Когдапроизводители горных велосипедовзапуская новые модели, они часто подчеркивают улучшенную жесткость, вес, комфорт или аэродинамические характеристики новой модели. Из этих параметров наиболее важным является жесткость, которая является ключевым фактором, позволяющим сделать велосипед максимально эффективным в передаче усилия. Однако под общим понятием жесткости скрывается множество деталей.
Среди множества преимуществ, которые производители горных велосипедов упоминают, чтобы продать свою продукцию, всегда фигурирует «повышенная жесткость». На самом деле это параметр, о котором многие говорят, но мало кто понимает, что он на самом деле означает. Однако, как и вес велосипеда, многие переоценивают роль повышенной жесткости. Жесткость не обязательно сильнее.
Что такое жесткость
Прежде чем мы начнем разбирать, что означает этот параметр, первое, что нужно сделать, это уточнить, что такое жесткость. Согласно общепринятому в технике определению, жесткость — это способность элемента конструкции (в случае велосипеда — рамы) сопротивляться деформации, вызванной приложением внешних сил.
Вот почему, когда мы говорим о жесткости, большинство людей сразу думают о силе, которую мы прикладываем к педалям, и о том, насколько сильно рама деформируется вбок при каждом нажатии педали.
Однако это лишь одна из сил, воздействующих на раму, а другие силы, такие как воздействие центробежной силы при прохождении поворотов, реакция на неровности дороги и другие неровности, встречающиеся на дороге, часто не учитываются.
Инженеры, разрабатывающие велосипеды, должны учитывать все эти аспекты, чтобы добиться не только чрезвычайно высокой мощности велосипеда, но и правильной способности поглощать удары, делая при этом весь велосипед максимально легким.
Поэтому, говоря о жесткости рамы, мы должны оценивать ее в разных областях рамы, поэтому вы обнаружите, что этот параметр более интересен, чем другой.
Говоря простым языком, достижение максимально возможной жесткости не является проблемой. Простое штабелирование материалов, особенно если сырье имеет высокую прочность на разрыв, приведет к получению более жесткой конструкции. Помимо материала, важно также поперечное-сечение трубки. Чем больше поперечное-сечение, тем выше жесткость. Но побочным эффектом является то, что вес неизбежно увеличится.
Расположение углеродных волокон, конечно, также очень важно. Современный основной метод основан на различных расположениях однонаправленных волокон, которые характеризуются высокой жесткостью в направлении расположения волокон, но очень малой жесткостью в направлении, перпендикулярном волокну. Это позволяет инженерам добиться соответствующего использования в различных областях рамы в зависимости от того, как расположено каждое волокнистое полотно.
Для достижения идеального соответствия требуется очень сложная вычислительная работа, которая, к счастью, выполняется инженерами 21-го века в основном на высокопроизводительных компьютерах с использованием программного обеспечения для анализа методом конечных элементов (FEA), которое позволяет инженерам генерировать сотни виртуальных кадров и моделировать их реакцию на различные приложенные силы.
Целью конструкции рамы является достижение баланса и добавление жесткости только там, где это необходимо. С этой целью определим несколько типов жесткости велосипедных рам.
Жесткое вращение педалей – боковая жесткость
Во-первых, мы обычно больше всего обращаем внимание на боковую жесткость, которая измеряется в их лабораториях путем приложения нагрузки к каретке для имитации сил, прилагаемых при вращении педалей. Эта жесткость в основном измеряет степень деформации области каретки каждый раз, когда наши ноги наступают на шатуны. Интересно, что боковая жесткость должна быть как можно выше, поскольку за счет минимизации бокового смещения векторная сила, которую мы генерируем, может стать максимальной силой, передаваемой на заднее колесо.
Кроме того, задний треугольник также должен быть достаточно жестким, чтобы не деформироваться, когда цепь передает усилие назад.
Это параметр, который мы, обозреватели велосипедов, пытаемся оценить, насколько легко велосипед может быстро ускоряться, и эти характеристики особенно важны для альпинистов и спринтеров, которым требуется, чтобы мотоцикл сохранял полную мощность при атаке или спринте в большой группе. Однако на крейсерских скоростях можно сказать, что большинство представленных на рынке рам очень эффективны, поскольку выходная мощность более стабильна и мало чем отличается от мощности обычных энтузиастов.
Чтобы добиться высокой поперечной жесткости каретки, производители велосипедов выбрали более широкие каретки и шатуны диаметром 30 мм. Нижние перья также часто бывают очень толстыми, особенно по бокам, но они не слишком толстые, чтобы избежать совместимости с задним колесом. Нижний кронштейн и нижние перья часто бывают асимметричными, чтобы сбалансировать реакцию на различные силы, возникающие на ведущей и не-стороне привода. Для максимизации этого эффекта также используются различные конструкции из углеродного волокна.
Прецизионный контроль – жесткость на кручение
Более важным, но менее упоминаемым параметром является жесткость на кручение. Это определяет, насколько сильно рама скручивается под действием различных сил. Этот поворот влияет на выравнивание передних и задних колес и, следовательно, оказывает существенное влияние на управляемость мотоцикла, особенно при прохождении поворотов.
При повороте на высокой скорости мотоцикл применяет центростремительную силу к внутренней части поворота, что создает центробежную силу, которая стремится вывести нас из поворота. Из-за различий в строении вилки и заднего треугольника силы, действующие на передние и задние колеса, неодинаковы, что приводит к перекосу колес по линии их движения.
Для гонщика мы бы описали это как неточное управление. По сути, когда гонщик рисует линию в повороте, как кисть, мотоцикл не дает вам желаемой реакции. Напротив, когда велосипед хорошо показывает себя по этому параметру, то не только легко нарисовать кривую, но и простым движением можно направить велосипед в центр поворота, и, прорезав центр поворота, он постепенно корректирует ваш продольный угол поворота с очень равномерной прогрессией, а реакция на резкие изменения направления передней части велосипеда на линии поворота также будет быстрее. В целом, весь контроль на поворотах станет легким и прямым, и не будет ощущения вялости, свойственной менее жестким моделям.
Чтобы рама не перекручивалась, производители обычно усиливают корпус вилки и используют рулевую трубку большего размера. Фактически, подшипник гарнитуры увеличивается с каждым годом: с традиционного 1 дюйма до 1,5 дюйма, который часто можно увидеть в нижней чаше. По этой же причине нижняя труба велосипеда обычно имеет самое широкое поперечное-сечение, поскольку она является основной опорной частью конструкции рамы.
Но есть еще один аспект, который следует учитывать. Суть в том, что боковая и крутильная жесткость должны быть сбалансированы, чтобы обеспечить раме наилучшие характеристики без каких-либо компромиссов. С другой стороны, слишком большая поперечная жесткость передней и задней осей может затруднить управление велосипедом при неидеальных дорожных условиях, поскольку после каждого удара о дорогу он будет отскакивать. Таким образом, есть больше аспектов, которые следует учитывать, чем только эти.
Плавность хода – вертикальная жесткость
Если целью предыдущих пунктов является достижение максимально возможной жесткости, то в вертикальной плоскости все наоборот: определенная жесткость, позволяющая избежать эффекта подпрыгивания, но в то же время достаточная деформационная способность для устранения неровностей дорожного покрытия.
Это очень сложный параметр для регулировки, поскольку на него влияет вес гонщика, а конструкция велосипеда учитывает разные типы гонщиков. Конечно, теперь можно определить средний размер гонщика определенного размера посредством анализа больших данных о гонщиках, чтобы инженеры могли более точно настроить этот параметр.
Вообще говоря, как и поперечная жесткость, поперечное-сечение трубы рамы и расположение углеродной ткани оказывают существенное влияние на вертикальную жесткость. Регулировка вертикальной жесткости также направлена на достижение идеального баланса между поглощением вибрации и эффективностью передачи усилия, не влияя при этом на поперечную жесткость.
Вертикальная жесткость обычно влияет на аэродинамику, поскольку аэродинамическая труба увеличивает вертикальное поперечное-сечение трубы, тем самым увеличивая вертикальную жесткость и уменьшая горизонтальное поперечное-сечение, что влияет на боковую жесткость, что полностью противоположно тому, чего требует рама.
Решение этой проблемы обычно заключается в укорочении виртуальной хвостовой трубы и увеличении площади горизонтального поперечного сечения трубы, но это влияет не только на вес, но и на аэродинамические характеристики.
Что делать, если велосипед слишком жесткий или слишком мягкий?
Как мы говорили вначале, если важно абсолютное значение жесткости, очень легко сделать велосипед чрезвычайно жестким с помощью современных материалов. Однако немногие из нас могут продержаться на таком велосипеде более часа, не только потому, что изменения дорожного покрытия быстро разобьют нам руки и спину, но и потому, что реакция на любую небольшую операцию слишком быстрая, заставляющая постоянно нервничать.
Фактически, в определенный период истории у нас когда-то был такой велосипед, и хотя он ощущался чрезвычайно прекрасно, когда вы впервые на него наступали, особенно при ускорении, вскоре стало ясно, что такой велосипед непрактичен в реальном мире. По мере прохождения километров это причиняло нам больше вреда, чем пользы, или на каждом повороте спуска это не давало нам ничего положительного, кроме слишком большой уверенности в поворотах. Я думаю, все еще помнят полностью-спортивные модели из алюминия, которые были популярны в начале 21 века. Это были настоящие «два колеса и шест, больше делать нечего».
С другой стороны, мы привыкли думать о них как о «хлопковых велосипедах». Вероятно, это тот тип велосипедов, которым требуется постоянная высокая-интенсивная работа для поддержания крейсерской скорости, и вы почувствуете, что больше половины вашей мощности ушло, не говоря уже о реакции старика при ускорении.
Такие велосипеды также будут вызывать у людей кошмарные воспоминания при прохождении поворотов и трассировке. Я думаю, что водители, владеющие шоссейными велосипедами среднего-класса со стальной рамой, поймут, что я имею в виду. Хотя мы можем назвать такие велосипеды «элегантными по форме и роскошными по текстуре», понимающие поймут.
После приведенного выше введения мы знаем, что в большинстве случаев более высокая жесткость определенно будет более популярной, но ее необходимо тщательно протестировать в каждой области рамы и, наконец, достичь идеального баланса различных показателей. Короче говоря, общая жесткость рамы с годами значительно возросла. На моделях последнего поколения вам, возможно, потребуется наступить на него всего несколько раз, тогда как на той же модели, которая была выпущена десять лет назад, вам, возможно, придется наступить на него гораздо больше. Благодаря такому сравнению вы можете очень интуитивно почувствовать огромное влияние развития знаний о проектировании рам, обогащения инструментов проектирования и улучшения качества материалов на характеристики велосипеда.
