Opona rowerowa - Bicycle tire

Opona rowerowa Clincher montowana na kole
Przekrój opony drążonej z warstwą zapobiegającą przebiciom (w kolorze niebieskim) między karkasem a bieżnikiem
Dętka zwinięta do przechowywania lub przewożenia jako zapasowa

Opon rowerowych to opona , która mieści się na kole z rowerem lub podobnego pojazdu. Opony te mogą być również używane w rowerach trójkołowych, wózkach inwalidzkich i motocyklach ręcznych , często do wyścigów . Opony rowerowe stanowią ważne źródło zawieszenia , generują siły boczne niezbędne do wyważania i skręcania oraz generują siły wzdłużne niezbędne do napędu i hamowania . Chociaż zastosowanie opony pneumatycznej znacznie zmniejsza opory toczenia w porównaniu z zastosowaniem koła sztywnego lub opony pełnej, opony są nadal zwykle drugim największym źródłem zużycia energii na równej drodze , po oporze wiatru (opór powietrza) . Nowoczesna zdejmowana pneumatyczna opona rowerowa przyczyniła się do popularności i ostatecznej dominacji roweru bezpieczeństwa .

Opony rowerowe są również wykorzystywane na rowerów jednokołowych , trzykołowe , quady , tandem , cykli ręcznych, przyczepka rowerowa , a rowery przyczepy .

Historia

New Mail Ladies Safety rower , około 1891 roku, z oponami z pełnej gumy
Dętkowa opona klinkierowa z dętką wystającą między oponą a felgą
Rurkowa opona zwinięta z felgi, aby pokazać klej między nimi
Schemat przekroju Clincher z 1: obręcz, 2: taśma na obręcz, 3: powierzchnia hamowania obręczy, 4: rdzeń stopki, 5: dętka, 6: karkas, 7: bieżnik

Pierwszymi rowerowymi „oponami” były żelazne opaski na drewnianych kołach welocypedów . Po nich pojawiły się opony z pełnej gumy na pensach . Pierwszy patent na „gumowane koła” został przyznany Clémentowi Aderowi w 1868 roku. Próbując zmiękczyć jazdę, wypróbowano również gumowe opony z pustym rdzeniem.

Pierwsza praktyczna opona pneumatyczna została wyprodukowana przez Johna Boyda Dunlopa w 1887 roku dla roweru jego syna , aby zapobiec bólom głowy, które jego syn miał podczas jazdy po nierównych drogach. (Patent Dunlopa został później uznany za nieważny z powodu wcześniejszego stanu wiedzy przez innego Szkota, Roberta Williama Thomsona ). Dunlopowi przypisuje się „zdanie sobie sprawy, że guma może wytrzymać zużycie opony, zachowując przy tym swoją sprężystość”. Doprowadziło to do założenia firmy Dunlop Pneumatic Tire Co. Ltd w 1889 roku. Do 1890 roku firma zaczęła dodawać twardą warstwę płótna do gumy, aby zmniejszyć przebicia. Kierowcy szybko przyjęli oponę pneumatyczną ze względu na zwiększenie prędkości, jaką umożliwiała.

Wreszcie zdejmowaną oponę wprowadził w 1891 roku Édouard Michelin . Trzymano go na obręczy za pomocą zacisków zamiast kleju i można go było zdjąć, aby wymienić lub załatać oddzielną dętkę.

Mocowanie do obręczy

Opracowano trzy główne techniki mocowania opony rowerowej do obręczy rowerowej : klinczowe , przewodowe i dętkowe . Clinchery pierwotnie nie miały drutu w stopkach, a kształt stopki był sprzężony z kołnierzem na obręczy, polegając na ciśnieniu powietrza, które utrzymuje stopkę opony na miejscu. Jednak ten typ opon nie jest już w powszechnym użyciu, a termin „ klincher” przeniósł się na współczesną oponę drucianą. W pozostałej części tego artykułu zakłada się współczesne użycie słowa klinkier .

Próbując zapewnić najlepsze cechy zarówno metod przewodowych, jak i rurowych, oferowano również klinczery rurowe.

Clincher

Większość opon rowerowych to opony klinkierowe, które można stosować z felgami klinkierowymi. Te opony ma stalowy drut lub Kevlar włókna zgrubienie , który sczepia się z kołnierzy na obręczy. Oddzielna, hermetyczna dętka zamknięta w oponie podtrzymuje karkas opony i utrzymuje blokadę stopki. Zaletą tego systemu jest to, że dętka jest łatwo dostępna w celu naprawy lub wymiany dętki.

W ISO 5775-2 Norma definiuje oznaczenia dla felg rowerowych. Rozróżnia

  1. Obręcze proste (SS)
  2. Obręcze typu szydełkowego (C)
  3. Obręcze z haczykami (HB)

Tradycyjne felgi druciane były proste. W latach 70. pojawiły się różne wzory „haczyka” (zwane również „szydełkiem”), aby osadzić stopkę opony na obręczy koła i utrzymać oponę w miejscu, co zaowocowało nowoczesnym wzornictwem klinczowym. Pozwala to na wyższe (80–150 psi lub 6–10 bar) ciśnienie powietrza niż było to możliwe w przypadku starszych opon z drutem. W tych konstrukcjach to właśnie zazębienie stopki z kołnierzami felgi, a nie ciasne dopasowanie lub odporność na rozciąganie stopki, utrzymuje oponę na feldze i utrzymuje ciśnienie powietrza.

Niektóre opony oponowe mogą być używane bez dętek w systemie określanym jako bezdętkowe . Typowe opony bezdętkowe mają szczelne ścianki boczne i stopki, które są zaprojektowane tak, aby zmaksymalizować szczelność między oponą a felgą.

Rurowy lub zszywany

Niektóre opony torus w kształcie litery i przymocowane do cylindrycznych obręczy za pomocą kleju. Obręcze pod szytkę są zaprojektowane z płytkimi okrągłymi łożami o przekroju poprzecznym, w których opony osadzają się zamiast być przymocowane do kołnierzy obręczy za pomocą stopek opony, jak w typach klinkierowych.

Zapewnienie zawieszenia

Odpowiednia sztywność karkasu opony jest niezbędna do wsparcia rowerzysty, podczas gdy miękkość i elastyczność karkasu są pożądane dla amortyzacji. Większość opon rowerowych jest pneumatyczna, a sztywność jest zapewniana i regulowana przez wybrane ciśnienie powietrza. Opony bezpowietrzne wykorzystują półstały elastomer typu gąbki , który eliminuje utratę powietrza przez przebicia i przesiąkanie powietrza.

Opony pneumatyczne

Dętka rowerowa z trzpieniem wentylowym

W oponie pneumatycznej sprężone powietrze jest utrzymywane wewnątrz albo przez oddzielną, stosunkowo nieprzepuszczalną dętkę, albo przez oponę i felgę w systemie bezdętkowym. Opony pneumatyczne są doskonałe pod względem zapewniania skutecznej amortyzacji przy bardzo niskich oporach toczenia.

Rurka

Opona dętkowa posiada oddzielną dętkę wykonaną z gumy butylowej lub lateksu , która zapewnia stosunkowo szczelną barierę wewnątrz opony. Zdecydowana większość stosowanych systemów oponowych to dętki, ze względu na względną prostotę napraw i szeroką dostępność dętek zamiennych.

Większość dętek rowerowych to balony w kształcie torusa, a niektóre nie. Na przykład dętki w rowerach moskiewskiego serwisu rowerów miejskich to po prostu gumowe dętki wystarczająco długie, aby można je było zwinąć i włożyć do opony.

Bezdętkowe

Opony bezdętkowe są używane głównie w rowerach górskich ze względu na ich zdolność do wykorzystywania niskiego ciśnienia powietrza w celu uzyskania lepszej przyczepności bez przebicia. Opony bezdętkowe działają podobnie do klinkierów, ponieważ stopka opony jest specjalnie zaprojektowana, aby zazębiać się z odpowiednią obręczą bezdętkową, ale bez dętki. Powietrze jest wpompowywane bezpośrednio do opony, a po „zablokowaniu” w obręczy system jest hermetyczny. Płynne uszczelniacze są często wtryskiwane do opon bezdętkowych, aby poprawić uszczelnienie i zatrzymać wycieki spowodowane przebiciami. Zaletą jest to, że spłaszczenia są mniej powszechne w konfiguracji bezdętkowej, ponieważ wymagają dziury w osnowie opony, a nie tylko w dętce. Wadą jest to, że powietrze może uchodzić, jeśli blokada stopki zostanie naruszona przez zbyt dużą siłę boczną działającą na oponę lub deformację obręczy/opony z powodu silnego uderzenia o przedmiot.

Opony bezdętkowe wymagają obręczy kompatybilnych z oponami bezdętkowymi, które nie pozwalają na ucieczkę powietrza w miejscu łączenia szprych i mają inny kształt rowka, aby stopka opony mogła się osadzić.

Droga bezdętkowa

W 2006 roku Shimano i Hutchinson wprowadzili system bezdętkowy do rowerów szosowych. Opony bezdętkowe nie zyskały jeszcze powszechnej akceptacji w wyścigach drogowych ze względu na brak sponsorów, tradycję używania opon szytkowych oraz fakt, że nawet bez dętki łączna waga felg i opon bezdętkowych jest ponadprzeciętna. -line zestawy kołowe z oponami szytkowymi. Szosowe opony bezdętkowe zyskują popularność wśród rowerzystów, dla których korzyści są warte kosztów. Szosowe opony bezdętkowe są zwykle znacznie ciaśniej dopasowane niż tradycyjne opony klinkierowe, co utrudnia montaż i demontaż opony.

Opony bezpowietrzne

Airless były używane przed opracowaniem opon pneumatycznych, które pojawiły się na welocypedach w 1869 roku. Są one nadal rozwijane w celu rozwiązania problemu utraty ciśnienia powietrza, czy to z powodu przebicia, czy przepuszczalności. Współczesne przykłady opon bezpowietrznych do rowerów obejmują koło powrotne energii BriTek, bezpowietrzną oponę rowerową firmy Bridgestone , oponę pokazaną po prawej stronie na motocyklu Mobike oraz opony pełne omówione poniżej. Chociaż nowoczesne opony bezpowietrzne są lepsze niż te wczesne, większość z nich daje trudną jazdę i może uszkodzić koło lub rower.

Solidny

Najpopularniejszą formą opony bezpowietrznej jest po prostu opona pełna . Oprócz pełnej gumy oferowane są również pełne opony wykonane z poliuretanu lub pianki mikrokomórkowej, zapewniające 100% ochronę przed przebiciem . Wiele z pożądanej jakości zawieszenia opony pneumatycznej jest jednak tracone, a jakość jazdy ucierpi.

Wiele systemów wypożyczania rowerów używa tych opon w celu ograniczenia konserwacji, a przykłady opon pełnych obejmują te dostępne w Greentyre, Puncture Proof Tires Ltd, KIK-Reifen, Tannus, Hutchinson i Specialized .

Budowa

Opony rowerowe składają się z osłony z tkaniny impregnowanej gumą , zwanej również osnową, z dodatkową gumą, zwaną bieżnikiem, na powierzchni stykającej się z drogą. W przypadku clincherów osłonka owija się wokół dwóch koralików, po jednym na każdej krawędzi.

Obudowa

Obudowa opony rowerowej jest wykonana z tkaniny, zwykle nylonu , choć zastosowano również bawełnę i jedwab . Obudowa zapewnia odporność na rozciąganie niezbędną do utrzymania wewnętrznego ciśnienia powietrza, pozostając jednocześnie wystarczająco elastyczną, aby dopasować się do powierzchni gruntu. Liczba wątków materiału wpływa na wagę i osiągi opony, a duża liczba wątków poprawia jakość jazdy i zmniejsza opory toczenia kosztem trwałości i odporności na przebicie.

Bias warstwa

Włókna materiału większości opon rowerowych nie są splecione ze sobą, ale ułożone w osobnych warstwach, dzięki czemu mogą się swobodniej poruszać, zmniejszając zużycie i opór toczenia. Są one również zwykle zorientowane po przekątnej, tworząc warstwy ukośne.

Warstwa promieniowa

Podjęto próbę sklejki radialnej, a przykładami są Panasonic w latach 80. i Maxxis w latach 2010, ale często okazuje się, że zapewnia niepożądane właściwości obsługi.

Nadepnąć

Różne bieżniki na guzowatych oponach do rowerów górskich
Opona zręczny z kwadratu-off profilu bieżnika

Bieżnika stanowi część opony, która styka się z naziemnych w celu zapewnienia przyczepności i chronić obudowę przed zużyciem.

Pogarszać

Bieżnik wykonany jest z kauczuku naturalnego i syntetycznego, który często zawiera wypełniacze, takie jak sadza , która nadaje mu charakterystyczny kolor, oraz krzemionka . Rodzaj i ilość wypełniacza dobiera się na podstawie takich cech, jak zużycie, trakcja (na mokro i na sucho), opory toczenia i koszt. Jako zmiękczacze można dodawać oleje i smary. Siarka i tlenek cynku ułatwiają wulkanizację . Niektóre opony mają dwuskładnikowy bieżnik, który jest twardszy w środku i bardziej przyczepny na krawędziach. Wiele nowoczesnych opon jest dostępnych z bieżnikami w różnych lub kombinacjach kolorów. Opracowano opony do wyścigów szosowych z różnymi mieszankami bieżnika z przodu iz tyłu, starając się w ten sposób zapewnić lepszą przyczepność z przodu i mniejszy opór toczenia z tyłu.

Wzór

Bieżniki rozchodzą się gdzieś wzdłuż spektrum od gładkich lub śliskich do szorstkich. Gładkie bieżniki są przeznaczone do użytku na drogach, gdzie wzór bieżnika zapewnia niewielką lub żadną poprawę przyczepności. Jednak wiele opon typu slick ma lekki wzór bieżnika, co wynika z powszechnego przekonania, że ​​opona typu slick będzie śliska na mokrej nawierzchni. Bieżniki Knobby są przeznaczone do użytku w terenie, gdzie tekstura bieżnika może poprawić przyczepność na miękkich nawierzchniach. Wiele bieżników jest wielokierunkowych — oponę można montować w dowolnej orientacji — ale niektóre są jednokierunkowe i zaprojektowane tak, aby były zorientowane w określonym kierunku. Niektóre opony, zwłaszcza do rowerów górskich , mają bieżnik przeznaczony na przednie lub tylne koło. Specjalny wzór bieżnika z małymi wgłębieniami został opracowany w celu zmniejszenia oporu powietrza.

Profil

Profil bieżnika jest zwykle okrągły, dopasowując się do kształtu karkasu wewnątrz i pozwalając oponie toczyć się na bok podczas przechylania się roweru podczas skręcania lub balansowania. Bardziej kwadratowe profile są czasami używane w oponach do rowerów górskich i nowatorskich oponach zaprojektowanych tak, aby wyglądały jak samochodowe opony wyścigowe, jak na rowerach wheelie .

Koralik

Stopka opony z oponami klinkierowymi musi być wykonana z materiału, który będzie się bardzo mało rozciągał, aby zapobiec wysuwaniu się opony z obręczy pod wpływem wewnętrznego ciśnienia powietrza.

Drut

Koraliki z drutu stalowego są stosowane na niedrogich oponach. Chociaż nie można ich złożyć, często można je skręcić w trzy mniejsze obręcze.

Kevlar
Składana opona do rowerów górskich i szosowych

Koraliki kevlarowe są używane na drogich oponach, które są również nazywane „składanymi”. Nie należy ich używać na prostych felgach na ścianach bocznych, ponieważ mogą zdmuchnąć felgę.

Ściana boczna

Boczna ściana obudowy, część, która nie ma stykać się z ziemią, może zostać poddana jednemu z kilku zabiegów.

Ściana dziąseł

Opony ze ścianami bocznymi wykonanymi z kauczuku naturalnego nazywane są „ścianką gumy”. Naturalna guma w kolorze brązowym nie zawiera sadzy, aby zmniejszyć opory toczenia, ponieważ jej dodatkowa odporność na zużycie nie jest potrzebna w ścianie bocznej.

Ściana skóry

Opony z bardzo małą ilością gumy, jeśli w ogóle, pokrywające ścianę boczną, nazywane są „ścianami skóry”. Zmniejsza to opory toczenia poprzez zmniejszenie sztywności ścian bocznych kosztem zmniejszenia ochrony przed uszkodzeniami.

Wariacje

Przebita opona.

Odporność na przebicie

Niektóre opony zawierają dodatkową warstwę między bieżnikiem a karkasem (jak pokazano w przekroju na zdjęciu powyżej), aby zapobiec przebiciom, ponieważ są twarde lub po prostu grube. Te dodatkowe warstwy są zwykle związane z wyższymi oporami toczenia.

Szpilki

Kolczasta, guzowata opona

Metalowe kołki mogą być osadzone w bieżniku opon z guzkami, aby poprawić przyczepność na lodzie. Niedrogie opony z kolcami wykorzystują stalowe kolce, podczas gdy w droższych oponach stosuje się trwalsze kolce z węglików spiekanych . Kolcowany, guzowaty bieżnik, który nasuwa się na gładszą oponę bez kolców, został opracowany w celu ułatwienia przejścia między tymi dwoma typami opon.

Odblaskowy

Niektóre opony mają na bokach odblaskowy pasek, który poprawia widoczność w nocy. Inne posiadają odblaskowy materiał osadzony w bieżniku.

Aerodynamika

Oprócz wspomnianego powyżej bieżnika z wgłębieniami, co najmniej jedna opona ma dodatkowe „skrzydło”, aby zakryć szczelinę między ścianą boczną opony a obręczą koła i zmniejszyć opór.

Do użytku w pomieszczeniach

Co najmniej jedna nowoczesna opona rowerowa została zaprojektowana specjalnie do użytku w pomieszczeniach na rolkach lub trenażerach . Minimalizuje nadmierne zużycie, którego doświadczają tradycyjne opony w tym środowisku i nie nadaje się do stosowania na chodniku.

Różne przód i tył

Oprócz różnych wzorów bieżnika dostępnych w niektórych wymienionych powyżej oponach do rowerów górskich, zestawy opon przednich i tylnych są dostępne dla rowerów szosowych z różnymi wzorami bieżnika, mieszankami bieżnika i rozmiarami przednich i tylnych kół. Inne scenariusze zakładają wymianę uszkodzonej opony i pozostawienie drugiej bez zmian.

Samopompowanie

Opracowano opony rowerowe, które pompują się podczas toczenia się do przodu.

Modułowy

Opony rowerowe zostały opracowane tak, aby można było zapinać i zdejmować różne bieżniki. Pozwala to na uzyskanie dodatkowej przyczepności opon z kolcami tylko wtedy, gdy jest to konieczne, a w przeciwnym razie uniknięcie dodatkowego oporu toczenia.

Parametry

Rozmiary

Oznaczenia rozmiaru opony z boku opony

Nowoczesne oznaczenia rozmiarów opon (np. „37-622”, znane również jako ETRTO) są zdefiniowane w międzynarodowej normie ISO 5775 , wraz z odpowiadającymi im oznaczeniami rozmiarów felg (np. „622×19C”). Starsze angielskie (cale, np. „28 x 1 ⅝ x 1 ⅜”) i francuskie (metryczne, np. „700x35C”) są nadal używane, ale mogą być niejednoznaczne. Średnica opony musi odpowiadać średnicy felgi, ale szerokość opony musi mieścić się tylko w zakresie szerokości odpowiednich dla szerokości felgi, nie przekraczając jednocześnie luzów dozwolonych przez ramę, hamulce i wszelkie akcesoria, takie jak błotniki. Średnice wahają się od dużego 910 mm dla monocykli turystycznych do małego 125 mm dla nartorolek . Szerokości wahają się od wąskiego 18 mm do szerokiego 119 mm dla Surly Big Fat Larry.

Opony lekkie

Lekkie opony mają rozmiary od 34 do 1+Szerokość 18 cali (19 do 29 mm).

Opony średniej wagi lub półbalonowe

Opony średniej wagi lub półbalonowe mają rozmiar od 1+1 / 8 do 1+34 cale (29 do 44 mm) szerokości.

Opony balonowe

Opona balonowa to rodzaj szerokiej, dużej objętości, niskociśnieniowej opony, która po raz pierwszy pojawiła się w rowerach turystycznych w USA w latach 30. XX wieku. Mają one zwykle szerokość od 2 do 2,5 cala (od 51 do 64 mm).

W latach 60. Raleigh wyprodukował swoje małe RSW 16 z oponami balonowymi, aby zapewnić miękką jazdę, jak w pełni zawieszony rower Moulton . Inni producenci wykorzystali ten sam pomysł dla swoich własnych małych kółek. Przykłady obejmują wyprodukowany przez Stanningley (Wielka Brytania) Bootie Folding Bicycle , Co-operative Wholesale Society (CWS) Commuter i Trusty Spacemaster.

62x 203 opona Michelin balon na przednim kole 1960 Bootie Folding Cyklu

Opony w rozmiarze plus

Opona w rozmiarze plus ma zwykle szerokość 2,5–3,25 cala (64–83 mm). Dostępne są trzy średnice osadzenia stopki: 559 mm dla 26+ , 584 mm dla 27,5+ ( 650B+ ) i 622 mm dla 29+ . Wypełniają lukę między balonem a grubymi oponami.

Grube opony

Gruba opona to rodzaj szerokiej, ponadwymiarowej opony rowerowej, zwykle 3,8 cala (97 mm) lub większej z obręczami 2,6 cala (66 mm) lub szerszymi, zaprojektowanymi z myślą o niskim nacisku na podłoże, aby umożliwić jazdę po miękkim, niestabilnym terenie, takim jak śnieg, piasek , bagna i błoto. Od lat 80. XX wieku w fatbike'ach i rowerach terenowych przeznaczonych do jazdy po śniegu i piasku używano grubych opon o szerokości od 3,8 do 5 cali (97 do 127 mm) i średnicy zbliżonej do konwencjonalnych kół rowerowych .

Ciśnienie inflacji

Ciśnienie w oponach rowerowych waha się od 4,5  psi (0,31  bara ; 31  kPa ) dla grubych opon rowerowych na śniegu do 220 psi (15 barów; 1,5 MPa) dla szytkowych opon wyścigowych. Maksymalne ciśnienie opon jest zwykle wybite na ścianie bocznej, oznaczone jako „Maksymalne ciśnienie” lub „Napompuj do ...” lub czasami wyrażone jako zakres, np. „5-7 barów (73-102 psi; 500-700 kPa )". Zmniejszenie ciśnienia zwiększa przyczepność i sprawia, że ​​jazda staje się bardziej komfortowa, podczas gdy zwiększanie ciśnienia sprawia, że ​​jazda jest bardziej wydajna i zmniejsza ryzyko przebicia.

Jedną z opublikowanych wytycznych dotyczących ciśnienia w oponie w oponach jest wybór wartości dla każdego koła, które powoduje zmniejszenie odległości między obręczą koła a podłożem o 15% w stanie załadowanym (tj. z kierowcą i ładunkiem) w porównaniu z tym, gdy nie jest obciążone. Niższe ciśnienie prowadzi do zwiększonych oporów toczenia i prawdopodobieństwa przebicia. Ciśnienie powyżej tej wartości prowadzi do mniejszych oporów toczenia w samej oponie, ale do większego całkowitego rozpraszania energii spowodowanego przenoszeniem wibracji na rower, a zwłaszcza na rowerzystę, który doświadcza elastycznej histerezy . Dętki nie są całkowicie nieprzepuszczalne dla powietrza i z czasem powoli tracą ciśnienie. Butylowe dętki lepiej trzymają ciśnienie niż lateks. Opony napompowane z kanistrów z dwutlenkiem węgla (często używanego do napraw drogowych) lub helu (używanego czasami do elitarnych wyścigów torowych) szybciej tracą ciśnienie, ponieważ dwutlenek węgla, mimo że jest dużą cząsteczką, jest słabo rozpuszczalny w gumie, a hel jest bardzo mały. atom, który szybko przechodzi przez każdy porowaty materiał. Co najmniej jeden publiczny system wypożyczania rowerów , londyński Santander Cycles , pompuje opony azotem zamiast zwykłego powietrza , które jest już w 78% azotem, próbując utrzymać opony na odpowiednim ciśnieniu dłużej, choć skuteczność tego jest sporny.

Wpływ temperatury

Ponieważ objętość gazu i sam gaz wewnątrz opony nie zmienia się znacząco wraz ze zmianą temperatury, prawo gazu doskonałego mówi, że ciśnienie gazu powinno być wprost proporcjonalne do temperatury bezwzględnej . Tak więc, jeśli opona zostanie napompowana do 4 barów (400 kPa; 58 psi) w temperaturze pokojowej 20°C (68°F), ciśnienie wzrośnie do 4,4 bara (440 kPa; 64 psi) (+10%) przy 40°C (104°F) i obniżyć do 3,6 bara (360 kPa; 52 psi) (-10%) przy -20°C (-4°F).

W powyższym przykładzie 7% różnica w temperaturze bezwzględnej skutkowała 10% różnicą ciśnienia w oponach. Wynika to z różnicy między nadciśnieniem a ciśnieniem bezwzględnym . W przypadku niskich ciśnień inflacyjnych to rozróżnienie jest ważniejsze, ponieważ równanie gazu doskonałego dotyczy ciśnienia bezwzględnego, w tym ciśnienia atmosferycznego. Na przykład, jeśli opona fatbike zostanie napompowana do 0,5 bara (50 kPa; 7,3 psi) nadciśnienia w temperaturze pokojowej 20°C (68°F), a następnie temperatura zostanie obniżona do -10 °C (14°F). (spadek temperatury bezwzględnej o 9%), ciśnienie bezwzględne 1,5 bara (150 kPa; 22 psi) zostanie obniżone o 9% do 1,35 bara (135 kPa; 19,6 psi), co przekłada się na 30% spadek nadciśnienia , do 0,35 bara (35 kPa; 5,1 psi).

Wpływ ciśnienia atmosferycznego

Ciśnienie netto powietrza w oponie to różnica między wewnętrznym ciśnieniem powietrza a zewnętrznym ciśnieniem atmosferycznym , 1 bar (100 kPa; 15 psi), a większość manometrów wskazuje tę różnicę. Jeśli opona zostanie napompowana do 4 barów (400 kPa; 58 psi) na poziomie morza , bezwzględne ciśnienie wewnętrzne wyniesie 5 barów (500 kPa; 73 psi) (+25%) i jest to ciśnienie, którego potrzebuje opona zawierać, gdyby został przeniesiony do miejsca bez ciśnienia atmosferycznego, takiego jak próżnia wolnej przestrzeni . Na najwyższym wzniesieniu komercyjnego transportu lotniczego, 12 000 metrów (39 000 stóp), ciśnienie atmosferyczne zmniejsza się do 0,2 bara (20 kPa; 2,9 psi), a ta sama opona musiałaby zawierać 4,8 bara (480 kPa; 70 psi) ( +20%).

Wpływ na stres tuszy

Opony rowerowe to zasadniczo toroidalne cienkościenne zbiorniki ciśnieniowe, a jeśli karkas jest traktowany jako materiał jednorodny i izotropowy , naprężenie w kierunku toroidalnym ( naprężenie wzdłużne lub osiowe, jeśli opona jest uważana za długi cylinder) można obliczyć jako:

,

gdzie:

  • p to wewnętrzne nadciśnienie
  • r jest wewnętrznym, mniejszym promieniem tuszy
  • t jest grubością tuszy

Naprężenie w kierunku poloidalnym ( obręcz lub naprężenie obwodowe, jeśli opona jest uważana za długi cylinder) jest bardziej skomplikowane, zmienia się wokół mniejszego obwodu i zależy od stosunku między głównym i mniejszym promieniem, ale jeśli główny promień jest znacznie większy niż mały promień, jak w przypadku większości opon rowerowych, gdzie większy promień jest mierzony w setkach mm, a mniejszy promień jest mierzony w dziesiątkach mm, wtedy naprężenie w kierunku poloidu jest zbliżone do naprężenia obwodowego cylindrycznych cienkościennych zbiorników ciśnieniowych:

.

W rzeczywistości, oczywiście, osnowa opony nie jest jednorodna ani izotropowa, lecz jest materiałem kompozytowym z włóknami osadzonymi w gumowej matrycy, co jeszcze bardziej komplikuje sprawę.

Szerokość obręczy

Chociaż nie jest to ściśle parametr opony, szerokość felgi, na której dana opona jest montowana, ma wpływ na rozmiar i kształt powierzchni styku, a także ewentualnie na opór toczenia i właściwości jezdne. Opon i obręczy Europejskiej Organizacji Technicznej (ETRTO) publikuje wytyczne zalecanych szerokości obręczy dla różnych szerokościach opon:

Szerokość obręczy zatwierdzona przez ETRTO (mm)
szerokość opony prosta szerokość obręczy szerokość obręczy szydełkowej
18 - 13C
20 - 13C
23 16 13C-15C
25 16-18 13C-17C
28 16-20 15C-19C
32 16-20 15C-19C
35 18-22 17C-21C
37 18-22 17C-21C
40 20-24 19C-23C
44 20-27 19C-25C
47 20-27 19C-25C
50 22–30,5 21C-25C
54 27–30,5 25C-29C
57 27–30,5 25C-29C
62 30,5 29C

W 2006 roku została rozszerzona o możliwość stosowania szerokich opon do 50 mm na felgach 17C i 62 mm na felgach 19C. Idealnie, szerokość opony powinna być 1,8 do 2 razy większa od szerokości felgi, ale powinien pasować stosunek od 1,4 do 2,2, a nawet 3 dla felg hakowych.

Ciśnienie w oponach a szerokość

Mavic zaleca maksymalne ciśnienia oprócz szerokości obręczy, a Schwalbe zaleca określone ciśnienia:

Zalecenia dotyczące ciśnienia Schwalbe i Mavic
szerokość opony Schwalbe rec. Mavic max. obręcz
18 mm (0,71 cala) 10,0 barów (145 psi) 13C
20 mm (0,79 cala) 9,0 barów (131 psi) 9,5 bara (138 psi) 13C
23 mm (0,91 cala) 8,0 barów (116 psi) 9,5 bara (138 psi) 13C-15C
25 mm (0,98 cala) 7,0 barów (102 psi) 9,0 barów (131 psi) 13C-17C
28 mm (1,1 cala) 6,0 barów (87 psi) 8,0 barów (116 psi) 15C-19C
32 mm (1,3 cala) 5,0 barów (73 psi) 6,7 bara (97 psi) 15C-19C
35 mm (1,4 cala) 4,5 bara (65 psi) 6,3 bara (91 psi) 17C-21C
37 mm (1,5 cala) 4,5 bara (65 psi) 6,0 barów (87 psi) 17C-23C
40 mm (1,6 cala) 4,0 bary (58 psi) 5,7 bara (83 psi) 17C-23C
44 mm (1,7 cala) 3,5 bara (51 psi) 5,2 bara (75 psi) 17C-25C
47 mm (1,9 cala) 3,5 bara (51 psi) 4,8 bara (70 psi) 17C-27C
50 mm (2,0 cale) 3,0 bary (44 psi) 4,5 bara (65 psi) 17C-27C
54 mm (2,1 cala) 2,5 bara (36 psi) 4,0 bary (58 psi) 19C-29C
56 mm (2,2 cala) 2,2 bara (32 psi) 3,7 bara (54 psi) 19C-29C
60 mm (2,4 cala) 2,0 bary (29 psi) 3,4 bara (49 psi) 19C-29C
63 mm (2,5 cala) 3,0 bary (44 psi) 21C-29C
66 mm (2,6 cala) 2,8 bara (41 psi) 21C-29C
71 mm (2,8 cala) 2,5 bara (36 psi) 23C-29C
76 mm (3,0 cale) 2,1 bara (30 psi) 23C-29C

Opony Fatbike o szerokości od 100 do 130 mm (4 do 5 cali) są zwykle montowane na obręczach o średnicy 65 do 100 mm.

Wytworzone siły i momenty

Opony rowerowe generują siły i momenty między obręczą koła a nawierzchnią, które mogą wpływać na osiągi, stabilność i prowadzenie roweru.

Siła pionowa

Siła pionowa generowana przez oponę rowerową jest w przybliżeniu równa iloczynowi ciśnienia w oponie i powierzchni styku. W rzeczywistości jest to zwykle nieco więcej ze względu na małą, ale skończoną sztywność ścian bocznych.

Sztywność pionowa lub sztywność sprężystości opony rowerowej, podobnie jak w przypadku opon motocyklowych i samochodowych, wzrasta wraz z ciśnieniem w oponie.

Opory toczenia

Opór toczenia to złożona funkcja obciążenia pionowego, ciśnienia, szerokości opony, średnicy koła, materiałów i metod użytych do budowy opony, chropowatości powierzchni, po której toczy się, oraz prędkości, z jaką toczy się. Współczynniki oporu toczenia mogą wahać się od 0,002 do 0,010 i stwierdzono, że rosną wraz z obciążeniem pionowym, chropowatością powierzchni i prędkością. I odwrotnie, zwiększone ciśnienie (do pewnego limitu), szersze opony (w porównaniu z węższymi oponami o tym samym ciśnieniu i z tego samego materiału i konstrukcji), koła o większej średnicy, cieńsze warstwy karkasu i bardziej elastyczny materiał bieżnika zmniejszyć opory toczenia.

Na przykład badanie przeprowadzone na Uniwersytecie w Oldenburgu wykazało, że opony Schwalbe Standard GW HS 159, wszystkie o szerokości 47 mm i ciśnieniu napompowania 300 kPa (3,0 bar; 44 psi), ale wykonane dla felg o różnej średnicy, miały następujące opory toczenia:

Rozmiar ISO Średnica opony (mm) Crr
47-305 351 0,00614
47-406 452 0,00455
47-507 553 0,00408
47-559 605 0,00332
47-622 668 0,00336

Autor cytowanej pracy wnioskuje na podstawie przedstawionych tam danych, że Crr jest odwrotnie proporcjonalny do ciśnienia w oponie i do średnicy koła.

Chociaż rosnące ciśnienie w oponach ma tendencję do zmniejszania oporów toczenia, ponieważ zmniejsza deformację opon, na nierównych nawierzchniach rosnące ciśnienie w oponach ma tendencję do zwiększania wibracji odczuwanych przez rower i rowerzystę, gdzie energia ta jest rozpraszana w ich mniej niż idealnie nieelastycznych odkształceniach. Tak więc, w zależności od niezliczonych czynników, wzrastająca presja inflacyjna może prowadzić do zwiększenia całkowitego rozpraszania energii i wolniejszej prędkości lub większego zużycia energii.

Siła na zakrętach i nacisk na pochylenie

Podobnie jak w przypadku innych opon pneumatycznych, opony rowerowe generują siłę pokonywania zakrętów, która zmienia się wraz z kątem poślizgu i naciskiem pochylenia, który zmienia się wraz z kątem pochylenia . Siły te były mierzone przez kilku badaczy od lat 70. XX wieku i wykazano, że wpływają na stabilność roweru.

Chwile

Momenty generowane w miejscu styku przez oponę pneumatyczną obejmują moment samonastawny związany z siłą pokonywania zakrętów, moment skręcający związany z naciskiem na pochylenie, zarówno wokół osi pionowej, jak i moment wywracający wokół osi toczenia roweru.

Marki i firmy produkcyjne

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne