Perché usare più materiali sulle corone?

Perché su una tipica guarnitura tripla da strada di livello medio, gli anelli esterni (anelli più grandi) saranno in alluminio, mentre l'anello interno (anello piccolo) è cromato?

Mi sembra che se l'alluminio fosse abbastanza buono per uno, sarebbe abbastanza buono per tutti.

Ha a che fare con la quantità di forza applicata a ciascun anello? Forse è probabile che l'anello più piccolo venga utilizzato in situazioni di arrampicata, quando il ciclista è in piedi, quindi la forza maggiore viene applicata alla pedivella in quel punto (e quindi hai bisogno di un anello più forte)?

In realtà si tratta della moltiplicazione della forza fornita da ciascuna corona e della dimensione / massa di ciascuna corona.

Differenza di forza

Proponiamo, solo per un momento che hai avuto una corona tanto grande che il suo raggio è quasi uguale alla lunghezza della pedivella. Se il cavaliere fosse in grado di pedalare mentre usava quella corona (e usando semplici pedali della piattaforma). La massima forza teorica sulla catena sarà uguale al peso del ciclista. (Supponendo che non stia tirando il manubrio).

Ora, liberiamoci di quella corona poco pratica e ridicolmente grande, e installiamo una corona più realistica, che ha un raggio di circa la metà della lunghezza della pedivella. Ora, quando il ciclista ripete l'esperimento precedente, ora la massima forza teorica ha applicato il peso del ciclista * 2.

Se ripeti l'intero esperimento, ma questa volta con una corona avente un raggio di 1/4 della lunghezza della pedivella, la forza massima nella catena sarebbe 4 volte il peso del ciclista.

Cioè, in un semplice meccanismo come una guarnitura, la forza di uscita può essere calcolata come:

OF = IF * (Ir / Or).

Dove IF = forza di input, Ir = raggio di input, oppure = raggio di output. E il raggio è la distanza dall'asse al punto in cui viene esercitata la forza.

Come puoi immaginare, la maggior parte della guarnitura della corona della trippa ha una corona grande che ha un raggio di circa la metà della pedivella. Una corona più piccola è grande la metà. In effetti, la tipica tripla guarnitura raddoppia la forza di uscita nella piccola corona rispetto alla più grande.

Il peso è importante

Tuttavia, questa è solo una parte dell'argomento. Più grande è la corona, più pesante è. Ed è anche una parte rotante della bici, quindi alcuni potrebbero sostenere che la sua inerzia rotazionale avrebbe importanza. Come puoi immaginare, la corona CroMo è più pesante di Al.

durabilità

Ciò non spiega ancora del tutto la decisione, ma eccola qui: l'alluminio in genere ha meno resistenza all'usura per attrito rispetto all'acciaio. Ad esempio, se si dovesse archiviare una protuberanza in un pezzo di alluminio, lo si farebbe con un minimo sforzo, rispetto al lavoro simile anche su acciaio dolce. A ciò si aggiunge il fatto che una nuova catena in una nuova corona impegna diversi denti con un contatto completo rullo-dente, diffondendo efficacemente il carico tra ciascun punto di contatto. La piccola corona può fornire meno punti di contatto per distribuire il carico, con il mezzo che ogni dente è sottoposto a una frazione maggiore della forza totale applicata dal cavaliere e moltiplicata per la manovella. Ciò significa che un dente nella corona piccola ha un carico molto maggiore di un dente nella corona grande.

Rapporto di utilizzo

A questo possiamo aggiungere l'argomentazione piuttosto soggettiva secondo cui la maggior parte dei ciclisti passerebbe più tempo nella corona centrale, forse nella piccola o saltando molto tra di loro, mentre la grande è usata più sporadicamente, di solito nelle discese veloci dove il pilota ha vinto usa tutta la sua forza e non per molto.

Conclusione

Tutti questi argomenti rendono i materiali scelti un buon compromesso tra peso, durata e forse, costo.

Le corone in alluminio piccole e medie si consumerebbero troppo velocemente e sarebbero inclini a piegarsi a causa di una tecnica di cambio errata. Una grande corona in acciaio sarebbe più pesante e la differenza sarebbe facilmente percepibile mentre si tiene in mano la guarnitura, quindi la guarnitura con la grande corona in alluminio farebbe il miglior acquisto tra i due.

La differenza di peso tra piccole corone realizzate con questi materiali sarebbe meno percepibile e l'acquirente potrebbe non essere così attratto dal pagamento della differenza di prezzo per una perdita di peso così ridotta (guadagno?).

Inoltre, le piccole corone in alluminio potrebbero essere più adatte per i ciclisti professionisti, i quali potrebbero idealmente essere sponsorizzati in modo adeguato, quindi spendere una corona per gara non è un grosso problema. Inoltre, lui / lei potrebbe (idealmente) avere una tecnica di cambio ottimizzata (cioè il ciclista ha identificato i suoi difetti di tecnica del cambio e li ha corretti).

Buona domanda! Ci sono un paio di ragioni importanti per i diversi materiali:

• Usura : l'acciaio dura più a lungo dell'alluminio, semplice e chiaro. Quindi perché non usare l'acciaio su tutti gli anelli? Gli anelli più grandi hanno rampe sui lati che facilitano il cambio e non possono essere ruotati mentre l'anello si consuma. L'anello della nonna può, quindi può durare molto più a lungo.

• Flessione / flessione : all'aumentare delle dimensioni di una corona, diventa più incline alla flessione e alla flessione a causa della coppia / carico su di essa. L'acciaio diritto si piegherebbe piuttosto facilmente, ma il modo in cui gli anelli CNC consente un maggiore supporto sugli anelli.

• Peso : l'acciaio pesa di più dell'alluminio, lo stesso per CroMo. Per un anello piccolo, la differenza sarà molto meno di un anello più grande.

• Costo : proprio come una bella bici con telaio in acciaio vs alluminio, il materiale migliore costa più soldi, potrebbe essere solo un angolo di risparmio. (Nota, questo vale anche per altri materiali come il titanio).

Quindi hai diversi motivi per cui il produttore / venditore ha diversi materiali per gli anelli. È molto probabilmente una combinazione di quanto sopra e un compromesso per uno o più (più peso contro meno forza, ecc.).

Principalmente, a causa di problemi di "leva del braccio", viene applicata molta più forza ai denti dell'anello più piccolo, e devono essere i più forti. Ciò è esacerbato dal fatto che la forza è diffusa su un minor numero di denti.

Per il numero 2 elencherei il peso: con il piccolo anello in alluminio risparmierei pochissimo peso.

Una sola parola: coppia. Conosciuto anche come braccio di leva.

In questo caso il braccio della leva è la differenza nei raggi del braccio della pedivella (a cui è collegato il pedale) e del pignone. Noi ciclisti abbiamo una forza limitata che possiamo applicare ai pedali, creando una coppia nel braccio della pedivella. La nostra inerzia crea una forza opposta attraverso la catena nell'ingranaggio selezionato. Con sufficienti differenze del braccio di livello, la nostra forza umana può generare una coppia che può superare la resistenza materiale dell'anello della catena.

Quindi, per resistere all'aumento della coppia, la corona più piccola è in genere realizzata con materiale più resistente, spesso acciaio.

AGGIORNAMENTO: i moderatori hanno richiesto un'espansione. Ecco qui.

La coppia è una "forza di torsione", che è esattamente ciò che noi cavalieri creiamo quando pedaliamo in bicicletta. La quantità di forza che applichiamo ai pedali può essere amplificata dalla lunghezza del "braccio di reazione", che è, nel nostro caso, la lunghezza da centro a centro delle pedivelle dal movimento centrale al pedale ( S). Sempre attorno allo stesso asse sono i pignoni della catena anteriore. La differenza tra il nostro raggio di pedalata e il raggio della ruota dentata è l'effettivo "braccio di reazione", o "vantaggio meccanico", per la ruota dentata data. All'aumentare del vantaggio meccanico, aumenta anche la coppia o la forza di torsione che generiamo dai pedali. Otteniamo il massimo vantaggio meccanico quando pedaliamo contro il pignone con il raggio più piccolo.

Questo riassume le nostre forze. Ora una parola sui materiali. Relativamente parlando, l'acciaio è forte e pesante mentre l'alluminio è morbido e leggero. Tuttavia, le leghe e i vari trattamenti modificano quelle caratteristiche native, di solito con costi aggiuntivi. La linea di fondo è un'analisi sollecitazione / deformazione delle forze (coppia) coinvolte rispetto alla resistenza intrinseca del materiale. E poi c'è il budget monetario, che influenza le opzioni e le selezioni disponibili. Una revisione dei materiali dei pignoni candidati va ben oltre lo scopo di questa risposta, o le mie conoscenze attuali.

Basti dire che i produttori useranno i prodotti più convenienti per il loro pubblico di riferimento. Ciò potrebbe significare materiali diversi per i team del Tour de France, al contrario di quello che tu e io possiamo ottenere dai nostri negozi di biciclette locali.

Quando si tratta di ruote dentate per ciclisti di tutti i giorni, si riduce alla coppia. E i due materiali meno costosi che soddisfano la necessaria resistenza a sollecitazione / deformazione sono le leghe di alluminio e le leghe di acciaio.

Si noti che il termine OP "chro-mo" si riferisce all'acciaio al cromo-molibdeno , chiamato anche acciaio al cromo.