CHC的輪組測試--扭轉剛性

在寫這篇文章之前，我找過國內外的網站，並沒有看到有任何單位有測試過輪子的扭轉剛性

所以我仔細了看過測試的方法，並計算何時才需要大的扭轉剛性

首先CHC的測試方法如下：

固定住輪圈的部份，在棘輪處施以一扭矩，值為70(N-m)，量測棘輪座在受力後的角度差

假設輪子扭轉剛性是無限大，那施以任何力，棘輪座都不會有任何旋轉

但實際上不是這麼理想的，棘輪座會旋轉，若是旋轉角度愈小代表輪子的扭轉剛性愈好

角度是一個很難量測的值，有比較簡單的推算方法：

取輪圈剎車邊的中間(如圖)，施以一扭矩，量測其偏移值(單位：mm)

所以1度的偏移量是：(633-10)*3.14159/360=5.4367mm

而CHC的換算方式是：若70(N-m)有3mm的偏移，那輪子的扭轉剛性就是：70/3*5.4367=126.85(N/度)

看到這我心中就有兩個疑問：

一、扭轉剛性會像側向剛性成線性嗎？

二、70(N-m)，若是模擬人踩踏板的力道是多大呢？

一、因為我有簡單的治具能測扭轉剛性，所以就我測試的結果，並不是線性的

意思就是：若70(N-m)有3mm的偏移，不代表70/2=35(N-m)有1.5mm的偏移

所以CHC的測試結果是不能拿來跟別人的數據做比較的

最嚴僅的說法：CHC的測試是在70(N-m)的扭矩下，哪個輪子的扭轉剛性比較強！

二、那70(N-m)，若是模擬人踩踏板的力道是多大呢？

不知大家對扭矩的數值有沒有概念？一般鎖飛輪是40(N-m)，所以這值比鎖飛輪時的力道大的多

那什麼情況下人會對輪子產生最大的扭矩呢？爬陡坡？還是平路衝終點？

…

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…

…

…

…

…

…

一般人的直觀想法可能會覺得是平路衝終點，因為那時速度最快、功率最高、齒比最重

但實際上是正好相反，是爬陡坡，陡到快定竿時才是作用在輪子上最大扭矩

如上圖，我們來求得其作用在花鼓上的扭矩

假設施力是70kg，施力方向跟曲柄完全垂直(假設曲柄長為172.5mm)

此時產生的扭矩為：70*9.8*0.1725=118.335(N-m)

而經過齒比的轉換 最輕齒 前/後 34/28T，作用在花鼓上的扭矩為：118.335/34*28=97.45(N-m)

若齒比是 最重齒 前/後 50/11T則為：118.335/50*11=26.03(N-m)

所以我們得到一個結輪，爬坡用的輪子需要大的扭轉剛性，而且齒比用的愈輕，速度愈慢，踩踏力道愈不穩定的人愈需要

注意這裡所做的是靜力測試，輪子本身速度為零，是完全被固定住；若是輪子在移動的情況下，被施加扭矩就不會這麼大了

前言說完了，來看CHC的測試結果：

先來談談只有一星的部份：
2013 ZIPP 404是23組輪子中墊低的，數值僅：43N/度

原因之前的文章有說過了：
http://good886mylove.blogspot.tw/2015/10/blog-post.html

傳動側用放射狀，非傳動側也僅1x，幅條還用的很細，不用測也知道很差

不過這裡要幫zipp平反一下，近幾年zipp的花鼓已有長足的進步，總算不是只拿高爾夫球面來說嘴

一星中還有另一個比較特別的例子是： Orbit Design Meson TU

雖然幅條成切線角(90度)，但是幅條本身是用很軟調的2mm碳幅條
後輪的轉動是先由花鼓轉動，幅條再去帶動輪圈；所以幅條本身要有好的抗扭轉能力
輪子的扭轉剛性才會好
為了達到數字上的輕量化而降低輪子的剛性，就我的感覺不是太妥當

看看MAVIC R-SYS SLR用的碳幅條多粗呀 中空4mm

一星的說完，來講講五星的
五星就很多，實際上23對輪子我至少都看過圖片
要達到好的扭轉剛性很簡單，就是耳加大，讓幅條成切線角(90度)，用的多支，而扁的優於圓的，如此一來扭轉剛性就不可能差了！

看看前三名都在160N/度以上，是2013 ZIPP404的4倍了

所以，花鼓的幾合很重要

再來舉mavic的例子

像一級的R-SYS SLR，傳動側幅條用的粗又扁，成切線，扭轉剛性一定不錯

反觀二級的Ksyrium pro，傳動測用放射狀，把驅動的任務交給張力較低的非傳動側

扭轉剛性當然不可能比R-SYS來的好(二級的做太好，一級的叫誰買單！)

CHC的測試結果到這結束，下一篇來講講CHC沒講到的：轉動慣量

CHC的輪組測試--側向剛性

繼續來講述一個輪組極重要的參數--側向剛性
側向剛性是指輪組在受側向力時會有一個偏移量，可以看這篇介紹：輪子的側向剛性

所以說當抽車時(比方爬坡、沖刺)，下坡過彎時；可以體現出一個輪子側向剛性的重要
尤其在下坡時，擁有好的側向剛性，可以讓你的輪子穩穩的過彎
這已經不是效能，而是安全性上的問題
側向剛性不好的輪子，甚至可能會讓你在過彎側滑出去

若你是個敏感的人，或是體重重的人，就會知道三大廠(MAVIC，Campagnolo，Shimano)它們的輪子側向剛性都有一定的水平，而且是後輪；其實前輪隨便編都不會太差

測試側向剛性的方法如下：

水平架設輪組於擁有無限剛性的治具上，棘輪側朝上，於輪框煞車面處向下垂直施加200N 
記錄看看會讓輪框偏移多少mm，往回推可得知 剛性值(N/mm)

測試方法大概就是這樣，全世界都差不多，若你的治具設定沒有問題
出來的數據就是個絕對值，可以拿來跟別人測的數值做比較
看到這眼尖的人可能會發現幾個問題：
一、假設一個輪子的側向剛性是200N/5mm，那40N推力之下就真的會讓它偏移1mm嗎？
二、後輪的施力為何要從傳動側往非傳動側推
三、為何施力是200N?


一、起初我也懷疑推力跟偏移量是否為線性，直到自己有了治具測過才知道，真的是線性關係，這我已經驗証過了

大力感謝車友楊先生的幫忙，沒有他的話不會有這治具

二、那為何要從傳動側往非傳動側推？？原因很簡單，因為非傳動的張力比較低是弱邊

實際上我們在做 推力 與 偏移量 的線性圖會像上面那樣
圖中紅色圈圈處就是非傳動側幅條張力為零的轉折點，當推力大到會讓幅條完全失去張力時
此時輪框的偏擺量會極巨的升高
由這點也可以看出來，為何廠輪的後輪幅條張力都比前輪高，就是為了要讓轉折點延遲出現

三、為何施力是200N? 照MAVIC的解釋是測試一級車手在全力衝刺時的數據
我也想不到方法去驗証，就先信他了！

基本講完了，就來解釋CHC測試數據的意義

前輪第五名還有60N/mm，後輪第五只剩41N/mm

這就是一般輪組普遍有的特性，前輪的側向剛性比後輪好太多

不說你也知道，後輪負重明明就比較高，需要加強的反而是後輪

那多少的數值才是夠的呢？N年前國外的網站就有做個結論：

Recommendations to optimise racing performance:
Basically, only heavy riders, or racers looking for extreme performance need stiffness at all cost. Over 80kg, the racer should focus on wheels over 40N/mm of lateral stiffness.
Between 70-80kg, wheels under 35N/mm are likely to impair performance in some race situations. And finally, racers between 60 and 70kg would be best avoiding wheels with lateral stiffness
below 30N/mm.

歸納數據如下：

車手體重<=60kg        30N/mm

車手體重<=70kg        35N/mm

車手體重<=80kg        40N/mm

車手體重<=90kg        45N/mm

車手體重<=100kg      50N/mm

每多10kg，就要多個5N/mm，當然這只是個大概
(老外普遍較大隻也有力，我想這數據已經算是高標準了)

所以基本上你是對剛性很要求或下坡很拼的人，若體重達到70kg，上述只得一顆星的輪子請謹慎考慮！！(側向剛性僅30N/mm上下)




二星的話就是70-80kg出頭的人(側向剛性在41N/mm以下)

當然硬要騎也是可以的，不是說輪子會壞掉，而是在側向剛性上可能無法達到你的要求，外帶可能有容易偏擺的問題

側向剛性是選擇輪組很重要的一環
基本上挑選輪子應該要先找符合你體重的剛性，再去決定你的需求
(比方外型，框高，重量………)

超過自身體重之下過多的剛性是無用的，因為 剛性高 往往約略於 輪組重

依我目前的產品線
80kg以下的可以用XR200/XR27R(或XR22T這組合)鋁框，重量可以在1400左右
若是90kg以上，就需要用到XR31RT，XC279，XR380這些比較堅固的鋁框，重量會超過1500g

鋁框要做到輕量高剛性是有難度，目前也正朝這方面努力
花鼓幾何，幅條粗細，框的板型都需要大改
所花的金錢與結果是不成比例的，不過我就是想做些不一樣的東西

這就像DT RR21整個花鼓、幅條、框跟DT公版的花鼓、幅條、框跟都不一樣
你拿DT公版的東西再怎麼湊，也湊不出相同重量一樣剛性的東西來

結尾了，公布一些大廠牌輪子的側向剛性

Campagnolo shamal Ultra 前/後 47/44(N/mm) ----CHC測試

Shimano WH-9000 C35 CL前/後 59/50(N/mm) ----CHC測試

Mavic R-SYS SLR 前/後 55/55(N/mm)  ----MAVIC自測

三大廠的前輪都進不了前五名，但後輪都在前五名內

Vision Metron 40 clincher 54/36 (N/mm) ----CHC測試

其實……………大廠一直都知道重點在哪

ZIPP 808 NSW 棘爪構造

這是新的ZIPP 808 NSW  HUB，跟現在的ZIPP 77/177 (77/177只是型號不是重量)
差在棘爪的設計不一樣

光看圖我覺得有點冒險，所以ZIPP只在一個型號用上它，就是三鐵的輪子上



看圖說故事，來分解如何做動的

當組裝起來後，兩個棘爪環會放置到其位置上

左邊的棘爪環上有三個磁石，讓左右的棘爪環組裝後可以always貼在一起(磁石會讓棘爪環帶磁性而貼在一起)
如此一來 正轉就咬合，空轉就會有咔咔咔的空轉聲

為何我會說有點冒險呢？看看以下的材質

鋼的棘爪環要卡在鋁的棘輪座與本體上
用久了撐不撐的住是個問題

所以zipp把這設計先用在"最不需要扭力"的三鐵輪組上，三鐵講求的就是穩定的功率與速度

一方面也是試試水溫囉~~~~

來聊聊CHC的輪組測試 --- 風阻篇

今年 單車時代委託CHC(財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心)做了一些國內23對輪組測試
包含的項目有：風阻、側向剛性、扭轉剛性………可惜單車時代並沒有解釋這些數據背後所代表的意義
我個人對數據的東西一直很有興趣，今日就以我的認知來與所學做個解釋，若的誤的地方歡迎大家討論指教

相關測試的方法如下：
http://cyclingtime.com/tw/documents/5978.html

以下是節錄重點：
首先風洞的測試只測前輪，裝胎，時速50km/h，而且輪子轉動有達到所相應的風速（50km/hr）

取0度、5度、10度、15度、20度各數據加總的平均值
0度

其實CHC的測試是完全跟國外的測法一樣，只不過拿到國內就顯的有些不適用
比方說時速50km/h，台灣一小時平均能騎到這速度的我想少之又少(其實應該說沒有)
若是能把速時降為40km/h測試出來的結果就比較有參考性

再來第二個，對應的轉動裝置在不同的輪子下也有不同的功耗

下面是我在家裡測的，輪子空轉時，速度--時間 關係

  

藍線是時速，而底下橫軸是時間，完全不是線性，而是成一個二次方曲線
原因就是風阻與速度平方成正比：

輪子在空轉時就要抵抗風阻，風洞測試結果風阻愈大的輪子轉動所耗的功理應也愈大
風洞測試應該要把各個受測輪子"空轉時的阻力差"算進去才能更貼近現實

現在我們來看結果：

我們看到要能達到5星框高都要在50mm以上

而4星級的就很多，有些還是鋁框的輪子框高有的甚至不到25mm

一般人的認知是框愈高風阻愈低，這是對的，但忽視了幅條的影響其實非常大

我們拿其中一個例子來看看： SAMUEL Fatboy 1060框高雖近45mm，但走的是極端的3mm碳幅條，依小索觀點這就是導致在該測試中落居倒數第二的原因(而最後一名TENY，那是2006年出品的鋁合金鑄造輪-一對重約4kg)

那風阻出來的數據單位是(克-g)，我們可以用更白話的方法來解釋，g克等於多少W(瓦)

這時回想起國中物理(抱歉本人的數理水平只有國中程度，能理解的並不多)

W=F*S (作功=力*距離) 

作功的單位是焦耳(J)

力的單位是 N(牛頓)

距離的單位是m(公尺)

P*t=F*S(功率*時間=力*距離)

P=F*S/t

P=F*V(功率=力*速度)

功率的單位是瓦特(W)

力的單位是 N(牛頓)

速度的單位是m/s(公尺/秒)

所以拿第一名的HED JET6 193g跟 SAMUEL Fatboy 1060 393g

差值是200g，我們可得出時速50km/h 下的功率差是：

(393-193)/1000*9.8 * 50000/3600= 27.22W(這只是前輪，而且還少算了讓該輪子維持在50km/h的功率差)

那時速40km/h，30km/h下能差多少？風洞沒測時速40km/h下
我們可以大概用數學式來推算：
風阻跟速度平方成正比

本來50km/h下的風阻差是200g，
40km/h 下就會變為： 200/(50*50)*(40*40)=128g
30km/h 下就會變為： 200/(50*50)*(30*30)=72g

128g風阻換算為時速40km/h下的功率： 0.128*9.8*40000/3600=13.93W
72g風阻換算為時速30km/h下的功率： 0.072*9.8*30000/3600=5.88W
(當然這是數學式推算，實際還是要風洞測試才準確)



總結一下：我個人認為CHC的測試開創了台灣輪組的新頁
客人可以看數據來挑你所需要的輪子，而不再看廠商天花亂墜的業配文

當然挑輪子最重要還是挑順眼的；3mm碳幅條雖然風阻大
但是我們可取其優點避其缺點

像MAVIC R-SYS不也是這麼做的嗎？

下一篇要介紹的是：CHC的輪組測試--側向剛性

何謂選手，叫選手試輪子？

日前去廠商那，聽到有輪組廠在抱怨，說CHC的測試有問題，明明叫選手試評價都不錯的，比Shamal還好

Shamal的剛性有一定的水準，但是輪框的重量並不算輕
叫選手去試，當然會覺得比shamal好是可以理解的

(稍微瞄一下他的輪子，很輕呀；難怪"選手"會覺得不錯)

這道理很簡單，只要把框做輕，讓體重不重的人去試，可能就踩不出剛性的上差異；因此會覺得好騎

若今天你叫一個80-90kg的人去試你的輪子，他會覺得軟打你槍了~~~~(好吧，以台灣人的個性可能也不會明講)

選手是什麼，依照 Training and Racing with a Power Meter 中有個表叫Power profile

就是你的 功率/體重 得到一個比值(我們看FTP = 20min 平均功率的95%)，可能3，可能4

甚至可能5，台灣我想沒人到6

W/kg  5.42-5.87就可以算是國家級的(PS:在台灣或是亞洲請降一階，4.89-5.33就算了，抱歉沒有貶低的意味只不過認清事實才有進步的空間)

這個比值要大，簡單來說就是功率很大，體重很輕

假設今天一個人FTP 300W，體重 60kg；一除是 300/60=5

跟另一個人是 FTP也是300W，但體重80kg；300/80=3.75

60kg的那個會被歸為很會騎車的人，而80kg的那個只會被歸為凡人

那兩個功率一樣的人，就體重不同，哪個人對輪子的剛性要求比較大？當然是體重重的人

今天你要賣你的輪子，叫選手來試騎寫評測是對的，因為有選手的光環加持

但若今天你是要做好的輪子，那叫大體重的車友來騎才對，才能知道剛性夠不夠

這就變成二選一了，是要 輪子好賣？還是賣好的輪子

唉~~~我想各行各業為了生存都會選一；而選二的人都被當異類跟瘋子(坦白說我寧可當瘋子)

MAVIC Ksyrium SR 維修

客人的Ksyrium SR後輪，說給組輪廠調整過
我拿到手時嚇了一跳，張力幾乎沒有
(看來天天在編輪的組輪廠，也不是真的很可靠)

騎了一段時間，也也沒把輪子搞壞，可見MAVIC的確有很多值得學習的地方

介紹：

用的是MAVIC最引以為傲的技術之一 Tracomp，就是(碳纖幅條+它的接合方式)

碳幅條這東西台灣也有輪組廠在用，不過效果只能說天與地的差別

國外的廠商用了不僅輪子更輕還富有剛性(效能)，而台廠的用了輪子也很輕，同樣"笑能"也很驚人

問題就卡在搭配上，MAVIC的目標是先有剛性再求輕，而台廠的目標是只要輕就好(輪子輕就好賣，剛性能吃嗎？)
MAVIC為了達到剛性，把花鼓的幾合、編織方法與鋁頭接合的方式全部重新設計
絕不是隨便個543拿所有市面上量產的公版品只換個幅條編一編所能比擬的

左側是4mm 中空碳幅條，右側是3mm圓型鋁幅條

SR跟R-Sys，把傳動側的幅條改為2X，大大增加驅動性

但是這有個明顯的缺點，就是碟形深度變淺，導致側向剛性下降

扭轉剛性提升，側向剛性下降，對MAVIC來說是不被允許的

所以在左側用上了4mm的中空碳幅條，中空不僅輕，而且又富有剛性

即便在張力很低的情況下，幅條本身也不會軟掉

而固定的方式也極有特色

幅條尾端有黏顆鋁頭在上面，然後直接鎖在框上

 花鼓端用個鋁環頂住，防止幅條轉動與往回退

回此一來就達到了即便低張力還是有一定的支撐性(所以客人的框還沒變形)


維修：
廠輪的維修有個重點就是不懂的記得看說明書，全部照規矩來

要調碳幅條，就要先把固定的鋁環拆下

沒有工具跑去跟朋有借

拆的過程也是困難重重，因為輪子的幅條沒什張力

碳幅條因此把鋁環頂的緊緊的，好不容易解下

 卡住的塑膠片也壞了一片(好在有備品)

之後再把右側的鋁幅條一支支鬆開

非常不好轉，所以鬆開後牙紋處跟鋁頭幅條交接處上油
等下就要拉張力了，上油會好處理很多

在拉張力前還是要先建張力表，抽一支幅條來量一下
一量發現，幅條也太粗了，根本塞不進張力計裡面去

示意圖，圖中為3mm碳幅條，當時忘了拍照


























手上的兩支張力計都是一樣的情況，必竟3mm的幅條太少人用了

當然這小事是難不倒我，改裝一下就好

張力計能夾，還是要透過這台拉到一定的kgf，再用張力計去量測讀值，如此一來編到輪子上後拉的張力才會正確

至於要拉到多少kgf呢？這要上網找，原廠網站有很明確的記錄每個年份，每個型號輪子的張力值，絕不是你想拉多少就拉多少的

要給客人最專業的服務品質，就必需處處到位

注意：MAVIC手冊中根本沒寫說偏擺、真圓、正心要調多少；只有寫張力值範圍

其實很明顯，MAVIC認為最容易被人乎視的張力是最重要的

其它的若差太多，客人也一定會再找上你的

前置作業都完成，就開始調整，好在只有20支，相比之下前置作業還比較花時間

由於打氣後輪框會往右移，所以將左側碳幅條的張力拉高一些讓輪框先往左偏

原因可以看這篇：打氣後，會影響到輪子的正心

中心至左右兩側落差非常大，代表張力落差也很大

組好後就上胎測試

哇塞，一試差了近60條

這不行，再把鋁環拆下，左側幅條張力加高

想辦法讓打氣後能歸於正心(你不會想不上胎就出門吧)

總結一下：這輪子的確花了我不少的時間，從準備可以夾3mm幅條的張力計到實際上調整時把一支支幅條拆下上油，裝好後測試上胎壓正心偏太多，又調一次

不過沒人想自己的輪子被人隨便動動，尤其是這麼昂貴的輪子~~~~

我也始終堅持我的理念，追求卓越成功自然跟隨你

我不是個會說好聽話的人，也不是個會做生意的人，但我是個最認真的人~~~~

Hand-build the wheel by 車狂小索

這後輪的側向剛性相當驚人為：63N/mm 限重是車+人100kg
對比台廠用碳幅條來編輪，SR的側向剛性是整整2倍

而台廠的輪子 車+人 還寫超過100kg，還有的寫沒限重

你會信嗎~~~~~