Parte 2: rigidità dei pneumatici (più ampia è più rigida/più dura?)

In Parte 1 Abbiamo discusso della larghezza effettiva dei pneumatici, in particolare come è stata influenzata dalla larghezza del sedile del tallone del bordo, e anche come generalmente non fosse uguale al numero stampato sulla parete laterale.  

Nella parte 2 esamineremo in modo specifico il modo in cui la larghezza dei pneumatici influisce sulla rigidità misurando la rigidità verticale (più specificamente la forza verticale a un dato spostamento) di vari pneumatici montati e gonfiati.

Più largo è più rigido/più duro?

La progettazione iniziale di questo test era mostrare che i pneumatici di diametro maggiore sono in realtà più rigidi/meno comodi quando gonfiati alla stessa pressione.  Ciò è dovuto a un effetto noto come "tensione di involucro" ed è causato dalla pressione dell'aria interna che agisce su una superficie più ampia nel pneumatico più grande.  In sostanza, la stessa pressione che agisce su più superficie crea una maggiore tensione di involucro.  La migliore spiegazione della tensione di involucro che abbiamo visto è stata fatta dai nostri amici a Flo Wheels e può essere trovata QUI se siete interessati!

Per questa parte della discussione, abbiamo usato una macchina Instron per guardare la forza necessaria per deviare le gomme a varie pressioni e larghezze.  Per mantenere le cose (relativamente) semplici, ci faremo riferimento alle gomme per il numero stampato sul fianco, menzionando anche la pressione utilizzata e la larghezza del sedile del tallone.  Puoi fare riferimento al grafico nella parte 1 se sei interessato al dimensionamento reale per il confronto con altri modelli di pneumatici e marchi. 

Una macchina Instron è un grande pezzo di attrezzatura da laboratorio a forma di H che può guidare il raggio centrale dell'H su e giù con estrema precisione mentre misurano la tensione o la compressione sull'oggetto nel mezzo.  È probabile che se mai vedessi qualcuno dire che la parte A è X% più rigida/più forte/più elastica della parte B, i numeri sono stati generati in una di queste macchine.

 

 

La macchina di prova con incudine da 8 mm in posizione (foto non scattata durante i test effettivi)

Per questo test, abbiamo utilizzato un dispositivo solido in acciaio in acciaio bullonato alla base della macchina e 3 diverse incudini di prova per spingere i pneumatici.  Abbiamo testato la rigidità dei pneumatici contro una superficie piana, la superficie del ciottolo di raggio da 8 cm e la superficie del turbina di 8 mm.

Di seguito sono riportate le misurazioni effettive dei 3 pneumatici sul bordo utilizzato per il test.  Si prega di notare che continueremo a utilizzare le dimensioni stampate sull'involucro per fare riferimento alle gomme in quanto è molto meno confuso rispetto all'utilizzo delle misurazioni effettive, sebbene le misurazioni effettive saranno importanti per determinare le pressioni ottimali.  Inoltre, 17C è lo standard del settore per un tallone che misura 16,5 mm-17,5 mm.  Il bordo che stiamo usando è un bordo 17C che misura 17,5 mm, considerali intercambiabili ai fini di questo test.

 

 

Dati di superficie piana

Il nostro primo studio è stato solo quello di esaminare le differenze tra 3 diverse larghezze dei pneumatici sulla stessa ruota con tallone interno da 17,5 mm alla stessa pressione.

 

 

23, 25, pneumatici da 28 mm sulla stessa ruota larghezza per tallone da 17,5 mm - superficie piana

 

 

 

 

 

La prima cosa da notare qui è che il pneumatico più ampio (28 mm) è in realtà Verticalmente più rigido dello pneumatico da 25 mm che è a sua volta più rigido del pneumatico da 23 mm.  La risposta più comune che otteniamo a questo grafico è "Non è possibile, sono passato da 23 a 28 ed è notevolmente meglio". 

I miei pensieri iniziali al riguardo erano che la "differenza solo evidente" che è il più piccolo cambiamento che può essere notato accuratamente dagli umani è stato dimostrato che è compreso tra il 10 e il 15%per la rigidità della guida (gran parte del lavoro su questo è stato fatto da Damon Rinard , menzionato nella parte 1 e il suo lavoro su questo argomento con Cervelo è disponibile QUI) .. e la differenza qui tra il pneumatico da 23 e 28 mm è solo dell'8-9%circa.  

Ho spesso visto nel test che se un pilota crede che qualcosa sia vero, molto spesso "si sentirà" che nel giro di prova, in particolare se l'effetto in questione è relativamente piccolo.  Quindi, in base a questo primo pezzo di dati, sembrerebbe che la percezione e le aspettative possano guidare alcune delle credenze "più larghe sono più comode" (assumendo le stesse pressioni dei pneumatici). Tuttavia, c'è chiaramente molto di più da imparare.

Quindi, con questi dati in mano, abbiamo fatto la costruzione di una scheda di dati completa di tutte e 3 le pressioni di tutte e 3 sul bordo da 17,5 mm.  Abbiamo usato 6bar, 7bar e 8bar (87psi, 101psi e 115psi) per costruire questo set di dati in quanto ci ha dato una vasta gamma totale di pressioni comunemente eseguite in pneumatici di queste dimensioni.

 

 

23, 25, pneumatici da 28 mm sullo stesso bordo di larghezza per tallone da 17,5 mm a 3 pressioni - superficie piana

Questo grafico aiuta davvero a impostare le basi per le differenze relative che stiamo guardando.  Poiché le pressioni dei pneumatici sono state modificate con incrementi di 1Bar (14,5 psi) è possibile avere un'idea delle magnitudini della differenza tra le variazioni di larghezza, in questo caso aumentano da un pneumatico da 23 mm a un pneumatico da 28 mm a 7bar aumentato la rigidità del 9%, aumentando la pressione da 1 barra ha aumentato la rigidità superiore al 21%.  Il raggruppamento dei dati è principalmente dominato dalle pressioni dei pneumatici, quindi chiaramente gli effetti di queste variazioni di larghezza di 2-3 mm sono al di sotto del delta 1bar nella variazione di pressione utilizzata per il test.

Per portare davvero questo studio al livello successivo, abbiamo deciso di non solo spingere le gomme con la superficie piana, ma di guardare anche una pietra di ciottoli simulata (raggio di 8 cm) e un labbro di pavimentazione simulato (raggio di 8 mm) per vedere cosa L'efficace rigidità del pneumatico sarebbe contro quelle superfici.

 

 

Visualizzazione di 3 diversi incudini di prova utilizzati per il test

Dati di superficie "ciottolo" (raggio di 8 cm)

Ecco i dati per le stesse 3 pneumatici sul bordo di larghezza del tallone da 17,5 mm alle stesse 3 pressioni, solo l '"incudine" nella macchina di prova è ora un pezzo di acciaio lavorato con raggio di 8 cm per imitare la corona di una ciottolo.  

 

 

23, 25, 28 mm pneumatici sullo stesso bordo di larghezza per tallone da 17 mm a 3 pressioni - superficie di ciottolo

Da notare che l'incudine di impatto arrotondata "il ciottolo" ha comportato una forza considerevolmente più bassa allo spostamento di 15 mm rispetto alla superficie piana.  Questo è in gran parte il risultato di quanto del pneumatico è in grado di deformarsi nella patch di contatto tra l'incudine e il pneumatico. 

È interessante notare che, con la testa di impatto in ciottolo, la rigidità radiale è ancora per lo più dominata dalla pressione dei pneumatici, sebbene le differenze tra le larghezze dei pneumatici e le pressioni si siano in qualche modo condensate.  Chiaramente la forma dell'oggetto che viene spinto nel pneumatico fa una grande differenza nella rigidità del pneumatico.  Con questo set di dati stiamo iniziando a vedere alcune sovrapposizioni, ad esempio il pneumatico da 23 mm a 8bar è quasi identico per la rigidità al pneumatico da 28 mm a 7bar.

Dati "labbro di pavimentazione" (raggio 8 mm)

Volendo spingerlo oltre, abbiamo esaminato le stesse condizioni con un'incudine di raggio da 8 mm, che simula un labbro di cemento, una roccia o un oggetto simile che la tua gomma può colpire.  Poiché il raggio di questa incudine è considerevolmente più piccolo di qualsiasi gomma, eravamo interessati a vedere come sarebbero cambiati i dati .. e wow .. è cambiato!

 

 

23, 25, 28 mm di pneumatici sullo stesso bordo di larghezza per tallone da 17,5 mm a 3 pressioni - raggio di 8 mm

Guarda da vicino e vedrai che i risultati si sono completamente separati dalla pressione dell'aria e le diverse gomme di larghezza sono diventate quasi identiche tra loro quando alla stessa pressione.  Sembrerebbe che per questo piccolo raggio, la dimensione del pneumatico sia di scarso fattore rispetto alla pressione dell'aria.

Allora cosa è successo per guidare questo?  Sembrerebbe che i cambiamenti nella pressione dell'aria stiano facendo differenze simili agli studi precedenti, ma la larghezza dei pneumatici non contribuisce allo stesso modo.  C'è di più da imparare qui di sicuro, ma a questo punto sembra che per i dossi più piccoli del diametro del pneumatico, la forma e le dimensioni del bump stanno guidando la rigidità più della larghezza effettiva del pneumatico stesso.

Si prega di consultare il post-script su questo documento sul perché crediamo che questo sia vero, ma mantenendolo semplice in base ai dati che abbiamo visto qui, sembra certamente che le gomme più larghe sono altrettanto buone o meglio nell'assorbimento di piccoli dossi e imperfezioni che pneumatici più stretti alla stessa pressione.  Questo non è certamente il risultato atteso dello studio come l'abbiamo pianificato quando abbiamo iniziato, ma sicuramente è affascinante !!

Convertirlo in rigidità verticale

Fino a questo punto, abbiamo usato la frase "rigidità" per spiegare questi grafici che sono in realtà grafici di spostamento della forza.  La rigidità è effettivamente definita dalla pendenza della linea nel grafico, ma aggiungendo che ha reso i grafici ancora più disordinati e più difficili da leggere!  Di seguito sono riportati i valori di rigidità calcolati effettivi da questi test.  Questi valori diventeranno importanti nella parte 3 in cui esaminiamo come la rigidità dei pneumatici influisce sulla qualità di guida dell'intero sistema di biciclette.

 

 

Rigidità verticale di 3 pneumatici e 3 pressioni contro 3 geometrie di superficie

Riepilogo e raccomandazioni

Quello che possiamo dire è che tutte quelle persone che sentono le loro gomme più grandi sono più comode, potresti avere ragione per i dossi più piccoli del raggio di 8 mm ... non potremmo misurarlo, quindi è difficile da sapere, ma per i raggi più grandi, tu sono meglio abbassare un po 'la pressione dell'aria per sfruttare veramente le larghezze dei pneumatici più grandi.

L'aspetto più eccitante di questo studio è che ha iniziato a indicarci nella direzione di quanta pressione abbiamo bisogno di perdere con la larghezza dei pneumatici, e ancora meglio suggerisce che mentre quella pressione più bassa fornirà un comfort di guida simile sulla maggior parte delle superfici, Probabilmente migliorerà il comfort su piccoli dossi.  

La nostra raccomandazione è che si riduce la pressione dei pneumatici del 2-3% per ogni millimetro di aumento della larghezza dei pneumatici. Ciò garantirà una conformità simile sulla maggior parte delle superfici, fornendo al contempo una migliore conformità su piccoli dossi e bordi.  Mantenere un registro degli esperimenti di pressione ti aiuterà a decidere quali pressioni sono in definitiva più comode ed efficienti per le superfici di peso e strada.  Questo sarà importante sapere mentre iniziamo a discutere di resistenza al rotolamento e aerodinamica.

La nostra prossima discussione sulla tecnologia del martedì coprirà il comfort e la conformità e il modo in cui la pressione e la rigidità dei pneumatici influiscono sull'intero sistema di biciclette.

Post-script

Devo dire che a questo punto, certamente non abbiamo le risposte per le domande presentate da questi dati, ma la consideriamo una teoria ragionevole che sta accadendo qualcosa nell'interfaccia tra il piccolo incudine e lo pneumatico che è Aggiunta di apparente rigidità ai dati di pneumatici di larghezza più piccoli.  Questo potrebbe essere il risultato della rigidità dell'involucro, della distorsione localizzata, dell'attrito superficiale o di altri fattori.  Chiaramente c'è più lavoro da fare su questo.

Inoltre, ai fini di questo studio, stiamo solo mostrando la forza a 0 e 15 mm di spostamento.  Questo è in parte per mantenere i dati puliti, ma anche per semplificare la lettura del grafico.  Abbiamo scoperto per ogni test che i primi millimetri di spostamento non erano lineari e quindi i grafici sarebbero diventati più o meno lineari.  Per motivi di mantenere la nostra sanità mentale con i dati, abbiamo scelto di supporre che le curve siano completamente lineari.  Tuttavia, con l'incudine da 8 mm, i dati hanno mostrato una sezione non lineare più ampia, quindi ciò è probabilmente dovuto alle deflessioni e alle deformazioni localizzate relativamente estreme richieste all'interno del pneumatico a questi grandi spostamenti.  

15 mm è stato scelto come punto dati di deflessione per garantire che nessuna delle gomme stesse iniziando a fondo sul bordo.  Port di 15 mm, i dati di forza per i pneumatici da 23 mm iniziano a piegarsi verso l'alto man mano che le deflessioni di involucro diventano estreme e quindi i materiali a tubo interno vengono pizzicati all'interno del sistema.  L'assunzione di dati di rigidità dalla deflessione di 0-15 mm ha assicurato che i dati di forza rappresentassero l'effetto della rigidità dell'involucro e solo della molla d'aria.