Если вы когда-нибудь вращали шатуны на велосипеде с ременным приводом, вы должны были заметить, что они вращаются не так свободно, как у велосипеда с цепной передачей. Другими словами, в трансмиссии есть дополнительное сопротивление. Насколько это сопротивление большое и как оно сравнимо с цепной трансмиссией при различной выходной мощности? Давайте это выясним.
Но сначала немного о ремнях…
Ремни имеют несколько приятных преимуществ перед цепями: более длительный срок службы (30 000 км!), практически нет необходимости в обслуживании трансмиссии (не нужна смазка или обезжиривание), бесшумная работа и меньший вес. Особенно хорошо это работает в велопутешествиях. Приятно видеть, что в настоящее время более 40 производителей туристических велосипедов имеют в своей линейке байки с ременным приводом.
Основными недостатками ремней являются то, что вам нужна специальная велосипедная рама с возможностью установки ремня, запчасти трудно найти в магазинах, а также изначальная стоимость ременной трансмиссии выше.
Компания «Friction Facts», приобретенная компанией «CeramicSpeed» в 2016 году, провела очень интересный тест для определения эффективности ременной трансмиссии Gates по сравнению с типичной цепной трансмиссией. Оказалось, что в зависимости от выходной мощности как ременная, так И цепная трансмиссии могут быть более эффективными.
Предварительная натяжение
Основным источником трения в цепной трансмиссии является натяжение, создаваемое нагрузкой на педали в процессе педалирования. Ременные трансмиссии немного отличаются, потому что их основным источником трения является просто натяжение ремня, когда он установлен на велосипеде.
Высокое натяжение на ременных трансмиссиях необходимо, потому что без него ремень будет проскакивать по зубам шкива. Цепь также требует предварительного натяжения для обеспечения взаимодействия с зубами звезды, но эта предварительная нагрузка сравнительно небольшая. Веса самой цепи обычно достаточно.
Тестирование
Цепная трансмиссия:
- Были проверены два образца цепей и два образца ремней.
- Первая цепь была Shimano CN-7901 (Dura Ace, 10 скоростей). Вторая цепь представляла собой SRAM PC-1091R (Red, 10 скоростей).
- Использовалась передняя звезда на 53 зуба от FSA (эффективный радиус 107 мм) и задняя звезда SRT на 19 зубов (эффективный радиус 78 мм).
Ременная трансмиссия:
- Оба использованных ремня были Gates CDX (шириной 10 мм и 125 зубьев).
- Использовался передний шкив Gates CDX 60Т (эффективный радиус 106 мм) и задний шкив Gates CDX 22T (эффективный радиус 79 мм).
Из-за разного шага ремня (11 мм) и цепи (12,7 мм) были использованы звезды и шкивы с разным числом зубов для достижения одинаковых эффективных радиусов.
Метод тестирования
Что эффективней: ременная или цепная трансмиссия? (Лабораторные испытания)
В тестах цепей, о которых говорилось ранее, испытательный стенд «Friction Facts» был настроен на «переменную нагрузку», имитирующую разное усилие, прикладываемое к педалям в процессе педалирования. Это позволило одинаково протестировать различные цепи при разной переменной нагрузке, чтобы найти различия в трении. Довольно просто.
Из-за высокого предварительного натяжения ременной передачи невозможно провести испытания с одинаковым натяжением как ремня, так и цепи, поэтому вместо этого в «Friction Facts» было решено измерить потери на трение при разных «общей переменной нагрузке».
Расчет общей переменной нагрузки ременной трансмиссии:
Когда на велосипеде с ременным приводом вы крутите педали с мощностью 250 Вт, максимальная нагрузка доходит до 62,73 кг. Сюда входит нагрузка в 24,18 кг от давления на педали, а также от 38,56 кг предварительного натяжения на ремне. Минимальная нагрузка составляет 14,38 кг. Это нагрузка, создаваемая давлением на противоположную педаль в 24,18 кг, поэтому взятая со знаком минус, плюс предварительное натяжение ремня, создающее нагрузку в 38,56 кг (38,56 – 24,18 = 14,38 кг). Если сложить минимальную и максимальную нагрузку, то общая переменная нагрузка составит 77,11 кг. На практике достаточно просто удвоить натяжение ремня на ременной передаче, чтобы получить общее значение.
Расчет общей переменной нагрузки цепной трансмиссии:
Когда на велосипеде с цепным приводом крутят педали с мощностью 250 Вт, максимальная нагрузка составляет 24,86 кг. Она состоит из нагрузки в 23,95 кг от давления на педали, плюс 0,91 кг предварительного натяжения цепи. Минимальная нагрузка составляет 0,45 кг, и зависит от веса самой цепи. При суммировании минимальной и максимальной нагрузки общая переменная нагрузка составляет 25,31 кг на цепной трансмиссии.
Сравнение потерь на трение в каждой трансмиссии:
Несмотря на то, что общая переменная нагрузка отличается для разных типов трансмиссии, мы все же можем сравнить потери на трение, просто сопоставив выходные данные райдера на графике. Например, если обратить внимание на линии тренда ремня и цепи при нагрузке в 250 Вт, вы можете определить разницу трения между трансмиссиями.
Больше деталей теста:
- Перед испытанием ремни подвергались обкатке в течение одного часа под нагрузкой в 250 Вт.
- Цепи тоже были подвергнуты обкатке в течение одного часа под нагрузкой 250 Вт перед испытанием.
- Обе цепи были очищены и смазаны простым жидким маслом.
- Каденс – 95 оборотов в минуту.
- Точность полученных значений полной нагрузки составляет +/- 0,02 Вт.
- Системные потери (потери от керамических подшипников, использованных в испытательном оборудовании) были исключены из окончательных результатов.
Результаты: трение ремня против цепи
График, показывающий переменную нагрузку в зависимости от потерь на трение в приводе.
График, показывающий переменную нагрузку в зависимости от потерь на трение в приводе.
Потери на трение при 100 Вт:
Цепь ~ 1,5 Вт
Ремень ~ 2,45 Вт
Разница в трении: ~ 1 ватт (преимущество 1% в пользу цепи)
Потери на трение при 150 Вт:
Цепь ~ 2 Вт
Ремень ~ 2,45 Вт
Разница в трении: ~ 0,45 Вт (преимущество 0,3% в пользу цепи)
Потеря трения при 208 Вт:
Цепь 2,43 Вт
Ремень ~ 2,45 Вт
Разница в трении: ~ 0,02 Вт (преимущество фактически отсутствует)
Замечание. Самая удобная вещь в данном тестировании цепи и ремня заключается в том, что потери на трение практически линейны по отношению к мощности наездника. Линейность позволяет нам легко рассчитать потери на трение при разных значениях мощности на графиках - я добавил значения общей переменной нагрузки при 100 Вт и 150 Вт для цепи, а также при 212 Вт и 229 Вт для ремня.
Анализ
Может быть немного сложно интерпретировать данные из графика, поэтому позвольте мне объяснить.
Из-за высокого предварительного натяжения ремня, добавляющего 2,45 Вт сопротивления на старте, цепь будет работать более эффективно, чем ремень, пока вы не достигнете ~ 212 Вт (когда их сопротивление становится равным). На практике можно ожидать, что цепная трансмиссия будет обладать преимуществом около 1 Вт, пока педалирование будет очень легким, но преимущество снизится до 0,45 Вт при средней мощности, прикладываемой велосипедистом.
Если посмотреть на исходный протокол испытаний, то можно заметить, что «Friction Facts» сделали большинство выводов при нагрузке на трансмиссию до значения в 38,56 кг. Это было самое большое допустимое натяжение ремня, рекомендованное Gates в 2010 году, но в наши дни это не очень распространено, поскольку технологии рам улучшились.
Минимальное натяжение ремня, которое в настоящее время рекомендует использовать компания Gates, составляет всего 12,7 кг (25,4 кг на графике). Это приводит к сопротивлению в 2,45 Вт при вращении педалей с мощностью от 0 до 212 Вт.
Такое небольшое натяжение ремня используется обычно для легких гонцов, которые имеют плавный и равномерный стиль педалирования, однако, более крупные / тяжелые гонщики (такие как я) также могут использовать 12,7 кг или меньше с правильным велосипедом (например, рама KOGA WorldTraveller имеет очень жесткий задний треугольник; настройку ремня, включая низкое натяжение, можно посмотреть в этом видео).
Максимальное натяжение ремня, которое в настоящее время рекомендует компания Gates, составляет 24,04 кг (48,08 кг на графике). Для больших и сильных гонцов (или с резким или грубым стилем педалирования) требуется большое предварительное натяжение. Это приводит к сопротивлению в 3,1 Вт при приложении к педалям мощности в диапазоне от 0 до 229 Вт.
Итак, если ремни более эффективны при высокой мощности, почему гонщики олимпийских треков не используют ременные трансмиссии?
1. Для поддержания ремня на зубце во время пиковой мощности и крутящего момента им потребуется использовать более высокое натяжение ремня, чем в тесте. Это может привести к повышению сопротивления.
2. Сложнее быстро поменять передаточные числа на ременной передаче по сравнению с цепными трансмиссиями - то, что гонщики часто делают.
Важно: смазки цепи
«Friction Facts» также тщательно проверили потери на трение при использовании разных смазок цепи, и оказывается, что разница между ними составляет до 5 Вт! Я включил эту информацию, поскольку любые преимущества цепи перед ремнем (при низкой выходной мощности) могут быть легко сведены на нет при использовании «медленной» смазки цепи.
Основной вывод этого теста заключается в том, что следует избегать сухих смазок цепи, если для вас имеет значение как долговечность трансмиссии, так и «ватты» – смазки для влажной погоды и на основе воска являются самыми быстрыми и наименее изнашивающими трансмиссию. Поддержание цепи в чистоте, насколько это возможно, также жизненно важно для обеспечения длительной жизни и эффективности.
Эффективность сочетания коробки Pinion и ременной трансмиссии
Одна из главных причин, из-за которой коробка передач Pinion работает менее эффективно, чем втулка Rohloff, связана со скоростью перемещения цепи / ремня. Предполагая, что вы используете одинаковую передачу, на коробке передач Pinion, ремень должен двигаться на 50% быстрее, чем с использованием втулки Rohloff. Результатом является увеличение трения ремня на 50% и скачок с 2,45 Вт до 3,67 Вт при низком натяжении ремня и с 3,1 Вт до 4,65 Вт при высоком натяжении ремня.
Заключение
Этот лабораторный тест показал, что при низкой мощности (менее 212 Вт) цепь будет эффективнее от 0,3% до 1,0%, а ремень более эффективен при высокой мощности (более 212 Вт).
Всё становятся немного более сложным для цепи, когда мы учитываем различные варианты смазки цепи. Разница между смазочными материалами в цепи составляет 4-5 Вт, поэтому выбирайте смазку с умом!
Имейте в виду, что эти данные были собраны в идеальных лабораторных условиях, поэтому грязь и песок будут играть разные роли в эффективности в реальных условиях. Нетрудно представить ременную трансмиссию, обладающую значительным преимуществом в грязных / песчаных условиях, поскольку она может очень эффективно очищаться от мусора.
Учитывая все это, различия в трениях между ремнями и цепями, по существу, незначительны.
Сообщение от WildFrost
Ответить с цитированием
