自行车轮组编制科普1：哪些因素影响了轮组刚性和弹性

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我们今天来聊聊关于轮组的话题，正如题目所说，自行车轮组就像是一个悬挂系统。无论是什么材料，都会产生形变，并且形变改变后都会有个释放应力的过程，就是材料本身会有恢复原状的内力。能恢复原状的叫弹性形变，而不能恢复原状的就是塑性形变，我们经常谈论的刚性，就是在描述弹性形变的大小，叫做应变量，就是材料受到外力时变化的程度。

通常情况下，当辐条受到100kgf的拉力时，辐条大约会被拉长1mm，这1mm就是辐条的应变量。反过来，车圈受到辐条的拉力，自身也会向内收缩大概十分之几毫米。但是如果是使用的开口胎，在100psi的胎压下，轮胎向内的的压力则可以达到2200kg。车圈在强大的压力下，也会收缩变小。所以轮组在使用开口胎时，辐条张力会下降，下降程度和车圈材质以及辐条和车圈所成的角度有关。

【在辐条拉力机上这种应变量的感受会更为明显，随着张力的增加，丝杆也再一点点的上移并拉动辐条】

在车轮上，看似平静，实际在使用中力的变化是异常繁杂的，哪怕是单独坐上车上什么都不坐，辐条的受力也是一个不均匀的状态。

【110psi的胎压下，整个轮组的辐条张力都有所下降】

【车轮在静止状态下负重时的辐条张力变化，可以看到底部辐条张力下降，上部辐条张力增加】

在纵向刚性上，车轮随着状态不同，无时无刻的都在发生着变化。自行车在静止状态下，实际自行车是被悬挂在辐条上的。以一名75kg的车手坐在车上为例，车轮上部的辐条张力会增加越15%，位于底部的辐条张力则会下降。而踩踏时情况会更为复杂，驱动条（从侧面看，向后伸出的）张力会增加，而制动条（从侧面看，向前伸出的辐条）则张力会相应的下降。

【想象花鼓顺时针旋转，通过辐条拖拽车圈顺时针旋转，所以就可以判断向后伸出的为驱动条】

在横向刚性上，轮组的刚性由车圈，花鼓和辐条之间所组成的三角区提供，三者组成的三角区的大小和形状决定了轮组的侧向刚性。

辐条的直径，形状，或者说横截面也对弹性有一定的影响。比如以15g和14g（15G直径1.8mm，14G直径2mm）辐条为例，15G辐条虽然直径仅减少了10%，但是横截面积却比14G减少了20%，不过弹性却增加了20%。同理，更细的变径辐条或者是破风辐条，也会提供更多的弹性，大约是14G辐条的2倍。虽然辐条的弹性在使用中不是一个决定性因素，但却是一个不可忽略的存在。简言之，相同配置下，直径更大的辐条可以提供更多的横向和纵向刚性，形变更小。

除了辐条自身的弹性，辐条的张力也很重要，正确的辐条张力是一个轮子正常，稳定运行的前提。张力过高会在应力集中点产生塑性形变，张力过低则会让轮组不稳定。通过辐条张力变化曲线可以看到，当辐条张力在一定范围内时，即使辐条张力会因为胎压导致的轮框收缩而降低，即使会因为负重而降低，其改变的范围也不会超过其弹性形变的范围。所以我的建议是辐条张力范围在100-130kgf之间最为合适（一般前轮较低，后轮较高，详情后期文章会提到），虽然辐条的断裂强度普遍都在300kgf以上，但是辐条应力集中点的疲劳程度则会受到张力高低的影响。

【横坐标为拉力，纵坐标为形变量，可以发现当拉力达到一定数值后，应变量就不再是正相关的变化】

下面是车圈，车圈的重量和形状都会影响到弹性的变化，其中形状的影响更大。在高框车圈上，纵向的弹性更小，而底框车圈则在横向刚性上更好。但是无论形状如何变化，在车轮和地面接触的位置上，辐条张力都会降低，在微观上，车圈会有一个微微成W的变形，这会让底部辐条的张力降低，两侧的辐条则会张力增加。这种变化会在骑行中周而复始。

花鼓的形状基本不会对车轮的弹性产生影响，但是法兰盘的相对位置则会产生明显的影响。这里只是谈弹性，花鼓的重要性是不言而喻，所以就不过多展开了。

但是凡事都有两面性，纵向刚性一方面提供了舒适性，但是过多的弹性又会增加滚动阻力并且会损失更多的能量。侧向刚性则可以在转弯处提供更多的指向性和牵引力，特别是在越野赛道，会影响到你的精准操控，而在公路车上则会影响到你的摇车和冲刺。

这些都很像是一个悬挂系统，实际在公路车上，你也确实可以感受不同轮组的不同弹性体验，即使它们之间的差异是细微的。特别是近些年，车圈的形状一再的改变，更宽的轮胎，更低的胎压，纵横比例更小的车圈，都在通过实际使用验证其真实有效性。除了高速下的气动性，更多的舒适性，平顺性，吸震性都开始在轮组开发中占有更多的比重。

OK，今天的内容就到这里，我们下期再见，单车基械匠，给您带来更多新奇，好玩，有趣，实用的单车知识。拜拜

参考内容：wheel fanatyk