Зачем использовать несколько материалов для передних звезд?

На самом деле это вопрос увеличения силы, которую обеспечивает каждая передняя звезда, а также размер/масса каждой передней звезды.

Разница в силе

Давайте предположим, только на мгновение, что у вас была такая большая передняя звезда, что ее радиус почти такой же, как длина кривошипа. Если бы гонщик стоял и крутил педали, используя эту цепочку (и используя простые педали-платформы). Максимальное теоретическое усилие на цепи будет равно весу всадника. (При условии, что он/она не тянет руль).

Теперь давайте избавимся от этой непрактичной и смехотворно большой звезды и установим более реалистичную, радиус которой примерно равен половине длины кривошипа. Теперь, когда всадник повторяет предыдущий эксперимент, максимальная теоретическая сила прикладывается к весу всадника*2.

Если вы повторите весь эксперимент, но на этот раз с передней звездой, имеющей радиус 1/4 длины кривошипа, максимальная сила в цепи будет в 4 раза больше веса наездника.

То есть в простом механизме, таком как кривошип, выходная сила может быть рассчитана как:

OF = IF * (Ir/Or).

Где IF = входная сила, Ir = входной радиус, Or = выходной радиус. А радиус - это расстояние от оси до точки приложения силы.

Как вы можете себе представить, большинство шатунов с рубцовой звездочкой имеют большую звездочку, радиус которой составляет примерно половину длины кривошипа. Меньшая передняя звезда вдвое меньше. По сути, типичный тройной шатун удваивает выходное усилие в малой передней звезде по сравнению с самой большой.

Вес имеет значение

Однако это только часть темы. Чем больше цепочка, тем она тяжелее. И это также вращающаяся часть велосипеда, поэтому некоторые могут возразить, что инерция вращения имеет значение. Как вы можете догадаться, цепочка из хромомолибдена тяжелее алюминиевой.

Долговечность

Это все еще не полностью объясняет решение, но вот оно: алюминий обычно менее устойчив к износу от трения, чем сталь. Например, если вам нужно спилить выпуклость в алюминиевой детали, вы сделаете это с меньшими усилиями по сравнению с аналогичной работой даже с мягкой сталью. К этому следует добавить тот факт, что новая цепь в новой передней звезде зацепляет несколько зубьев с полным контактом ролика с зубом, эффективно распределяя нагрузку между каждой точкой контакта. Маленькая передняя звезда может обеспечить меньше точек контакта для распределения нагрузки, а это означает, что каждый зуб подвергается большей части общей силы, приложенной водителем и умноженной на кривошип. Это означает, что зубец малой звезды несет гораздо большую нагрузку, чем зубец большой звезды.

Коэффициент использования

К этому мы можем добавить довольно субъективный аргумент, что большинство гонщиков будут проводить больше времени на средней цепочке, возможно, на малой или много прыгать между ними, в то время как большая используется более спорадически, обычно на быстрых спусках, где гонщик выигрывал. не использует свои силы в полную силу и ненадолго.

Вывод

Все эти аргументы делают выбранные материалы хорошим компромиссом между весом, долговечностью и, возможно, стоимостью.

Малые и средние алюминиевые передние звезды изнашивались бы слишком быстро и могли бы изгибаться из-за неправильной техники переключения передач. Большая звезда из стали будет тяжелее, и разница будет легко заметна, если держать шатун в руке, поэтому шатун с большой алюминиевой звездой будет лучшей покупкой из двух.

Разница в весе между небольшими передними звездами, изготовленными из этих материалов, будет менее заметной, и покупатель может не захотеть платить разницу в цене за такую ​​небольшую потерю (прибавку в весе?).

Кроме того, маленькие алюминиевые звезды могут лучше подходить для профессиональных гонщиков, которые в идеале могут быть должным образом спонсированы, поэтому трата звезды на гонку не имеет большого значения. Кроме того, он/она может (в идеале) иметь оптимизированную технику переключения передач (т.е. гонщик определил свои ошибки в технике переключения передач и исправил их).

Хороший вопрос! Есть несколько важных причин для разных материалов:

• Износ : сталь служит дольше, чем алюминий, простой и понятный. Так почему бы не использовать сталь на всех кольцах? Кольца большего размера имеют выступы по бокам, которые облегчают переключение и не могут быть перевернуты по мере износа кольца. Кольцо бабушки может, поэтому оно может прослужить намного дольше.

• Изгиб/изгиб : по мере увеличения размера звезды она становится более склонной к изгибу и изгибу из-за крутящего момента/нагрузки на нее. Прямая сталь на самом деле довольно легко сгибается, но то, как кольца с ЧПУ обеспечивают большую опору на кольцах.

• Вес : Сталь весит больше, чем алюминий, то же самое и с хромомолибденом. Для маленького кольца разница будет намного меньше, чем для большого кольца.

• Стоимость : Точно так же, как хороший велосипед со стальной рамой по сравнению с алюминием, лучший материал стоит больше денег, это может быть просто углом экономии. (Обратите внимание, это относится и к другим материалам, таким как титан).

Таким образом, у вас есть несколько причин, по которым у производителя/продавца кольца из разных материалов. Скорее всего, это комбинация вышеперечисленного и компромисс для одного или нескольких (больше веса против меньшей силы и т. д.).

В основном из-за проблем с «плечом рычага» к зубьям самого маленького кольца прикладывается гораздо большее усилие, и они должны быть самыми прочными. Это усугубляется тем фактом, что сила распространяется на меньшее количество зубов.

Для № 2 я бы указал вес - с маленьким кольцом использование алюминия сэкономило бы очень мало веса.

Одно слово: крутящий момент. Также известен как рычаг.

В этом случае плечо рычага представляет собой разность радиусов кривошипа (к которому прикреплена педаль) и звездочки. У нас, гонщиков, есть ограниченное усилие, которое мы можем приложить к педалям, создавая крутящий момент в кривошипе. Наша инерция создает противодействующую силу через цепь в выбранном зубчатом венце. При достаточной разнице в уровне рычагов наша человеческая сила может создать крутящий момент, который может преодолеть прочность материала цепного звена.

Таким образом, чтобы выдерживать повышенный крутящий момент, наименьшая передняя звезда обычно изготавливается из более прочного материала, часто из стали.

ОБНОВЛЕНИЕ: модераторы запросили расширение. Вот.

Крутящий момент — это «крутящая сила», которую мы, велосипедисты, создаем, когда крутим педали велосипеда. Величина силы, которую мы прикладываем к педалям, может быть увеличена за счет длины «моментного рычага», которая в нашем случае представляет собой межцентровую длину шатунов от каретки до педали ( с). Также вокруг той же оси находятся передние цепные звездочки. Разница между нашим радиусом вращения педалей и радиусом звездочки является эффективным «моментным рычагом» или «механическим преимуществом» для данной звездочки. По мере увеличения механического преимущества увеличивается крутящий момент или сила кручения, создаваемая педалями. Мы получаем максимальное механическое преимущество при вращении педалей против звездочки с наименьшим радиусом.

Это суммирует наши силы. Теперь пару слов о материалах. Условно говоря, сталь прочная и тяжелая, а алюминий мягкий и легкий. Однако сплавы и различные виды обработки изменяют эти исходные характеристики, как правило, с дополнительными затратами. Суть заключается в анализе напряжения/деформации задействованных сил (крутящего момента) в сравнении с собственной прочностью материала. А еще есть денежный бюджет, который влияет на доступные варианты и выбор. Обзор возможных материалов для звездочек выходит далеко за рамки этого ответа или моих нынешних знаний.

Достаточно сказать, что производители будут использовать наиболее рентабельные продукты для своей целевой аудитории. Это может означать, что для команд Тур де Франс будут использоваться другие материалы, в отличие от того, что вы и я можем приобрести в наших местных велосипедных магазинах.

Когда дело доходит до звездочек для повседневных гонщиков, все сводится к крутящему моменту. Двумя наименее дорогими материалами, которые удовлетворяют требованиям по устойчивости к нагрузкам/деформациям, являются алюминиевые сплавы и стальные сплавы.

Обратите внимание, что термин OP «хромомолибден» относится к хромомолибденовой стали , также называемой хромомолибденовой сталью.