2016年1月22日 星期五

CHC的輪組測試--扭轉剛性

在寫這篇文章之前,我找過國內外的網站,並沒有看到有任何單位有測試過輪子的扭轉剛性
所以我仔細了看過測試的方法,並計算何時才需要大的扭轉剛性

首先CHC的測試方法如下:
固定住輪圈的部份,在棘輪處施以一扭矩,值為70(N-m),量測棘輪座在受力後的角度差

假設輪子扭轉剛性是無限大,那施以任何力,棘輪座都不會有任何旋轉
但實際上不是這麼理想的,棘輪座會旋轉,若是旋轉角度愈小代表輪子的扭轉剛性愈好
角度是一個很難量測的值,有比較簡單的推算方法:
取輪圈剎車邊的中間(如圖),施以一扭矩,量測其偏移值(單位:mm)
所以1度的偏移量是:(633-10)*3.14159/360=5.4367mm

而CHC的換算方式是:若70(N-m)有3mm的偏移,那輪子的扭轉剛性就是:70/3*5.4367=126.85(N/度)

看到這我心中就有兩個疑問:
一、扭轉剛性會像側向剛性成線性嗎?
二、70(N-m),若是模擬人踩踏板的力道是多大呢?


一、因為我有簡單的治具能測扭轉剛性,所以就我測試的結果,並不是線性的
意思就是:若70(N-m)有3mm的偏移,不代表70/2=35(N-m)有1.5mm的偏移
所以CHC的測試結果是不能拿來跟別人的數據做比較的
最嚴僅的說法:CHC的測試是在70(N-m)的扭矩下,哪個輪子的扭轉剛性比較強!

二、那70(N-m),若是模擬人踩踏板的力道是多大呢?
不知大家對扭矩的數值有沒有概念?一般鎖飛輪是40(N-m),所以這值比鎖飛輪時的力道大的多

那什麼情況下人會對輪子產生最大的扭矩呢?爬陡坡?還是平路衝終點?

一般人的直觀想法可能會覺得是平路衝終點,因為那時速度最快、功率最高、齒比最重
但實際上是正好相反,是爬陡坡,陡到快定竿時才是作用在輪子上最大扭矩
如上圖,我們來求得其作用在花鼓上的扭矩

假設施力是70kg,施力方向跟曲柄完全垂直(假設曲柄長為172.5mm)
此時產生的扭矩為:70*9.8*0.1725=118.335(N-m)
而經過齒比的轉換 最輕齒 前/後 34/28T,作用在花鼓上的扭矩為:118.335/34*28=97.45(N-m)
若齒比是 最重齒 前/後 50/11T則為:118.335/50*11=26.03(N-m)

所以我們得到一個結輪,爬坡用的輪子需要大的扭轉剛性,而且齒比用的愈輕,速度愈慢,踩踏力道愈不穩定的人愈需要

注意這裡所做的是靜力測試,輪子本身速度為零,是完全被固定住;若是輪子在移動的情況下,被施加扭矩就不會這麼大了


前言說完了,來看CHC的測試結果:
先來談談只有一星的部份:
2013 ZIPP 404是23組輪子中墊低的,數值僅:43N/度

原因之前的文章有說過了:
http://good886mylove.blogspot.tw/2015/10/blog-post.html

傳動側用放射狀,非傳動側也僅1x,幅條還用的很細,不用測也知道很差

不過這裡要幫zipp平反一下,近幾年zipp的花鼓已有長足的進步,總算不是只拿高爾夫球面來說嘴





一星中還有另一個比較特別的例子是: Orbit Design Meson TU
雖然幅條成切線角(90度),但是幅條本身是用很軟調的2mm碳幅條
後輪的轉動是先由花鼓轉動,幅條再去帶動輪圈;所以幅條本身要有好的抗扭轉能力
輪子的扭轉剛性才會好
為了達到數字上的輕量化而降低輪子的剛性,就我的感覺不是太妥當
看看MAVIC R-SYS SLR用的碳幅條多粗呀 中空4mm

一星的說完,來講講五星的
五星就很多,實際上23對輪子我至少都看過圖片
要達到好的扭轉剛性很簡單,就是耳加大,讓幅條成切線角(90度),用的多支,而扁的優於圓的,如此一來扭轉剛性就不可能差了!

看看前三名都在160N/度以上,是2013 ZIPP404的4倍了
所以,花鼓的幾合很重要


再來舉mavic的例子
像一級的R-SYS SLR,傳動側幅條用的粗又扁,成切線,扭轉剛性一定不錯

反觀二級的Ksyrium pro,傳動測用放射狀,把驅動的任務交給張力較低的非傳動側
扭轉剛性當然不可能比R-SYS來的好(二級的做太好,一級的叫誰買單!)


CHC的測試結果到這結束,下一篇來講講CHC沒講到的:轉動慣量




















7 則留言:

  1. 很好奇為何Mavic會選擇把傳動側做直拉呢?這樣在驅動輪子時的力量不會被削弱很多嗎?

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    1. 是的,在計算上大概就是打對折了!
      不過好處就是耳距可以推的更寬,側向剛性更好

      以DT 240S直拉式的花鼓來說中心至右耳距是14.8mm編法已經是近3X;但是DT RR21的輪子配的花鼓是以240S為基礎去做修改,耳距是17.6mm,耳加大,編法為1X
      這麼做花鼓會變重,扭轉剛性也會較差,不過側向剛性會好很多

      實際上來說側向剛性的確非常重要,扭轉剛性有一定水平就好

      登山車齒比較輕,所以花鼓耳更大,幅條用的更多;這設定的確更能增強扭轉剛性



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    2. 了解!
      所以也可以說,R-SYS SLR雖然中心-右耳距不寬,但因為左耳距很靠近外側,所以可以把側向剛性彌補回來,甚至更強?

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    3. 也只有R-SYS 能這麼做!
      因為它的碳幅條在沒張力也有支撐性,一般的輪子要這麼做幅條早鬆了!

      MAVIC整個配套下來的設計,的確讓R-SYS有極佳的側向剛性!

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  2. 小索您好:提出一個扭轉剛性的測量討論,僅供參考,針對第一張圖,在施壓的力臂位置上,增加荷重計(LOADCELL);施加壓力的地方給予一力量來源(油壓缸),配合電子量表的方式(讀取偏移量距離MM);由荷重計得知目前施加的力量N-M,是否能針對非線性的扭轉剛性,分析出非線性的曲線供參考。

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    1. 不知相關的設備去哪買?

      其實推力計我是有的,不過試下來最大的問題是輪圈不知要怎麼固定住
      還想不到好方法呀!!

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