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2015-09-23

登山車輪組的奧妙

圖:莫名 文:費工信

登山車之所以好玩,除了行程精彩刺激之外,零件的多樣化與可升級改裝的空間超多,讓“玩零件“也成為很大的樂趣,雖然一部單車的所有組件都可以更換升級,但是輪組的更換是影響騎乘感受或效率最大;也最直接的部份。
在登山車的所有零組件當中,輪組應該是與騎乘效率最有直接關連,但同時又最容易被騎士們忽略的一部分。輪組是除了輪胎之外,最直接與地面接觸的關鍵組件,也是將雙腿的踩踏力量傳送到地面的最終程序。與避震器、車架、或者煞車等零件相比,輪組乍看起來似乎幾十年都沒有太多的變化,各家的產品也幾乎都是一個樣子。表面上是如此,但輪組箇中的演進與巧妙之處,是僅憑肉眼所難以判別的,要找到輪組的關鍵特點與選擇的標準,看看以下的報導,馬上就讓你一目了然喔。

輪組的重要性

單車的踩踏與前進動力百分之百來自於人的體能,力量由腿部經過鞋底、踏板、曲柄、齒盤、鍊條、飛輪,再經由花鼓以及鋼絲或幅條傳達到輪圈與外胎,然後透過外胎與地面之間的摩擦力來將車輛往前帶動。這一連串的力量傳導過程當中,除了講求摩擦力的外胎之外,最後的一個導體便是輪組,也是將雙腿的踩踏力完整轉換為迴旋力量的關鍵組件。在這一連串的力量傳導過程當中,踩踏力難免會因為機械間的摩擦力或者咬合密度的差異而有所流失,能夠傳遞到輪組上的力量便顯得格外的珍貴,要能將踩踏力量完整的反饋到路面之上,便是輪組最重要的表現性能之一。
一對好的輪組不但可以完整的將踩踏力量傳達到地面,同時還能提供均衡而且適當的轉動慣性,強化騎士雙腿的效率。而在另一方面,登山車所面對的地形包羅萬象,輪組還需要有著一定程度的吸震能力與強度,不但要能夠在第一時間先吸收一部分地面傳來的震動力,同時也要有著相對的耐用度。理想的登山車輪組,應該要能夠兼顧以上這幾種特點,不過實際上要生產出各種環境下都完美的輪組可是相當不容易,應該還要搭配個人的騎乘習慣以及主要的騎乘地形,最適合自己騎乘形態的才是最好的輪組。

肉眼看不出的特點—剛性與慣性

決定登山車輪組關鍵的特性有二,分別是剛性與慣性,剛性的好壞關係到踩踏力量的傳導,同時也決定輪組的強度與重量;而慣性則是關係輪組轉動力量的延續性,完全偏向剛性與偏向慣性的輪組都不適合登山車的騎乘,二種特性必須要均衡的協調,才能成為一組理想的登山車輪組。

一、剛性

一般來說,輪組的剛性愈好,傳導力量的效率就愈高。理論上來說,完全沒有鋼絲或者幅條,如同碟盤一般的輪組應該有著最好的力量傳導效率,因為傳導力量不會由於鋼絲的彎曲而受到耗損。不過這種輪組相對也會產生非常大的側風阻力,對於登山車的騎乘相當的不利,幾乎只能用於室內的場地賽。而除了剛性之外,登山車由於必須要面對各種不同的騎乘地形,輪胎的轉動慣性同樣也需要水準之上的表現。
傳導力效率好之外,輪組的剛性還關係到吸震力與耐用度。剛性太強的時候,輪組反而會缺少吸震力,轉而讓如車架、齒盤、把手等車輛的其他零件,甚至是騎士本人承受過多的力量。另一方面,剛性多半也與重量成正比,如何兼顧輪組的合理重量與剛性,就成了輪組性能的最大考慮點之一。

二、慣性

除了輪組要夠輕也夠強之外,由於登山車在行駛的時候,必須面對各種不同的地形、上坡、下坡、碎石或者岩面等等包羅萬象,輪組的慣性也相對的更顯重要。光是說「慣性」這二個字,可能沒有幾個讀者可以搞得懂背後代表的意義,簡單的說,所謂的慣性就是一種物理現象,意即是物體在受到力量而開始移動之後,可以持續動能的時間長短。理論上來說,物體轉動的慣性公式=質量乘以轉動半徑的平方(I=M*R2);也就是說輪組的重量愈重,半徑越大,轉動的慣性也就更好。不過重量重的物體,相對的要讓它開始轉動的力量也就需要愈大。舉個簡單的例子來看,想像一個空的圓筒與裝滿水的圓筒,以公式來說裝滿水的圓筒在受力之後轉動的慣性一定會比空圓筒來的好,但是相對的要推動圓筒的力量也要大上許多。運用在登山車的輪組上,慣性好的輪組在平地可能還能相對容易的踩踏,一旦上了爬坡之後,多餘的重量就會變成雙腳下的累贅,輕量與慣性間的平衡就成了最關鍵的重點了。

輪組的主要組件

輪組雖然幾十年來的形狀都幾乎一個樣子,但是不代表其中的技術以及性能便沒有改進。撇開特別講求空氣力學以及慣性的公路車或者場地車不說,登山車使用的輪組最重要的性能表現,應該就集中在慣性與剛性這二者之上。二種特性對於輪組來說都是不可少的關鍵表現,不過除非親自騎上每組輪組狠狠地踩踏一番,或者是送到實驗室檢驗,否則輪組的剛性與慣性可是光憑肉眼可看不出來的。決定輪組的性能,主要可以從花鼓、鋼絲/幅條,以及輪圈等三個部分來看。這三種零件各有所長,同時也決定了一組輪組的性能表現。

一、花鼓

輪組中的核心就是花鼓與棘輪,經由鏈條與飛輪傳導而來的力量,直接地導入花鼓之上。整個輪組當中,花鼓是最關鍵的核心零件,不但要提供完全密合的力量傳導,同時也要兼顧平滑又幾乎無阻力的順暢度。在當踏板往前踩踏的時後,花鼓內的棘輪要能夠緊密的咬合,完整的將踩踏的力量傳導至輪胎之上。另一方面當騎乘者停止踩踏時,棘輪內的簧片又要能夠瞬時的將齒輪放開,提供幾乎百分百的無阻力順暢度,讓輪組的慣性可以更有效率的持續。

二、幅條/鋼絲

輪組中的幅條或鋼絲是力量傳導與支撐的關鍵結構,整個輪組的剛性也多半與鋼絲有著密不可分的關係。簡單來說,幅條/鋼絲在輪組中的作用,便有如壁震器在車輛上的功用。以標準26吋的輪圈來說,幅條/鋼絲愈長便表示著輪圈與花鼓的體積愈小,相對的重量會減輕,不過強度也回同時的減弱,因為幅條/鋼絲的「彈性」會抵銷掉不少的踩踏力量。而且幅條/鋼絲愈長的輪組,側向的剛性也就相對的較弱,對於登山車的騎乘特性來說,反而會降低不少輪組的耐用度。另外一方面,如果縮短了幅條/鋼絲的長度,雖然會增加輪組的力量傳導效率與剛性,但相對的也要增加輪圈與花鼓的體積大小,重量上自然會增加。
另外一方面,幅條/鋼絲的編織方法與數量也會影響到輪組的強度,傳統的編織法固然有著不錯的耐用度,但同時重量也相對的增加;在花鼓與輪圈中採取直拉的方式,雖然可以節省下不少的重量,不過在維修時可就相對的繁複,零件取得也不如傳統的鋼絲方便。

三、輪圈

整個輪組當中,輪圈的功能應該是最單純也最簡單的,就是維持固定的強度與一定的輕量化。姑且不論V煞或者碟煞輪圈的分別,輪圈是輪胎之外最直接承受地面震動力的零件,強度是唯一的考慮重點。不過光是有了強度還不夠,同時還要能顧及輪圈的合理重量。以目前市場的主流輪圈設計來看,過去是以ㄇ字型的結構居多,如今則多半是採取倒A字型的剖面結構,不但可以增加輪組的「厚度」,間接縮短鋼絲的長度與增加慣性,同時也可以強化輪組的強度。而「A」字型的中空部分,則可以相對的減輕不少輪圈的重量。加上採用了CNC的切削製造方式,一體成形的強度比沖壓的強度更高,同樣也能增加輪圈的強度與重量上的輕量化

如何選擇輪組

在所有的登山車零組件當中,輪組的選擇性可能僅次於避震器。不過不像避震器可以有明顯又簡單的避震行程與重量可做參考,輪組可是得由好幾個不同的標準來看,交叉比對之後才能找出真正適合自己的選擇。

一、重量

這是在選擇輪組上最優先也最明顯的標準,輪組的重量不但關係到騎乘的表現,也關係到整體的強度甚至價格。一般來說,正常長距離越野XC用輪組,前後輪的重量多半在1.3公斤上下。而適合飛躍、下坡等激烈騎乘的輪組,則多半在2公斤左右。而重量上的差異除了關係到車輛整體的輕量化表現之外,同時也與必須考慮自身的騎乘習慣。在強度上,一般市售的輪組,強度已多半足敷供大多數登山車騎乘使用,除非是專門用來下坡或者比賽使用的輪組,才需特別考慮強化版的產品。

二、順暢度

輪組內花鼓的順暢度是最難一眼判定的標準,由於騎乘時會受到鍊條、變速器、甚至大齒盤等等不同零件的「干擾」,要區隔出絕對的花鼓順暢度幾乎不可能。這時後除了以自身的經驗來做判斷之外,還必須多加詢問與蒐集其他使用者的意見。雖然登山車不如公路車講究,但順暢度好的輪組,相對的耐用度也會增加,連帶的也降低了維修的成本與時間。

三、價格

一套登山車輪組的價格,應該是許多讀者選擇輪組的最重要考量之一。以市售的輪組來說,從5000到3萬以上都有,更貴的單是花鼓就有超過3萬元的產品,這中間的差異其實說穿了就是輕量化的程度。同樣強度但是重量愈輕的,相對的也就價格愈貴。在選擇這些輪組的時後,除了要考慮自己的荷包之外,對於輕量化的需求也是另一個重點。如果只是一般的休閒騎乘,那麼價格相對平價的輪組便足敷使用。如果是想要挑戰自我的極限,要考驗耐力與技術的話,那輪組的性能可就是第一優先,相對的也就要準備多一點的銀兩囉。

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