Ang mga unsung heroes ng bisikleta, sa tingin namin ay oras na para makuha ng mga spokes ang paggalang na nararapat
Ang mga manipis na hibla ng wire na ito ay gumaganap ng walang humpay na mabigat na trabaho, na inuunat at pinipiga nang paulit-ulit sa bawat solong pag-ikot ng ating mga gulong. Dala rin nila ang mga puwersa ng acceleration ng pedaling mula sa hub hanggang sa wheel rim at nagpapadala rin ng mga puwersa ng pagpepreno. Ang kanilang papel sa mismong katotohanan na nakakasakay tayo ng bisikleta ay halos kaakit-akit - tulad ng manipis na mga hibla na sumusuporta sa napakalaking kargada. Kaya naramdaman namin na oras na para magsalita ang mapagkumbaba, kung saan kailangan ang buong pagkarga.
'Ang galing ng spoked wheel ay na maaari nitong ilipat ang madalas na napakalaking pwersa na nilikha ng sakay, bisikleta at iba't ibang ibabaw ng kalsada papunta sa mga payat na rod na ito, na ang bawat isa ay sistematikong pinipiga habang umiikot ang gulong at ang mga kargada ay inilipat mula sa ang isa ay nakipag-usap sa isa pa, at nagpapatuloy ito, ' sabi ni Propesor Mark Miodownik, direktor ng Institute of Making sa University College London, may-akda ng Stuff Matters, presenter sa TV at masigasig na siklista. Ipinagpapatuloy niya, ‘Ito ay isang magandang paraan para ma-optimize ang timbang, gastos at performance ng isang gulong.’
Spokes, sa sandaling nasa ilalim ng tensyon, sa esensya ay i-brace ang rim gamit ang hub bilang central anchor. Sa isang perpektong-mundo na senaryo, ang bawat spokes ay humihila nang may pantay na tensyon upang ipamahagi ang load nang pantay-pantay sa buong gulong habang hawak din ang rim na totoo at pabilog. Dapat suportahan ng mga spokes ang gulong laban sa lateral flex at deformation ng rim at malabanan din ang gulong na epektibong mapipiga sa pamamagitan ng vertical loading (radial compression). Walang maliit na gawain. Hindi kataka-taka na mula nang dumating ang gulong, napakakaunting iba pang mga solusyon ang na-explore.
Spoke Tension
Ngayon ay nagsisimula nang maging teknikal ang mga bagay-bagay, at hindi ka mag-iisa kung ang mga sumusunod ay medyo nakakalito at kontra-intuitive. Mayroong matinding hindi pagkakasundo kung ang isang bisikleta ay nakabitin sa itaas na mga spokes (ang nasa itaas ng hub habang tinitingnan mo ang bike mula sa gilid) o sa halip ay sinusuportahan ng mga nasa ibaba, na kumikilos tulad ng maliliit na haligi.'Ang huling pananaw, tila kakaiba, ay tiyak na nangyari,' sabi ni Jim Papadopoulos mula sa Northeastern University's College of Engineering sa Boston, USA, at ang co-author ng Bicycling Science.
Bagama't madaling paniwalaan na ang spoke ng bisikleta ay babagsak lamang sa bigat ng bike at rider, ipinaliwanag niya na ang tensyon na nalikha sa isang spoke sa panahon ng proseso ng pagbuo ng gulong (tinatawag na 'pre-tension') ay kung ano ang nagpapahintulot sa mas mababang mga spokes na dalhin ang pagkarga nang walang buckling, tulad ng gagawin nila kung walang pre-tension. 'Bawat nagsalita sa hindi nakargang gulong ay may tensyon na 100lb [445N]. Kapag ang axle ay idiniin patungo sa lupa na may lakas na 100lb, ang tanging makabuluhang epekto sa spoke tension ay ang bawasan ang mga direktang nasa ibaba ng hub - kadalasan, ang isa ay bumababa sa humigit-kumulang 50lb at ang mga spokes sa bawat panig ng isang iyon ay bumababa sa humigit-kumulang 75lb. Ito mismo ang makikita ng isang tao gamit ang mga solidong kahoy na spokes tulad ng isang lumang gulong ng bagon - ang ibaba ay magdadala ng £ 50 at ang mga nasa magkabilang gilid nito ay magdadala ng £ 25. Ang pagkakaiba sa mga wire spoked na gulong ay ang wire spoke ay hindi maaaring magdala ng compression load - ito ay babagsak. Kaya't ang lahat ng mga spokes ay mapanlikha ng pre-tensioned. Ang isang wire ay hindi maaaring magdala ng compression load na 50lb, maliban kung ito ay nagdadala na ng tension load na higit pa doon.
‘Siyempre babagsak ang gulong ng bisikleta kung aalisin ang upper o horizontal spokes,’ dagdag ni Papadopoulos. 'Ngunit iyon ay mahalagang dahil ang binagong istraktura ay may ibang-iba na landas ng pag-load, at higit pa rito ay hindi makapagbigay ng kinakailangang pre-tension. Hindi namin magagamit ang pagbagsak na iyon upang ipalagay na ang tipikal na gulong ay nagdadala ng karga sa itaas na mga spokes.’ Kung iiwan nito ang iyong ulo na umiikot, hindi ka nag-iisa. Kaya lumipat tayo sa mas direktang bahagi ng spoke material.
Steel Spokes
Ang mga spokes ay kadalasang gawa sa bakal, isang pagpipilian ng materyal na, gaya ng sinasabi sa atin ni Miodownik, ‘talagang nagmumula sa kakayahang magkaroon ng maaasahang sinulid. Ang bakal na wire ay mahusay dahil kahit na may napakaliit na bahagi ng pangkabit, tulad ng kung saan ang utong ay humawak sa spoke sa gilid, maaari kang maglagay ng maraming pag-igting sa mga ito nang hindi hinuhubad ang sinulid. Ang hindi kinakalawang na asero ay ang perpektong materyal dahil mayroon itong tamang halo ng mataas na lakas at mababang timbang, habang abot-kaya rin.’
Ang stainless steel ang napiling metal para sa mga spokes mula noong huling bahagi ng ika-19 na siglo dahil sa mataas na tensile strength nito, na nagbibigay-daan sa mga spokes na manatiling medyo manipis at magaan habang kinakaya ang mga puwersang inilagay sa kanila. 'Ang mga magaan na bakal na spokes ay kailangang doble ang bigat at kapal,' sabi ni Chris Hornzee-Jones, direktor sa structural engineers Aerotrope. Dinisenyo niya ang ground-breaking na Lotus carbon fiber mountain bike at nagtrabaho sa isa sa pinakamalaking tension-spoked na gulong na ginawa - ang 60m diameter na istraktura na sinuspinde sa ilalim ng bubong ng Millennium Dome, na ginamit bilang isang plataporma para sa mga aerial performer. 'Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng chromium at molybdenum sa iron at carbon ng mild steel, ang resultang stainless steel na haluang metal ay higit na lumalaban sa pagkapagod.’
Ang pagkahapo ay isang spoke’s nemesis. Kung sa tingin mo ang iyong quads ay paulit-ulit na nilalagay sa ilalim ng strain mula sa pag-uulit ng iyong pedal stroke, pagkatapos ay maawa sa iyong mga spokes, na pummeled sa bawat solong wheel revolution. Ang bawat spoke sa wheel ay nasa ilalim ng compressive load para lamang sa maliit na bahagi ng isang segundo na ito ay direkta sa ilalim ng hub, at sa sandaling iyon ay na-compress ito bago bumaba ang pressure at maaari itong bumalik sa normal na haba nito. Ito ay isang walang humpay na ikot na maaaring maging ang pag-undo ng isang mahinang pagkakagawa ng gulong, sa literal.
'Ang gulong ay parang nakakapagod na gilingang pinepedalan para sa mga spokes, na mas pinahihirapan ang mga ito sa pamamagitan ng pagdagdag ng sinulid sa isang dulo at [sa karamihan ng mga kaso] ng isang liko at/o ulo sa kabilang dulo, ' sabi ni Hornzee-Jones. 'Ang thread ay isang concentrator ng stress at ang load transfer ay nangyayari karamihan sa pamamagitan ng unang ilang mga thread. Higit pa rito, ang utong ay medyo matigas at, habang sinusubukan nitong umupo nang patayo sa gilid, bihira itong umaayon nang perpekto sa anggulo na narating ng spoke, na maaaring maging sanhi ng karagdagang concentrated stress. Sa kabilang dulo, ang J-bend ay nabaluktot nang kaunti at, pagkatapos ng daan-daang libong normal na pag-ikot ng gulong, anumang maliliit na depekto sa ibabaw, mga micron lamang ang lalim at ganap na hindi mahahalata ng mata ng tao, ay maaaring magsimulang bumukas. Ito ay isang mabagal na proseso sa simula ngunit sa huli ay hahantong sa pagkasira ng spoke.’
Aluminium Spokes
Ang bakal ay hindi lamang ang materyal na ginagamit para sa mga spokes, gayunpaman. Si Mavic at Campagnolo (pati na ang kapatid na kumpanya ng Campagnolo na si Fulcrum) ay matagal nang tagapagtaguyod ng mga aluminum spokes. Ang aluminyo ay may 1/3 ng density ng bakal ngunit humigit-kumulang 1/3 ng higpit din, kaya ang mga spokes ay kailangang maging mas makapal, na nangangahulugang ang mga ito ay potensyal na hindi gaanong aerodynamic, nangangailangan ng mas malaking diameter na mga nipples at, pagkatapos, mas malalaking butas sa rims, na maaaring bawasan ang lakas at paninigas ng rim. Ang mga aluminyo spokes ay madalas ding gumamit ng isang straight-pull na disenyo dahil ang isang J-bend sa aluminum ay malamang na mabigo sa ilalim ng stress.
Ang isa pang limitasyon ay ang aluminyo ay hindi gaanong nakakahawak ng sinulid. Ang solusyon ni Mavic ay ilagay ang mga utong nang direkta sa gilid, sa halip na sa spoke. Iminumungkahi ng Campagnolo na pumipili ito ng mga aluminum spokes na kapareho ng bigat ng mga bersyon ng bakal, ngunit sa pamamagitan ng paghahambing ay pinapabuti ang pakiramdam ng pagsakay ng mga gulong nito, gayunpaman ito ay higit na subjective na bagay kung saan ang spokes ay gumaganap lamang ng isang bahagi, na may mga gulong, rims at hubs din ng mga makabuluhang manlalaro, pabayaan ang natitirang bahagi ng bike.
Dahil sa iba't ibang stress na tinitiis ng spokes, ang carbon fiber ay maaaring hindi mukhang isang malamang na pagpipilian, ngunit ang Mavic, kasama ang ilang iba pang high-end na brand ng gulong, tulad ng Lightweight at Reynolds upang pangalanan ang dalawa, ay nakahanap ng mga paraan upang gamitin ang makunat na lakas nito sa mga spokes, na may halatang pagtitipid sa timbang para makuha. Ang R-Sys SLR ng Mavic, halimbawa, ay gumagamit ng mga hollow carbon tubes upang magbigay ng higpit sa ilalim ng tensyon at paglaban sa compression.'Ang spoke stretch ay mas mababa kaysa sa bakal o haluang metal dahil ang carbon ay mas matigas', sabi ni Mavic's Michel Lethenet. 'Bilang mga tubo, nilalabanan nila ang compression, na tumutulong na mapanatili ang higpit ng gulong, bagama't kailangan ang ilang bahagi ng metal, na pinagdugtong sa bawat dulo upang gawin ang mga attachment sa rim at hub.' Isang alternatibong paraan ang ginamit sa Mavic's Cosmic Carbone Ultimate, kung saan ang mga bladed carbon spokes ay napupunta mula sa isang gilid ng gulong patungo sa isa, kumokonekta sa hub flange, at tumatawid sa iba pang mga spokes sa ruta.
Truth from spin
May ilan pang piraso ng natanggap na karunungan sa bisikleta na may kaugnayan sa mga spokes na malugod na iwaksi ni Peter Marchment, materials scientist at direktor ng Hunt Bike Wheels. 'Ang isang gulong na gumagamit ng mas malalim na rim na may mas maiikling spokes ay kadalasang nakikita bilang "mas malakas" ngunit ito ay kadalasang bumababa sa likas na dagdag na higpit sa rim, ' sabi niya.'Gayundin, maraming mga tao ang naniniwala na ang mas mataas na tensyon sa pagsasalita ay nangangahulugan na makakakuha ka ng mas stiffer na gulong, ngunit hindi ito ang kaso. Naaapektuhan ang paninigas ng gulong ng maraming bagay bukod sa pag-igting lamang, kabilang ang bilang ng spokes, bracing angle at rim depth.
Sa totoo lang ay hahaba ang spokes sa parehong halaga kapag na-load, anuman ang inilapat na pre-tension, ibig sabihin, ang pagtaas ng spoke tension ay hindi magpapatigas sa gulong.' Patuloy ang pag-martsa, 'Paglalagay ng spokes sa ilalim ng tamang tensyon ay mahalaga. Sa napakataas na tensyon, ang rim at spokes ay mas malamang na masira dahil epektibong na-preload ang mga ito nang may mataas na puwersa. Ngunit problema rin ang mahinang pagsasalita dahil ang utong ay mas malamang na maluwag [makapagpahinga] kapag na-de-stress ang mga ito sa pamamagitan ng mga impact o vibrations sa kalsada, na nagiging sanhi ng paglabas ng gulong sa totoo.’
Anuman ang tensyon at pattern, mayroong malawak na hanay ng mga spokes kung saan pipiliin, hindi pa banggitin ang maraming variation sa kalidad ng wire kung saan ginawa ang mga ito. Ang Sapim, isa sa mga nangungunang tagagawa ng spoke, ay gumagawa ng 300 milyong spokes sa isang taon, at namimili sa paligid upang mapanatili ang kalidad at manatiling mapagkumpitensya sa hanay ng produkto nito. 'Animnapu hanggang 70 porsyento ng presyo ng isang plain gauge spoke ay maaaring nasa materyal, kaya mahalagang makuha iyon nang tama, ngunit ang pinakamahalagang bagay para sa lahat ng aming spokes ay ang pagganap ng wire, ' sabi ng sales manager ni Sapim, Klaus Grüter. ‘Naghahanap kami ng wire na maliwanag at makintab at may tensile strength na 1, 000 hanggang 1, 050N/mm2 na may magandang data ng fatigue at ang mahalaga, mahusay na corrosion resistance.’
Sinasabi sa amin ng Grüter na ang mga sample ay nasubok sa lab para sa tensile strength, bending at torsion resistance. Kapag natanggap, ang wire sa mga spool ay itinutuwid ng makina at pinutol. Ang plain gauge wire ay maaari ding gawing butted spokes (kung saan ang gitnang bahagi ay ginagawang mas makitid) sa pamamagitan ng pagguhit ng wire sa isang die. Sa sandaling na-butted, ang ulo ng spoke at ang J-bend ay huwad at ang sinulid sa kabilang dulo ay pinagsama (hindi pinutol). Ang mga natapos na spokes ay siniyasat kapwa ng mga sistema ng pangitain ng makina at ng mata at kamay ng tao. Ang isang makina ay nakakagawa ng 20, 000 butted spokes sa isang araw, na nagpapaliwanag kung bakit ang iba't ibang gastos sa paggawa ay may maliit na epekto sa presyo ng isang tapos na spokes at kung bakit ang mga manufacturer sa buong mundo ay maaaring magbenta sa magkatulad na presyo.
Ngunit bakit nagsalita pa rin si butt? Ipinaliwanag ni Jonathan Day ng Strada Wheels, 'Ang mga butted spokes ay mas mahusay sa paghawak ng torque kaysa sa plain gauge. Ang mga ito ay mas malawak sa eroplano ng gulong, na kung saan ay ang direksyon ng torsional force, kaya mayroong mas maraming materyal upang labanan ito. Isa pa, mas nabaluktot sila nang kaunti sa perpendicular plane, kaya mas mahusay silang ipamahagi ang compression load sa buong gulong.’
Spoke pattern
Ang tradisyunal na pattern ng pagsasalita ng gulong ng bisikleta ay binubuo ng 32 (o minsan 36) spokes, tatlong beses na tumawid. Ang pinagsama-samang pattern ng mga spokes sa isang tradisyunal na laced na gulong, malayo sa pagiging isang magandang kaleidoscopic arrangement, ay talagang isang functional na bahagi ng disenyo ng gulong.
Sa mga tuntunin ng lateral rigidity, ang mga punto kung saan ang mga spokes ay nagsalubong ay nagbibigay-daan sa bawat isa na humarap laban sa isa pa habang ito ay inilalagay sa ilalim ng tensyon, pati na rin ang pagsuporta dito habang ito ay naka-compress. Ang pinakamahalagang papel ng three-cross lacing pattern ay nasa likurang gulong, kung saan ang mga spokes ay dapat magpadala ng pedaling power mula sa hub. Sa kasong ito, ang mga spokes ay puno ng mas malaking torsional load salamat sa puwersa ng pag-twist mula sa drivetrain. Ang mga spokes sa gilid ng cassette, iniiwan ang hub nang tangential, ilipat ang isang umiikot na puwersa (torque) mula sa hub patungo sa rim. Ang mga radial spokes (na sumusunod sa isang landas mula sa gitna ng hub nang direkta sa rim, nang hindi tumatawid sa isa pa) ay hindi gaanong nakayanan ang ganitong uri ng pag-load at mas malamang na mabigo.
Kapag ang torque ay hindi isang isyu, tulad ng sa isang gulong sa harap na may rim brake, ang paggamit ng radial spokes ay makatuwiran. Makakatipid ito ng timbang, dahil ang mga spokes ay maaaring maging mas maikli at mas kaunti ang kinakailangan upang lumikha ng isang lateral na matigas na gulong. Mukhang maganda rin. Ang mga disc brake ay nagdudulot ng makabuluhang torsional loading, gayunpaman, na ginagawang imposible ang radial speaking. 'Ang pagkuha ng tamang pattern ng lacing ay susi dahil ang mga spokes ay nagbabahagi ng compression load sa pamamagitan ng pagpisil laban sa mga kapitbahay na kanilang tinatawid, kaya ang mga spokes ay dapat itali upang maging mga pinuno o mga trailer,' sabi ni Day. 'Kailangan mong tiyakin na ang isang nangungunang spoke ay tumatagal ng strain muna sa drive side. Sa isang 32-spoke na gulong gusto mo ng 16 na nangungunang spokes upang ibahagi ang pagkarga. Kung mali ang pagkakagawa mo ng lacing, walo lang ang gagawa ng trabaho.’
Kapansin-pansin, ang mga pattern ng pagsasalita ay nanatiling isa sa mga hindi gaanong hinamon na aspeto ng disenyo ng gulong, sa kabila ng ilang napakalaking pagsulong sa mga materyales at teknolohiya sa pagmamanupaktura sa nakalipas na mga dekada. Ito ay isang tunay na sinubukan-at-nasubok na pamamaraan at gaya ng sinasabi, kung hindi ito nasira…
