Kedyvýrobcovia horských bicyklovuvádzajú na trh nové modely, často zdôrazňujú zlepšenú tuhosť, hmotnosť, pohodlie alebo aerodynamický výkon nového modelu. Z týchto parametrov je najdôležitejšia tuhosť, ktorá je kľúčovým faktorom pre čo najefektívnejší prenos sily. Pod všeobecným pojmom tuhosť sa však skrýva mnoho detailov.
Medzi mnohými predajnými miestami, ktoré výrobcovia horských bicyklov uvádzajú pri predaji svojich produktov, sa vždy objavuje „zvýšená tuhosť“. Toto je vlastne parameter, o ktorom veľa ľudí hovorí, no málokto chápe, čo to v skutočnosti znamená. Avšak, rovnako ako hmotnosť bicykla, mnoho ľudí preceňuje úlohu zvýšenej tuhosti. Tuhosť nie je nevyhnutne silnejšia.
Čo je tuhosť
Predtým, ako začneme analyzovať, čo tento parameter znamená, je potrebné najprv objasniť, čo je tuhosť. Podľa definície bežne používanej v strojárstve je tuhosť schopnosť konštrukčného prvku (v prípade bicykla rámu) odolávať deformácii spôsobenej pôsobením vonkajších síl.
Preto, keď hovoríme o tuhosti, väčšina ľudí si okamžite predstaví silu, ktorou pôsobíme na pedále a ako veľmi sa rám deformuje bočne pri každom stlačení pedálu.
Je to však len jedna zo síl, ktoré pôsobia na rám a ostatné sily, ako sú účinky odstredivej sily pri prejazde zákrut, reakcia na nerovnosti na ceste a iné nerovnosti, s ktorými sa na vozovke stretávame, sa často neberú do úvahy.
Inžinieri, ktorí vyvíjajú bicykle, musia brať do úvahy všetky tieto aspekty, aby dosiahli nielen extrémne silný výkon bicykla, ale aj správnu schopnosť pohlcovať nárazy, pričom by bol celý bicykel čo najľahší.
Preto, keď hovoríme o tuhosti rámu, musíme ju hodnotiť v rôznych oblastiach rámu, takže zistíte, že tento parameter je zaujímavejší ako ten druhý.
Zjednodušene povedané, dosiahnuť čo najvyššiu tuhosť nie je problém. Jednoduché stohovanie materiálov, najmä ak majú suroviny vysokú pevnosť v ťahu, povedie k pevnejšej štruktúre. Okrem materiálu je dôležitý aj prierez-trubice. Čím väčší je prierez-, tým väčšia je tuhosť. Ale vedľajším efektom je, že hmotnosť sa nevyhnutne zvýši.
Usporiadanie uhlíkových vlákien je samozrejme tiež veľmi dôležité. Súčasný spôsob hlavného prúdu sa spolieha na rôzne usporiadania jednosmerných vlákien, ktoré sa vyznačujú vysokou tuhosťou v smere usporiadania vlákien, ale veľmi malou tuhosťou v smere kolmom na vlákno. To umožňuje inžinierom dosiahnuť zodpovedajúce použitie v rôznych oblastiach rámu v závislosti od toho, ako je každá tkanina z vlákien umiestnená.
Dosiahnutie dokonalého prispôsobenia si vyžaduje veľmi zložitú výpočtovú prácu, ktorú našťastie vykonávajú inžinieri v 21. storočí najmä na-výkonných počítačoch pomocou softvéru na analýzu konečných prvkov (FEA), ktorý umožňuje inžinierom generovať stovky virtuálnych snímok a simulovať ich odozvu na rôzne aplikované sily.
Cieľom konštrukcie rámu je dosiahnuť rovnováhu a pridať tuhosť len tam, kde je to potrebné. Za týmto účelom definujeme niekoľko typov tuhosti v rámoch bicyklov.
Tuhé pedálovanie – bočná tuhosť
Po prvé, tú, ktorú zvyčajne považujeme za najväčšiu, je bočná tuhosť, ktorá sa meria v ich laboratóriách aplikovaním zaťaženia na stredovú konzolu, aby sa simulovali sily pôsobiace pri pedálovaní. Táto tuhosť meria hlavne mieru, do akej sa oblasť stredovej konzoly deformuje vždy, keď naše nohy nastúpia na kľuky. Zaujímavosťou je, že bočná tuhosť musí byť čo najvyššia, pretože pri minimalizovaní priečneho posunu môže byť vektorová sila, ktorú generujeme, maximálnou silou prenášanou na zadné koleso.
Zadný trojuholník musí byť navyše dostatočne tuhý, aby sa nedeformoval, keď reťaz prenáša silu smerom dozadu.
Toto je parameter, ktorý sa my, recenzenti bicyklov, snažíme posúdiť, ako ľahko dokáže bicykel rýchlo zrýchliť, a tento výkon je obzvlášť dôležitý pre horolezcov a šprintérov, ktorí požadujú, aby si bicykel stále udržal plný výkon pri útoku alebo pri šprinte veľkej skupiny. Pri cestovných rýchlostiach sa však dá povedať, že väčšina rámov na trhu je veľmi efektívna, pretože výkon je stabilnejší a príliš sa nelíši od výkonu bežných nadšencov.
Na dosiahnutie cieľa vysokej bočnej tuhosti stredového držiaka sa výrobcovia bicyklov zaviazali vybrať širšie stredové držiaky a 30 mm kľuky. Reťazové vzpery sú tiež často veľmi hrubé, najmä po stranách, ale nie sú príliš hrubé, aby sa zabránilo kompatibilite so zadným kolesom. Spodná konzola a reťazové vzpery sú často asymetrické, aby vyvážili odozvu na rôzne sily generované na strane pohonu a na strane bez pohonu. Na maximalizáciu tohto efektu sa používajú aj rôzne usporiadania uhlíkových vlákien.
Presné ovládanie – torzná tuhosť
Dôležitejším, no menej spomínaným parametrom je torzná tuhosť. Toto definuje, ako veľmi sa rám krúti pod rôznymi silami. Toto skrútenie ovplyvňuje zarovnanie predných a zadných kolies, a preto má výrazný vplyv na ovládateľnosť bicykla, najmä v zákrutách.
Pri prejazde zákrutou vo vysokej rýchlosti motorka pôsobí dostredivou silou na vnútornú stranu zákruty, čo vytvára odstredivú silu, ktorá nás má tendenciu posúvať von zo zákruty. Kvôli rozdielom v štruktúre vidlice a zadného trojuholníka nie sú sily na prednom a zadnom kolese rovnaké, čo spôsobuje, že kolesá nie sú v línii pohybu vyosené.
Pre jazdca by sme to opísali ako nepresné ovládanie. V podstate, keď jazdec nakreslí čiaru v zákrute ako štetec, motorka vám nedá takú tesnú odozvu, akú chcete. Naopak, pri dobrom výkone bicykla v tomto parametri je nielen ľahké nakresliť zákrutu, ale aj jednoduchým pohybom nasmerovať bicykel do stredu zákruty a po prerezaní stredu zákruty postupne koriguje pozdĺžny uhol zákruty s veľmi rovnomerným priebehom a reakcia na náhle zmeny smeru prednej časti bicykla v zákrute bude tiež rýchlejšia. Vo všeobecnosti sa celé ovládanie v zákrutách stane ľahkým a priamym a pri tých menej tuhých modeloch nebude cítiť stagnáciu.
Aby sa rám ľahko nekrútil, výrobcovia zvyčajne spevňujú telo vidlice a používajú väčšiu rúrku riadenia. V skutočnosti sa ložisko náhlavnej súpravy z roka na rok zväčšuje, z tradičného 1 palca na 1,5 palcové ložisko, ktoré je často vidieť v spodnej časti. To je tiež dôvod, prečo je spodná trubka bicykla zvyčajne najširším prierezom-, pretože je hlavnou nosnou časťou konštrukcie rámu.
Ale je tu ešte jeden aspekt, ktorý treba zvážiť. Ide o to, že bočná a torzná tuhosť musia byť vyvážené, aby rám poskytoval najlepší výkon bez akýchkoľvek kompromisov. Na druhej strane príliš veľká bočná tuhosť prednej a zadnej nápravy môže sťažiť jazdu na bicykli, keď podmienky na ceste nie sú ideálne, pretože po každom náraze na vozovku odskočí. Takže je potrebné zvážiť viac aspektov, ako len tieto.
Hladká jazda – vertikálna tuhosť
Ak je cieľom predchádzajúcich bodov dosiahnuť čo najväčšiu tuhosť, tak vo zvislej rovine je to naopak: určitá tuhosť na zamedzenie odrazového efektu, no zároveň dostatočná deformačná kapacita na vyriešenie nerovností povrchu vozovky.
Ide o veľmi náročný parameter na nastavenie, pretože je ovplyvnený hmotnosťou jazdca a konštrukcia bicykla zohľadňuje rôzne typy jazdcov. Samozrejme, teraz je možné odvodiť priemernú veľkosť jazdca určitej veľkosti prostredníctvom analýzy veľkých dát o jazdcoch, aby inžinieri mohli presnejšie upraviť tento parameter.
Vo všeobecnosti, podobne ako bočná tuhosť, bude mať prierez-rámovej trubky a usporiadanie karbónovej tkaniny významný vplyv na vertikálnu tuhosť. Úprava vertikálnej tuhosti sa tiež snaží dosiahnuť dokonalú rovnováhu medzi absorpciou vibrácií a účinnosťou prenosu sily bez ovplyvnenia bočnej tuhosti.
Vertikálna tuhosť zvyčajne ovplyvňuje aerodynamiku, pretože aerodynamická trubica zväčší vertikálny-prierez trubice, čím sa zvýši vertikálna tuhosť a zníži sa vodorovný prierez-, čo ovplyvní bočnú tuhosť, ktorá je úplne opačná, než požaduje rám.
Riešenie tohto problému sa zvyčajne spolieha na skrátenú virtuálnu koncovú trubicu a zväčšenie horizontálnej-prierezovej plochy trubice, čo však ovplyvňuje nielen hmotnosť, ale aj aerodynamický výkon.
Čo ak je bicykel príliš tuhý alebo príliš mäkký?
Ako sme už povedali na začiatku, ak je dôležitá absolútna hodnota tuhosti, je veľmi jednoduché vyrobiť bicykel extrémne tuhý s modernými materiálmi. Málokto z nás však na takomto bicykli vydrží viac ako hodinu, a to nielen preto, že zmeny povrchu vozovky nám rýchlo rozbijú ruky a chrbát, ale aj preto, že reakcia na akúkoľvek malú operáciu je príliš rýchla a núti nás byť neustále nervózny.
V istom období histórie sme takýto bicykel kedysi mali a hoci sa pri prvom šliapnutí, najmä pri akcelerácii, cítili mimoriadne úžasne, čoskoro sa ukázalo, že takýto bicykel nie je v reálnom svete praktický. Ako ubiehali kilometre, viac nám to ubližovalo ako pomáhalo, prípadne nám to v každej zákrute z kopca nedalo nič pozitívne, okrem prílišnej istoty v zákrutách. Verím, že si každý ešte pamätá všetky-hliníkové pretekárske modely, ktoré boli populárne na začiatku 21. storočia. Boli to skutočné „dve kolesá a tyč, nič iné sa nedalo robiť“.
V druhom extréme sme ich považovali za „bavlnené bicykle“. Pravdepodobne ide o bicykle, ktoré na udržanie cestovnej rýchlosti vyžadujú nepretržitý výkon s vysokou{1}}intenzitou a vy budete mať pocit, že viac ako polovica vášho výkonu je preč, nehovoriac o reakcii starého muža pri zrýchľovaní.
Takéto bicykle vyvolajú v ľuďoch spomienky na nočnú moru pri prejazde zákrutami a trasovaní. Verím, že jazdci, ktorí vlastnia cestné bicykle s oceľovým rámom strednej{1}}triedy, chápu, čo tým myslím. Aj keď takéto bicykle môžeme nazvať „elegantnými tvarmi a luxusnými textúrou“, tí, čo tomu rozumejú, pochopia.
Po vyššie uvedenom úvode vieme, že vo väčšine prípadov bude určite populárnejšia vyššia tuhosť, ktorá však musí byť dôsledne testovaná v každej oblasti rámu a nakoniec dosiahnuť dokonalé vyváženie rôznych ukazovateľov. Celková tuhosť rámu sa skrátka rokmi výrazne zvýšila. Na modeloch najnovšej generácie vám môže stačiť šliapnuť len niekoľkokrát, zatiaľ čo na rovnakom modeli, ktorý môže byť pred desiatimi rokmi, budete musieť šliapať oveľa viac. Prostredníctvom takéhoto porovnania môžete veľmi intuitívne pocítiť obrovský vplyv rozvoja poznatkov o konštrukcii rámov, obohatenie dizajnových nástrojov a zlepšenie kvality materiálu na výkon bicykla.
