왜 일부 자전거는 대부분의 오토바이보다 휠이 훨씬 큽니까?

산악 자전거와 오토바이를 생각해 봅시다. 각각은 가능한 한 사용 가능해야하고 더 효과적으로 장애물을 극복해야합니다. 휠이 클수록 일반적으로 크로스 컨트리 능력이 뛰어납니다. 그렇다면 자전거의 이론은 보통 오토바이보다 더 큰 바퀴를 가지고 있습니까?

기어링이 유일한 요소는 아니지만 요소입니다. 일반적인 휠 크기는 앞뒤 모두에 편리한 크기의 스프라켓을 허용합니다. 자전거 산업은 항상 레이서에게 필요한 것에 의해 주도되어 왔으며, 프로 사이클리스트는 내리막 길에서 100 kph +에 도달 할 수 있습니다. 기어가 높을수록 "회전"할 가능성이 줄어들고 더 이상 효과적으로 페달을 밟을 수 없습니다. 휠이 클수록 한 번 더 움직입니다. 내연 기관은 인간의 다리가 견딜 수있는 것보다 훨씬 높은 1000의 RPM을 달성 할 수 있으며, 실험실 환경에서는 효율이 약 100rpm으로 줄어 듭니다 ( http://link.springer.com/article/10.1007). % 2Fs00421-004-1175-5), 특정 지점 (아마도 자체 질문의 주제 일 수 있음)을 넘어서는 의미있는 힘을 가하지 않고 페달을 완전히 따라갈 수 없습니다. 그래서 페니 파딩 스타일 자전거에는 큰 바퀴가 달려 있습니다. 크랭크가 바퀴에 직접 붙어 있기 때문에 더 빨리 갈 수있는 유일한 방법은 더 큰 바퀴를 얻는 것입니다.

체인 구동 및 기어링은이 문제를 해결하여 더 작고 가벼운 휠과 가랑이 높이 아래의 상단 튜브를 허용합니다. 그러나 체인 링의 크기와 리어 스프로킷의 크기에 대한 실질적인 한계가 있습니다. 너무 큰 체인 링은 구부러지기 시작할 것입니다 (현대 재료보다 문제가 많았습니다). 현재 표준 카세트에서 가장 작은 리어 스프라켓은 11 개의 이빨이며 오래된 5 단 프리휠에서는 보통 14 개의 이빨입니다. 25mm 타이어가 장착 된 700c 휠은 표준 레이싱 53 톱니 체인 링과 11 개의 리어 스프로킷으로 120rpm에서 ~ 73kph에 도달 할 수 있습니다. 동일한 기어링을 얻으려면, 20 "BMX 휠의 직경은 약 12"인 75 개의이 체인 링이 필요하고, 16 인치 접이식 자전거 휠은 83의 이빨, 14 "직경의 체인 링이 필요합니다.

그리고 일부 자전거에는 실제로 접는 자전거와 같이 매우 작은 바퀴가 있습니다. 그러나 최고 속도는 제한적입니다. 톱니가 가장 작은 9 개의 스프라켓이있는 일부 후면 카세트가 만들어 졌지만 ( http://www.sheldonbrown.com/capreo.html 참조 ) 공학적인 문제로 인해 비용이 많이 들고 마모되기 쉽습니다. 그럼에도 불구하고 표준 26 인치 및 28 인치 (일명 700C, 29 인치) 휠 크기는 100 년 이상 전에 설정되었으며, 접이식 자전거는 기존 자전거보다 사람들에게 "구슬 거리는"것처럼 보입니다. 레이싱 바이크는 다이아몬드 프레임과 55 ~ 70cm 바퀴를 포함하여 70 년대와 거의 같은 형태입니다.

산악 자전거 사용자가 26 인치 휠보다 29 인치 휠을 선호해야하는 또 다른 표준 이유는 "더 나은 롤링"때문입니다. 더 큰 직경은 작은 틀과 구멍에 덜 붙어서 아래로 구르지 않고 구르는 것을 의미합니다. 타이어가 클수록 공기량이 많아 져 서스펜션의 필요성이 줄어 듭니다. 오토바이는 이미 훨씬 무겁기 때문에 (무게를 더 높이는 데 필요한 힘을 가짐) 서스펜션 강화는 문제가되지 않습니다. 26 "대 29"(vs 27.5 ") 문제는 해결되지 않았지만 추세는 더 작은 바퀴가 아닌 더 큰 바퀴로 이동하고 있습니다.

"훨씬 더 큰"것이 적절한 설명이라고 생각하지 않습니다.

기껏해야 자전거 바퀴는 "약간 큰"경향이 있습니다.

두 경우 모두 하나의 제한 요소는 "스탠드 오버 높이"입니다. 라이더의 가장 낮은 위치 (상대적으로 간단한 프레임 스타일의 경우)는 기본적으로 휠 크기에 의해 제한됩니다. 큰 바퀴는 라이더의 다리 길이가 길거나 홀수 볼 프레임 디자인 (자전거가 길고 다루기 어려워 짐) 또는 "페니 파싱"스타일의 장착 / 분리가 필요합니다.

요약 : 오토바이에는 바퀴가 더 무거워서 더 작게 움직일 수 있습니다. 오토바이는 더 빨라지므로 공기 저항이 더 중요하며 더 큰 바퀴에는 더 많은 것이 있습니다. 오토바이는 더 많은 전력을 사용할 수 있고 더 빨라지므로 서스펜션은 운반하기 쉽고 더 필요합니다.

그러나 범프보다 더 많은 고려 사항이 있습니다. 그렇습니다. 더 큰 바퀴는 작은 바퀴보다 범프를 더 잘 처리합니다. 휠 크기 만 구매할 수있는 휠에 의해서만 제한된다는 점만 신경 쓰면 36 인치 / ISO787 휠 크기가 일부 분기에서 인기가있는 이유입니다. 더 큰 휠을 얻을 수 있지만 타이어를 찾기가 매우 어려워집니다. 타이어, 튜브 및 림을 직접 만들어야합니다.

큰 바퀴는 같은 무게로 약하고 자전거의 무게는 훨씬 중요합니다. 효과적으로 더 큰 림과 타이어에 같은 양의 재료를 뿌려서 모든 것이 얇아집니다. 동시에 자전거의 허브 너비는 상당히 제한되어 있기 때문에 레버 암이 커짐에 따라 좌우 스포크 사이의 각도가 작아 지므로 휠이 측면으로 약해집니다.

휠이 클수록 정면 면적이 넓어 공기 저항이 더 커 집니다. 물론, 당신은 그 일을 할 수 있지만, 작은 바퀴에 대해 할 수있는 비트 휠의 공기 저항을 줄이기 위해 할 수있는 모든 것 ... 배틀 마운틴 자전거를 보면, 그들은 같은 기술을 사용합니다 그들의 작은 바퀴에 UCI 자전거.

예를 들어, Moulton 소형 휠 자전거로 설정 한 자전거 세계 속도 기록은 다음과 같습니다.

1986 년에 짐 글로버는이 자전거를 51mph로 날아 다니는 200 미터 코스에서 오늘날의 세계 최고 기록을 세웠습니다.

그렇다면 왜 자전거에 더 큰 바퀴가 있습니까?

말했듯이, 더 큰 바퀴는 범프를 더 잘 처리합니다. 서스펜션 (로드 바이크)이 적거나없는 경우에 특히 그렇지만 산악 자전거에도 적용됩니다. 휠이 클수록 딥이 떨어지지 않으므로 서스펜션의 에너지가 줄어 듭니다.

오토바이는 자전거보다 빠르며 최고 속도가 높습니다. 그로부터 많은 것들이 뒤 따릅니다.

즉 , 오토바이에는 서스펜션이 있어야하며 , 자전거에는 옵션입니다. 오토바이가 충돌하여 공중으로 날아 가면 흥미롭고 특이합니다. 그러나 많은 자전거 라이더조차도 자전거 바퀴가 땅에서 튀어 나오는 것을 인식하지 못합니다. 자전거를 타는 것의 일부일뿐입니다 (자전거의 무게를 줄이고 안장 무게를 줄이고 서스펜션의 일부로 몸을 사용합니다). 그러나 서스펜션을 시작하자마자 더 큰 바퀴의 범프 이점은 크게 사라집니다.

"더 큰 바퀴가 약하다"는 단점은 오토바이 가 바퀴에 더 많은 스트레스를가 한다는 것 입니다. 그들은 더 무겁고 더 강력하며 더 빠릅니다. 또한 장거리 여행도 가능합니다-1000km 자전거 타기는 먼 길이며 며칠이 걸리지 만, 오토바이에는 예외적 인 요인이없는 한 눈에 띄지 않습니다. 오토바이를 타는 사람은 많고, 예를 들어 오토바이로 1 년에 50,000km 이상을 여행하지만 자전거를 타는 사람은 거의 없습니다. 따라서 오토바이는 자전거보다 오래 지속되어야하므로 강도가 더 중요합니다. 고장이 발생하면 더 빠른 속도와 더 무거운 오토바이가 충돌하여 운전자에게 넘어 질 수 있습니다. 다시 말하지만, 더 강한 것이 중요하고 작은 바퀴는 더 강합니다.

큰 타이어는 더 많은 고무를 가지고 있으므로 오래 지속 됩니다. 자전거 타이어는 얇아서 구부러져 야합니다. 즉, 더 긴 수명을 위해 타이어를 더 두껍게 만드는 오토바이 솔루션은 실제로 작동하지 않습니다. 그것은 더 큰 바퀴를 몇 가지 옵션 중 하나입니다.

거친 표면에서 편안함과 효율성을 모두 누릴 수 있습니다. 휠이 크면 두 가지 모두에 도움이됩니다.

접이식 자전거와 같은 소형 휠 자전거는 매끄러운 표면에서 견딜 수 있지만 오프로드 기능, 편안함 또는 속도로 유명하지는 않습니다.

큰 바퀴의 극단은 일반 자전거 (일명 페니 파싱)로 직접 구동 바퀴가있는 적절한 "기어"를 제공했지만, 시대의 미완성 도로에서 편안함과 효율성 (너무 안전하지는 않음)을 제공했습니다.

기어링이 실용화되고 수용되면 편의성과 안전을 위해 휠 크기가 줄어 들었습니다. 실제로 기어드 자전거는 "일반"자전거와 달리 "안전"으로 알려졌지만 거친 도로에서의 편안함과 효율성의 필요성 때문에 지금까지는 그렇지 않았습니다.

오토바이는 1/4 마력보다 약간 더 큰 힘을 가지고 있기 때문에 효율성에 대한 필요성이 동일하지 않으므로보다 정교한 서스펜션과 훨씬 부드럽고 더 두꺼운 타이어를 사용하여 작은 바퀴.

뚱뚱한 타이어는 또한 자전거 운전자가 일반적으로 경험하지 않는 속도로 도로를 더 잘 유지하는 데 중요합니다.

따라서 두 가지 형태의 운송 수단이 휠의 크기에 가장 적합한 것으로 보입니다.

이전 답변은 다른 기어비, 다른 내구성 및 다른 편안함을 다룹니다. 다른 이유도 있습니다.

1. 토크

tl; dr 자전거는 케이던스에 의해 더 제한됩니다. 오토바이는 재료의 최대 인장 강도에 의해 제한됩니다.

Morotbike 엔진은 크랭크 샤프트에서 비교적 작은 토크로 12,000RPM을 실행할 수 있습니다. 사람은 비교적 높은 토크로 100 RPM을 할 수 있습니다. 오토바이에는 엔진과 휠 사이에 기어, 기어 박스 및 체인 기어 (카단 기어)가 있습니다. 모든 기어는 각속도 (부품 RPM)를 줄이지 만 토크를 증가시킵니다. 사람의 다리와 바퀴 사이의 기어는 속도를 높이고 토크를 줄입니다.

들면 야마하 YZF-R1 (2003) 기어비 (크랭크 / 액슬) 10.6 다르다 : 1 4.7 : 1이다. 첫 번째 기어; 즉, 휠은 엔진보다 RMP가 10 배 낮고 크랭크 샤프트보다 휠 액슬의 토크가 10 배 높습니다.

11-25 개의 케이스와 26-48 체인 휠이 장착 된 자전거의 경우 기어비 (풋 / 액슬)는 0.96 : 1 (1 : 1.04)에서 0.22 : 1 (1 : 4.36) 사이입니다.

토크가 차축 (휠 둘레로 힘을 나눔)과 상단 기어에서 측정되었다고 가정합니다. Yamaha 의 최대 토크는 차축에서 약 100Nm이며, 이는 크랭크 샤프트에서 21.28Nm, 차축에서 1 차 기어가 적용된 상태에서 225.57Nm입니다. 80kg 인력은 체인 휠에서 140Nm, 차축에서 30.8-134.4Nm을 생성 할 수 있습니다.

자전거 크기 (700x38C, 2117mm)보다 1.05 배 작은 모터 사이클 휠 크기 (190/55 R17, 2013mm)를 사용하려면 기어비를 줄여서 29.3-127.8 Nm.
자전거 바퀴 크기를 사용하려면 기어비를 높여서 엔진에서 발생하는 토크 범위가 105.2에서 237.2Nm가되어야합니다.

2. 기동성

자전거 자전거 시스템에서 자전거는 무거운 부분입니다. 자전거 타는 사람-오토바이 시스템에서 자전거는 일반적으로 무겁고 때로는 자전거 타는 사람의 무게가 거의 무시할 수 있습니다. 휠이 클수록 운동량이 커지고 자이로 스코프 효과가 커집니다. 자전거의 경우 안정성이 향상됩니다. 넘어 지거나 거친 턴에 덜 취약합니다. 오토바이의 경우 회전에 대한 저항력이 높아지고 기동성이 지나치게 높아집니다.

3. 표면 감도

tl; dr 작은 바퀴는 큰 바퀴보다 더 취약합니다.

이것은 이미 언급되었지만 더 확장 할 것입니다. 작은 바퀴는 큰 바퀴보다 훨씬 쉽게 구멍에 끼울 수 있습니다. 큰 동전을 작은 구멍에 넣는 것과 같습니다.
작은 휠이 부딪 치면 큰 휠보다 큰 부착 각도를 갖습니다. 작은 휠은 해당 범프에서 멈추는 경향이 있지만 큰 휠은 휠을 넘어가는 경향이 있습니다. 극단적 인 예로서 자갈 포장 도로에서 롤러 스케이터와 자전거를 비교하십시오.
작은 바퀴는 또한 큰 바퀴보다 부드러운 표면 (진흙, 모래, 눈)에 달라 붙는 경향이 있습니다. 동일한 침투 깊이를 위해, 더 큰 휠은 더 많은 재료를 필요로하므로, 더 큰 영역으로의 하중을 분산시키고 또한 더 작은 휠에 대한 더 나은 어택 각도를 갖는다. 더 큰 바퀴는 또한 파편으로부터 체인을 더 가지고 있습니다.

오토바이는 자전거보다 무겁고 힘 / 토크가 훨씬 많습니다. 막히면 오토바이는 무게 중심이 낮고 (전륜 주위에서 회전하기에 덜 취약 함) 높은 운동량 (진흙을 통해 쟁기질)과 힘 (발굴 할 것)에 유리합니다. 오토바이는 훨씬 더 전문화되어 있습니다-도로 자전거 오프로드를 거의 사용할 수 없으며 그 반대도 마찬가지입니다. 반면에 자전거는 도로와 거친 지형에서 아주 편안하게 달릴 수 있습니다.