מאמר בנושא: יעילות הדיווש באופנים עם שיכוך.

שיכוך, יעילות דיווש, והסתירה הניצחית.

בכתבה זו אנסה להסביר על שיכוך וקצת על דיווש וכיצד הם משפיעים אחד על השני.
יש בכתבה זו הפשטה של הדברים ואין כניסה לחישובים מתמטיים למרות שהיא מבוססת עליהם. כמו כן, לא מתוארים כאן כל סוגי המיתלים, או שיטות השיכוך השונות. יש מספר נושאים רלוונטים (קפיצים, השפעת בלימה)שלא נדונו פה עקב מורכבותם. אני מקוה שהכתבה מספיק ברורה ומקיפה כדי לתת מושג על שיטות השיכוך הנפוצות ואיפיונן.

אז בואו נתחיל מהתחלה:
כיצד נעים האופניים קדימה, כאשר אנחנו מדוושים ומפעילים כוח בכיוון מטה?
בתמונה ניתן לראות ש:

• הרוכב מפעיל כח על הפדל לכיוון מטה.
• עקרונית פעולה זאת היתה גורמת לקראנק ליפול אל הקרקע.
• הקראנק מחובר במרכזו אל הציר המרכזי, הציר המרכזי מחובר לשילדה והשילדה לגלגלים.
• הכח שמופעל על ידי הרוכב על הקראנק מתאזן על ידי הכוח המופעל על הגלגלים על ידי הקרקע ולכן הקראנק והציר המרכזי נשארים במקומם. (יש הפסדים על פחיסת צמיגים וגמישות שילדה)
• הכוח המופעל על הזרוע של הקראנק יוצר מומנט סביב הציר המרכזי.
• הקראנק מסתובב סביב הציר והכוח מועבר אל השרשרת.
• השרשרת מושכת את גלגלי השיניים האחוריים ואת הציר האחורי קדימה.
• השילדה מונעת מהציר האחורי לנוע קדימה וגלגלי השיניים יוצרים מומנט סיבוב סביב הציר האחורי אשר מסובב את הגלגל

אופני זנב קשיח
באופני זנב קשיח המצב מאוד דומה.
ההבדל הגדול נובע מעצם קיומו של המשכך הקידמי – מזלג עם בולם זעזועים.
הכח שהועבר מהרוכב לפדל לטובת סיבוב הקראנק עכשיו מתחלק לשניים!
1. חלקו האחד מועבר לקראנק.
2. וחלקו השני מושקע בכיווץ הבולם הקידמי!

הכיצד?
הרוכב מעביר בעזרת הפדל כח לקראנק.
הכח מועבר אל הציר המרכזי ומשם לשילדה.
הכח הוא בכיוון מטה, זהו גם כיוון פעולתו של הבולם הקידמי.
חלק מהכח שמועבר על ידי השילדה למזלג, נבלע ע”י הבולם הקידמי ומתבטא בסגירת חלק ממהלכו.

התוצאה: פחות כח הולך לסיבוב הקראנק!
ככל שהבולם רך יותר ומהלכו ארוך יותר הוא ישקע יותר ויבלע יותר אנרגיה.

יש תופעות של גמישות השילדה ופחיסת הצמיגים, אך הן זניחות יחסית לשקיעת המזלג.
חלוקת משקל נכונה בזמן דיווש יכולה לשפר בהרבה את יעילות הדיווש.
יש לשים לב שאנרגיה נבלעת על ידי הבולם גם בתאוצה כאשר הדיווש גורם לפתיחת הבולם ממצב השקיעה ההתחלתי שלו.

אופני שיכוך מלא
באופני שיכוך מלא, נוסף לנו בולם מאחור.
הכח שהועבר מהרוכב לפדל לטובת סיבוב הקראנק עכשיו מתחלק לשלושה חלקים!
1. חלקו האחד מועבר לקראנק.
2. חלקו השני מושקע בכיווץ הבולם הקידמי.
3. חלקו השלישי מושקע בכיווץ הבולם האחורי.

!!Huston, We Have a Problem

בולמי הזעזועים שנועדו לספוג את הזעזועים אשר מגיעים מהקרקע,
מגיבים גם לכח המופעל עליהם כתוצאה מדיווש, מאחר והכוחות מגיעים באותם הצירים.
התנודה למעלה ולמטה כתוצאה מדיווש נקראת BOBBING
כיצד מונעים תופעה זו?
לא ניתן למנוע את התופעה לגמרי, החוק השני של איזה יצחק ניוטון אחד קובע כך!
אבל הרבה נעשה כדי למזער את התופעה.
על סוגי המיתלים הקיימים בשוק, ואיך כל אחד מהם מנסה להתמודד עם התופעה נדון בהמשך הכתבה.

בחלק זה של הכתבה נדון בגאומטריות השיכוך השונות של המתלה האחורי.
בניסיון להבין איך ליעל את ניצול הכח המושקע בדיווש.

נתחיל בבסיס:

• מתלה טוב אמור לספוג את מהמורות הדרך על ידי יצירת תנועת גלגל שתעקוב אחרי השינוי בתוואי השטח.
• המהמורות הנקרות בדרכינו בדרך כלל מגיעות מקדימה ומלמטה.
• לכן תנועת המתלה צריכה להיות אחורה ולמעלה.
• התאוריה אומרת שרדיוס תנועה ארוך הנע מעט אחורה ולמעלה הינו האופטימלי.

עכשיו בואו ונדון בכוחות הפועלים על המרכיבים השונים בזמן דיווש:

• הרכיב האנכי של לחיצת הקראנק יוצר כח שדוחף את הציר המרכזי למטה. (Bobbing)
• הרכיב האופקי של לחיצת הקראנק יוצר כח שמותח את השרשרת.
• השרשרת מושכת את גלגלי השיניים ואת הציר האחורי.
• מתיחת השרשרת מנסה לקרב את הציר האחורי אל הציר המרכזי.
• תלוי במיקום ציר המתלה, המתלה “ימשך” למעלה או למטה.
• משיכת המתלה למעלה או למטה תשפיע על עבודתו.

ניתן להבחין שהכוחות שמופעלים מהשרשרת דרך הגלגל אל הקרקע הם אופקיים בלבד.
הכוחות האנכיים מופעלים בציר המרכזי על ידי הקראנק ובגלגל האחורי (והקידמי) במגע עם הקרקע..
כמו שצויין לפני כן, המתלה האופטימלי יהיה בעל רדיוס גדול וינוע אחורה ולמעלה.
זאת אומרת שהציר של המתלה יהיה למעלה וקדימה יחסית לציר הגלגל.

במקרה של ציר קידמי גבוה:

• איכות השיכוך טובה.
• מתח השרשרת בזמן דיווש ימשוך את זרוע המתלה לכיוון הקרקע .
• כח הדיווש שמושך את הזרוע למטה מפחית מהיכולת לשכך ביעילות מהמורות בזמן דיווש.
• מאחר והציר האחורי מתרחק מהציר המרכזי (הקראנק) מתארך גם מרחק השרשרת.
• התארכות מרחק השרשרת גורמת למשיכת הקראנק כנגד הסיבוב שלו ומהווה הפרעה לדיווש.
• משיכת המתלה כלפי הקרקע יוצרת אחיזה טובה בקרקע בזמן דיווש.

ניתן לראות שמתלה אידיאלי לשיכוך מושפע מאוד מפעולת השרשרת!
הדוגמה הנ”ל הינה קיצונית, אך המתלה מזכיר קצת את הסנטה קרוז בוליט.
לבוליט ציר מתלה נמוך יותר והוא אמור לספוג מהמורות בצורה טובה מאוד כל עוד אין דיווש נמרץ.
בזמן דיווש המתלה מתקשח והגלגל נצמד בכח כלפי הקרקע.

כדי להבין יותר טוב את התכונות של מתלה ציר יחיד (SINGLE PIVOT)
ניתן להתיחס לכוחות כאל משולש המורכב מהציר האחורי, ציר המתלה והציר המרכזי.
כאשר מתח השרשרת מנסה לכווץ את הצלע שמחברת בין הציר האחורי לציר המרכזי.

ציר אחורי נמוך:

• מתח השרשרת ינסה לקפל את הזרוע כלפי מעלה.
• דיווש יגרום לשקיעה של האופניים.

ציר אחורי גבוה:

• מתח השרשרת ינסה לקפל את הזרוע כלפי מטה.
• דיווש ינסה לגרום להתרוממות של האופניים.

מיקום ציר המתלה מעל \ מתחת הקו המקשר את הציר המרכזי עם הציר האחורי יקבע אם המתלה ימשך למעלה או למטה. העובדה נכונה גם עבור ציר “קידמי” וגם עבור ציר “אחורי” (יחסית לציר המרכזי) היתרון במתלה בעל ציר “קידמי” הוא בכך שהמיקום שלו נשמר יחסית לכוחות הפועלים תוך כדי תנועת המתלה. כמו כן רדיוס המתלה גדול יותר, ושיכוך המתלה טוב יותר.
כדי שפעולת השרשרת לא תשפיע על המתלה, היא צריכים להיות ניצבת לתנועתו. או במילים אחרות מקבילה לזרוע המתלה. כך מנוצל כל מתח השרשרת להנעת הגלגל האחורי כמעט ללא השפעה על הבולם.

במקרה שציר המתלה הוא סביב הציר המרכזי:

• לא תהיה התארכות שרשרת ולא יורגש כח הפוך על הקראנק.
• השיכוך יהיה מאוד אקטיבי ורגיש לכל מהמורה בדרך גם בזמן דיווש.
• תנועת המתלה היא למעלה וקדימה, השיכוך אינו אופטימלי.
• רכיב הכח האנכי המופעל על הקראנק יוצר איבודי אנרגיה עקב כיווץ המתלה.
• מאחר ואין כח שמתנגד לתנועה מטה, יורגש Bobbing משמעותי.

המתלה הנ”ל אינו אופטימלי לשיכוך ועוד פחות לדיווש!
במתלה כזה בדרך כלל מתקינים בולם מסוג שמשכך את ה Bobbing

יש לשים לב שמתלה כזה הוא עדיין בעל איפיון של ציר בודד, התוספת של הזרוע העליונה והנדנד לקפיץ נועדו לשנות את יחס כיווץ הקפיץ ליחס גבוה יותר!

סיכום ביניים
מלימוד הכוחות הפועלים על האופניים ומבנה מערכת ההנעה והמיתלים, למדנו ש:

• רכיב הכח האופקי שמופעל בדיווש על ידי הרוכב מותח את השרשרת.
• רכיב הכח האנכי שמופעל בדיווש על ידי הרוכב לוחץ את הקראנק לכיוון הקרקע.
• כדי למנוע מהכוחות האופקיים להשפיע על המתלה, הזרוע צריכה להיות מקבילה לכוחות.
• רכיב הכח האנכי לוחץ את הבולמים אל הקרקע וגורם לBobbing והפסדי אנרגיה.
• את יעילות הדיווש ניתן לשפר על ידי שינוי גאומטרית המתלה כך שיווצר כח נגדי לכח האנכי.

כוחות וגאומטריה:

• הננו מיצרים כוחות בשני כיוונים, דחיפה למטה בקראנק, ומתיחה אופקית של השרשרת.
• הכוחות ניצבים אחד לשני כמעט, ודרוש לנו מנוף (מומנט) כדי ליצור בעזרת השרשרת כח נגדי לשקיעת הקראנק עקב דיווש.
• המנוף שלנו הוא המתלה, מאחר ואין לנו שום חלק אחר אשר נוגע בקרקע.
• ברגע שאנחנו מנצלים את המתלה כמנוף, אנו משפיעים על העבודה שלו!
• אנחנו מעוניינים להשפיע בצורה מינימלית על המתלה ועדיין לקבל מספיק כח נגדי לדיווש.
• מאחר וכל רוכב הוא בעל מבנה גוף שונה ומשקל שונה וצורת רכיבה שונה, לכל אחד יש גם נקודה אופטימלית שניתנת לחישוב. אך אין נקודה אחת אשר מתאימה לכולם.

אופטימיזציה.
ראינו שהשפעת הכח המופעל על ידי השרשרת משתנה לפי מיקום ציר המתלה.
יצרנים רותמים את משיכת השרשרת כדי לאזן את הרכיב האנכי של הכח המופעל בדיווש.
מיקום הציר קדימה ומעט מעל הציר המרכזי יגרום ליצירת כח המתנגד לרכיב הכח האנכי המופעל בדיווש.

• השרשרת נמתחת ומושכת את המתלה כלפי מטה, דבר אשר מקטין \ מונע את שקיעת המתלה עקב הדיווש.
• זוית המשיכה היא קטנה ולא נועלת את הבולם אלא רק מספקת תיקון לשקיעה.
• הכח המופעל בכיוון מטה משפר את האחיזה בשטח קשה ובעליות.
• הדבר מורגש בהילוכים נמוכים שבהם זוית מתיחת השרשרת יותר חדה כלפי מטה.
• בהילוכים גבוהים זוית המתיחה אינה משפיעה על המתלה כמעט.
• מאחר ובהילוכים נמוכים המהירות איטית, הירידה באיכות השיכוך פחות מורגשת.

צורת מתלה זו היא הפופולרית ביותר עבור מתלה ציר יחיד.
יש שיפור של יעילות הדיווש עם השפעה מינימלית על עבודת המתלה במהירויות נמוכות. כל זאת ללא שימוש בבולמים מיוחדים למניעת Bobbing .
לא מעט חברות, בינהן : Canondale, Santacruz, Haro, KHS, Ellsworth משתמשות במתלה בעל ציר יחיד בגאומטריה הזו לאופניים שהם מיצרים.
יתרונות נוספים של מתלה זה בדרך כלל הם קשיחות צידית, אמינות, פשטות ועמידות.

מיתלים רב מחבריים
מהלך “נכון” של מתלה יתחיל מתנועה אחורה ולמעלה. התנועה אחורה יוצרת מתח בשרשרת, דבר אשר מגביר את יעילות הדיווש.
בהבנה שיעילות הדיווש באה על חשבון יעילות השיכוך עקב פעולת מתח השרשרת על המתלה,
נעשים נסיונות לשנות את מהלך המתלה כך שמתח השרשרת ישפיע עליו רק בחלק ממהלכו.
מאחר ובקטעים קשים אנו נוטים לעמוד על הפדלים כדי לספוג יותר טוב את המהמורות ולשלוט יותר טוב באופניים, רוב הדיווש שלנו מתבצע על שטח פחות משובש, כאשר המתלה נמצא בתחילת מהלכו. לכן רצוי שמתיחת השרשרת תקרה רק בתחילת מהלך המתלה ותחדל בהמשך המהלך כדי לא להשפיע על טיב השיכוך במהמורות גדולות.

מתלים רב מחבריים נועדו לעזור למתכננים ליצור מהלך מתלה משתנה שיאפשר תנועת מתלה אחורה ולמעלה בתחילת המהלך ותנועה למעלה וקדימה בהמשך המהלך.
המתלים הללו בדרך כלל מבוססים על תנועה שנגזרת משני רדיוסים שונים.
נהוג להתייחס אל נקודת הציר הריגעית הנגזרת מהרדיוסים השונים כנקודת ציר וירטואלית שמאפיינת את מהלך המתלה.

בחלק זה נסקור את סוגי המתלים הרב מחבריים ותכונותיהם.

Giant NRS

שימו לב שנקודת הציר הוירטואלי נמצאת בתוך רדיוס הגלגל, כך שהגלגל האחורי מתחיל בתנועה אחורה ומסיים בתנועה קדימה.
המתלה הנ”ל מתוכנן לרכיבה ללא שום SAG \ שקיעה התחלתית.
הדיווש יקשיח מעט את תנועת המתלה והאופניים יאיצו היטב גם תוך כדי עבודת המתלה.
לעומת זאת המתלה לא יתמודד טוב עם הדיווש בטיפוס מכשולים בקטעים טכניים.
הסקיצה הבאה מתארת את תנועת הציר הוירטואלי בהתאם למהלך הבולם: 

Canondale Scalpel

המתלה הינו מיוחד בכך שתמוכות השרשרת הן גמישות ומתכופפות תוך כדי מהלך המתלה.
זהו מתלה מאוד יעיל לדיווש אך הוא קצר מהלך ולא מיועד לספוג מהמורות גדולות.

Rocky Mountain ETSX

מתלה ה ETSX מציג ציר וירטואלי גבוה אשר יהיה דומה במאפיינים שלו לציר יחיד גבוה מבחינת יכולת השיכוך הטובה שלו. העקמומיות המשתנה מאפשרת להפחית את השפעת הדיווש ככל שמתקדם מהלך המתלה. עקב מבנה המתלה, הקשיחות הצידית שלו תחת מאמץ לאורך זמן צריכה להיבחן.

Horst Link
Specialized, Intense, Turner, Azonic

מתלה בעל ציר וירטואלי אחורי נמוך ועקמומיות כמעט מעגלית.
כמעט ואין השפעה של הדיווש על המתלה והוא יהיה מאוד פעיל.
בנוסף לכך, למתלה יש נטיה “להפתח” בבלימה בגלל המבנה שלו.

ICT (Ellsworth)

מתלה בעל עקמומיות מעגלית כמעט לגמרי.
יעילות דיווש טובה כמעט ללא השפעה על השיכוך.
זאת בגלל ציר וירטואלי קצת יותר גבוה מהציר המרכזי.

Santacruz Blur – VPP

מתלה הבלר מתיחד במהלך שמתחיל בתנועה כמעט ישרה למעלה ואחר כך מקבלת עקמומיות כמו של ציר קידמי.
מהלך כזה נותן שיכוך יעיל ורך בתחילת המהלך ויעילות דיווש בהמשכו.
בהמשך המהלך תהיה השפעה של הדיווש על המתלה.

Marin – Quad

מתלה מאוד מיוחד שנותן יעילות דיווש טובה בתחילת המהלך עם יעילות שיכוך מאוד טובה בהמשכו.
המצאה יפה של מהנדס מיתלים של מכוניות מרוץ פורמולה 1.

תקצר היריעה מלהציג את כל סוגי המתלים הקיימים, כל שכן להסביר את תכונותיהם.
אני מקוה ששפכתי קצת אור על נושא השיכוך והדיווש היעיל.