Neopjevani heroji bicikla, mislimo da je krajnje vrijeme da žbice dobiju poštovanje koje im pripada
Ove tanke žice obavljaju nemilosrdno težak posao, rastežući se i sabijajući više puta pri svakom okretanju naših kotača. Oni također prenose sile ubrzanja pedaliranja od glavčine do naplatka kotača i prenose sile kočenja. Njihova uloga u samoj činjenici da uopće možemo voziti bicikl je gotovo magična – tako tanke niti koje izdržavaju tako ogromna opterećenja. Tako da smo smatrali da je krajnje vrijeme da skromni govornik uzme nešto zasluga, gdje je cijeli teret dužan.
'Genijalnost točka s krakovima je u tome što može prenijeti često vrlo velike sile koje stvaraju vozač, bicikl i različite površine puta na ove tanke šipke, pri čemu se svaka sistematski komprimira kako se kotač okreće i opterećenje prenosi sa jedan je razgovarao s drugim, i tako to ide dalje“, kaže profesor Mark Miodownik, direktor Instituta za pravljenje na Univerzitetskom koledžu u Londonu, autor knjige Stuff Matters, TV voditelj i strastveni biciklista. On nastavlja: 'To je prekrasan način za optimizaciju težine, cijene i performansi točka.'
Kupci, kada su pod zatezanjem, u suštini učvršćuju obod koristeći glavčinu kao centralno sidro. U scenariju savršenog svijeta, svaki krak vuče s jednakom napetošću kako bi se opterećenje ravnomjerno rasporedilo po kotaču, dok istovremeno drži obruč pravim i kružnim. Žbice moraju podržavati točak protiv bočnog savijanja i deformacije naplatka, a također moraju biti otporne na točak koji se efektivno prignječi vertikalnim opterećenjem (radijalna kompresija). Nije mali zadatak. Nije ni čudo da je od pojave točka istraženo vrlo malo drugih rješenja.
Napetost govora
Sada stvari počinju da postaju tehnički, i nećete biti sami ako je ono što sledi malo zbunjujuće i kontraintuitivno. Postoji snažno neslaganje oko toga da li bicikl zapravo visi s gornjih krakova (onih iznad glavčine dok motocikl gledate sa strane) ili radije podržavaju donje, djelujući kao sićušni stubovi.„Potonje gledište, koliko god se činilo čudnim, definitivno je slučaj“, kaže Jim Papadopoulos sa Fakulteta inženjerskih nauka Northeastern University u Bostonu, SAD, i koautor Biciklističke nauke..
Dok je lako vjerovati da bi se krak bicikla jednostavno srušio pod težinom bicikla i vozača, on nastavlja objašnjavati da je napetost stvorena u kraku tokom procesa izgradnje točka (nazvana 'prednapon') što omogućava donjim žbicama da izdrže opterećenje bez izvijanja, kao što bi to činili da nije bilo prednaprezanja. „Svaki krak na neopterećenom točku ima napetost od 100 funti [445N]. Kada se osovina pritisne prema tlu sa silom od 100 lb, jedini značajan učinak na napetosti žbica je smanjenje onih direktno ispod glavčine – tipično se smanjuje na oko 50 lb, a žbice sa svake strane smanjuju na oko 75 lb. To je upravo ono što bi se moglo vidjeti sa čvrstim drvenim žbicama poput starog vagonskog točka – donji bi nosio 50 lb, a oni s obje strane bi nosili 25 lb. Razlika s kotačima sa žičanim krakovima je u tome što žičani krak ne može podnijeti opterećenje kompresijom – srušit će se. Dakle, svi krakovi su genijalno prethodno zategnuti. Žica ne može nositi opterećenje kompresije od 50 lb, osim kada već nosi zatezno opterećenje koje prelazi to.
‘Naravno, točak bicikla će se srušiti ako se uklone gornje ili horizontalne žbice’, dodaje Papadopulos. „Ali to je u suštini zato što izmijenjena konstrukcija ima vrlo različitu putanju opterećenja i osim toga nije u stanju osigurati potrebnu prednapon. Ne možemo iskoristiti taj kolaps da zaključimo da tipični točak nosi opterećenje kroz gornje žbice.’ Ako vam se zbog toga zavrti u glavi, niste sami. Dakle, prijeđimo na jednostavniji dio materijala za žbice.
Čelične žbice
Kupci su pretežno napravljeni od čelika, što je izbor materijala koji se, kako nam kaže Miodownik, 'u osnovi svodi na sposobnost pouzdanog navoja. Čelična žica je odlična jer čak i sa vrlo malom površinom za pričvršćivanje, kao što je mjesto gdje bradavica drži žbicu na obodu, možete staviti dosta napetosti na njih bez skidanja konca. Nehrđajući čelik je idealan materijal jer ima pravu mješavinu visoke čvrstoće i male težine, a istovremeno je pristupačan.’
Nerđajući čelik je metal izbora za žbice od kasnog 19. veka zbog svoje velike vlačne čvrstoće, koja omogućava da žbice ostanu relativno tanke i lagane dok se nose sa silama koje su na njih postavljene. 'Kupice od mekog čelika morale bi biti dvostruko teže i deblje', kaže Chris Hornzee-Jones, direktor strukturnih inženjera Aerotrope. Dizajnirao je revolucionarni planinski bicikl Lotus od karbonskih vlakana i radio na jednom od najvećih točkova sa zategnutim krakovima ikada napravljenim – strukturi prečnika 60 metara koja je visila ispod krova Millennium Dome, koja se koristila kao platforma za izvođače iz vazduha. „Dodavanjem kroma i molibdena u željezo i ugljik mekog čelika, rezultirajuća legura nehrđajućeg čelika je mnogo otpornija na zamor.’
Umor je neprijatelj žbice. Ako mislite da su vaše četvorke stalno izložene naprezanju zbog ponavljanja vaših udaraca papučice, onda sažalite svoje žbice, jer ih udaraju pri svakom okretanju točka. Svaki krak u kotaču je pod tlačnim opterećenjem samo za djelić sekunde dok se nalazi direktno ispod glavčine, a za taj trenutak se komprimira prije nego što pritisak padne i može se vratiti na svoju normalnu dužinu. To je nemilosrdni ciklus koji može doslovno poništiti loše izgrađen točak.
'Točak je poput zamorne trake za trčanje za žbice, što im dodatno otežava dodavanjem konca na jednom kraju i [u većini slučajeva] savijanja i/ili glave na drugom, ' kaže Hornzee-Jones. „Navoj je koncentrator naprezanja i prijenos opterećenja se odvija uglavnom kroz prvih nekoliko niti. Štaviše, bradavica je relativno kruta i, kako pokušava da sjedne okomito na rub, rijetko se savršeno poravnava s uglom do kojeg dolazi žbica, što može biti uzrok dodatnog koncentriranog stresa. Na drugom kraju, J-zavoj se malo savija i, nakon stotina hiljada normalnih rotacija kotača, mogu se početi otvarati sve sitne površinske greške, duboke samo mikrone i potpuno neprimjetne za ljudsko oko. To je u početku spor proces, ali će na kraju dovesti do loma žbice.’
Aluminijske žbice
Čelik, međutim, nije jedini materijal koji se koristi za žbice. Mavic i Campagnolo (kao i Campagnolova sestrinska kompanija Fulcrum) dugo su bili zagovornici aluminijskih krakova. Aluminij ima jednu trećinu gustine čelika, ali i oko jednu trećinu krutosti, tako da žbice moraju biti deblje, što znači da su potencijalno manje aerodinamične, zahtijevaju bradavice većeg promjera i, posljedično, veće rupe na felgama, što može smanjiti snagu i krutost naplatka. Aluminijske žbice također imaju tendenciju da koriste dizajn ravnog povlačenja jer bi J-zavoj u aluminijumu bio vrlo vjerovatno da će otkazati pod opterećenjem.
Još jedno ograničenje je da aluminijum ne drži niti tako lako. Mavicovo rješenje je da se bradavice uvuku direktno u obod, umjesto na žbice. Campagnolo sugerira da bira aluminijske žbice koje su iste težine kao čelične verzije, ali u usporedbi s tim poboljšavaju osjećaj vožnje njegovih kotača, međutim ovo je uglavnom subjektivna stvar u kojoj žbice igraju samo jedan dio, s gumama, felgama i glavčinama također značajnim igračima, a kamoli ostatak bicikla.
S obzirom na različite naprezanja koje žbice izdržavaju, karbonska vlakna možda uopće ne izgledaju kao vjerojatan izbor, ali Mavic, zajedno s nekoliko drugih vrhunskih marki kotača, kao što su Lightweight i Reynolds da spomenemo dva, pronašli su načine da iskoristi svoju zateznu čvrstoću u žbicama, uz očiglednu uštedu težine za hvatanje. Mavicov R-Sys SLR, na primjer, koristi šuplje karbonske cijevi kako bi pružio krutost pod napetosti i otpornost na kompresiju.'Razvlačenje krakova je mnogo manje od čelika ili legure jer je ugljik tvrđi', kaže Michel Lethenet iz Mavica. „Budući da su cijevi, one su otporne na kompresiju, što pomaže u održavanju krutosti kotača, iako su potrebni neki metalni dijelovi, koji su spojeni na svakom kraju da bi napravili pričvršćivanje na rubu i glavčini.“Alternativni metod se koristi u Mavic-ovom Cosmic Carboneu Ultimate, u kojem karbonske žbice sa oštricama idu s jedne strane kotača na drugu, spajajući se s prirubnicom glavčine i prelazeći druge žbice na putu.
Istina iz spin
Postoji još nekoliko primljenih biciklističkih mudrosti u vezi sa žbicama koje Peter Marchment, naučnik o materijalima i direktor Hunt Bike Wheelsa, rado odbacuje. „Točak koji koristi dublji naplatak sa kraćim kracima često se smatra „jačim“, ali to se obično svodi na inherentnu dodatnu krutost naplatka“, kaže on.„Također, mnogi ljudi vjeruju da veća napetost žbica znači da dobijate tvrđi točak, ali to nije slučaj. Na krutost točkova utiču mnoge stvari osim same napetosti, uključujući broj žbica, ugao učvršćenja i dubinu naplatka.
Zapravo, žbica će se izdužiti za istu količinu kada je opterećena, bez obzira na primijenjenu prednapon, što znači da povećanje napetosti žbice ne čini točak čvršćim.' Marchment nastavlja, 'Postavljanje žbica pod odgovarajuću napetost je presudno. Pri ekstremno visokim napetostima naplatak i žbice su podložnije oštećenju jer su efektivno prethodno opterećeni velikom silom. Ali niske napetosti žbica su takođe problem jer je veća vjerovatnoća da će se bradavica olabaviti [odmotati] kada su pod stresom zbog udara ili vibracija na putu, što uzrokuje da točak ispadne iz istine.’.
Bez obzira na napetost i uzorak, postoji široka lepeza žbica koje možete izabrati, a da ne spominjemo mnoge varijacije u kvaliteti žice od koje su napravljene. Sapim, jedan od vodećih proizvođača žbica, proizvodi 300 miliona žbica godišnje i kupuje kako bi održao kvalitet i ostao konkurentan u svom asortimanu proizvoda. 'Šezdeset do 70 posto cijene žbica običnog kalibra može biti u materijalu, tako da je važno da to ispravimo, ali najvažnija stvar za sve naše žbice je učinak žice', kaže Sapimov menadžer prodaje, Klaus Grüter. „Tražimo žicu koja je svijetla i sjajna i koja ima zateznu čvrstoću od 1.000 do 1.050 N/mm2 sa dobrim podacima o zamoru i što je najvažnije, odličnom otpornošću na koroziju.’.
Grüter nam kaže da su uzorci laboratorijski testirani na vlačnu čvrstoću, otpornost na savijanje i torziju. Kada se prihvati, žica sa kalemova se mašinski ispravlja i seče. Obična žica se također može napraviti u žbice (gdje je središnji dio uži) provlačenjem žice kroz matricu. Nakon što se učvrsti, glava žbice i J-zavoj se kovaju, a konac na drugom kraju se valja (ne seče). Gotove žbice pregledavaju i sistemi mašinskog vida i ljudskim okom i rukom. Jedna mašina može napraviti 20.000 žbica dnevno, što objašnjava zašto različiti troškovi rada imaju mali uticaj na cijenu gotovih žbica i zašto proizvođači širom svijeta mogu prodavati po sličnim cijenama.
Ali zašto uopšte pušiti žbicu? Jonathan Day iz Strada Wheels-a objašnjava: 'Spojene žbice bolje podnose okretni moment od običnih mjerača. Oni su širi u ravnini točka, što je pravac torzijske sile, pa ima više materijala da joj se odupre. Takođe, oni se malo više savijaju u okomitoj ravni, tako da su bolji u distribuciji kompresijskog opterećenja preko točka.’
Spoke pattern
Tradicionalni uzorak na točkovima bicikla sastojao se od 32 (ili ponekad 36) krakova, ukrštenih tri puta. Isprepleteni uzorak žbica u tradicionalno vezanom točku, daleko od toga da bude samo prilično kaleidoskopski raspored, zapravo je funkcionalni dio dizajna točka.
U smislu bočne krutosti, tačke u kojima se žbice ukrštaju omogućavaju svakom da se podupre dok je pod zatezanjem, kao i da ga podupire dok je komprimovan. Najvažnija uloga šare vezivanja s tri križa je u stražnjem kotaču, gdje žbice moraju prenositi snagu pedaliranja iz glavčine. U ovom slučaju žbice su opterećene mnogo većim torzijskim opterećenjem zahvaljujući sili uvijanja iz pogonskog sklopa. Žbice na strani kasete, napuštajući glavčinu tangencijalno, prenose rotirajuću silu (moment) sa glavčine na naplatak. Radijalne žbice (koje prate putanju od centra glavčine direktno do oboda, bez ukrštanja drugog) su mnogo manje sposobne da se nose sa ovom vrstom opterećenja i veća je vjerovatnoća da će otkazati.
Kada obrtni moment nije problem, kao što je na prednjem točku sa kočnicama na naplatcima, upotreba radijalnih žbica ima smisla. Ovo štedi težinu, jer žbice mogu biti kraće i potrebno ih je manje za stvaranje bočno krutog točka. I izgleda dobro. Međutim, disk kočnice uzrokuju značajno torzijsko opterećenje, čineći radijalni govor gotovo nemogućim. „Postavljanje pravilnog uzorka vezivanja je ključno jer žbice dijele opterećenje kompresije stišćući se o susjede koje ukrštaju, tako da bi žbice trebale biti vezane da budu vođe ili prikolice“, kaže Day. „Morate se pobrinuti da vodeći krak prvo preuzme opterećenje na strani pogona. Na točku sa 32 kraka želite da 16 vodećih krakova dijele opterećenje. Ako pogriješite vezanje, završit ćete sa samo osmoro koji će raditi posao.’
Zanimljivo je da su obrasci govora ostali jedan od najmanje izazovnih aspekata dizajna točkova, uprkos nekim ogromnim skokovima napred u materijalima i tehnologiji proizvodnje tokom poslednjih decenija. To je zaista isprobana metodologija i kako se kaže, ako se ne pokvari…
