Прочность однокоронной вилки

Автор devman, 18 Авг. 2014 в 12:09

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

devman

Госпрода, прошу высказать свое мнение на счет вопроса прочности однокоронной вилки в плане отрыва штока или одной из ног, в виду высоких скоростных нагрузок электролесипедов .
Хочется понять насколько опасно использование однокоронок в ебайках .

MaxWin

Цитата: devman от 18 Авг. 2014 в 12:09
Госпрода, прошу высказать свое мнение на счет вопроса прочности однокоронной вилки в плане отрыва штока или одной из ног, в виду высоких скоростных нагрузок электролесипедов .
Хочется понять насколько опасно использование однокоронок в ебайках .
Вы не встретите данных по, которым можно это оценить. Фирменная двухкоронка может оказаться не настолько прочной, как китайский чугуний c одной короной.
Велосипедная вилка это компромисс между надежностью и весом.
Например мода на анодированный люминь пошла не спроста. Оксид очень крепок на истирание и при этом вилка будет легче.
Зная материалы можно смоделировать, что будет с вилкой при разных нагрузках. Но это тот еще геморой.
Но одно можно сказать с уверенность Вы не встретите велосипедных вилок, которые рассчитаны на скорости под 100-ню. Даже красивые дропы с большой высоты не дадут такой нагрузки как небольшая ямка на высокой скорости.

Steel RAT

Могу сказать одно. Даже на мопедах-скутерах алюминиевых вилок нет. Только сталь.
Любые велосипедные запчасти это по моему мнению максимум 40 км/ч.
Дальше вы попадаете в зону постоянного риска.
Массовая культура - синоним низкого качества.
Люди... они какие-то странные. По одному и тому же поводу каждый думает что-то своё.

devman

Цитата: Steel RAT от 18 Авг. 2014 в 13:06
Могу сказать одно. Даже на мопедах-скутерах алюминиевых вилок нет. Только сталь.
Любые велосипедные запчасти это по моему мнению максимум 40 км/ч.
Дальше вы попадаете в зону постоянного риска.
есть какие-то подтверждения вашей теории ?

Pavel__

А можно уточнить, чем вызвана необходимость применения дорогой однокоронной вилки на электровелосипеде ?

Steel RAT

Цитата: devman от 18 Авг. 2014 в 13:15
Цитата: Steel RAT от 18 Авг. 2014 в 13:06
Могу сказать одно. Даже на мопедах-скутерах алюминиевых вилок нет. Только сталь.
Любые велосипедные запчасти это по моему мнению максимум 40 км/ч.
Дальше вы попадаете в зону постоянного риска.
есть какие-то подтверждения вашей теории ?
Теории чего?
Того что велокомпоненты не предназначены для высоких скоростей?
Сообщения о сломанных рамах идут уже почти каждую неделю.
А сколько людей оставили такую информацию при себе нам вообще не известно.
Массовая культура - синоним низкого качества.
Люди... они какие-то странные. По одному и тому же поводу каждый думает что-то своё.

devman

Цитата: Pavel__ от 18 Авг. 2014 в 13:31
А можно уточнить, чем вызвана необходимость применения дорогой однокоронной вилки на электровелосипеде ?
как раз однокоронки стоят в 2-4 раза меньше двухкоронок, и для города мне не нужен ход подвески в 20см

Добавлено 18 Авг. 2014 в 13:47

Цитата: Steel RAT от 18 Авг. 2014 в 13:36
Цитата: devman от 18 Авг. 2014 в 13:15
Цитата: Steel RAT от 18 Авг. 2014 в 13:06
Могу сказать одно. Даже на мопедах-скутерах алюминиевых вилок нет. Только сталь.
Любые велосипедные запчасти это по моему мнению максимум 40 км/ч.
Дальше вы попадаете в зону постоянного риска.
есть какие-то подтверждения вашей теории ?
Теории чего?
Того что велокомпоненты не предназначены для высоких скоростей?
Сообщения о сломанных рамах идут уже почти каждую неделю.
А сколько людей оставили такую информацию при себе нам вообще не известно.
рамы ломаются, потому что их не расчитывают - делают на абум.
сломанных вилок я еще не видел(за исключением сгнившей ноги за 9 лет)

Pavel__

Цитата: devman от 18 Авг. 2014 в 13:44
Цитата: Pavel__ от 18 Авг. 2014 в 13:31
А можно уточнить, чем вызвана необходимость применения дорогой однокоронной вилки на электровелосипеде ?
как раз однокоронки стоят в 2-4 раза меньше двухкоронок,...
Sorry, похоже я неправильно понял о каких однокоронках идет речь.
Cannondale Scalpel Ultimate

devman

Цитата: Pavel__ от 18 Авг. 2014 в 14:02
Цитата: devman от 18 Авг. 2014 в 13:44
Цитата: Pavel__ от 18 Авг. 2014 в 13:31
А можно уточнить, чем вызвана необходимость применения дорогой однокоронной вилки на электровелосипеде ?
как раз однокоронки стоят в 2-4 раза меньше двухкоронок,...
Sorry, похоже я неправильно понял о каких однокоронках идет речь.
Cannondale Scalpel Ultimate
Про безногую однокоронку вопрос не стоит - страшная она и ассиметричная

Surf_el

почему-то все мотовилки двухкоронки.
MAC 8t, 16ач Li-on, 5ач LiPo, Mark II от e4bike, 2 шт. NinebotOne E+ и S2, Ninebot ES2, Inmotion V10F

DIVAS

#10
Пожалуй, я выражу здесь свой сумбурный поток мыслей на эту тему.

Для начала нужно понимать, какие основные силы, в каких направлениях и при каких обстоятельствах действуют на вилку.
Сначала сложим в кучу, потом разберём. Я буду писать простым языком и рассматривать только основные факторы, поэтому до точности формулировок прошу сильно не придираться.
1. Масса байка давит на вилку вниз всегда (почти всегда)
2. Масса байка при экстренном торможении давит на вилку вперёд, заламывая вилку назад.
3. Сила разгона, при работе переднего МК, выламывает вилку вперёд.
4. При резких поворотах гироскопические силы, действующие на колесо, скручивают вилку.
5. При попадании переднего колеса в колдобину на вилку в течение короткого времени действуют силы из п.п. 1 и 2, только в разы больше

Рассмотрим силу 1 - давление массой байка вниз. В статике и при равномерном движении эта сила весьма мала, к тому же, учитывая наклон вилки, ~90% этой силы направлены вдоль оси и сжимают амортизаторы, и лишь оставшиеся 10% работают на излом. Очевидно, что эта сила безопасна для вилки.

Сила 2 - излом назад при торможении. Одна из самых чудовищных сил. При торможении на короне вилки образуется просто кошмарный рычаг и чудовищное усилие. Усилие торможения - это значительная доля массы байка с пилотом, багажом и пассажирами - ну, пусть эта масса будет равна 100кг для удобства. Даже с учётом только очевидных факторов, сила торможения такой массы на асфальте может достигать 80кг при коэффициенте сцепления резины и асфальта =0.8. Допустим, при умеренном торможении на небольшой скорости сила торможения =20кг, или 200Н. Рычаг - это высота расположения короны над асфальтом (не путать с осью колеса, ведь тормозим-то мы не осью, а точкой контакта покрышки с асфальтом!). При колесе 26" это, грубо говоря, 700мм, или 0.7м. На корону при этом действует выворачивающий момент, равный 20кг*0.7м, или 29кг*м, 290Н*м или 2900кг*см. И это всего лишь при умеренном торможении. А при экстренном торможении с большой скорости этот момент может возрастать в 4 раза, т.е. может достигать 11600кг*см.
А если ещё внимательнее подумать, то большая часть этой силы приходится только на одно перо вилки - на то, на котором установлен тормоз. На второе перо приходится меньшее усилие, т.к. рычаг отсчитывается уже от оси колеса, а не от асфальта. Если прорисовать систему в векторах и просчитать, то всё намного сложнее, но наиболее страшная картина именно здесь.

Сила 3 - сила разгона переднего МК (если он есть), выламывающая вилку вперёд. В ней в самой по себе ничего особо страшного нет, т.к. сила переднего МК ограничена слабым сцеплением переднего колеса с асфальтом. Но гораздо хуже то что попеременно с торможением эта сила очень способствует расшатыванию всего чего можно.

Сила 4 - сила гироскопа колеса. Тоже сравнительно небольшая сила, но как и 3 сильно способствует расшатыванию.

Сила 5, точнее, сумма сил. Если колдобина небольшая (<1/8 диаметра колеса) и колесо из неё сразу выпрыгивает, то сила горизонтального удара об эту колдобину относительно невелика и почти вся энергия удара переходит в вертикальную плоскость и её принимает на себя амортизатор. Если же скорость под 100км/ч и колдибина глубокая, порядка 1/4 диаметра колеса, то горизонтальный удар об неё создаст импульс силы, многократно превышающий любое торможение. Импульс будет коротким, но с большой вероятностью его будет достаточно для разрушения вилки.

Если посчитать концентрацию выламывающих усилий в однокоронной вилке, то я вообще удивляюсь как на них ездят с такими скоростями... В случае обычного велосипеда такая вилка - это, как уже сказали ранее, компромисс между весом и прочностью. На малых скоростях и нагрузки меньше, и последствия не так страшны.

Самое худшее - силы, возникающие при торможении и на неровной дороге. При велосипедной скорости 30-40км/ч, велосипедной развесовке и стандартной велопосадке сила торможения вряд ли когда-нибудь превысит четверть массы - потому что дальше будет полёт через руль. Если же догружать хвост рамы тяжёлыми батареями и мотором, смещать седло назад-вниз и разгонять конструкцию до 100 км/ч, то сила торможения может возрастать до предельных значений и превышать прочность вилки. А уж силы ударов о неровности дороги - это вообще отдельная тема.

Двухтраверсная вилка намного выигрышнее в том плане, что выламывающая нагрузка на траверсы минимальна, т.к. рычагу 700мм противодействует ещё 150+мм с другой стороны и в итоге большая нагрузка остаётся только на перьях в том месте, где они проходят через нижнюю траверсу. Но толстостенная стальная труба диаметром 30-40мм на излом гораздо прочнее, чем алюминиевая корона на скручивание.

Ну и кроме прочего, как правило двухтраверсные вилки это даунхильные вилки или мотовилки, а у них уже гораздо больше ход амортизаторов и это тоже положительно сказывается на их живучести.

В общем, для каждого применения нужно своё железо. Для особо задумчивых предлагаю подумать вот над чем: почему для быстрой езды придумали мотоциклы, и в чём их основные отличия от велосипеда, кроме мотора.

Или, альтернативный вариант: почему альпинисты для страховки используют специальные карабины, а не карабины для ключей, не строительные и не от собачьих поводков?
Kugoo M4 Pro 18Ah (2020)

Surf_el

В давние давние времена, когда все ездили на дорожных велосипедах Украина (кстати с очень прочной рамой) были и велики с мотором. Рама у них была почти как на дорожном веле, но вилка была двухкоронной. А скорость то всего была 40кмч
MAC 8t, 16ач Li-on, 5ач LiPo, Mark II от e4bike, 2 шт. NinebotOne E+ и S2, Ninebot ES2, Inmotion V10F

devman

Цитата: DIVAS от 18 Авг. 2014 в 14:17
Пожалуй, я выражу здесь свой сумбурный поток мыслей на эту тему.

Для начала нужно понимать, какие основные силы, в каких направлениях и при каких обстоятельствах действуют на вилку.
Сначала сложим в кучу, потом разберём. Я буду писать простым языком и рассматривать только основные факторы, поэтому до точности формулировок прошу сильно не придираться.
1. Масса байка давит на вилку вниз всегда (почти всегда)
2. Масса байка при экстренном торможении давит на вилку вперёд, заламывая вилку назад.
3. Сила разгона, при работе переднего МК, выламывает вилку вперёд.
4. При резких поворотах гироскопические силы, действующие на колесо, скручивают вилку.
5. При попадании переднего колеса в колдобину на вилку в течение короткого времени действуют силы из п.п. 1 и 2, только в разы больше

Рассмотрим силу 1 - давление массой байка вниз. В статике и при равномерном движении эта сила весьма мала, к тому же, учитывая наклон вилки, ~90% этой силы направлены вдоль оси и сжимают амортизаторы, и лишь оставшиеся 10% работают на излом. Очевидно, что эта сила безопасна для вилки.

Сила 2 - излом назад при торможении. Одна из самых чудовищных сил. При торможении на короне вилки образуется просто кошмарный рычаг и чудовищное усилие. Усилие торможения - это значительная доля массы байка с пилотом, багажом и пассажирами - ну, пусть эта масса будет равна 100кг для удобства. Даже с учётом только очевидных факторов, сила торможения такой массы на асфальте может достигать 80кг при коэффициенте сцепления резины и асфальта =0.8. Допустим, при умеренном торможении на небольшой скорости сила торможения =20кг, или 200Н. Рычаг - это высота расположения короны над асфальтом (не путать с осью колеса, ведь тормозим-то мы не осью, а точкой контакта покрышки с асфальтом!). При колесе 26" это, грубо говоря, 700мм, или 0.7м. На корону при этом действует выворачивающий момент, равный 20кг/0.7м, или 29кг/м, 290Н/м или 2900кг/см. И это всего лишь при умеренном торможении. А при экстренном торможении с большой скорости этот момент может возрастать в 4 раза, т.е. может достигать 11600кг/см.
А если ещё внимательнее подумать, то большая часть этой силы приходится только на одно перо вилки - на то, на котором установлен тормоз. На второе перо приходится меньшее усилие, т.к. рычаг отсчитывается уже от оси колеса, а не от асфальта. Если прорисовать систему в векторах и просчитать, то всё намного сложнее, но наиболее страшная картина именно здесь.

Сила 3 - сила разгона переднего МК (если он есть), выламывающая вилку вперёд. В ней в самой по себе ничего особо страшного нет, т.к. сила переднего МК ограничена слабым сцеплением переднего колеса с асфальтом. Но гораздо хуже то что попеременно с торможением эта сила очень способствует расшатыванию всего чего можно.

Сила 4 - сила гироскопа колеса. Тоже сравнительно небольшая сила, но как и 3 сильно способствует расшатыванию.

Сила 5, точнее, сумма сил. Если колдобина небольшая (<1/8 диаметра колеса) и колесо из неё сразу выпрыгивает, то сила горизонтального удара об эту колдобину относительно невелика и почти вся энергия удара переходит в вертикальную плоскость и её принимает на себя амортизатор. Если же скорость под 100км/ч и колдибина глубокая, порядка 1/4 диаметра колеса, то горизонтальный удар об неё создаст импульс силы, многократно превышающий любое торможение. Импульс будет коротким, но с большой вероятностью его будет достаточно для разрушения вилки.

Если посчитать концентрацию выламывающих усилий в однокоронной вилке, то я вообще удивляюсь как на них ездят с такими скоростями... В случае обычного велосипеда такая вилка - это, как уже сказали ранее, компромисс между весом и прочностью. На малых скоростях и нагрузки меньше, и последствия не так страшны.

Самое худшее - силы, возникающие при торможении и на неровной дороге. При велосипедной скорости 30-40км/ч, велосипедной развесовке и стандартной велопосадке сила торможения вряд ли когда-нибудь превысит четверть массы - потому что дальше будет полёт через руль. Если же догружать хвост рамы тяжёлыми батареями и мотором, смещать седло назад-вниз и разгонять конструкцию до 100 км/ч, то сила торможения может возрастать до предельных значений и превышать прочность вилки. А уж силы ударов о неровности дороги - это вообще отдельная тема.

Двухтраверсная вилка намного выигрышнее в том плане, что выламывающая нагрузка на траверсы минимальна, т.к. рычагу 700мм противодействует ещё 150+мм с другой стороны и в итоге большая нагрузка остаётся только на перьях в том месте, где они проходят через нижнюю траверсу. Но толстостенная стальная труба диаметром 30-40мм на излом гораздо прочнее, чем алюминиевая корона на скручивание.

Ну и кроме прочего, как правило двухтраверсные вилки это даунхильные вилки или мотовилки, а у них уже гораздо больше ход амортизаторов и это тоже положительно сказывается на их живучести.

В общем, для каждого применения нужно своё железо. Для особо задумчивых предлагаю подумать вот над чем: почему для быстрой езды придумали мотоциклы, и в чём их основные отличия от велосипеда, кроме мотора.

Или, альтернативный вариант: почему альпинисты для страховки используют специальные карабины, а не карабины для ключей, не строительные и не от собачьих поводков?
Интересный монускрипт у вас получился .
Я пожалуй озадачу производителей вилок этим вопросом .

TULSUNDUR

#13
для ликбеза просто достаточно информации о максимальном диаметре ног у одно и двухкоронок. все подобные вопросы снимает как рукой.
а ещё достаточно поискать хоть одну не двухкоронную вилку на МОТОЦИКЛАХ. автор же скорости имеет в виду явно больше 50 км/ч. ведь так? и скорее всего не просто больше, а в два раза больше...
опять скрипит потёртое седло, и ветер холодит стальную раму.
зимой на лисапеде ездить нелегко, но  как-то  это  мне по-барабану...

илс

Цитата: devman от 18 Авг. 2014 в 12:09
Госпрода, прошу высказать свое мнение на счет вопроса прочности однокоронной вилки в плане отрыва штока или одной из ног, в виду высоких скоростных нагрузок электролесипедов .
Хочется понять насколько опасно использование однокоронок в ебайках .
На мой взгляд - использование вполне безопасно. Что и подтверждено личным многолетним опытом.  :hello:
Но постановка вопроса некорректна. Нынче границы электровелов, заметно раздвинулись. Это 25-100км/ч.
Вас какой интересует порог?
Очевидно, после 80км/ч, начинаются нешуточные нагрузки на все силовые элементы велика, вкл. штоки вилки.
[user]DIVAS[/user], прав, наиболее адские нагрузки действуют при аварийном торможении.
Как их рассчитывают (могут рассчитывать)?
Конструкторы великов знают, что толстяки тяжелее 130кг, на велах не ездят. Дальше берется крутой спуск, велик разгоняется до макс. скорости (70+) и имитируется аварийное торможение.
Вилка должна выдержать. Производитель делает еще небольшой запас по прочности (чтобы выдержать конкуренцию по весу) и изделие идет в продажу.
Еще важна репутация изготовителя. Сами понимаете, что напр. SRAM гораздо ответственнее относится к безопасности своей продукции, чем многочисленый noname.  :exactly:

Steel RAT

[user]илс[/user], ну, загнул, так загнул.   :laugh:
А автомобили японцы с Футзиямы под гору запускают? %-)
Поэтому они такие надежные. 

Я вам скажу, что прочность уже лет 80 легко поддается аналитическому расчету.
Лет 30 на компьютерах.

Испытания образцов производятся на специальной машине, которая позволяет точно зафиксировать усилие разрушения на изгиб, кручение, разрыв и др.
"Левые" производители ничего не испытывают, а копируют продукцию известных брендов в меру своего понимания и возможности доступных технологических процессов.

Кстати конструкция двухкоронки, на сколько я понимаю, позволяет уйти от одной напряженной точки стыка вилки с рамой и сделать нагрузку на стакан равномерной.
Массовая культура - синоним низкого качества.
Люди... они какие-то странные. По одному и тому же поводу каждый думает что-то своё.

devman

на тему прочности скопипастил вчера интересную статейку, о том как 20 лет назад делали рамы :)
Металлургия для велосипедистов от Скота Никола

ra6fnq

Цитата: Steel RAT от 18 Авг. 2014 в 16:57
Кстати конструкция двухкоронки, на сколько я понимаю, позволяет уйти от одной напряженной точки стыка вилки с рамой и сделать нагрузку на стакан равномерной.
Каким образом? стык - рулевая труба - тот же. Поставили двухкоронку, сломали раму... И то и другое крайне опасно на скорости...
Евгений
http://fotki.yandex.ru/users/ra6fnq/
https://yadi.sk/d/8wi9CuXnvvFRh - инструкции на Bafangs