自行车行进时阻力的分析(转帖)

水无痕

自行车行进时阻力主要有四个来源，自行车内部摩擦力、风阻、重力及轮子的磨擦力。

1: 自行车内部摩擦力: 主要来自花鼓及BB转动时的摩擦力，链条传动时的摩擦力，轮子本身的传动效能。车速越慢，此部份所占比例越高。 一般而言，一条润滑顺畅的链条，传动效率大于90\%，可以达到94-95\%，所以先看看自己的链条，是不是已经看不到不锈钢的颜色呢？

2: 风阻: 风阻最重要决定于相对风速及有效的阻风面积。想象台风中，风越强(风速)，伞越大(阻风面积)，越易开花，也越走不动。

相对风速: 决定于自行车速与风速，逆风时相加，顺风相减。小考题: 以时速30公里在时速10公里风速下逆风前进，相对风速为多少? 答案不是四十的人，请向国小老师报到。

有效的阻风面积: 自行车的阻风面有: 身体，车架，手把，车衣，水壶架，安全帽，大齿盘，前煞车。人体阻力约占70\%，自行车30\%。而我们如果改变一台自行车及穿著或得到多大的效果呢？

以25英里( 42.25公里)的个人计时赛为例:

改变的设定                节省的时间 (单位: 秒)

传统钢丝的板轮          30
低风阻车架                42
计时赛手把                30-60
连身长袖莱卡车衣       14-25
低风阻水壶架及水壶    14
低风阻安全帽             20-25
卡式踏板、鞋套          9
低风阻大齿盘             6
前后碟轮轮组             70
下把位                     180

我们可以看到轮组的助益效果约在0.5-1\%.约占风阻中的5-7\%。

各位有没有注意到连水壶架都有帮忙，难怪计时赛时，车手常不带水的。TREK 的计时赛用车甚至曾把水带直接做在下管内，接ㄧ根吸管在龙头边喝。

3: 重力: 上坡时的主要阻力。
4: 地面摩擦力: 不管车速多快，磨擦力是恒定不变的。

[ 本帖最后由 水无痕 于 2007-6-25 11:57 编辑 ]

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1: 蓝线中，地面磨擦力是不会变的，而车子内部阻力是会随车速上升而稍微变大。
2: 风阻在低速时，比摩擦力小，17km/hr时约相当，此后车速越快，风阻几乎是以与车速平方上升。
3: 高速与低速的阻力比例不一样，通常高速是指30-40㎞/hr以上。
4: 爬坡时，当时速低于30㎞/hr，速度较低，重力影响已远超过风阻。
如何降低阻力：
降低阻力可分为下列方式
一: 降低风阻:
A: 跟车: 这是最有效的方法。骑在大集团中，跟车，在高速时(大于40㎞)可以降低25-40\%耗能。花费＝○
B: 较低的骑乘姿势: 第二有效的方法，花费＝○。最好进风洞测一下，省钱一点的，就趁台风来的时候去测试看看。
C: 空气动力套件: 包括车架，手把，轮组，水壶架、、、、、、、、、、、等。 花费＝＄＄＄＄＄(＝￡￡￡)！
D: 穿著: 莱卡连身长袖车衣，计时赛用安全帽，鞋套，花费＝￥￥￥。另外买合身一点的车衣也有帮忙，大部分的人都买大了一到两号。

[ 本帖最后由 水无痕 于 2007-6-25 12:01 编辑 ]

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二: 减低阻力：

A: 选择较细的胎，胎压加高，以管状胎较易达到。越薄的胎，胎压越高阻力越小；乳胶内胎也有帮助。
B: 越小的轮径风阻力越小，且相对旋转重量也低，净重也低；不过前进时地面阻力较高，路面越不平越明显。想象要压过一5公分高的阶梯，小轮子较大轮子难爬上去。
C: 润滑BB，花鼓，调整好链条长度，最重要是链条要干净，勤清洗上油。

三: 降低车重，减一点肥油，出发前记得上厕所。减轻车重，花费＝＄＄＄＄＄
以上只是给各位一个概念，让各位知道轮组在整体中的地位

[ 本帖最后由 水无痕 于 2007-6-25 12:47 编辑 ]

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轮组的特性与选择：

轮子的几个重要的特性:
买一组轮子，我们会考虑几个特性: 重量，强度，空气动力特性，顺畅度，煞车性能，耐用度，方便性。我们就来看看这些特性。
1: 重量:
A：单纯的轮重只是一个静态指标参考，对于爬坡较具参考价值。一般较好的前花鼓重约80-110gm，后花鼓200-270gm，钢丝每根约9-12gm，轮圈变化较大，纯碳纤维约在210-300gm(窄框) 280-420gm(大板框)，铝框350-500gm，钢丝头，铝的约重0.5g，铜的1gm。整组重介于1100-1800gm间较常见。
B：相对旋转重量 (rolling weight)：比较重要。想象链球就较清楚，一个一公斤链球，链条一公尺来旋转，要将它转起来所需力量，与重量及链条长成正比。轮子也是同样的道理，但是轮子的重量分布并不像链球般单纯，钢丝、轮圈分布从内到外都有，不过以轮圈与轮胎，所占比例最大，因其位最外缘，重量也最高。而花鼓的旋转重量几乎不用考虑。
2: 强度：轮子的强度决定于几个因素，轮圈强度，钢丝数目，钢丝张力，花鼓强度。轮圈越宽，强度越强，需要钢丝数目越少。刚丝数越多、编的张力越大，强度越强。花鼓强度越够，强度也更好。强度越佳，传动效能越佳。
3: 顺畅度：主要在于花鼓的培林数目、大小及品质。越顺畅则培林磨擦力越小，越省力。很多轻量化的花鼓除了用上钛的飞轮座，铝合金甚至碳纤的轴。有些为减轻重量，用较小的培林，或少用一两个培林，但赔上了耐用度与顺畅度，并不是很理想。目前顺畅度最好的培林是陶瓷的滚珠，因它可以做的更圆，号称在40km/hr时，减低0.8-1.0 watt功率损耗，不过代价也很高，如果有兴趣，Zipp与Campagnolo都有此消金的选择。
4: 煞车性能: 铝框的煞车性能较碳纤佳，散热也较好，如再加以CNC或陶瓷边－处理，连雨天都不用怕。碳纤轮框散热较差，需用专用煞车片，煞车时较易有异音，吓到路人，长下坡时较令人担忧。 ( 想想看4-5万的轮子，发出快毁灭的声音，多令人心疼；若速度不够快，还可以看到路人惊惶闪躲) 有些碳纤轮框会在煞车面胶合上铝片，又重个100多克，而且胶合面在煞车的高温下易有问题，也会需要的技术层面就更高了。
5: 耐用度：通常是煞车面磨平了，碳纤的则可以看到碳纤维裸露，不过这与每个人煞车习惯与路况有关。有些则是培林先挂了。
6: 方便性: 碳纤需用专用煞车片，且以管胎为多，换胎较麻烦。
7: 空气动力特性: 以板轮为佳，且越宽者越佳，碟轮当然使最好的了。钢丝数目越少，钢丝越扁，也越佳。不过空气动力特性越佳，也是要付出代价的，通常是逆风时，破风如箭；侧风时，挡风如墙。你就开始蛇行，看到警察当心酒测被扣车。另外每家各有设计独特之处，有些是理论派，有些是行销手段，消费者要多比较。
轮组对于自行车行进的助益：

大约有下列几种: 降低空气阻力，减低踩踏施力，增加惯性使踩踏平顺。

1: 降低空气阻力: 减低风阻也就减低耗能，以板轮破风性较好。
2: 减低踩踏施力: 通常是上坡时，经由减轻轮组整体重量帮助最大。
3: 增加惯性使踩踏平顺: 相对旋转重量越高者，惯性越高。

[ 本帖最后由 水无痕 于 2007-6-25 12:55 编辑 ]

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轮组品牌及各数据：
1 .Extralite UltraClimb (NYA), 1180g
2. American Classic Magnesium, 28/32 spokes, 24/24mm rims, 1207g
3. Spada Stiletto 2005, 1238g
4. Rolf Prima Elan Areo, 20/24 spokes, 24mm rims, 1295g
5. Spada Stiletto Light, Velocity OC rims, Sapim Laser 24+28, 1300g
6. Spada Carbonio Aero, Alex est 13 and est 14 rims, Sapim Laser 24+28,1312g
7. Rolf Prima Elan, 20/24 spokes, 24mm rims, 1314g (actual)
8. American Classic 350, 28/32 spokes, 1320g (standard build)
9. FRM SP-R21SD Light, 1348g
10. Campagnolo Ultra Hyperon, 22/24 spokes, 1350g
11. Extralite ExtraClimb, 1360g
12. Nimble Fly, 1367g
13. Velomax (Easton) Victoria, 1370g
14. Wheel Craft Sprint DS,18/24 spokes, 40/40mm rims, 1370g (actual)
15. Dave Thomas Speed Dream R 359, 25/32 spokes, 1390g
16. Campagnolo Hyperon, 22/24 spokes, 1395 g
17. Nimble Spider, 1400g
18. Topolino, 24/24 spokes, 24/24mm rims, 1402g (actual w/Shimano Freehub)
19. Velomax (Easton) Ascent II, 1423g (actual)
20. American Classic 420,18/24 spokes, 34/34mm rims, 1425g (standard build)
21. Wheelcraft Classic Elite, 28/32 spokes, 1427g (w/ DT Revo\'s)
22. Corima, 18/24 spokes, 45/45mm rims, 1440g
23. Reynolds Stratus, 16/20 spokes, 46/46mm rims, 1450g
24. Ritchey WCS Protocol, 20/24 spokes, w/DT Aero and Al nipples, 1450g
25. Rolf Prima Vigor,14/16 spokes, 34mm rims, 1467g (actual)
26. X-Lab Aero, 1475g
27. Velomax (Easton) Orion II, 1477g
28. ExtraLite ExtraRoad, 1480g
29. Bontrager Race X-Lite, 20/24 spokes, 1490g
30. Dave Thomas Speed Dream Aerolite, 18/24 spokes, 1490g
31. American Classic Velocity Aerohead (Alloy Nipples), 28/32 spokes, 19mm rims, 1493g
32. Rolf Prima Vigour RS, 14/16 spokes, 34mm rims, 1495g
33. FSA 400, 1497g (to be released in Jan)
34. Velomax (Easton) Tempest II, 1500g
35. Corima Winium,24/24 spokes, 24/24mm rims, 1500g
36. Bontrager Race X-Lite, 1520g
37. Reynolds Stratus Clincher, 16/? spokes, 46mm rims, 1523g
38. FSA RD600, 18/18 spokes, 34/34mm rims, 1525g
39. Tune Standard Lightweight, 1530g
40. Eclipse XR-1, 16/20 DT Competiton, brass nipples, 1530g
41. Spinergy X-Aero Lite, 18/24 spokes, 24/24 mm rims, 1540g
42. Campagnolo Neutron, 1550g
43. Ritchey WCS DS, 1550g
44. Cane Creek Volos Team Ti, 18/28 Ti spokes, 21mm Alu rims, 1556g
45. Spinergy Tilium Carbon, 1557g (actual)
46. FSA RD400, 20/24 spokes, 27/27mm rims, 1558g
47. Campagnolo Eurus 16/21 spokes, 1560g
48. Mavic Ksyirum SSC SL TDF, 1560g (actual)
49. Hed Alps, 18/24 spokes, 50/50mm rims, 1565g
50. Zipp 303, 20/18 spokes, 40/40mm rims, 1575g
51. Dura Ace 7800, 1579g
52. Mavic Ksyrium SSC SL, 1590g (actual)
53. Spinergy Carbon SS, 16/20 spokes, 45/45mm rims, 1599g

管胎轮组重

1. Spada with Zipp 250 rims, weight limit 80 kg, Sapim Laser 20+ 24, 970g
2. Spada with Zipp 280 rims, weight limit 78-84 kg, Sapim CX-Ray (16 or 18 front; 24 rear), 1020g
3. CarbonSports Lightweight \"Obermayer\", 53/53mm rims, 12/20 spokes, 1020g
4. CarbonSports Lightweight \"Alpe d’Huez\", 53/53mm rims, 20/20 spokes, uphill only, 1020g
5. CarbonSports Lightweight \"Obermayer\", 53/53mm rims, 12/20 spokes, 1035g
6. CarbonSports Lightweight \"Obermayer\", 53/53mm rims, 20/20 spokes, 1050g
7. Reynolds Cirro SV KOM, 20/24 spokes, 23/23mm rims, 1050g
8. Spada Winium, also used in ciclocross, no weight limit, 24+28 Sapim Laser, 1050g
9. Zipp 202, 20/24 spokes, 25/25mm rims, 1065g
10. Zipp Z3, 18/21 spokes, 38/38mm rims, 1080g
11. FRM FL-R 22 Carbon, 20/24 spokes, 1080gr
12. CarbonSports Lightweight \"Standard\", 53/53mm rims, 12/20 spokes, 1120g
13. Zipp 202, 1120g, 20/24 spokes, 25/25mm rims.
14. Reynolds Stratus DV UL, 16/20 spokes 46/46mm rims, 1120g
15. American Classic Carbon 38 Tubular, 18/24 spokes, 38/38mm rims, 1124g

16. Zipp 303, 20/28 spokes, 38/38mm rims, 1124g
17. CarbonSports Lightweight \"Standard\", 53/53mm rims, 16/20 spokes, 1130g
18. HED Stinger, 25mm rims, 1130g
19. CarbonSports Lightweight \"Standard\", 53/53mm rims, 20/20 spokes, 1145g
20. Velomax Ascent 2, 18/24 spokes, 23/23mm rims, 1145g
21. Spada with Ambrosio Crono F20 rims, 1190g
22. Reynolds Cirro SV, 20/24 spokes 23/23mm rims, 1190g
23. Bontrager Triple X-Lite, 20/24 spokes, 24/24mm rims, 1190g
24. Fir Fly Carbon, 20/24 spokes, 1200gr
25. Hed Stinger, 38mm rims, 1210g (weight debated)
26. Campagnolo Hyperon Tubular, 22/24 spokes, 1240g
27. Reynolds Stratus DV, 16/20 spokes, 46/46mm rims, 1250g
28. Corima Carbon Medium Tubular, 18/24 spokes, 45/45mm rims, 1250g
29. Velomax Tempest 2, 18/20 spokes, 58/58mm rims, 1265g
30. Zipp Z4, 18/18 spokes, 58/58mm rims, 1268g
31. American Classic Carbon 58 Tubular, 18/24 spokes, 58/58mm rims, 1280g
32. Ritchey WCS Carbon Wheels, 16/20 Spokes, 58/58 rims, 1282g
33. Zipp 404, 18/24 spokes, 58/58mm rims, 1283g
34. Corima Winium Tubular, 24/24 spokes, 1295g
35. Cane Creek Aros Superlight Team Ti, 24/28 Titanium spokes, 22/22mm rims, 1312g
36. Campagnolo Bora Tubular, 18/21 spokes, 45/45mm rims, 1320g
37. Zipp 606, 18/24 spokes, 58/81mm rims, 1345g
38. Bontrager Race X-Lite, 14/16 spokes 44/44mm rims, 1360g
39. HED Stinger, 50mm rims, 1390g
40. Zipp 808, 18/24 spokes, 81/81mm rims, 1395g
41. Cane Creek Aros Superlight SS, 24/28 Steel spokes, 22/22mm rims, 1401g
42. Cane Creek Aros Team Ti, 18/28 Titanium spokes, 46/46mm rims, 1436g
43. Fir Speedlite Tubular, 20/24 spokes, 30/30mm rims, 1450g
44. Corima Carbon Aero Light Tubular, 18/24 spokes, 45/45mm rims, 1470g
45. Thorius Shado Carbo, 16/16 spokes, 45/45mm rims, 1485g
46. Cane Creek Aeros SS 18/28 Steel spokes, 46/46mm rims, 1495g
47. Thorius N Era, 24/24 spokes, 45/45mm rims, 1510gr
48. Zipp 909, 18/disc spokes, 58mm front rim, 1528g
49. Hed Alps Tubular, 18/24 spokes, 50/50mm rims, 1540g

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