چه زمانیتولید کنندگان دوچرخه کوهستانمدل های جدید را عرضه می کنند، آنها اغلب بر سفتی، وزن، راحتی یا عملکرد آیرودینامیکی بهبود یافته مدل جدید تأکید می کنند. از بین این پارامترها، سفتی مهمترین عامل است که عامل کلیدی در کارآمدترین دوچرخه در انتقال نیرو است. با این حال، جزئیات زیادی در زیر مفهوم کلی سفتی پنهان است.
در میان بسیاری از نقاط فروش که سازندگان دوچرخه کوهستان برای فروش محصولات خود به آن اشاره می کنند، همیشه "سفتی فزاینده" ظاهر می شود. این در واقع پارامتری است که بسیاری از مردم در مورد آن صحبت می کنند، اما تعداد کمی از مردم معنی آن را درک می کنند. با این حال، درست مانند وزن دوچرخه، بسیاری از افراد نقش افزایش سفتی را بیش از حد ارزیابی می کنند. سفتی لزوما قوی تر نیست.
Rigidity چیست
قبل از شروع تجزیه و تحلیل معنای این پارامتر، اولین کاری که باید انجام دهیم این است که مشخص کنیم سختی چیست. طبق تعریفی که معمولاً در مهندسی استفاده می شود، سختی توانایی یک عنصر ساختاری (در مورد دوچرخه، قاب) برای مقاومت در برابر تغییر شکل ناشی از اعمال نیروهای خارجی است.
به همین دلیل است که وقتی در مورد سفتی صحبت میکنیم، بیشتر مردم بلافاصله به نیرویی که به پدالها وارد میکنیم فکر میکنند و با هر ضربه پدال چقدر فریم تغییر شکل میدهد.
با این حال، این تنها یکی از نیروهایی است که بر روی قاب تأثیر می گذارد و نیروهای دیگر مانند تأثیر نیروی گریز از مرکز در هنگام پیچیدن، واکنش به دست اندازها در جاده و سایر بی نظمی هایی که در جاده با آن مواجه می شوند، اغلب در نظر گرفته نمی شوند.
مهندسانی که دوچرخهها را توسعه میدهند باید همه این جنبهها را در نظر بگیرند تا نه تنها خروجی بسیار قوی دوچرخه، بلکه ظرفیت جذب ضربه صحیح را نیز داشته باشند و در عین حال کل دوچرخه را تا حد امکان سبک کنند.
بنابراین، هنگام صحبت در مورد سفتی قاب، باید آن را در قسمت های مختلف قاب ارزیابی کنیم، بنابراین متوجه خواهید شد که این پارامتر نسبت به دیگری جالب تر است.
به زبان ساده، دستیابی به بالاترین سفتی ممکن مشکلی نیست. به سادگی روی هم قرار دادن مواد، به خصوص اگر مواد اولیه دارای استحکام کششی بالایی باشند، ساختار سفت تری ایجاد می کند. علاوه بر مواد، سطح مقطع لوله نیز مهم است. هر چه سطح مقطع بزرگتر باشد، سفتی بیشتر است. اما عارضه آن این است که وزن به ناچار افزایش می یابد.
البته ترتیب الیاف کربن نیز بسیار مهم است. روش جریان اصلی فعلی متکی بر آرایش های مختلف الیاف یک طرفه است که با سفتی بالا در جهت آرایش الیاف مشخص می شود، اما سفتی بسیار کمی در جهت عمود بر فیبر است. این امکان را برای مهندسان فراهم می کند تا بسته به نحوه قرارگیری هر پارچه فیبری، به کاربردهای مربوطه در مناطق مختلف قاب دست یابند.
دستیابی به تناسب کامل نیاز به کار محاسباتی بسیار پیچیده ای دارد که خوشبختانه مهندسان قرن بیست و یکم عمدتاً روی رایانه های{1} با کارایی بالا با استفاده از نرم افزار تجزیه و تحلیل اجزا محدود (FEA) انجام می دهند، که به مهندسان اجازه می دهد صدها فریم مجازی تولید کرده و پاسخ آنها را به نیروهای مختلف اعمال شده شبیه سازی کنند.
هدف طراحی قاب دستیابی به تعادل و افزودن سفتی تنها در جایی که نیاز است است. برای این منظور چندین نوع سختی در قاب دوچرخه تعریف می کنیم.
رکاب زدن سفت - سفتی جانبی
اول، چیزی که ما معمولا بیشتر در نظر می گیریم سختی جانبی است که در آزمایشگاه های آنها با اعمال بار بر روی براکت پایین برای شبیه سازی نیروهای اعمال شده توسط پدال زدن اندازه گیری می شود. این سفتی عمدتاً میزان تغییر شکل ناحیه براکت پایینی را هر بار که پاهای ما روی میل لنگ قرار می دهند اندازه گیری می کند. نکته جالب این است که سختی جانبی باید تا حد امکان زیاد باشد، زیرا با به حداقل رساندن جابجایی جانبی، نیروی برداری که تولید می کنیم می تواند حداکثر نیرویی باشد که به چرخ عقب منتقل می شود.
علاوه بر این، مثلث عقب نیز باید به اندازهای سفت باشد که وقتی زنجیر نیرو به عقب منتقل میکند، تغییر شکل ندهد.
این پارامتری است که ما بررسیکنندگان دوچرخه سعی میکنیم ارزیابی کنیم که دوچرخه چقدر میتواند سریع شتاب بگیرد، و این عملکرد به ویژه برای کوهنوردان و دوندگان سرعتی که میخواهند دوچرخه همچنان بتواند قدرت کامل خود را هنگام حمله یا مواجهه با یک اسپرینت گروهی بزرگ حفظ کند، مهم است. با این حال، در سرعت های کروز، می توان گفت اکثر فریم های موجود در بازار بسیار کارآمد هستند، زیرا قدرت خروجی پایدارتر است و تفاوت چندانی با خروجی علاقه مندان عادی ندارد.
برای دستیابی به هدف سفتی بالای براکت جانبی پایین، سازندگان دوچرخه متعهد به انتخاب براکتهای پهنتر پایین و میل لنگ 30 میلیمتری هستند. پایه های زنجیر نیز اغلب بسیار ضخیم هستند، به خصوص در طرفین، اما برای جلوگیری از سازگاری با چرخ عقب، آنقدر ضخیم نیستند. براکت پایینی و پایه های زنجیر اغلب نامتقارن هستند تا پاسخ به نیروهای مختلف ایجاد شده در سمت درایو و سمت غیر{3}}رایانه را متعادل کنند. آرایش های مختلف فیبر کربن نیز برای به حداکثر رساندن این اثر استفاده می شود.
کنترل دقیق - صلبیت پیچشی
پارامتر مهمتر اما کمتر ذکر شده، سختی پیچشی است. این مشخص می کند که قاب تحت نیروهای مختلف چقدر می پیچد. این پیچ روی تراز چرخ های جلو و عقب تأثیر می گذارد و بنابراین تأثیر قابل توجهی در هندلینگ دوچرخه به خصوص در هنگام پیچیدن دارد.
هنگام پیچیدن با سرعت بالا، دوچرخه نیروی گریز از مرکز را به داخل منحنی وارد می کند که نیروی گریز از مرکز ایجاد می کند که تمایل دارد ما را از منحنی خارج کند. به دلیل تفاوت در ساختار دوشاخه و مثلث عقب، نیروهای وارد بر چرخ های جلو و عقب یکسان نیست که باعث می شود چرخ ها در خط حرکتی خود قرار نگیرند.
برای سوار، ما این را به عنوان هندلینگ نادقیق توصیف می کنیم. اصولاً وقتی سوارکار مانند یک قلم مو در گوشه ای خط می کشد، دوچرخه پاسخ محکمی را که می خواهید به شما نمی دهد. برعکس، وقتی دوچرخه در این پارامتر عملکرد خوبی داشته باشد، نه تنها رسم منحنی آسان است، بلکه با یک حرکت ساده، می توانید دوچرخه را به مرکز خم نشان دهید و پس از برش از مرکز خم، به تدریج زاویه طولی خم شما را با یک پیشرفت بسیار یکنواخت تصحیح می کند و واکنش به تغییرات ناگهانی در جهت خط جلویی دوچرخه نیز در جهت سریع خواهد بود. به طور کلی، کل کنترل پیچ ها سبک و مستقیم می شود و هیچ احساس کندی در آن مدل های کمتر سفت و سخت وجود نخواهد داشت.
به منظور جلوگیری از پیچ خوردن آسان قاب، سازندگان معمولاً بدنه چنگال را تقویت کرده و از لوله فرمان بزرگتر استفاده می کنند. در واقع، بلبرینگ هدست سال به سال افزایش یافته است، از بلبرینگ سنتی 1 اینچی به بلبرینگ 1.5 اینچی که اغلب در کاسه پایینی دیده می شود. همچنین به همین دلیل است که لوله پایین یک دوچرخه معمولاً عریضترین- مقطع است، زیرا بخش اصلی پشتیبانی ساختار قاب است.
اما جنبه دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفت. این است که سفتی جانبی و پیچشی باید متعادل باشند تا بدون هیچ گونه مصالحه ای بهترین عملکرد را به قاب بدهد. از سوی دیگر، سفتی بیش از حد جانبی در محورهای جلو و عقب می تواند دوچرخه سواری را در زمانی که شرایط جاده مناسب نیست دشوار کند، زیرا پس از هر برخورد جاده ای دوباره به عقب باز می گردد. بنابراین جنبه های بیشتری از این موارد وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند.
سواری صاف - سفتی عمودی
اگر هدف نکات قبلی دستیابی به قوی ترین سفتی ممکن باشد، در صفحه عمودی، برعکس است: سفتی خاصی برای جلوگیری از اثر پرش، اما در عین حال، ظرفیت تغییر شکل کافی برای رفع بی نظمی های سطح جاده.
تنظیم این پارامتر بسیار دشوار است زیرا تحت تأثیر وزن راکب است و طراحی دوچرخه انواع مختلفی از سواران را در نظر می گیرد. البته اکنون می توان میانگین اندازه یک سوارکار با اندازه معین را از طریق تجزیه و تحلیل داده های بزرگ سواران استنباط کرد تا مهندسان بتوانند این پارامتر را با دقت بیشتری تنظیم کنند.
به طور کلی، مانند صلبیت جانبی، مقطع{0}}لوله قاب و چینش پارچه کربنی تأثیر قابل توجهی بر استحکام عمودی خواهد داشت. تنظیم صلبیت عمودی همچنین برای دستیابی به تعادل کامل بین جذب ارتعاش و راندمان انتقال نیرو بدون تأثیر بر سفتی جانبی تلاش می کند.
صلبیت عمودی معمولاً بر آیرودینامیک تأثیر می گذارد، زیرا لوله آیرودینامیک مقطع عمودی-لوله را افزایش می دهد، در نتیجه سفتی عمودی را افزایش می دهد و مقطع{1}}افقی را کاهش می دهد، که بر صلبیت جانبی تأثیر می گذارد، که کاملاً بر خلاف آنچه چارچوب به دنبال آن است، تأثیر می گذارد.
راه حل این مشکل معمولاً متکی به یک لوله دم مجازی کوتاه شده و افزایش سطح مقطع عرضی-لوله است، اما این نه تنها بر وزن، بلکه بر عملکرد آیرودینامیکی نیز تأثیر می گذارد.
اگر دوچرخه خیلی سفت یا خیلی نرم باشد چه؟
همانطور که در ابتدا گفتیم، اگر قدر مطلق استحکام مهم باشد، می توان دوچرخه را با مواد مدرن بسیار سفت ساخت. با این حال، تعداد کمی از ما میتوانیم با چنین دوچرخهای بیش از یک ساعت دوام بیاوریم، نه تنها به این دلیل که تغییرات سطح جاده به سرعت بازوها و پشتهای ما را خرد میکند، بلکه به این دلیل که واکنش به هر عمل کوچکی بسیار سریع است و ما را مجبور میکند همیشه عصبی باشیم.
در واقع، در دوره خاصی از تاریخ، ما زمانی چنین دوچرخهای داشتیم، و اگرچه زمانی که شما برای اولین بار روی آن پا گذاشتید، احساس فوقالعادهای داشتند، بهویژه هنگام شتاب گرفتن، به زودی مشخص شد که چنین دوچرخهای در دنیای واقعی کاربردی نیست. با گذشت کیلومترها، بیش از آنکه کمک کند به ما صدمه زد، یا در هر سراشیبی، هیچ بازخورد مثبتی به جز اطمینان بیش از حد در پیچیدن به ما نداد. من معتقدم که همه هنوز مدلهای مسابقهای تماماً{2}}آلومینیومی را که در اوایل قرن بیست و یکم محبوب بودند به خاطر دارند. آنها "دو چرخ و یک تیر" واقعی بودند، کار دیگری برای انجام دادن نداشتند.
از طرف دیگر، ما آنها را به عنوان "دوچرخه های نخی" در نظر می گرفتیم. احتمالاً نوع دوچرخههایی هستند که برای حفظ سرعت کروز نیاز به خروجی مداوم-شدت بالا دارند، و شما احساس خواهید کرد که بیش از نیمی از قدرت شما از بین رفته است، البته به پاسخ یک پیرمرد در هنگام شتاب دادن اشاره نکنید.
چنین دوچرخه هایی در هنگام پیچیدن و ردیابی، خاطرات کابوس وار مردم را نیز تداعی می کنند. من معتقدم که دوچرخهسوارانی که -دوچرخههای جاده فولادی متوسط دارند میتوانند منظور من را درک کنند. اگرچه میتوانیم چنین دوچرخههایی را «زیبا شکل و از نظر بافت لوکس» بنامیم، اما کسانی که میفهمند متوجه خواهند شد.
پس از مقدمه بالا، می دانیم که در بیشتر موارد، سفتی بالاتر قطعا محبوبیت بیشتری خواهد داشت، اما باید در هر قسمت از قاب به شدت تست شود و در نهایت تعادل کاملی از شاخص های مختلف حاصل شود. به طور خلاصه، استحکام کلی قاب در طول سال ها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در آخرین نسل از مدلها، ممکن است فقط چند بار لازم باشد که روی آن قدم بگذارید، در حالی که در همان مدلی که ممکن است ده سال پیش باشد، ممکن است نیاز به پا گذاشتن خیلی بیشتری داشته باشید. از طریق چنین مقایسهای، میتوانید تأثیر عظیم توسعه دانش طراحی قاب، غنیسازی ابزار طراحی و بهبود کیفیت مواد را بر عملکرد دوچرخه احساس کنید.
