碳纖公路輪組 , 不能說的秘密

2021-01-14 公路車吧

我們主要揭秘了公路輪組花鼓部分,很多不為人知的細節;我們將涉及公路輪組輪框及其他部分不為人知的「秘密」!


輪圈

關於輪圈,大家比較常看到的是:框高多少,圈寬多少,非對稱輪圈,UD、3K、12K等,或許對於很多人來說,根本不知道怎麼判斷好壞。

 

其實對於公路輪組來說,輪圈最重要的是安全,安全問題不解決,說其他的都是扯淡;而輪圈的安全則基本上是由所選的材料以及製造工藝起決定性作用。輪圈的選材決定了剛性和強度是否可以做到最好,同時也決定了是否可以承受足夠的高溫,確保正確使用不出現燒框。

 

輪框材料

從材料角度,UD碳布材料(Unidirection單向碳布)成型的材料強度和剛性是最高的,其他的碳布,例如1K、3K、12K……數字越大,強度越弱;3K碳布的強度大約是UD碳布的70%,更高K數的碳纖維強度會更低一些。所以,UD碳布也是碳纖維自行車架的主要結構材料,車架部分的局部採用其他編織碳布,主要只是出於外觀需要,或者是防止該部分出現散紗。這也是,為什麼追求輕量化的頂級超輕高性能車架和輪組,在結構上基本都會能用UD碳布都儘量用UD碳布的主要原因。


基於碳纖維材料的物理屬性,在同等的形狀、重量的前提下,如果有人告訴你說:「TA的產品使用了更高強度的3K、12K,甚至是什麼16K碳布……」那肯定是用了更低等級的UD碳布進行對比,或者是TA口誤,或者純粹是為了忽悠你,又或者是TA也不知道這是個謬論!

 

一般公路輪組的主料都會採用UD碳布;如果是特殊的外觀需要,表面碳布會採用3K或12K碳布,但這必然會犧牲一定的強度和剛性。而這其中,還涉及到環氧樹脂部分。

 

通常3K、12K等碳纖維編織預浸布,只能靠購買獲得。這些編織布生產的時候本身預先加入了環氧樹脂。如要確保最佳的性能,在碳纖維產品成型的時候,需要使用跟碳纖編織布相同的環氧樹脂。不同的環氧樹脂,其固化溫度是不一樣的。如果用了不同的環氧樹脂,固化時會出現不同步,固化溫度較低的環氧樹脂會優先開始固化;最終成品的剛性和強度都無法達到最佳效果,特定條件下可能會出現容易脫層。

 


TIPS:大品牌高性能公路輪組,為何不用「大K數的碳布」?

原因:碳纖維輪組的側壁通常只有3層碳布(包括外觀層)。「大K數碳布」的強度不足UD碳布的70%,只有3層的結構,如果材料選擇不當,會是怎樣,估計大家都能想到「這意味著什麼」!表面層為了吸引眼球,用強度更低的碳布,整體的強度和剛性都會有所犧牲,而且會增加更多潛在的風險。如果在環氧樹脂環節沒能弄到跟結構層碳布一樣的環氧樹脂配方,就意味著輪組出問題的機率大大增加。

 


剎車邊

剎車邊是圈剎碳纖維輪組的一個重要部分,成型的材料和工藝共同決定了剎車邊的好壞。剎車邊的好壞相關的幾個概念:耐熱溫度、平整度和製作工藝。

TIPS:為何有些碳纖維輪組會存在燒框?

剎車邊能夠承受的溫度高低,跟碳纖維關係不大,主要在於環氧樹脂。因為碳絲的熔點達到3000攝氏度,遠高於環氧樹脂的熔點,也是剎車永遠到不了的溫度。輪組燒框的溫度,說到底,其實就是環氧樹脂的熔點。合格的碳纖維輪組,需要用到High TG環氧樹脂(高TG,可理解為高熔點;或高臨界溫度,碳纖維預浸料為熱熔型材料,達到TG點後,會出現從固態往液態轉變)。


高TG環氧樹脂,通常熔點在180度—250度之間;而一般當溫度達到190度左右,內胎會首先扛不住。所以,假如溫度高於250攝氏度,意味著所有碳刀都避免不了出現燒框。

 

碳纖維預浸布生產的時候,會給碳絲先注入環氧樹脂;然後經過擠壓的機器,使環氧樹脂被擠壓到碳絲之間的空隙。而並非所有的碳布使用的環氧樹脂都擁有高TG 點,非高TG環氧樹脂做出來的輪圈,熔點僅能達到120度到150度之間,很容易出現燒框。那些燒框頻頻的輪圈,環氧樹脂用錯(或者表層環氧樹脂跟內部結構層不一致)是主要原因之一。當然,還有另外一個可能——剎車邊平整度。

 

輪圈剎車邊出現不平整,最直觀的感受是制動的時候,會出現明顯的一頓一頓的感覺。可別把這當小事!剎車出現這種情況說明剎車邊在某個或多個位置寬度不均,制動會在這些位置形成應力點,熱量會在這些區域迅速積累,長距離下坡,容易造成燒框。


如何避免碳刀燒框?首先是選剎車邊品質可靠的品牌,環氧樹脂和剎車邊平整度得到保證;其次,要用專用的碳纖維剎車皮(碳纖剎車皮的原理是,通過犧牲剎車皮來保護輪框);最後,需要有正確的制動方式,讓制動系統及時降溫和恢復制動力。

 

TIPS:公路車長距離下坡,請勿一直保持制動,只要剎車皮不離開輪圈,輪圈和剎車皮的溫度就會持續增加;剎車皮長時間與輪圈摩擦,溫度過高剎車皮會軟化,制動力會慢慢出現熱衰減。適當時候,前、後剎車輪流交替制動,讓剎車皮短暫離開剎車邊,就可以讓輪圈和剎車皮溫度迅速回降,恢復制動力。長距離下坡時候,剎車皮離開輪圈三、四秒就足以讓剎車邊溫度下降三四十度。

 

 

輻條

量產公路輪組的輻條市場,經過多年的發展,目前基本上就兩大陣營:中高端SAPIM,入門協達;DT都排不上號。既然大家對輻條的心理定位已經形成,我們也沒必要去過多討論這塊。

 




SAPIM的輻條跟協達的輻條差別有多大?

同等條件下,通常一對輪組(約44根)。安裝SAPIM常用輻條的重量會比協達最常用輻條的輪組輕大概100g(每個輪組編法和輪圈高度不同,輻條長度也會有差別,故只能估算)。而同時,SAPIM的高端輻條通常更纖細,舒適性更好,而且可承受拉力還更高一些。

 

輻條除了品牌之外,還必須考慮編圈。通常公路輪組的輻條張力在110kg-120kg。K均按照較高的120kg 拉力執行,剛性上絕對夠用。

 

 

軸承

軸承對輪組的影響包括:軸承大小、精度和材質。通常來說,直徑較大的軸承,擁有更好的滾動性能,同時側向剛性也會更好,但重量也會相對更重一些。因此軸承也不是越大越好,因為軸承和花鼓殼的重量都會因此而增加。公路輪組中,使用最為廣泛的軸承規格,當屬6803,有一半以上的大牌輪組都在使用這個規格。6803軸承的軸心為17mm,足夠粗壯的軸心也能夠提供良好的剛性。

 



 

輪組上使用的軸承,通常為鋼珠軸承和陶瓷滾珠軸承。大家都知道陶瓷軸承更好,也更貴。這是因為通常陶瓷滾珠的加工精度可以做到比鋼珠更高,也就意味著陶瓷滾珠可以做到更圓,潤度更高。而陶瓷軸承,究竟能夠給輪組帶來多少的優勢?也有相關機構做過測試,不高於5W


當然陶瓷軸承還有更多的其他優勢,例如:珠子是陶瓷材質,更輕一點點,本身有自潤功能,同時不會生鏽,作為輪組軸承用途,正確使用,耐久性很高。陶瓷軸承是否值得投入,見仁見智。

 

 KUNG PRO系列輪組均採用CEMA陶瓷軸承


軸心

輪組的花鼓軸心是連接車架叉腳兩端的受力結構,軸心的材質、粗細以及加工精密度共同決定了其剛性。通常來說,材質一樣的情況下,軸心越粗,剛性越好;相同粗細的軸心,材料剛性越強,整體的剛性越好;同樣材質、同樣粗細的軸心,熱處理溫度更高剛性越高。

 



軸心另外還涉及到加工精密度,加工精密度越高的軸心,跟軸承結合的緊密度越高,通常需要用工具擠壓或輕敲才能把軸心取下來;而軸心的安裝則通過預先將軸心低溫處理,安裝後恢復常溫,軸心與軸承內圈剛好緊密結合。精密度不高的軸心,公差較大,可以很輕易取出,也就意味著花鼓的軸心與軸承內圈之間會存在細微縫隙,剛性自然無法做到最佳。

 

 

快拆

根據快拆的設計原理,通常有3種快拆結構:外凸軸快拆、內凸軸快拆和旋緊式快拆。三種快拆結構的鎖緊力量依次遞增,外凸軸快拆鎖緊力量最弱,旋緊式快拆鎖緊力量最強。無論是外凸軸,還是內凸軸快拆,當快拆手柄鎖緊到位時,都會釋放一部分拉力。通常,我們在鎖緊快拆的過程中,都能夠感覺到快拆快到鎖死位置的時候,突然所需力量變弱,這個時候實際上就是釋放了一部分的鎖緊力量。

 

旋緊式快拆則通過快拆手柄,不斷鎖緊,直至最緊,從始至終沒有釋放任何鎖緊力量;同時快拆螺帽配備了防滑橡膠圈,避免因顛簸鬆脫釋放鎖緊力量。PRO公路輪組,將全面採用旋緊式快拆杆,讓輪組擁有最佳的鎖緊剛性。

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