Чому на деяких велосипедах є набагато більші колеса, ніж у більшості мотоциклів?

Розглянемо гірський велосипед та мотоцикл. У кожного є потреба бути максимально зручною та подолати перешкоди ефективніше. Більш великі колеса зазвичай означають більшу здатність до пересічення. То яка теорія за велосипедами, які зазвичай мають більші колеса, ніж мотоцикли?

Передача - це фактор, хоча аж ніяк не єдиний фактор. Загальні розміри коліс дозволяють отримати зручні розміри зірочок, як переднього, так і заднього. Промисловість для велосипедів завжди рухалася тим, що потребує гонщиків, а про велосипедисти можуть досягати 100 км / год на спуску. Чим вище у вас передача, тим менше шансів на те, що ви "викрутитеся" і більше не зможете ефективно здійснювати педалі. Чим більше колесо, тим далі ви рухаєтесь за один оборот. Двигун внутрішнього згоряння може досягти 1000 об / хв, на порядок вище, ніж можуть підтримувати людські ноги, які принаймні в лабораторних умовах починають втрачати ефективність приблизно на 100 об / хв ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5), і вище певного моменту (що, мабуть, тема власного питання) абсолютно не в змозі не відставати від педалей, не кажучи вже про застосування значущої сили. Ось чому велосипеди у стилі пені, які мали стилі пені, мали такі великі колеса, оскільки кривошипи були прикріплені безпосередньо до колеса, єдиний шлях швидше - отримати велике колесо.

Ланцюговий привід і передача виправили цю проблему, дозволяючи мати менші та легші колеса та верхню трубку нижче висоти промежини. Але є практичні обмеження щодо того, якою великою ланцюговою стрічкою і якою маленькою задньою зірочкою ви можете користуватися. Занадто великий ланцюг почне гнутися (це було більшою проблемою перед сучасними матеріалами), і на даний момент найменша задня зірочка на стандартній касеті - 11 зубів, на старих 5-ступінчастих вільних колесах це зазвичай 14 зубів. Колесо 700с з шиною 25 мм може досягти ~ 73 км / год при каденції 120 об / хв зі стандартним гоночним 53 зубчастим ланцюгом і 11 задньою зірочкою. Щоб отримати таку ж передачу, колесо BMX розміром 20 дюймів знадобиться 75 зубних ланцюгів діаметром приблизно 12 дюймів, а складеному 16-дюймовому велосипедному колесу знадобиться ланцюг діаметром 83 зуба, 14 ".

А деякі велосипеди насправді мають дуже маленькі колеса, як складані велосипеди. Але їх максимальна швидкість обмежена. Деякі задні касети з 9 найменшими зубчастими зубчастими колесами зроблені (див. Http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), але технічні проблеми роблять їх дорогими та схильними до зносу. І навіть тоді стандартні розміри коліс 26 "і 28" (він же 700C aka 29 ") були встановлені 100+ років тому, і складані велосипеди, як правило, виглядають" тупими "для людей порівняно з більш звичайними мотоциклами. І UCI любить мандатувати цей сучасний гоночні велосипеди мають приблизно таку ж форму, як і в 70-х роках, включаючи алмазну раму і колеса від 55 до 70 див.

Ще одна стандартна причина, зважаючи на те, чому гірські велосипедисти повинні віддавати перевагу 29-дюймовим колесам понад 26-дюймові колеса, - це те, що вони "краще котяться". Більший діаметр означає, що він менше застряє в невеликих колії і норах, перекочуючи його, а не вниз. Більш великі шини також означають більший об'єм повітря, а отже, менша потреба в підвісці. Мотоцикли вже набагато важчі (з необхідною силою для пересування набагато більше ваги), тому покращення підвіски - це менше проблеми. Питання "26 проти 29" (проти 27,5 ") далеко не врегульоване, але тенденція рухається до більших коліс, а не до менших.

Я не думаю, що "набагато більше" є відповідним описом:

У кращому випадку колеса велосипеда, як правило, «трохи більше».

І слід зауважити, що в обох випадках одним обмежуючим фактором є «висота стояння» - найнижча позиція вершника (для відносно прямолінійного стилю кадру) в основному обмежена розміром колеса. Більш великі колеса або потребують довших ніг наїзника, конструкцій каркаса з незвичайною кулею (які роблять велосипед довше і більш громіздким), або монтажу / демонтажу стилю "копійки".

Підсумок: мотоцикли мають більш важкі колеса, що робить їх меншими, робить їх більш маневреними. Мотоцикли їздять швидше, тому важливіший опір повітря, а більші колеса мають його більше. Мотоцикли мають набагато більше потужності, і їздять швидше, тому підвіска є і простішою у перевезенні, і необхіднішою.

Однак є більше міркувань, ніж просто удари. Так, більші колеса справляються з ударами краще, ніж маленькі. Якщо ви дбаєте лише про те, щоб розмір колеса був обмежений лише колесами, які ви можете придбати - ось чому розмір коліс 36 "/ ISO787 популярний у деяких кварталах. Ви можете отримати більші колеса, але шини дуже важко знайти і Ймовірно, доведеться самостійно виготовляти шини, тюбики та диски.

Великі колеса слабкіші на однакову вагу , а вага має велике значення для велосипеда. Ефективно ви поширюєте однакову кількість матеріалу на більший обід і шини, тому все стає тонше. У той же час, оскільки велосипеди принаймні мають досить обмежену ширину маточини, колесо стає слабкішим боком, оскільки кут між лівою та правою спицями стає меншим одночасно із збільшенням важеля.

Великі колеса мають більший опір повітря, оскільки вони мають більшу фронтальну площу. Звичайно, ви можете попрацювати над цим, але все, що ви можете зробити, щоб зменшити опір повітряного трохи колеса, ви також можете зробити з невеликим колесом ... і якщо ви подивитесь на велосипеди Battle Mountain, вони використовують ті ж методи, що і UCI на своїх маленьких колесах.

Наприклад, світовий рекорд швидкості велосипедів, встановлений малого велосипеда Moulton :

У 1986 році Джим Гловер катався на цьому велосипеді зі швидкістю 51 км / год на літаючому 200-метровому ході, щоб встановити світовий рекорд швидкості, який існує і донині.

То чому у велосипедів є більші колеса?

Як ви сказали, більші колеса краще справляються з ударами. Особливо це стосується тих випадків, коли підвіска (або дорожні велосипеди) мало або взагалі немає, але стосується і гірських велосипедів. Більше колесо поки не потрапляє в провали, тому ви втрачаєте менше енергії на підвіску.

Мотоцикли їздять швидше, ніж велосипеди, і мають більшу максимальну швидкість. З цього випливає багато речей.

Це означає, що мотоцикли повинні мати підвіску , якщо це необов’язково для велосипедів. Якщо мотоцикл потрапив у удар і потрапить у повітря, це захоплююче і незвично. Але навіть багато велосипедистів не знають, що їхні велосипедні колеса зіходять з землі, тому що це лише частина їзди на велосипеді (ви «розвантажуєте сідло» на велосипеді на ударах і використовуєте своє тіло як частину підвіски). Але як тільки у вас підвіска, більша перевага великих коліс значною мірою минає.

Відверта сторона "більші колеса слабкіші" полягає в тому, що мотоцикли ставлять набагато більше навантаження на колеса . Вони важчі, більше потужності і швидше йдуть. Вони також проїжджають більші відстані - їзда на велосипеді на 1000 км - це довгий шлях і займає дні, але на мотоциклі це не примітно, якщо немає виняткових факторів. Багато і багато мотоциклістів подорожують більше, ніж, скажімо, 50 000 км на рік на мотоциклі, але навряд чи будь-який велосипедист робить те саме. Таким чином, мотоцикл повинен прослужити довше, ніж велосипед, що робить силу важливішою. Аварії також небезпечніші на більшій швидкості, і з більш важким мотоциклом, який може впасти на гонщика в аварії. Знову важливіші сильніші, а маленькі колеса - сильніші.

Більш великі шини мають більше гуми, тому вони тривають довше . Велосипедні шини повинні бути тонкими, щоб вони згиналися, а це означає, що рішення мотоцикла - зробити шини товстішими, щоб збільшити тривалість життя, насправді не працює. Це робить велике колесо одним із небагатьох варіантів.

Комфорт та ефективність їзди на шорстких поверхнях відіграють важливу роль. Більше колесо допомагає обом цим - згладжує удари для комфорту та зменшує вертикальний рух (витрачається енергія).

Малі велосипеди на колесах, такі як складані велосипеди, можна допустити на гладких поверхнях, але вони не славляться здатністю, комфортом або швидкістю бездоріжжя.

Надзвичайним у великих колесах був звичайний велосипед (він же - копійковий фартінг), який забезпечував відповідне "перемикання передач" з прямим привідним колесом - але він також забезпечував комфорт та ефективність (не стільки безпеку!) На нечерених дорогах епохи.

Коли передачі стали практичними та прийнятими, розміри коліс зменшились для зручності та безпеки - справді, велосипеди з приводом були відомі як "Безпека" на відміну від "Звичайних" велосипедів - але лише поки що, завдяки потребі в комфорті та ефективності на нерівних дорогах.

Мотоцикли не мають такої ж потреби в ефективності, оскільки у них є трохи більше 1/4 кінських сил, щоб грати, тому вони можуть використовувати більш досконалу підвіску та набагато м'якіші та більш товсті шини, щоб виграти на передній частині комфорту навіть при менші колеса.

Товстіші шини також важливі для кращого утримання дороги на швидкостях, яких зазвичай не відчувають велосипедисти.

Тому обидва види транспорту, схоже, осіли на розмір колеса, який найкраще відповідає їх умовам.

Попередні відповіді стосуються різних коефіцієнтів передач, різної міцності та різного комфорту. Є й інші причини.

1. Крутний момент

tl; Велосипед dr обмежений каденцією; мотоцикл обмежений граничною міцністю на розрив.

Двигуни Morotbike можуть працювати 12 000 об / хв з відносно невеликим крутним моментом на колінчастому валу. Людина може робити 100 об / хв при відносно високому крутному моменті. У мотоциклі є двигуни, коробка передач і ланцюгова передача (карданна передача) між двигуном і колесом. Всі передачі зменшують кутову швидкість (частина об / хв), але збільшують крутний момент. Шестірні між ногою людини і колесом збільшують швидкість і зменшують крутний момент.

Для Yamaha YZF-R1 (2003) передавальне число (кривошип / вісь) коливається від 10,6: 1 до 4,7: 1. Для першої передачі; це означає, що колесо робить 10 разів меншими частоти обертів, ніж двигун, а крутний момент у вісі колеса в 10 разів більший, ніж на колінчастому валу.

Для велосипедів з 11 - 25 касетним і 26 - 48 ланцюговим колесом передавальне співвідношення (стопа / вісь) коливається від 0,96: 1 (1: 1,04) до 0,22: 1 (1: 4,36).

Припустимо, крутний момент вимірюється на вісь (розділіть силу лише на окружність колеса) та верхній передачі. Максимальний крутний момент цієї Yamaha становить приблизно 100 Нм на осі, що дає 21,28 Нм на колінчастому валу і 225,57 Нм на осі з поданою першою передачею. Людина 80 кг може генерувати 140 Нм на ланцюговому колесі і 30,8 - 134,4 Нм на осі.

Якби ми хотіли використати розмір колеса мотоцикла (190/55 R17, 2013 мм), який у 1,05 рази менший, ніж велосипедний (700x38C, 2117 мм), нам потрібно було б зменшити передавальне число, що призводить до крутного моменту, спричиненого людиною, починаючи з 29,3 - 127,8 Нм.
Якщо ми хочемо використовувати розмір колеса велосипеда, нам би потрібно було збільшити передавальне число, в результаті чого крутний момент, що створюється двигуном, коливається від 105,2 до 237,2 Нм.

2. Маневреність

У байкерсько-велосипедній системі байкер є важкою частиною. У системі мотоциклів велосипед зазвичай важчий, іноді вага байкерів майже незначна. Більше колесо означає більший імпульс і більший гіроскопічний ефект. Для велосипедів це означає кращу стабільність; ви менш вразливі до падіння або диких поворотів. Для мотоциклів це призводить до більш високого опору повороту і надто гіршої маневреності.

3. Поверхнева чутливість

tl; dr. Менші колеса більш вразливі, ніж стирчать великі колеса.

Про це вже говорилося, але я його ще більше розширю. Менші колеса можна застрягти в отворі набагато простіше, ніж більші. Це як укласти велику монету в отвір для меншої.
Коли менше колесо підходить до шишки, воно має більший кут кріплення, ніж велике колесо. Менше колесо, як правило, зупинятиметься на цій шишці, але велике колесо, як правило, перевершує його. В якості екстенсивного прикладу порівняйте роликові фігуристки та байкери на гравійному бруку.
Менші колеса також більше схиляються до м'яких поверхонь (грязі, піску, снігу), ніж більші. При однаковій глибині проникнення в більші колеса задіяно більше матеріалу, тим самим розсіюючи навантаження на більшу площу, а також маючи кращий кут атаки htan меншим колесом. Більші колеса також мають ланцюг далі від сміття.

Мотоцикли важчі і мають набагато більше потужності / крутного моменту, ніж велосипедисти. Застрягши, мотоцикл має перевагу в нижньому центрі маси (менш вуглеподібний, щоб крутитися навколо переднього колеса), більшій імпульсі (він буде орати через грязь) і потужності (він буде копати). Мотоцикли набагато більш спеціалізовані - майже не можна використовувати позашляховики і навпаки. З іншого боку, велосипеди можуть досить комфортно їхати по дорозі та в пересіченій місцевості.