在高端公路自行车领域,碳纤维轮组的发展一直围绕几个相互关联的目标:降低重量、提高刚度、改善空气动力学性能,同时还要保证高速骑行时的稳定性。
CADEX Max 40就是其中一个较为典型的产品。
这套碳纤维轮组由Giant Group旗下CADEX推出,官方标称一对重量为1249克,采用40毫米框高的无钩碳纤维轮圈(hookless carbon rim),内宽为22.4毫米。
不过,从复合材料结构角度来看,Max 40更值得关注的地方并不只是轮圈,而是它将碳纤维辐条、碳纤维轮毂法兰和碳纤维轮圈结合到了整个轮组的结构设计中。
目前高端自行车轮组大量采用碳纤维轮圈,主要目的之一就是在控制结构重量的同时满足轮圈所需的刚度。
Max 40进一步将碳纤维应用到了辐条系统。
这套轮组采用CADEX的Super Aero碳纤维辐条。与传统金属辐条通过机械方式连接轮毂不同,这些碳纤维辐条直接与尺寸较大的碳纤维空气动力学轮毂法兰(carbon aero hub flange)粘接。
这种结构减少了传统的辐条—轮毂连接界面,使辐条与轮毂法兰形成更加整体化的结构。
但在轮圈一侧,辐条仍然采用相对传统的连接形式,因此在需要时,轮组仍具有一定的校正和调整空间。
Max 40同时采用CADEX R3-C48轮毂和陶瓷轴承,后轮内部使用一对轻量化48齿棘轮。
对于高性能自行车轮组来说,减轻重量本身并不困难,真正的问题是减重之后能否继续保持足够的结构刚度。
尤其是在爬坡加速、站立踩踏以及高速过弯时,轮组需要承受来自骑手输入以及路面的不同方向载荷。
根据原始测试者在数千英里实际骑行后的体验,Max 40在加速时表现出较直接的动力传递,同时具有与其低重量不太相符的高刚性感受。
高速下坡和过弯时,这种特性更加明显。测试者表示,在车辆倾斜并承受侧向载荷时,没有感受到明显的轮组横向变形。
需要注意的是,这部分属于实际骑行体验,并不是实验室力学测试结果。因此,不能据此进一步推导Max 40具体的横向刚度数值,也不能与其他碳纤维轮组进行定量比较。
但至少从这次长期骑行测试来看,1249克的低重量并没有让测试者感受到明显的刚度不足。
Max 40采用40毫米框高设计。
通常来说,40毫米并不属于特别深的空气动力学轮圈,但测试者发现,这套轮组受到侧风的影响比其根据轮圈深度所预期的更加明显。
原文作者推测,这可能与空气动力学辐条形状以及较大的轮毂法兰有关,因为这些结构增加了侧风能够作用的表面积。
不过,这只是测试者根据骑行表现提出的判断,原始资料没有提供风洞测试或计算流体力学数据,因此目前不能确认侧风表现与辐条或轮毂法兰之间的具体关系。
这一点在讨论碳纤维轮组时也很重要:空气动力学表现并不只由轮圈框高决定,轮圈、辐条、轮毂以及轮胎共同构成完整的旋转系统。
Max 40的碳纤维辐条结构在减重和整体化设计之外,也带来了一个需要考虑的问题——维修方式与传统轮组不同。
由于碳纤维辐条直接粘接在轮毂法兰上,如果其中一根辐条发生断裂,就不能像传统金属辐条轮组一样,只拆下一根损坏的辐条进行简单替换。
但这并不意味着损坏一根辐条之后就必须报废整个轮组。
根据原始资料,如果发生这种情况,可以保留轮圈,但需要使用新的轮毂和一组新的辐条重新编制轮组。
因此,这种结构实际上体现了高性能复合材料产品中经常出现的一种设计取舍:更加整体化的结构可以服务于轻量化和性能目标,但维修方式也会随之改变。
如果只看材料,CADEX Max 40仍然是一套以碳纤维轻量化为核心的高端自行车轮组。
但从结构设计来看,它反映出的趋势更加值得关注。
碳纤维已经不只是替代传统铝合金制造轮圈,而是进一步进入辐条和轮毂法兰,使整个WheelSystem能够围绕重量、刚度和空气动力学进行整体设计。
Max 40官方标称重量达到1249克,同时保留40毫米轮圈深度。实际骑行测试则显示,这套轮组在加速、爬坡以及高速过弯时仍表现出较高的刚性感受。
与此同时,碳纤维辐条与轮毂法兰直接粘接,也意味着这种设计不能完全沿用传统自行车轮组的维修方式。
因此,对于高端碳纤维轮组来说,下一步的发展已经不只是继续降低轮圈重量,而是如何利用碳纤维的材料特性,对轮圈、辐条、轮毂以及连接方式进行系统化设计。
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