Perché alcune biciclette hanno ruote molto più grandi della maggior parte delle motociclette?

Consideriamo una mountain bike e una moto. Ognuno ha la necessità di essere il più utilizzabile possibile e superare gli ostacoli in modo più efficace. Le ruote più grandi di solito significano una maggiore abilità di fondo. Quindi qual è la teoria alla base delle biciclette che di solito hanno ruote più grandi delle motociclette?

L'ingranaggio è un fattore, sebbene non sia l'unico fattore. Le dimensioni comuni delle ruote consentono l'uso di ruote dentate di dimensioni convenienti, sia anteriori che posteriori. L'industria ciclistica è sempre stata guidata da ciò di cui i piloti hanno bisogno e i ciclisti professionisti possono raggiungere i 100 km / h in discesa. Più è alta una marcia, meno è probabile che tu debba "girare fuori" e non essere più in grado di pedalare efficacemente. Più grande è la ruota, più ti muovi in ​​un giro. Il motore a combustione interna può raggiungere 1000s di RPM, un ordine di grandezza superiore a quello che possono sostenere le gambe umane, che almeno in un ambiente di laboratorio iniziano a perdere efficienza di circa 100 rpm ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5) e al di sopra di un certo punto (che è forse l'argomento della sua stessa domanda) non sono assolutamente in grado di tenere il passo con i pedali, per non parlare di applicare un potere significativo. Ecco perché le biciclette in stile farthing avevano ruote così grandi, dato che le pedivelle erano attaccate direttamente alla ruota, l'unico modo per andare più veloce era ottenere una ruota più grande.

Trasmissione a catena e ingranaggi risolto questo problema, consentendo ruote più piccole e leggere e un tubo superiore sotto l'altezza del cavallo. Ma ci sono dei limiti pratici su quanto sia grande una corona e quanto piccola è una ruota dentata posteriore che puoi usare. Una corona troppo grande inizierà a flettersi (questo era più un problema prima dei materiali moderni), e attualmente il pignone posteriore più piccolo su una cassetta standard è di 11 denti, sulle vecchie ruote libere a 5 velocità era di solito un 14 denti. Una ruota 700c con un pneumatico da 25 mm può raggiungere ~ 73 km / h con una cadenza di 120 rpm con una corona da 53 denti standard e un pignone 11. Per ottenere la stessa dentatura, una ruota BMX da 20 "avrebbe bisogno di una corona da 75 denti che avrebbe un diametro di circa 12", e una ruota da bicicletta pieghevole da 16 pollici avrebbe bisogno di una corona da 83 denti, diametro da 14 ". Oltre alla flessione,

E alcune bici hanno in realtà ruote molto piccole, come le bici pieghevoli. Ma la loro velocità massima è limitata. Sono state realizzate alcune cassette posteriori con pignoni più piccoli a 9 denti (vedere http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), ma i problemi di ingegneria li rendono costosi e soggetti a usura. E anche allora, le dimensioni standard delle ruote da 26 "e 28" (aka 700C aka 29 ") sono state impostate oltre 100 anni fa, e le bici pieghevoli tendono a sembrare" sciocche "per le persone rispetto alle bici più convenzionali. E all'UCI piace mandare quel moderno le bici da corsa hanno all'incirca la stessa forma di quelle degli anni '70, tra cui un telaio diamantato e ruote tra 55 e 70 cm.

Un altro motivo standard per cui i ciclisti di mountain bike dovrebbero preferire ruote da 29 "a ruote da 26" è che "rotolano meglio". Il diametro maggiore significa che si blocca meno in piccoli solchi e buchi, rotolando su di esso piuttosto che in esso. I pneumatici più grandi significano anche un volume maggiore di aria e quindi meno necessità di sospensioni. Le motociclette sono già molto più pesanti (con la potenza necessaria per spostare molto più peso), quindi rinforzare la sospensione è meno un problema. La domanda da 26 "contro 29" (contro 27,5 ") è tutt'altro che risolta, ma la tendenza si sta muovendo verso ruote più grandi, non più piccole.

Non penso che "molto più grande" sia una descrizione appropriata:

Al massimo, le ruote di biciclette tendono ad essere "leggermente più grandi".

E va notato che in entrambi i casi un fattore limitante è "l'altezza standover" - la posizione più bassa del ciclista (per uno stile di telaio relativamente semplice) è sostanzialmente limitata dalle dimensioni della ruota. Le ruote più grandi richiedono gambe più lunghe sul pilota, design del telaio strano (che rendono la bici più lunga e ingombrante) o montaggio / smontaggio in stile "penny farthing".

Riepilogo: le moto hanno ruote più pesanti, rendendole più piccole le rende più manovrabili. Le moto vanno più veloci, quindi la resistenza dell'aria è più importante e le ruote più grandi ne hanno più. Le moto hanno molta più potenza disponibile e vanno più veloci, quindi le sospensioni sono più facili da trasportare e più necessarie.

Tuttavia, ci sono più considerazioni che semplici dossi. Sì, le ruote più grandi gestiscono i dossi meglio di quelli piccoli. Se ti interessa solo che le dimensioni delle ruote saranno limitate solo dalle ruote che puoi acquistare, ecco perché la dimensione delle ruote 36 "/ ISO787 è popolare in alcuni quarti. Puoi ottenere ruote più grandi, ma le gomme diventano molto difficili da trovare e probabilmente dovrai fabbricare pneumatici, tubi e cerchioni.

Le ruote più grandi sono più deboli per lo stesso peso e il peso conta molto per una bicicletta. In effetti, stai distribuendo la stessa quantità di materiale su un cerchio e pneumatici più grandi, quindi tutto diventa più sottile. Allo stesso tempo, poiché le biciclette hanno almeno una larghezza del mozzo piuttosto limitata, la ruota si indebolisce lateralmente perché l'angolo tra i raggi sinistro e destro si riduce mentre il braccio della leva diventa più grande.

Le ruote più grandi hanno più resistenza all'aria perché hanno più area frontale. Certo, puoi lavorarci su, ma tutto ciò che puoi fare per ridurre la resistenza all'aria di una piccola ruota puoi anche fare una piccola ruota ... e se guardi le Battle Mountain bike, usano le stesse tecniche del Bici UCI sulle loro piccole ruote.

Ad esempio, il record di velocità mondiale della bicicletta stabilito da una bici a ruota piccola Moulton :

Nel 1986 Jim Glover ha guidato questa bicicletta a 51 miglia all'ora su una rotta volante di 200 metri per stabilire un record di velocità mondiale che si attesta fino ai giorni nostri.

Quindi perché le biciclette hanno ruote più grandi?

Come hai detto, le ruote più grandi gestiscono meglio i dossi. Ciò è particolarmente vero quando c'è poca o nessuna sospensione (bici da strada), ma si applica anche alle mountain bike. Una ruota più grande non cade a fondo, quindi perdi meno energia per la sospensione.

Le moto vanno più veloci delle biciclette e hanno velocità massime più elevate. Da ciò derivano molte cose.

Ciò significa che le motociclette devono avere sospensioni , dove è facoltativo per le biciclette. Se una moto colpisce un dosso e viene dispersa nell'aria, è eccitante e insolito. Ma anche molti ciclisti non sono consapevoli del fatto che le loro ruote da bicicletta si staccano da terra, perché è solo una parte della guida della tua bici ("sbalzi la sella" sulla bici su dossi e usi il tuo corpo come parte delle sospensioni). Ma non appena hai le sospensioni, il vantaggio di urto delle ruote più grandi scompare in gran parte.

Il rovescio della medaglia di "ruote più grandi sono più deboli" è che le moto stressano molto di più le ruote . Sono più pesanti, più potenti e più veloci. Percorrono anche distanze più lunghe: un giro in bicicletta di 1000 km è molto lungo e richiede giorni, ma su una moto non è eccezionale se non ci sono fattori eccezionali. Molti motociclisti viaggiano più di, per esempio, 50.000 km all'anno in moto, ma quasi nessun ciclista fa lo stesso. Quindi una moto deve durare più a lungo di una bicicletta che rende la forza più importante. I guasti sono anche più pericolosi a velocità più elevate e con una moto più pesante che può cadere sul pilota in un incidente. Ancora una volta, è più forte e le ruote piccole sono più forti.

I pneumatici più grandi hanno più gomma, quindi durano più a lungo . I pneumatici per biciclette devono essere sottili in modo che si flettano, il che significa che la soluzione della moto di rendere gli pneumatici più spessi per allungare la vita in realtà non funziona. Ciò rende una ruota più grande una delle poche opzioni.

Il comfort di guida e l'efficienza su superfici ruvide giocano entrambi un ruolo. Una ruota più grande aiuta entrambi: appianare i dossi per il massimo comfort e ridurre i movimenti verticali (energia sprecata).

Le biciclette a ruota piccola come le bici pieghevoli sono tollerabili su superfici lisce, ma non sono famose per le capacità fuoristrada, il comfort o la velocità.

L'estremo nelle ruote grandi era la bicicletta ordinaria, (nota anche come penny farthing) che forniva "ingranaggi" appropriati con una ruota motrice diretta, ma offriva anche comfort ed efficienza (non tanta sicurezza!) Sulle strade disfatte dell'epoca.

Quando l'ingranaggio divenne pratico e accettato, le dimensioni delle ruote diminuirono per comodità e sicurezza - infatti, le biciclette con cambio erano conosciute come "Sicurezza" rispetto alle biciclette "Ordinarie" - ma solo finora, grazie alla necessità di comfort ed efficienza su strade sconnesse.

Le motociclette non hanno la stessa esigenza di efficienza, poiché hanno un po 'più di 1/4 di cavallo con cui giocare, quindi possono usare sospensioni più sofisticate e pneumatici molto più morbidi e grassi, per vincere sul comfort anteriore anche con ruote più piccole.

I pneumatici più grassi sono importanti anche per una migliore tenuta di strada a velocità che i ciclisti normalmente non sperimentano.

Quindi entrambe le forme di trasporto sembrano essersi determinate sulla dimensione della ruota che meglio soddisfa le loro condizioni.

Le risposte precedenti riguardano diversi rapporti di trasmissione, diversa durata e diverso comfort. Ci sono anche altri motivi.

1. momento torcente

tl; dr Bicycle è più limitato dalla cadenza; la moto è limitata dalla massima resistenza alla trazione del materiale.

I motori Morotbike possono funzionare a 12.000 giri / min con una coppia relativamente piccola sull'albero motore. L'uomo può fare 100 RPM con una coppia relativamente alta. Nella moto ci sono ingranaggi, cambio e ingranaggi a catena (ingranaggi cardanici) tra il motore e la ruota. Tutti gli ingranaggi riducono la velocità angolare (parte RPM) ma aumentano la coppia. Gli ingranaggi tra la gamba dell'uomo e la ruota aumentano la velocità e riducono la coppia.

Per Yamaha YZF-R1 (2003) il rapporto di trasmissione (pedivella / asse) varia da 10,6: 1 a 4,7: 1. Per la prima marcia; ciò significa che la ruota sta facendo un RMP 10 volte inferiore rispetto al motore e la coppia è 10 volte maggiore sull'asse della ruota che sull'albero motore.

Per biciclette con 11 - 25 casette e 26 - 48 ruote dentate, i rapporti di trasmissione (piede / asse) vanno da 0,96: 1 (1: 1,04) a 0,22: 1 (1: 4,36).

Supponiamo che la coppia sia misurata sull'asse (dividere la forza solo per la circonferenza della ruota) e la marcia superiore. La coppia massima di quella Yamaha è di circa 100 Nm sull'asse, che fornisce 21,28 Nm sull'albero motore e 225,57 Nm sull'asse con la 1a marcia applicata. Un uomo di 80 kg può generare 140 Nm sulla ruota dentata e 30,8 - 134,4 Nm sull'asse.

Se volessimo utilizzare la dimensione della ruota della moto (190/55 R17, 2013 mm), che è 1,05 volte più piccola di quella della bicicletta (700x38C, 2117 mm), dovremmo ridurre il rapporto di trasmissione portando a una coppia regolata dall'uomo che va da 29,3 - 127,8 Nm.
Se vogliamo utilizzare le dimensioni delle ruote di biciclette, dovremmo aumentare il rapporto di trasmissione con conseguente coppia generata dal motore compresa tra 105,2 e 237,2 Nm.

2. Manovrabilità

Nel sistema motociclista-ciclista il motociclista è la parte pesante. Nel sistema motociclista-motociclista la bici è generalmente più pesante, a volte il peso del motociclista è quasi trascurabile. Ruota più grande significa maggiore slancio e maggiore effetto giroscopico. Per le biciclette significa una migliore stabilità; sei meno vulnerabile alle cadute o alle svolte selvagge. Per le motociclette porta ad una maggiore resistenza alle curve e una manovrabilità eccessiva.

3. Sensibilità superficiale

tl; dr Le ruote più piccole sono più vulnerabili a rimanere bloccate rispetto alle ruote più grandi.

Questo è già stato menzionato, ma lo espanderò di più. Le ruote più piccole possono essere bloccate in un foro molto più facile di quelle più grandi. È come mettere una grossa moneta nel buco per quella più piccola.
Quando la ruota più piccola ha un dosso ha un angolo di attacco più grande rispetto alla ruota più grande. La ruota più piccola tenderà a fermarsi su quel dosso, ma la ruota più grande tenderà a superarla. A titolo esemplificativo, confronta pattinatore e ciclista su una pavimentazione di ghiaia.
Le ruote più piccole tendono inoltre a rimanere bloccate su superfici morbide (fango, sabbia, neve) rispetto a quelle più grandi. Per la stessa profondità di penetrazione, la ruota più grande ha più materiale coinvolto, dissipando così il carico su un'area più ampia e avendo anche un migliore angolo di attacco rispetto alla ruota più piccola. Le ruote più grandi hanno anche la catena più lontana dai detriti.

Le moto sono più pesanti e hanno molta più potenza / coppia rispetto ai ciclisti. Quando bloccata, la motocicletta ha un vantaggio nel centro di massa inferiore (meno vulnerabile a girare attorno alla ruota anteriore), maggiore slancio (si solleverà nel fango) e potenza (si scava). Le moto sono molto più specializzate: non si può quasi usare la bici da strada offroad e viceversa. D'altra parte, le biciclette possono correre abbastanza comodamente su strada e su terreni accidentati.