Por que usar vários materiais em coroas?

Por que em um pedaleiro triplo típico de estrada de nível médio, os anéis externos (anéis maiores) são de alumínio, enquanto o anel interno (anel pequeno) é cromado?

Parece-me que, se o alumínio fosse bom o suficiente para um, seria bom o suficiente para todos.

Isso tem a ver com a quantidade de força aplicada a cada anel? Talvez o menor anel possa ser usado em situações de escalada, quando o ciclista está em pé, de modo que a maior força está sendo aplicada à manivela nesse ponto (e, portanto, você precisa de um anel mais forte)?

Na verdade, isso é uma questão de multiplicação de força que cada coroa fornece e o tamanho / massa de cada coroa.

Diferença de força

Vamos propor, apenas por um momento, que você tenha uma coroa tão grande que seu raio seja quase o mesmo que o comprimento da manivela. Se o ciclista se levantou para pedalar enquanto usava a coroa (e usando pedais simples da plataforma). A força teórica máxima na corrente será igual ao peso do ciclista. (Supondo que ele / ela não esteja puxando o guidão).

Agora, vamos nos livrar dessa coroa de rodas impraticável e ridiculamente grande e instalar uma mais realista, com um raio de aproximadamente metade do comprimento da manivela. Agora, quando o ciclista repete o experimento anterior, agora, a força teórica máxima aplicada ao peso do ciclista * 2.

Se você repetir todo o experimento, mas desta vez com uma coroa com um raio de 1/4 do comprimento da manivela, a força máxima na corrente seria 4 vezes o peso do ciclista.

Ou seja, em um mecanismo simples como um pedaleira, a força de saída pode ser calculada como:

OF = SE * (Ir / Or).

Onde IF = Força de entrada, Ir = raio de entrada ou Or = raio de saída. E raio é a distância do eixo até o ponto em que a força é exercida.

Como você pode imaginar, a maioria dos pedais de pedaleira para tripas tem um grande pedaleiro com um raio de aproximadamente metade do comprimento da manivela. Um anel menor é metade do tamanho. Efetivamente, o pedal de pedal triplo típico dobra a força de saída no pequeno anel de coroa em relação ao maior.

O peso importa

No entanto, isso é apenas parte do tópico. Quanto maior a coroa, mais pesada ela é. E também é uma parte rotativa da bicicleta, portanto, alguns podem argumentar que sua inércia rotacional seria importante. Como você pode imaginar, o pedal CroMo é mais pesado que o Al.

Durabilidade

Isso ainda não explica completamente a decisão, mas aqui está: o alumínio normalmente tem menos resistência ao desgaste por atrito do que o aço. Por exemplo, se você tivesse que arquivar um solavanco em uma peça de alumínio, faria isso com pouco esforço, em comparação com o trabalho semelhante em aço macio. Além disso, o fato de uma nova corrente em uma nova coroa engatar vários dentes com contato total entre os dentes do rolo, espalhando efetivamente a carga entre cada ponto de contato. A pequena coroa pode fornecer menos pontos de contato para espalhar a carga, com meios para que cada dente seja submetido a uma fração maior da força total aplicada pelo ciclista e multiplicada pela manivela. Isso significa que um dente na coroa pequena suporta uma carga muito maior do que um dente na coroa grande.

Relação de uso

Nisto, podemos acrescentar o argumento bastante subjetivo de que a maioria dos ciclistas passaria mais tempo na coroa intermediária, talvez na pequena ou pulando muito entre elas, enquanto a maior é usada esporadicamente, geralmente em descidas rápidas onde o ciclista venceu use sua força total e não por muito tempo.

Conclusão

Todos esses argumentos tornam os materiais escolhidos um bom compromisso entre peso, durabilidade e talvez custo.

As coroas pequenas e médias de alumínio se desgastariam muito rápido e seriam propensas a dobrar devido à técnica incorreta de mudança de marchas. Um grande aro de aço seria mais pesado e a diferença seria facilmente perceptível ao segurar o pedal na mão, de modo que o pedal com o grande aro de alumínio faria a melhor compra entre os dois.

A diferença de peso entre pequenas coroas feitas com esses materiais seria menos perceptível, e o comprador pode não ser tão atraído a pagar a diferença de preço por uma perda de peso tão pequena (ganho?).

Além disso, pequenas coroas de alumínio podem ser mais adequadas para ciclistas profissionais, que podem ser patrocinados de maneira ideal, portanto, gastar um anel de corrida por corrida não é grande coisa. Além disso, ele / ela pode (idealmente) ter uma técnica de mudança otimizada (ou seja, o motociclista identificou suas falhas na técnica de mudança e as corrigiu).

Boa pergunta! Existem algumas razões importantes para os diferentes materiais:

• Desgaste : O aço dura mais que o alumínio, liso e simples. Então, por que não usar aço em todos os anéis? Os anéis maiores têm rampas nas laterais que facilitam a troca de marchas e não podem ser invertidos à medida que o anel se desgasta. O anel da avó pode, portanto, pode durar muito mais tempo.

• Flexão / flexão : À medida que o tamanho de uma coroa aumenta, ele se torna mais propenso a flexionar e dobrar devido ao torque / carga nele. O aço reto na verdade dobraria com bastante facilidade, mas a maneira como os anéis CNC permitem maior apoio nos anéis.

• Peso : o aço pesa mais que o alumínio, o mesmo para o CroMo. Para um anel pequeno, a diferença será muito menor que um anel maior.

• Custo : Assim como uma boa bicicleta com estrutura de aço e alumínio, o melhor material custa mais dinheiro, pode ser apenas um ângulo de economia de custos. (Observe, isso se aplica a outros materiais também como titânio).

Portanto, você tem vários motivos pelos quais o fabricante / vendedor possui diferentes materiais de anel. Provavelmente, é uma combinação dos itens acima e uma troca por um ou mais (mais peso versus menos força etc.).

Principalmente, devido a problemas no "braço da alavanca", muito mais força é aplicada aos dentes do menor anel e eles precisam ser os mais fortes. Isso é exacerbado pelo fato de a força estar espalhada por menos dentes.

Para o número 2, eu listaria o peso - com o anel pequeno usando alumínio, pouparia muito pouco peso.

Uma palavra: torque. Também conhecido como braço de alavanca.

Nesse caso, o braço da alavanca é a diferença nos raios do braço da manivela (ao qual o pedal está acoplado) e a roda dentada. Nós, pilotos, temos uma quantidade limitada de força que podemos aplicar aos pedais, criando um torque no braço da manivela. Nossa inércia cria uma força oposta através da corrente no anel de engrenagem selecionado. Com diferenças suficientes no braço do nível, nossa força humana pode gerar torque que pode superar a força do material do anel da corrente.

Portanto, para suportar o aumento de torque, o menor anel de coroa é normalmente feito de material mais forte, muitas vezes aço.

ATUALIZAÇÃO: os moderadores solicitaram uma expansão. Aqui está.

O torque é uma "força de torção", que é exatamente o que os pilotos criam quando pedalamos uma bicicleta. A quantidade de força que aplicamos aos pedais pode ser amplificada pelo comprimento do "braço de torque" - que é, no nosso caso, o comprimento de centro a centro dos braços da manivela, do suporte inferior ao pedal ( s) Também cercam o mesmo eixo as rodas dentadas da corrente dianteira. A diferença entre o raio de pedalada e o raio da roda dentada é o "braço de torque" efetivo, ou "vantagem mecânica", para a roda dentada especificada. À medida que a vantagem mecânica aumenta, também aumenta o torque ou a força de torção que geramos a partir dos pedais. Ganhamos a máxima vantagem mecânica ao pedalar contra a menor roda dentada de raio.

Isso resume nossas forças. Agora uma palavra sobre materiais. Relativamente falando, o aço é forte e pesado, enquanto o alumínio é macio e leve. No entanto, ligas e vários tratamentos modificam essas características nativas, geralmente com custos adicionais. A linha inferior é uma análise de tensão / deformação das forças (torque) envolvidas versus a força inerente do material. E há o orçamento monetário, que influencia as opções disponíveis e as seleções escolhidas. Uma revisão dos materiais dos candidatos à roda dentada está muito além do escopo desta resposta ou do meu conhecimento atual.

Basta dizer que os fabricantes usarão os produtos mais econômicos para seu público-alvo. Isso pode significar materiais diferentes para as equipes do Tour de France, em oposição ao que você e eu podemos obter em nossas lojas de bicicletas locais.

Quando se trata de rodas dentadas para os ciclistas comuns, tudo se resume ao torque. E os dois materiais menos dispendiosos que satisfazem a resistência necessária ao estresse / deformação são as ligas de alumínio e as ligas de aço.

Observe que o termo do OP "chro-mo" refere-se ao aço cromo-molibdênio , também chamado aço cromolítico.