自行车轮组：基本几何与动力学

翻译的外国论坛文章，源地址：https://whosatthewheel.com/2017/11/12/the-bicycle-wheel-basic-dynamics/

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正文

直至今日，在一个知识遍布并能广泛获取的年代，我还在读一些像自行车轮子这么简单的一些废话（a lot of “tosh”）。当然，完整地说，你应该读一下Jobs Brandt（译者：这谁啊？）写的好书，但如果你时间有限，我在此尝试解释一下核心内容。我想指出，以下的的内容仅适用于有辐条的，并依赖于辐条张力的轮组。三刀轮组（trispokes），封闭轮（lens-like disc rear wheels），和不依赖辐条拉力拉紧硬辐条轮组（wheels with rigid spokes）不在本文讨论范围。

我第一个尝试解释的误解是，轮组的强度（strength）和“耐用”（durability）是同一个东西。但其实他们不同，如果你爆圈了，这不是轮组强度低的锅。

一个轮子的强度是其承受负载的能力：能承受越大的负载，轮子强度越高。而强度依赖于几何和动力学。下图中的支撑角度（bracing angles) α 和 β 由强度决定，并增大强度（determines by and large the strength）。大（支撑）角度能增加轮组的稳定性和强度。当然，轮组强度只能和辐条上的张力一样大，因此，平均辐条张力乘与辐条数和轮子的负荷能力成比例。一个稍微不那么重要的参数是辐条偏转（spoke deflection）：大的部分那一侧的辐条（spokes with larger section section(gauge)）偏转更小，因而增加了轮子的负荷能力。大的部分那一侧辐条也由缺点，我们之后会讨论。

在第一个实例中，如果你要轮组的强度更高，那么你需要更大的支撑角度，高张力，更厚的辐条。

支撑角度α和β是距离AD，即轮子直径的函数：一个更小的轮子有更宽的支撑角度，因而强度更高。在较小程度上，通过增大BC距离来增加支撑角度也是可能的，即将花鼓的法兰距设计地更大。在更小的程度上，通过”更高”的法兰来增大支撑角度也是可能的。但给定三角形ABD和三角形ACD的形状，这个效应可以忽略，除非是在最小的轮子上。

强度可以通过增加每一根辐条的载荷（张力）或者辐条数来加大。驱动测和非驱动测辐条的张力之比，总是和对应的支撑角度之比的角度的倒数成反比。简单的说，宽大的α会增加强度，但也会降低非驱动侧辐条的相对张力。这是由几何结构决定的。但有一个例外，唯一一个改变驱动侧辐条张力和非驱动侧辐条张力之比的方法就是用一个非对称车圈（ asymmetric rim），改变BD和CD的相对长度或者说移动点A。一个想左偏移的辐条孔会减少（驱动侧和非驱动侧）的张力差异（因为支撑角度差异变小了），反之亦然。

辐条数是一个例外：当两侧的辐条负载和支撑角之乘积相等时，轮子两侧达到平衡状态。然而，