Tại sao một số xe đạp có bánh xe lớn hơn nhiều so với hầu hết xe máy?

Hãy xem xét một chiếc xe đạp leo núi và một chiếc xe máy. Mỗi người có một nhu cầu có thể sử dụng hết mức có thể và vượt qua các chướng ngại vật hiệu quả hơn. Bánh xe lớn hơn thường có nghĩa là khả năng xuyên quốc gia lớn hơn. Vậy lý thuyết đằng sau xe đạp thường có bánh xe lớn hơn xe máy là gì?

Thiết bị là một yếu tố, mặc dù không có nghĩa là yếu tố duy nhất. Kích thước bánh xe phổ biến cho phép các con quay có kích thước thuận tiện, cả phía trước và phía sau. Ngành công nghiệp xe đạp luôn được thúc đẩy bởi những gì các tay đua cần, và những người đi xe đạp chuyên nghiệp có thể đạt tới 100 kph + khi xuống dốc. Thiết bị bạn có thể càng cao, bạn càng ít có khả năng "quay ra" và không còn có thể đạp hiệu quả. Bánh xe càng lớn, bạn càng di chuyển trong một cuộc cách mạng. Động cơ đốt trong có thể đạt 1000 vòng / phút, cao hơn mức mà chân người có thể duy trì, ít nhất là trong môi trường phòng thí nghiệm bắt đầu mất hiệu quả khoảng 100 vòng / phút ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5), và trên một điểm nhất định (có lẽ là chủ đề của câu hỏi riêng) hoàn toàn không thể theo kịp bàn đạp, chứ đừng nói đến việc áp dụng sức mạnh có ý nghĩa. Đó là lý do tại sao những chiếc xe đạp kiểu penny có bánh xe lớn như vậy, vì các trục được gắn trực tiếp vào bánh xe, cách duy nhất để đi nhanh hơn là lấy một bánh xe lớn hơn.

Ổ đĩa xích và bánh răng đã khắc phục vấn đề này, cho phép bánh xe nhỏ hơn và nhẹ hơn và ống trên cùng dưới chiều cao đáy quần. Nhưng có những giới hạn thực tế về mức độ lớn của một chuỗi và một bánh xích phía sau nhỏ mà bạn có thể sử dụng. Một chuỗi quá lớn sẽ bắt đầu uốn cong (đây là vấn đề trước các vật liệu hiện đại), và hiện tại bánh xích nhỏ nhất trên một băng cassette tiêu chuẩn là 11 răng, trên các bánh răng tự do 5 tốc độ cũ thường là 14 răng. Một bánh xe 700c với lốp 25 mm có thể đạt ~ 73kph @ nhịp 120 vòng / phút với xích xích tiêu chuẩn 53 răng và bánh xích 11 phía sau. Để có được thiết bị tương tự, một bánh xe BMX 20 "sẽ cần một dây xích 75 răng có đường kính khoảng 12" và một bánh xe đạp gấp 16 inch sẽ cần một răng 83, xích 14 ".

Và một số xe đạp thực sự có bánh xe rất nhỏ, như xe đạp gấp. Nhưng tốc độ tối đa của họ là hạn chế. Một số băng cassette phía sau với 9 đĩa xích nhỏ nhất đã được chế tạo (Xem http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), nhưng những lo ngại về kỹ thuật khiến chúng đắt tiền và dễ bị mòn. Và thậm chí sau đó, kích thước bánh xe tiêu chuẩn 26 "và 28" (còn gọi là 700C hay 29 ") đã được thiết lập từ hơn 100 năm trước và xe đạp gấp có xu hướng trông" ngớ ngẩn "với mọi người so với những chiếc xe đạp thông thường hơn. Và UCI thích bắt buộc sự hiện đại đó xe đạp đua có hình dạng gần giống như những năm 70, bao gồm khung kim cương và bánh xe trong khoảng từ 55 đến 70 cm.

Một lý do tiêu chuẩn khác được đưa ra tại sao những người đi xe đạp leo núi nên ưu tiên bánh xe 29 "trên bánh xe 26 inch là họ" lăn tốt hơn ". Đường kính lớn hơn có nghĩa là nó bị mắc kẹt ít hơn trong các đường ray và lỗ nhỏ, lăn qua nó thay vì đi xuống. Các lốp xe lớn hơn cũng có nghĩa là một khối lượng không khí lớn hơn, và do đó ít cần phải đình chỉ. Xe máy đã nặng hơn rất nhiều (với sức mạnh cần thiết để di chuyển trọng lượng lớn hơn nhiều), vì vậy việc tăng cường hệ thống treo là ít vấn đề hơn. Câu hỏi 26 "so với 29" (so với 27,5 ") không được giải quyết, nhưng xu hướng đang chuyển sang các bánh xe lớn hơn, không phải là nhỏ hơn.

Tôi không nghĩ "lớn hơn nhiều" là một mô tả thích hợp:

Hầu hết, bánh xe đạp có xu hướng "lớn hơn một chút".

Và cần lưu ý rằng trong cả hai trường hợp, một yếu tố giới hạn là "chiều cao chân đế" - vị trí thấp nhất của người lái (đối với kiểu khung tương đối thẳng) về cơ bản bị giới hạn bởi kích thước bánh xe. Bánh xe lớn hơn yêu cầu chân dài hơn trên người lái, thiết kế khung hình kỳ quặc (làm cho chiếc xe đạp dài hơn và khó sử dụng hơn) hoặc lắp đặt / tháo dỡ kiểu "penny fartasing".

Tóm tắt: xe máy có bánh xe nặng hơn, làm cho chúng nhỏ hơn làm cho chúng cơ động hơn. Xe máy đi nhanh hơn, vì vậy sức cản không khí là quan trọng hơn và bánh xe lớn hơn có nhiều hơn. Xe máy có nhiều năng lượng hơn, và đi nhanh hơn, vì vậy hệ thống treo vừa dễ thực hiện hơn và cần thiết hơn.

Có nhiều cân nhắc hơn là chỉ va chạm, mặc dù. Có, bánh xe lớn hơn xử lý va chạm tốt hơn so với bánh xe nhỏ. Nếu bạn chỉ quan tâm đến việc kích thước bánh xe sẽ chỉ bị giới hạn bởi các bánh xe bạn có thể mua - đây là lý do tại sao kích thước bánh xe 36 "/ ISO787 phổ biến trong một số quý. Bạn có thể nhận được bánh xe lớn hơn, nhưng lốp xe rất khó tìm và sẽ có khả năng phải tự làm lốp, săm và vành.

Bánh xe lớn hơn yếu hơn cho cùng trọng lượng , và trọng lượng rất quan trọng đối với một chiếc xe đạp. Thực tế, bạn trải đều cùng một lượng vật liệu ra vành và lốp lớn hơn, vì vậy mọi thứ sẽ mỏng hơn. Đồng thời, vì xe đạp ít nhất có chiều rộng trung tâm khá hạn chế, bánh xe sẽ yếu hơn về phía sau vì góc giữa nan hoa bên trái và bên phải nhỏ hơn cùng lúc với cánh tay đòn lớn hơn.

Bánh xe lớn hơn có sức cản không khí nhiều hơn vì chúng có diện tích phía trước nhiều hơn. Chắc chắn, bạn có thể làm việc trên điều đó, nhưng bất cứ điều gì bạn có thể làm để giảm sức cản không khí của bánh xe bit, bạn cũng có thể làm với bánh xe nhỏ ... và nếu bạn nhìn vào xe đạp Battle Mountain, họ sử dụng các kỹ thuật tương tự như Xe đạp UCI trên bánh xe nhỏ của họ.

Ví dụ: kỷ lục tốc độ thế giới xe đạp được thiết lập bởi một chiếc xe đạp bánh nhỏ Moulton :

Năm 1986, Jim Glover đã lái chiếc xe đạp này với tốc độ 51mph trên một đường bay 200 mét để lập kỷ lục tốc độ thế giới tồn tại cho đến ngày nay.

Vậy tại sao xe đạp có bánh xe lớn hơn?

Như bạn đã nói, bánh xe lớn hơn xử lý va chạm tốt hơn. Điều này đặc biệt đúng khi có ít hoặc không có hệ thống treo (xe đạp đường bộ), nhưng cũng áp dụng cho xe đạp leo núi. Một bánh xe lớn hơn không rơi xuống sâu, do đó bạn mất ít năng lượng hơn cho hệ thống treo.

Xe máy đi nhanh hơn xe đạp, và có tốc độ tối đa cao hơn. Toàn bộ rất nhiều thứ theo đó.

Điều đó có nghĩa là xe máy phải có hệ thống treo , trong đó tùy chọn cho xe đạp. Nếu một chiếc xe máy đâm vào và va vào không trung, điều đó thật thú vị và bất thường. Nhưng ngay cả rất nhiều người đi xe đạp cũng không biết rằng bánh xe đạp của họ rơi xuống đất, bởi vì đó chỉ là một phần của việc đạp xe của bạn (bạn "không cân bằng yên xe đạp" khi va chạm và sử dụng cơ thể của bạn như một phần của hệ thống treo). Nhưng ngay khi bạn có hệ thống treo, lợi thế va chạm của bánh xe lớn hơn phần lớn sẽ biến mất.

Mặt trái của "bánh xe lớn hơn là yếu hơn" là xe máy gây áp lực nhiều hơn cho bánh xe . Chúng nặng hơn, nhiều sức hơn và đi nhanh hơn. Họ cũng di chuyển quãng đường dài hơn - đi xe đạp 1000km là một chặng đường dài và mất nhiều ngày, nhưng trên xe máy thì không có gì đáng chú ý trừ khi có những yếu tố đặc biệt. Rất nhiều và rất nhiều người đi xe máy đi du lịch nhiều hơn, giả sử, 50.000km một năm bằng xe máy nhưng hầu như không có người đi xe đạp nào làm điều tương tự. Vì vậy, một chiếc xe máy phải kéo dài hơn một chiếc xe đạp khiến sức mạnh trở nên quan trọng hơn. Thất bại cũng nguy hiểm hơn ở tốc độ cao hơn, và với một chiếc xe máy nặng hơn có thể rơi vào người lái trong một vụ tai nạn. Một lần nữa, mạnh hơn là quan trọng và bánh xe nhỏ mạnh hơn.

Lốp xe lớn hơn có nhiều cao su, vì vậy chúng kéo dài hơn . Lốp xe đạp phải mỏng để chúng uốn cong, điều đó có nghĩa là giải pháp xe máy làm cho lốp dày hơn để có tuổi thọ cao hơn thực sự không hoạt động. Điều đó làm cho một bánh xe lớn hơn là một trong số ít lựa chọn.

Thoải mái đi xe và hiệu quả trên bề mặt gồ ghề cả hai đóng một phần. Một bánh xe lớn hơn giúp cả hai điều này - làm dịu đi những va chạm để tạo sự thoải mái và giảm chuyển động thẳng đứng (lãng phí năng lượng).

Xe đạp bánh xe nhỏ như xe đạp gấp có thể chịu được trên bề mặt nhẵn, nhưng không nổi tiếng về khả năng off-road, thoải mái hoặc tốc độ.

Điểm cực kỳ lớn ở bánh xe lớn là xe đạp Thông thường, (còn gọi là penny fartasing) cung cấp "bánh răng" thích hợp với bánh lái trực tiếp - nhưng nó cũng mang lại sự thoải mái và hiệu quả (không quá an toàn!) Trên những con đường chưa được tạo ra trong thời đại.

Khi thiết bị trở nên thiết thực và được chấp nhận, kích thước bánh xe giảm đi vì sự tiện lợi và an toàn - thực sự, xe đạp giảm tốc được gọi là "An toàn" trái ngược với xe đạp "Thông thường" - nhưng chỉ cho đến nay, nhờ vào sự thoải mái và hiệu quả trên những con đường gồ ghề.

Xe máy không có cùng nhu cầu về hiệu quả, vì chúng có hơn 1/4 mã lực để chơi, vì vậy chúng có thể sử dụng hệ thống treo tinh vi hơn, và lốp mềm hơn và mềm hơn, để giành chiến thắng trên mặt trước thoải mái ngay cả với bánh xe nhỏ hơn.

Lốp xe béo hơn cũng rất quan trọng để giữ đường tốt hơn ở tốc độ mà người đi xe đạp thường không trải nghiệm.

Vì vậy, cả hai hình thức vận chuyển dường như đã giải quyết trên kích thước của bánh xe đáp ứng tốt nhất các điều kiện của họ.

Câu trả lời trước giải quyết các tỷ số truyền khác nhau, độ bền khác nhau và sự thoải mái khác nhau. Có những lý do khác nữa.

1. Mô-men xoắn

tl; dr Xe đạp bị giới hạn bởi nhịp; xe máy bị giới hạn bởi độ bền kéo vật liệu cuối cùng.

Động cơ Morotbike có thể chạy 12.000 vòng / phút với mô-men xoắn tương đối nhỏ trên trục khuỷu. Con người có thể làm 100 vòng / phút với mô-men xoắn tương đối cao. Trong xe máy có bánh răng, hộp số và bánh răng xích (bánh răng cardan) giữa động cơ và bánh xe. Tất cả các bánh răng làm giảm tốc độ góc (RPM một phần) nhưng tăng mô-men xoắn. Các bánh răng giữa chân người và bánh xe tăng tốc độ và giảm mô-men xoắn.

Đối với Yamaha YZF-R1 (2003) tỷ lệ bánh răng (trục khuỷu / trục) thay đổi từ 10,6: 1 đến 4,7: 1. Đối với các thiết bị đầu tiên; điều đó có nghĩa là, bánh xe đang thực hiện RMPs thấp hơn 10 lần so với động cơ và mô-men xoắn cao hơn 10 lần trên trục bánh xe so với trục khuỷu.

Đối với xe đạp có 11 - 25 casette và 26 - 48 bánh xích, tỷ số truyền (chân / trục) nằm trong khoảng từ 0,96: 1 (1: 1,04) đến 0,22: 1 (1: 4.36).

Giả sử mô-men xoắn được đo tại trục (chỉ chia lực cho chu vi bánh xe) và bánh răng trên cùng. Mô-men xoắn tối đa của Yamaha đó là khoảng 100 Nm tại trục, cung cấp 21,28 Nm tại trục khuỷu và 225,57 Nm tại trục với bánh răng số 1 được áp dụng. Người đàn ông 80kg có thể tạo ra 140 Nm tại bánh xích và 30,8 - 134,4 Nm ở trục xe.

Nếu chúng ta muốn sử dụng kích thước bánh xe máy (190/55 R17, 2013 mm), nhỏ hơn 1,05 lần so với xe đạp (700x38C, 2117 mm), chúng ta sẽ cần phải giảm tỷ lệ bánh răng dẫn đến mô-men xoắn được điều khiển từ 29,3 - 127,8 Nm.
Nếu chúng ta muốn sử dụng kích thước bánh xe đạp, chúng ta sẽ cần tăng tỷ số truyền dẫn đến mô-men xoắn do động cơ tạo ra, dao động từ 105,2 đến 237,2 Nm.

2. Khả năng cơ động

Trong hệ thống biker-bike, biker là phần nặng. Trong hệ thống biker-xe máy, xe đạp thường nặng hơn, đôi khi trọng lượng của người đi xe đạp gần như không đáng kể. Bánh xe lớn hơn có nghĩa là động lượng lớn hơn và hiệu ứng con quay lớn hơn. Đối với xe đạp có nghĩa là sự ổn định tốt hơn; bạn ít bị tổn thương khi ngã hoặc ngã rẽ. Đối với xe máy, nó dẫn đến khả năng chống chuyển hướng cao hơn và khả năng cơ động kém hơn.

3. Độ nhạy bề mặt

tl; dr Bánh xe nhỏ dễ bị kẹt hơn bánh xe lớn hơn.

Điều này đã được đề cập, nhưng tôi sẽ mở rộng nó nhiều hơn. Bánh xe nhỏ hơn có thể bị mắc kẹt trong một lỗ dễ dàng hơn nhiều so với những cái lớn hơn. Nó giống như đặt đồng xu lớn vào lỗ cho cái nhỏ hơn.
Khi bánh xe nhỏ hơn đến một vết sưng, nó có góc gắn lớn hơn bánh xe lớn hơn. Bánh xe nhỏ hơn sẽ có xu hướng dừng lại trên vết sưng đó, nhưng bánh xe lớn hơn sẽ có xu hướng vượt qua nó. Như một ví dụ mở rộng so sánh người trượt patin và người đi xe đạp trên mặt đường rải sỏi.
Các bánh xe nhỏ hơn cũng có xu hướng bị mắc kẹt trong các bề mặt mềm (bùn, cát, tuyết) mà các bánh lớn hơn. Đối với cùng độ sâu thâm nhập, bánh xe lớn hơn có nhiều vật liệu hơn, do đó làm giảm tải trọng đến diện tích lớn hơn và cũng có góc tấn công tốt hơn htan bánh xe nhỏ hơn. Các bánh xe lớn hơn cũng có chuỗi xa hơn từ các mảnh vỡ.

Xe máy nặng hơn và có công suất / mô-men xoắn lớn hơn nhiều so với người đi xe đạp. Khi bị mắc kẹt, xe máy có lợi thế ở trung tâm khối lượng thấp hơn (ít bị tổn thương khi quay quanh bánh trước), đà cao hơn (nó sẽ cày qua bùn) và sức mạnh (nó sẽ đào lên). Xe máy chuyên dụng hơn nhiều - người ta gần như không thể sử dụng xe đạp địa hình và ngược lại. Mặt khác, xe đạp có thể chạy khá thoải mái trên đường và trong địa hình gồ ghề.