Nopeuspyörän konsepti ?

[LowriderPilot]

Joo, noin se menee mitä "joutilas" kirjoittaa. Olen ollut rullaluistelun kilpatoiminnassa mukana pitkään ja siellä eri asfalttilaatujen mukaan säädetään renkaitten kovuuksia, karkealle asfaltille pehmeät ja sileälle kovat, eron kyllä huomaa rullaavuudessa. Sama varmasti toimii nopeuspyöräilyssä. Jos ajatellaan vaikka sileintä asfalttia jossa pinta ON todella sileä, niin ilmakumirengas tuntuu sille jotenkin liian pehmeältä vaikka olisi pumpattu ihan rajaan asti... usein tuntuu siltä että rengas saisi olla kovempikin.

Optimaalisin olisi varmasti rengaskiekot samaan tyyliin kuin luistelussa jossa eri kovuuksia voi vaihtaa mikä sitten tuntuu parhaimmalta. Nythän käytännössä kukaan ei ole voinut testata kovempia renkaita koska sellaisia ei vain ole olemassakaan. Missä sitten kulkee optimaalisen kovuuden raja suhteessa muihin ominaisuuksiin on täysin tuntematon tällä hetkellä.

[jori]

Renkaiden vierintävastuksia voidaan arvioida mittaamalla niiden jättämää "tassun" jälkeä. Olennaista on, että renkaan pinnan kokema kulmanmuutos maahan osuessaan minimoituu. Kaareva renkaan pintahan muuttuu maakontaktin ajaksi tasoksi. Vierintävastus pienenee, kun tassunjäljen pituus verrattuna renkaan säteeseen pienenee ja tassunjäljen leveys verrattuna poikkileikkauksen säteeseen pienee.

Tuollaisen maalijäljen pinta-ala on renkaan kuormitus jaettuna rengaspaineella, joten umpikumisen renkaan joustoa vastaava ekvivalenttinen ilmanpaine saadaan mittaamalla tassunjäljen pinta-ala ja jakamalla sillä mittaushetken kuormitus. Kuormitus kilogrammoina ja pinta-ala neliösentteinä antaa paineen baareina.

Tässä malliksi vanha tassunjälkikuva.

Umpikumisen renkaan vierintävastus muodostuu hiukan eri tavalla, kuin ilmarenkaisen. Umpikumirenkaan paine ajotasoa vasten on suurimmillaan keskellä ja pienenee nollaksi reunoja kohti. Ilmakumirenkaan paine maata vasten on kapeaa reuna-aluetta lukuunottamatta tasainen ja rengaspaineen suuruinen. Rengaskuoren vaikutus paineeseen on häviävän pieni. Toisaalta umpikumirenkaan massiivikumin muodonmuutos kuluttaa merkittävästi energiaa, kun taas ilmakumin muodonmuutoksen kuluttama energia on mitätöntä vierintävastuksen kannalta.

Jori

[LowriderPilot]

Eli tultiinko tässä nyt lopputulokseen että mikään missä ei ole sisällä ilmaa, omaa isomman vierintävastuksen ja on täten huono vaihtoehto ?

Elikkä mitä pienempi jälki renkaasta jää tassukuvaksi, sen pienempi rullausvastus, eikö? Eli jos painetta nostettaisin vaikka 20 baariin niin jälkihän on vielä pienempi, joten rullausvastus olisi vieläkin pienempi?
Sitten pitää etsiä raja missä kovuus muuttuu hyödystä haitaksi.. Mielestäni tätä pistettä ei ole vielä löydetty/etsitty koska tarpeeksi kovaa rengasta ei ole, vai miten on? Ainakin mitä tuossa luin niin Varnassakin ilmeisesti kovempia rengaspaineita olisi haluttu käyttää koska nykyrengaskin jo vedettiin äärimmilleen.

[jviirret]

Kovempi paina vaatii vahvemmat rakenteet, joten kiekoista tulisi painavemmat. Luulen että kilpapyörätallit on jonkusen euron käyttäneet asian tutkimiseen

Jukka

[LowriderPilot]

Kovempi paina vaatii vahvemmat rakenteet, joten kiekoista tulisi painavemmat. Luulen että kilpapyörätallit on jonkusen euron käyttäneet asian tutkimiseen

Jukka

No en nyt tiedä voiko asiaa ottaa noin yksioikoisesti, puhutaan kumminkin eri lajeista. Nopeuspyöräilyssä on omat vaatimuksensa välineissä ja probleema siinä voi ollakin että on menty pitkälti tavallisten pyöräilyvälineitten ehdoilla eikä ne nyt varmaankaan ole optimaalisia ajatellen täysin toista lajia ja sen vaatimuksia. Renkaan paino ei varmaan ole tässäkohtaa kovin oleellinen asia jos sillä saavutetaan jokin muu asia joka kompensoi häviötä jossain muualla, kyse kaikkiaan on kuitenkin kaikkien komponenttien tehokkuuden summasta. Ylimääräisen painon tuoma haitta siellä voidaan kompensoida jollain toisella asialla täällä, jolloin yhteistulos voi sitten olla hitusen parempi.

Nojakkien kehitys nojaa pitkälti käytettävissä oleviin pystypyörien osiin mikä on varmasti osaltaan jarruna nopeuden kehitykselle. Erityisesti tulee mieleen juuri renkaat ja voimansiirto.

[jori]

Kovempi paina vaatii vahvemmat rakenteet, joten kiekoista tulisi painavemmat. Luulen että kilpapyörätallit on jonkusen euron käyttäneet asian tutkimiseen

Pienentämällä renkaan poikkihalkaisijaa saadaan yhtaikaa nousemaan paineenkesto ja paino kevenemään. Tekemällä tämä ja lisäämällä samalla kudosten määrää renkaan rakenteessa saadaan varmasti aikaan rengas, joka kestää painetta esim. 20 bar ilman, että paino, ainakaan merkittävästi, nousee. Vierintävastus ei tästä kuitenkaan kertaluokkia parane.

Arvaisin, että noilla bensanpihistysajokkien Michelinin Eco Marathoneilla tulisi parempia tuloksia, jos niitä osattaisiin oikein käyttää. Kyseessähän on siis 20 tuumainen vyörengas, joka on tehty nimenomaan vierimään mahdollisimman vähällä teholla. Siinä on kuitenkin 50 mm leveä kulutuspinta, joten se vaatii erilaiset läpiviennit koriin ja vain puoli milliä kulutuspintaa, eli erittäin varovaisen ajon. Vierintävastukseen se kuitenkin puolittaa tavallisiin kilpapyörän renkaisiin nähden. Sitäpaitsi pienempi kehä tuottaa pienemmän puhallusvaikutuksen, eli pyörän sisäinen ilmanvastuskin pienenisi. On siellä paljon tehtävää vielä ja nopeudet tulevat nousemaan vielä reippaasti.

Jori

[lowrides]

Niin, se renkaan pumppaamisjuttu äärimmilleen oli ainakin jo vanhaa tietoa, ties mistä oli tarttunut muistiin. Varmaan on kehittynyt nuokin asiat jo.

Tämä topicki kannattaisi ottaa esille noilla jenkkifoorumeilla. Siellä voisi saada kokeneiden ajajien vastauksia...

[LowriderPilot]

Niin, se renkaan pumppaamisjuttu äärimmilleen oli ainakin jo vanhaa tietoa, ties mistä oli tarttunut muistiin. Varmaan on kehittynyt nuokin asiat jo.

Tämä topicki kannattaisi ottaa esille noilla jenkkifoorumeilla. Siellä voisi saada kokeneiden ajajien vastauksia...

Kyllä siellä jo käydään keskustelua.. tosin ollaan jämähdetty tähän muotoiluasiaan ja vähän kaikkeen muuhunkin..

-LRP

[Teemu Kalvas]

Ratapyörien rengaskehitys on pysähtynyt noin 18 bariin, vaikka hyvällä lakatulla parketilla epätasaisuudet ovat aika mitättömiä. Kun ilmakumirenkaan painetta tarpeeksi kasvatetaan, kumin muodonmuutoksen osuus vierintävastuksesta kasvaa, koska sen absoluuttinen määrä pysyy vakiona. Ainoa lisäparannus joka tunnetaan olisi siirtyä radiaalirenkaisiin, mutta tuntumasyistä markkina hylkäsi ne kun niitä joskus kokeiltiin. En tiedä, osattaisiinko nykyään tehdä parempia.

Tietysti jos kokee että on keksinyt jotain uutta, pitää lähteä väsäämään protoa ja osoittaa kuinka on uraauurtava. Ei tällaisissa vakiintuneissa asioissa kukaan usko puhetta, pitää olla näyttöä jos väittää että vanha tapa on väärä.

[LowriderPilot]

Ratapyörien rengaskehitys on pysähtynyt noin 18 bariin, vaikka hyvällä lakatulla parketilla epätasaisuudet ovat aika mitättömiä. Kun ilmakumirenkaan painetta tarpeeksi kasvatetaan, kumin muodonmuutoksen osuus vierintävastuksesta kasvaa, koska sen absoluuttinen määrä pysyy vakiona. Ainoa lisäparannus joka tunnetaan olisi siirtyä radiaalirenkaisiin, mutta tuntumasyistä markkina hylkäsi ne kun niitä joskus kokeiltiin. En tiedä, osattaisiinko nykyään tehdä parempia.

Tietysti jos kokee että on keksinyt jotain uutta, pitää lähteä väsäämään protoa ja osoittaa kuinka on uraauurtava. Ei tällaisissa vakiintuneissa asioissa kukaan usko puhetta, pitää olla näyttöä jos väittää että vanha tapa on väärä.

Niin, liekö sitten niin että kun suurin este nopeudessa on tuo ilmanvastus, niin on keskitytty pelkästään kiekkojen, fillarirunkojen, kypärien, asujen yms. aerodynamiikan kehitykseen, ja jätetty sitten muunlainen viilailu vähemmälle. Nopeusfillareissa voi tuo aerodynamiikka olla jo aika hyvällä mallilla niin olisiko kenties aika kehitellä myös muita osa-alueita ?!? Jokatapauksessa isot valmistajat tuskin lähtevät marginaalialueitten takia kehitämään uutta.. vaikka vähän oudolta se kuulostaa koska siitä hyötyisivät sitten kaikki. Tai mistäs minä tiedän vaikka huipputalleilla olisi jotain uutta käytössään jota ei muille kerrota.

Jos minä lähtisin kokeilemaan jotain niin se olisi lähinnä tämä "umpikumirengas" jossa jäykän ja onton kuoren päälipuoli olisi pinnoitettu erittäin kovalla ja ohuella kumiseoksella jossa vielä on riittävästi pito-ominaisuuksia, tai sitten yrittäisin erikoismateriaaleilla saada aikaiseksi erittäin kovia paineita kestäviä renkaita ja hakisin siitä sitten sen nollakohdan jossa omianisuuksien kompromissi olisi paras mahdollinen.... no ainakin on hauska leikkiä luovilla ajatuksella...

[LowriderPilot]

Sitäpaitsi pienempi kehä tuottaa pienemmän puhallusvaikutuksen, eli pyörän sisäinen ilmanvastuskin pienenisi. On siellä paljon tehtävää vielä ja nopeudet tulevat nousemaan vielä reippaasti.

Jori

Mutta eikös pienempi kehä vastaavasti joudu pyörimään nopeammin kuin isokehäinen rengas?!?! eli ilmanvastus ei näinollen olisi sen parempi pienemmässä renkaassa...

[jori]

Mutta eikös pienempi kehä vastaavasti joudu pyörimään nopeammin kuin isokehäinen rengas?!?! eli ilmanvastus ei näinollen olisi sen parempi pienemmässä renkaassa...

Kehänopeus, eli ajonopeus on molemmilla sama, joten merkitsevää on, kuinka suuri pinta-ala siinä kiekon kyljellä sitä ilmaa vatkaa. Isolla pyörällä suurella nopeudella pyyhkivää pintaa on enemmän, sekä säteen- että kehän suunnassa.

Jori

[optimistx]

Renkaiden vierintävastuksia voidaan arvioida mittaamalla niiden jättämää "tassun" jälkeä. Olennaista on, että renkaan pinnan kokema kulmanmuutos maahan osuessaan minimoituu. Kaareva renkaan pintahan muuttuu maakontaktin ajaksi tasoksi. Vierintävastus pienenee, kun tassunjäljen pituus verrattuna renkaan säteeseen pienenee ja tassunjäljen leveys verrattuna poikkileikkauksen säteeseen pienee.

Tuollaisen maalijäljen pinta-ala on renkaan kuormitus jaettuna rengaspaineella, joten umpikumisen renkaan joustoa vastaava ekvivalenttinen ilmanpaine saadaan mittaamalla tassunjäljen pinta-ala ja jakamalla sillä mittaushetken kuormitus. Kuormitus kilogrammoina ja pinta-ala neliösentteinä antaa paineen baareina.

Tässä malliksi vanha tassunjälkikuva.

Umpikumisen renkaan vierintävastus muodostuu hiukan eri tavalla, kuin ilmarenkaisen. Umpikumirenkaan paine ajotasoa vasten on suurimmillaan keskellä ja pienenee nollaksi reunoja kohti. Ilmakumirenkaan paine maata vasten on kapeaa reuna-aluetta lukuunottamatta tasainen ja rengaspaineen suuruinen. Rengaskuoren vaikutus paineeseen on häviävän pieni. Toisaalta umpikumirenkaan massiivikumin muodonmuutos kuluttaa merkittävästi energiaa, kun taas ilmakumin muodonmuutoksen kuluttama energia on mitätöntä vierintävastuksen kannalta.

Jori

(tassunjälkikuvaa ei näkynyt enää)
Löytyi tämä vuosia vanha asiapitoinen säie, kun heräsi kysymys, kuinka paljon pienempi ison kiekon vierintävastus on pieneen kiekkoon verrattuna ja miksi.

Jos nimittäin yrittäisi rakentaa protoa mäenlaskukilpailuun tyypillisessä asfalttimäessä, noin 20 m - 30 m korkeasta pystysuoraan mitaten. Olisi rullattava yksi ihminen mahdollisimman nopeasti tai mahdollisimman pitkälle alas, ilman mitään lisäenergaiaa lihaksista tai moottoreista.

Pitäisikö vempaimessa olla isot vai pienet kiekot? Leveät vai kapeat? Ilmatäytteiset vai jotain ihan muuta?

Jätetään ilmanvastus kokonaan huomiotta aluksi tässä kysymyksessä.

[jori]

Vierintävastuksen kannalta olennaista on suhteellinen säteen muutos painuman kohdalla verrattuna painumattomaan säteeseen. Tämä on toisella tavalla sanottuna kosketuskulma, eli se kulma, jossa akseli näkee kosketusalueen. Pallorenkaan (toroidi) kosketusalueella on vielä merkittävä pyöreän pinnan muuttuminen tasaiseksi myös poikittain ajosuuntaan nähden. Tässä kosketuskulma on paljon suurempi, sillä muutos tapahtuu ilmatilan keskipisteen ympäri.

Vierintävastus muodostuu pyöreän pinnan vierinnän aikana muuttuessa tasaiseksi aiheuttamasta mikroliukumasta, joka muuttuu kosketusalueen matkalla suuruudeltaan ja suunnaltaan ja kyseisen paikan pintapaineen tulosta vielä kerrottuna liukunopeuden mukaan muuttuvalla kitkakertoimella. Tuo kolmen muuttujan tekele kun integroidaan kosketusalan yli, saadaan vierintävastuksen mikroliukuman osuus. Lisäksi tulevat vielä harjaefekti, joka johtuu kuluspinnan etäisyydesta taipumisen neutraaliakselille, eli kudoskerrokseen, ja vielä materiaalin hystereesi, jota kontaktimekaniikan oppikirjat ylikorostavat unohtaen merkittävämmät tekijät.

Tuon sivusuuntaisen kaarevuuden takia pallomainen ristikudosrengas vierii niin paljon huonommin, kuin vyörengas, jonka kulutuspinta on poikittain lähes tasainen, tai kaareva vain hyvin suurella säteellä. Vyörenkaan vierintävastus on noin puolet ristikudosrenkaan vastaavasta.

Noista päättelemällä pyörän koko ei sinänsä vaikuta vierintävastukseen, mutta materiaalien kovuuden rajallisuuden takia se vaikuttaa käytännössä erittäin paljon. Siksi näiden uretaanirenkaallisten potku- ja rullalautojen vierintävastus ei ole sen suurempi, vaikka pyörät ovat rajusti polkupyörän renkaita pienemmät.

[optimistx]

Kiitos jorille taas rautaisesta tietopaketista.

Kuinka nesteen käyttö kaasun sijasta renkaan täyttöaineena vaikuttaisi vierintäkitkaan? (vertaa hydrauliikka --- pneumatiikka). Tietysti painoa tulee lisää, mutta saisiko siten renkaan ja tien välisen "tassunjäljen" pienemmäksi tai kulkuneuvon jotenkin kevyemmin tassuttelevaksi?

Hommaa voisi varmaan kokeilla pumppaamalla isossa altaassa vettä renkaaseen ja sitten ajelemaan, mutta turhan vaivan välttämiseksi teoriatieto kiinnostaa ensin.