[rama rowerowa] Sztywność ramy.

[marvelo]

Czy sztywność ramy faktycznie jest tak istotna z punktu widzenia efektywności jazdy?

 

[kazafaza]

Moim zdaniem sztywna rama będzie się sprawdzać na krótkich dystansach lub tam gdzie przełożenie mocy ma istotne znaczenie - krity, tor itd, z kolei mniej sztywna rama może zapewnić wyższy poziom komfortu i będzie lepsza do całodniówek, wypraw itp.  Zależy jeszcze w którą stronę rama jest sztywna lub wręcz przeciwnie - miałem sztywną przełajkę która w głębokim pochyle wyczuwalnie gięła się na suporcie, sprawiając wrażenie że "stopy uciekają pod rower".  A należy jeszcze wziąć pod uwagę "widzimisię" cyklisty - jedni wolą sztywno inni mjentko, cyfry i nauka swoje a preferencje swoje...

A GCNa zawsze fajnie obejrzeć 👍

[RabbitHood]

Ano tak jest - to jak z amorem na mniejszą skalę. Twoja energia zostaje pochłonięta przez "pracę" ramy. Inna spraw, że dla mnie taka elastyczność np stali jest na plus - mniej rzuca na polskich asfaltach.

[Dokumosa]

Dlatego dobre i drogie węglowe ramy są tak kljone, żeby zapewnić dużą sztywność boczną i pewną elastyczność wzdlużną.

[marvelo]

Człowiek od zarania dziejów wykorzystywał sprężystość (elastyczność) materiałów, by ułatwić sobie wykonywanie pewnych czynności. Chodziło o to, by mógł wykorzystać energię  wytworzoną przez własne mięśnie w inny, bardziej efektywny sposób. Choćby taki łuk czy proca (taka na gumę). Nikt nie jest w stanie cisnąć samą ręką strzałą czy kamieniem z taką prędkością, na jaką pozwalają te urządzenia (a przecież też napędzane tylko siłą jego mięśni). Czy np. taki skok o tyczce. Powiedzcie takiemu Bubce, że ma zbyt miękką albo zbyt twardą tyczkę. Tylko on będzie wiedział, jaka tyczka pozwoli mu najefektywniej wykonać skok. Która będzie najbardziej odpowiednia do jego wagi, techniki i sposobu działania jego włókien mięśniowych.

Albo taki tenisista. Też jeden woli taką rakietę, taki naciąg, a inny woli odmienne.

Podobnie należy traktować ramę roweru i nie można pomijać korzystnych efektów pewnego magazynowania energii poprzez jej elastyczność i związanego z tym wygładzania impulsowej natury oddawania przez człowieka mocy.   

Nie można jednoznacznie powiedzieć, że aluminiowa rama lepsza, bo sztywna. Albo że stalowa słaba, bo wiotka. Jeden waży 60 kg i pedałuje na platformach, inny waży 100 kg i "kręci na okrągło" w zatrzaskach. Innej ramy potrzebuje silny sprinter, a innej długodystansowy patyczak.

Ja po przesiadce na aluminium  żadnych przyrostów "prędkości przelotowych" (a co to w ogóle jest?) o 5 km/h nie zauważyłem.

Zresztą nawet te 5 km/h ma zupełnie inny wymiar energetyczny w zależności czy mówimy o wzroście z 25 na 30 km/h, czy z 30 na 35 km/h.

Poniżej ciekawy podcast poruszający zagadnienie sztywności ramy:

https://cyclingtips.com/2017/06/cyclingtips-podcast-does-frame-stiffness-matter/ 

 

 

  

Edytowane 5 Kwietnia 2022 przez marvelo

[Dokumosa]

Nie. Wiotkość boczna przedbiego trójkąta to 10o% marnowanej bezpowrotnie energii. Rama nie odda jej w żaden sposób w kierunku jazdy ani z powrotem na korbę. Analogocznie tracona jest energia na bujaniu zawieszenia pod wpływem kręcenia.

[marvelo]

Więc co poruszyło kołem po zwolnieniu hamulca w eksperymencie zademonstrowanym na filmie GCN? Duchy?

Poniżej przytaczam eksperyment, o którym wspomina Jan Heine w rozmowie między innymi z Damonem Rinardem (podcast z mojego poprzedniego posta).

https://heine91.rssing.com/chan-30191023/article310.html

Nawet Rinard (a kto to jest: https://www.sheldonbrown.com/rinard/) nie jest już obecnie zagorzałym obrońcą maksymalnej sztywności ramy:

When Damon Rinard, Road Engineering Manager at Cannondale, proclaims, “I no longer believe that the ultimate rigidity defines the ultimate bike!” you know that the world is changing."

 

 

 

 

[Mihau_]

Cytat

Więc co poruszyło kołem po zwolnieniu hamulca w eksperymencie zademonstrowanym na filmie GCN? Duchy?

Kołem poruszyła korba za pośrednictwem łańcucha. Rama nie jest spięta na sztywno z trenażerem, naprężenia nie występowały wyłącznie w ramie ale również na osi

[Dokumosa]

Sam sporo jezdziłem na bardzo wiotkich, nieudanych węgielnycj ramach i mogę efektywność napędzia takiego roweru porównać do kopania szpadlem z gumowym trzonkiem w twardej ziemi.

[marvelo]

A ktoś zapoznał się w ogóle z tym podcastem (wiem, że to po angielsku, ale chyba wszyscy maturę z angielskiego zdawali -nawet ja, rocznik 1972, uczący się angielskiego dopiero od liceum, zdążyłem się go nauczyć), gdzie Damon Rinard mówi o tym, że próbował nawet zmierzyć, przy pomocy dwóch mierników mocy (na korbie i na piaście) różnicę, pomiędzy mocą na wejściu i na wyjściu, i żadnych mierzalnych różnic nie było? Przyjął nawet, że mierniki mocy mogą mieć zbyt małą częstotliwość próbkowania, i może dlatego nic nie wykazują. Więc wyliczył, na podstawie ugięcia ramy, ile maksymalnie może wynosić ta strata energii (czyli gdyby cała energia władana w ugięcie ramy była tracona) i to wcale  nie były duże wartości nawet przy mocach rzędu 2000 W  i wiotkich ramach.

Testu praktycznego czterech ram (jedna była zdublowana) różniących się tylko rodzajem rurek (a więc i sztywnością) przeprowadzonego przez Jana Heine, testu ślepego, rygorystycznego niczym badanie nowych leków (zamieniane nawet oznaczenia rowerów), też nikt nie skomentował.

Wszyscy tylko dalej jak mantrę powtarzają stare mity. 

Ale już się do tego przyzwyczaiłem.

 

 

 

Edytowane 6 Kwietnia 2022 przez marvelo

[Dokumosa]

W rzeczywistości są to niewielkie różnice jednostkowe (ale na długim sprincie już odczuwalne) bo rama nie wygina się na pół metra w każdą stronę. Poza tym metoda pomiaru w podcaście zła/niedobra ;). Posłużę się przykładem - weźmy sprężynę za pomocą której będziemy podnosili do góry odważnik. W czasie podnoszenia odważnika sprężyna rozciąga się na pewną długość zanim odważnik oderwie się od podłoża. Siłomierze (na tej zasadzie działają mierniki mocy) przyczepione na początku i końcu sprężyny pokażą tą samą wartość (przyjmijmy, że masa sprężyny jest pomijalna). Tak więc przesunięcie naszej ręki to wysokość podniesienia odważnika nad podłoże + dł. o jaką rozciągnie się sprężyna. Tym samym praca jest wprost proporcjonalna do wiotkości sprężyny. Wracając do roweru miernik mocy na korbie mierzy siłe z jaką działamy na ramię korby, zakłada, że stopa pokonuje dystans na jeden obrót wynoszący dokładnie tyle co obwód okręgu o promieniu równym dł. korby i dzieli przez czas obrotu odpowiednio uśredniając. I w przypadku idealnie sztywnej ramy to by się zgadzało z rzeczywostością. Wiotkość ramy jednak powoduje, że stopa nie porusza się po okręgu a rzeczywisty promień po którym porusza się stopa będzie wydłużony o ugięcie ramy w danym momencie. Miernik mocy jednak o tym nie wie.

Edytowane 6 Kwietnia 2022 przez Dokumosa

[Mihau_]

3 godziny temu, marvelo napisał:

A ktoś zapoznał się w ogóle z tym podcastem (wiem, że to po angielsku, ale chyba wszyscy maturę z angielskiego zdawali -nawet ja, rocznik 1972, uczący się angielskiego dopiero od liceum, zdążyłem się go nauczyć), gdzie Damon Rinard mówi o tym, że próbował nawet zmierzyć, przy pomocy dwóch mierników mocy (na korbie i na piaście) różnicę, pomiędzy mocą na wejściu i na wyjściu, i żadnych mierzalnych różnic nie było?

Uf, dobrze, że nie odpaliłem i słuchałem czegoś innego. Obawiam się, że nikt logicznie myślący nie potrzebuje godzinnego podcastu żeby dowiedzieć się, że moc na korbie i piaście, które są ze sobą połączone łańcuchem jest identyczna (straty to tylko tarcie).

[Dokumosa]

45 minut temu, NieLubiePoniedzialku napisał:

Te roznice wynikajace z roznej sztywnosci, nie sa łatwo mierzalne, w zasadzie to najwieksza korzysc ze sztywnego roweru jest w chwilach przyspieszania i sprintow....podczas jazdy ze stalymi watami, roznice sa minimalne. Chyba ze ktos potrafi jak pan Ganna, cisnac przez godzine 460W...to moze wtedy...

Gdyby ktoś potrafił pedałować w taki sposób że dostarczana do koła energia jest faktycznie stała a nie sinusoidalnie zmienna...

A właśnie ta zmienność w dostarczaniu mocy powoduje cykliczne odkształcanie ramy.

[marvelo]

No właśnie. A co jeśli to odkształcanie ramy wcale nie utrudnia pedałowania (które z natury jest impulsowe), tylko je ułatwia?

Po co stosuje się obecnie, już nawet w silnikach benzynowych, a od dawna w dieslach, dumasowe koła zamachowe? Przecież tam też są sprężyny. Bo silnik spalinowy, zwłaszcza pracujący na niskich obrotach, też ma naturę impulsową. I to czuć, zwłaszcza jak ktoś katuje silnik dużym obciążeniem na niskich obrotach i wysokich biegach, uskuteczniając tzw. ekojazdę. Dwumasowe koła zamachowe trochę to maskują.  

A wracając do Twojego przykładu ciężarka na sprężynie.

Podniesienie ciężarka o masie m, zawieszonego na sprężynie, na wysokość h wymaga więcej energii niż zawieszonego na nierozciągliwym sznurku. To fakt. Ale co mamy jako rezultat? Mamy energię potencjalną tego ciężarka względem podłoża (punktu wyjściowego), związaną z wysokością h. Ale mamy coś jeszcze. Co? Energię zgromadzoną w naprężonej sprężynie. Nasza praca nie poszła na marne. Możemy coś z tą energią zrobić. Na przykład odpiąć ciężarek, zabezpieczając sprężynę jakąś blokadą i przenieść ją jako napęd do wystrzelenia pocisku z kuszy.

Albo inny wariant. Ciężarek wiszący na wysokości h, ale wciąż na sprężynie, można podnieść wyżej, o jakąś część tej wysokości, używając już dużo mniejszej siły niż wynika to z siły grawitacji działającej na ciężarek. Oczywiście ta siła w końcu zrówna się z siłą grawitacji, ale dopiero w momencie jak sprężyna powróci do swojej pierwotnej długości, czyli będzie całkowicie rozprężona. I znów sprężyna oddała nam swoją energię, ułatwiając podniesienie ciężarka na dodatkową wysokość.

W rowerze też te zjawiska występują podczas pedałowania. Energia naprężonej ramy wraca do napędu, w ten czy inny sposób.  

 

  

[Dokumosa]

Pokazałem na czym polega przyrost jałowo wykonywanej pracy. Przyrost ten zależy wprost od wiotkości ramy i jej odkształcania w danym momencie więc i siły. Miałem ramy które odkształcały się z 5mm stajac calą swoją masą na korbie ale również i takiego chińczyka co wystarczyło tylko oprzeć nogę na pedale i się gieła ze 3cm. W skrajnym uproszczeniu można przyjąć, że rzeczywosta moc dostarczana przez nogę jest większa o stosunek odkształcenia do dł. ramienia korby. Jesli więc podczas jazdy rama gnie się na boki 5mm a ramię korby ma 175mm to tracimy w ten sposób niecałe 3% mocy w dodatku tylko w peaku (często więcej zabiera sam łańcuch). Jesli rama odkształca się na 4cm to tracimy ponad 20%. Mówimy o wypadkowym odkształceniu mierzonym w punkcie mocowania pedału(a?) do korby w dowolnej płaszczyźnie.

[nossy]

Za chwilę piekło północy i staruszka...już widzę jak wszystkie teamy wymieniają sztywne ramy na stalki. Fajna dyskusja....na poziomie akademickim.

p.s. autorze nie każdy zdawał maturę z j.ang bo język obcy był do wyboru...tak zupełnie poza tematem.

[kazafaza]

🤡

W dniu 5.04.2022 o 08:59, abdesign napisał:

Więc wracając na chwilę do wątku z którego ten wykiełkował - większość leciwych stalowych ram szosowych jest po prostu słaba pod tym względem.

Aha, bo jak stare szosy to się nie znam jeszcze, nadal wolę ofrołd...

😉

W dniu 4.04.2022 o 19:09, marvelo napisał:

Czy sztywność ramy faktycznie jest tak istotna z punktu widzenia efektywności jazdy?

 

...a jak w ogóle to mam wrażenie że nie ma sensu wyodrębnianie jedynie sztywności, tylko ramy, z punktu widzenia efektywności jazdy.  No bo co, każda jazda jest identyczna?  Wiatr, słońce, deszcz, duży ruch na ulicy, mały głód, wyspałeś się czy się wysrałeś.  Swoją drogą ciekawe ale bez aptekarstwa bo jakie to ma dla nas znaczenie?  Kupujemy co jest, czyli obecnie ochłapy, chyba że możemy sobie lutować, spawać, laminować, drukować czy jakkolwiek kombinować do woli 🙃

 

[Sobek82]

Dla mnie każda rama jest sztywna, z żadną nie udało mi się porozmawiać, w zasadzie one są martwe, a te ludzie co dorabiają fizjologię i filharmonię, co poczuli jakąś wiotkość to są w pierwszej kolejności do leczenia. 🙃🤗😘

[marvelo]

Ciekawe jak by wyglądało podnoszenie ciężarów, gdyby gryf sztangi był ciałem idealnie sztywnym?

Ja stawiam tezę, że rekordy byłyby dużo niższe.

To kolejny sport, w którym wykorzystuje się sprężystość materiałów, dzięki której ludzki aparat kostno-mięśniowy jest w stanie dokonać więcej, niż gdyby miał do czynienia z ciężarem umieszczonym na super-sztywnym gryfie.

 

[Fikander]

Odważny i zdeterminowany jesteś z tą niemożliwą do udowodnienia tezą. Ja bym na Twoim miejscu ten przykład że sztangą podsunął kadrze panczenistów - może kupią innowację.

[marvelo]

W dniu 5.04.2022 o 19:42, Dokumosa napisał:

Nie. Wiotkość boczna przedbiego trójkąta to 10o% marnowanej bezpowrotnie energii. Rama nie odda jej w żaden sposób w kierunku jazdy ani z powrotem na korbę. Analogocznie tracona jest energia na bujaniu zawieszenia pod wpływem kręcenia.

No to co się stanie z tą energią? Nie ma traconej energii. Można ją tylko zamienić na inną formę energii. Może to być ciepło, mogą być np. fale akustyczne (drgania).  

I nie. Analogia do bujającego zawieszenia jest błędna. W zawieszeniu, nawet beznadziejnym, masz element sprężysty i tłumik. Tłumienie może być tylko cierne, ale nawet ono powoduje przekształcanie energii mechanicznej na ciepło.W dodatku w tylnym mogą być punkty obrotu na tulejach, które też generują tarcie.

Samo ugięcie elementu sprężystego to proces prawie bezstratny, zwłaszcza elementu stalowego. O ile wiem, sprężyny w większości mechanizmów robi się właśnie ze stali. Z aluminium? Nie widziałem. Z włókna węglowego? Być może. Chyba w Corvette był poprzeczny resor piórowy wykonany z kompozytu węglowego. Jednak jeśli chodzi o karbon to wielokrotnie słyszałem, że kompozyty mają właściwości tłumiące. Są włókna węglowe, jest jakaś żywica i podczas uginania występuje większe tarcie wewnętrzne niż w elemencie stalowym, a więc i tłumienie. Zatem mocno uginająca się kiepska rama karbonowa będzie oddawać znacznie mniej energii z powrotem do napędu (zakładając, że ten mechanizm jednak występuje) niż stalowa. Aluminium pewnie będzie gdzieś pośrodku.

Jeśli chodzi o to oddawanie energii z powrotem do napędu, to mnie eksperyment pokazany na filmie GCN przekonuje.

Wspominany przeze mnie Jan Heine, w linkowanym podcaście, mówił, że badania zjawiska ugięcia ramy metodą analizy elementów skończonych to wykazały.

To, co Jan Heine nazywa "planing frame" to rama, która dzięki pewnej dozie elastyczności w odpowiednich miejscach, pozwala na wygenerowanie większej mocy do napędzania roweru,  niż gdyby rama była maksymalnie sztywna. Pozwala na bycie "in sync" z rowerem. 

Nie można traktować efektywności napędzania roweru w ten sposób, że kolarz dysponuje jakąś tam mocą, a rama mu część tej mocy odbiera (w domyśle -  im sztywniejsza, tym mniej). To nie tak. Kolarz generuje tą moc w konkretnym układzie, przy konkretnym obciążeniu, w konkretnych warunkach. W dodatku analiza przebiegu mocy w mikroskali ma dużo mniejsze znaczenie niż ogólny efekt w skali makro. Kolarz to nie silnik elektryczny o jakimś tam momencie napędowym, ale żywy organizm produkujący moc w sposób impulsowy. Człowiek plus rower to układ biomechaniczny.

Mięśnie mogą się męczyć od samego napięcia statycznego. Ćwiczenia izometryczne są tego dobrym przykładem. Jeśli mięsień będzie się kurczył szybciej niż pozwala na to układ w którym ten mięsień funkcjonuje, to niekoniecznie przełoży się to na wykonanie większej pracy mechanicznej. O ile na przykład prędkość roweru może ulegać dużym fluktuacjom (odpowiadającym wybuchom mocy) przy małej prędkości podczas bardzo stromego podjazdu, to już przy prędkości 50 km/h nie bardzo. Według Jana Heine taka elastyczność ramy może chwilowo magazynować pewien nadmiar energii, by oddać go w późniejszej fazie cyklu. Mięsień może się kurczyć w wygodny dla niego w danym momencie sposób, co zbyt sztywna rama utrudnia. Na tym ma polegać przewaga ramy elastycznej.

https://www.renehersecycles.com/the-biomechanics-of-planing/  

 

 

 

Edytowane 8 Kwietnia 2022 przez marvelo

[marvelo]

15 godzin temu, NieLubiePoniedzialku napisał:

Nie da sie wygenerowac mocy wiekszej w ukladzie typu rower/kolarz niz ta, ktora dostarcza kolarz, jesli rower jest bez silnikow czy innych generatorow mocy.

Chyba ze potrafisz brac energie z niczego 😉 jak do tej pory rower to element pasywny. I jesli twierdzisz, ze jakas tam elastycznosc potrafi "wygenerowac wieksza moc do napedzania roweru" to ktos tej ramie musi tej energii dostarczyc z zewnatrz.

Erm...yyy to chyba dostarcza jej tez kolarz? 😉

Moc nie bierze sie z niczego. Jedyne co mozna zrobic, to zminimalizowac straty mocy w ramie, ale one nigdy nie beda zerowe. 

Obawiam się, że niczego nie zrozumiałeś.

Oczywiście, że to kolarz wciąż dostarcza tą moc. Ja niczego innego nie napisałem. 

W dniu 8.04.2022 o 23:32, marvelo napisał:

To, co Jan Heine nazywa "planing frame" to rama, która dzięki pewnej dozie elastyczności w odpowiednich miejscach, pozwala na wygenerowanie większej mocy do napędzania roweru,  niż gdyby rama była maksymalnie sztywna. Pozwala na bycie "in sync" z rowerem. 

W powyższym zdaniu napisałem "pozwala na wygenerowanie (czyli w domyśle: przez kolarza) większej mocy", a kluczowym zdaniem jest ostatnie: "Pozwala na bycie in-sync" z rowerem". Jeśli kolarz będzie miał stworzone lepsze warunki, wygeneruje większą moc. On, w symbiozie z rowerem, nie rower, nie rama. Dobra rama pozwoli mu wydobyć z niego cały potencjał. 

Doskonale wyjaśnia to sam Jan Heine w tym fragmencie z linkowanego już artykułu:

We know that riders can put out 12% more power on bikes with optimized flex characteristics. Our observations during our double-blind test – where we rode bikes that were identical except one was stiffer than the others – are consistent with the idea that the best frames allow us to input more energy with less fatigue. On the stiffer bikes, our legs hurt with a burning sensation. This limited our power output. When we reached the top of the hill after an all-out effort, our heart rate was lower than its absolute maximum.
On the more flexible bikes that ‘planed’ optimally for us, our legs did not hurt. The sensation was one of pleasant warmth in our legs, maybe a little tingling. With the legs no longer the limiting factor, our cardiovascular system set the ceiling on our power output. At the top of the hill, we were completely out of breath. Riding these bikes fast was more fun, because our legs didn’t hurt.

Coś tu się działo, gdy mnie nie było? Kilka postów zniknęło.

 

 

 

 

Edytowane 9 Kwietnia 2022 przez marvelo

[marvelo]

 

[marvelo]

 

[marvelo]

Science and Bicycles: Frame Stiffness – Rene Herse Cycles