Геометрия велосипеда и мотоцикла - Bicycle and motorcycle geometry

Параметры геометрии велосипеда: колесная база, угол поворота оси, смещение вилки и след

Геометрия велосипеда и мотоцикла представляет собой набор ключевых измерений (длины и углов), определяющих конкретную конфигурацию велосипеда. Основными среди них являются колесная база, угол поворота оси, смещение вилки и след. Эти параметры имеют большое влияние на то, как велосипедные ручки.

Колесная база

Колесная база это горизонтальный расстояние между центрами (или точками контакта с землей) передних и задних колес. Колесная база является функцией длины задней рамы, угла поворота оси и смещения вилки. Это похоже на термин колесная база используется для автомобилей и поездов.

Колесная база оказывает большое влияние на продольная устойчивость велосипеда,[требуется разъяснение ] вместе с высотой центр массы комбинированного велосипеда и райдера. Короткие велосипеды больше подходят для выполнения колесики и пробки.

Угол оси поворота

Телескопические вилы на Мотоцикл BMW выявить угол оси поворота, также называемый передним углом
Пример измельчителя с необычно большим передним углом

В угол поворота оси, также называемый угол заклинателя или же угол головы, - это угол, который ось поворота составляет относительно горизонтали или вертикали, в зависимости от соглашения. В ось поворота это ось вокруг которого поворачивается рулевой механизм (вилка, руль, переднее колесо и т. д.). Угол оси поворота обычно совпадает с углом головная труба.

Угол наклона головы велосипеда

В велосипедыугол поворота оси называется угол головы и измеряется от горизонтали; угол наклона головы 90 ° будет вертикальным. Например, Lemond[1] предложения:

  • Filmore 2007 года выпуска, разработанный для гусеницы, с углом наклона головы от 72,5 ° до 74 ° в зависимости от размера рамы.
  • Tete de Course 2006 года, разработанный для шоссейных гонок, с углом наклона головы от 71,25 ° до 74 ° в зависимости от размера рамы.

Благодаря подвеске передней вилки современный горные велосипеды - в отличие от шоссейные велосипеды - имеют более слабые углы рулевой трубы, обычно около 70 °, хотя они могут быть и 62 ° (в зависимости от настроек геометрии рамы).[2]

По крайней мере, один производитель, Cane Creek, предлагает вторичный рынок безрезьбовая гарнитура что позволяет изменять угол наклона головы.[3]

Передний угол мотоцикла

В мотоциклыугол поворота оси называется передний угол или просто грабли и отсчитывается от вертикали;[4] поэтому угол наклона 0 ° считается вертикальным. Например, Moto Guzzi[5] предложения:

  • Breva V 1100 2007 года выпуска с углом наклона 25 ° 30 '(25,5 °)
  • Nevada Classic 750 2007 года с углом наклона 27,5 °

Смещение вилки

В смещение вилки это перпендикуляр расстояние от оси поворота до центра переднего колеса.

В велосипеды, смещение вилки также называется вилка грабли. Шоссейные гонки велосипедные вилки иметь смещение 40–50 мм (1,6–2,0 дюйма).[6]

Смещение может быть реализовано путем изгиба вилок, добавления перпендикулярных выступов на их нижних концах, смещения гнезд для лезвий вилки венца вил перед рулевым механизмом или путем установки вилок в корону под углом к ​​рулевой трубе. Появление вилок с изгибами связано с Джордж Сингер.[7]

В мотоциклы с телескопической вилочные трубки, смещение вилки может быть реализовано либо компенсировать в тройное дерево, добавив тройные грабли для деревьев[8] (обычно измеряется в градусах от 0) до трубок вилок, когда они крепятся к тройному дереву, или их комбинации.[9] Другое, менее распространенное вилки для мотоциклов, например, продольные звенья или вилки передних звеньев, могут компенсировать длину рычагов.

Длина вилки

Длина вилки измеряется параллельно рулевой трубе от нижнего подшипника венца вилки до центра оси.[10]

Тащить

Диаграмма, показывающая эффект уменьшения угла наклона рулевой колонки, смещения вилки или размера (диаметра) колес на трассе.
Смотрите также: Угол ролика § По ходу или по следу

Тащить, или заклинатель, это горизонтальный расстояние от места, где переднее колесо касается земли, до места, где ось поворота пересекает землю. Измерение считается положительный если точка контакта переднего колеса с землей находится позади (по направлению к задней части велосипеда) от пересечения оси рулевого управления с землей. У большинства велосипедов есть положительный след, хотя некоторые, например, двухмассовый коньковый велосипед и Python Lowracer имеют отрицательный след.[11]

Тропа часто упоминается как важный фактор, определяющий характеристики управляемости велосипеда.[12][13] и иногда указывается в геометрических данных производителей велосипедов. Уилсон и Паподопулос утверждают, что механический след может быть более важной и информативной переменной,[14] хотя оба выражения описывают почти одно и то же.

След - это функция угла поворота оси руля, смещения вилки и размера колеса. Их отношения можно описать такой формулой:[15]

и

куда радиус колеса, угол наклона головы велосипеда от горизонтали, - передний угол мотоцикла, измеренный от вертикали, и это смещение вилки. След можно увеличить, увеличив размер колеса, уменьшив или уменьшив угол наклона головы, или уменьшив смещение вилки. След уменьшается с увеличением угла наклона головы (становится круче), с увеличением вылета вилки или с уменьшением диаметра колеса.

Мотоциклисты склонны говорить о тропе по отношению к передний угол. Чем больше передний угол, тем больше шлейф. Обратите внимание, что на велосипеде с увеличением переднего угла угол наклона головы уменьшается.

Маршрут может меняться в зависимости от наклона или поворота велосипеда. В случае традиционной геометрии след уменьшается (а колесная база увеличивается, если измерять расстояние между точками контакта с землей, а не ступицами), когда велосипед наклоняется и поворачивается в направлении наклона.[16] Тропа также может меняться при срабатывании подвески, например, в ответ на торможение. Поскольку телескопические вилы сжимаются из-за передача нагрузки во время торможения и след, и колесная база уменьшаются.[17][самостоятельно опубликованный источник? ] По крайней мере, один мотоцикл, MotoCzysz C1, имеет вилку с регулируемым ходом от 89 до 101 мм [3,50 - 3,98 дюйма].[18]

Механическая тропа

Механическая тропа это перпендикуляр расстояние между ось поворота и точка соприкосновения переднего колеса с землей.[19] Его также можно назвать нормальный след.[20] В каждом случае его значение равно числителю в выражении для следа.

, и

Хотя научное понимание велосипедного рулевого управления остается неполным,[14] механический след, безусловно, является одним из наиболее важных факторов, определяющих характеристики управляемости велосипеда. Нулевой след может дать некоторые преимущества:[21]

  • исключено влияние положения центра давления ветровых сил, идущих сбоку
  • эффект флопа колеса (см. ниже) устранен

Квалифицированные и внимательные гонщики могут лучше контролировать путь, если механический след ниже, в то время как более высокий след, как известно, облегчает езду на велосипеде «без рук» и, следовательно, более субъективно устойчив.

Колесо флоп

Перекатывание колес относится к поведению рулевого управления, при котором велосипед или мотоцикл имеет тенденцию поворачиваться больше, чем ожидалось, из-за того, что переднее колесо "плюхается" при повороте руля. Колебание колеса вызвано опусканием передней части велосипеда или мотоцикла, когда руль поворачивается от положения «прямо вперед». Это явление понижения происходит по следующему уравнению:

куда:

= "коэффициент перекоса колеса", расстояние, на которое центр оси переднего колеса опускается, когда руль поворачивается из положения по прямой в положение, отклоняющееся от прямой на 90 градусов.
= след
= угол головы

Поскольку при буксовании колеса опускается передняя часть велосипеда или мотоцикла, сила тяжести будет иметь тенденцию к продолжению вращения руля с увеличением скорости вращения и без дополнительного воздействия водителя на руль. Как только руль повернут, гонщику необходимо приложить крутящий момент к рулю, чтобы вернуть его в положение движения по прямой и поднять переднюю часть велосипеда или мотоцикла на исходную высоту.[22] Инерция вращения переднего колеса уменьшит серьезность эффекта шлепков колеса, поскольку это приводит к тому, что для инициирования или ускорения изменения направления переднего колеса требуется противодействующий крутящий момент.

В соответствии с приведенным выше уравнением, увеличение следа и / или уменьшение угла наклона головы увеличит коэффициент провисания колес на велосипеде или мотоцикле, что увеличит крутящий момент, необходимый для возврата руля в положение для движения по прямой, и увеличит склонность транспортного средства. чтобы внезапно отклониться от кривой. Кроме того, увеличение веса, приходящегося на переднее колесо транспортного средства, либо путем увеличения массы транспортного средства, всадника и груза, либо путем изменения соотношения веса для смещения центра масс вперед, увеличит серьезность эффекта провисания колеса. Увеличение инерции вращения переднего колеса за счет увеличения скорости транспортного средства и скорости вращения колеса будет иметь тенденцию противодействовать эффекту провисания колеса.

Обычно считается желательным определенное количество флопов на колесах. В журнале Велосипед ежеквартально Автор Ян Хайне писал: «Велосипед со слишком маленьким провалом колес будет вялым в реакции на толчки руля. Велосипед со слишком большим провалом колес будет иметь тенденцию отклоняться от своей линии на низких и средних скоростях».[23]

Модификации

Вилки можно модифицировать или заменять, тем самым изменяя геометрию велосипеда.

Изменение длины вилки

Увеличение длины вилки, например путем перехода с жесткой на подвеску, поднимает переднюю часть велосипеда и, таким образом, уменьшает угол его головы.[10] Удлинение вилки будет иметь противоположный эффект на грабли мотоцикла, поскольку грабли измеряются в противоположном направлении.

Практическое правило: изменение длины вилки на 10 мм дает изменение угла оси рулевого управления на полградуса.

Изменение смещения вилки

Увеличение смещения вилки уменьшает след, а если выполняется на существующей вилке путем изгиба без удлинения лезвий, вилка укорачивается.[24]

Правовые требования

Штат Северная Дакота (США) фактически предъявляет минимальные и максимальные требования к граблям и тропам для «производства, продажи и безопасной эксплуатации мотоциклов на дорогах общего пользования».[25]

"4. Все мотоциклы, за исключением трехколесных, должны соответствовать следующим спецификациям в отношении геометрии передних колес:

МАКСИМУМ: угол наклона: 45 градусов; След: 14 дюймов [35,56 см] положительный результат
МИНИМАЛЬНЫЙ: угол наклона: 20 градусов; След: 2 дюйма [5,08 см] положительный результат

Спецификации производителя должны включать конкретные грабли и след для каждого мотоцикла или класса мотоциклов, а термины «грабли» и «след» должны быть определены директором в правилах, принятых в соответствии с главой 28–32 ».

Прочие аспекты

По другим аспектам геометрии, таким как эргономика или предполагаемое использование, см. велосипедная рама статья. За мотоциклы другие основные геометрические параметры - это высота сиденья и относительное расположение подножек и руля.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Lemond Racing Cycles". 2006. Архивировано с оригинал 4 августа 2006 г.. Получено 8 августа 2006.
  2. ^ Пол Астон (28 сентября 2015 г.). "Первая поездка: Николай Моджо ГеоМетрон". PinkBike. Получено 26 февраля 2017. Детали GeoMetron: Угол головки 62–63,5 °, в зависимости от амортизатора и длины вилки.
  3. ^ Мэтт Пакоча (23 декабря 2011 г.). "Обзор Cane Creek AngleSet". BikeRadar. Получено 14 апреля 2013.
  4. ^ Участник Rider (30 июня 2009 г.). «Подвеска и понимание мотоциклетных граблей и трассы». Журнал Райдер. Получено 14 декабря 2013. Угол наклона - это угол в градусах, на который рулевая колонка рамы ... отклоняется назад от вертикали.
  5. ^ "Moto Guzzi USA". 2006. Архивировано с оригинал 12 декабря 2006 г.. Получено 11 декабря 2006.
  6. ^ «Геометрия управления велосипедом». Дизайн Калфи. Получено 6 апреля 2011.
  7. ^ Кевин Аткинсон (2013). История певца: автомобили, коммерческие автомобили, велосипеды и мотоциклы. Veloce Publishing Ltd. Получено 14 декабря 2013. Изогнутая передняя вилка велосипеда - это патент Джорджа Сингера, который используется до сих пор.
  8. ^ "Калькулятор рейка и трейла". РБ Гонки. Получено 14 декабря 2013.
  9. ^ Хорнсби, Энди (2006). "Обратно в школу". Архивировано из оригинал 4 апреля 2005 г.. Получено 12 декабря 2006.
  10. ^ а б Ринард, Дэймон (1996). «Длина вил». В архиве из оригинала 26 октября 2007 г.. Получено 18 октября 2007.
  11. ^ «Геометрия рамы». В архиве из оригинала 20 апреля 2011 г.. Получено 7 апреля 2011.
  12. ^ Джош Патнэм. "Геометрия рулевого управления: что такое след?". В архиве из оригинала 30 апреля 2011 г.. Получено 7 апреля 2011.
  13. ^ «Введение в геометрию и управление велосипедом». C.h.u.n.k. 666. В архиве из оригинала 30 апреля 2011 г.. Получено 7 апреля 2011.
  14. ^ а б Whitt, Frank R .; Джим Пападопулос (1982). «Глава 8». Велосипедная наука (Третье изд.). Массачусетский Институт Технологий. ISBN  0-262-73154-1.
  15. ^ Патнэм, Джош (2006). "Геометрия рулевого управления: что такое след?". Получено 8 августа 2006.
  16. ^ Cossalter, Витторе (2006). "ТРОПА". Архивировано из оригинал 10 мая 2006 г.. Получено 14 декабря 2006.
  17. ^ Cossalter, Витторе (2006). Динамика мотоцикла (Второе изд.). Lulu.com. п. 234. ISBN  978-1-4303-0861-4.[самостоятельно опубликованный источник ]
  18. ^ "MotoCzysz". 2006. Архивировано с оригинал 1 декабря 2006 г.. Получено 14 декабря 2006.
  19. ^ Тони Фоул (2006). Управление мотоциклом и конструкция шасси: искусство и наука. п. 3-1. ISBN  9788493328634. Получено 18 октября 2013. расстояние между пятном контакта с землей и осью поворота, измеренное под прямым углом к ​​этой оси. В SAE [это] называется «Механический след».
  20. ^ Витторе Коссалтер (2006). Динамика мотоцикла. п. 32. ISBN  9781430308614. Получено 18 октября 2013. нормальный след - это расстояние по перпендикуляру между передней точкой контакта и осью рулевой колонки.
  21. ^ Уоткинс, Грегори К. «Динамическая устойчивость полностью оборудованного однопутного транспортного средства с приводом от человека» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 17 июля 2006 г.. Получено 23 августа 2006.
  22. ^ Фоул, Тони (2002). Управление мотоциклом и конструкция шасси. Тони Фоул Дизайн. С. 3–11. ISBN  84-933286-1-8. Получено 3 июн 2010.
  23. ^ Гейне, янв. «Ежеквартально о велосипедах - Глоссарий». Винтажный велосипедный пресс. Архивировано из оригинал 21 мая 2010 г.. Получено 3 июн 2010.
  24. ^ Матчак, Том (2006). «Перенаправление вил и изменение угла наклона вил» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 17 мая 2008 г.. Получено 30 мая 2008.
  25. ^ «ГЛАВА 39-27 МОТОЦИКЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ» (PDF). 2006. Получено 14 декабря 2006.

внешняя ссылка