淺談輪組的壹貳事


 


輪組到底有甚麼好論的?不就是幾個組件而已?


 


其實在這個時代裡的輪組已經有很多劃時代的變化,Lightweight沒錯就是LW這個耳熟能詳的名子,他開了第一槍。且看201010月號的Bicycle Club雜誌P.52~P.65之間闡述了三種不同幅調的概念,我站在結構理論的觀點來看,這是不知打哪來商業用語,到底是混淆視聽還是沒有查證?


 


在結構的理論中只有構件的邊界條件不同所產生不同的變化


1.      傳統彎鉤輪輻(standard elbow type spoke):這可以視為一種二力構件,如下圖所示,由於兩側支承都可產生不同程度的轉向,故不傳遞彎矩。


 



2.      直頭輪幅(straight-pull type spoke):花鼓端可傳導彎矩作用,包含側向力,梁柱構件行為但僅可受軸拉力,不具壓力傳遞性能




 


3.      全固定輪幅(fixed spoke):梁柱構件但可受軸拉力、壓力,可傳導彎矩作用,一端點有六方向力與三軸向彎矩


 



在結構學上來歸類大約是這三種類型,其餘只差異在受力的大小


回歸主題談輪組,由於以上的邊界條件不同造成設計者的可達成目的不同,而產生不同的效果。


 


鋼絲輪


鋼絲輪顧名思義使用鋼絲做為介材連接輪圈與花鼓,中間幅帽負責鍵結,鋼質的鋼絲細長比很大,所以容易產生挫曲(buckle)”現象,所以使用較高拉伸預力結構是較有效率的


 


材料的軸向型變量可以寫成 變形量=(力量*長度)/(楊式係數*斷面面積)


 


假使相同的輪子條件下改變鋼絲的型號那就只有分母的兩個變因了,但是輪組是結構體也就是說,不能從單一支鋼絲來探討,那是無意義的,那就只能歸咎於力量的變化了,也就是說當你在踩踏的時候越多的鋼絲會分擔力量的變化,越少的鋼絲力量的變化就多,但是要做又輕又強的輪組,鋼絲數多就沒意義了,少了鋼絲數量,就只能從花鼓下手,改變瑴耳大小來改變力量的變化量


 


彎矩=*力臂


 


傳統的彎鉤鋼絲不傳遞彎矩,所以觀察傳統的輪組思維必須有交叉的存在,但事實上,在觀察是要看兩支鋼絲比較接近平行的那兩支,力偶(coupe)的觀念就要運用到了請看下圖


 


這就表示踩踏的彎矩在平行的鋼絲上產生力偶,這力量F就是力的變動大小,而前面所說彎矩的觀念,這時候就靠距離d來改變力量的變動大小,而交叉點的觀念要考慮的是實際上的交叉,因為實質的交叉造成鋼絲的互置行為,拉緊的鋼絲會變得比較接近直線,因為放鬆的鋼絲會被拉緊的鋼絲產生更大的夾角,但因為放鬆的鋼絲會產生抗衡的力量來抵抗變形,進而減少放鬆的力量。


 


全預力行為


 


一般常態即使輪幅只有很少的張力,也算是全預力行為,全預力行為的輪組,在某區域輪幅張力歸零之後,變形量會突然增加,好比LW單點側壓到一個程度以後,輪幅已經挫屈可以內外搬動,所有的輪組都在致力於這種情況的發生點延後,只式手法不同罷了


 


全固定輪幅輪組


 


這種輪組的特色就是,輪幅本身可以抵抗壓力,但是LWRZR…這些輪組都是採用預力型設計,為什麼呢?其實說破了一點也沒甚麼,這兩個輪組,輪幅都是做成較為扁平狀,這意味這X軸與Y軸向的力學性質不同,假設寬的X軸,扁的是Y軸,Iy會大於Ix,這個我就不證明了自己去看相關力學書籍,如果這種輪幅開始拉力歸零轉成壓力狀態,Y軸向肯定開始挫屈,導致大變形,所以他要避免這種狀況必須採取較高預力型設計


 


Mavic!一個世界知名的大廠,R-sys採用低預力型的設計,但是有個條件,他的輪幅必須是圓棒狀,或是具有一定尺寸的棒狀,不再是細細扁扁或寬寬扁扁的形狀,因為這樣承受壓力時才比較不容易挫屈,這個以目前的軟體都能分析的出,至少多少斷面才足以抵抗,或者是滿足大變形點前的能量吸收,做到剛剛好又不會太重。


 


彎矩的傳導


 


善用這個特性可以令輪組在傳導特性上,輕鬆的多出額外的10%,至於怎麼做,我也一時說不上來,但是在很多的碳纖輪幅上都可以驗證,Corima MCC就是出了名的例子,Corima MCC我猜測是採用低預力型的設計,從輪幅的形狀,與非傳動側的設計,以及歐洲展的親自驗證。為什麼呢?他從右側觀察逆時鐘旋轉的輪幅,卻沒有順時針向的平衡,那也只能靠彎矩傳遞來平衡了,如果過高,非傳動側的輪幅預力過大,那也不是好事,畢竟一支輪幅的跨度這麼大,彎矩過大是很不好的。


 


    事實上總的來說,這些觀念一點也不困難,學過基礎力學大概都聽得懂我在說甚麼,商人拿來炒作商品的話題也能唬的大家瘋狂討論,一愣一愣的也是挺有趣的現象,外國的月亮比較圓嗎?我看來只是行銷或融資能力不錯,技術基底呢?加工來說台灣還是比較厲害,台灣也許最大的弱點在於能整合設計的人才太少或者有志難伸,有志難伸可能歸咎於華人觀念的自私,不懂藉由別人的技術共同創造更大的利益,以至於如此,另外就是設計人才的不重視了!


 


    以上淺談了一些觀念,不再深入探討,再深入可能可以寫好幾篇論文了。在目前這個世界,設計、分析驗證都已經在電腦上可以處理,要做風洞、上機台的實驗,都是等設計已經完成最佳話最後接近完成版本才會去測試。希望這篇文章能讓各位有比較正向的認知




 



 



 





 


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