Pahlawan sepeda tanpa tanda jasa, kami pikir sudah saatnya juru bicara mendapatkan rasa hormat yang seharusnya
Untaian kawat tipis ini melakukan pekerjaan yang sangat berat, diregangkan dan dikompresi berulang kali dengan setiap putaran roda kami. Mereka juga membawa kekuatan akselerasi mengayuh dari hub ke pelek roda dan mengirimkan kekuatan pengereman juga. Peran mereka dalam kenyataan bahwa kita bisa mengendarai sepeda sama sekali hampir ajaib – untaian tipis yang menopang beban yang begitu besar. Jadi kami merasa sudah saatnya pembicara yang rendah hati mendapat pujian, di mana seluruh beban harus dibayar.
'Kejeniusan roda berjari-jari adalah ia dapat mentransfer gaya yang seringkali sangat besar yang diciptakan oleh pengendara, sepeda, dan berbagai permukaan jalan ke dalam batang kurus ini, masing-masing dikompresi secara sistematis saat roda berputar dan beban dipindahkan dari satu berbicara dengan yang lain, dan begitu seterusnya, ' kata Profesor Mark Miodownik, direktur Institut Pembuatan di University College London, penulis Stuff Matters, pembawa acara TV dan pengendara sepeda yang tajam. Dia melanjutkan, 'Ini cara yang bagus untuk mengoptimalkan bobot, biaya, dan kinerja roda.'
Jari-jari, sekali di bawah tekanan, pada dasarnya menahan pelek menggunakan hub sebagai jangkar pusat. Dalam skenario dunia yang sempurna, setiap jari-jari menarik dengan tegangan yang sama untuk mendistribusikan beban secara merata ke seluruh roda sambil juga menahan pelek dengan benar dan melingkar. Jari-jari harus menopang roda terhadap kelenturan lateral dan deformasi pelek dan juga menahan roda secara efektif terjepit oleh beban vertikal (kompresi radial). Tidak ada tugas kecil. Tidak mengherankan bahwa sejak munculnya roda, sangat sedikit solusi lain yang telah dieksplorasi.
Ketegangan Bicara
Sekarang segalanya mulai menjadi teknis, dan Anda tidak akan sendirian jika yang berikut ini sedikit membingungkan dan berlawanan dengan intuisi. Ada ketidaksepakatan yang kuat mengenai apakah sepeda pada dasarnya tergantung dari jari-jari atas (yang di atas hub saat Anda melihat sepeda dari samping) atau lebih tepatnya didukung oleh yang lebih rendah, bertindak seperti pilar kecil.'Pandangan yang terakhir, meskipun kelihatannya aneh, benar-benar terjadi, ' kata Jim Papadopoulos dari Fakultas Teknik Universitas Northeastern di Boston, AS, dan rekan penulis Bicycling Science.
Meskipun mudah untuk percaya bahwa jeruji sepeda akan runtuh begitu saja di bawah beban sepeda dan pengendara, ia melanjutkan dengan menjelaskan bahwa tegangan yang tercipta pada jeruji selama proses pembuatan roda (disebut 'pra-ketegangan') adalah apa yang memungkinkan jari-jari bawah menahan beban tanpa tekuk, seperti jika tidak ada pra-tarik. 'Setiap jari-jari pada roda yang dibongkar memiliki tegangan sekitar 100lb [445N]. Ketika gandar ditekan ke tanah dengan gaya 100lb, satu-satunya efek signifikan pada tegangan jari-jari adalah mengurangi tegangan tepat di bawah hub – biasanya, salah satu berkurang menjadi sekitar 50lb dan jari-jari di setiap sisi berkurang menjadi sekitar 75lb. Inilah yang akan dilihat orang dengan jeruji kayu solid seperti roda gerobak tua - bagian bawah akan membawa 50 pon dan yang di kedua sisinya akan membawa 25 pon. Perbedaan dengan roda wire spoked adalah bahwa wire spoke tidak dapat membawa beban kompresi – itu akan runtuh. Jadi semua jari-jari dibuat dengan cerdik. Sebuah kawat tidak dapat memikul beban tekan sebesar 50lb, kecuali jika kawat tersebut telah memikul beban tarik melebihi itu.
'Tentu saja roda sepeda akan runtuh jika jari-jari atas atau horizontal dilepas, ' Papadopoulos menambahkan. 'Tetapi itu pada dasarnya karena struktur yang diubah memiliki jalur beban yang sangat berbeda, dan selanjutnya tidak dapat memasok pra-tarik yang diperlukan. Kami tidak dapat menggunakan keruntuhan itu untuk menyimpulkan bahwa roda biasa membawa beban melalui jari-jari atas.’ Jika itu membuat kepala Anda berputar, Anda tidak sendirian. Jadi mari kita beralih ke area materi bicara yang lebih mudah.
jari-jari baja
Spokes sebagian besar terbuat dari baja, pilihan bahan yang, seperti yang dikatakan Miodownik kepada kita, 'pada dasarnya bermuara pada kemampuan untuk memiliki benang yang andal. Kawat baja sangat bagus karena bahkan dengan area pengencang yang sangat kecil, seperti tempat dot menahan jari-jari di tepinya, Anda dapat memberikan tegangan yang cukup besar pada kawat tersebut tanpa melepaskan benang. Baja tahan karat adalah bahan yang ideal karena memiliki campuran yang tepat antara kekuatan tinggi dan berat yang rendah, sekaligus juga terjangkau.’
Baja tahan karat telah menjadi logam pilihan untuk jeruji sejak akhir abad ke-19 karena kekuatan tariknya yang tinggi, yang memungkinkan jeruji tetap relatif tipis dan ringan saat menghadapi gaya yang diberikan padanya. 'Jari baja ringan harus dua kali lebih berat dan tebal,' kata Chris Hornzee-Jones, direktur insinyur struktural Aerotrope. Dia merancang sepeda gunung serat karbon Lotus yang inovatif dan mengerjakan salah satu roda tension-spoke terbesar yang pernah dibuat – struktur berdiameter 60m yang digantung di bawah atap Millennium Dome, digunakan sebagai platform untuk pemain udara. 'Dengan menambahkan kromium dan molibdenum ke dalam besi dan karbon baja ringan, paduan baja tahan karat yang dihasilkan jauh lebih tahan terhadap kelelahan.'
Kelelahan adalah musuh bicara. Jika Anda berpikir paha depan Anda berulang kali mengalami tekanan karena pengulangan pukulan pedal Anda, maka kasihanilah jari-jari Anda, dipukul dengan setiap putaran roda. Setiap jari-jari di roda mendapat beban tekan hanya untuk sepersekian detik yang berada tepat di bawah hub, dan untuk saat itu dikompresi sebelum tekanan turun dan dapat kembali ke panjang normalnya. Ini adalah siklus tanpa henti yang bisa menjadi kehancuran roda yang dibangun dengan buruk, secara harfiah.
'Roda seperti treadmill yang melelahkan untuk jari-jari, yang menjadi semakin sulit bagi mereka dengan menambahkan benang di satu ujung dan [dalam banyak kasus] tikungan dan/atau kepala di ujung lainnya, ' kata Hornzee-Jones. 'Ulir adalah konsentrator stres dan transfer beban sebagian besar terjadi melalui beberapa utas pertama. Terlebih lagi, putingnya relatif kaku dan, saat mencoba untuk duduk tegak lurus ke tepi, jarang sejajar sempurna dengan sudut jari-jari tiba, yang dapat menjadi penyebab tekanan terkonsentrasi tambahan. Di ujung lain tikungan J melentur dengan cermat dan, setelah ratusan ribu putaran roda normal, setiap cacat permukaan kecil, hanya sedalam mikron dan sama sekali tidak terlihat oleh mata manusia, mungkin mulai terbuka. Ini adalah proses yang lambat pada awalnya tetapi pada akhirnya akan menyebabkan kerusakan pada jari-jari.’
Jari-jari Aluminium
Baja bukan satu-satunya bahan yang digunakan untuk jari-jari. Mavic dan Campagnolo (serta perusahaan saudara Campagnolo, Fulcrum) telah lama menjadi pendukung jeruji aluminium. Aluminium memiliki sepertiga dari kepadatan baja tetapi sekitar sepertiga dari kekakuan juga, jadi jari-jari harus lebih tebal, yang berarti mereka berpotensi kurang aerodinamis, memerlukan puting berdiameter lebih besar dan, selanjutnya, lubang yang lebih besar di pelek, yang dapat mengurangi kekuatan dan kekakuan pelek. Jari-jari aluminium juga cenderung menggunakan desain tarik lurus karena tikungan J pada aluminium kemungkinan besar akan gagal karena tekanan.
Keterbatasan lainnya adalah aluminium tidak dapat menahan benang dengan mudah. Solusi Mavic adalah memasukkan puting langsung ke pelek, bukan ke jari-jari. Campagnolo menyarankan untuk memilih jari-jari aluminium yang beratnya sama dengan versi baja, tetapi sebagai perbandingan meningkatkan nuansa pengendaraan rodanya, namun ini adalah masalah subjektif di mana jari-jari hanya memainkan satu bagian, dengan ban, pelek dan hub juga pemain penting, apalagi sisa sepedanya.
Mengingat berbagai tekanan yang dialami oleh jari-jari, serat karbon mungkin sama sekali bukan pilihan yang tepat, tetapi Mavic, bersama dengan beberapa merek roda kelas atas lainnya, seperti Ringan dan Reynolds untuk menyebutkan dua, telah menemukan cara untuk memanfaatkan kekuatan tariknya di jari-jari, dengan penghematan berat yang jelas untuk diperebutkan. R-Sys SLR Mavic, misalnya, menggunakan tabung karbon berongga untuk memberikan kekakuan di bawah tekanan dan ketahanan terhadap kompresi.'Peregangan jari-jari jauh lebih rendah daripada baja atau paduan karena karbon lebih kaku', kata Michel Lethenet dari Mavic. 'Menjadi tabung, mereka menahan kompresi, yang membantu menjaga kekakuan roda, meskipun beberapa bagian logam diperlukan, yang terikat di setiap ujungnya untuk membuat lampiran di pelek dan hub.' Metode alternatif digunakan dalam Cosmic Carbone Mavic Ultimate, di mana jari-jari karbon berbilah bergerak dari satu sisi roda ke sisi lain, terhubung dengan flensa hub, dan melintasi jari-jari lain dalam perjalanan.
Kebenaran dari putaran
Ada beberapa bagian lain dari kebijaksanaan sepeda yang diterima terkait dengan jari-jari yang dengan senang hati dihilangkan oleh Peter Marchment, ilmuwan material dan direktur dari Hunt Bike Wheels. “Roda yang menggunakan pelek yang lebih dalam dengan jari-jari yang lebih pendek sering dianggap “lebih kuat” tetapi ini biasanya disebabkan oleh kekakuan tambahan yang melekat pada pelek, ' katanya.'Juga, banyak orang percaya bahwa tegangan bicara yang lebih tinggi berarti Anda mendapatkan roda yang lebih kaku, tetapi ini tidak terjadi. Kekakuan roda dipengaruhi oleh banyak hal selain tegangan saja, termasuk jumlah jari-jari, sudut bracing, dan kedalaman pelek.
Sebenarnya jari-jari akan memanjang dengan jumlah yang sama saat dimuat, terlepas dari pra-ketegangan yang diterapkan, yang berarti bahwa meningkatkan tegangan jari-jari tidak membuat roda lebih kaku.' Marchment melanjutkan, 'Menempatkan jari-jari di bawah tegangan yang tepat sangat penting. Pada tegangan yang sangat tinggi, pelek dan jari-jari lebih mudah rusak karena secara efektif dimuat sebelumnya dengan kekuatan tinggi. Namun tegangan jari-jari yang rendah juga menjadi masalah karena dot lebih mungkin lepas [lepas angin] ketika tekanannya dihilangkan melalui benturan atau getaran di jalan, yang menyebabkan roda menjadi tidak benar.’
Apa pun ketegangan dan polanya, ada banyak pilihan jari-jari, belum lagi banyak variasi dalam kualitas kawat dari mana mereka dibuat. Sapim, salah satu produsen spoke terkemuka, memproduksi 300 juta spoke per tahun, dan berbelanja di sekitar untuk menjaga kualitas dan tetap kompetitif di seluruh jajaran produknya. 'Enam puluh hingga 70 persen dari harga jeruji pengukur biasa dapat berupa bahan, jadi penting untuk melakukannya dengan benar, tetapi hal terpenting untuk semua jeruji kami adalah kinerja kawat, ' kata manajer penjualan Sapim, Klaus Grüter. ‘Kami mencari kawat yang terang dan berkilau dan memiliki kekuatan tarik 1.000 hingga 1.050N/mm2 dengan data kelelahan yang baik dan yang terpenting, ketahanan korosi yang sangat baik.’
Grüter memberi tahu kami bahwa sampel diuji di laboratorium untuk kekuatan tarik, lentur, dan ketahanan puntir. Setelah diterima, kawat dari gulungan diluruskan dengan mesin dan dipotong. Kawat pengukur biasa juga dapat dibuat menjadi jari-jari sela (di mana bagian tengah dibuat lebih sempit) dengan menarik kawat melalui cetakan. Setelah disela, kepala jari-jari dan tikungan-J ditempa dan benang di ujung lainnya digulung (tidak dipotong). Jari-jari yang telah selesai diperiksa baik oleh sistem penglihatan mesin maupun oleh mata dan tangan manusia. Satu mesin mampu membuat 20.000 ruji sela sehari, yang menjelaskan mengapa biaya tenaga kerja yang berbeda berdampak kecil pada harga jeruji jadi dan mengapa produsen di seluruh dunia dapat menjual dengan harga yang sama.
Tapi kenapa butt a berbicara? Jonathan Day dari Strada Wheels menjelaskan, 'Jari sela lebih baik dalam menangani torsi daripada pengukur biasa. Mereka lebih lebar di bidang roda, yang merupakan arah gaya puntir, sehingga ada lebih banyak material untuk menahannya. Selain itu, mereka sedikit lebih lentur pada bidang tegak lurus, sehingga lebih baik dalam mendistribusikan beban kompresi ke seluruh roda.’
Pola bicara
Pola jari-jari tradisional roda sepeda terdiri dari 32 (atau kadang-kadang 36) jari-jari, disilangkan tiga kali. Pola jalinan jari-jari dalam roda bertali tradisional, jauh dari sekadar pengaturan kaleidoskopik yang cantik, sebenarnya adalah bagian fungsional dari desain roda.
Dalam hal kekakuan lateral, titik-titik di mana jari-jari berpotongan memungkinkan masing-masing untuk menahan satu sama lain saat ditempatkan di bawah tegangan, serta menopangnya saat dikompresi. Peran paling vital dari pola hantaman tiga silang ada di roda belakang, di mana jari-jari harus mentransmisikan tenaga mengayuh dari hub. Dalam hal ini jari-jari dibebani dengan beban puntir yang jauh lebih besar berkat gaya puntir dari drivetrain. Jari-jari di sisi kaset, meninggalkan hub secara tangensial, mentransfer gaya putar (torsi) dari hub ke rim. Jari-jari radial (yang mengikuti jalur dari pusat hub langsung ke tepi, tanpa melintasi yang lain) kurang mampu mengatasi jenis pemuatan ini dan kemungkinan besar akan gagal.
Saat torsi tidak menjadi masalah, seperti pada roda depan dengan rem pelek, penggunaan jari-jari radial masuk akal. Ini menghemat berat, karena jari-jari bisa lebih pendek dan lebih sedikit yang dibutuhkan untuk membuat roda yang kaku secara lateral. Ini juga terlihat bagus. Rem cakram menyebabkan beban torsi yang signifikan, namun, membuat spoking radial tidak mungkin dilakukan. 'Mendapatkan pola hantaman yang benar adalah kuncinya karena jari-jari berbagi beban kompresi dengan menekan tetangga yang mereka lewati, jadi jari-jari harus diikat menjadi pemimpin atau trailer,' kata Day. 'Anda harus memastikan jari-jari terkemuka mengambil tekanan terlebih dahulu di sisi drive. Pada roda 32-spoke Anda ingin 16 jari-jari terkemuka untuk berbagi beban. Jika Anda salah hantaman, Anda akan berakhir dengan hanya delapan yang melakukan pekerjaan.’
Hebatnya, pola spoking tetap menjadi salah satu aspek desain roda yang paling tidak menantang, meskipun ada beberapa lompatan besar ke depan dalam material dan teknologi manufaktur selama beberapa dekade terakhir. Ini adalah metodologi yang benar-benar teruji dan seperti kata pepatah, jika tidak rusak…
