公路车后轮侧向刚性、驱动效率的探讨

原发链接: http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404129533161786011


有网友跟我说:轮组性能用测试数据化去量化,可以量化吗?这个可能需要针对针的探讨才行
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注:文章先发出,后续再修正可能出现的错误不严谨内容。
限定条件:公路自行车轮组、后轮、竞赛用途、性能
公路车后轮的性能,现在常可以见到的说法,常见的性能指标,侧向刚性,径向刚性。当然水军评测软文的用词就是:轮组硬、轻、大力摇车不蹭刹车皮、加速不拖脚之类的用词,早前软文还常说起步很轻,现在似乎没人再说了。
公路车轮组刚性的数据和测试,尤其侧向刚性,国外有很多文章和参考,这些是国内轮组圈内常引用的技术理论根据,在前几天一个讨论中被多次用之举例,这里我不是针对引用之人以及任何之前引用,只是举例说明现状,另外由此而扩展开这些话题。相关链接:
1、《【汉化组】轮组强度大起底》 https://tieba.baidu.com/p/3147864598?share=9105&fr=share
2、《【公路车吧汉化组】轮组刚性测试(上)》
https://tieba.baidu.com/p/2552290312?share=9105&fr=share
3、《【公路车吧汉化组】轮组刚性测试(下)》 https://tieba.baidu.com/p/2554700286?share=9105&fr=share
4、《钢丝拉更紧,轮组刚性会更强吗? 》 http://bbs.77bike.com/read.php?tid=132129&page=1
链接 4 中,在30楼回复,光光 版主对老外的测试提出了质疑。其实其中还有很多问题是值得质疑的。另外,也要提一下我之前写过的文章:
5、《 大组公路车轮组辐条拉力高低优劣的引论和反证》 http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404009422803310886&mod=zwenzhang
在以上的内容中,包括国外的测试,我们都可以对其测试条件质疑。比如:全部都没有安装轮胎,缺失胎压的影响。轮组辐条数的影响没有说明之类的。而在这一文章里,我主要说侧向刚性,我想老外的那些测试都缺失对测试外力施加的点的说明,外力施加点的不同,侧向刚性的值也会不一样,用一个数据去说明一对轮组的侧向刚性?我认为首先这就是个扯淡、忽悠。
如下图:多个红点的位置,外力施加点不同,轮组的侧向刚性一定是不同的,而且外力施加点我认为是不能随机的,那么以上老外的一些结论,也就根本带着一种误导作用。



另外,轮圈框自身也是可能发生一定的形变的,以碳刀轮圈的切面几何来说,车身倾斜的时候,轮圈受力点在非左右对称的位置,这时就存在可能产生一定的局部扭曲变形,这种变形是一种什么样的影响呢? 影响就是 【即便轮组侧向刚性并不高,也未必会蹭刹车皮】,所以要说,仅这一种情况为由,就不能认为蹭刹车皮即证明轮组侧向刚性不好。但是,这种变形,对于轮组的驱动作用有多少影响?或者几乎并不影响?



一个公路车后轮的性能,限定其他附加条件为相同后,轮组的驱动性能到底取决于什么?从轮组的各个配件所构成的结构上说,在径向扭转方向的各个构成部分来说,最容易发生变形的就是辐条,而为了让辐条更不容易发生变形,就是要在辐条自身拉力极限值之内,辐条拉力尽量高。当然自行车毕竟是人力驱动的,按照我的经验来说,24辐条数的交叉编制后轮,150kgf的辐条拉力已经很难产生足以影响轮组驱动刚性的形变了。

一个技术点的讨论,也是需要一定的反推,假设限定后轮驱动侧辐条拉力150kgf,那么这一项作为固定条件时,就需要轮圈、辐条、辐条帽都足以满足150kgf拉力的需求,不会因150kgf拉力轮圈在静态下就变形等问题。
后轮的侧向刚性,某种程度上说,有可能影响轮组摇车是否蹭刹车皮,有可能影响摇车轮组的刚性,还有可能影响轮组压弯的稳定性等等。然而,轮组侧向刚性的,影响因素就复杂得多,轮圈框高及刚性、偏心等、辐条刚性、辐条拉力、花鼓几何,辐条编法等。我可以把一些参数再假设为可以相同的条件去探讨其他区别,比如:辐条假设都用sapim cx-ray,轮圈都可以保证辐条拉力较高,例如在140kgf下保持刚性稳定,并且辐条拉力都设定在后轮驱动侧140kgf,轮圈也都为非偏心轮圈。那么余下的条件,也就是花鼓几何及其编法的区别了。
这里还会有一个扩展问题,就是弯头与直头花鼓的区别,也不想太多的探讨,也不想过多评什么“你踩不出区别”之类的话,按照某位朋友的说法,在500W功率爬坡的时候再去体会辐条弯头与直头的区别。另外就是,直头辐条驱动效率更好,这是基础原理的东西,你踩不出区别你就认为没有?这是中国式的**逻辑,还是你要怪罪神没有赋予你500W功率的能力吗?
而直头花鼓,花鼓几何及其编法是由花鼓所决定的,抛开编法,花鼓几何数据的重点是哪里?
有过使用CAD的简单功能计算辐条长度的人,或者其实很多编轮爱好者都知道,直头交叉类编法的花鼓,大法兰盘在三维的计算中,对驱动侧辐条角度的改善作用非常小,也就是很多轮组介绍所说的“超大法兰盘改善肺驱动侧辐条拉力”说法,我认为是噱头没意义的。
也有的轮组厂商,盲目的把花鼓几何数据极限化,超宽法兰距,认为法兰距越宽就有越高的侧向刚性。就以如下图中蓝色字的WR及WL,把WL的数值盲目加宽到50mm以上,认为加宽的法兰距就可以为轮组提供更高的侧向分力,从而刚性就更好。然后事实不是那样的,一个轮组非驱动侧辐条的侧向分力多少,是由右侧即驱动侧所决定的,因为WR值的严重受限,驱动侧辐条拉力拉得非常高,辐条的侧向分力也仍然很低,所以为了保证轮圈的正心度,非驱动侧辐条的侧向分力,并不会因为法兰距的加宽而提升。而一个相反的情况是,同等情况下由于法兰距加宽,WL值的增加,非驱动侧辐条拉力角度的变化,辐条拉力会降低。所以,在这一段文字内容下,每个人有判断的人至少应该知道,单纯的法兰距的增加并不一定会为轮组提升侧向刚性的提升。



花鼓几何的WR及WL,这对于一个对轮组技术有深刻理解的人会知道,这两个数值才是一款花鼓几何数据的精华所在。WR值由于塔基长度的限定,如上图标示方法的WR=17mm,这已经是极限的长度,而很多花鼓几何设计差的,WR值仅有14.5mm。WR值长度的这一点点变化,很多有手工编轮调轮经验的人是知道的,会严重非驱动侧辐条拉力大小,甚至可能达到30kgf以上差距。
由图即可知,花鼓WL值的可变化范围是比较大的,也有国内轮组技术爱好者做过专门的研究,比如77bike论坛光光的帖子《关注花鼓几何,从WR到WL》 http://bbs.77bike.com/read.php?tid=142163 国内研究者,相对于国外的研究并没有一个数据量化的结论,但我觉得这反而是对技术和原理更严谨负责的,因为自行车轮组这样的一个不确定因素非常多的东西,很多方面本来就是无法量化的。 由光光的研究中,我也认为,花鼓WL值是在一个范围内是最佳的,用不确切的容易理解的白话说:轮组的侧向分力大小是固定的,如果一味的求侧向刚性,非驱动侧辐条拉力会很低,轮组不够稳定。
我们说一对编制好的轮组,静止时辐条的预拉力尽量做到同一侧拉力均匀一致,但骑行中有了负重是不一样的,骑行中假设某一刻的静止状态,轮组下半部分辐条拉力降低,上半部分拉力升高。而预拉力就是为了在下半部分辐条拉力降低时,仍然能够有足够的拉力,以应对轮组的各方向的稳定及刚性的需求。这个刚性和稳定的需求,对于不同体重骑士 、不同功率输出的骑士 、甚至比如骑行摇车幅度不一样的骑士,需求都会有或大或小的差别。
那么本文提及的几个链接中,国外机构的侧向刚性数据,到底对轮组的性能,可不可以做为指标性的数据呢?我认为仍然不能,或者说不能单独拿出来作为轮组性能的指标数据。因为机台测试数据的侧向力,是由外力直接施加在轮圈上。然而轮组的驱动力,却是由花鼓经辐条传递,所以如果测试刚性数据高而轮组非驱动侧辐条拉力低,那么轮组在运动中,驱动力及侧向力必然会在辐条传递的过程中,由于辐条的变形而损失或者不稳定。所以非要用测试数据说事,也起码要补充实际环境下的多个点的侧向刚性测试,另外还要配以辐条拉力值数据相辅,两项数据一起去作为指标数据,或许参考性就更可靠一些。
那么文章极少提及的径向刚性、驱动效率呢?径向刚性(变形)方面我基本认可老外的测试,径向刚性没有什么实际的意义,不多说。那么说说驱动效率,花鼓几何搭配不同框高的轮圈后,辐条在径向与轮圈切线产生不同的切角,与花鼓产生不同的DR值,这些都会影响轮组的驱动力臂、径向的驱动分力,从而也就会影响驱动效率,而这些,与轮组的径向刚性是没有必然联系的。






辐条拉力径向示意

由上,轮组的性能指标,在我看来是无法量化的。那么评价一个公路车后轮,直观的数据比如重量,另外当轮圈、花鼓几何、编法、辐条数等等在合理搭配之后,再有较高的辐条拉力值及均衡度,我们就可以推测说这个后轮的竞速性能会很不错的,具体多好?那还是留给骑士的相同条件下的功率等骑行数据去验证吧!





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