Dlaczego niektóre rowery mają znacznie większe koła niż większość motocykli?

Rozważmy rower górski i motocykl. Każdy musi być jak najbardziej użyteczny i skuteczniej pokonywać przeszkody. Większe koła zwykle oznaczają większą zdolność przełajową. Jaka jest teoria, że ​​rowery mają zwykle większe koła niż motocykle?

Przekładnia jest czynnikiem, choć w żadnym wypadku nie jedynym. Wspólne rozmiary kół pozwalają na wygodne koła łańcuchowe, zarówno z przodu, jak iz tyłu. Branża rowerowa zawsze była napędzana tym, czego potrzebują zawodnicy, a zawodnicy mogą osiągać prędkość 100 km / h na zjeździe. Im wyższy jest bieg, tym mniej prawdopodobne jest, że się „wyślizgniesz” i nie będziesz już w stanie skutecznie pedałować. Im większe koło, tym dalej poruszasz się w jednym obrocie. Silnik spalinowy może osiągnąć 1000 obrotów na minutę, o rząd wielkości powyżej tego, co mogą wytrzymać ludzkie nogi, co przynajmniej w warunkach laboratoryjnych zaczyna tracić wydajność o około 100 obrotów na minutę ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5), a powyżej pewnego punktu (który jest być może tematem jego własnego pytania) zupełnie nie nadążają z pedałami, nie mówiąc już o zastosowaniu znaczącej mocy. Właśnie dlatego rowery w stylu grosza miały tak duże koła, ponieważ korby były przymocowane bezpośrednio do koła, jedynym sposobem na szybsze było uzyskanie większego koła.

Napęd łańcuchowy i przekładnia naprawiły ten problem, pozwalając na mniejsze i lżejsze koła oraz górną rurę poniżej wysokości kroku. Ale istnieją praktyczne ograniczenia dotyczące tego, jak dużą tarczę i jak małą tylną zębatkę można użyć. Zbyt duża tarcza zacznie się wyginać (był to większy problem przed nowoczesnymi materiałami), a obecnie najmniejsza tylna zębatka w standardowej kasecie ma 11 zębów, na starych 5-biegowych wolnych biegach zwykle była to 14 zębów. Koło 700c z oponą 25 mm może osiągać prędkość około 73 km / h przy kadencji 120 obr./min dzięki standardowej zębatce o 53 zębach i 11 tylnych zębatkach. Aby uzyskać takie samo przełożenie, 20-calowe koło BMX wymagałoby tarczy o 75 zębach, która miałaby około 12 cali średnicy, a 16-calowe składane koło rowerowe wymagałoby tarczy o 83 zębach i średnicy 14 cali. Oprócz zginania,

Niektóre motocykle mają bardzo małe koła, takie jak rowery składane. Ale ich maksymalna prędkość jest ograniczona. Niektóre tylne kasety z 9 zębami o najmniejszych zębatkach zostały wykonane (patrz http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), ale problemy techniczne sprawiają, że są one drogie i podatne na zużycie. I nawet wtedy standardowe rozmiary kół 26 "i 28" (aka 700C aka 29 ") zostały ustawione ponad 100 lat temu, a rowery składane wydają się być„ głupkowate "dla ludzi w porównaniu do bardziej konwencjonalnych motocykli. A UCI lubi narzucać to nowoczesne rowery wyścigowe mają mniej więcej taką samą formę jak w latach 70., w tym diamentową ramę i koła o długości od 55 do 70 cm.

Innym standardowym powodem, dla którego rowerzyści górscy powinni faworyzować koła 29-calowe niż koła 26-calowe, jest to, że „toczą się lepiej”. Większa średnica oznacza, że ​​mniej utknie w małych koleinach i otworach, tocząc się nad nią, a nie w dół. Większe opony oznaczają również większą objętość powietrza, a tym samym mniejsze zapotrzebowanie na zawieszenie. Motocykle są już znacznie cięższe (z niezbędną mocą, aby przenieść znacznie większą masę), więc zwiększenie zawieszenia jest mniejszym problemem. Pytanie 26 "vs 29" (vs 27,5 ") jest dalekie od rozstrzygnięcia, ale trend zmierza w kierunku większych kół, a nie mniejszych.

Nie sądzę, by „dużo większy” był odpowiednim opisem:

Koła rowerowe są co najwyżej „nieco większe”.

Należy zauważyć, że w obu przypadkach jednym czynnikiem ograniczającym jest „wysokość postoju” - najniższa pozycja jeźdźca (dla stosunkowo prostej ramy) jest zasadniczo ograniczona rozmiarem koła. Większe koła albo wymagają dłuższych nóg na jeźdźcu, konstrukcji ramy nieparzystej (co sprawia, że ​​rower jest dłuższy i bardziej nieporęczny), albo montażu / demontażu w stylu „grosza”.

Podsumowanie: motocykle mają cięższe koła, dzięki czemu są mniejsze, dzięki czemu są bardziej zwrotne. Motocykle jeżdżą szybciej, więc opór powietrza jest ważniejszy, a większe koła mają go więcej. Motocykle mają znacznie większą dostępną moc i idą szybciej, więc zawieszenie jest łatwiejsze do przenoszenia i bardziej potrzebne.

Jest jednak więcej powodów niż tylko nierówności. Tak, większe koła lepiej radzą sobie z nierównościami niż małe. Jeśli zależy ci tylko na tym, że rozmiar koła będzie ograniczony tylko przez koła, które możesz kupić - dlatego rozmiar kół 36 "/ ISO787 jest popularny w niektórych kwartałach. Możesz dostać większe koła, ale opony stają się bardzo trudne do znalezienia i prawdopodobnie będziesz musiał samodzielnie wyprodukować opony, dętki i felgi.

Większe koła są słabsze przy tej samej masie , a waga ma duże znaczenie dla roweru. Skutecznie rozprowadzasz tę samą ilość materiału na większej obręczy i oponach, dzięki czemu wszystko staje się cieńsze. Jednocześnie, ponieważ rowery mają co najmniej dość ograniczoną szerokość piasty, koło staje się słabsze poprzecznie, ponieważ kąt między lewą i prawą szprychą zmniejsza się w tym samym czasie, gdy ramię dźwigni staje się większe.

Większe koła mają większy opór powietrza, ponieważ mają większą powierzchnię przednią. Jasne, możesz nad tym popracować, ale wszystko, co możesz zrobić, aby zmniejszyć opór powietrza na odrobinie koła, możesz również zrobić na małym kole ... a jeśli spojrzysz na rowery Battle Mountain, używają tych samych technik, co Rowery UCI na małych kółkach.

Na przykład światowy rekord prędkości roweru ustanowiony przez mały rower Moulton :

W 1986 r. Jim Glover jechał tym rowerem z prędkością 51 mil na godzinę na latającym 200-metrowym torze, aby ustanowić światowy rekord prędkości do dziś.

Dlaczego więc rowery mają większe koła?

Jak powiedziałeś, większe koła lepiej radzą sobie z nierównościami. Jest to szczególnie prawdziwe, gdy zawieszenie jest małe lub nie ma go wcale (rowery szosowe), ale dotyczy to również rowerów górskich. Większe koło nie spada jak dotąd w zapadnięcia, więc tracisz mniej energii na zawieszenie.

Motocykle jeżdżą szybciej niż rowery i mają wyższe prędkości maksymalne. Wynika z tego wiele rzeczy.

Oznacza to, że motocykle muszą mieć zawieszenie , które jest opcjonalne dla rowerów. Jeśli motocykl uderzy w nierówność i dostanie się w powietrze, jest to ekscytujące i niezwykłe. Ale nawet wielu rowerzystów nie zdaje sobie sprawy, że ich koła rowerowe spadają z podłoża, ponieważ to tylko część jazdy rowerem („odważasz siodło” roweru na nierównościach i używasz swojego ciała jako części zawieszenia). Ale gdy tylko masz zawieszenie, przewaga większych kół w dużej mierze zanika.

Druga strona „większych kół jest słabsza” polega na tym, że motocykle kładą większy nacisk na koła . Są cięższe, mają więcej mocy i idą szybciej. Podróżują także na większe odległości - 1000-kilometrowa jazda rowerem to długa droga i zajmuje wiele dni, ale na motocyklu nie jest to niezwykłe, chyba że istnieją wyjątkowe czynniki. Wielu motocyklistów podróżuje motocyklem ponad 50 000 km rocznie, ale prawie żaden rowerzysta nie robi tego samego. Tak więc motocykl musi trwać dłużej niż rower, co sprawia, że ​​siła jest ważniejsza. Awarie są również bardziej niebezpieczne przy wyższych prędkościach i przy cięższym motocyklu, który może spaść na rowerzystę podczas wypadku. Znów silniejsza jest ważna, a małe koła silniejsze.

Większe opony mają więcej gumy, dzięki czemu wytrzymują dłużej . Opony rowerowe muszą być cienkie, aby mogły się wyginać, co oznacza, że ​​motocyklowe rozwiązanie polegające na zwiększeniu grubości opon w celu uzyskania dłuższej żywotności naprawdę nie działa. To sprawia, że ​​większe koło jest jedną z niewielu opcji.

Dużą rolę odgrywa komfort jazdy i wydajność na nierównych powierzchniach. Większe koło pomaga w obu przypadkach - wygładzając nierówności dla wygody i redukując ruch pionowy (marnowaną energię).

Małe rowery kołowe, takie jak rowery składane, są tolerowane na gładkich powierzchniach, ale nie są znane z właściwości terenowych, komfortu i prędkości.

Ekstremalne w dużych kołach był zwykły rower (zwany również groszkami), który zapewniał odpowiednie „przełożenie” z bezpośrednim kołem napędowym - ale także zapewniał komfort i wydajność (nie tyle bezpieczeństwa!) Na nieutwardzonych drogach ery.

Kiedy przekładnia stała się praktyczna i zaakceptowana, rozmiary kół zmniejszały się dla wygody i bezpieczeństwa - w rzeczywistości rowery z przekładnią były znane jako „Bezpieczeństwo” w przeciwieństwie do zwykłych rowerów - ale tylko do tej pory, ze względu na potrzebę komfortu i wydajności na nierównych drogach.

Motocykle nie potrzebują takiej samej wydajności, ponieważ mają nieco więcej niż 1/4 koni mechanicznych do zabawy, dzięki czemu mogą stosować bardziej wyrafinowane zawieszenie oraz znacznie bardziej miękkie i grubsze opony, aby wygrać z komfortowym przodem, nawet z mniejsze koła.

Grubsze opony są również ważne dla lepszego trzymania się drogi przy prędkościach, których normalnie nie doświadczają rowerzyści.

Wydaje się, że obie formy transportu ustaliły rozmiar koła, który najlepiej spełnia ich warunki.

Poprzednie odpowiedzi dotyczą różnych przełożeń, innej trwałości i innego komfortu. Są też inne powody.

1. Moment obrotowy

tl; dr Rower jest bardziej ograniczony kadencją; motocykl jest ograniczony przez wytrzymałość materiału na rozciąganie.

Silniki Morotbike mogą pracować z prędkością 12 000 obr./min przy stosunkowo niewielkim momencie obrotowym na wale korbowym. Człowiek może osiągnąć 100 obr./min przy stosunkowo wysokim momencie obrotowym. W motocyklu są koła zębate, skrzynia biegów i łańcuchowa (przekładnia kardana) między silnikiem a kołem. Wszystkie koła zębate zmniejszają prędkość kątową (części RPM), ale zwiększają moment obrotowy. Koła zębate między nogą człowieka a kołem zwiększają prędkość i zmniejszają moment obrotowy.

W Yamaha YZF-R1 (2003) przełożenie (korba / oś) wynosi od 10,6: 1 do 4,7: 1. Na pierwszym biegu; oznacza to, że koło osiąga 10-krotnie niższe RMP niż silnik, a moment obrotowy jest 10-krotnie wyższy na osi koła niż na wale korbowym.

W przypadku roweru z kasetą 11–25 i kołem łańcuchowym 26–48 przełożenia (stopa / oś) wynoszą od 0,96: 1 (1: 1,04) do 0,22: 1 (1: 4,36).

Załóżmy, że moment obrotowy jest mierzony na osi (podziel siłę tylko przez obwód koła) i na najwyższym biegu. Maksymalny moment obrotowy tej Yamahy wynosi około 100 Nm na oś, co daje 21,28 Nm na wale korbowym i 225,57 Nm na osi z włączonym 1. biegiem. 80 kg człowiek może wygenerować 140 Nm na kole łańcuchowym i 30,8 - 134,4 Nm na osi.

Gdybyśmy chcieli zastosować rozmiar koła motocykla (190/55 R17, 2013 mm), który jest 1,05 razy mniejszy niż rowerowy (700x38C, 2117 mm), musielibyśmy zmniejszyć przełożenie przekładni prowadzące do wytworzonego przez człowieka momentu obrotowego w zakresie od 29,3 - 127,8 Nm.
Jeśli chcemy zastosować rozmiar koła roweru, musielibyśmy zwiększyć przełożenie przekładające się na moment obrotowy generowany przez silnik w zakresie od 105,2 do 237,2 Nm.

2. Manewrowość

W systemie rowerzysta-rower rowerzysta jest ciężką częścią. W systemie motocykl-motocykl rower jest zwykle cięższy, czasem waga rowerzysty jest prawie znikoma. Większe koło oznacza większy pęd i większy efekt żyroskopowy. W przypadku rowerów oznacza to lepszą stabilność; jesteś mniej podatny na upadki lub dzikie zakręty. W przypadku motocykli prowadzi to do większej odporności na skręcanie i nadmiernej manewrowości.

3. Czułość powierzchniowa

tl; dr Mniejsze koła są bardziej podatne na utknięcie niż większe koła.

Zostało to już wspomniane, ale rozwinę je bardziej. Mniejsze koła mogą utknąć w otworze znacznie łatwiej niż większe. To jest jak wkładanie dużej monety do otworu dla mniejszej.
Kiedy mniejsze koło dojdzie do nierówności, ma większy kąt przyczepienia niż większe koło. Mniejsze koło będzie miało tendencję do zatrzymywania się na tym wybrzuszeniu, ale większe koło będzie miało tendencję do omijania go. Jako przykład ekstremalny porównaj wrotkarza i motocyklistę na chodniku.
Mniejsze koła również bardziej utkną w miękkich powierzchniach (błoto, piasek, śnieg) niż większe. Przy tej samej głębokości penetracji większe koło ma więcej materiału, co powoduje rozproszenie ładunku na większy obszar, a także lepszy kąt natarcia dla mniejszego koła. Większe koła mają również łańcuch dalej od śmieci.

Motocykle są cięższe i mają znacznie większą moc / moment obrotowy niż rowerzyści. Gdy utkniesz, motocykl ma przewagę w niższym środku masy (mniej podatnym na obracanie się wokół przedniego koła), wyższym pędzie (przebije się przez błoto) i mocy (będzie kopał). Motocykle są znacznie bardziej wyspecjalizowane - prawie nie można korzystać z roweru szosowego w terenie i odwrotnie. Z drugiej strony rowery mogą poruszać się dość swobodnie po drodze i w trudnym terenie.