드라이브 체인 효율성 - 크고 작은 것

체인링 크기에 대한 논의는 수년 동안 계속되어 왔습니다…

더 큰 체인링과 스프라켓 조합이 작은 체인링과 스프라켓 조합보다 더 빠릅니까? 각 조합의 비율이 동일(또는 거의 동일)하다는 점을 고려하면요?

고려해야 할 요소가 많이 있습니다. 체인 링크 마찰, 더 많은 체인 링크의 추가 중량, 추가된 질량, 체인 늘어짐 및 구동 체인 마모가 구동 체인 효율성에 어떻게 기여합니까?

라이더로서의 여정부터 새로운 트랙 사이클링 제품 설계에 이르기까지, 드라이브 체인을 통해 어떻게 최대의 에너지를 얻을 수 있는지에 대한 아이디어가 여러 번 떠올랐습니다. 제가 생각하기에 토론할 가치가 있는 몇 가지 아이디어는 다음과 같습니다.

나는 상당한 95.4인치 기어(+/- 0.1인치)를 만드는 두 가지 유사한 기어 조합을 비교하는 것부터 시작하고 싶습니다. 46x13은 작은 스프라켓이 있는 작은 체인링입니다. 그리고 60x17에는 대형 스프라켓이 있는 대형 체인링이 있습니다.

무게

사이클링에 있어 일부 사람들에게는 무게가 매우 중요할 수 있습니다. 여러분과 자전거의 질량이 무거울수록 속도를 높이거나 낮추는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 무게는 라이더의 일정한 속도에 영향을 미치지 않지만 속도를 높이는 데 모든 에너지를 사용하면 전원을 계속 켜는 데 필요한 에너지가 줄어들 수 있습니다.

체인은 체인 구동 시스템에서 가장 무거운 부분이므로 무게가 중요한 경우 링크를 더 추가하면 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 더 큰 60x17 기어 조합에는 작은 46x13 조합보다 9.95% 더 많은 체인 길이가 필요합니다. 별 것 아닌 것처럼 들리겠지만, 이 추가 무게만으로도 더 큰 기어 조합의 장점보다 더 클 수 있습니다. 숫자가 깨지는 것을보고 싶습니다.

체인의 무게를 더 늘리기 위해 60톱니 디너 플레이트 스타일 체인링은 46톱니 체인링(동일한 디너 플레이트 디자인)보다 질량이 91.9% 더 큽니다. 더 큰 체인링은 무게가 거의 두 배나 됩니다. 경량 카본 체인링을 사용하면 추가 무게가 눈에 띄지 않을 수 있지만, 알루미늄을 사용하면 자전거에 200g이 더 추가될 수 있습니다.

스프라켓의 경우 추가된 몇 개의 톱니의 무게는 무시할 수 있는 것으로 간주될 수 있지만 모두 합산됩니다.

체인 스트레치

에너지가 구동 체인을 통해 전달될 때 에너지 중 일부는 장력을 받는 동안 체인에 흡수됩니다. 체인링과 스프라켓의 접선 사이의 거리가 길수록 이를 통해 전달되는 에너지를 흡수하는 링크가 더 많아집니다.

나는 46x13보다 더 큰 60x17 기어 조합에서 체인링과 스프라켓 사이의 거리가 더 멀다고 생각했습니다 . 그것들을 측정하면서 나는 이것이 사실이 아니라는 것을 발견했습니다. 위 다이어그램에서 볼 수 있듯이 더 큰 60x17 조합의 접선 사이의 거리는 46x13 조합 보다 1% 더 짧습니다.

동일한 출력에서 ​​두 구성을 비교할 때 이 섹션은 동일한 힘을 받지만 약간 더 짧은 거리에 걸쳐 퍼집니다. 각 링크에는 약간 더 많은 에너지가 필요하지만 전체적인 스트레칭은 줄어듭니다.

이 스트레칭을 시각화하는 좋은 예는 체인을 한 쌍의 스프링과 비교하는 것입니다. 스프링 하나의 길이는 100mm이고 다른 하나의 길이는 200mm입니다. 두 스프링을 모두 400mm까지 확장하려면 더 짧은 스프링을 확장하는 데 필요한 에너지는 두 배입니다. 스프라켓과 체인링 사이의 약간 짧은 체인 길이는 46x13 구성의 긴 체인 길이보다 덜 늘어나고 에너지를 덜 흡수합니다.

이 이론은 드롭아웃의 뒷바퀴 위치가 소형 기어 구성과 대형 기어 구성 사이에서 변하지 않고 유지된다고 가정합니다. 최상의 성능을 얻으려면 뒷바퀴를 드롭아웃에서 최대한 앞쪽으로 움직여 장력을 받는 체인의 길이를 줄이십시오.

참고 사항: 뛰어난 동력 전달을 위해 제가 선택한 트랙 체인은 Izumi Super 견고한 트랙 체인 입니다. 체인은 나머지 Izumi 제품군보다 더 단단하고 강하게 설계되었습니다. 체인이 강할수록 체인이 늘어날 때 손실되는 에너지가 줄어듭니다. Izumi는 매우 견고한 체인이 표준 트랙 체인보다 내구성이 3배 더 뛰어나다고 주장합니다. 이는 우리에게 시사하는 바가 있습니다.

체인 링크 굽힘 각도 및 마찰

체인 윤활제는 체인과 체인링/스프라켓 사이에 발생하는 마찰을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 체인링과 스프라켓을 통과하면서 체인 링크가 회전하므로 마찰을 줄이는 데도 도움이 됩니다. 체인링과 스프라켓의 직경이 클수록 각 체인 링크가 회전해야 하는 횟수가 줄어듭니다. 체인 링크 꼬임이 가장 빡빡한 곳은 후방 스프라켓 주변이므로 이를 사용하여 46x13 과 60x17 구성 간의 차이를 비교하겠습니다.

더 큰 17t 스프라켓은 13t 스프라켓보다 체인 링크 회전이 4.3% 적습니다. 발생하는 마찰의 양을 줄입니다.

드라이브 체인 마모

내 경험상 트랙 사이클링 드라이브 체인 장비는 오랫동안 지속됩니다. 단일 속도 체인 구성은 로드 자전거에서 체인과 기어가 경험하는 교차 체인 및 기어 변경을 견디지 못합니다. 마모된 드라이브 체인 장비는 이상적이지 않습니다. 슬쩍, 잡담, 놀이 등 이 모든 것이 시스템을 통과하는 전력의 일부를 흡수합니다.

60x17 드라이브 체인의 더 큰 조합을 사용하면 림보와 관련하여 장력을 받는 체인의 비율이 줄어듭니다. 즉, 각 체인 링크가 높은 힘을 받는 빈도가 줄어듭니다. 위에서 논의한 바와 같이, 각 링크는 약간 더 큰 힘을 받지만 각 링크에 대해 힘이 발생하는 빈도는 감소합니다.

주목해야 할 또 다른 점은 체인링과 스프라켓의 톱니가 많을수록 장력이 더 많은 톱니에 분산된다는 것입니다. 이는 톱니와 체인 링크에 가해지는 정확한 하중을 줄여줍니다.

요약

트랙 사이클 선수로서, 그리고 제품 개발에 있어서 저는 우리가 사랑하는 스포츠를 어떻게 개선할 수 있을지 고민하는 데 열정을 갖고 있습니다. 물론 제가 모든 것을 알지는 못하지만, 드라이브 체인 효율성에 관해 제가 머리 속에 떠올랐던 몇 가지 사항을 공유하고 싶다고 생각했습니다. 아이디어를 토론하고, 지식을 제공하고, 주제에 대한 내 생각에 도전해 보시기 바랍니다.