Po co używać wielu materiałów na tarczach?

Dlaczego w typowym trzypoziomowym korbie średniej klasy zewnętrzne pierścienie zewnętrzne (większe pierścienie) będą wykonane z aluminium, podczas gdy pierścień wewnętrzny (mały pierścień) jest chromowany?

Wydaje mi się, że gdyby aluminium wystarczyło dla jednego, byłoby wystarczające dla wszystkich.

Czy ma to związek z ilością siły przyłożonej do każdego pierścienia? Być może najmniejszy pierścień może być używany w sytuacjach wspinaczkowych, gdy rowerzysta stoi, więc w tym momencie na korbę działa najwięcej siły (a zatem potrzebujesz mocniejszego pierścienia)?

Jest to w rzeczywistości kwestia zwielokrotnienia siły zapewnianej przez każdą tarczę oraz rozmiaru / masy każdej tarczy.

Różnica siły

Proponujmy, tylko przez chwilę, że masz tarczę tak dużą, że jej promień jest prawie taki sam jak długość korby. Jeśli jeździec stanął na pedale podczas korzystania z tej tarczy (i przy użyciu prostych pedałów platformowych). Maksymalna teoretyczna siła na łańcuch będzie równa wadze rowerzysty. (Zakładając, że nie ciągnie za kierownicę).

Teraz pozbądźmy się tej niepraktycznej i absurdalnie dużej tarczy i zainstaluj bardziej realistyczną, która ma promień około połowy długości korby. Teraz, gdy jeździec powtarza poprzedni eksperyment, teraz maksymalna siła teoretyczna przyłożyła jego wagę * 2.

Jeśli powtórzysz cały eksperyment, ale tym razem z tarczą o promieniu 1/4 długości korby, maksymalna siła w łańcuchu wyniesie 4-krotność masy rowerzysty.

Oznacza to, że w prostym mechanizmie, takim jak mechanizm korbowy, siłę wyjściową można obliczyć jako:

OF = JEŻELI * (Ir / Or).

Gdzie IF = siła wejściowa, Ir = promień wejściowy, lub = promień wyjściowy. Promień to odległość od osi do punktu, w którym działa siła.

Jak można sobie wyobrazić, większość korb z mechanizmem korbowym ma dużą tarczę o promieniu mniej więcej połowy długości korby. Mniejsza tarcza jest o połowę mniejsza. W efekcie typowy potrójny mechanizm korbowy podwaja siłę wyjściową w małej tarczy względem największej.

Waga ma znaczenie

Jest to jednak tylko część tematu. Im większa tarcza, tym jest ona cięższa. Jest to również część obrotowa roweru, więc niektórzy mogą twierdzić, że jego bezwładność obrotowa miałaby znaczenie. Jak można się domyślić, tarcza CroMo jest cięższa niż Al.

Trwałość

To wciąż nie wyjaśnia w pełni tej decyzji, ale oto ona: aluminium zwykle ma mniejszą odporność na zużycie w wyniku tarcia niż stal. Na przykład, gdybyś musiał wyrównać nierówności w kawałku aluminium, zrobiłbyś to przy niewielkim wysiłku, w porównaniu do podobnej pracy nawet w przypadku stali miękkiej. Do tego dochodzi fakt, że nowy łańcuch w nowej tarczy sprzęga kilka zębów z pełnym kontaktem wałka, skutecznie rozkładając obciążenie między każdy punkt styku. Mała tarcza może zapewnić mniej punktów kontaktowych do rozłożenia obciążenia, co oznacza, że ​​każdy ząb jest poddawany większej części całkowitej siły przyłożonej przez jeźdźca i pomnożonej przez korbę. Oznacza to, że ząb w małej tarczy ponosi znacznie większe obciążenie niż ząb w dużej tarczy.

Współczynnik wykorzystania

Do tego można dodać dość subiektywny argument, że większość jeźdźców spędza więcej czasu na środkowej tarczy, być może na małej lub dużo skacząc między nimi, podczas gdy duża jest używana sporadycznie, zwykle podczas szybkich zjazdów, gdzie jeździec wygrał nie wykorzystuj swojej pełnej siły i nie na długo.

Wniosek

Wszystkie te argumenty sprawiają, że wybrane materiały stanowią dobry kompromis między wagą, trwałością i być może kosztem.

Małe i środkowe tarcze aluminiowe zużywałyby się zbyt szybko i byłyby podatne na zginanie w wyniku nieprawidłowej techniki zmiany biegów. Duża tarcza wykonana ze stali byłaby cięższa, a różnica byłaby łatwo zauważalna, trzymając zestaw korbowy w dłoni, więc zestaw korbowy z aluminiową dużą tarczą byłby najlepszym zakupem wśród tych dwóch.

Różnica masy między małymi zębatkami wykonanymi z tych materiałów byłaby mniej zauważalna, a kupujący może nie być tak zachęcany do zapłaty różnicy w cenie za tak małą utratę masy (przyrost?).

Aluminiowe małe tarcze mogą być bardziej odpowiednie dla profesjonalnych jeźdźców, którzy mogą być odpowiednio sponsorowani, więc wydawanie tarczy na wyścig nie jest wielkim problemem. Ponadto, on / ona może (najlepiej) mieć zoptymalizowaną technikę zmiany biegów (tj. Jeździec zidentyfikował swoje błędy techniki zmiany biegów i je poprawił).

Dobre pytanie! Istnieje kilka ważnych powodów różnych materiałów:

• Zużycie : stal trwa dłużej niż aluminium, gładka i prosta. Dlaczego więc nie zastosować stali na wszystkich pierścieniach? Większe pierścienie mają po bokach rampy, które ułatwiają zmianę biegów i nie mogą być obracane w miarę zużywania się pierścienia. Pierścień babci może, więc może trwać znacznie dłużej.

• Zgięcie / zginanie : Wraz ze wzrostem rozmiaru tarczy staje się ona bardziej podatna na zginanie i zginanie ze względu na moment obrotowy / obciążenie. Prosta stal zginałaby się dość łatwo, ale sposób, w jaki pierścienie CNC pozwala na większe podparcie pierścieni.

• Waga : stal waży więcej niż aluminium, tak samo w przypadku CroMo. W przypadku małego pierścienia różnica będzie znacznie mniejsza niż większego pierścienia.

• Koszt : Podobnie jak ładny rower ze stalową ramą w porównaniu z aluminium, lepszy materiał kosztuje więcej pieniędzy, może to być kąt oszczędności. (Uwaga: dotyczy to również innych materiałów, takich jak tytan).

Masz więc wiele powodów, dla których producent / sprzedawca ma różne materiały na pierścienie. Najprawdopodobniej jest to kombinacja powyższych i kompromis dla jednego lub więcej (większa waga w porównaniu do mniejszej siły itp.).

Głównie z powodu problemów z „ramieniem dźwigni” na zęby najmniejszego pierścienia przyłożona jest znacznie większa siła i muszą one być najsilniejsze. Sytuację pogarsza fakt, że siła rozkłada się na mniej zębów.

Dla # 2 wymienię wagę - z małym pierścieniem z aluminium zaoszczędziłbym bardzo mało wagi.

Jedno słowo: moment obrotowy. Znany również jako ramię dźwigni.

W tym przypadku ramię dźwigni stanowi różnicę w promieniu ramienia korby (do którego przymocowany jest pedał) i zębatki. My, jeźdźcy, mamy ograniczoną siłę, którą możemy przykładać do pedałów, tworząc moment obrotowy w ramieniu korby. Nasza bezwładność wytwarza siłę przeciwną przez łańcuch w wybranym pierścieniu zębatym. Przy wystarczających różnicach poziomu ramienia nasza siła ludzka może wytworzyć moment obrotowy, który może pokonać wytrzymałość materiału pierścienia łańcucha.

Tak więc, aby wytrzymać zwiększony moment obrotowy, najmniejsza tarcza jest zwykle wykonana z mocniejszego materiału, często stali.

AKTUALIZACJA: moderatorzy zażądali rozszerzenia. Oto jest

Moment obrotowy to „siła skręcająca”, którą właśnie my, jeźdźcy tworzymy, pedałując rower. Siła, jaką przykładamy do pedałów, może zostać zwiększona przez długość „ramienia reakcyjnego” - w naszym przypadku jest to długość środkowa ramion korby od wspornika dolnego do pedału ( s). Przednie koła łańcuchowe otaczają również tę samą oś. Różnica między naszym promieniem pedałowania a promieniem koła łańcuchowego polega na efektywnym „ramieniu reakcyjnym” lub „przewadze mechanicznej” dla danego koła łańcuchowego. Wraz ze wzrostem przewagi mechanicznej rośnie również moment obrotowy lub siła skręcania, które wytwarzamy z pedałów. Maksymalną przewagę mechaniczną uzyskujemy podczas pedałowania na zębatce o najmniejszym promieniu.

To podsumowuje nasze siły. Teraz słowo o materiałach. Względnie mówiąc, stal jest mocna i ciężka, a aluminium jest miękkie i lekkie. Jednak stopy i różne zabiegi modyfikują te natywne właściwości, zwykle z dodatkowymi kosztami. Najważniejsze jest analiza naprężeń / odkształceń zaangażowanych sił (momentu obrotowego) w porównaniu z nieodłączną wytrzymałością materiału. A potem jest budżet pieniężny, który wpływa na dostępne opcje i wybrane opcje. Przegląd kandydujących materiałów na koła łańcuchowe znacznie wykracza poza zakres tej odpowiedzi lub mojej obecnej wiedzy.

Wystarczy powiedzieć, że producenci zastosują najbardziej opłacalne produkty dla swoich docelowych odbiorców. Może to oznaczać różne materiały dla zespołów Tour de France, w przeciwieństwie do tego, co Ty i ja możemy uzyskać w lokalnych sklepach rowerowych.

Jeśli chodzi o koła łańcuchowe dla codziennych rowerzystów, sprowadza się do momentu obrotowego. Dwoma najtańszymi materiałami, które spełniają wymaganą odporność na naprężenie / odkształcenie, są stopy aluminium i stopy stali.

Należy zauważyć, że termin OP „chro-mo” odnosi się do stali chromowo-molibdenowej , zwanej również stalą chromolibową.