Pourquoi utiliser plusieurs matériaux sur les plateaux?

Pourquoi est-ce que sur un pédalier triple route typique à mi-niveau, les bagues extérieures (plus grandes bagues) seront en aluminium, tandis que la bague intérieure (petit anneau) est chro-mo?

Il me semble que si l'aluminium était assez bon pour un, il le serait pour tous.

Cela a-t-il à voir avec la quantité de force appliquée à chaque anneau? Peut-être que le plus petit anneau est susceptible d'être utilisé dans des situations d'escalade, lorsque le cycliste est debout, donc la plus grande force est appliquée à la manivelle à ce point (et donc vous avez besoin d'un anneau plus fort)?

Il s'agit en fait de la multiplication des forces fournie par chaque plateau et de la taille / masse de chaque plateau.

Différence de force

Supposons un instant que vous disposiez d'un plateau aussi gros que son rayon est presque le même que la longueur de la manivelle. Si le cycliste se tenait debout pour pédaler en utilisant ce plateau (et en utilisant de simples pédales de plate-forme). La force théorique maximale sur la chaîne sera égale au poids du cavalier. (En supposant qu'il ne tire pas sur le guidon).

Maintenant, débarrassons-nous de ce plateau peu pratique et ridiculement grand, et installons-en un plus réaliste, celui qui a un rayon d'environ la moitié de la longueur de la manivelle. Maintenant, lorsque le cavalier répète l'expérience précédente, maintenant, la force théorique maximale a appliqué le poids du cavalier * 2.

Si vous répétez toute l'expérience, mais cette fois avec un plateau ayant un rayon de 1/4 de la longueur de la manivelle, la force maximale dans la chaîne serait 4 fois le poids du cavalier.

Autrement dit, dans un mécanisme simple comme un pédalier, la force de sortie peut être calculée comme suit:

OF = IF * (Ir / Or).

Où IF = force d'entrée, Ir = rayon d'entrée, Ou = rayon de sortie. Et le rayon est la distance entre l'essieu et le point où la force est exercée.

Comme vous pouvez l'imaginer, la plupart des pédaliers à plateau tripes ont un grand plateau qui a un rayon d'environ la moitié de la longueur de la manivelle. Un plateau plus petit est deux fois moins gros. En effet, le triple pédalier typique double la force de sortie du petit plateau par rapport au plus grand.

Le poids compte

Cependant, ce n'est qu'une partie du sujet. Plus le plateau est grand, plus il est lourd. Et c'est aussi une partie tournante du vélo, donc, certains peuvent affirmer que son inertie rotationnelle aurait de l'importance. Comme vous pouvez le deviner, les plateaux CroMo sont plus lourds que Al.

Durabilité

Cela n'explique pas encore pleinement la décision, mais c'est le cas: l'aluminium a généralement moins de résistance à l'usure par friction que l'acier. Par exemple, si vous deviez limer une bosse dans une pièce en aluminium, vous le feriez avec peu d'effort, par rapport au travail similaire sur de l'acier même doux. À cela s'ajoute le fait qu'une nouvelle chaîne dans un nouveau plateau engage plusieurs dents avec un contact complet entre les dents du rouleau, répartissant efficacement la charge entre chaque point de contact. Le petit plateau peut fournir moins de points de contact pour répartir la charge, ce qui signifie que chaque dent est soumise à une plus grande fraction de la force totale appliquée par le cycliste et multipliée par la manivelle. Cela signifie qu'une dent dans le petit plateau supporte une charge beaucoup plus importante qu'une dent dans le grand plateau.

Taux d'utilisation

À cela, nous pouvons ajouter l'argument plutôt subjectif selon lequel la plupart des coureurs passeraient plus de temps dans le plateau du milieu, peut-être dans le petit ou sautant beaucoup entre eux, tandis que le grand est utilisé de manière plus sporadique, généralement dans les descentes rapides où le coureur a gagné. n'utilisez pas sa force et pas pour longtemps.

Conclusion

Tous ces arguments font des matériaux choisis un bon compromis entre poids, durabilité et peut-être coût.

Les petits et moyens plateaux en aluminium s'usent trop rapidement et sont susceptibles de se plier à cause d'une mauvaise technique de changement de vitesse. Un grand plateau en acier serait plus lourd et la différence serait facilement perceptible tout en tenant le pédalier en main, de sorte que le pédalier avec le grand plateau en aluminium ferait le meilleur achat entre les deux.

La différence de poids entre les petits plateaux fabriqués à partir de ces matériaux serait moins perceptible et l'acheteur pourrait ne pas être ainsi invité à payer la différence de prix pour une si petite perte de poids (gain?).

En outre, les petits plateaux en aluminium peuvent être mieux adaptés aux pilotes professionnels, dont l'idéal pourrait être correctement parrainé, donc dépenser un plateau par course n'est pas un gros problème. De plus, il / elle peut (idéalement) avoir une technique de changement de vitesse optimisée (c'est-à-dire que le coureur a identifié ses défauts de technique de changement de vitesse et les a corrigés).

Bonne question! Il existe plusieurs raisons importantes pour les différents matériaux:

• Usure : l'acier dure plus longtemps que l'aluminium, simple et simple. Alors pourquoi ne pas utiliser de l'acier sur tous les anneaux? Les plus grands anneaux ont des rampes sur les côtés qui facilitent le changement de vitesse et ne peuvent pas être retournés lorsque l'anneau s'use. L'anneau de grand-mère peut, donc il peut durer beaucoup plus longtemps.

• Flexion / flexion : à mesure que la taille d'un plateau augmente, il devient plus sujet à la flexion et à la flexion en raison du couple / de la charge. L'acier droit se plierait en fait assez facilement, mais la façon dont les anneaux CNC permettent un meilleur soutien sur les anneaux.

• Poids : l'acier pèse plus que l'aluminium, de même pour CroMo. Pour un petit anneau, la différence va être beaucoup moins importante qu'un anneau plus grand.

• Coût : tout comme un joli vélo à cadre en acier par rapport à l'aluminium, le meilleur matériau coûte plus cher, ce pourrait être un angle de réduction des coûts. (Remarque, cela s'applique également à d'autres matériaux comme le titane).

Vous avez donc plusieurs raisons pour lesquelles le fabricant / vendeur a différents matériaux de bague. C'est probablement une combinaison de ce qui précède et un compromis pour un ou plusieurs (plus de poids vs moins de force, etc.).

Principalement, en raison de problèmes de «bras de levier», beaucoup plus de force est appliquée aux dents du plus petit anneau, et elles doivent être les plus solides. Ceci est exacerbé par le fait que la force est répartie sur moins de dents.

Pour le n ° 2, j'énumérerais le poids - avec le petit anneau en aluminium, cela économiserait très peu de poids.

Un mot: couple. Également connu sous le nom de bras de levier.

Dans ce cas, le bras de levier est la différence dans les rayons du bras de manivelle (auquel la pédale est attachée) et du pignon. Nous, les cyclistes, avons une force limitée que nous pouvons appliquer aux pédales, créant un couple dans la manivelle. Notre inertie crée une force opposée via la chaîne dans la couronne dentée sélectionnée. Avec des différences de bras de niveau suffisantes, notre force humaine peut générer un couple qui peut surmonter la résistance du matériau de l'anneau de chaîne.

Ainsi, afin de résister à l'augmentation du couple, le plus petit plateau est généralement constitué d'un matériau plus résistant, souvent de l'acier.

MISE À JOUR: les modérateurs ont demandé une extension. C'est ici.

Le couple est une «force de torsion», qui est exactement ce que nous, les cyclistes, créons lorsque nous pédalons à vélo. La quantité de force que nous appliquons aux pédales peut être amplifiée par la longueur du "bras de couple" - qui est, dans notre cas, la longueur de centre à centre des manivelles du pédalier à la pédale ( s). Les pignons de chaîne avant entourent également le même axe. La différence entre notre rayon de pédalage et le rayon du pignon est le "bras de couple" ou "avantage mécanique" effectif pour le pignon donné. À mesure que l'avantage mécanique augmente, le couple ou la force de torsion que nous générons à partir des pédales augmente également. Nous gagnons le maximum d'avantages mécaniques en pédalant contre le pignon à rayon le plus petit.

Cela résume nos forces. Maintenant un mot sur les matériaux. Relativement parlant, l'acier est solide et lourd tandis que l'aluminium est doux et léger. Cependant, les alliages et divers traitements modifient ces caractéristiques natives, généralement avec des coûts supplémentaires. L'essentiel est une analyse contrainte / déformation des forces (couple) impliquées par rapport à la résistance inhérente du matériau. Et puis il y a le budget monétaire, qui influence les options disponibles et les sélections choisies. Un examen des matériaux de pignons candidats est bien au-delà de la portée de cette réponse, ou de mes connaissances actuelles.

Il suffit de dire que les fabricants utiliseront les produits les plus rentables pour leur public cible. Cela pourrait signifier différents matériaux pour les équipes du Tour de France, par opposition à ce que vous et moi pouvons obtenir de nos magasins de vélos locaux.

En ce qui concerne les pignons pour les conducteurs de tous les jours, cela se résume au couple. Et les deux matériaux les moins chers qui satisfont à la résistance aux contraintes / déformations nécessaires sont les alliages d'aluminium et les alliages d'acier.

Notez que le terme OP "chro-mo" se réfère à l' acier au chrome-molybdène , également appelé acier au chromoly.