ドライブチェーンの効率 - 大型 vs 小型

チェーンリングのサイズについての議論は何年も続いています…

チェーンリングとスプロケットの組み合わせが大きいほど、小さいチェーンリングとスプロケットの組み合わせよりも速くなりますか？それぞれの組み合わせの比率が同じ（またはほぼ同じ）である場合。

考慮すべき要素はたくさんあります。チェーンリンクの摩擦、チェーンリンクの増加による重量増加、質量増加、チェーンの伸び、ドライブチェーンの摩耗は、ドライブチェーンの効率にどのように影響するのでしょうか。

ライダーとしての私の旅から、新しいトラック サイクリング製品の設計に至るまで、ドライブ チェーンを通じて最大のエネルギーを得るにはどうすればよいかというアイデアが何度も頭に浮かんできました。これらは、議論する価値があると思うアイデアのいくつかです。

まず、95.4 インチ (+/- 0.1 インチ) の立派なギアを作る 2 つの類似したギアの組み合わせを比較したいと思います。46x13は小さいチェーンリングと小さいスプロケットです。60x17は大きいチェーンリングと大きいスプロケットです。

重さ

サイクリングに関しては、重量が重要な場合があります。あなたと自転車の質量が重いほど、スピードを上げたり下げたりするのに多くのエネルギーが必要になります。重量はライダーの一定速度には影響しませんが、スピードを上げるためにすべてのエネルギーを使い果たしてしまうと、パワーを維持するためのエネルギーが少なくなってしまう可能性があります。

チェーンはチェーン ドライブ システムの中で最も重い部分なので、重量を重視する場合にはリンクを追加するとマイナスの影響を与える可能性があります。60x17の大型ギアの組み合わせでは、 46x13 の小型ギアの組み合わせよりも 9.95% 長いチェーン長が必要です。大したことではないように思えるかもしれませんが、この余分な重量だけでも、大型ギアの組み合わせの利点を上回る可能性があります。数値を分析してみてはいかがでしょうか。

チェーンの重量増加に加え、60 歯のディナー プレート スタイルのチェーンリングは、46 歯のチェーンリング (同じディナー プレート デザイン) よりも 91.9% 重いです。チェーンリングが大きいほど、重量はほぼ 2 倍になります。軽量のカーボン チェーンリングでは、この重量増加はそれほど目立たないかもしれませんが、アルミニウムの場合は、自転車にさらに 200 グラム追加される可能性があります。

スプロケットに関しては、歯をいくつか追加しただけで重量は無視できるほど小さいと考えられますが、合計すると大きな重量になります。

チェーンストレッチ

エネルギーがドライブ チェーンを通過すると、張力がかかった状態でその一部がチェーンに吸収されます。チェーンリングとスプロケットの接線間の距離が長いほど、伝達されるエネルギーを吸収するリンクの数が増えます。

60x17 の大きいギアの組み合わせでは、チェーンリングとスプロケットの間の距離が46x13 よりも長いと思っていました。測定してみると、そうではないことがわかりました。上の図に示すように、 60x17の大きいギアの組み合わせの接線間の距離は、 46x13よりも 1% 短くなっています。

同じ出力で 2 つの構成を比較すると、このセクションには同じ力がかかりますが、その距離はわずかに短くなります。各リンクには少しだけ多くのエネルギーがかかりますが、全体的な伸びは減少します。

この伸びを視覚化する良い例は、チェーンを一対のバネと比較することです。バネの 1 つは 100 mm の長さで、もう 1 つは 200 mm の長さです。両方のバネを 400 mm まで拡張する場合、短い方のバネを伸ばすために必要なエネルギーは 2 倍になります。スプロケットとチェーンリングの間のチェーンの長さがわずかに短いため、 46x13構成の長いチェーンよりも伸びが少なく、エネルギーの吸収も少なくなります。

この理論では、ドロップアウト内の後輪の位置は、小さいギア構成と大きいギア構成の間で変わらないと想定しています。最高のパフォーマンスを得るには、ドロップアウト内で後輪をできるだけ前方に移動して、張力のかかるチェーンの長さを減らします。

余談ですが、私がパワー伝達に優れたトラックチェーンとして選んだのは、 Izumi のスーパータフ トラックチェーンです。このチェーンは、Izumi の他の製品よりも硬く、強く設計されています。チェーンが強くなるほど、チェーンの伸びによるエネルギー損失が少なくなります。Izumi は、スーパータフ チェーンの耐久性は標準のトラックチェーンの 3 倍であると主張していますが、これは何かを物語っています。

チェーンリンクの曲げ角度と摩擦

チェーン潤滑剤は、チェーンとチェーンリング/スプロケットの間に生じる摩擦を軽減するのに役立ちます。また、チェーンリンクがチェーンリングとスプロケットの周りを通過するときに回転するときの摩擦を軽減するのにも役立ちます。チェーンリングとスプロケットの直径が大きいほど、各チェーンリンクの回転が少なくなります。チェーンリンクのねじれが最も強くなるのはリアスプロケットの周りなので、これを使用して46x13と60x17 の構成の違いを比較します。

大型の 17t スプロケットは、13t スプロケットよりもチェーンリンクの回転が 4.3% 少なく、発生する摩擦の量が減少します。

ドライブチェーンの摩耗

私の経験では、トラック サイクリングのドライブ チェーン 機器は長持ちします。シングル スピード チェーン構成では、ロード バイクのチェーンとギアで発生するクロス チェーンやギア変更に耐えられません。摩耗したドライブ チェーン 機器は理想的ではありません。緩み、ガタつき、遊びなど、すべてがシステムを通過するパワーの一部を吸収します。

より大きな組み合わせの60x17ドライブ チェーンでは、リンボに対する張力を受けるチェーンの割合が減ります。つまり、各チェーン リンクが大きな力を受ける頻度が少なくなります。前述のように、各リンクはわずかに大きな力を受けますが、各リンクで発生する頻度は減ります。

注目すべきもう 1 つの点は、チェーンリングとスプロケットの歯の数が多いほど、張力がより多くの歯に分散されるということです。これにより、歯とチェーン リンクへのピンポイントの負荷が軽減されます。

まとめ

トラック サイクリストとして、また製品開発に携わる者として、私は、愛するスポーツをどうしたら改善できるかを考えることに情熱を傾けています。もちろん、すべてを知っているわけではありませんが、ドライブ チェーンの効率性に関して私が考えたいくつかのポイントを共有したいと思います。皆さんには、このテーマについてのアイデアを議論し、知識を共有し、私の考えに異議を唱えていただきたいと思います。