Latar Belakang

Dalam dunia sepeda motorcross, juga dikenal sebagai balap BMX , gearing adalah topik hangat yang diperdebatkan.

Karena semua sepeda kecepatan tunggal, rasio roda gigi adalah angka tetap yang didefinisikan sebagai chainwheel / cog(roda depan dibagi dengan roda belakang). Mengubah rasio gigi Anda dipahami sebagai tradeoff yang langsung terlihat antara akselerasi dan kecepatan top-end.

Berikut adalah serangkaian rasio roda gigi umum:

╔════════════╦═════╦════════╗
║ Chainwheel ║ Cog ║ Ratio  ║
╠════════════╬═════╬════════╣
║         43 ║  16 ║ 2.6875 ║
║         41 ║  15 ║ 2.7333 ║
║         44 ║  16 ║ 2.75   ║
╚════════════╩═════╩════════╝

Pada 2012, sebuah perusahaan bernama Rennen Design Group menciptakan inovasi terobosan yang disebut "desimal gearing" . Klaimnya adalah bahwa melalui manipulasi profil gigi dan diameter cincin, rasio gigi di antara dapat dibuat - misalnya:

╔════════════╦═════╦════════╗
║ Chainwheel ║ Cog ║ Ratio  ║
╠════════════╬═════╬════════╣
║ 43         ║  16 ║ 2.6875 ║
║ 45.7       ║  17 ║ 2.6882 ║
║ 37.7       ║  14 ║ 2.6929 ║
║ 43.1       ║  16 ║ 2.6938 ║
║ 41         ║  15 ║ 2.7333 ║
║ 41.1       ║  15 ║ 2.74   ║
║ 52.2       ║  19 ║ 2.7473 ║
║ 44         ║  16 ║ 2.75   ║
║ 44.2       ║  16 ║ 2.7625 ║
╚════════════╩═════╩════════╝

Catatan: Tabel tidak lengkap.

Misalnya - 44,2 gigi sebenarnya hanya memiliki 44 gigi, tetapi jarak gigi, profil gigi, dan diameter rantai roda seharusnya dimanipulasi untuk membuat gigi yang lebih besar.

Di dunia balap BMX, keberadaan rasio gir di sela seperti ini benar-benar Kesepakatan Besar. Karena orang di belakang Rennen memiliki gelar Master dari MIT - dan karena sebagian besar BMXers lebih suka melakukan lompatan daripada melakukan matematika atau mengukur sesuatu - tidak ada yang pernah benar-benar memeriksa apakah ini valid atau tidak. Beberapa pertanyaan telah lama ditanyakan di sudut-sudut berdebu forum BMX, tetapi metode pengujian tidak mengontrol dengan baik untuk semua variabel dan utas turun ke sekelompok serangan pemanggilan nama dan ad-hominem.

Pertanyaan Aktual

Apakah ini mungkin secara fisik?

Saya memahami "rasio roda gigi" yang didefinisikan sebagai:

Untuk rasio roda gigi yang diberikan x / y, satu putaran roda gigi dengan xgigi akan menghasilkan x / yrotasi roda gigi dengan ygigi.

Untuk rasio gigi 44/16, satu putaran penuh dari 44 gigi (chainwheel) harus menghasilkan 2,75 rotasi dari 16 gigi (gigi).

Jadi untuk "rasio desimal" 44,2 / 16, satu putaran penuh dari gigi 44,2 (yang lagi - hanya memiliki 44 gigi) seharusnya menghasilkan 2,7625 rotasi dari 16 gigi.

Pemesanan terbesar saya adalah kenyataan bahwa drivetrain yang digerakkan oleh rantai adalah DRIVETRAIN WAKTU. Tidak peduli seberapa besar atau kecil Anda membuat gigi pada chainwheel, jika cocok dengan rantai, mereka hanya akan mendorong banyak link melalui per rotasi seperti chainwheel memiliki gigi.

Untuk roda gigi rantai 44,2 yang sebenarnya, orang akan berharap bahwa 442 link didorong melalui lebih dari 10 putaran penuh rantai roda - tetapi bukan itu masalahnya. Hanya 440 tautan yang dapat didorong ke gigi karena hanya 44 tautan yang didorong melalui per putaran penuh rantai roda. Saya benar-benar menghabiskan seluruh sore saya kemarin untuk mengambil video dan menghitung tautan serta pengukuran.

Tapi aku bukan ilmuwan. Saya sekolah tinggi bahkan tidak menawarkan kursus fisika. Saya hanya pembalap yang berlatih sangat keras dan tahu bagaimana melakukan matematika dasar.

Jika ini adalah sistem yang digerakkan oleh sabuk, saya akan sepenuhnya memahami bagaimana manipulasi diameter chainwheel akan mengubah rasio efektif - tetapi ternyata tidak. Ini adalah drivetrain waktunya, dibatasi oleh dimensi fisik rantai.

Saya memiliki beberapa ratus dolar dan bulan pelatihan dan metrik diinvestasikan dalam roda rantai bodoh ini. Jika seseorang dapat mengkonfirmasi atau menyangkal teori saya, saya akan sangat menghargainya. Saya hanya ingin penutupan.

Berikut adalah foto gigi dari 41 chainwheel gigi di atas gigi dari chainwheel gigi 41.2 - keduanya adalah gigi Rennen:

Inilah 41t di atas 41.2t:

Inilah 41.2t di atas 41t, dari belakang:

Saya menduga bahwa jawaban untuk ini adalah bahwa, pada akhirnya rasio roda gigi berasal dari rasio diameter roda gigi daripada jumlah gigi, meskipun dalam sebagian besar keadaan, kepraktisan menentukan bahwa mereka proporsional.

Katakanlah Anda memiliki 10 gigi roda dan roda gigi 40 gigi. Cukup sederhana untuk membayangkan bahwa Anda dapat menghapus setiap gigi lain dari roda 40 gigi sambil menjaga diameter tetap sama dan mempertahankan rasio gigi yang sama persis. Demikian pula Anda dapat memiliki roda tanpa roda sepenuhnya (mengesampingkan masalah selip) mengendarai rantai yang menggerakkan roda gigi diarahkan.

Dengan pikiran ini, kecurigaan saya adalah bahwa apa yang telah mereka lakukan adalah meningkatkan diameter roda gigi sedikit tetapi mempertahankan jumlah gigi yang sama dengan melonggarkannya sedikit lebih banyak dan bahwa ada cukup toleransi di seluruh sistem untuk lolos begitu saja. Bahkan mungkin jarak gigi tidak identik.

Ini menyiratkan bahwa sering kali rantai berantai dilewati dan juga bahwa hanya sebagian kecil gigi yang terlibat langsung dengan rantai pada suatu waktu

Selama ada kemungkinan geometri yang menghindari tabrakan antara gigi dan pin rantai, saya pikir itu harus bekerja.

Lebih banyak pemikiran

Juga terpikir oleh saya bahwa mungkin saja roda gigi itu sedikit elips; yaitu, ia memiliki keliling yang sama dengan gigi konvensional tetapi sedikit terjepit dalam satu sumbu. Saya awalnya menolak ini karena tidak akan memberikan jatah konstan, tetapi juga terpikir oleh saya bahwa input torsi ke sepeda engkol tidak sepenuhnya konstan, jadi mungkin tidak masalah dan tampaknya chainrings elips atau non-melingkar adalah hal .

Saya telah menyebutkan beberapa kali dalam komentar bahwa hubungan antara jumlah gigi dan rasio gigi tidak mutlak jika pitch gigi tidak konsisten. Walaupun biasanya diinginkan untuk menyambungkan gigi / rantai untuk menjaga pitch dan profil yang konstan, tidak ada prinsip dasar yang mengikat gigi N dengan diameter tertentu dan rasio diameter yang pada akhirnya menentukan rasio roda gigi, karena hal ini ditentukan oleh hubungan. antara momen, torsi dan kecepatan sudut. Bukti sepele dari ini adalah bahwa Anda dapat menghapus jumlah gigi yang berubah-ubah dari gigi tertentu dan masih akan memberikan rasio torsi yang sama (asalkan tidak tergelincir).

Dengan pemikiran ini, tampaknya masuk akal bahwa Anda dapat mencapai perubahan rasio fraksi kecil dengan meningkatkan diameter efektif dan mempertahankan jumlah gigi yang sama selama toleransi dalam sistem mengizinkannya.

Untuk menggambarkan hal ini, pertimbangkan roda gigi D1 berdiameter besar dengan satu penyambungan gigi dengan roda gigi D2 melalui rantai. Dalam hal ini jelas bahwa sistem ini berperilaku sebagai katrol nol slip dan Anda dapat mengubah ukuran D1 untuk mendapatkan rasio apa pun (D1 / D2) yang Anda inginkan selama gigi tunggal bergerak dalam rantai (katakanlah antara 12 jam dan jam 6).

Perbandingan gigi

Ini adalah sistem penggerak Roller Chain , dan karena itu merupakan sistem berjangka waktu. Rasio antara dua bagian yang terhubung sepenuhnya tergantung pada jumlah gigi di kedua ujungnya.

Bahkan jika Anda mengubah diameter akar masing-masing gigi sehingga rantai bisa duduk lebih tinggi atau lebih rendah, pada akhir 1.000 putaran rantai akan memindahkan jumlah yang sama pada gigi dengan jumlah gigi yang sama dengan gigi yang diubah, terlepas dari diameter akar, atau profil gigi. Selama rantai diaktifkan dan tidak melewatkan tautan, maka rasio roda gigi sama dengan gigi lainnya dengan jumlah gigi yang sama.

Jika Anda mengambil gigi 41t "normal" Anda dan memutarnya 10 kali, itu akan memindahkan jumlah rantai yang sama (ke dalam toleransi untuk roda gigi dan rantai) seperti gigi 41t yang dimodifikasi.

Jika toleransi memungkinkan rantai untuk duduk lebih tinggi atau lebih rendah di gigi dan "memodifikasi" diameter, kenyataannya adalah bahwa jumlah rantai yang sama akan dipindahkan, tetapi Anda akan mengalami lebih banyak suara ketika rantai berderak (longgar) atau berderit (kencang) di sekitar gigi yang dimodifikasi.

Jadi, rasio roda gigi antara pedal dan roda tidak berubah. Jika demikian, apa yang berubah?

Rasio torsi

Jika profil gigi dimodifikasi sehingga sedikit longgar, maka rantai akan mulai terlepas karena ketegangan, dan menarik diri sedikit keluar dari gigi sedikit ketika mendekati bagian atas gigi dalam perjalanan maju ke pedal.

Ini berarti bahwa transfer torsi ke roda gigi sebenarnya sedikit lebih jauh dari pusat roda gigi, yang memberikan torsi lebih banyak mengingat tegangan rantai yang sama dengan roda gigi yang sebanding yang bergerak penuh.

Ini mengurangi seberapa baik rantai terlibat dalam roda gigi, dan meningkatkan keausan rantai dan gigi. Ini mungkin merupakan tradeoff yang dapat diterima jika torsi ditingkatkan.

Perlu diingat bahwa roda gigi ini digunakan pada kecepatan yang relatif rendah, dan torsi lebih penting daripada rasio roda gigi. Bahkan, untuk bersepeda gunung, Anda mungkin mengatakan rasio torsi lebih penting daripada rasio roda gigi.

Jadi, jika roda gigi dirancang untuk mendorong rantai menjauh dari pusat roda gigi saat mendekati bagian atas, dan dengan demikian meningkatkan rasio torsi, maka klaim ini dimungkinkan, dan efeknya harus dapat diukur.

Pengujian

Letakkan skala 200 lb pada pedal dan ikat beban yang sangat berat ke tali luka di sekitar tepi kemudi. Anda harus menemukan bahwa satu cincin menghasilkan transfer torsi yang lebih tinggi atau lebih rendah. Perhatikan bahwa jika Anda melakukan ini dengan beban yang lebih ringan, ketegangan pada rantai mungkin tidak cukup untuk menarik rantai ke atas lereng yang dirancang ke roda gigi yang menarik rantai menjauh dari pusat roda gigi.

Gigi "44,2 gigi" masih hanya dapat mendorong 44 mata rantai per putaran, yang mendorong 16 gigi sekitar 2,75 kali. Tidak ada jalan keluarnya.

Saya pikir itu adalah pertanyaan yang membuat kepala semua orang merokok. Jadi saya membuat visualisasi.

Di sini kita memiliki gigi kecil dengan diameter 40px dan 4 roda gigi dan gigi besar dengan diameter 80px dan 8 roda gigi, masing-masing. Rantai ditunjukkan oleh titik-titik merah dan sangat pas di roda gigi. Seperti yang bisa diduga, rantai penghubung diambil di bagian atas roda gigi dan dilepaskan di bagian bawah.

Dalam gambar kedua, saya meningkatkan diameter gigi yang lebih besar menjadi 90px, tetapi masih hanya memiliki 8 roda gigi (saya menyebutnya rasio 8,9999 / 4). Seperti yang Anda lihat, saya harus memindahkan gigi lebih dekat bersama-sama untuk menyesuaikan keliling yang lebih besar (dengan peningkatan yang kurang signifikan, mulai dari 41 menjadi 41,2, rantai mungkin hanya duduk sedikit lebih erat).

Jadi, apakah peningkatan radius berarti bahwa gigi yang lebih kecil bergerak lebih cepat? Saya akan mengatakan: Tidak.
Seperti yang Anda lihat pada gambar kedua, rantai hanya memegang pegangan di bagian paling bawah roda gigi. Roda gigi bergerak lebih cepat daripada rantai, yang berarti roda gigi terselip di bawah rantai.

Beberapa jawaban lain menyarankan bahwa pengaturan ini dapat menyebabkan torsi yang lebih tinggi. Namun, saya rasa tidak.

$W = \tau\phi$$\phi$$\tau$

Edit:

Dalam pengaturan ini, rantai hanya menggenggam di bagian atas rantai roda (gigi lebih besar); Saya sudah memverifikasi ini secara visual. Rol lainnya melayang di antara gigi saat Anda melanjutkan gigi.

Jika kita perhatikan gambar-gambar Anda dengan cermat, kita dapat melihat bahwa roda-roda gigi tersebut sangat berdekatan sehingga saya curiga kaitan rantai tersebut sangat cocok di antaranya. Menjelang puncak, roda gigi menjadi lebih ramping. Hal ini dapat menyebabkan tautan rantai yang ketat meluncur ke atas dan menjadi lebih longgar.

Ini ilustrasi lain (sekali lagi, saya sangat melebih-lebihkan efeknya):

Interpretasi saya terhadap gambar closeup seperti yang disediakan oleh kivetros adalah bahwa gigi itu sendiri lebih lebar atau lebih sempit di bagian atas, dan tingkat di mana gigi melebar ke "bawah" dari setiap interval mengontrol seberapa jauh ke arah sumbu chaing tautan dapat jatuh. Jadi yang Anda dapatkan adalah gigi yang menjaga jarak tautan tetapi yang memungkinkan rantai jatuh ke jari-jari tertentu pada rantai roda. Dengan cara ini, jarak tautan dipertahankan agar tidak merusak rantai, tetapi diameter operasional aktual dikontrol hingga setara dengan gigi fraksional.

Ini mengasumsikan, saya kira, bahwa semua roda rantai "normal" memiliki kedalaman gigi standar.

Artikel ini memberikan lebih banyak detail.

Mengubah rasio roda gigi Anda dipahami sebagai tradeoff yang langsung terlihat antara akselerasi dan kecepatan top-end

Secara umum ini benar.

Namun, seperti yang saya katakan di komentar, Anda menggabungkan dua hal di bawah judul rasio gigi yang nyaman.

kecepatan top-end

dibatasi oleh pengembangan: ketika Anda berputar pada rpm maksimum Anda (dari engkol), rasio gigi - ditambah dengan roda + lingkar ban - memberi tahu Anda seberapa cepat Anda pergi.

Namun, setidaknya pada kecepatan rendah,

percepatan

dibatasi oleh seberapa banyak kekuatan yang dapat Anda berikan melalui sejumlah kecil gigi pada kurang dari satu revolusi keseluruhan. Ini dibatasi oleh keunggulan mekanis dari sistem crank-> chainring-> sproket-> roda / ban. Anda memiliki 4 jari-jari efektif yang berbeda yang mempengaruhi leverage di sana, dan jika panjang engkol mengubahnya (yang memang), saya tidak melihat mengapa radius chainring tidak seharusnya juga.

Sekarang saya tidak tahu apakah membiarkan jumlah dan radius gigi menyimpang seperti ini benar-benar berfungsi, bekerja dengan baik, atau memiliki kelemahan lainnya. Sepertinya itu akan menjadi efek yang cukup kecil jika berhasil.

Agar adil, itu juga menyesatkan untuk memberikan jumlah gigi fraksional, karena mendorong penggabungan ini: bahwa 44,2 adalah seperti yang Anda katakan persis seperti cincin 44-gigi untuk tujuan kecepatan tertinggi, tetapi memberikan (atau menyiratkan) sedikit lebih banyak leverage untuk akselerasi. Pengukuran pengembangan Anda (tautan rantai bergerak per revolusi) tidak membahas hal ini.

@ Chris Johns menjawab 'cukup banyak paku itu, meskipun saya akan menambahkan dua sen saya juga. Rupanya, di dunia balap BMX perbedaan antara roda gigi 44 dan roda gigi 45 cukup besar sehingga ada permintaan untuk rasio menengah.
Singkat membuat rantai baru dengan jarak tautan yang berbeda, saya pikir satu-satunya cara untuk melakukan ini adalah dengan memanfaatkan toleransi mekanik dalam jarak tautan untuk membuat pola gigi yang tidak selaras sempurna dengan tautan. Saya kira gigi Rennen berjarak agak lebih jauh dari biasanya (untuk meningkatkan diameter sproket), tetapi kemampuan rantai dan kaitannya untuk meregang sedikit memungkinkan. Sekitar separuh gigi pada sproket harus dipasang kapan saja, jadi Anda sebarkan ketidakcocokan antara gigi dan tautan dengan jarak lebih dari 22 gigi.

Dengan membuat keseluruhan gigi sedikit lebih kecil sambil menjaga jumlah gigi yang sama, mereka memberi Anda sedikit lebih banyak torsi, dengan rasio yang sama.

Namun, ini terlihat sedikit berbahaya, seolah-olah jarak antar gigi lebih pendek dari jarak antar tautan, maka hanya gigi terakhir yang terhubung ke tautan yang benar-benar terhubung. Ini juga berarti bahwa gigi mulai menarik sedikit lebih awal.

Di sisi lain, dengan membuat gigi lebih besar, hanya gigi pertama yang terhubung yang benar-benar menarik, torsi sedikit lebih rendah, dan jenis rantai jatuh pada gigi berikutnya ketika tautan yang terhubung meninggalkan gigi.

Pertanyaan yang sangat menarik!

Saya pikir apa yang telah dilakukan di sini umumnya dikenal sebagai Gear Profile Shift .

Prosedur ini mengubah profil gigi dan diameter nada kerja gigi.

Artikel ini memberikan informasi tentang pergeseran profil, dan artikel ¹ ini adalah referensi teknis tentang roda gigi.

¹ _{Peringatan, panduan roda gigi berukuran 13 MB.}

Edit:

Sesuatu yang lain: Kedengarannya seperti Anda melakukan balap BMX pada tingkat yang sangat profesional, jadi saya menganggap Anda sudah melakukan itu - masih, saya harus bertanya:

Ketika Anda menguji roda desimal baru, apakah Anda mengganti semua komponen transmisi lainnya (poros dan rantai hub belakang) dengan suku cadang baru juga?

Karena rantai sepeda bekas menjadi terentang secara permanen, dan karenanya memiliki nada yang lebih besar, sehingga tidak cocok dengan rantai roda yang baik.

Mungkinkah chainwheel sepeda memiliki jumlah gigi fraksional?

TLDR: Ya, tetapi mereka tidak cocok untuk BMX.

Memperluas chainwheels dapat memberikan transmisi variabel terus menerus. Mereka telah ditemukan kembali beberapa kali selama bertahun-tahun. Contoh terbaru adalah Transmisi Sepeda Wavetrans. Rasio disesuaikan dengan menggerakkan segmen roda gigi secara radial pada media pembawa. Rasio efektif non-integer terjadi ketika sektor yang terpisah memiliki panjang efektif fraksional. Tensioner rantai diperlukan untuk mengambil kendur karena rasionya bervariasi.

Sistem ini belum menjadi sukses komersial selama bertahun-tahun karena derallieur dan hub gear terbukti lebih efektif.

Ulasan adalah: http://bikeretrogrouch.blogspot.co.uk/2016/01/new-is-old-again-expanding-chainring.html

Sebuah pemikiran: Jika gearing sangat penting untuk disiplin dan biaya tidak penting maka memiliki berbagai roda belakang / ban dengan diameter yang sedikit berbeda akan memberikan progres gigi menengah, karena akan sedikit memvariasikan tekanan ban.