الدليل النهائي لهندسة الدراجة والتعامل معها
ربما تكون هندسة الدراجة هي أهم جانب في تصميمها.
أدناه ، نحدد القياسات المهمة التي تملي شكل الدراجة الجبلية وملاءمتها والتعامل معها ، وشرح كيفية تأثيرها على الركوب.
سنبدأ بالأساسيات ، بما في ذلك الجوانب الأقل وضوحًا ، قبل مناقشة بعض الموضوعات الهندسية التي نادرًا ما يتم ذكرها ولكنها لا تقل أهمية. في النهاية ، سنتعمق في كيفية تأثير مفهوم الممر الذي يُساء فهمه غالبًا على المناولة.
طول أنبوب المقعد
تعريف: المسافة من مركز الحامل السفلي إلى الجزء العلوي من أنبوب المقعد.
يحدد طول أنبوب المقعد حجم الدراجة بطريقة أكثر وضوحًا من هيكل الحجم “صغير أو متوسط أو كبير”. هذا لأنه يحدد الحد الأدنى والحد الأقصى للارتفاع الذي يمكن ضبط السرج ، وبالتالي نطاق ارتفاع الدراجين الذين يمكنهم ركوب الدراجة بشكل مريح ، أو مدى انخفاض السرج عند النزول.
إطاران متوسطان ، على سبيل المثال ، غالبًا ما يكون لهما أطوال مختلفة لأنبوب المقعد يناسب الركاب المختلفين. في حين أن طول أنبوب المقعد لا يؤثر بشكل مباشر على التعامل مع الدراجة ، يجب مقارنة القياسات المهمة للمناولة والملاءمة ، مثل الوصول ، بطول أنبوب المقعد لتحديد طول الدراجة بالنسبة لارتفاع الراكب.
تعتبر نسبة الوصول إلى طول أنبوب المقعد مفيدة بشكل خاص – تتمتع بعض الدراجات الحديثة بمدى أطول من قياس أنبوب المقعد.
طول الأنبوب العلوي الفعال
تعريف: طول الخط الأفقي المرسوم من أعلى أنبوب الرأس حتى يلتقي بمركز قاعدة المقعد.
يوفر الأنبوب العلوي الفعال (ETT) فكرة أفضل عن مدى اتساع الدراجة عندما تجلس على السرج ، بدلاً من استخدام قياس الأنبوب العلوي الأساسي (من أعلى أنبوب الرأس إلى الجزء العلوي من المقعد الة النفخ).
عند أخذها جنبًا إلى جنب مع طول الجذع وإزاحة السرج ، فإنها توفر تقديرًا تقريبيًا جيدًا لمدى تمدد الدراجة عند الركوب في السرج.
ارتفاع كومة
تعريف: المسافة العمودية من مركز الدعامة السفلية إلى منتصف الجزء العلوي من أنبوب الرأس.
يحدد هذا مدى انخفاض مستوى الأشرطة بالنسبة للشريحة السفلية. بمعنى آخر ، فإنه يحدد الحد الأدنى لارتفاع الشريط ، مع عدم وجود فواصل أسفل الجذع. لدى Stack أيضًا علاقة مهمة ولكنها غير بديهية مع مدى الوصول …
تصل
تعريف: المسافة الأفقية من القوس السفلي إلى مركز الجزء العلوي من أنبوب الرأس.
من بين جميع الأرقام المتاحة بشكل شائع في المخطط الهندسي للدراجة ، يوفر مدى الوصول أفضل انطباع عن مدى ملاءمة الدراجة. إلى جانب طول الجذع ، فإنه يحدد مدى اتساع الدراجة عند الخروج من السرج ، وإلى جانب زاوية المقعد الفعالة ، فإنه يحدد مدى اتساع الدراجة عندما تكون في السرج أيضًا. هناك تحذير صغير لذلك ، وهو يتعلق بارتفاع المكدس.
خذ دراجتين متطابقتين ، ثم اجعل الأنبوب الرأسي لدراجة واحدة أطول ، بحيث يكون ارتفاع الكومة أعلى. الآن إذا قمت بقياس مدى وصول هاتين الدراجتين ، فإن تلك التي بها أنبوب رأس ممتد ستقيس أقصر. ذلك لأن زاوية الرأس ليست عمودية – لذلك ، كلما كان أنبوب الرأس أطول ، كلما ظهر الجزء العلوي منه ، وبالتالي كلما كان قياس مدى الوصول أقصر. ولكن إذا استخدمت فواصل سماعات الرأس على الدراجة الأصلية ، بحيث كان ارتفاع الشريط متماثلاً ، فستشعر أن كلتا الدراجتين متطابقتان في الركوب.
يوضح هذا كيف تتأثر قياسات الوصول بارتفاع المكدس. عند مقارنة مدى الوصول بين الدراجات ، تذكر أن الدراجة ذات ارتفاع المكدس الأعلى ستشعر بأنها أطول مما قد يوحي به رقم الوصول.
أسهل طريقة لقياس مدى الوصول هي ثني العجلة الأمامية على الحائط ، ثم قياس المسافة من الجدار إلى الدعامة السفلية وإلى الجزء العلوي من أنبوب الرأس ، ثم طرحها.
طول الأنبوب السفلي
تعريف: المسافة من مركز الدعامة السفلية إلى مركز الجزء السفلي من أنبوب الرأس.
مثل مدى الوصول ، يوفر طول الأنبوب السفلي مؤشرًا على مدى اتساع الدراجة ، ولكنه أيضًا معقد بسبب عوامل أخرى.
بنفس الطريقة التي يتأثر بها الوصول بارتفاع المكدس (الفرق في الارتفاع بين الدعامة السفلية والجزء العلوي من أنبوب الرأس) ، يتأثر طول الأنبوب السفلي بالفرق في الارتفاع بين القوس السفلي وقاع أنبوب رئيس.
هذا يعني أن طول الأنبوب السفلي مفيد فقط عند مقارنة الدراجات بنفس حجم العجلة وطول الشوكة – بحيث يكون الجزء السفلي من أنبوب الرأس على نفس الارتفاع تقريبًا. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون طول الأنبوب السفلي رقمًا أكثر فائدة (وقابلاً للقياس) من الوصول إليه.
وسط الجبهة
تعريف: المسافة الأفقية من مركز القوس السفلي إلى المحور الأمامي.
كلما كان المركز الأمامي أطول ، كلما قلت ميل الدراجة إلى الأمام عندما تواجه مطبات كبيرة أو فرملة قوية. وذلك لأن وزن الفارس سيجلس بشكل طبيعي خلف رقعة التلامس الأمامية. هذا هو السبب في أن دراجات إندورو والمنحدرات ، المخصصة للتضاريس الوعرة والحادة ، لها مراكز أمامية طويلة.
بالنسبة إلى طول مركز خلفي معين ، فإن المركز الأمامي الأطول يقلل من نسبة وزن الراكب المدعوم بالعجلة الأمامية. يمكن أن يقلل هذا من جر العجلات الأمامية ما لم يحرك الفارس موضع الركوب إلى الأمام ، أو إذا كان المركز الخلفي أطول أيضًا.
المركز الخلفي
تعريف: المسافة الأفقية من مركز الدعامة السفلية إلى المحور الخلفي (ويعرف أيضًا باسم طول دعامة السلسلة).
نظرًا لأن المركز الأمامي عادةً ما يكون أطول بكثير من المركز الخلفي ، فإن الدراجات الجبلية تميل إلى أن يكون لها توزيع وزن خلفي طبيعي. يمكن أن يتصدى الراكب لهذا بالضغط بوعي على العارضة ، لكن القيام بذلك قد يكون مرهقًا ويتطلب تدريبًا.
تحدد نسبة المركز الخلفي إلى قاعدة العجلات الإجمالية توزيع الوزن من الأمام إلى الخلف عندما يكون وزن الراكب كله على الدواسات.
يبلغ المركز الخلفي للدراجة الجبلية النموذجية حوالي 35 في المائة من قاعدة عجلاتها ، وبالتالي فإن توزيع الوزن “الطبيعي” هو 35 في المائة من الأمام إلى 65 في المائة في الخلف ، قبل أن يضع الفارس بعض الوزن على المقبض.
عادةً ما يكون وجود وزن بنسبة 50 في المائة أو أكثر على العجلة الأمامية مثاليًا للانعطاف ، لذا فإن الدراجات ذات المركز الخلفي الأقصر: تتطلب نسب قاعدة العجلات مزيدًا من الضغط على المقابض لتحقيق ذلك.
في المنحدرات الشديدة ، يصبح توزيع الوزن أكثر انحيازًا للأمام على أي حال ، خاصة عند الكبح ، لذلك يكون هذا أكثر ملاءمة للزوايا المسطحة.
وبالتالي ، فإن المراكز الخلفية الأطول تجعل الأمر أسهل (أقل إرهاقًا) لتحقيق توزيع أكثر توازناً للوزن ، مما يفيد جر العجلات الأمامية في الزوايا المسطحة.
ومع ذلك ، فكلما زاد طول المركز الخلفي ، زاد وزن الراكب الذي يجب رفعه (مع الدعامة السفلية) لرفع العجلة الأمامية. وبالتالي ، فإن المركز الخلفي الأقصر يقلل الجهد المبذول يدويًا ، ولكنه يزيد من الجهد المطلوب لوزن العجلة الأمامية بشكل صحيح من خلال الشريط.
قاعدة العجلات
تعريف: المسافة الأفقية بين المحاور الأمامية والخلفية أو رقع التلامس ؛ مجموع المركز الخلفي بالإضافة إلى الوسط الأمامي.
من الصعب تحديد تأثير قاعدة العجلات على المناورة. نظرًا لأن قاعدة العجلات تتكون من المركز الخلفي والوسط الأمامي (يتم تحديد الأخير بدوره من خلال مدى الوصول وزاوية الرأس وإزاحة الشوكة) ، يمكن أن تنتج مجموعات مختلفة من هذه المتغيرات نفس قاعدة العجلات ، ولكن خصائص معالجة مختلفة .
بشكل عام ، على الرغم من ذلك ، فكلما طالت قاعدة العجلات ، قل تأثير توزيع وزن الراكب على الفرامل أو تغيرات التدرج أو التضاريس الوعرة. وبهذا المعنى ، فإن قاعدة العجلات الأطول تزيد من الاستقرار ؛ هناك نافذة أكبر بين وزن الراكب بعيدًا جدًا للأمام (يميل فوق القضبان) أو بعيدًا جدًا للخلف (يتدرج للخارج). قد يكون هذا أمرًا سيئًا لأنه يتطلب المزيد من الجهد في الوضع اليدوي أو محور الأنف.
هناك أيضًا جانب سلبي في الزوايا الضيقة. كلما كانت قاعدة العجلات أطول ، زادت الزاوية التي تحتاج من خلالها القضبان إلى الدوران (المعروفة بزاوية التوجيه) للدراجة أن تتبع زاوية من نصف قطر معين.
أيضًا ، سيكون الفرق بين الأقواس التي تتخذها العجلات الأمامية والخلفية أكبر. هذا هو السبب في أن الشاحنات ذات قاعدة العجلات الطويلة عرضة لقص إطاراتها الخلفية من الداخل من الزوايا. بالطبع ، يمكن وضع الدراجات الجبلية في وضع مختلف عن الشاحنات الصغيرة أو حتى الدراجات النارية – يمكن تحريك العجلة الخلفية أو الانزلاق في الزوايا الضيقة إذا لزم الأمر.
ارتفاع القوس السفلي
تعريف: المسافة العمودية من الأرضية إلى مركز القوس السفلي.
كلما زاد ارتفاع الدعامة السفلية ، زاد مركز كتلة الفارس ، وبالتالي كلما تميل الدراجة إلى الانحراف عند مواجهة المطبات أو الفرملة الشديدة أو التدرجات الحادة. وبهذا المعنى ، تعمل الدعامة السفلية السفلية على تحسين الثبات بنفس الطريقة التي تعمل بها قاعدة العجلات الأطول.
على عكس ما هو متوقع ، فإن الدعامة السفلية السفلية تجعل الدراجة أكثر مرونة عند الدوران. عندما تنحني الدراجة في أحد الأركان ، فإنها تدور حول محور الدوران (الخط الذي يربط بين رقعتي التلامس على طول الأرض). عن طريق خفض مركز كتلة الراكب بحيث يكون أقرب إلى محور الدوران ، يتم تقليل المقدار الذي تنخفض به كتلة الراكب مع ميل الدراجة في المنعطف ، وقصور الراكب عند تغيير الزوايا الخالية (عند التبديل من اليسار إلى الحق ، على سبيل المثال) يتم تقليله.
يُطلق على ارتفاع مركز كتلة الراكب والدراجة فوق محور التدحرج لحظة الالتفاف – فكلما زادت هذه المسافة ، كلما كانت الدراجة أبطأ في تغيير اتجاه الميل.
ونتيجة لذلك ، فإن الدراجات ذات الارتفاعات السفلية السفلية أسهل عمومًا في التحرك داخل وخارج المنعطفات.
يتأثر ارتفاع الدعامة السفلية بارتفاع التعليق والركوب الديناميكي ، لذلك تحتاج الدراجات الطويلة السفر إلى ارتفاعات ثابتة أعلى للدعامة السفلية للتعويض عن حركة التعليق المتزايدة. راجع الأقسام المتعلقة بالهندسة المتدلية والديناميكية أدناه.
عيب القوس السفلي واضح ؛ يزيد من فرص اصطياد الدواسات أو السلاسل على الأرض.
من الجدير أيضًا أن نتذكر أن مركز كتلة الدراجة والراكب عادةً ما يزيد عن متر فوق سطح الأرض ، لذا فإن خفض BB بمقدار سنتيمتر (وهو مقدار سيزيد بشكل ملحوظ من ضربات الدواسة) يُحدث فرقًا بسيطًا بالنسبة المئوية.
انخفاض القوس السفلي
تعريف: المسافة العمودية من الخط الذي يربط محاور العجلات بمركز القوس السفلي.
يعتبر انخفاض الفئة السفلية أقل أهمية مما يفترضه بعض الأشخاص. يرى البعض المسافة التي يتدلى بها القوس السفلي أسفل محاور العجلات لتحديد ثبات الدراجة بشكل مباشر بالتناوب ، كما لو كان محور دوران الدراجة (الخط الذي تدور حوله عند الانحناء في الزاوية) عند ارتفاع المحاور.
تم استخدام هذه الحجة في تسويق عجلات 29 بوصة ، بدعوى أنه نظرًا لأن الدعامة السفلية كانت أسفل المحاور بقليل (وليس أعلى) ، كانت الدراجة أكثر استقرارًا.
في الواقع ، محور اللف – بالمعنى التقريبي – هو الخط الذي يربط رقع ملامسة الإطارات. القياس المهم للانعطاف هو ارتفاع مركز الكتلة فوق هذا الخط ، وليس ارتفاع القوس السفلي بالنسبة للمحاور.
يقلل تركيب العجلات الصغيرة من ارتفاع الدعامة السفلية ولكنه لا يؤثر على انخفاض الدعامة السفلية. هذا يجعل الدراجة أسرع بكثير في تغيير اتجاه الميل لأن مركز كتلة الدراجة والراكب أقل.
ومن المثير للاهتمام أن بعض الدراجات (مثل Switchblade المحوري) ميزة “شرائح” قابلة لضبط الارتفاع ، والتي تعوض عن أحجام العجلات المختلفة. باستخدام هذه ، يظل ارتفاع الدعامة السفلية مشابهًا لحجم العجلة الأصغر ، لكن يتغير انخفاض القوس السفلي.
ينتج عن هذا تغيير أقل بكثير في التعامل مع الدراجة ، مما يشير إلى أهمية ارتفاع الدعامة السفلية ، وليس انخفاض القوس السفلي.
ومع ذلك ، لا يزال هبوط القوس السفلي قياسًا مفيدًا. لا يتأثر ارتفاع الدعامة السفلية بحجم العجلة فحسب ، بل أيضًا باختيار الإطارات – فمقارنة انخفاض الدعامة السفلية بين الدراجات بحجم عجلة معين يزيل هذا المتغير.
زاوية الرأس
تعريف: الزاوية (تقاس أفقيًا) لأنبوب توجيه الشوكة.
تؤثر زوايا الرأس على التعامل مع الدراجة بطريقتين مهمتين.
أولاً ، تؤثر زاوية الرأس على المسافة التي يجلس بها المحور الأمامي أمام يدي الراكب. عند تساوي كل الأشياء ، تزيد زاوية رأس المتسابق من المركز الأمامي ، مما يجعل الدراجة أقل عرضة للانحدار للأمام على المنحدرات الشديدة ، مع تقليل نسبة وزن الراكب الذي يضغط على رقعة التلامس الأمامية. لذلك ، قد يحتاج الفارس إلى ممارسة المزيد من الضغط على الشريط لتجنب الانعطاف في المنعطفات المسطحة بزاوية رأس متراخية.
ثانيًا ، ينتج عن زوايا رأس الكسول مزيدًا من المسار. (راجع القسم الخاص بالمسار أدناه – يتأثر هذا أيضًا بانزياح الشوكة وحجم العجلة.) المزيد من الممر يعني استجابة توجيه أبطأ ، ولكن أكثر هدوءًا. هذا هو السبب في أن الدراجات البطيئة تميل إلى أن يكون لها توجيه أثقل ولكن أقل توترًا.
تؤثر زاوية الرأس أيضًا على استجابة التوجيه بشكل مباشر. تخيل زاوية رأس 90 درجة. إذا قمت بتدوير القضبان 10 درجات من الأمام مباشرة ، فسوف تدور رقعة التلامس بمقدار 10 درجات بالنسبة للمسار ، وستتجه الدراجة في هذا الاتجاه. تخيل الآن زاوية رأس بزاوية 0 درجة ، بحيث يكون محور التوجيه أفقيًا ؛ الآن عندما تدير الأشرطة ، لن تدور رقعة التلامس على الإطلاق حول المحور الرأسي بالنسبة إلى الأرض ، لذلك ستمضي الدراجة إلى الأمام مباشرة.
لذا ، فكلما كانت زاوية الرأس ، كلما قل اتجاه الدراجة لزاوية توجيه معينة في المقود. بزاوية رأس تبلغ 63 درجة ، سيؤدي تدوير القضبان بمقدار 10 درجات إلى توجيه رقعة التلامس بمقدار 8.9 درجة حول المحور الرأسي ؛ بزاوية رأس 70 درجة ، سيتم توجيه رقعة التلامس بمقدار 9.4 درجة.
تعمل شوكات التعليق التلسكوبي بالتوازي مع زاوية الرأس ، وبالتالي تحدد زاوية الرأس أيضًا مسار المحور للتعليق الأمامي. كلما تباطأ زاوية الرأس ، كلما تحرك المحور للخلف ، وكلما قل تحركه لأعلى لسفر شوكة معين.
هذا هو السبب في أن الدراجات البطيئة أقل جودة في التعامل مع الهبوط المسطح (لأن التعليق أكثر صلابة في الاتجاه الرأسي) ولماذا يكون لدى العديد من الدراجات شوكة أطول من السفر الخلفي. ستوفر شوكة مقاس 170 مم بزاوية رأس 64 درجة 153 مم من السفر العمودي و 67 مم للخلف.
زاوية المقعد الفعلية
تعريف: زاوية عمود المقعد (تقاس أفقيًا).
لا تخبرك زاوية المقعد الفعلية وحدها إلا بالقليل جدًا عن كيفية ركوب الدراجة. لذلك ، انظر إلى زاوية المقعد الفعالة (انظر أدناه) وتجاهل زاوية المقعد الفعلية.
سيؤثر شكل أنبوب المقعد أو إزاحته على موضع الراكب بقدر ما يؤثر على زاوية المقعد الفعلية. تأخذ زاوية المقعد الفعالة كلا العاملين في الاعتبار.
زاوية المقعد الفعالة
تعريف: زاوية الخط الذي يربط الدعامة السفلية بمركز الجزء العلوي من عمود المقعد عند ضبطه على ارتفاع دواسة القدم.
على عكس زاوية المقعد الفعلية ، تعطي زاوية المقعد الفعالة (ESA) مؤشرًا حقيقيًا لوضعية جلوس ورك الراكب بالنسبة إلى الدواسات. لاحظ أن تحريك مقدمة السرج والخلف على قضبانه يسمح بضبط ESA بحوالي 3 درجات.
بالنسبة للدراجات ذات أنبوب المقعد المستقيم ، فإن ESA هي نفسها زاوية المقعد الفعلية. ولكن بالنسبة لأولئك الذين لديهم أنبوب مقعد ملتوي أو متوازٍ (ينطبق هذا على معظم دراجات التعليق الكاملة) ، فإن ESA أكثر انحدارًا من زاوية المقعد الفعلية.
هذا يعني أن ESA تصبح أكثر تباطؤًا كلما تم تعيين مقعد المقعد أعلى ، لذلك عادةً ما يواجه الراكبون الأطول زاوية مقعد فعالة أقل سلاسة من الراكبين الأقصر.
على الدراجات الثابتة (مثل ركوب الدراجة أو فصل التدوير) يجد معظم الناس ESA بحوالي 72 إلى 73 درجة يوفر الوضع الأكثر راحة ومريحًا وقوة. هذا يختلف تبعا لمرونة الفرد وعلم وظائف الأعضاء.
ومع ذلك ، تم تصميم العديد من الدراجات الجبلية لتعويض التدرجات الشاقة ، فضلاً عن انخفاض التعليق.
يؤدي تسلق تدرج 10 في المائة إلى إبطاء الزوايا بحوالي 6 درجات. بالنسبة للدراجات المعلقة بالكامل ، فإن التعليق الخلفي يتدلى أكثر بكثير من التعليق الأمامي عندما يكون في السرج ، خاصة عند الصعود. بالنسبة لدراجة سفر نموذجية مقاس 150 مم ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إبطاء ESA بمقدار 3 درجات أخرى أو نحو ذلك.
إلى جانب المركز الخلفي ، تحدد ESA أيضًا مكان وضع كتلة الراكب بين المحورين الأمامي والخلفي. عندما يصبح التسلق أكثر حدة ، تأتي نقطة يكون فيها مركز كتلة الراكب أعلى بقعة التلامس الخلفية مباشرة. عند هذه النقطة ترفع العجلة الأمامية ، ما لم يحرك الفارس وزنه للأمام عن عمد ، عادةً عن طريق إسقاط الكتفين والجلوس باتجاه مقدمة السرج.
كلما كان المركز الخلفي أطول وكان ESA أكثر انحدارًا ، كلما كان التدرج اللوني أكثر حدة قبل ظهور هذه المشكلة.
تحدد ESA والمركز الخلفي أيضًا المسافة الأفقية بين المحور الخلفي ووزن الراكب. كلما جلس الفارس أمام المحور الخلفي ، قل تأثره بالمطبات من العجلة الخلفية. هذا لأنه عندما تصطدم العجلة الخلفية بنتوء ، يدور هيكل الدراجة حول المحور الأمامي.
لذلك ، كلما اقترب السرج من نقطة المحور تلك ، قل تحركه لأعلى ولأسفل لحركة معينة في المحور الخلفي ، وبالتالي كلما كانت الرحلة أكثر راحة.
لهذه الأسباب ، أصبح من الشائع أكثر بالنسبة للدراجات ذات نظام التعليق الكامل أن تكون درجة الانحدار ESA أكثر من 72 إلى 73 درجة.
ارتفاع الشريط
تعريف: المسافة العمودية من الأرضية إلى المقبض.
يمكن القول أن هذا هو الجانب الأكثر استخفافًا في التعامل مع الدراجة. يمكن ضبط ارتفاع المقود بسهولة عن طريق تبديل الفواصل من أعلى وأسفل الجذع ، أو إذا لزم الأمر ، عن طريق التبديل بين المقاود بارتفاع مختلف.
يتيح رفع القضبان للراكب تحريك وزنه للخلف بسهولة أكبر. قد يقلل هذا من إجهاد الذراع ، ويجعل من السهل القيام بذلك يدويًا ويمكن أن يحسن الثقة على الأراضي شديدة الانحدار
من ناحية أخرى ، يشجع ارتفاع القضيب السفلي على اتخاذ موقف أكثر شراسة ، مما قد يساعد في ثقل العجلة الأمامية في المنعطفات المسطحة ، مما يسرع من تغيرات الاتجاه.
يحدد ارتفاع الشريط أيضًا مدى ثني مرفقي الراكب في وضع الهجوم ، وهذا يحدد إلى أي مدى يمكن للراكب دفع العجلة الأمامية في الثقوب أو امتصاص الصدمات.
طول الساق
تعريف: المسافة من مركز المشبك إلى مركز أنبوب التوجيه.
كلما زاد طول الجذع ، زادت مساحة قمرة القيادة بالنسبة لدراجة معينة. قد يسهل أيضًا وزن العجلة الأمامية من خلال العقارب على التضاريس المستوية عن طريق دفع وزن الراكب إلى الأمام وتقليل المسافة الأفقية بين يدي الراكب والمحور الأمامي.
تعمل السيقان الأقصر على تحريك وزن الفارس خلف رقعة التلامس الأمامية ، مما يساعد على التعامل مع التضاريس شديدة الانحدار والوعرة دون ميل للأمام ، مع تقليل الجهد المطلوب يدويًا.
ومع ذلك ، فإن شكل الشريط مهم أيضًا. يكون للمقود الذي يحتوي على قدر أكبر من المسح الخلفي تأثير مماثل لتقصير الساق لأنه يعيد يدي الراكب إلى الخلف.
يمكن أن تستقر المقابض بقدر 30 مم خلف مشبك قضيب الجذع. هذا يختلف اختلافًا كبيرًا بين المقاود ويتأثر أيضًا بموضع لف القضيب في الساق.
تعويض شوكة
تعريف: المسافة بين المحور الأمامي ومحور توجيه الشوكة (الخط الذي يمر عبر مركز أنبوب الرأس) ، والتي تدور حولها الشوكة عند التوجيه.
يتم تكوين إزاحة الشوكة عن طريق المسح الأمامي لتاج الشوكة ووضع المحور أمام أسفل الساقين.
تقدم الشركات المصنعة للشوكة الآن بعض الشوكات مع خيارات تعويض الشوكة المتعددة. تنتج RockShox إزاحات 37 مم و 44 مم في 650 ب ، و 42 مم أو 51 مم في شوكات 29 بوصة. شوكات فوكس لها أرقام مماثلة.
يؤثر تعويض الشوكة على الممر (انظر أدناه). ينتج عن الإزاحة الأطول أثر أقل ، مما يجعل التوجيه أخف وزنا ولكن أكثر ارتعاشًا. على العكس من ذلك ، تعمل شوكات الإزاحة الأقصر على زيادة المسار ، مما يجعل التوجيه أكثر ثباتًا وثقلًا خاصة في الزوايا شديدة الانحدار أو المقاطع الوعرة.
تؤثر إزاحة الشوكة أيضًا على المركز الأمامي (يعني الإزاحة الأقصر دراجة أقصر) ، وكذلك المسافة بين يدي الراكب والمحور الأمامي. لهذا السبب ، يمكن أن تشعر أن زيادة الانزياح عن الشوكة يشبه إلى حد ما تقصير الجذع ، حيث تكون العجلة الأمامية أمام اليدين.
درب أرضي
تعريف: المسافة الأفقية بين رقعة التلامس للإطار الأمامي والنقطة التي يلتقي عندها محور التوجيه بالأرض.
يعطي الممر الأرضي مؤشراً على مدى استقرار توجيه الدراجة. إنه أقل دقة من الناحية الفنية من الممر الميكانيكي (انظر أدناه) ، ولكن من الأسهل تصور ذلك وهو القياس الذي من المرجح أن تجده في مخطط هندسة الدراجة ، المدرج باسم “الممر”.
إنه يتأثر بثلاثة عوامل: حجم العجلة وزاوية الرأس وإزاحة الشوكة. كلما كانت زاوية الرأس أقل سرعة ، كلما كان الإزاحة أقصر أو زاد حجم العجلة ، زاد الأثر.
بشكل عام ، كلما كان المسار أكثر ثباتًا ، كان التوجيه أكثر استقرارًا. هذا بسبب وجود قوة استعادة عندما يتم توجيه التوجيه بعيدًا عن الأمام مباشرة ، والتي تعمل على التمركز الذاتي للتوجيه إلى الأمام مباشرة. ترتبط هذه القوة بمسار الأرض ، ولكن كما سأوضح ، فإن الممر الميكانيكي هو مقياس أفضل لهذا.
درب ميكانيكي
تعريف: المسافة بين رقعة التلامس الأمامية ومحور التوجيه عند قياسها عند 90 درجة إلى محور التوجيه.
المعروف أيضًا باسم “الممر الحقيقي” ، يرتبط الممر الميكانيكي ارتباطًا وثيقًا بالمسار الأرضي حيث تؤدي الزيادة في أحدهما إلى زيادة في الآخر.
يعد الممر الأرضي تناظريًا جيدًا للمسار الميكانيكي ، لكن الممر الميكانيكي يعد قياسًا أكثر صلة لأنه يرتبط مباشرة بتأثير التمركز الذاتي أو تأثير العجلات.
يشبه تأثير العجلات في الدراجة ما يحدث في عجلة العجلات – كما قد تجده في عربة التسوق أو كرسي المكتب. يتم تثبيت عجلة العجلات على رابط يدور على محور رأسي بالنسبة للعربة ، بحيث يتدرج التصحيح التلامسي خلف المحور الذي يدور الارتباط حوله. لهذا السبب ، فإن العجلة تتماشى مع اتجاه الحركة.
إذا خرج إلى الجانب ، فهناك قوة استعادة على رقعة التلامس تدفعها للخلف خلف محور التوجيه للوصلة. كلما زادت الزاوية بين اتجاه الحركة والعجلة (المعروفة بزاوية الانزلاق) ، زادت قوة الاستعادة التي تعمل على تقليل هذه الزاوية. ينطبق تأثير التوجيه الذاتي هذا على توجيه الدراجة أيضًا.
تتشابه العجلة الأمامية للدراجة في أن مسارات رقعة التلامس خلف محور التوجيه. إذا كانت العجلة خارج الخط ، تعمل قوة الاستعادة لإبقائها متماشية مع اتجاه الحركة.
يشبه الممر الميكانيكي تمامًا الرابط المتصل بعجلة العجلات. يمكنك التفكير في الأمر على أنه “رافعة افتراضية” تربط رقعة الاتصال بمحور التوجيه. وكلما زاد طول هذه الرافعة ، قل تأثر زاوية التوجيه عند خروج العجلة عن الخط بمسافة جانبية معينة (بواسطة صخرة ، على سبيل المثال).
أو ، إذا خرجت مجموعة التوجيه عن الخط بزاوية معينة ، فسيكون هناك عزم دوران أقوى للاستعادة يعمل على تصويبها مرة أخرى ، وذلك ببساطة لأن القوة الموجودة في رقعة التلامس تعمل من خلال رافعة أطول.
لهذا السبب ، يشير الشكل الأعلى للمسار الميكانيكي إلى أن التوجيه يميل إلى البقاء أكثر استقامة في التضاريس الوعرة. ولكن على نفس المنوال ، يجب تطبيق المزيد من عزم التوجيه على المقود لبدء الانعطاف لأن رقعة التلامس تحتاج إلى النقل بالنسبة للإطار عبر رافعة أطول (افتراضية).
بعبارة أخرى ، يشير المسار الميكانيكي الأطول إلى توجيه أكثر ثباتًا ولكنه أثقل.
ومع ذلك ، فإن السبب الرئيسي لتصميم الدراجات ذات المسار الميكانيكي الأطول هو تقليل فرص أن يصبح المسار سالبًا عند الاصطدام بمطبات أو تغيير في التدرج أو الانعطاف الضيق. يرسل المسار السلبي تأثير العجلات إلى الاتجاه المعاكس ، مما يجعل التوجيه غير مستقر ويصعب التعامل معه. المزيد عن هذا لاحقًا.
يعد الممر الميكانيكي أيضًا أحد المتطلبات الأساسية التي يتم الاستشهاد بها بشكل شائع حتى تكون الدراجة مستقرة بدرجة كافية لركوبها بدون استخدام اليدين. عندما تنحني دراجة إلى اليمين ، فإن وزن الدراجة والراكب يتحرك نحو الأسفل عبر محور التوجيه الذي يميل الآن إلى جانب واحد ؛ يكون محور التوجيه أمام رقعة التلامس ، مما يؤدي إلى تحول مجموعة التوجيه إلى اليمين.
إلى جانب القوة الجيروسكوبية على العجلة الأمامية ، هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الدراجة غير اليدوية قادرة على توجيه اتجاه العجاف ، وبالتالي تصحيح الميل والبقاء في وضع مستقيم.
من ناحية أخرى ، أثبتت الأبحاث الحديثة أنه من الممكن بناء دراجة ثابتة ذاتيًا بمسار سلبي ، وبقوى جيروسكوبية محايدة ، لكنني لا أوصي ببناء دراجة من هذا القبيل!
تقلب العجلة
تعريف: The tendency for the steering assembly to automatically steer into a turn, because the head tube drops as the handlebar is turned away from straight ahead.
Flop is a little-discussed but important aspect of steering geometry. And, like the caster effect discussed earlier, flop is determined by the mechanical trail. But while the caster effect relates to the horizontal component of the mechanical trail, flop is to do with the vertical component.
When you turn the bars without the bike leaning over, the head tube will drop slightly. This is because the steering axis is on a slope (the head angle), so the bike tips downwards as the steering axis rotates about the stationary contact patch. The mechanical trail is the lever about which this arc takes place.
Imagine a head angle of zero degrees, such that the fork was horizontal. Now it’s easier to picture that as you turn the handlebars, the head tube will move in a downwards arc as the steering angle is increased.
For normal head angles, the amount by which the head tube drops is proportional to the vertical component of the mechanical trail, which depends on the mechanical trail length and the head angle.*
Flop is the result of a torque on the handlebars acting to increase the steering angle (away from straight ahead), due to the weight of the bike and rider trying to achieve the lowest position.
This is aided by the fact that the bulk of the steering assembly – the handlebars, wheel and fork lowers – is placed in front of the steering axis, and so their weight creates a torque about the steering axis, which also acts to turn the assembly away from straight ahead. This contributes to flop but is a smaller factor than the weight of the rider.
Flop is a destabilising force (it acts to increase any steering angle, pulling the steering further away from straight ahead), while the caster force is stabilising (it acts to pull the steering towards straight ahead). Increasing the mechanical trail, whether by slackening the head angle or shortening fork offset, increases both of these effects.
When riding at speed, the caster effect dominates, but at slow speeds and high steering angles, the flop force becomes important.
This is why slack bikes take more effort to keep the steering from flopping to the side in slow, tight turns – but at higher speeds, especially in rough terrain, the steering assembly remains more stable and straighter with a slack head angle or short offset.
*Shorter fork offset combined with a steeper head angle will result in less flop and more stable steering than the same amount of mechanical trail achieved with a longer fork offset and a slacker head angle. This is because the vertical component of the mechanical trail is less pronounced in the former configuration than the latter.
Sagged geometry
تعريف: The shape of the bike when settled into its suspension travel under stationary rider weight.
So far, I’ve talked about geometry measured when the bike is unloaded. This is known as static geometry, and it’s what you’ll usually see in bike geometry tables. But when the rider mounts the bike, their weight will settle the suspension into the sagged position. This changes most of the above measurements.
In the case of hardtails, the fork compression steepens the head and seat angles, lowers the stack height, shortens the front-centre and lowers the bottom-bracket height slightly.
With full suspension bikes, the rear suspension will generally settle further into its travel than the fork. Therefore, the angles will slacken slightly, and the bottom-bracket height will drop significantly.
Depending on the axle path of the rear suspension, the rear-centre may also become longer at the sag position, but in most designs, the rear-centre will shorten again further into the travel. The front-centre will always shorten at sag, especially with slack head angles.
The amount of travel and therefore the amount of sag determines how much the geometry will change.
Dynamic geometry
تعريف: Dynamic geometry refers to the average position of the suspension as the bike is ridden over a given section of terrain.
Because compression damping is typically much lighter than rebound damping, mountain bikes tend to sit deeper into their travel when riding through rough terrain, so the dynamic ride height is typically deeper into the travel than the sagged position.
Dynamic geometry relates to this average suspension position. Clearly, this is not something that is practical to measure without suspension telemetry, and it’s affected by many factors including rider position and line-choice.
Dynamic geometry is most useful as a qualitative (rather than quantitative) concept, for comparing different setups. For example, increasing compression damping in the fork will raise its dynamic ride height in rough terrain and so raise and slacken the bike’s dynamic geometry.
Part 2: Why does trail matter in the real world?
As discussed above, the weight of the rider creates a force, known as flop, which acts to turn the steering assembly away from the straight-ahead position. But when riding at speed, this force is small compared to the caster effect which acts to self-centre the steering assembly towards straight ahead. That’s why your handlebars (usually) don’t veer off to one side when you let go of them.
As long as your bike has some mechanical trail, the steering will remain stable, at least on smooth ground.
However, there are a few real-world conditions in which the caster effect is diminished or even reversed, resulting in unstable steering, which acts to exaggerate the steering angle away from straight ahead. This is usually referred to as the front wheel “tucking under”, and it’s not much fun.
First, when the front wheel hits a large enough bump, the contact patch moves in front of the steering axis. This results in negative trail, which causes the caster effect to go into reverse.
Like trying to push a shopping cart wheel ahead of the shopping cart, the wheel will try to exaggerate any steering angle, away from straight ahead, until the bump has passed behind the steering axis. This is one reason why bikes with low trail figures can suffer from jerky steering in bumpy terrain.
Second, a change of gradient causes the trail to change. Imagine going from a steep downhill slope to a flatter one – a situation that occurs regularly when mountain biking.
Here, the head angle becomes steeper relative to the ground under the front wheel. This effective steepening of the head angle reduces the trail. If the change of gradient is sufficient (typically around 20 degrees), the trail will become negative. Fork suspension compression will steepen the head angle further.
Third, as the steering angle is increased towards 90 degrees, there comes a point where the caster effect goes into reverse even on flat ground.
At low steering angles, the contact patch trails behind the steering axis, on the opposite side to the direction of steering. So, as the handlebars are turned left, the contact patch trails on the right, thus acting to turn the handlebars towards the straight-ahead position.
But when the steering is turned very far, say to the left, the contact patch crosses over to the left of the steering axis, due to the fork offset, which moves the whole wheel to the left. (This is difficult to visualise unless you picture a steering angle of 90 degrees. Here, the contact patch is directly to the left of the steering axis by a distance equal to the fork offset.)
Beyond this point, the caster effect will be reversed, acting to push the wheel even further from straight ahead.
You’ve probably experienced this when turning very tightly. Beyond a certain point the wheel ‘tries’ to steer even tighter and “tuck under” on its own accord. The shorter the bike’s trail figure, and the longer the fork offset, the lower the steering angle at which this effect starts to occur.
When negotiating tight, steep turns, these factors combine. A change of gradient and compressed fork steepens the head angle relative to the ground under the front wheel, reducing trail and often making it negative. When the handlebars are turned, the caster effect goes into reverse at much smaller steering angles.
This acts to pull the front wheel into the turn further than intended. Often, the rider can overcome this simply by holding the bars steady (hence the popularity of wide handlebars), but in some situations the torque on the steering assembly can be enough to make this difficult especially for unskilled riders.
Longer trail, particularly when achieved with shorter fork offset, makes this reverse-caster effect less common. For a given amount of mechanical trail, a shorter offset/steeper head angle configuration will produce less flop, and require a greater steering angle before the caster effect starts to go into reverse.
It will also result in a shorter front-centre than a slacker/longer offset configuration with the same amount of trail. For these reasons, more brands are experimenting with shorter offset, rather than slacker head angles, to achieve more trail. But how effective is this?
How much difference does fork offset make in practice?
A few years ago, I tested multiple fork offsets on a Specialized Enduro 29. The difference was immediately noticeable – on the track in question, I preferred the increased trail provided by the shorter (37mm) fork offset because it resulted in calmer steering.
The bike’s head angle was 67.5 degrees and I swapped from 51mm offset to 37mm, taking the mechanical trail from 92mm to 106mm. That’s a difference of over 15 per cent.
More recently, I tested the 42mm and 51mm offset versions of the 2019 RockShox Lyrik on a Transition Sentinel. With 29in wheels and a 64-degree head angle, the Sentinel has around 113mm of mechanical trail with the 51mm offset, and 122mm with the 42mm offset. That’s around a 7.5 per cent difference.
After swapping from 42mm to 51mm and back again, performing multiple timed runs with each offset on three familiar test tracks, there was surprisingly little difference in the handling.
With the longer fork offset, I was aware of my hands being further behind the front wheel, as if using a shorter stem. This appeared to make it slightly harder to weight the front wheel in flat turns.
The steering with the shorter offset felt slightly weightier and smoother when cornering very hard, but this was only noticeable in rare situations, and was a very subtle difference. I’d say changing the bar-roll by a couple of degrees makes more of a difference.
From this I would suggest that changing offset makes more of a difference to bikes with steep head angles, where there is less mechanical trail to begin with.
With such slack bikes, like the Sentinel, the difference between the fork offsets offered by Fox and RockShox (around 9mm) is simply too small to notice in most riding situations. Perhaps the back-and-forth flex of the fork drowns out such a small difference in offset too.
It seems there is a law of diminishing returns. Going from 92mm to 106mm felt hugely beneficial, while going from 113mm to 122mm was barely noticeable. Clearly more investigation is needed!
Acknowledgements
While all the opinions expressed above are my own, much of the information and terminology presented here were learned from the books Motorcycle Handling and Chassis Design: The Art and Science by Tony Foale and Motorcycle Dynamics by Vittore Cossalter.
The post الدليل النهائي لهندسة الدراجة والتعامل معها appeared first on Blabber.
posted by diraj @ September 11, 2020
0 Comments
0 Comments:
Post a Comment
Subscribe to Post Comments [Atom]
<< Home