Почему задние колеса выпуклые?

«Велосипедное колесо» Джобста Брандта затрагивает эту тему:

Некоторые задние ступицы, которые сделали это, включают Ritchey Zero или Z-hub. Ступица Road Zero имела размер фланца 21,3 мм от центра вправо и 28,6 мм от центра к левому краю, поэтому в сочетании с ободом со смещением 3,65 мм или около того он был без тарелки. (Он не нуждался в асимметричной раме, но перемещение в левом дропауте второстепенно по сравнению с тем, может ли такая идея работать.) Эти колеса действительно работают и, похоже, не имеют серьезных проблем с надежностью, поэтому, возможно, они должны были быть скопировано больше, но они также не доводят концепцию до полной симметрии.

Я считаю, что дело в том, что есть некоторые физические причины, по которым, если вы возьмете измерение полки от центра к правому дорожному узлу и скажете: «Хорошо, если это достаточно сильно для боковых нагрузок в одном направлении, тогда давайте сделаем оставил одно и то же», вы получите колесо, которое легко изгибается от боковых нагрузок в любом направлении. Другими словами, дело не только в том, какой угол крепления достаточно хорош для каждой стороны; в колесах с большим натяжением, которые у нас есть, лучшая сторона угла крепления каким-то образом делает все это более стабильным.

Я не проводил испытаний на прогиб, которые были бы необходимы, чтобы проверить, правда ли это, но то, что я сделал, это построил несколько втулок генератора SP с их изящными размерами 23,5 мм на сторону от центра до фланца. У этих колес есть неприятная черта: когда вы выполняете рутинную боковую нагрузку на них, чтобы уменьшить наматывание спиц, вы можете почувствовать, что они чрезвычайно гибкие в поперечном направлении, и легко вызвать отказ типа «прогиба колонны», если вы не будете осторожны. , то, с чем у меня нет проблем в других колесах. Люди ездят на них, и они работают, но из того, что я испытал, мне ясно, что, как только вы дойдете до таких угловых чисел с каждой стороны, колесо станет слишком нестабильным.

Еще одна часть головоломки заключается в том, что, как и во многих аспектах проектирования компонентов велосипеда, использование в соревнованиях и спорте является экономической основой отрасли, и поэтому то, что там работает, определяет то, что делается. В данном случае это применимо к тому, что существующие задние опорные колеса были достаточно прочными для соревновательного использования гонщиками-спортсменами, поэтому меры, направленные на устранение их слабости из-за сильного выпуклости, никогда не считались приоритетом для мейнстрима или стоили того, чтобы ставить под угрозу что-либо еще. исправить. Практически никакого преимущества не приписывается увеличению прочности колеса против вертикальных нагрузок, так зачем жертвовать какой-либо поперечной силой, чтобы получить ее, даже если она была только в одном направлении? Если бы это было не так, офсетные диски были бы повсеместно распространены.

Главное, наверное, история :

Когда изобрели велосипеды с цепным приводом, они были только односкоростными. Задний треугольник был симметричным, как и задние колеса, так как единственная звездочка не занимала много места и легко помещалась в зазор между рамой и спицами.

Потом люди поняли, что было бы хорошо иметь несколько разных передач, и добавили к велосипедам еще две звездочки и переключатель. Это было в значительной степени запоздалой мыслью. Он не изменил существующие части, он просто добавил части.

Однако по мере того, как клиенты требовали все больше и больше передач, просто не хватало места, чтобы втиснуть необходимые звездочки между рамой и неизнашиваемым задним колесом. Итак, чтобы сохранить совместимость с существующими рамами, заднее колесо пришлось сделать выпуклым.

Тем не менее, есть вторая точка, линия цепи :

Если бы вы собирали 11-скоростной велосипед с нестертым колесом, вы либо получили бы очень тонкое колесо (нестабильное!), либо вам пришлось бы сдвинуть правый дропаут значительно вправо. Ваши кольца цепи должны были бы следовать.

Это будет означать, что вы либо потеряете место для кривошипов и переместите цепь в опасную близость к штанам, либо вам нужно будет сдвинуть педали наружу. Последнее покажется большинству велосипедистов довольно неудобным и сделает повороты намного более опасными (удар по педали).

Я не говорю, что вы не можете этого сделать, но результат не будет выглядеть и ощущаться как велосипеды, на которых мы ездим сегодня.

Обратите внимание, что людям, которые ездят на ступицах с внутренним зацеплением, не нужно прогибать задние колеса.

Я предполагаю, что большее смещение неведущей стороны не может добавить дополнительной жесткости по сравнению с 20-миллиметровым смещением ведущей стороны, потому что колесо должно быть в равновесии. Любое дополнительное смещение неприводной стороны должно быть компенсировано более слабым натяжением спиц, что в любом случае не дает никакой пользы .

Вот где ваше мышление идет не так. Подчеркнутое предложение в приведенной выше цитате ложно. Вы путаете натяжение спиц со способностью выдерживать боковую силу.

Обновление на основе комментария:

Ожидается, что восстанавливающие силы в случае прогиба также будут одинаковыми с обеих сторон, независимо от того, отличается ли расстояние между фланцами.

Опять же, это неверно. Вы предполагаете, что сила реакции в ответ на отклонение обода определяется только уравновешенной поперечной силой, которую ведущие и неприводные спицы воздействуют на обод.

Вам нужно подумать о том, как силы, действующие на спицы, меняются при отклонении обода. Чем больше угол спицы к плоскости колеса, тем больше она будет удлиняться при заданном отклонении обода от него. Это означает, что скорость увеличения силы при отклонении обода тем больше, чем больше угол наклона спицы. Вот почему спица неприводной стороны может оказывать более высокое усилие в ответ на прогиб обода, несмотря на то, что ее статическое натяжение ниже, чем у ведущей стороны.

Хороший вопрос. Единственная причина, о которой я могу думать, заключается в том, что среднее натяжение спиц узкого симметричного заднего колеса (т. е. одинаковый угол спиц с обеих сторон) будет выше. Не увеличит ли это силу сжатия на поперечном сечении обода?

Что странно, так это то, что на классических колесах никто на самом деле не использует в своих интересах меньшие неведущие боковые силы. Фактически, более низкое натяжение спиц с неприводной стороны представляет собой проблему, поскольку со временем это может привести к ослаблению спиц.

В последние годы были выпущены некоторые асимметричные задние диски, которые немного улучшают угол наклона спиц ведущей стороны (например, DT Swiss RR411) и позволяют увеличить натяжение спиц неприводной стороны.

Некоторые системные колеса используют более низкие силы с неприводной стороны за счет использования асимметричного рисунка спиц, разного количества спиц или разных спиц (например, карбоновые спицы только с одной стороны). Например, Mavic производит колеса с радиальными спицами на ведущей стороне и обычным рисунком со шнуровкой на неприводной стороне.