Ilmu di sebalik jejari

Isi kandungan:

Ilmu di sebalik jejari
Ilmu di sebalik jejari

Video: Ilmu di sebalik jejari

Video: Ilmu di sebalik jejari
Video: Буэнос-Айрес - Невероятно яркая и душевная столица Аргентины. Гостеприимная и легкая для иммиграции 2024, Mac
Anonim

Wira basikal yang tidak didendang, kami rasa sudah tiba masanya jurucakap mendapat penghormatan yang sewajarnya

Lembar dawai nipis ini melakukan kerja yang sukar tanpa henti, diregangkan dan dimampatkan berulang kali dengan setiap pusingan roda kami. Ia juga membawa daya pecutan mengayuh dari hab ke rim roda dan menghantar daya brek juga. Peranan mereka dalam hakikat bahawa kita boleh menunggang basikal sama sekali hampir ajaib - helai nipis yang menyokong beban yang begitu besar. Oleh itu, kami merasakan sudah tiba masanya untuk orang yang rendah hati bercakap mengambil pujian, di mana semua beban perlu dibayar.

'Kehebatan roda jejari ialah ia boleh memindahkan daya yang selalunya sangat besar yang dicipta oleh penunggang, basikal dan permukaan jalan yang berbeza-beza ke dalam rod kurus ini, setiap satu dimampatkan secara sistematik semasa roda berputar dan beban dipindahkan dari seseorang bercakap dengan yang lain, dan seterusnya, ' kata Profesor Mark Miodownik, pengarah Institut Pembuatan di University College London, pengarang Stuff Matters, penyampai TV dan penunggang basikal yang berminat. Dia meneruskan, 'Ini cara yang cantik untuk mengoptimumkan berat, kos dan prestasi roda.'

Jejari, sekali dalam keadaan tegang, pada dasarnya menguatkan rim menggunakan hab sebagai penambat pusat. Dalam senario dunia yang sempurna, setiap jejari menarik dengan ketegangan yang sama untuk mengagihkan beban secara sama rata ke seluruh roda sambil juga memegang rim benar dan bulat. Jejari mesti menyokong roda terhadap lentur sisi dan ubah bentuk rim dan juga menahan roda secara berkesan dihimpit oleh beban menegak (mampatan jejarian). Tiada tugas kecil. Tidak hairanlah bahawa sejak kemunculan roda, sangat sedikit penyelesaian lain yang telah diterokai.

Ketegangan Bercakap

Dt Swiss bercakap
Dt Swiss bercakap

Kini keadaan mula menjadi teknikal, dan anda tidak akan bersendirian jika perkara berikut agak mengelirukan dan berlawanan dengan intuisi. Terdapat perselisihan sengit mengenai sama ada basikal yang berkuat kuasa tergantung pada jejari atas (yang berada di atas hab semasa anda melihat basikal dari sisi) atau sebaliknya sedang disokong oleh yang lebih rendah, bertindak seperti tiang kecil.'Pandangan terakhir, walaupun nampaknya ganjil, adalah benar-benar berlaku,' kata Jim Papadopoulos dari Kolej Kejuruteraan Northeastern University di Boston, Amerika Syarikat, dan pengarang bersama Sains Berbasikal.

Walaupun mudah untuk mempercayai jejari basikal hanya akan runtuh di bawah berat basikal dan penunggang, dia terus menjelaskan bahawa ketegangan yang tercipta dalam jejari semasa proses pembinaan roda (dipanggil 'pra-tegangan') ialah apa yang membolehkan jejari yang lebih rendah untuk menanggung beban tanpa lengkok, seperti yang mereka lakukan jika tiada pra-ketegangan. 'Setiap jejari pada roda yang tidak dimuatkan mempunyai ketegangan urutan 100lb [445N]. Apabila gandar ditekan ke arah tanah dengan daya 100 paun, satu-satunya kesan ketara pada ketegangan jejari ialah mengurangkan tekanan terus di bawah hab – lazimnya, satu berkurangan kepada kira-kira 50 paun dan jejari pada setiap sisi yang satu itu berkurangan kepada kira-kira 75 paun. Inilah yang akan dilihat dengan jejari kayu pepejal seperti roda gerabak lama - yang bahagian bawah akan membawa 50 paun dan yang di kedua-dua belahnya akan membawa 25 paun. Perbezaan dengan roda jejari wayar ialah jejari wayar tidak boleh membawa beban mampatan - ia akan runtuh. Oleh itu, semua jejari adalah pra-tegang dengan bijak. Wayar tidak boleh membawa beban mampatan 50 paun, kecuali apabila ia sudah membawa beban tegangan melebihi itu.

‘Sudah tentu roda basikal akan runtuh jika jejari atas atau melintang ditanggalkan,’ tambah Papadopoulos. 'Tetapi itu pada asasnya kerana struktur yang diubah mempunyai laluan beban yang sangat berbeza, dan tambahan pula tidak dapat membekalkan pra-ketegangan yang diperlukan. Kami tidak boleh menggunakan keruntuhan itu untuk membuat kesimpulan bahawa roda biasa membawa beban melalui jejari atas.’ Jika itu membuatkan kepala anda berpusing, anda tidak bersendirian. Oleh itu, mari kita beralih ke bahagian bahan bercakap yang lebih mudah.

Jejari Keluli

benang bercakap
benang bercakap

Jurujari kebanyakannya diperbuat daripada keluli, pilihan bahan yang, seperti yang dikatakan oleh Miodownik kepada kita, 'pada asasnya bergantung kepada keupayaan untuk mempunyai benang yang boleh dipercayai. Wayar keluli sangat bagus kerana walaupun dengan jumlah kawasan pengikat yang sangat kecil, seperti tempat puting memegang jejari di rim, anda boleh memberikan ketegangan yang agak besar padanya tanpa menanggalkan benang. Keluli tahan karat adalah bahan yang ideal kerana ia mempunyai campuran kekuatan tinggi dan berat rendah yang betul, di samping harga yang berpatutan.’

Keluli tahan karat telah menjadi logam pilihan untuk jejari sejak akhir abad ke-19 kerana kekuatan tegangannya yang tinggi, yang membolehkan jejari kekal nipis dan ringan semasa menghadapi daya yang dikenakan padanya. 'Jejari keluli lembut mestilah dua kali lebih berat dan tebal,' kata Chris Hornzee-Jones, pengarah di jurutera struktur Aerotrope. Dia mereka bentuk basikal gunung gentian karbon Lotus yang terobosan dan mengusahakan salah satu roda jejari ketegangan terbesar yang pernah dibuat - struktur diameter 60m yang digantung di bawah bumbung Millennium Dome, digunakan sebagai platform untuk pemain udara. 'Dengan menambahkan kromium dan molibdenum ke dalam besi dan karbon keluli lembut, aloi keluli tahan karat yang terhasil jauh lebih tahan terhadap keletihan.’

Kepenatan adalah musuh yang merugikan. Jika anda fikir paha depan anda berulang kali mengalami tekanan akibat pengulangan hentakan pedal anda, maka kasihankan jejari anda, dipukul dengan setiap pusingan roda. Setiap jejari dalam roda berada di bawah beban mampatan hanya untuk pecahan sesaat sahaja ia berada di bawah hab, dan pada masa itu ia dimampatkan sebelum tekanan keluar dan ia boleh kembali ke panjang normalnya. Ini adalah kitaran tanpa henti yang boleh menjadi pembongkaran roda yang dibina dengan buruk, secara literal.

bercakap puting
bercakap puting

'Roda adalah seperti treadmill yang meletihkan untuk jejari, yang menjadikannya lebih sukar bagi mereka dengan menambah benang pada satu hujung dan [dalam kebanyakan kes] bengkok dan/atau kepala di hujung yang lain, ' kata Hornzee-Jones. 'Benang adalah penumpu tekanan dan pemindahan beban berlaku kebanyakannya melalui beberapa utas pertama. Lebih-lebih lagi, puting adalah agak kaku dan, kerana ia cuba untuk duduk berserenjang dengan rim, ia jarang sejajar dengan sempurna dengan sudut yang dicapai jejari, yang boleh menjadi punca tekanan pekat tambahan. Di hujung satu lagi bengkok-J melentur dengan teliti dan, selepas ratusan ribu putaran roda biasa, sebarang kecacatan permukaan kecil, hanya mikron dalam dan tidak dapat dilihat sepenuhnya oleh mata manusia, mungkin mula terbuka. Ia adalah proses yang perlahan pada mulanya tetapi akhirnya akan menyebabkan pecahnya jejari.’

Jejari Aluminium

Keluli bukan satu-satunya bahan yang digunakan untuk jejari, walau bagaimanapun. Mavic dan Campagnolo (serta syarikat saudara perempuan Campagnolo, Fulcrum) telah lama menjadi penyokong jejari aluminium. Aluminium mempunyai satu pertiga daripada ketumpatan keluli tetapi kira-kira satu pertiga daripada kekukuhan juga, jadi jejari perlu lebih tebal, yang bermaksud ia berpotensi kurang aerodinamik, memerlukan puting berdiameter lebih besar dan, seterusnya, lubang yang lebih besar pada rim, yang boleh mengurangkan kekuatan dan kekakuan rim. Jejari aluminium juga cenderung menggunakan reka bentuk tarik lurus kerana bengkok J dalam aluminium berkemungkinan besar akan gagal di bawah tekanan.

Satu lagi had ialah aluminium tidak memegang benang dengan mudah. Penyelesaian Mavic ialah memasukkan puting terus ke dalam rim, bukannya pada jejari. Campagnolo mencadangkan ia memilih jejari aluminium yang beratnya sama dengan versi keluli, tetapi sebagai perbandingan meningkatkan rasa tunggangan rodanya, namun ini adalah perkara yang sebahagian besarnya subjektif di mana jejari hanya memainkan satu bahagian, dengan tayar, rim dan hab juga pemain penting, apatah lagi basikal yang lain.

Memandangkan pelbagai tekanan yang dialami oleh jejari, gentian karbon mungkin tidak kelihatan seperti pilihan yang mungkin, tetapi Mavic, bersama beberapa jenama roda mewah lain, seperti Lightweight dan Reynolds untuk menamakan dua, telah menemui cara untuk memanfaatkan kekuatan tegangannya dalam jejari, dengan penjimatan berat yang jelas untuk direbut. Mavic's R-Sys SLR, contohnya, menggunakan tiub karbon berongga untuk memberikan kekakuan di bawah ketegangan dan rintangan kepada mampatan.'Regangan jejari jauh lebih rendah daripada keluli atau aloi kerana karbon lebih keras', kata Michel Lethenet dari Mavic. 'Sebagai tiub, ia menahan mampatan, yang membantu mengekalkan kekakuan roda, walaupun beberapa bahagian logam diperlukan, yang diikat pada setiap hujung untuk membuat lampiran pada rim dan hab.' Kaedah alternatif digunakan dalam Mavic's Cosmic Carbone Ultimate, di mana jejari karbon berbilah pergi dari satu sisi roda ke sisi yang lain, bersambung dengan bebibir hab dan melintasi jejari lain dalam perjalanan.

Kebenaran daripada putaran

bercakap tersentak
bercakap tersentak

Terdapat beberapa lagi kebijaksanaan basikal yang diterima berkaitan dengan jejari yang Peter Marchment, saintis bahan dan pengarah Hunt Bike Wheels, gembira untuk menghilangkannya. 'Roda yang menggunakan rim yang lebih dalam dengan jejari yang lebih pendek sering dilihat sebagai "lebih kuat" tetapi ini biasanya disebabkan oleh kekakuan tambahan yang wujud pada rim, ' katanya.'Selain itu, ramai orang percaya bahawa ketegangan bercakap yang lebih tinggi bermakna anda mendapat roda yang lebih kaku, tetapi ini tidak berlaku. Kekakuan roda dipengaruhi oleh banyak perkara selain ketegangan sahaja, termasuk kiraan jejari, sudut pendakap dan kedalaman rim.

Sebenarnya jejari akan memanjang dengan jumlah yang sama apabila dimuatkan, tanpa mengira pra-tegangan yang dikenakan, bermakna meningkatkan ketegangan jejari tidak menjadikan roda lebih kaku.' Marchment meneruskan, 'Meletakkan jejari di bawah ketegangan yang betul adalah penting. Pada tegangan yang sangat tinggi, rim dan jejari lebih cenderung untuk rosak kerana ia telah dimuatkan dengan berkesan dengan daya yang tinggi. Tetapi ketegangan bercakap rendah juga menjadi masalah kerana puting lebih berkemungkinan longgar [berehat] apabila ia dinyahtekanan akibat hentaman atau getaran jalan, menyebabkan roda menjadi tidak benar.’

Walau apa pun ketegangan dan coraknya, terdapat pelbagai jenis jejari untuk dipilih, apatah lagi banyak variasi dalam kualiti wayar dari mana ia dibuat. Sapim, salah satu pengeluar jejari terkemuka, menghasilkan 300 juta jejari setahun, dan membeli-belah untuk mengekalkan kualiti dan kekal berdaya saing di seluruh rangkaian produknya. 'Enam puluh hingga 70 peratus daripada harga jejari tolok biasa boleh berada dalam bahan, jadi penting untuk mendapatkannya dengan betul, tetapi perkara paling penting untuk semua jejari kami ialah prestasi wayar itu,' kata pengurus jualan Sapim, Klaus Grüter. ‘Kami sedang mencari wayar yang terang dan berkilat serta mempunyai kekuatan tegangan 1, 000 hingga 1, 050N/mm2 dengan data keletihan yang baik dan yang penting, rintangan kakisan yang sangat baik.’

Grüter memberitahu kami sampel diuji makmal untuk kekuatan tegangan, rintangan lentur dan kilasan. Setelah diterima, wayar dari gelendong diluruskan dengan mesin dan dipotong. Wayar tolok biasa juga boleh dijadikan jejari berpancang (di mana bahagian tengah dibuat lebih sempit) dengan menarik wayar melalui dadu. Setelah dipukul, kepala jejari dan bengkok J ditempa dan benang di hujung sebelah lagi digulung (bukan dipotong). Jejari yang telah siap diperiksa oleh sistem penglihatan mesin dan oleh mata dan tangan manusia. Satu mesin mampu menghasilkan 20, 000 jejari berpancang sehari, yang menerangkan sebab kos buruh yang berbeza mempunyai sedikit kesan ke atas harga jejari siap dan sebab pengeluar di seluruh dunia boleh menjual pada harga yang sama.

berbilah bercakap
berbilah bercakap

Tetapi kenapa perlu bercakap? Jonathan Day dari Strada Wheels menerangkan, 'Jejari berlengan lebih baik dalam mengendalikan tork daripada tolok biasa. Mereka lebih luas dalam satah roda, yang merupakan arah daya kilasan, jadi terdapat lebih banyak bahan untuk menahannya. Selain itu, mereka melentur lebih sedikit dalam satah serenjang, jadi mereka lebih baik dalam mengagihkan beban mampatan merentasi roda.’

Corak pertuturan

Corak pertuturan tradisional roda basikal terdiri daripada 32 (atau kadangkala 36) jejari, bersilang tiga kali. Corak jalinan jejari dalam roda bertali tradisional, bukan sekadar susunan kaleidoskopik yang cantik, sebenarnya merupakan bahagian yang berfungsi dalam reka bentuk roda.

Dari segi ketegaran sisi, titik-titik di mana jejari bersilang membolehkan setiap satu mendakap yang lain kerana ia diletakkan di bawah ketegangan, serta menyokongnya semasa ia dimampatkan. Peranan paling penting bagi corak lacing tiga silang adalah pada roda belakang, di mana jejari mesti menghantar kuasa mengayuh dari hab. Dalam kes ini, jejari dimuatkan dengan beban kilasan yang jauh lebih besar berkat daya berpusing dari pacuan. Jejari pada bahagian kaset, meninggalkan hab secara tangen, pindahkan daya putaran (torsi) dari hab ke rim. Jejari jejari (yang mengikut laluan dari tengah hab terus ke rim, tanpa melintasi yang lain) kurang mampu menampung jenis pemuatan ini dan berkemungkinan besar gagal.

Apabila tork tidak menjadi masalah, seperti pada roda hadapan dengan brek rim, menggunakan jejari jejari masuk akal. Ini menjimatkan berat, kerana jejari boleh menjadi lebih pendek dan lebih sedikit diperlukan untuk mencipta roda kaku sisi. Ia kelihatan baik juga. Brek cakera menyebabkan beban kilasan yang ketara, walau bagaimanapun, menjadikan pengucapan jejari adalah mustahil. 'Mendapatkan corak lacing yang betul adalah penting kerana jejari berkongsi beban mampatan dengan memerah terhadap jiran yang mereka lintangi, jadi jejari harus diikat menjadi pemimpin atau treler,' kata Day. 'Anda perlu memastikan jurucakap terkemuka mengambil tekanan terlebih dahulu di bahagian pemanduan. Pada roda 32 jejari anda mahukan 16 jejari utama untuk berkongsi beban. Jika anda tersalah mengikat tali, anda hanya lapan orang yang melakukan kerja.’

Sungguh mengagumkan, corak pertuturan kekal sebagai salah satu aspek reka bentuk roda yang paling kurang dicabar, walaupun terdapat beberapa lonjakan besar ke hadapan dalam bahan dan teknologi pembuatan sejak beberapa dekad kebelakangan ini. Ia adalah metodologi yang benar-benar teruji dan seperti kata pepatah, jika ia tidak rosak…

Disyorkan: