Geometria rowerów i motocykli - Bicycle and motorcycle geometry

Parametry geometrii roweru: rozstaw osi, kąt osi kierownicy, przesunięcie widelca i szlak

Geometria roweru i motocykla to zbiór kluczowych pomiarów (długości i kątów), które definiują konkretną konfigurację roweru. Najważniejsze z nich to rozstaw osi, kąt osi skrętnej, przesunięcie widelca i szlak. Te parametry mają duży wpływ na zachowanie się roweru .

Rozstaw osi

Rozstaw osi to pozioma odległość między środkami (lub punktami kontaktu z podłożem) przednich i tylnych kół. Rozstaw osi jest funkcją długości tylnej ramy, kąta osi skrętnej i przesunięcia widelca. Jest podobny do terminu rozstaw osi używanego w samochodach i pociągach.

Rozstaw osi ma duży wpływ na stabilność wzdłużną roweru, a także wysokość środka masy roweru połączonego z rowerzystą. Krótkie rowery o wiele bardziej nadają się do jazdy na jednym kole i postoju .

Kąt osi skrętu

Widły teleskopowe w motocyklu BMW ujawniają kąt osi skrętu, zwany również kątem natarcia

Przykład rozdrabniacza o niezwykle dużym kącie natarcia

Kąt osi sterowania nazywany jest kątem rzucania mierzonym od osi pionowej lub kątem główki mierzonym od osi poziomej. Oś kierownicy jest osią , wokół której mechanizm kierowniczy (widelec, kierownica, koło z przodu, itd.) Obraca się. Kąt osi kierownicy zwykle odpowiada kątowi główki ramy .

Kąt główki roweru

W rowerach kąt osi kierownicy mierzony jest od poziomu i nazywany jest kątem główki ; kąt głowy 90° byłby pionowy. Na przykład Lemond oferuje:

Filmore z 2007 roku, zaprojektowany do toru, z kątem główki wahającym się od 72,5° do 74° w zależności od rozmiaru ramy
Tete de Course z 2006 roku, zaprojektowane do wyścigów szosowych, z kątem główki od 71,25° do 74°, w zależności od rozmiaru ramy.

Ze względu na zawieszenie przedniego widelca, nowoczesne rowery górskie — w przeciwieństwie do rowerów szosowych — mają zwykle słabsze kąty główki ramy, zwykle około 70°, chociaż mogą one wynosić nawet 62° (w zależności od ustawienia geometrii ramy).

Co najmniej jeden producent, Cane Creek, oferuje niegwintowane stery z rynku wtórnego, które umożliwiają zmianę kąta główki.

Kąt nachylenia motocykla

Się motocyklach kąt osi kierownicy jest mierzona od pionu, zwany kąt pudru , kąt natarcia , lub po prostu natarcia ; kąt natarcia 0° jest zatem pionowy. Na przykład Moto Guzzi oferuje:

2007 Breva V 1100 z nachyleniem 25°30' (25,5 stopnia)
Nevada Classic 750 z 2007 r. z nachyleniem 27,5°

Przesunięcie wideł

Widelec przesunięcie jest prostopadła odległość od osi kierownicy do środka koła przedniego.

W rowerach przesunięcie widelca nazywane jest również widelcem rake . Widelce do rowerów wyścigowych mają przesunięcie 40-50 mm (1,6-2,0 cala).

Przesunięcie może być realizowane przez zakrzywienie widelców, dodanie prostopadłych zakładek na ich dolnych końcach, przesunięcie gniazd wideł w koronie widelca przed sterem lub przez zamontowanie wideł w koronie pod kątem do rury sterowej. Rozwój widelców z łukami przypisuje się George'owi Singerowi .

W motocyklach z teleskopowymi rurami widelca przesunięcie widelca może być realizowane przez przesunięcie w potrójnym drzewie , dodając potrójne grabie do drzewa (zwykle mierzone w stopniach od 0) do rur widelca, gdy montuje się je w potrójnym drzewie, lub kombinację dwójka. Inne, mniej popularne widły motocyklowe , takie jak widły z łącznikiem wleczonym lub widły z łącznikiem prowadzącym, mogą wprowadzać przesunięcie o długość ramion łącznika.

Długość widelca

Długość widelca jest mierzona równolegle do rury sterowej od dolnego łożyska korony widelca do środka osi.

Trasa

Diagram przedstawiający wpływ zmniejszenia kąta główki ramy, przesunięcia widelca lub rozmiaru (średnicy) kół na szlak.

Ścieżka to pozioma odległość od miejsca, w którym przednie koło styka się z podłożem, do miejsca przecięcia osi kierownicy z podłożem. Pomiar uznaje się za pozytywny, jeśli punkt styku przedniego koła z podłożem znajduje się za (w kierunku tyłu roweru) przecięciem osi skrętnej z podłożem. Większość rowerów ma pozytywny ślad, chociaż kilka, takich jak rower do dwumasowych rolek i Python Lowracer, ma negatywny ślad.

Szlak jest często wymieniany jako ważny wyznacznik właściwości prowadzenia roweru, a czasami jest wymieniany w danych geometrycznych producentów rowerów. Wilson i Papodopoulos twierdzą, że ślad mechaniczny może być ważniejszą i bardziej pouczającą zmienną, chociaż oba wyrażenia opisują prawie to samo.

Trail jest funkcją kąta osi skrętu, przesunięcia widelca i rozmiaru koła. Ich związek można opisać wzorem:

{\ Displaystyle {\ tekst {Szlak}} _ {\ tekst {rower}} = {\ Frac {R_ {W} \ cos (A_ {h}) - O_ {f}} {\ sin (A_ {h}) }}}

oraz

{\ Displaystyle {\ tekst {Szlak}} _ {\ tekst {motocykl}} = {\ Frac {R_ {W} \ grzech (A_ {R}) - O_ {f}} {\ cos (A_ {R}) }}}

gdzie jest promieniem koła, jest kątem główki roweru mierzonym od poziomu, jest kątem natarcia motocykla mierzonym od pionu i jest przesunięciem widelca. Trail można zwiększyć, zwiększając rozmiar kół, zmniejszając lub poluzowując kąt główki lub zmniejszając przesunięcie widelca . Ścieżka maleje wraz ze wzrostem kąta główki ramy (staje się bardziej stromy), wraz ze wzrostem przesunięcia widelca lub ze zmniejszaniem się średnicy koła. $R_{w}$ ${\ Displaystyle A_ {h}}$ $A_{r}$ ${\ Displaystyle O_ {f}}$

Motocykliści mówią o szlaku w odniesieniu do kąta natarcia . Im większy kąt natarcia, tym większa trasa. Zwróć uwagę, że na rowerze, wraz ze wzrostem kąta natarcia, kąt główki maleje.

Ścieżka może się różnić w zależności od pochylenia lub skrętu roweru. W przypadku tradycyjnej geometrii ślad zmniejsza się (i zwiększa się rozstaw osi, jeśli mierzy się odległość między punktami styku z podłożem, a nie piastami), gdy rower pochyla się i skręca w kierunku pochylenia. Trasa może się również zmieniać wraz z aktywacją zawieszenia, na przykład w odpowiedzi na hamowanie. Gdy widły teleskopowe ulegają ściśnięciu w wyniku przeniesienia obciążenia podczas hamowania, zarówno szlak, jak i rozstaw osi zmniejszają się. Przynajmniej jeden motocykl MotoCzysz C1 ma widelec z regulacją rozstawu od 89 do 101 mm [3,50 do 3,98 cala].

Szlak mechaniczny

Ślad mechaniczny to prostopadła odległość między osią kierownicy a punktem styku przedniego koła z podłożem. Może być również określany jako normalny szlak . W każdym przypadku jego wartość jest równa licznikowi w wyrażeniu dla śladu.

{\ Displaystyle {\ tekst {MechanicalTrail}} _ {\ tekst {rower}} = R_ {w} \ cos (A_ {h}) - O_ {f}}

, oraz

{\ Displaystyle {\ tekst {MechanicalTrail}} _ {\ tekst {motocykl}} = R_ {W} \ grzech (A_ {R}) - O_ {f}}

Chociaż naukowa wiedza na temat kierowania rowerem pozostaje niepełna, ślad mechaniczny jest z pewnością jedną z najważniejszych zmiennych określających właściwości jezdne roweru. Ślad zerowy może dać pewne korzyści:

eliminowany jest wpływ położenia środka naporu sił wiatru dochodzących z boku
efekt flopa (patrz niżej) został wyeliminowany

Wykwalifikowani i czujni jeźdźcy mogą mieć większą kontrolę nad ścieżką, jeśli szlak mechaniczny jest niższy, podczas gdy wiadomo, że wyższy szlak sprawia, że rower jest łatwiejszy do jazdy „bez rąk”, a tym samym bardziej subiektywnie stabilny.

Koła flop

Flop koła odnosi się do zachowania kierownicy, w którym rower lub motocykl ma tendencję do skręcania się bardziej niż oczekiwano, ponieważ przednie koło „przewraca się” podczas obracania kierownicy. Upadek koła jest spowodowany opuszczeniem przedniego końca roweru lub motocykla, ponieważ kierownica jest obracana z pozycji „na wprost”. To zjawisko obniżania zachodzi zgodnie z następującym równaniem:

f=b\sin \vartheta \cos \vartheta

gdzie:

f

= „współczynnik flopu koła”, odległość, o jaką środek osi przedniego koła jest obniżony, gdy kierownica jest obrócona z pozycji na wprost do pozycji 90 stopni od na wprost

b

= szlak

\vartheta

= kąt główki

Ponieważ trzepotanie kół wiąże się z obniżeniem przedniej części roweru lub motocykla, siła grawitacji będzie powodowała, że kierownica będzie obracać się dalej ze wzrostem prędkości obrotowej i bez dodatkowego nacisku rowerzysty na kierownicę. Po obróceniu kierownicy, kierowca musi przyłożyć moment obrotowy do kierownicy, aby przywrócić ją z powrotem do pozycji na wprost i przywrócić przód roweru lub motocykla do pierwotnej wysokości. Bezwładność obrotowa przedniego koła zmniejszy dotkliwość efektu skakania koła, ponieważ powoduje, że przeciwny moment obrotowy jest wymagany do zainicjowania lub przyspieszenia zmiany kierunku przedniego koła.

Zgodnie z powyższym równaniem, zwiększenie toru jazdy i/lub zmniejszenie kąta nachylenia główki ramy zwiększy współczynnik luzu kół na rowerze lub motocyklu, co zwiększy moment obrotowy wymagany do przywrócenia kierownicy do pozycji na wprost i zwiększy tendencję pojazdu nagle zjechać z linii zakrętu. Ponadto zwiększenie masy przenoszonej na przednie koło pojazdu, poprzez zwiększenie masy pojazdu, kierowcy i ładunku, lub zmianę stosunku masy w celu przesunięcia środka masy do przodu, zwiększy nasilenie efektu trzepania kół. Zwiększenie bezwładności obrotowej przedniego koła poprzez zwiększenie prędkości pojazdu i prędkości obrotowej koła będzie miało tendencję do przeciwdziałania efektowi opadania kół.

Na ogół uważa się, że pożądana jest pewna ilość flopa koła. Magazyn Bicycle Quarterly stwierdza: „Rower ze zbyt małym trzepotaniem kół będzie leniwie reagował na ruchy kierownicy. Rower ze zbyt dużym trzepotaniem kół będzie miał tendencję do zbaczania z wyznaczonej linii przy niskich i średnich prędkościach”.

Modyfikacje

Widelce można modyfikować lub wymieniać, zmieniając w ten sposób geometrię roweru.

Zmiana długości wideł

Zwiększenie długości widelca, np. poprzez przejście ze sztywnego na amortyzowany, podnosi przód roweru, a tym samym zmniejsza kąt jego główki. Wydłużenie widelca miałoby odwrotny wpływ na pochylenie motocykla, ponieważ pochylenie jest mierzone w przeciwnym kierunku.

Ogólna zasada jest taka, że zmiana długości widelca o 10 mm daje zmianę kąta osi skrętu o pół stopnia.

Zmiana przesunięcia wideł

Zwiększenie przesunięcia widelca zmniejsza ślad, a jeśli jest wykonywane na istniejącym widelcu poprzez zginanie bez wydłużania ostrzy, skraca widelec.

Wymogi prawne

Stan Dakota Północna (USA) faktycznie ma minimalne i maksymalne wymagania dotyczące natarcia i szlaku w celu „produkcji, sprzedaży i bezpiecznej eksploatacji motocykla na drogach publicznych”.

„4. Wszystkie motocykle, z wyjątkiem motocykli trzykołowych, muszą spełniać następujące specyfikacje w odniesieniu do geometrii przednich kół:

MAKSYMALNE: Nachylenie: 45 stopni; Ślad: 14 cali [35,56 centymetra] dodatni

MINIMUM: Nachylenie: 20 stopni; Ślad: 2 cale [5,08 cm] dodatni

Specyfikacje producenta muszą zawierać konkretne nachylenie i szlak dla każdego motocykla lub klasy motocykli, a terminy „nachylenie” i „trasa” muszą zostać zdefiniowane przez dyrektora w przepisach przyjętych zgodnie z rozdziałami 28–32.”.

Inne aspekty

Inne aspekty geometrii, takie jak ergonomia lub przeznaczenie, można znaleźć w artykule dotyczącym ram rowerowych . W przypadku motocykli innymi głównymi parametrami geometrycznymi są wysokość siodełka oraz względne ustawienie podnóżka i kierownicy.

Languages

In other projects