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标题: 【转贴】自行车行进时阻力的分析 [打印本页]

作者: 涅槃 时间: 2010-6-26 09:54
标题: 【转贴】自行车行进时阻力的分析
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，车架，手把，车衣，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
低风阻车架 42
计时赛手把 30-60
连身长袖莱卡车衣 14-25
低风阻水壶架及水壶 14
低风阻安全帽 20-25
卡式踏板、鞋套 9
低风阻大齿盘 6
前后碟轮轮组 70
下把位 180

我们可以看到轮组的助益效果约在0.5-1\%.约占风阻中的5-7\%。

各位有没有注意到连水壶架都有帮忙，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，而车子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。
如何降低阻力：
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: 空气动力套件: 包括车架，手把，轮组，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，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＝＄＄＄＄＄
以上只是给各位一个概念，让各位知道轮组在整体中的地位

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。一般较好的前花鼓重约80-110gm，后花鼓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，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。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：主要在于花鼓的培林数目、大小及品质。越顺畅则培林磨擦力越小，越省力。很多轻量化的花鼓除了用上钛的飞轮座，铝合金甚至碳纤的轴。有些为减轻重量，用较小的培林，或少用一两个培林，但赔上了耐用度与顺畅度，并不是很理想。目前顺畅度最好的培林是陶瓷的滚珠，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。
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。

作者: jakenese 时间: 2010-6-26 16:28
有点意思

作者: 青藤走狗 时间: 2010-6-26 17:38
我的链条已经铁锈色了

作者: 虫虫飞 时间: 2010-6-26 20:24
学习了!!

似乎还有一个"力偶矩" 以前在一片文章中看到过!

作者: 四方 时间: 2010-6-27 05:38
不错，学习了！

作者: 芝麻煎饼 时间: 2010-6-27 07:26
顶顶，学习了。

作者: gsm5155519 时间: 2010-6-27 17:57
好专业！

作者: 零下36度 时间: 2010-6-28 18:03
很细的因素了。

作者: duwei20111 时间: 2011-12-22 14:36
不错不错~

作者: 平静deツ小乌 时间: 2011-12-22 20:48
技术贴顶

作者: 無聲黑白 时间: 2011-12-22 21:14
这里好多学问阿

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