|
مطلب علمی کمیته آموزش فدراسیون دوچرخه سواری
طراحی دوچرخه
لاری راف
طراحی دوچرخه در بیشتر موارد توسط نیازهای کاربردی انجام می‌شود. با وجود این در متن زیر بر طراحی دوچرخه جاده تمرکز دارد، در برخی موارد به دیگر قوانین رقابتی نیز اشاره شده است.
دوچرخه‌های جاده
طراحی دوچرخه‌های جاده قدیمی‌ترین طراحی دوچرخه و در بسیاری از موارد الهام‌گرفته از نیازهای رقابتی است. دوچرخه جاده‌ای مدرن، از نسل دوچرخه ای ایمن به نام راور 1886 است. با وجود این که طراحی راور تعریف چندانی نداشت، دو چرخ هم‌اندازه و زنجیری که از طبق قامه به چرخ عقب متصل و فرمان قابل هدایت آن به شکل مستقیم به دو شاخ جلویی وصل می‌شد (پریدمور و هارد 1995). از آن زمان تا به حال فریم های دوچرخه جاده از نظر مواد، روش‌های اتصال و هندسه رشد بسیاری داشته‌اند. یکی از اولین دوچرخه‌هایی که ویژگی‌های مدرن را داشت، آتو-موتو توردوفرانس 1926 بود (هین و پردرس 2008). یک فریم استیل با هندسه سنتی، فرمان دراپ (فرمان کورسی)، گیره و بند پا و ترمز عقب کالیپری داشت اما حاوی چرخ دنده نبود. فریم استیل و متصل شونده شامل لوله‌هایی با فریم تاجی (برش فارسی) هستند که به درون رابط جفت شده‌اند (جفت‌سازی) (شکل 3.1) و با جوش برنج یا نقره به هم وصل شده‌اند.
دوچرخۀ دنده‌ای اولیه، دوچرخه ریهند بود (هین و پرادرس، 2005). این دوچرخه فریمی لوزی شکل داشت اما لحیم کاری شده بود. لحیم کردن شامل تاجی شکل کردن لوله‌های فریم و سپس اتصال آن‌ها با برنج و گرماست. این فرآیند منجر به تقسیم فشار لوله‌ها می‌شود. دوچرخه ریهند شامل ترمزهای کالیپری جلو و عقب، فرمان دراپ، گیره‌ها و بندهای پا و چرخ دنده چهار سرعتی بود.
دو فریم جاده آلومینیومی اولیه به نام بارا در سال 1950 که با ساختار جوشکاری و کامینارجنت در سال 1951 که با ساختار جفت کردن (اتصال لوله‌ها به لاگ ) عمل می‌کردند (هین و پردرس 2005). در فریم های با کیفیت دوچرخه جاده در دهه های 50 و 60، از لاگ استیل استفاده می کردند. لوله‌ها بدون درز و از آلیاژِ استیل ساخته می شدند، مانند مدل رینولدز 531 (شرکت لوله رینولدز 1972). در محل اتصال لوله، ضخامت دیواره در انتها بیشتر از میانه است. این طراحی وزن را کاهش میدهد در حالیکه استحکام را در انتهای لوله که بیشترین فشار را دارد ایجاد می شود. بیشترین کاهش در وزن دوچرخه، ناشی از افزایش استفاده از مواد آلیاژی است. یکی از محبوب‌‌ترین دوچرخه های جاده در دهه 60 و 70 شوین پارامونت بود. فریم های پارامونت در شیکاگو از آلیاژ استیل رینولدز 531 در لوله‌ها، و لاگ های نروکس ساخته شد.
لاگ های نروکس مشابه شکل (3.1) بودند. این فریم ها با نقره و 1100 درجه فارنهایت لحیم شده (تقریباً 593 درجه سلسیوس)، این خود فرایندی با دمای پایین تر از جوشکاری است که به دمای 1400 درجه فارنهایت نیاز دارد. این روش فریم‌ها را قویتر می‌کرد و کمتر در معرض شکست قرار می‌گرفتند. در طول دهه هفتاد که دوره شکوفایی دوچرخه بود، طراحان شروع به استفاده از دیگر مواد (غیر از استیل) برای ساخت فریم یا بدنه کردند. با وجود این که آلومینیوم توسط برخی سازندگان متخصص پیش از آن نیز استفاده شده بود، در آن زمان مورد استفاده گسترده قرار گرفت. فریم ایتالیایی آلان در سال 1973 دارای یک بدنه محکم آلومینیومی با لاگ ها و لوله‌های متعدد بود. گری کلین، یک بدنه آلومینیوم بزرگ جوشکاری شده را در سال 1973 در دانشگاه ام آی تی ساخت و بعد از فارغ‌التحصیلی شروع به تولید تجاری آن کرد. تلدین تیتان در سال 1973 یکی از اولین فریم های تیتانیوم بود که در آن از جوشکاری استفاده می شد .
اکسون گرفتک در سال 1975 یکی از اولین بدنه‌هایی بود که در ساختار خود فیبر کربن داشت که دور لوله‌های آلومینیوم از کربن و اپوکسی (ماده سخت کننده) پوشیده شده بود که به درون لاگ های ضدزنگ استیلی بسته شده بودند (اکسون گرفتک 1977). فریم تعقیبی تیم دوچرخه‌سواری رالی در آمریکا (شکل 3.2) از اواسط دهه 80 از بدنه جوشکاری شده آلومینیومی با فیبر کربنی نسبتاً خوب برای چرخ عقب استفاده کرد. فیبر کربن کمی ساختار به لوله عمودی تنه داد. دوچرخه شوین پارامونت 1992 شکل (3.3) یک بدنه کاملاً فیبر کربنی با فرمان آلومینیومی و پوشش‌های آلومینیومی برای لوله زین، گلویی تنه و توپی تنه بود.
رشد و پیشرفت بدنۀ دوچرخه‌های جاده ناشی از افزایش درخواست برای عملکرد بهتر و وزن کمتر بوده است. استفاده از فولاد، تیتانیوم، آلومینیوم و بالاخره فیبر کربن در بدنه نتیجه همین درخواست است. پیشرفت روش‌های دستکاری شکل لوله‌ها نیز یکی از همین نتایج است. با وجود این که ممکن است واژگان مختلفی وجود داشته باشد، در زیر فهرستی از دسته‌بندی‌های معمول دوچرخه‌های جاده و تفاوت آن‌ها بر اساس هندسه و استفاده آورده شده است. این دوچرخه‌ها معمولاً بدنه‌ای با لوله بالاییِ افقی دارند.
دوچرخه‌های جاده عادی معمولاً فریمی با لوله بالایی افقی دارند.
دوچرخه‌های جاده فشرده معمولاً نوعی طراحی شدند که در آن لوله بالایی افقی شیبی به سوی پایین دارند و از همین رو زین باید بزرگتر باشد.
دوچرخه‌های جاده استقامتی نوعی طراحی دارند که در آن گلویی تنه بزرگتر است تا موقعیت عمودی تری را برای دوچرخه سواری فراهم کند.
دوچرخه‌های تایم تریل و سه‌گانه برای فراهم کردن موقعیت ایرودینامیک بیشتر و جریان هوای بهتر در بدنه طراحی شده‌اند. طراحی بدنه و موقعیت سواری، در صورت استفاده از آن در رویدادهای بین‌المللی ممکن است تفاوت کند.
دوچرخه‌های پیست از یک دنده ثابت در یک مسیر بسته استفاده می‌کنند و معمولا فاصله دو چرخ کم و توپی تنه بلندی دارند.
دوچرخه‌های سایکل کراس برای راندن در آسفالت، خاک، چمن و موانعی طراحی شده‌اند که باید زیر چرخ بروند یا از آن‌ها بالا رفته شود. بدنه معمولاً طوری طراحی می‌شود که قدرتمندتر بوده و توپی تنه بالاتری برای عبور بهتر از موانع داشته باشند. همچنین طوری طراحی شده‌اند که با تایرهای پهن‌تر تطبیق پیدا کنند.
دوچرخه‌های ماجراجویانه یا شنی برای شرایط سخت جاده طراحی شده‌اند. آن‌ها شبیه به سایکل کراس هستند و با قدرت بیشتر و تایرهای پهن‌تر کار می‌کنند، اما ارتفاع پایین تر توپی تنه در آن‌ها باعث ثبات بیشتر می شود.
دوچرخه‌های مسافرتی برای حمل بارهای سنگین ساخته شده‌اند. بدنه قوی و باثبات است و فاصله دو چرخ بلندی دارند.
بین این انواع از دوچرخه ها ممکن است اشتراک هایی رخ دهد. برای مثال یک دوچرخه سایکل کراس ممکن است هندسه فشرده داشته باشد.
دوچرخه‌های کوهستان
دوچرخه‌های کوهستان در اواخر دهه هفتاد و از میان دوچرخه‌های گردشی وارد حوزه دوچرخه‌سواری شدند. دوچرخه‌های اصیل کوهستان تعلیق نداشتند و هندسه آن‌ها مشابه دوچرخه های تفریحی اولیه بود. این دوچرخه‌ها امروز در مدل‌های زیادی شامل بدون کمک (بدون تعلیق جلو یا عقب)، تک کمک (تنها دارای تعلیق جلو) و دو کمک (تعلیق کامل در جلو و عقب) در بازار موجود هستند. موضوع طراحی تعلیق خود می‌تواند یک کتاب باشد. طیف‌های مسیر و مشخصه‌هایی که اینجا فهرست شده‌اند در کارخانه‌های مختلف متفاوت هستند. دوچرخه‌ها بر اساس دامنه تعلیق زیرمجموعه‌های زیادی دارند از جمله کراس‌کانتری (1 تا 4 اینچ ]2.5 تا 10.2 سانتی‌متر[ گردش)، تریل یا مخصوص کوه (4 تا 7 اینچ ]10.2 تا 17.8 سانتی‌متر[ گردش) و دانهیل (8 تا 12 اینچ ]20.3 تا 30.5 سانتی‌متر[ گردش). دوچرخه‌های کوهستان بدون کمک، تک کمک و دو کمک چرخ‌هایی با اندازه‌های متفاوت دارند مانند: 20 اینچ (50.8 سانتی‌متر)، 24 اینچ (61 سانتی‌متر)، 26 اینچ (66 سانتی‌متر)، b650 )27.5اینچ) و 29 اینچ (700c). در یکی از آخرین تغییرات چرخ و بدنه، دوچرخه چاق از تایرهایی استفاده می‌شود که 4 تا 5 اینچ (10.2 تا 12.7 سانتی‌متر) عرض دارند. این نوع دوچرخه کوهستانی که در اصل برای راندن در برف طراحی شده، در تمام طول سال و بر تمام انواع سطوح قابل راندن است. تریال‌‌ها نیز یک زیرمجموعه ویژه از دوچرخه‌های کوهستانی هستند که معمولاً برای دوچرخه‌سواری با مانع و سرعت پایین استفاده می‌شوند. این دوچرخه‌ها معمولاً طراحی بدنه مخصوص مسابقه شامل توپی تنه در ارتفاع بالا دارند و فاقد صندلی می باشند و در دو دسته اصلی موجود هستند: قدیمی (چرخ 26 اینچ {66 سانتی‌متر}) و تغییر یافته (چرخ 20 اینچ {50.8 سانتی‌متر).
دوچرخه‌های BMX
BMX طیف بزرگی از رشته‌ها دارد اما در این بخش ما به انواع دوچرخه‌های مورد استفاده و مسابقات پرداخته‌ایم. دوچرخه‌های مسابقه‌ایِ BMX، بسته به سایز و وزن دوچرخه سوار، به اندازه‌های مختلفی (بدنه) تقسیم می‌شوند. این دسته‌بندی در جدول (3.1) نشان داده شده است. الزامات این دوچرخه‌ها توسط سایز دوچرخه سواران تعیین می‌شود. برخی از این الزامات عبارت‌اند از ساختار و وزن، اندازه چرخ و تایر، طول قامه، چرخ‌دنده و بلندی و پهنای فرمان .
طراحی بدنه دوچرخه
بدنه دوچرخه ساختاری است که برای استفاده در معرض بارهای دینامیک و استاتیک طراحی شده است. برای حصول اطمینان از توانایی بدنه در تحمل این بارها، میتوان آن را تحلیل کرد. بعد از تحلیل و طراحی و ساخت بدنه، باید امتحان شود تا اطمینان حاصل گردد که نیازها و مشخصه‌های مورد نیاز را داراست.
|
