Negiedoti dviračio herojai, manome, kad atėjo laikas, kai stipinai susilauks derančios pagarbos
Šios plonos vielos sruogos atlieka negailestingai sunkų darbą, yra nuolat tempiamos ir suspaudžiamos su kiekvienu mūsų ratų apsisukimu. Jie taip pat neša pagreičio jėgas, kai spaudžiate pedalą nuo stebulės iki rato ratlankio, ir perduoda stabdymo jėgas. Jų vaidmuo pačiame fakte, kad mes išvis galime važiuoti dviračiu, yra beveik stebuklingas – tokios plonos sruogos atlaiko tokias milžiniškas apkrovas. Taigi jautėme, kad pats laikas nuolankiam stipinui prisiteisti šiek tiek nuopelnų, nes tenka visa krūva.
'Stipininio rato genialumas yra tas, kad jis gali perkelti dažnai labai dideles jėgas, kurias sukuria motociklininkas, dviratis ir besikeičiančios kelio dangos į šias plonas strypus, kurių kiekviena yra sistemingai suspaudžiama ratui sukant ir apkrovoms pereinant nuo vienas kalbėjo su kitu ir taip tęsiasi“, – sako profesorius Markas Miodownikas, Londono universiteto koledžo Gamybos instituto direktorius, knygos „Stuff Matters“autorius, televizijos laidų vedėjas ir entuziastingas dviratininkas. Jis tęsia: „Tai puikus būdas optimizuoti rato svorį, kainą ir našumą.“
Stipinai, įtempti, iš esmės sutvirtina ratlankį, naudodami stebulę kaip centrinį inkarą. Tobulo pasaulio scenarijuje kiekvienas stipinas traukiasi vienodai įtemptai, kad apkrova tolygiai paskirstytų ratą, o ratlankis išliktų tiesus ir apskritas. Stipinai turi atremti ratą nuo šoninio lenkimo ir ratlankio deformacijos, taip pat veiksmingai atsispirti rato suspaudimui dėl vertikalios apkrovos (radialinis suspaudimas). Ne maža užduotis. Nenuostabu, kad nuo rato atsiradimo buvo ištirta labai mažai kitų sprendimų.
Kalbėjo įtampa
Dabar viskas pradeda darytis techniškai, ir jūs nebūsite vieni, jei tai, kas toliau bus šiek tiek paini ir prieštaringa. Labai nesutariama, ar dviratis iš tikrųjų kabo ant viršutinių stipinų (tų, kurie yra virš stebulės, kai žiūrite į dviratį iš šono), ar veikiau jį palaiko apatiniai, veikiantys kaip maži stulpeliai.„Pastarasis požiūris, kad ir kaip bebūtų keista, yra neabejotinai tiesa“, – sako Jimas Papadopoulosas iš Šiaurės rytų universiteto inžinerijos koledžo Bostone (JAV) ir dviračių sporto mokslo bendraautoris.
Nors lengva patikėti, kad dviračio stipinas tiesiog subyrėtų nuo dviračio ir motociklininko svorio, jis toliau paaiškina, kad stipino įtampa rato kūrimo proceso metu (vadinama „išankstiniu įtempimu“) yra kas leidžia apatiniams stipinams atlaikyti apkrovą nesulinkus, kaip ir jei nebūtų išankstinio įtempimo. „Kiekvienas neapkrauto rato stipinas įtempiamas 100 svarų [445 N]. Kai ašis prispaudžiama prie žemės 100 svarų jėga, vienintelis reikšmingas poveikis stipinų įtempimui yra sumažinti įtempimą tiesiai po stebule – paprastai vienas sumažinamas iki maždaug 50 svarų, o stipinai abiejose tos pusėse – iki maždaug 75 svarų. Būtent tai būtų galima pamatyti su tvirtais mediniais stipinais, pavyzdžiui, senu vagono ratu – apatinis neštų 50 svarų, o esantys abiejose jo pusėse – 25 svarus. Skirtumas nuo ratų su vieliniais stipinais yra tas, kad vielinis stipinas negali išlaikyti suspaudimo apkrovos – jis subyrės. Taigi visi stipinai yra išradingai iš anksto įtempti. Viela negali atlaikyti 50 svarų gniuždymo apkrovos, išskyrus atvejus, kai ji jau turi ją viršijančią įtempimo apkrovą.
„Žinoma, dviračio ratas subyrės, jei bus nuimti viršutiniai arba horizontalūs stipinai“, – priduria Papadopoulos. „Tačiau taip yra iš esmės todėl, kad pakeistos konstrukcijos apkrovos kelias labai skiriasi, be to, ji negali užtikrinti reikiamo išankstinio įtempimo. Negalime panaudoti to griūties, kad padarytume išvadą, kad įprastas ratas neša apkrovą per viršutinius stipinus.“Jei dėl to jums sukasi galva, jūs ne vieni. Taigi pereikime prie paprastesnės stipinų medžiagos srities.
Plieniniai stipinai
Stipinai daugiausia pagaminti iš plieno, o medžiagos pasirinkimas, kaip pasakoja Miodownik, „iš esmės priklauso nuo gebėjimo turėti patikimą sriegį“. Plieninė viela yra puiki, nes net ir esant labai mažam tvirtinimo plotui, pavyzdžiui, ten, kur spenelis laiko stipiną ties ratlankiu, galite juos įtempti, nenuplėšdami sriegio. Nerūdijantis plienas yra ideali medžiaga, nes jame yra tinkamas didelio stiprumo ir mažo svorio derinys, be to, jis yra prieinamas.'
Nerūdijantis plienas nuo 19 amžiaus pabaigos buvo pasirinktas stipinų metalas dėl didelio atsparumo tempimui, todėl stipinai gali išlikti palyginti ploni ir lengvi, atlaikant juos veikiančias jėgas. „Švelnaus plieno stipinai turėtų būti dvigubai sunkesni ir storesni“, – sako Chrisas Hornzee-Jonesas, „Aerotrope“konstrukcijų inžinierių direktorius. Jis sukūrė novatorišką anglies pluošto kalnų dviratį Lotus ir dirbo prie vieno didžiausių kada nors pagamintų ratų su įtempimo stipinais – 60 m skersmens konstrukcija, pakabinta po Tūkstantmečio kupolo stogu, naudojama kaip oro atlikėjų platforma. „Į švelnaus plieno geležį ir anglį pridedant chromo ir molibdeno, gaunamas nerūdijančio plieno lydinys yra daug atsparesnis nuovargiui.'
Nuovargis yra stipinų priešas. Jei manote, kad jūsų keturračiai nuolat patiria įtampą dėl pasikartojančių pedalo paspaudimų, pasigailėkite savo stipinų, kurie daužomi kiekvieną rato apsisukimą. Kiekvienas rato stipinas gniuždomasis veikiamas tik tą sekundės dalį, kiek jis yra tiesiai po stebule, ir tą akimirką jis suspaudžiamas prieš nuleidžiant slėgį ir gali grįžti į įprastą ilgį. Tai negailestingas ciklas, kuris tiesiogine prasme gali panaikinti prastai sukonstruotą ratą.
„Ratas yra kaip varginantis stipinų bėgimo takelis, kurį dar labiau apsunkina viename gale pridėtas sriegis, o kitame [dažniausiai] įlinkis ir (arba) galva. sako Hornzee-Jones. „Sriegis yra įtempių koncentratorius, o apkrova daugiausia perduodama per kelias pirmąsias gijas. Be to, spenelis yra palyginti kietas ir, bandydamas sėdėti statmenai ratlankiui, retai kada idealiai susilygina su stipino nukreipimo kampu, o tai gali būti papildomo koncentruoto įtempimo priežastis. Kitame gale J formos posūkis smulkiai susilanksto ir po šimtų tūkstančių įprastų ratų apsisukimų gali pradėti ryškėti bet kokie smulkūs paviršiaus defektai, tik mikronų gylio ir visiškai nepastebimi žmogaus akiai. Iš pradžių tai lėtas procesas, bet galiausiai nutrūks stipinai.’
Aliuminio stipinai
Tačiau plienas nėra vienintelė medžiaga, naudojama stipinams gaminti. Mavic ir Campagnolo (taip pat Campagnolo seserinė įmonė Fulcrum) jau seniai buvo aliuminio stipinų šalininkai. Aliuminis turi trečdalį plieno tankio, bet taip pat apie trečdalį standumo, todėl stipinai turi būti storesni, o tai reiškia, kad jie gali būti mažiau aerodinamiški, jiems reikia didesnio skersmens spenelių, o vėliau ir didesnių skylių ratlankiuose. sumažinti ratlankio stiprumą ir standumą. Aliuminio stipinai taip pat linkę naudoti tiesios traukos konstrukciją, nes labai tikėtina, kad aliuminio J formos posūkis suges esant įtempimui.
Kitas apribojimas yra tas, kad aliuminis taip lengvai neišlaiko sriegio. „Mavic“sprendimas yra įsriegti spenelius tiesiai į ratlankį, o ne ant stipino. „Campagnolo“siūlo rinktis aliumininius stipinus, kurie sveria tiek pat, kaip ir plieninės versijos, tačiau, palyginus, pagerina ratų važiavimo pojūtį, tačiau tai iš esmės subjektyvus dalykas, kai stipinai atlieka tik vieną dalį, o padangos, ratlankiai ir stebulės taip pat svarbūs. jau nekalbant apie likusį dviratį.
Atsižvelgiant į įvairias stipinų patiriamas apkrovas, anglies pluoštas gali atrodyti ne visai tikėtinas pasirinkimas, tačiau „Mavic“ir keletas kitų aukščiausios klasės ratų prekių ženklų, tokių kaip „Lightweight“ir „Reynolds“, rado būdų. panaudoti savo tempimo jėgą stipinuose ir akivaizdžiai sutaupyti svorio. Pavyzdžiui, Mavic R-Sys SLR naudoja tuščiavidurius anglies vamzdelius, kad užtikrintų standumą esant įtempimui ir atsparumą gniuždymui.„Stipinų tempimas yra daug mažesnis nei plieno ar lydinio, nes anglis yra standesnė“, – sako Michelis Lethenetas iš Mavic. „Kadangi jie yra vamzdžiai, jie atsparūs gniuždymui, o tai padeda išlaikyti rato standumą, nors reikalingos kai kurios metalinės dalys, kurios abiejuose galuose yra sujungtos, kad būtų pritvirtinti ratlankiai ir stebulė.“Mavic Cosmic Carbone naudojamas alternatyvus metodas. Ultimate, kai ašmeniniai anglies stipinai pereina iš vienos rato pusės į kitą, susijungia su stebulės flanšu ir pakeliui kerta kitus stipinus.
Tiesa iš sukimosi
Yra dar keletas gautų dviračių išminties, susijusios su stipinais, kurias Peteris Marchmentas, medžiagų mokslininkas ir „Hunt Bike Wheels“direktorius mielai išsklaido. „Ratas, kuriame naudojamas gilesnis ratlankis su trumpesniais stipinais, dažnai laikomas „tvirtesniu“, tačiau tai dažniausiai lemia ratlankio įgimtas standumas“, – sako jis.„Be to, daugelis žmonių mano, kad didesnis stipinų įtempimas reiškia, kad jūs gaunate tvirtesnį ratą, tačiau taip nėra. Ratų standumui įtakos turi daugelis dalykų, be vien tik įtempimo, įskaitant stipinų skaičių, tvirtinimo kampą ir ratlankio gylį.
Tiesą sakant, stipinas pailgės tiek pat, kai jį apkrauna, neatsižvelgiant į taikomą išankstinį įtempimą, o tai reiškia, kad padidinus stipinų įtempimą ratas netaps standesnis.“Maršėjimas tęsia: „Stipinų įtempimas tinkamai yra esminis. Esant labai dideliam įtempimui, ratlankis ir stipinai gali būti labiau pažeisti, nes jie iš anksto apkraunami didele jėga. Tačiau mažas stipinų įtempimas taip pat yra problema, nes labiau tikėtina, kad spenelis atsilaisvins [atsivynios], kai jie atsipalaiduoja dėl smūgių ar kelio vibracijos, todėl ratas iškrenta.’
Nepriklausomai nuo įtempimo ir modelio, galima rinktis iš daugybės stipinų, jau nekalbant apie daugybę vielos, iš kurios jie pagaminti, kokybės variantų.„Sapim“, vienas iš pirmaujančių stipinų gamintojų, per metus pagamina 300 milijonų stipinų ir apsipirkinėja, kad išlaikytų kokybę ir išliktų konkurencingas visame savo gaminių asortimente. „Šešiasdešimt iki 70 procentų paprasto stipino kainos gali būti medžiagoje, todėl svarbu tai padaryti teisingai, bet svarbiausia visiems mūsų stipinams yra vielos našumas“, – sako Sapim pardavimų vadovas., Klausas Grüteris. „Ieškome vielos, kuri būtų šviesi ir blizganti, o tempiamasis stipris nuo 1 000 iki 1 050 N/mm2, su gerais nuovargio duomenimis ir, svarbiausia, puikiu atsparumu korozijai.“
Grüter teigia, kad mėginiai buvo laboratoriškai išbandyti dėl atsparumo tempimui, lenkimui ir sukimui. Priėmus, viela nuo ritės ištiesinama mašina ir nupjaunama. Paprasto matuoklio viela taip pat gali būti pagaminta į užsegtus stipinus (kai centrinė dalis yra siauresnė), traukiant laidą per štampą. Sujungus, stipino galvutė ir J formos lenkimas padirbami, o kitame gale esantis siūlas suvyniojamas (neperpjaunamas). Pagaminti stipinai tikrinami tiek mašininio matymo sistemomis, tiek žmogaus akimi ir ranka. Viena mašina gali pagaminti 20 000 stipinų per dieną, o tai paaiškina, kodėl skirtingos darbo sąnaudos turi mažai įtakos gatavų stipinų kainai ir kodėl gamintojai visame pasaulyje gali parduoti panašiomis kainomis.
Bet kam vis tiek užkišti stipiną? Jonathanas Day iš Strada Wheels aiškina: „Stipinai su užpakaliais geriau valdo sukimo momentą nei paprasti. Jie yra platesni rato plokštumoje, kuri yra sukimo jėgos kryptis, todėl yra daugiau medžiagos jai atsispirti. Be to, jie šiek tiek labiau lenkiasi statmenoje plokštumoje, todėl geriau paskirsto gniuždymo apkrovą ratui.’
Stipinų raštas
Tradicinį dviračio rato stipinų raštą sudarė 32 (arba kartais 36) stipinai, sukryžiuoti tris kartus. Tradiciškai surišto rato stipinų raštas, toli gražu ne tik gražus kaleidoskopinis išdėstymas, iš tikrųjų yra funkcinė rato dizaino dalis.
Kalbant apie šoninį standumą, taškai, kuriuose susikerta stipinai, leidžia kiekvienam iš jų prisitvirtinti prie kito, kai jis yra įtemptas, taip pat palaiko jį suspaudžiant. Svarbiausias trijų kryžminių raištelių rašto vaidmuo yra galinis ratas, kur stipinai turi perduoti pedalo spaudimo jėgą iš stebulės. Šiuo atveju stipinai yra apkraunami daug didesne sukimo apkrova dėl pavaros sukimo jėgos. Stipinai kasetės pusėje, palikdami stebulę tangentiškai, perkelia sukimosi jėgą (sukimo momentą) nuo stebulės į ratlankį. Radialiniai stipinai (kurie eina keliu nuo stebulės centro tiesiai iki ratlankio, nekertantys kito) daug mažiau atlaiko tokio tipo apkrovą ir greičiausiai suges.
Kai sukimo momentas nėra problema, pvz., ant priekinio rato su ratlankio stabdžiais, radialinių stipinų naudojimas yra prasmingas. Tai taupo svorį, nes stipinai gali būti trumpesni ir jų reikia mažiau, kad būtų sukurtas šoninis standus ratas. Taip pat gerai atrodo. Tačiau diskiniai stabdžiai sukelia didelę sukimo apkrovą, todėl radialinis stiebas tampa neįmanomas. „Svarbiausia, kad stipinai būtų suvaržyti teisingai, nes stipinai dalijasi suspaudimo apkrova, prisispaudę prie kaimynų, kuriuos kerta, todėl stipinai turėtų būti surišti, kad būtų pirmaujantys arba prikabinami“, – sako Day. „Turite įsitikinti, kad pirmaujantis stipinas pirmiausia patiria įtampą pavaros pusėje. Ant 32 stipinų rato norite, kad 16 priekinių stipinų dalytųsi apkrova. Jei suvarstysite neteisingai, darbą atliks tik aštuoni.’
Pažymėtina, kad stipinų raštai išliko vienu mažiausiai iššūkių keliančių ratų dizaino aspektų, nepaisant didžiulių medžiagų ir gamybos technologijų šuolio per pastaruosius dešimtmečius. Tai tikrai išbandyta metodika ir, kaip sakoma, jei ji nesugedo…
