость. Проблема в том, что это приводит к нежелательному увеличению веса.
Расположение углеродных волокон имеет важное значение. В настоящее время используются однонаправленные волокна, таким образом достигается высокая жесткостью в направлении укладки волокон, и очень малой в направлении, перпендикулярном волокнам. Это дает инженерам возможность добиться желаемого поведения в каждой области рамы.
Огромная вычислительная работа, которая сегодня в основном выполняется на мощных компьютерах с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов или FEA, с помощью которого вы можете генерировать сотни виртуальных каркасов и моделировать их реакцию на приложение различных сил.
Поэтому цель состоит в том, чтобы достичь баланса и добавить жесткости только там, где это важно. Для этой цели мы определяем несколько типов жесткости рамы велосипеда.
Невозмутимость при вращении педалей
Прежде всего, у нас есть тот, который обычно больше всего учитывается, - боковая жесткость, которую производители измеряют в своих лабораториях, прикладывая нагрузку к нижнему кронштейну, имитирующему усилие, прилагаемое при вращении педалей. Эта жесткость измеряет, насколько сильно деформируется эта область каждый раз, когда наши ноги нажимают на рукоятки, и интересно, что она высока, потому что, минимизируя боковое смещение, мы создаем результирующий вектор передачи наибольшего количества этой силы на заднее колесо.
Кроме того, задний треугольник также должен быть жестким, чтобы не деформироваться при получении нагрузок.
Это параметр, по которому те из нас, кто тестирует велосипеды, пытаются оценить, насколько легко байк может резко разогнаться, качество, которое особенно ценится альпинистами и спринтерами, которым требуется, чтобы байк выдерживал себя, когда они начинают атаку или сталкиваются с массовым финишем. Однако на крейсерских скоростях, при более скромных показателях мощности, подобных тем, которые генерируем мы, смертные, большинство современных рам имеют более чем достаточную мощность для эффективного кручения педалей.
Для достижения этой цели производители рам стремятся увеличить диаметр кареточного стакана. Стойки цепи также обычно слишком велики, особенно в их боковой части, хотя с учетом того, что колесная арка не пострадала. Все это дополняется асимметричным дизайном площади для выравнивания реакции на различные силы, создаваемые со стороны привода и с противоположной стороны; и расположение слоев углеродного волокна, которое максимизирует эти качества.
Точное вождение
Еще более важной и менее учитываемой является жесткость на кручение. Это определяет, насколько сильно рама изгибается под действием различных сил. Кручение, которое влияет на выравнивание обоих колес и, следовательно, оказывает явное влияние на управляемость велосипеда, особенно на поворотах.
При прохождении поворотов на высокой скорости велосипед прикладывает центростремительную силу к внутреннему радиусу поворота, в результате чего возникает центробежная сила, которую мы воспринимаем как желание вытолкнуть нас за пределы поворота. Это усилие неодинаково для каждого колеса из-за конструктивных различий между вилкой и задним треугольником, что приводит к смещению колес вдоль линии.
Чтобы велосипед не скручивался, производители специально усиливают вилки. Как пример: мы стали свидетелями появления конусных рулевых стаканов со штоками 1,5". Это также причина, по которой нижняя труба велосипедов имеет самое широкое сечение, поскольку она становится основной опорой для конструкции рамы.
Но есть еще один аспект, который следует учитывать. Боковая и торсионная жесткость должны быть сбалансированы друг с другом, чтобы рама работала оптимально без декомпенсации. С другой стороны, слишком большая поперечная жесткость осей может затруднить езду на велосипеде, когда асфальт не идеален, поскольку он подпрыгивает при каждом ударе. Вообщем, необходимо учитывать множество параметров.
Вертикальная жесткость
Если в предыдущих пунктах целью было достижение максимальной жесткости, то оказывается, что в вертикальной плоскости цель прямо противоположна: достичь достаточной жесткости, чтобы не вызывать эффекта подпрыгивания, но в то же время обладать достаточной способностью к изгибу, чтобы смягчить неровности рельефа.
Здесь, как и в случае с поперечной жесткостью, сечение труб и расположение волокон оказывают явное влияние, стремясь достичь идеального баланса между поглощающей способностью велосипеда без ущерба для поперечной жесткости.
Аспект, который традиционно влияет на аэродинамические велосипеды, поскольку профилированные трубы сами по себе имеют удлиненные участки в направлении движения, что увеличивает вертикальную жесткость, и сплющенные в поперечном направлении, что ухудшает боковую жесткость, прямо противоположную тому, что требуется.
Решение этой дилеммы было найдено с помощью укороченных профильных труб и явного увеличения поперечных сечений труб, что, с другой стороны, также влияет не только на вес, но и на аэродинамические характеристики.
Что делать, если велосипед слишком жесткий или слишком гибкий?
Как мы говорили в начале, сделать велосипед чрезвычайно жестким - простая задача с современными материалами, и если бы только это имело значение. Однако мало кто из нас продержался бы на таком велосипеде больше часа, не только из-за неровностей местности, которые быстро раздавили бы наши руки и спину, но и из-за чрезмерной скорости реакции на любой малейший жест, который заставляет нас поддерживать постоянное напряжение.
Этот тип велосипедов также вызывает в памяти воспоминания о постоянной борьбе с рулевым управлением за сохранение выбранной линии, что любой, у кого есть классический стальной велосипед среднего качества, в котором есть настоящие произведения искусства из этого материала, которые ведут себя роскошно, наверняка знает, что мы имеем в виду.
Из всего этого мы делаем вывод, что жесткость приветствуется в большинстве случаев, но всегда в нужной мере в каждой области рамы и при поиске идеального баланса между параметрами. В целом, общая жесткость рам явно увеличивается с годами, и требуется всего несколько нажатий педали на модели последнего поколения, за которыми следует столько же нажатий педали на модели, например, десятилетней давности, чтобы четко понять, как возросли знания, инструменты проектирования и качествовыбор материалов повлиял на поведение велосипедов.
Интересные статьи:
- Ремонт велосипедов в Челябинске. Оснащение сервиса инструментом ParkTool позволяет аккуратно и качественно обслуживать узлы Ваших велосипедов, исключая срывы инструмента и повреждение комплектующих во время выполнения работ. Использование в работе динамометрических ключей гарантирует правильную затяжку болтовых соединений. Применение тензометра при работе с колесами позволяет нам контролировать равномерное натяжение спиц, а значит мы можем собрать колесо максимально прочным.
- Купить покрышки Maxxis Maxxis — известнейший в мире производитель покрышек для различных автотранспортных средств, в том числе и для велосипедов. Компания Maxxis International (США) открылась в 1967 году, имея начальный капитал 6 миллионов долларов и 178 сотрудников. В это время компания производила шины для мотоциклов и велосипедов. С момента основания Maxxis очень тесно сотрудничает с японским производителем шин компанией Toyo и применяет все их передовые технологии.
- Велозапчасти Наш велосипед нуждается в обновлении. Будь то износом комплектующих или желанием обновить трансмисию. Может быть, вы хотите добавить яркости велосипеду или просто руль недостаточно широк. В нашем веломагазине вы найдете качественные велосипедные компоненты от лучших брендов. Вам нужно что-то для трансмиссии?