[知识介绍]【大好人单车研究室】第一篇：轮组侧向刚性的奥义 [复制链接]

写这个帖子的时候发现了其实有一篇很好的关于轮组侧向刚性的测试与讨论帖子，里面有很多实测数据，而且里 面的示意图很好用，正好不用我自己画图了：）表示感谢，在此注明本文示意图多数引用自 http://www.rouesartisanales.com/article-23159755.html  
后来发现sheldon brown大神也专门撰写过相关话题的论述，很详实精彩：http://www.sheldonbrown.com/rinard/wheel/index.htm


轮组的刚性，是轮组竞技性能的重要指标，依我看来粗粗说来轮组刚性可以粗略分为纵向刚性，侧向刚性，驱动刚性等。
题目是头一阵子一直在尝试编自己KHS车子的轮子时候思考的一个问题，因为我觉得自己骑车能感受出来最明显区别的也就侧向刚性了。
可是怎样编出一个侧向刚性好的轮组呢，如何选择材料，又如何编？
后来有一天我稍微仔细想了想侧向刚性这玩意的实际来源，就想写这样一个帖子来给大家分享一下我的理解与心得，
下次你私人定制轮组或者选择成品轮组的时候，或许就能理性甄选，不用流于一些以讹传讹的“那个硬那个软那个你踩不出来”了。
关于轮组的侧向刚性，或许稍有经验的骑手就会有感觉，比较直观的感受时机大概就是压弯的时候是否利索，摇车的时候反馈是否硬朗等。
但是轮组侧向刚性到底是由啥来决定的呢？如果有一对看上去高大上的轮组摆在货柜上，如何简单判断一下这个轮组是否能够胜任自己的侧向刚性需求呢？
众所周知，一般普通青年轮组由花毂（含锁紧系统如快拆），辐条(含帽)，圈组成。到底哪个东西真的决定了轮组的侧向刚性呢？下面就分别来看看。

辐条：
辐条是用来让轮子成为一个整体的链接部件。辐条的种类，数目和编法在我看来都会极大轮组侧向刚性。
我的观点是：一般来说辐条数目增多，增粗，放射编法会带来侧向刚性的增加。
为啥呢，这就需要我们仔细思考轮组侧向刚性发挥作用的场景了：车手摇车时候会给轮组施以侧向的力道（这力道既来自于车手体重也来自于车手腿的蹬踏）
,某一侧的辐条受侧向拉力被继续张紧，对侧辐条被相应的放松，这张力之差在水平方向的分量用以抵消骑手摇车时候的侧向力道。

图片:lateral_stiffness_road_en.jpg

说到这里大家或许就明白了，只要让辐条在轮框发生偏离原有位置很小的范围内尽快的产生很大的张力差，就可以有效地对抗侧向力道，也就是我们需要的侧向刚性硬梆梆轮组了!
那么怎样才能尽量小的形变产生尽量大的张力差呢？呵呵，这时候是不是想起了初中物理老师告诉过我们的一个概念叫做胡克定律？
对！实际上我们的辐条就是一根根弹簧。（由于我们力气小体重轻，一般来说摇车是无法让辐条产生范性形变的。所以辐条基本上是在弹性范围内基本遵从胡克定律运动的）
只考虑力的数值的话，F/S=σ=k·ε
这里的F就是我们需要的单根辐条的张力变化值（相对两侧的辐条张力变化绝对值之和就是我们需要的张力差了~），ε表征单根辐条形变量（形变方向决定张力变化的方向），k是弹性系数。
这样子大家也就恍然大悟了，我们需要小的ε，那么我们需要的是弹性差（k弹性系数大）的辐条，同时也需要更大横截面积的辐条。可是常见辐条都是钢的，弹性系数都大约200多GPa,没啥大差别的。那该怎么办呢，对，增加横截面积，用更粗的辐条：）
对于整个轮组来说，增加辐条横截面积，有两种等效的方法，增加辐条数量，增加单根辐条的横截面积。所以多辐条轮组和粗辐条轮组都可以获得更好的侧向刚性。
那么辐条的编法会不会影响呢，答案是肯定的，放射编法的辐条相较于交叉编法的辐条，轮组受侧向力下的偏移ΔL可以导致相对较大的单根辐条长度拉伸ε，所以造成的张力差会较大。
而且同等张力差放射轮组在后视水平方向的分量也更大。这是个很简单的立体几何问题，就不再赘述了。
反正结论就是就是越放射编法轮组侧向越“硬”，当然后轮由于要承担驱动，考虑到驱动刚性，不能无限减小辐条交叉角度，这是另一个事情了。
所以对于辐条来说，选择更多数目的辐条，用更粗的辐条，用放射编法（或者说尽量减小辐条交叉角度）都会很好的提升轮组的侧向刚性。

轮框：
可以想象的是，轮组的完整性与轮框的硬度很有关系，如果轮框像面条一样，那么我们很容易在编制轮组的时候就得到一个正看s形，侧看多边形的轮组。
实际骑行的时候，轮框也会通过自身柔性让轮组显得很软，无法在摇车等动作时候给以车手支撑。所以一个坚硬的轮框似乎对于侧向刚性好的轮组来说相当重要。实际上也确实如此，硬的框带来的稳定与支撑是很多人青睐的,比如大名鼎鼎的KPRO（kinlin xr240）。
那么轮框对于侧向刚性的贡献的方式是什么呢？
一来越“硬”的轮框越接近刚体，硬的轮框可以认为倾向于整体受力而非局部形变。所以当受到侧向的摇车力道的时候，框硬的轮组会调动整个轮组上的几乎每一根辐条（当然主要还是着地点附近几根以及花鼓对侧对应的辐条）来对抗这种力道。所以这也是为啥有些轮组换了极硬的轮框去编制反而容易蹭刹皮，反而用相对软的框编制的轮组则倾向于着地点附近局部形变来对抗这种力道，所以在这种情况下，反而比其他条件（辐条，花鼓）相同的硬框轮组更不容易蹭刹皮（或码表磁铁）。

另外圈可以影响轮组侧向刚性的是ERD，更小的ERD会带来更大的辐条“支撑角度”（虽然实际不是提供支撑力）。
支撑角度越大，辐条的伸缩量ε对于圈的侧向偏移量ΔL更加敏感。
而且张力差在水平方向的分量也会更加大。这也是简单的立体几何问题，亦不再赘述了。
当然本文是泛泛而谈圈的硬度，其实圈本身可以做成很多形状，也可以采用不同材料和工艺，变数实在太多。如果在我们讨论的是同样材料，工艺和形状下不同硬度的圈的表现。就不展开讨论不同形状，尤其是大刀轮框给轮组侧向刚性带来的影响了。（实际上轮框刀度如果很大 ，辐条孔距离轮框外沿很远的话，轮框本身需要抵抗较大的侧向弯折扭矩，轮框本身形状和材料等就更加重要了）
所以“硬”框以及ERD小的框（通常也是更小轮径对应的框）会带来更好的轮组侧向刚性。



花鼓：
花鼓体积很小，其本身我习惯于将其视为一个刚体，花鼓影响轮组刚性的方式是花鼓本身的几何参数。
几何参数会很大程度影响辐条的“支撑角度”。效果等同于ERD带来的影响
所以大的等效鼓耳偏移量会让轮组的侧向刚性提升~~

小结：
如果你是一个轮组侧向刚性偏执狂，你应该采用更多的辐条数量，更大的辐条截面积，更无弹性的辐条材料，放射编法，更硬的更小ERD的轮框，更大等效鼓耳偏移量的花鼓。这样子基本上得到的是个超小的超硬的封闭轮，呵呵~~

上面谈到的是材料选择，那么编制的张力选择是否也会影响到轮组刚性呢？我的答案是，有时候会~~
为什么这样说呢？这里援引两张图来解释这个问题（第一张图来自于harvey.hung的帖子：http://www.77bike.com/bbs/read.php?tid=132129）：

图片:2_1144_7996b9185954f1d.jpg

图片:lateral_stiffness_example_en.jpg

第一个图说明辐条相当松才会引起侧向刚性的巨大变化，
第二个图说明成品轮组侧向刚性有拐点，在已没有达到拐点之前侧向刚性可以认为是比较好的
其实这两张图指向的是同一个问题，也就是侧向刚性有时候跟初始辐条张力几乎无关而有的时候似乎就很需要初始辐条张力了。这是因为，刚才我们一直提到，辐条张力差是轮组侧向刚性的源泉。但是辐条还有一个特性，那就是只能很好的提供拉力，无法很好地（或者说几乎不能）提供支撑力，所以当某一侧的辐条张力在侧向力作用下降到0以后，就无法继续减小从而提供张力差了，也就是这时候继续让圈发生侧向位移，只有更加张紧侧的辐条还在继续提供张力的增加值，两个人的活一个人干，自然会有点“软”，呵呵。
所以这也就是为何轮组需要一个初始张力，而且如果这个初始张力高一些，会让更大的体重（或者腿力更大）的骑手不轻易受困于侧向刚性的快速衰减（让拐点晚出现）。所以如果你的辐条如果不变，但是编轮的初始张力从80kgf提升到150kgf的话，一般骑行是基本感受不到侧向刚性的差别的，当你摇车的时候，或者让体重更大的人来骑得时候，就有机会体会出两者的区别（因为更容易到达前者的拐点）。

另外：快拆的锁紧虽然无关轮组本身刚性，但是会影响到轮组连接到车架之后的整体侧向刚性表现，所以用更紧的快拆也会提升侧向刚性的潜力。

此文未经严谨求证，如有谬误，欢迎指正。
另外本文提到的参数基本上是每个普通轮组都会涉及的参数，实际上大千世界奇葩辈出~~这一楼会逐步添加一些特例，供大家品玩~~

你还比我早

感谢LZ的深夜探讨~！

catt:[表情] 你还比我早 (2014-06-10 05:08) 

擦 我刚写了一晚上好不好，睡觉去了，困了。。。

gzcy:感谢LZ的深夜探讨~！[表情]  (2014-06-10 05:10) 

cy，你也这么早？

dahaoren:擦 我刚写了一晚上好不好，睡觉去了，困了。。。[表情] (2014-06-10 05:11) 

可怜的我才下班

catt:可怜的我才下班 (2014-06-10 05:12) 

东莞不是已经整顿了么，你这是什么活儿。。。

大好人的技术贴，必须顶

dahaoren:东莞不是已经整顿了么，你这是什么活儿。。。 (2014-06-10 05:13) 

比东莞的还累，说多了都是泪

果然大好人。。。。
凌晨写贴子

强贴留名

占座慢慢读

前排留名，一边看日出一边写的帖子，必须要顶

预计是强大的帖，赶紧占黄金地段

好贴  认真学习了
我想应该是直拉辐条强调侧向刚性  交叉辐条强调垂直刚性吧

火钳刘明！

“花鼓：
花鼓体积很小，其本身我习惯于将其视为一个刚体，所以花鼓影响轮组刚性的方式是花鼓本身的几何参数。
几何参数会很大程度影响辐条的“支撑角度”。效果等同于ERD带来的影响
所以大的鼓耳偏移量会让轮组的侧向刚性极大提升”

如果wR不变(其他条件也不变），只变wL（变大or变小），只要wL大于wR，L侧的侧向刚性不会有变化
永远等于R侧的侧向刚性

catt:cy，你也这么早？ (2014-06-10 05:12) 

他一直都很早的

光光:“花鼓：
花鼓体积很小，其本身我习惯于将其视为一个刚体，所以花鼓影响轮组刚性的方式是花鼓本身的几何参数。
几何参数会很大程度影响辐条的“支撑角度”。效果等同于ERD带来的影响
所以大的鼓耳偏移量会让轮组的侧向刚性极大提升”
....... (2014-06-10 08:59) 

照光版的理论来说，WR确实在花鼓的几何设计中很是重要~~~~~`

能占第一页就满足了

优秀技术文章

大好人发帖， 要来学习啊。。。。。。。。。。。。

侧向刚性确实对摇车作用影响很大， 例如著名的某404碳刀， 各种菜腿都能摇车的时候擦到刹车。

另外是否应该考虑到侧面刚性强大到某个值的时候， 弹性不足，是否会导致摇车的时候辐条爆裂么？

好专业！！！

来学习了，楼主辛苦了

看了一半发现值得深究  先占座

可惜不能设精

凡眸:照光版的理论来说，WR确实在花鼓的几何设计中很是重要~~~~~` (2014-06-10 09:13) 

偏心圈拯救世界

warpblade:偏心圈拯救世界 (2014-06-10 11:17) 

救不了碳刀

必须顶的技术贴