为什么道路和山地自行车具有不同的讲话图案?

2021年10月15日

自行车制动器可以分为两类:轮辋制动器和轮毂制动器(包括盘式制动器)。不同的制动类型在轮辋的轮辋中引起不同的力,并且施加鞋带也起作用。在这篇博客文章中,我们将计算两种类型的制动器和两种类型的辐条鞋带中边缘的压力。事实证明,带有轮毂制动器的辐条辐射是不良的组合。

刹车,轮辋和讲话模式简介

您是否曾经注意到,自行车的后轮永远不会放射线?另外,您可能已经看到,在过渡到盘式制动器后,环法自行车自行车的前轮看起来有所不同。之所以如此:踏板和制动的扭矩需要切向绑带的车轮,以避免轮辋中的过多力。这些力没有发生在轮辋制动器上,因为整个车轮充当拱门,没有车轮轮毂上没有任何扭矩。这使轮辋变得更轻,从而解释了为什么有些轮辋带有警告:“仅轮刹车!”

黑色铁人三项自行车的照片靠在白色的墙上。
从2005年开始,这是一辆典型的铁人三项自行车,显示了当时的高性能赛车自行车的径向辐条布局特征。由GS的图像,由אX重新设计 - 自己的工作。获得许可CC BY-SA 3.0, 通过Wikimedia Commons

请注意,盘式制动器在2018年之前被UCI禁止,并且这种变化并非没有争议。让我们看一下结构力学方面的差异有多大……

在自行车轮辋中建模力

在这里,我们讨论了自行车轮辋模型中的模型,该模型使用了设计模块结构力学模块,两者都加入到乐动体育app无法登录comsolMultiphysics®软件

边缘和轮毂被认为是由铝制成的,而辐条是由结构钢制成的。轮胎压力设置为3 bar,然后螺栓支撑功能用于施加1 kN的辐条张力。考虑了几何非线性,这使该模型非常非线性,因此施加了载荷力中的延续。两种类型的制动器被实现为单独的负载案例,而辐条鞋带模式则由参数控制。除了鞋带和制动类型给出的四个病例外,我们还计算制动力的效果。

仿真结果

该图显示了两个负载情况和几何形状的轮辋中的平均应力。径向带鞋带和盘式刹车的表壳脱颖而出,其压力更大。这解释了为什么使用为带盘式制动器的轮辋制动器设计的轮辋是不安全的。

图比较了两个不同的边缘制动器和两个不同的盘式制动器的MPA平均边缘应力作为制动力的函数。
盘式制动器会产生更高的边缘力,这可能会导致车轮屈曲,以使车轮切线。

在径向辐条的情况下,需要对辐条力的重新定位才能在轮毂上实现扭矩平衡。如下图所示,这就是导致盘式制动器的高边缘力的原因。压力显着低于材料屈服应力,但可能仍然足以导致屈曲失败。

一个显示边缘应力的图,使用彩虹颜色表在变形的配置中可视化。该图显示了带有径向和切向辐条图案的车轮的盘式制动的情况(左)。
为盘式制动绘制边缘应力(彩虹色表)。请注意,在径向辐条的情况下,轮辋如何相对于轮毂旋转(右)。

轮辋的灾难性失败是一个方面,但是刚度在维持对自行车的控制方面也可以发挥重要作用。下图显示了两种鞋带和制动类型的轮辋相对于轮毂的旋转。圆盘边缘制动会产生边缘的边缘旋转,而射盘束带的轮辋制动会导致大变形。

图形绘制轮辋相对于轮毂的旋转,以用于不同的车轮鞋带图案和制动类型。
边缘旋转主要取决于车轮鞋带和制动类型(请注意角度的对数轴)。

概括

我们已经在自行车轮辋中建模了不同的制动类型的力并进行了鞋带。结果解释了为什么有些轮辋带有警告,他们还阐明了为什么有些人仍然向轮辋制动器发誓。

踏板是一个较少争议的主题。他们倾向于留下来,但是你知道为什么吗?如果没有,您可能会对我们的一篇旧博客文章感兴趣:自行车踏板如何保持?

下一步

通过单击下面的按钮,尝试在此博客文章中讨论的自行车轮辋模型中的力量建模:

进一步阅读


评论(2)

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伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
伊瓦尔·凯尔伯格(Ivar Kjelberg)
2021年10月19日

你好,

感谢您的有趣博客,即一条评论,是否可以(系统地)提出“尺寸降低 - 未解决”和紧凑的MPH模型文件,因为大多数完整尺寸的文件是如此之大,以至于我对我来说,下载时间数小时都很重要,我们并不全部链接到纤维,也不是在“静脉内”模式下具有互联网
真诚的,伊瓦

克里斯蒂安·埃利伯·詹森(KristianEjlebjærgJensen)
克里斯蒂安·埃利伯·詹森(KristianEjlebjærgJensen)
2021年10月19日 comsol员工

你好,

我们已经上传了MPH模型文件的紧凑版本,但请记住,该模型需要一台具有约32 GB内存的计算机才能解决。

此致,
克里斯蒂安·詹森(Kristian E. Jensen)

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