Почему у некоторых велосипедов колеса намного больше, чем у большинства мотоциклов?

Давайте рассмотрим горный велосипед и мотоцикл. Каждый из них должен быть максимально удобным для использования и преодолевать препятствия более эффективно. Большие колеса обычно означают большую проходимость. Итак, какова теория велосипедов, у которых колеса больше, чем у мотоциклов?

Передача является фактором, хотя ни в коем случае не единственным фактором. Обычные размеры колес позволяют использовать звездочки удобного размера как спереди, так и сзади. Велосипедная индустрия всегда движима тем, что нужно гонщикам, и профессиональные велосипедисты могут развивать скорость более 100 км / ч на скоростном спуске. Чем выше передача, на которой вы находитесь, тем меньше вероятность, что вы «раскрутитесь» и больше не сможете эффективно крутить педали. Чем больше колесо, тем дальше вы двигаетесь за один оборот. Двигатель внутреннего сгорания может достигать 1000 об / мин, что на порядок выше, чем могут выдержать человеческие ноги, которые, по крайней мере, в лабораторных условиях начинают терять эффективность примерно на 100 об / мин ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5) и выше определенного пункта (который, возможно, является темой своего собственного вопроса) совершенно не в состоянии угнаться за педалями, не говоря уже о том, чтобы применить значимую силу. Вот почему велосипеды в стиле пенни-фартинг имели такие большие колеса, поскольку рукоятки были прикреплены непосредственно к колесу, и единственный способ ускориться - получить колесо большего размера.

Цепной привод и зубчатое зацепление устранили эту проблему, допуская меньшие и более легкие колеса и верхнюю трубу ниже высоты промежности. Но есть практические пределы того, насколько велика цепная цепь и насколько мала задняя звездочка. Слишком большая цепная цепь начнет изгибаться (это было проблемой прежде, чем современные материалы), и в настоящее время самая маленькая задняя звездочка на стандартной кассете составляет 11 зубьев, на старых 5-скоростных колесах свободного хода она обычно составляла 14 зубьев. Колесо 700c с 25-миллиметровой шиной может достигать ~ 73 км / ч при частоте вращения 120 об / мин со стандартной гоночной 53-зубчатой ​​звездочкой и 11-ти звездочкой. Чтобы получить такую ​​же передачу, 20-дюймовому колесу BMX понадобится 75-зубчатая звездочка диаметром примерно 12 дюймов, а 16-дюймовому складному велосипедному колесу понадобится 83-зубная 14-дюймовая цепь.

И некоторые велосипеды действительно имеют очень маленькие колеса, как складные велосипеды. Но их максимальная скорость ограничена. Были изготовлены некоторые задние кассеты с звездочками наименьшего размера с 9 зубами (см. Http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), но технические проблемы делают их дорогими и подверженными износу. И даже тогда стандартные размеры колес 26 "и 28" (или 700C или 29 ") были установлены более 100 лет назад, и складные велосипеды, как правило, выглядят" глупо "для людей по сравнению с более обычными велосипедами. И UCI любит предписывать этот современный Гоночные велосипеды имеют примерно ту же форму, что и в 70-х годах, включая алмазную раму и колеса размером от 55 до 70 см.

Еще одна стандартная причина, по которой горные байкеры предпочитают 29-дюймовые колеса, а не 26-дюймовые, заключается в том, что они «катаются лучше». Больший диаметр означает, что он меньше застревает в небольших рытвинах и отверстиях, катится по нему, а не опускается в него. Большие шины также означают больший объем воздуха и, следовательно, меньшую потребность в подвеске. Мотоциклы уже намного тяжелее (с необходимой мощностью, чтобы перемещать гораздо больший вес), поэтому усиление подвески - это не проблема. Вопрос 26 "против 29" (против 27,5 ") далеко не решен, но тенденция движется в сторону больших колес, а не меньших.

Я не думаю, что "намного больше" является подходящим описанием:

В большинстве случаев велосипедные колеса имеют тенденцию быть «немного больше».

И следует отметить, что в обоих случаях одним ограничивающим фактором является «высота стояка» - самое низкое положение водителя (для относительно прямого типа рамы) в основном ограничено размером колеса. Большие колеса либо требуют более длинных ног на наезднике, конструкции с рамой (что делает велосипед длиннее и громоздче), либо монтируют / демонтируют в стиле «копейки».

Резюме: мотоциклы имеют более тяжелые колеса, их уменьшение делает их более маневренными. Мотоциклы едут быстрее, поэтому сопротивление воздуха важнее, и у больших колес их больше. Мотоциклы обладают гораздо большей доступной мощностью и едут быстрее, поэтому подвеска легче носить с собой и более необходима.

Однако есть больше соображений, чем просто удары. Да, большие колеса лучше справляются с ударами, чем маленькие. Если вас волнует только то, что размер колеса будет ограничен только колесами, которые вы можете купить - вот почему размер колеса 36 "/ ISO787 популярен в некоторых кварталах. Вы можете приобрести колеса большего размера, но найти шины становится очень трудно и Скорее всего, придется делать шины, камеры и диски самостоятельно.

Большие колеса слабее при одинаковом весе , а вес имеет большое значение для велосипеда. Вы эффективно распределяете такое же количество материала по большому ободу и шинам, так что все становится тоньше. В то же время, поскольку велосипеды, по крайней мере, имеют довольно ограниченную ширину ступицы, колесо с боков ослабевает, потому что угол между левой и правой спицами уменьшается вместе с увеличением рычага.

Большие колеса имеют большее сопротивление воздуха, потому что у них больше фронтальная площадь. Конечно, вы можете работать над этим, но все, что вы можете сделать, чтобы уменьшить сопротивление воздуха небольшого колеса, вы также можете сделать с маленьким колесом ... и если вы посмотрите на велосипеды Battle Mountain, они используют те же методы, что и UCI велосипеды на своих маленьких колесах.

Например, мировой рекорд скорости велосипеда , установленный на велосипеде с маленьким колесом Moulton :

В 1986 году Джим Гловер покатался на этом велосипеде со скоростью 51 миль в час на 200-метровой трассе, чтобы установить мировой рекорд скорости, действующий по сей день.

Так почему у велосипедов большие колеса?

Как вы сказали, большие колеса лучше справляются с ударами. Это особенно верно, когда подвеска небольшая или отсутствует (дорожные велосипеды), но также относится и к горным велосипедам. Колесо большего размера не опускается, поэтому вы теряете меньше энергии на подвеску.

Мотоциклы едут быстрее, чем велосипеды, и имеют более высокие максимальные скорости. Из этого вытекает много всего.

Это означает, что мотоциклы должны иметь подвеску , где это необязательно для велосипедов. Если мотоцикл врезается в воздух и попадает в воздух, это захватывающе и необычно. Но даже многие велосипедисты не знают, что их велосипедные колеса отрываются от земли, потому что это всего лишь часть езды на велосипеде (вы «отягощаете седло» велосипед на кочках и используете свое тело как часть подвески). Но как только у вас появляется подвеска, преимущество больших колес в значительной степени исчезает.

Обратная сторона «больших колес слабее» - это то, что мотоциклы создают большую нагрузку на колеса . Они тяжелее, больше энергии и идут быстрее. Они также преодолевают большие расстояния - 1000-километровая поездка на велосипеде - это долгий путь, который занимает несколько дней, но на мотоцикле это не примечательно, если нет исключительных факторов. Множество мотоциклистов путешествуют на мотоциклах, скажем, больше, чем 50 000 км в год, но вряд ли велосипедисты делают то же самое. Таким образом, мотоцикл должен длиться дольше, чем велосипед, что делает прочность более важной. Отказы также более опасны на более высоких скоростях и с более тяжелым мотоциклом, который может упасть на водителя в случае аварии. Опять же, важнее сильнее, а маленькие колеса сильнее.

Большие шины имеют больше резины, поэтому они служат дольше . Велосипедные шины должны быть тонкими, чтобы они могли изгибаться, что означает, что решение для мотоциклов, состоящее в том, чтобы сделать шины толще, чтобы продлить срок их службы, действительно не работает. Это делает колесо большего размера одним из немногих вариантов.

Комфорт и эффективность езды на неровной поверхности играют свою роль. Большее колесо помогает обоим этим - сгладить неровности для комфорта и уменьшить вертикальное движение (потраченная впустую энергия).

Небольшие колесные велосипеды, такие как складные велосипеды, допустимы на гладких поверхностях, но не славятся внедорожными способностями, комфортом или скоростью.

Экстремальным в больших колесах был обычный велосипед (он же пенни грохот), который обеспечивал соответствующую «передачу» с колесом с прямым приводом - но он также обеспечивал комфорт и эффективность (не так много безопасности!) На неубранных дорогах той эпохи.

Когда передача стала практичной и принятой, размеры колес уменьшились для удобства и безопасности - действительно, велосипеды с редуктором были известны как «Безопасность» в отличие от «обычных» велосипедов - но только до сих пор, благодаря необходимости комфорта и эффективности на неровных дорогах.

Мотоциклы не имеют такой же потребности в эффективности, так как они имеют чуть более 1/4 лошадиных сил для игры, поэтому они могут использовать более сложную подвеску и гораздо более мягкие и толстые шины, чтобы выиграть на переднем уровне комфорта даже при колеса поменьше.

Более толстые шины также важны для лучшего сцепления с дорогой на скоростях, которые велосипедисты обычно не испытывают.

Таким образом, оба вида транспорта, похоже, выбрали размер колеса, который наилучшим образом соответствует их условиям.

Предыдущие ответы касаются разных передаточных чисел, разной прочности и разного комфорта. Есть и другие причины.

1. крутящий момент

tl; dr Велосипед более ограничен каденцией; Мотоцикл ограничен пределом прочности материала на растяжение.

Двигатели Morotbike могут работать со скоростью 12 000 об / мин при относительно небольшом крутящем моменте на коленчатом валу. Человек может делать 100 об / мин с относительно высоким крутящим моментом. В мотоцикле между двигателем и колесом установлены шестерни, коробка передач и цепная передача (карданная передача). Все шестерни уменьшают угловую скорость (частоту вращения), но увеличивают крутящий момент. Зубчатые колеса между ногой человека и колесом увеличивают скорость и уменьшают крутящий момент.

Для Yamaha YZF-R1 (2003) передаточное число (кривошип / ось) варьируется от 10,6: 1 до 4,7: 1. Для первой передачи; это означает, что у колеса скорость вращения в 10 раз ниже, чем у двигателя, а крутящий момент в оси колеса в 10 раз выше, чем у коленчатого вала.

Для велосипедов с 11 - 25 кассетой и 26 - 48 цепными колесами передаточные числа (нога / ось) находятся в диапазоне от 0,96: 1 (1: 1,04) до 0,22: 1 (1: 4,36).

Предположим, что крутящий момент измеряется на оси (делим усилие только на окружность колеса) и на верхней передаче. Максимальный крутящий момент этого Yamaha составляет приблизительно 100 Нм на оси, что дает 21,28 Нм на коленчатом валу и 225,57 Нм на оси при включенной 1-й передаче. Человек весом 80 кг может произвести 140 Нм на колесе и 30,8 - 134,4 Нм на оси.

Если бы мы хотели использовать размер колеса мотоцикла (190/55 R17, 2013 мм), который в 1,05 раза меньше размера колеса велосипеда (700x38C, 2117 мм), нам нужно было бы уменьшить передаточное число, приводящее к крутящему моменту, возникающему у человека, в пределах от 29,3 - 127,8 Нм.
Если мы хотим использовать размер велосипедного колеса, нам нужно увеличить передаточное число, чтобы получить крутящий момент, создаваемый двигателем, в диапазоне от 105,2 до 237,2 Нм.

2. Маневренность

В байкерско-велосипедной системе байкер является тяжелой частью. В байкерско-мотоциклетной системе мотоцикл обычно тяжелее, иногда вес байкера практически ничтожен. Большее колесо означает больший импульс и больший гироскопический эффект. Для велосипедов это означает лучшую устойчивость; Вы менее уязвимы для падений или диких поворотов. Для мотоциклов это приводит к повышению устойчивости к повороту и ухудшению маневренности.

3. Поверхностная чувствительность

tl; dr Колеса меньшего размера более уязвимы, чтобы застревать, чем колеса большего размера.

Это уже упоминалось, но я буду расширять его больше. Колеса меньшего размера могут застрять в отверстии намного легче, чем большие. Это все равно что положить большую монетку в отверстие для меньшей.
Когда меньшее колесо достигает неровностей, оно имеет больший угол крепления, чем большее колесо. Колесо меньшего размера будет иметь тенденцию останавливаться на этом выступе, но колесо большего размера будет стремиться превзойти его. В качестве примера приведем сравнение роликовых конькобежцев и байкеров на гравийной мостовой.
Колеса меньшего размера также склонны больше залипать на мягких поверхностях (грязь, песок, снег), чем на больших. При той же глубине проникновения в большее колесо вовлечено больше материала, что позволяет распределить нагрузку на большую площадь, а также имеет больший угол атаки, чем меньшее колесо. У больших колес также есть цепь дальше от мусора.

Мотоциклы тяжелее и имеют гораздо большую мощность / крутящий момент, чем велосипедисты. Застрявший мотоцикл имеет преимущество в более низком центре масс (менее уязвим для вращения вокруг переднего колеса), более высоком импульсе (он будет пахать через грязь) и мощности (он будет выкапывать). Мотоциклы гораздо более специализированы - почти невозможно использовать шоссейный мотоцикл для бездорожья и наоборот. С другой стороны, велосипеды могут довольно комфортно бегать по дороге и по пересеченной местности.