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都在说碟刹不能用直拉编法,后轮不能用直拉,今天我们来说说为什么?

 单车基械匠 2020-11-17
大家好,欢迎大家收看新一期的单车基械匠。
在开始今天正式内容之前,我们先来科普一下轮组的编法,方便我们理解什么是0X。直接点说,0X就是我们常说的直拉式编法,这个有别于直拉花鼓上的那个直拉,直拉花鼓也可以做成0X,或者其他比如1X或者2X等编法,直拉花鼓的直拉指的是花鼓和辐条的造型,并不是编法,这个要注意区分。

这个叫直拉花鼓,并不是采用的直拉编法,驱动侧类比了2X的编法,非驱动则是X0编法

这个就属于弯头花鼓的直拉编法也就是X0

我们常说的1X,2X,3X等的编法,是以任意一根辐条在从花鼓连接到车圈辐条孔之前,所穿过的辐条数量而定的,这也是英文叫Cross的原因,就是穿越,交叉的意思。以最为常见的3X为例,任意一根辐条在连接到车圈之前,都会和其他辐条发生三次交叉,所以就被称为3X。2X也是同理,任意一根辐条在连接到车圈之前发生了2次交叉,所以被称为2X。以此类推,0X就是辐条在连接到车圈之前,一次交叉都没有出现过。也就是我们见到的放射状的样式。不过,这只是约定成俗的叫法,实际操作也有可能会出现虽然交叉2次或者3次,但是并不是使用了3X编法的轮组。这个今天就不多做讨论,点到为止,我们只要知道最约定成俗的那个0X,1X,2X,3X甚至4X是什么就可以了。

可以数一下,任选一根辐条,这根辐条在链接到车圈之前会和几根辐条交叉,就是几X的编法

一些混合编法,3X混合编法,驱动条和制动条成组分布,不过不适用于后轮编制

X0和3X的混合编法,可以用于一些花鼓和车圈孔数不匹配的选择

那0X好不好呢?好,而且好处还很多。像我们比较熟悉的圈刹的公路车前轮,目前基本都是使用的0X编法。所带来的好处就是更短的辐条让轮组更轻,而且更短的辐条在相同张力下,也会有更小的形变,有效增加轮组的侧向刚性和纵向刚性,因为辐条短了,产生的杠杆力也会更小。这也是为什么在条件不变的情况下,轮径小的车轮刚性更高的原因之一。在轮组编制的过程中更容易察觉,在相同的130kgf的张力情况下,用手捏动你的辐条,会让你明显感觉到轮径更小的轮组,辐条更硬。这只是因为辐条短了,形变小了,而实际张力值却是相同的。

在圈刹公路车轮组上,基本都在使用X0的直拉编法,重量轻,辐条角度好,侧刚性高

即使是在一些碟刹轮组上,也会使用碟刹侧,甚至非碟刹侧的直拉编法

驱动侧2X,碟刹侧直拉,相当与驱动侧的制动条也要负担碟刹侧的制动力

而且从Harris cyclery的实际测试数据来看,前轮的侧刚性即使是在辐条数量较少的情况下,依然是要高于后轮的。这也和上边我们在捏动辐条时感受到的情况相同,它确实是硬了。而且更硬的前轮在指向性和操控性上也可以带来优势,让你的每一次转向都更为精准,更为符合你的预判。想象一下手工耿制作的弹簧前轮,虽然没有达到他所希望达到的目的:减震,但是却恰好反映出了前轮刚性不足所带来的问题,七扭八歪的轮组是不能给你让你准确预判你的每次操控的。

至少在目前来看,0X的编法还是挺完美的,无论是在纵向刚性上,还是横向刚性上。但是,我猜你已经注意到了,我们开头举例就是说在圈刹的公路车前轮上,之所以要指明圈刹,就是因为一旦成了碟刹,0X就不美好了,因为多了一个东西:扭转刚性。

能不能猜出来这是谁家的轮组?这个驱动侧直拉的编法的轮组让不少人诟病

当我们的自行车开始移动,无论是推车,还是你去踩踏驱动后轮,前轮始终都是一个从动轮,它和地面的摩擦力始终是向后的,阻止我们前行。此时圈刹介入,阻止车轮向前转动,和车圈之间也产生了向后的摩擦力,当这两个摩擦力的和大于整体的惯性时,车轮就停下来了。

前轮和地面的摩擦力始终向后

摩擦力都来自于车轮的外缘,外缘会先停下来,然后通过辐条传到花鼓,最终都停下来。虽然肉眼可能不可见,但是车圈和花鼓之间还是做了相对的运动,就是车圈先停止转动,然后辐条被车圈带着扭动,最终在花鼓上产生力臂,拖拽住花鼓,让车轮整体停下来。
但是花鼓由于力臂和惯性都很小(以自行车的车速而言),所以并不足以给辐条带来明显的影响。

这是一个碟刹让轮子停下来的示意图,花鼓要停,轮框要转,此时辐条和辐条之间必须形成力臂才能有足够的拉力

不过,如果情况反过来,通过让花鼓减速(这就是碟刹的工作方式,只是制动力臂更大,产生的制动力也更大)最后让车轮整体停下来的时候,情况就不同了。花鼓惯性小,你只需要一点外力就可以让它停下来,但是车圈此时惯性很大,花鼓要停,车圈要转,吃苦的就是辐条了。辐条会被这两股反向的力拉扯,最终会和花鼓产生角度,形成力臂,进一步放大阻止车轮转动的力。这就让车圈和花鼓之间产生了比较大的扭转,并增加了辐条的负担,因为即使扭转了,产生了力臂,力臂的大小也是有限的,而辐条张力的急剧增加,会让辐条和花鼓之间的剪切力也急剧增加,最终断条。

在shimano的轮组上,碟刹侧就做了一个类比2X的角度,让辐条和花鼓之间形成力臂,不至于力臂为0

这就是为什么碟刹不用0X编法的原因。强大的制动力会让车圈和花鼓之间拧巴起来,虽然理想状态下,拧巴了的车轮它也是轮儿,也是正常停止,正常旋转。但是实际情况比这要复杂,你坐在车上,即使不动,辐条上的张力也是下边小,上边大,并且只要车轮在转,这种情况就会一直循环。

无论是在骑行还是在溜车,轮组上的辐条始终都是上半部分的张力大于下半部分,并一直循环

而且,辐条的张力并不是完美的,每一根都一样大。加上车轮和地面之间的角度,也不是完全垂直的,为了保持平衡,两者之间总是存在角度的。另外路面总是不平整的,沟沟坎坎也会让情况更为复杂。

辐条之间,即使张力差异很小,那也是有差异的

所以种种这些加起来,当辐条已经在承受巨大张力的同时,再收到这种种的不平衡因素,可想这会对你的操控和轮组的刚性(包括纵向和横向)带来多大的影响。鬼知道制动力达到极限时会发生什么。不过我在论坛里还是看到曾经有人把后轮全部编织成0X来尝鲜体验的,结果是车圈很容易出现偏摆,所以我也决定做个这样的轮子看看究竟会发生什么。

可以看到车圈和花鼓之间会出现明显的偏移,而在交叉编法的轮子上就不会出现,至少肉眼不可见

在两侧都是交叉编法的轮子上,非驱动直拉,踩踏时非驱动侧辐条张力无明显变化,也就是没有贡献扭力

那解决办法是什么呢?既然辐条和花鼓之间没有力臂,要强行产生力臂才能有足够的力量拖拽住车圈,那就提前设置好啊。所以,在碟刹轮组上,至少要有一侧的辐条采用交叉编法。至于力臂多大,就要看辐条和花鼓耳相切的位置了,花鼓耳越大,切的位置越靠外,力臂也就越大。力臂我们可以理解为从花鼓轴心到辐条之间的垂直距离,这个距离越大,则力臂越大。你这会再想想0X的辐条,它和花鼓中心的点之间能做垂线吗?它就是直接过这个点,所以才需要强行拧巴来和花鼓耳之间产生角度,形成力臂。

辐条到轴心之间的垂线,就是力臂的大小,而不是法兰盘的直径

辐条的延长线直接过轴心,并没有形成力臂

在常见的碟刹前轮组,无论是碟刹侧还是非碟刹侧,都是使用交叉编法,常见的是2X,一个是因为辐条数量少,加上花鼓耳如今做的也不是特别大,所以在2X的情况下基本就已经可以满足条件了。而且在有些直拉花鼓上也会用1X的设计,但是无论如何,都是为了增加力臂。在制动时,两侧的制动条(关于制动条的叫法后边会在后轮上描述,对应的还有驱动条)张力虽然也会增加,但是由于力臂放大了效果,所以相较于0X,辐条张力的变化就小了很多。让辐条用更少的力可以拖拽住车圈。

考虑到辐条数量和法兰直径,如今大部分的公路车轮组使用2X编法就可以达到最大力臂效果

当然了,单独一侧用交叉编法也可以有类似的效果,交叉侧的辐条负担了大多数制动时升高的张力,相对的直拉侧则主要配合平衡轮组。反过来也是一样的,即使直拉侧安装了碟刹,只要非碟刹侧还用交叉编法,也能有制动的效果。但是,由于两侧辐条角度的不同,碟刹侧的辐条张力会更高,相应的非碟刹侧的辐条张力由于支撑角度更大,所以在达到预定张力后,张力就会更低。这在前轮上还好一些,因为没有那一大坨飞轮占据空间,所有两边的辐条支撑角度比较接近,张力差并没有像后轮那么大,所以在制动时,即使制动条放在非碟刹侧,驱动条(在前轮其实不要驱动条,这里只是相对的,把不参与制动的条叫做驱动条)在制动时损失的张力也不会太多,甚至失去张力。不过吧,在轮组设计时,当然是要考虑最优搭配的,所以在前轮上,把交叉的辐条放在非碟刹侧的设计我目前也是没有见过。不过后轮就真的有在碟刹侧使用0X编法的轮组了。

前轮碟刹侧2X,后轮碟刹侧直拉,制动条全靠驱动侧

在妇科轮的轮组上,由于碟刹侧使用了直拉,原来的碳纤花鼓壳体也消掉了,就是为了更好的把制动力传递到驱动

而关于后轮,也正是因为扭转刚性的问题,所以不能使用0X编法的,哪怕曾经有过,也在历史的验证中退出了舞台。关于后轮我们在下一篇文章中继续进行讲解,由于后轮增加了飞轮,再加上碟刹,再加上是驱动轮,所以情况要更复杂一些。

曾经的驱动侧直拉,如今已经很少见到了

曾经的驱动侧直拉,如今已经很少见到了

不过,只要你今天的内容已经看明白,能理解过来,我相信即使你不看下一期的内容,你也能明白怎么回事儿。好了,今天的内容就到这里,欢迎持续关注,单车基械匠,每天给您带来更多新奇,好玩,有趣,实用的单车知识。拜拜。

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