Närmountainbiketillverkarelanserar nya modeller, betonar de ofta den nya modellens förbättrade styvhet, vikt, komfort eller aerodynamiska prestanda. Av dessa parametrar är styvhet den viktigaste, vilket är nyckelfaktorn för att göra en cykel så effektiv som möjligt vid kraftöverföring. Det finns dock många detaljer gömda under det allmänna begreppet styvhet.
Bland de många försäljningsargument som mountainbiketillverkarna nämner för att sälja sina produkter dyker alltid "ökad styvhet" upp. Detta är faktiskt en parameter som många pratar om men få människor förstår vad det egentligen betyder. Men precis som cykelns vikt överskattar många människor rollen av ökad styvhet. Stelhet är inte nödvändigtvis starkare.
Vad är styvhet
Innan vi börjar analysera vad denna parameter betyder, är det första vi ska göra att klargöra vad styvhet är. Enligt den definition som vanligtvis används inom teknik är styvhet förmågan hos ett konstruktionselement (i fallet med en cykel, ramen) att motstå deformation orsakad av applicering av yttre krafter.
Det är därför när vi pratar om styvhet, tänker de flesta direkt på kraften vi applicerar på pedalerna och hur mycket ramen deformeras i sidled med varje pedalslag.
Detta är dock bara en av de krafter som påverkar ramen, och andra krafter, såsom effekterna av centrifugalkraften vid kurvtagning, reaktionen på gupp i vägen och andra ojämnheter som möter på vägen, tas ofta inte med i beräkningen.
Ingenjörerna som utvecklar cyklar måste ta hänsyn till alla dessa aspekter för att uppnå inte bara extremt stark effekt av cykeln, utan också rätt stötdämpningsförmåga, samtidigt som hela cykeln blir så lätt som möjligt.
Därför, när vi pratar om ramens styvhet, måste vi utvärdera den i olika delar av ramen, så du kommer att upptäcka att den här parametern är mer intressant än den andra.
Enkelt uttryckt är det inget problem att uppnå högsta möjliga styvhet. Att helt enkelt stapla materialen, speciellt om råvarorna har hög draghållfasthet, kommer att resultera i en styvare struktur. Förutom materialet är även rörets tvärsnitt- viktigt. Ju större-tvärsnitt desto större styvhet. Men bieffekten är att vikten oundvikligen kommer att öka.
Arrangemanget av kolfibrerna är naturligtvis också mycket viktigt. Den nuvarande vanliga metoden bygger på olika arrangemang av enkelriktade fibrer, som kännetecknas av hög styvhet i fiberarrangemangets riktning, men mycket liten styvhet i riktningen vinkelrätt mot fibern. Detta gör det möjligt för ingenjörer att uppnå motsvarande användningsområden i olika delar av ramen beroende på hur varje fiberduk är placerad.
För att få den perfekta passformen krävs mycket komplext beräkningsarbete, som lyckligtvis utförs av ingenjörer på 2000-talet främst på högpresterande datorer som använder finita elementanalysmjukvara (FEA), som tillåter ingenjörer att generera hundratals virtuella ramar och simulera deras svar på olika krafter som appliceras.
Ramdesignmålet är att uppnå balans och lägga till styvhet endast där det behövs. För detta ändamål definierar vi flera typer av styvhet i cykelramar.
Styv trampning – lateral stelhet
För det första är den vi brukar tänka mest på sidostyvheten, som mäts i deras labb genom att applicera en belastning på vevfästet för att simulera krafterna som appliceras genom att trampa. Denna styvhet mäter främst i vilken grad vevfästet deformeras varje gång våra ben trampar på vevarna. Intressant nog måste sidostyvheten vara så hög som möjligt, för genom att minimera sidoförskjutningen kan vektorkraften vi genererar vara den maximala kraften som överförs till bakhjulet.
Dessutom måste den bakre triangeln också vara tillräckligt styv för att inte deformeras när kedjan överför kraft bakåt.
Det är den parametern vi cykelrecensenter försöker bedöma hur lätt en cykel kan accelerera snabbt, och den här prestandan är särskilt viktig för klättrare och sprinters som kräver att cykeln fortfarande ska kunna behålla full kraft när den sätter igång en attack eller står inför en stor gruppsprint. Men vid marschfart kan de flesta ramar på marknaden sägas vara mycket effektiva, eftersom effektuttaget är mer stabilt och inte mycket annorlunda än vanliga entusiaster.
För att uppnå målet med hög styvhet för bottenfästen i sidled har cykeltillverkarna åtagit sig att välja bredare vevpartier och 30 mm vevpartier. Kedjestagen är också ofta väldigt tjocka, speciellt på sidorna, men de är inte för tjocka för att undvika kompatibilitet med bakhjulet. Bottenfästet och kedjestagen är ofta asymmetriska för att balansera svaret på de olika krafterna som genereras på drivsidan och icke-drivsidan. Olika kolfiberarrangemang används också för att maximera denna effekt.
Precisionskontroll – vridstyvhet
En viktigare men mindre nämnd parameter är vridstyvhet. Detta definierar hur mycket ramen vrider sig under olika krafter. Denna vridning påverkar inriktningen av fram- och bakhjulen och har därför en betydande inverkan på hanteringen av cykeln, särskilt vid kurvtagning.
Vid kurvtagning i hög hastighet applicerar cykeln centripetalkraft på insidan av kurvan, vilket skapar en centrifugalkraft som tenderar att flytta oss ut ur kurvan. På grund av skillnaderna i strukturen på gaffeln och den bakre triangeln är krafterna på fram- och bakhjulen inte desamma, vilket gör att hjulen är felinriktade i sin rörliga linje.
För ryttaren skulle vi beskriva detta som oprecis hantering. I grund och botten, när föraren ritar en linje i hörnet som en pensel, ger cykeln dig inte den snäva respons du vill ha. Tvärtom, när en cykel presterar bra i den här parametern är det inte bara lätt att rita en kurva, utan också med en enkel rörelse kan du peka cykeln mot mitten av kurvan, och efter att ha klippt igenom mitten av kurvan korrigerar den gradvis din längsgående vinkel på kurvan med en mycket enhetlig progression, och reaktionen på plötsliga förändringar i cykelns riktning i den främre linjen kommer också att vara snabbare. I allmänhet kommer hela kurvkontrollen att bli lätt och direkt, och det blir ingen trög känsla av de mindre stela modellerna.
För att förhindra att ramen lätt vrids, förstärker tillverkarna vanligtvis gaffelkroppen och använder ett större styrrör. Faktum är att headsetlagret har ökat år för år, från det traditionella 1 tum till 1,5 tums lager som ofta ses i den nedre skålen. Detta är också anledningen till att nedröret på en cykel vanligtvis är det bredaste-tvärsnittet, eftersom det är den huvudsakliga stödjande delen av ramstrukturen.
Men det finns en annan aspekt att ta hänsyn till. Det är att sido- och vridstyvhet måste balanseras för att ge ramen bästa prestanda utan kompromisser. Å andra sidan kan för mycket sidostyvhet vid fram- och bakaxeln göra cykeln svår att köra när väglaget inte är perfekt, eftersom den kommer att studsa efter varje vägkollision. Så det finns fler aspekter att ta hänsyn till än bara dessa.
Jämn gång – vertikal styvhet
Om målet med de föregående punkterna är att uppnå starkast möjliga styvhet, så är det i vertikalplanet tvärtom: en viss styvhet för att undvika studseffekten, men samtidigt tillräckligt med deformationskapacitet för att lösa vägytans ojämnheter.
Detta är en mycket svår parameter att justera eftersom den påverkas av förarens vikt, och cykelns design tar hänsyn till olika typer av ryttare. Naturligtvis är det nu möjligt att härleda den genomsnittliga storleken på en ryttare av en viss storlek genom big data-analys av ryttare, så att ingenjörer kan justera denna parameter mer exakt.
Generellt sett, liksom lateral styvhet, kommer tvärsnittet av ramröret och arrangemanget av kolduken att ha en betydande inverkan på vertikal styvhet. Justeringen av vertikal styvhet strävar också efter att uppnå en perfekt balans mellan vibrationsdämpning och kraftöverföringseffektivitet utan att påverka sidostyvheten.
Vertikal styvhet påverkar vanligtvis aerodynamiken, eftersom det aerodynamiska röret kommer att öka rörets vertikala tvärsnitt-, vilket ökar den vertikala styvheten och minskar det horisontella-tvärsnittet, vilket påverkar den laterala styvheten, vilket är helt motsatt vad ramen eftersträvar.
Lösningen på det här problemet förlitar sig vanligtvis på ett trunkerat virtuellt svansrör och en ökning av rörets horisontella- tvärsnittsarea, men detta påverkar inte bara vikten utan också den aerodynamiska prestandan.
Vad händer om cykeln är för styv eller för mjuk?
Som vi sa i början, om det absoluta värdet av styvhet är viktigt, är det väldigt lätt att göra en cykel extremt styv med moderna material. Det är dock få av oss som klarar mer än en timme på en sådan cykel, inte bara för att förändringarna i vägbanan snabbt kommer att krossa våra armar och ryggar, utan också för att reaktionen på en liten operation är för snabb, vilket tvingar oss att vara nervösa hela tiden.
Faktum är att vi vid en viss period i historien en gång hade en sådan cykel, och även om den kändes extremt underbar när man först trampade på den, speciellt när man accelererade, stod det snart klart att en sådan cykel inte var praktisk i den verkliga världen. När kilometrarna passerade gjorde det mer ont i oss än det hjälpte, eller i varje nedförsbacke gav det oss ingen positiv feedback förutom för mycket självförtroende i kurvtagning. Jag tror att alla fortfarande minns alla-racingmodellerna i aluminium som var populära i början av 2000-talet. Det var riktiga "två hjul och en stolpe, inget annat att göra".
I den andra ytterligheten brukade vi tänka på dem som "bomullscyklar". Förmodligen den typen av cyklar som kräver kontinuerlig hög-intensiv effekt för att bibehålla marschfarten, och du kommer att känna att mer än hälften av din kraft är borta, för att inte tala om en gammal mans reaktion när du accelererar.
Sådana cyklar kommer också att framkalla människors mardrömsminnen vid kurvtagning och spårning. Jag tror att förare som äger landsvägscyklar med-mellanklass stålram kan förstå vad jag menar. Även om vi kan kalla sådana cyklar "eleganta i formen och lyxiga i konsistensen", kommer de som förstår att förstå.
Efter ovanstående introduktion vet vi att i de flesta fall kommer högre styvhet definitivt att vara mer populärt, men det måste testas noggrant i varje område av ramen och slutligen uppnå en perfekt balans mellan olika indikatorer. Kort sagt, den totala styvheten hos ramen har ökat avsevärt under åren. På den senaste generationens modeller behöver du kanske bara trampa på den ett par gånger, medan du på samma modell som kan vara tio år sedan kan behöva trampa på den mycket mer. Genom en sådan jämförelse kan du mycket intuitivt känna den enorma effekten av utvecklingen av ramdesignkunskap, berikandet av designverktyg och förbättringen av materialkvaliteten på cykelprestanda.
