自行车行进时阻力的分析(转:newuming )

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导读:文章来源: 原文地址: 自行车行进时阻力主要有四个来源,自行车内部摩擦力、风阻、重力及轮子的磨擦力。 1: 自行车内部摩擦力: 主要来自自行车花鼓及BB转动时的摩擦力,链条传动时的摩擦力,轮子本身的传动效能。车速越慢,此部份所占比例越高。 一般而言,一条润滑顺畅的炼条,传动效率大于90\\%,可以达到94-95\\%,所以先看看自己的炼条,是不是已经看不到不锈钢的颜色呢? 2: 风阻: 风阻最重要决定于相对风速及有效的阻风面积。想象台风中,风越强(风速),伞越大(阻风面积),越

文章来源:骑行之家

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自行车行进时阻力的分析(转:newuming )




自行车行进时阻力主要有四个来源,自行车内部摩擦力、风阻、重力及轮子的磨擦力。


1: 自行车内部摩擦力: 主要来自自行车花鼓及BB转动时的摩擦力,链条传动时的摩擦力,轮子本身的传动效能。车速越慢,此部份所占比例越高。 一般而言,一条润滑顺畅的炼条,传动效率大于90\\%,可以达到94-95\\%,所以先看看自己的炼条,是不是已经看不到不锈钢的颜色呢?


2: 风阻: 风阻最重要决定于相对风速及有效的阻风面积。想象台风中,风越强(风速),伞越大(阻风面积),越易开花,也越走不动。


相对风速: 决定于自行车速与风速,逆风时相加,顺风相减。小考题: 以时速30公里在时速10公里风速下逆风前进,相对风速为多少? 答案不是四十的人,请向国小老师报到。


有效的阻风面积: 自行车的阻风面有: 身体,自行车自行车架,手把,车衣,自行车水壶架,安全帽,大齿盘,前煞车。人体阻力约占70\\%,自行车30\\%。而我们如果改变一台自行车及穿著或得到多大的效果呢?


以25英里( 42.25公里)的个人计时赛为例:


改变的设定 节省的时间 (单位: 秒)


传统钢丝的板轮 30

低风阻自行车自行车架 42

计时赛手把 30-60

连身长袖莱卡车衣 14-25

低风阻自行车水壶架及水壶 14

低风阻安全帽 20-25

卡式踏板、鞋套 9

低风阻大齿盘 6

前后碟轮自行车轮组 70

下把位 180


我们可以看到自行车轮组的助益效果约在0.5-1\\%.约占风阻中的5-7\\%。


大家有没有注意到连自行车水壶架都有帮忙,难怪计时赛时,车手常不带水的。TREK 的计时赛用车甚至曾把水带直接做在自行车下管内,接ㄧ根吸管在龙头边喝。


3: 重力: 上坡时的主要阻力。

4: 地面摩擦力: 不管车速多快,磨擦力是恒定不变的。


1: 蓝线中,地面磨擦力是不会变的,而自行车内部阻力是会随车速上升而稍微变大。

2: 风阻在低速时,比摩擦力小,17km/hr时约相当,此后车速越快,风阻几乎是以与车速平方上升。

3: 高速与低速的阻力比例不一样,通常高速是指30-40㎞/hr以上。

4: 爬坡时,当时速低于30㎞/hr,速度较低,重力影响已远超过风阻。

怎么样降低阻力:

降低阻力可分为下列方式

一: 降低风阻:

A: 跟车: 这是最有效的方法。骑在大集团中,跟车,在高速时(大于40㎞)可以降低25-40\\%耗能。花费=○。如下图:

B: 较低的骑乘姿势: 第二有效的方法,花费=○。最好进风洞测一下,省钱一点的,就趁台风来的时候去测试看看。

C: 空气动力自行车套件: 包括自行车自行车架,手把,自行车轮组,自行车水壶架、、、、、、、、、、、等。 花费=$$$$$(=£££)!

D: 穿著: 莱卡连身长袖车衣,计时赛用安全帽,鞋套,花费=¥¥¥(日币)。噢!对了,还要刮腿毛,效果也不错,用拔的更加赞,毛浓密一点的,说不定顺便减重个十来克。。另外买合身一点的自行车衣也有帮忙,大部分的人都买大了一到两号。

二: 减低阻力:


A: 选择较细的胎,胎压加高,以管状胎较易达到。越薄的胎,胎压越高阻力越小;乳胶内胎也有帮助。

B: 越小的轮径风阻力越小,且相对旋转重量也低,净重也低;不过前进时地面阻力较高,路面越不平越明显。想象要压过一5公分高的阶梯,小轮子较大轮子难爬上去。

C: 润滑BB,自行车花鼓,调整好链条长度,最重要是炼条要干净,勤清洗上油。


三: 降低车重,减一点肥油,出发前记得上厕所。减轻车重,花费=$$$$$

以上只是给大家一个概念,让大家知道自行车轮组在整体中的地位

自行车轮组的特性与选择:


轮子的几个重要的特性:

买一组轮子,我们会考虑几个特性: 重量,强度,空气动力特性,顺畅度,煞车性能,耐用度,方便性。我们就来看看这些特性。

1: 重量:

A:单纯的轮重只是一个静态指标参考,对于爬坡较具参考价值。一般较好的前自行车花鼓重约80-110gm,后自行车花鼓200-270gm,钢丝每根约9-12gm,轮圈变化较大,纯碳纤维约在210-300gm(窄框) 280-420gm(大板框),铝框350-500gm,钢丝头,铝的约重0.5g,铜的1gm。整组重介于1100-1800gm间较常见。

B:相对旋转重量 (rolling weight):比较重要。想象链球就较清楚,一个一公斤链球,链条一公尺来旋转,要将它转起来所需力量,与重量及链条长成正比。轮子也是同样的道理,但是轮子的重量分布并不像链球般单纯,钢丝、轮圈分布从内到外都有,不过以轮圈与轮胎,所占比例最大,因其位最外缘,重量也最高。而自行车花鼓的旋转重量几乎不用考虑。

2: 强度:轮子的强度决定于几个因素,轮圈强度,钢丝数目,钢丝张力,自行车花鼓强度。轮圈越宽,强度越强,需要钢丝数目越少。刚丝数越多、编的张力越大,强度越强。自行车花鼓强度越够,强度也更好。强度越佳,传动效能越佳。

3: 顺畅度:主要在于自行车花鼓的自行车培林数目、大小及品质。越顺畅则自行车培林磨擦力越小,越省力。很多轻量化的自行车花鼓除了用上钛的自行车飞轮座,铝合金甚至碳纤的轴。有些为减轻重量,用较小的自行车培林,或少用一两个自行车培林,但赔上了耐用度与顺畅度,并不是很理想。目前顺畅度最好的自行车培林是陶瓷的自行车滚珠,因它可以做的更圆,号称再40km/hr时,减低0.8-1.0 watt功率损耗,不过代价也很高,如果有兴趣,Zipp与Campagnolo都有此消金的选择。

4: 煞车性能: 铝框的煞车性能较碳纤佳,散热也较好,如再加以CNC或陶瓷边-处理,连雨天都不用怕。碳纤轮框散热较差,需用专用煞车片,煞车时较易有异音,吓到路人,长下坡时较令人担忧。 ( 想想看4-5万的轮子,发出快毁灭的声音,多令人心疼;若速度不够快,还可以看到路人惊惶闪躲) 有些碳纤轮框会在煞车面胶合上铝片,又重个100多克,而且胶合面在煞车的高温下易有问题,也会需要的技术层面就更高了。

5: 耐用度:通常是煞车面磨平了,碳纤的则可以看到碳纤维裸露,不过这与每个人煞车习惯与路况有关。有些则是自行车培林先挂了。

6: 方便性: 碳纤需用专用煞车片,且以管胎为多,换胎较麻烦。

7: 空气动力特性: 以板轮为佳,且越宽者越佳,碟轮当然使最好的了。钢丝数目越少,钢丝越扁,也越佳。不过空气动力特性越佳,也是要付出代价的,通常是逆风时,破风如箭;侧风时,挡风如墙。你就开始蛇行,看到警察当心酒测被扣车。另外每家各有设计独特之处,有些是理论派,有些是行销手段,消费者要多比较。

自行车轮组对于自行车行进的助益:


大约有下列几种: 降低空气阻力,减低踩踏施力,增加惯性使踩踏平顺。


1: 降低空气阻力: 减低风阻也就减低耗能,以板轮破风性较好。

2: 减低踩踏施力: 通常是上坡时,经由减轻自行车轮组整体重量帮助最大。

3: 增加惯性使踩踏平顺: 相对旋转重量越高者,惯性越高

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