0
1
Poděkování Rád bych na tomto místě poděkoval panu prof. ak. arch. Janu Fišerovi a M.A. Henrietě Nezpěvákové za cenné rady a vstřícnost při konzultacích. Dále bych chtěl poděkovat své rodině a slečně Monice Kučerové za podporu v průběhu celého svého studia.
2
Obsah: Úvod
4
Základní koncept jízdního stylu „enduro“
5
Stručná pravidla enduro závodů
6
Základní charakteristika enduro kola
7
Geometrie
8
Velikost kol
10
Přehled základních systémů zadního odpružení zadního kola
13
Další charakteristiky odpružení
16
Materiál
17
Příklady obdobných řešení
18
Výstup analýzy
21
Jednotlivé fáze výsledného návrhu
22
Geometrie a systém odpružení
23
Kinematika odpružení zadního kola
25
Implementace standardizovaných rozměrů a zástavbových objemů
29
Materiál
31
Vizualizace
32
Výkresová dokumentace
37
Plakát
40
Závěr
42
Zdroje
43
3
Úvod Pro svou diplomovou práci jsem si vybral návrh celoodpruženého cyklistického rámu s určením pro závodní enduro. Vzhledem k tomu, že je toto odvětví relativně mladé, si myslím, že vývoj závodních enduro rámů pro tuto disciplínu je stále ještě na počátku. Cílem této práce je proto prozkoumat jednotlivé možnosti návrhů rámů a vytvořit kolo schopné obstát v konkurenci velkých světových výrobců. Před vytvořením samotného návrhu zhodnotím jednotlivá technická řešení v současné době dostupných rámů a komponentů a zvolím nejvhodnější systémy a standardy. V další fázi je mým cílem navrhnout správnou geometrii, která velkou měrou ovlivňuje chování kola. Dále je třeba vybrat systém odpružení a za pomoci počítačových simulací kinematiky zadní stavby vytvořit co nejefektivnější celek. Na závěr vytvořím návrh tvarového řešení s ohledem na výsledky z předchozích fází práce a v souladu s vlastnostmi materiálů a jejich technologiemi zpracování. Projitím všech těchto fází bych měl být schopen prozkoumat veškeré možnosti pro zlepšení již existujících modelů kol a pokusit se zhodnotit jednotlivé směry a trendy. Ve svém návrhu bych se chtěl držet z co možná největší části zavedených standardů a systémů. Tím se však zároveň dostávám k hlavnímu nebezpečí, které spočívá v nemožnosti provedení razantních změn v celkovém konceptu rámu ve srovnání s aktuální nabídkou celoodpružených horských kol. I tento výsledek by však měl svou vypovídající hodnotu dokazující kvalitu v současné době dostupných rámů.
Obrázek 1 Jerome Clementz Enduro World Series
Jerome Clementz EWS [online]. WRAGG, Matt. 2013 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.pinkbike.com/news/Enduro-World-Series-Round-One-Punta-Ala-Jerome-ClementzsRace.html
4
Základní koncept jízdního stylu „enduro“ Závodní enduro je jedna z nejdynamičtěji se rozvíjejících cyklistických disciplín. V roce 2013 odstartoval první ročník světové enduro série - Enduro World Series (www.enduroworldseries.com) a české Specialized Enduro série (www.enduroserie.cz). Hned od prvního ročníku byl o jednotlivé závody velký jezdecký i mediální zájem, a to dalo pevné základy novému trendu v cyklistice. Slovo „enduro“ je převzato z motocyklových závodů, kde popisuje náročné dlouhé závody testující veškeré schopnosti jezdců i jejich vybavení. Ve spojení s horskými koly bylo pravděpodobně poprvé použito v roce 2003, kdy Fred Glo uspořádal závod TRibe 10,000 ve Val D’Allos, který byl označen jako první MTB enduro závod. Základní myšlenka endura spočívá v otestování technických schopností a fyzické kondice jezdce a jejich ideálního vyvážení. Kombinuje proto všechny MTB disciplíny (DH, XC, maraton atd.) a testuje jednotlivé dovednosti (vytrvalost, techniku, strategii, rozvahu atd.). Pouze závodník vybavený všemi těmito schopnostmi má možnost uspět.
5
Stručná pravidla enduro závodů1 Enduro závod se skládá z několika rychlostních zkoušek (tzv. RZ [erzet]) a transferů. RZ jsou převážně sjezdové s úsekem stoupání, který zpravidla není delší než 15 % z celkové délky RZ. Pořadí závodníka v závodě se získá součtem časů na rychlostních zkouškách. Pořadí závodníka odpovídá zisku určitého počtu bodů dle bodovací tabulky. Transfery slouží pouze k přesunu závodníků z cíle jedné na start následující RZ. Je však zpravidla stanoven časový limit na celý závod, kdy je čas nad tento limit přičten k součtu časů z jednotlivých RZ (v některých závodech se překročení limitu rovná diskvalifikaci). Druhou možností je, že jsou předem stanoveny časy startů v jednotlivých rychlostních zkouškách pro každého závodníka a jejich časomíra se spustí bez ohledu na to, zda jsou na startu přítomni. Závodník smí používat pouze jedno kolo a vše potřebné si musí vézt sám a opravy zajišťovat svépomocí (v průběhu závodu je zpravidla na několika místech zajištěna neutrální podpora, případně občerstvení). Přestože starty mohou být pokaždé na stejném místě, závodník musí do celého závodu vyrazit s celou výbavou. Cizí pomoc není dovolena.
Obrázek 3: Logo Enduro World Series
Obrázek 2: Logo české Specialized Enduro série
Logo enduroserie.cz [online]. 2015 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://enduroserie.cz Logo Enduro Worlds Series [online]. 2013 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.enduroworldseries.com
1
O seriálu Enduro. Enduroserie.cz [online]. [cit. 2015-05-23]. Dostupné z: http://enduroserie.cz/Staticka.php?id=49; 2015 Rule Book. Enduroworldseries.com [online]. [cit. 2015-05-23]. Dostupné z: http://www.enduroworldseries.com/rules/
6
Základní charakteristika enduro kola Vzhledem k tomu, že je během enduro závodů zakázáno měnit kola, je potřeba co nejuniverzálnější kolo se zaměřením na sjezdy - nebude to nejrychlejší kolo na XC, ani ryzí kolo na sjezd, ale kolo, které zvládne vše. Formát závodního endura by se dal zkráceně popsat jako neměřené výjezdy či přejezdy a měřené sjezdy. Měřené úseky však nemusí být stoprocentní sjezdy – mohou se na nich vyskytovat rovné přejezdy nebo i kratší výjezdy, popř. přírodní či uměle postavené překážky. Typické kolo je celoodpružené se zdvihem mezi 140 a 160 mm. Ačkoli velikost kol dosti ovlivňuje schopnosti a chování kola, zatím se používají všechny 3 rozměry kol (26 palců, 27,5 palce (650B) a 29 palců), nicméně začínají převládat kola s prostředním rozměrem, tedy 27,5“. Standardně se používají pláště o šířkách 2,25 – 2,4 palce, čemuž musí být rám (zadní stavba) přizpůsoben. Neodmyslitelnou součástí kola je správná geometrie s nižším úhlem hlavové trubky (65–67°), nízko uloženým středem a krátkou zadní stavbou. Pro lepší ovladatelnost a jistotu vedení stopy v těžším terénu se pak používá krátký představec a široká řídítka. U převodů je zpravidla používán jedno-převodník s vodítkem řetězu či napínákem a 10 nebo 11 rychlostní kazeta. V neposlední řadě je pak téměř neodmyslitelnou součástí závodního enduro kola teleskopická sedlovka, umožňující změnu posedu za jízdy.
Obrázek 4 Devinci Spartan 2015
2015 Devinci Spartan [online]. 2014 [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: http://dirtmountainbike.com/bikereviews/2015-devinci-spartan.html#vAlDkyU3UiPuJacz.97
7
Geometrie Správný návrh geometrie je klíčovou součástí návrhu každého kola. Ačkoli se některé rozměry mění s rozdílnou velikostí rámů, základní charakteristiky zůstávají napříč velikostmi stejné či obdobné. Mezi nejdůležitější parametry pak patří: úhel hlavové trubky nejvýrazněji ovlivňující ovladatelnost kola, výška středového složení, úhel sedlové trubky, délka horní rámové trubky (velikost M – 17“) a rozvor kol. Všechny tyto parametry mají dohromady zásadní vliv na celkové jízdní vlastnosti kola. Některé rámy zároveň umožňují změnu geometrie. Toto je zpravidla prováděno pomocí výměnných či otočných vložek zadní stavby či patek. V ojedinělých případech se pak setkáváme se systémy, které umožňují měnit geometrii za jízdy. Ty však standardně vyžadují speciální tlumič. Tím se ovšem výrazně zvyšují výrobní náklady a u malosériové výroby je tento postup z ekonomického hlediska nepoužitelný.
Diagram geometrie rámu Obrázek 5 Diagram geometrie
A – Délka sedlové trubky B – Úhel sedlové trubky C – Délka hlavové trubky D – Úhel hlavové trubky E – Efektivní délka horní rámové trubky F – Výška středového složení G – Výška středového složení vůči osám kol H – Délka zadní stavby I – Předsazení vidlice J – Trail K – Rozvor kol L – Výška horní rámové trubky M – Reach, horizontální vzdálenost středu a hlavové trubky N – výška hlavové trubky FIT & SIZING. Diagram geometrie [online], 2015.
8
Porovnání základních geometrií Výrobce a model (velikost M)
D - úhel hlavové F - výška středu trubky
B - úhel sedlové E - délka horní K - rozvor kol trubky rámové trubky
Trek Slash 20152 Specialized Enduro 29“ 20153 Scott Genius LT 20154 Giant Regin 20155 Author Patriot EVO 20156 Ibis Mojo HD3 20157 Banshee Rune 20158
65,5° 67,5° 66,3° 65° 66° 66,6° 65,5°
67,1° 69° 74° 73° 74° 72,6° 74°
358 mm 351 mm 346 mm 340 mm 350 mm 344 mm 357 mm
2
585 mm 594 mm 600 mm 620 mm 610 mm 600 mm 584 mm
Trek Slash: Fit & Sizing [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.trekbikes.com/us/en/bikes/mountain/enduro/slash/slash_8/ Specialized Enduro 29": Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.specialized.com/cz/cs/bikes/mountain/enduro/sworks-enduro-29#geometry 4 SCOTT GENIUS LT: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: https://www.scott-sports.com/cz/cs/products/238260007/bike-genius-lt-700-tuned-m/ 5 Giant Reign 2015: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cs-cz/bikes/model/reign.27.5.1/19491/77954/#geometry 6 Author Patriot Evo: Geomterie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://cz.author.eu/horska/celoodpruzena-mtb-27-5/author-patriot-evo-team-2015-ua42839401#!geometrie-modelu 7 Ibis Mojo HD3: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.ibiscycles.com/bikes/mojo_hd3/ 8 Banshee Rune 27,5: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.bansheebikes.com/bikes_page/banshee-rune-mountain-bike/ 3
9
1177 mm 1159 mm 1176 mm 1217 mm 1180 mm 1146 mm 1166 mm
Velikost kol V dnešní době se u endurových kol můžeme stále setkat se všemi třemi rozměry kol - 26“, 27,5“ (650b) a 29“. Ačkoli neexistuje jednoznačný koncensus, který z těchto rozměrů je nejvýhodnější, je v posledních letech jasně patrný trend ústupu 26“ kol. U nových závodních enduro kol se dnes můžeme nejčastěji setkat s rozměrem 27,5“. Tento rozměr zpravidla nejvíce vyhovuje jezdcům díky lepší ovladatelnosti než 29“ a zároveň nižší hmotnosti lepší akceleraci. 29“ kola však i v enduro kategorii stále udržují svůj segment, neboť díky nižšímu nájezdovému úhlu dokáží snadněji překonávat překážky. Na jednotlivé rozměry pak můžeme nahlížet z několika hledisek. Ty, které nejvíce ovlivňují jízdní vlastnosti, jsou: hmotnost kol, nájezdový úhel na překážky, akcelerace a trakce.
Hmotnost kol 9 Statická hmotnost kola (plášť, ráfek, duše) logicky narůstá se zvětšujícím se rozměrem. U 27.5“ je tento nárůst v hmotnosti přibližně 5% oproti identickému 26“ kolu. 29“ je oproti 26“ těžší dokonce o 12 %. To se u závodních kol rovná hmotnosti přibližně 75 g u 27,5“ kol a 180 g u 29“ (viz obrázek 3). Zdánlivě malý rozdíl v průměru kola se tak projeví citelným rozdílem ve statické hmotnosti. Tato hmotnost je pak ještě násobena rotačním pohybem kola. Vyšší hmotnost tak poznáme na horším výkonu kola, a to zejména při stoupání a zrychlování.
Obrázek 6 Srovnání nárůstu statické hmotnosti kol
Rozměry kol: Statická hmotnost [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/_upload_cz/01%20tech%2027-5_hmotnost.jpg
9
Technologie 27.5. Http://www.giant-bicycles.com/ [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cs-cz/technology/technologie.27.5/94/
10
Nájezdový úhel na překážku 10 Větší průměr kola snižuje úhel náběhu na překážku, což při jízdě v terénu zajišťuje plynulejší jízdu. V případě, že si definujeme například 6 cm vysokou hranatou překážku, vyjde nám, že 29“ kolo se přes překážku převalí o 14 % efektivněji než 26“ kolo. V případě kola 27,5“ je to 9,8 % oproti 26“. Další metodou, jak analyzovat rozdíly v chování různých rozměrů kol, je definovat úhel náběhu měřený ve stupních (viz obrázek 4). Čím je úhel mírnější, tím snadnější je překonání překážky. V tomto ohledu vyhrávají 29“ kola.
Obrázek 7 Srovnání nájezdových úhlů
Rozměry kol: Nájezdové úhly [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giantbicycles.com/_upload_cz/02%20tech%2027-5_uhly.jpg
Akcelerace11 Jedním z nejdůležitějších aspektů 27,5“ kol je lepší akcelerace oproti jejich 29“ rivalům. Vliv na to má nejen zmíněná celková statická hmotnost, ale i to, jak je hmotnost kol rozložena. Při konkrétních výpočtech nám pak vychází ztráta v akceleraci 1,5 % pro 27,5“ a 3,6 % pro 29“ při srovnání s identickým 26“ kolem.
Obrázek 8 Srovnání akcelerace
Rozměry kol: Akcelerace [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giantbicycles.com/_upload_cz/03%20tech%2027-5_akcelerace.jpg
10 11
Technologie 27.5. Http://www.giant-bicycles.com/ [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cs-cz/technology/technologie.27.5/94/ Technologie 27.5. Http://www.giant-bicycles.com/ [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cs-cz/technology/technologie.27.5/94/
11
Trakce12 Čím větší je průměr kola, tím větší je také styčná plocha mezi pláštěm a povrchem. To se projevuje lepší trakcí. Ta má vliv zejména na akceleraci, brzdění i zatáčení. Při srovnání styčné plochy u identických 26“, 27,5“ 29“ kol, zjistíme, že styčná plocha 29“ a 27,5“ kol je téměř identická.
Obrázek 9 Srovnání velikosti styčné plochy
Rozměry kol: Styčná plocha [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giantbicycles.com/_upload_cz/04%20tech%2027-5_plocha.jpg
Kromě základních technických vlastností pak musíme brát v potaz i další, méně zřetelné charakteristiky. S rostoucím průměrem kol je zároveň třeba prodlužovat zadní stavbu, případně vidlici. To může, zejména u menších jezdců, představovat problém s vhodnou geometrií. Další nežádoucí následek je nižší tuhost rámu i ráfků, což představuje obzvláště v těžkém terénu enduro závodů problém, neboť nižší tuhost může mít za následek horší ovladatelnost kola.
12
Technologie 27.5. Http://www.giant-bicycles.com/ [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cs-cz/technology/technologie.27.5/94/
12
Přehled základních systémů zadního odpružení zadního kola13 Spolu s geometrií a rozměrem kol má na jízdní vlastnosti i celkový vzhled největší vliv systém odpružení zadního kola. Dnes se ve světě cyklistiky používá mnoho systémů, z nichž u každého je nutné zvážit jeho klady a zápory. Zároveň jsou některé systémy chráněny vlastnickými právy a patenty, což by v některých případech výrazně prodražilo, ne-li znemožnilo malosériovou výrobu.
Jednočep
Přepákovaný jednočep
Zadní stavba se otáčí kolem jednoho bodu. Trajektorie zadního Stejně jako u klasického jednočepu se osa zadního kola otáčí okolo kola tak opisuje kruhovou výseč. Tento systém se objevuje na jednoho bodu. Zadní stavba je však k tlumiči vedena přes vahadlo. nových kolech jen zřídka. Tím můžeme zlepšit odezvu při šlapání, nicméně na úkor jednoduchosti a hmotnosti systému. Klady jednoduchý, efektivní a lehký systém odpružení, Klady na rozdíl od jednočepu umožňuje lepší regulaci minimální požadavky na servis přepákování síly na tlumič Zápory horší odezva zadního kola při šlapání, chod Zápory chod systému je závislý na brzdění, pohupování při systému je závislý na brždění šlapání Firmy Orange, Santa Cruz, Cannondale Firmy Kona, Scott 13
Physics of rear bicycle suspension design [online]. STANFILL, Michael. 2010 [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2010.web.dir/Michael_Stanfill/Designs.html
13
Čtyřčep, horst-link
Dvouvahadlový čtyřčep
Střed zadního kola se otáčí okolo virtuálního bodu (VPP). Řetězové vzpěry jsou rozděleny čepem poblíž osy zadního kola. Nejznámější využití tohoto systému je přepákování firmy Specialized s označením FSR. Klady
relativně lehký systém, nízký propad při šlapání
Zápory
méně citlivý, závislý na brzdění
Jedná se o typ čtyřčepového zavěšení zadní stavby, která je napojena krátkými vahadly k přednímu rámovému trojúhelníku. Nejznámější provedení tohoto systému je DW-link navržený Davem Weaglem a systém Maesto používaný firmou Giant. V současné době se jedná o jeden z nejpokrokovějších systémů. Klady dokáže nabídnout vyvážený chod, velikostí a poměrem vahadel lze výrazně měnit vlastnosti Zápory vyšší hmotnost, vyšší nároky na údržbu
Firmy
Specialized, Norco
Firmy
14
Santa Cruz, Ibis, Giant
Split Pivot
Active Braking Pivot (ABP)
V teorii se jedná o čtyřčepový systém, jehož nejzadnější čep je Jedná se o systém využívaný firmou Trek, který kombinuje v ose zadního kola. standardní Split pivot čtyřčepový systém s úplně nezávislým zavěšením tlumiče na spodní kyvce a horním vahadle, tzv. Full Floater. Tento systém má jedny z nejlepších jízdních vlastností. Klady malý propad zadní stavby při šlapání a brzdění Klady malý propad zadní stavby při šlapání a brzdění, vysoce citlivé odpružení Zápory vyšší hmotnost, spory o patentová práva Zápory vyšší hmotnost, chráněn patenty firmy Trek Firmy
Pivot, Morewood
Firmy
Trek
Při navrhování odpružení se můžeme zároveň setkat s pružnými elementy (nejčastěji v podobě karbonové planžety), které nahrazují některé čepy. Zároveň existuje i několik málo systémů, které využívají místo klasických čepů excentry, případně kluzné pojezdy. Ačkoli žádný z těchto systémů doposud nedospěl k masovému rozšíření, jedná se o zajímavé a často velice inovativní pojetí přepákování zadní stavby.
15
Další charakteristiky odpružení Mimo standardní typy odpružení definující počet a umístění jednotlivých prvků odpružení (čepy, vahadla, zadní stavba, tlumič) lze sledovat u každého systému a návrhu mnoho dalších charakteristik. Mezi nejdůležitější pak patří zdvih, trajektorie osy zadního kola, poměr přepákování, geometrická progresivita chodu, křivka nebo bod otáčení zadního kola. Ačkoli se některé z těchto charakteristik dají regulovat nastavením tlumiče, jejich základní vlastnosti jsou dány geometrií přepákování.
Zdvih Udává maximální vertikální hodnotu posunutí osy zadního kola.
Poměr přepákování Udává poměr mezi zdvihem a stlačením tlumiče. Tato hodnota se standardně pohybuje v rozmezí 1 : 2 – 1 : 3,2. Tyto hodnoty jsou zároveň brány v potaz u firem navrhujících tlumiče. Dodržením těchto hodnot tak docílíme nejlepší funkčnosti systému. Překročení těchto hodnot pak pro tlumič znamená větší zátěž, neboť musí operovat při vyšších tlacích, než na jaké je v základu konstruován. Tím se nejen urychluje jeho opotřebení, ale snižuje se tak i citlivost jeho chodu.
Trajektorie osy zadního kola Udává křivku, kterou opíše osa zadního kola v průběhu svého chodu. U jednočepových systémů a systému Split pivot a ABP opisuje tato trajektorie část kružnice, u čtyřčepových systémů se osa zadního kola pohybuje podél křivky dané délkou a úhlem jednotlivých vahadel.
Geometrická progresivita chodu Geometrická progresivita chodu udává změny v poměru přepákování v průběhu chodu tlumiče. Progresivní chod pak znamená zvyšování poměru přepákování v průběhu chodu. V případně konstantního poměru přepákování je označována jako lineární.
16
Materiál Ačkoli dnes stále převládají endurové rámy vyrobené z různých slitin hliníku, stále více firem i v tomto segmentu u svých nejvyšších modelů využívá k výrobě rámů karbonové kompozity. Ty díky výrazně lepšímu poměru hmotnosti vůči tuhosti dokáží nabídnout jezdci lehčí a zároveň pevnější kolo než konkurenční materiály. Zároveň lze snadno regulovat tloušťku a vlastnosti stěn trubek díky možnostem vrstvení orientovaných vláken a tkanin. Hlavní nevýhodou jsou vysoké náklady na zpracování a technologická náročnost, což se odráží ve výsledných cenách kol. U většiny výrobců začínají karbonové modely enduro kol v cenové relaci mezi 140 000 a 170 000 Kč. Další možností, jak zlepšit vlastnosti kompozitových rámů, je vhodné využití výplňových materiálů a výztuh zalaminovaných dovnitř kompozitu. S tímto řešením se můžeme setkat jak u velkých světových značek (např. Trek), tak i u malých domácích garážových firem jako Festka, či Godspeed racing.
Obrázek 10 Výplň kompozitu (modrá) uvnitř rámu Trek Session 9.9 SSL
Trek Session 9.9 Review [online]. 2011 [cit. 2015-05-25]. http://www.pinkbike.com/news/trek-session-9.9-review-2011.html
Dostupné
z:
Vzhledem k navrhování samotného rámu je třeba zohlednit i mnoho dalších standardizovaných rozměrů cyklistických komponentů. Ty je nutné hned od počátku zahrnout do návrhu a počítat s jejich zástavbovým objemem. V našem případě se jedná zejména o rozměr hlavového složení, středového složení, zástavbový objem pro tlumič a jeho uchycení, standardizovaný rozměr pro sedlovou trubku a zadní patky.
17
Příklady obdobných řešení Giant Regin 27,5“ 201514
Author Patriot 201415
Velikost kol
27,5“
Velikost kol
27,5“
Zdvih P/Z
160 mm / 160 mm
Zdvih
160 mm / 160 mm
Typ odpružení
Maestro – dvouvahadlový čtyřčep
Typ odpružení
čtyřčep
Materiál
ALUXX SL Aluminium
Materiál
double butted dural 6061 27.5"
Sada
Sram X01 Rock Shox Pike RCT3 / Roxk Shox Monarch Plus RC3 109 990 Kč
Sada
Sram X1 Rock Shox Pike RCT3 / Rock Shox Monarch Odpružení P/Z plus RC3 Orientační cena 116 999 Kč Kolo využívá dvouvahadlový čtyřčepový systém odpružení. Oproti většině obdobných řešení je však v tomto případě spodní vahadlo delší. Tím je sice docíleno dobrých tlumicích vlastností, nicméně zde dochází k většímu namáhání na krut.
14 15
Odpružení P/Z Orientační cena
Kolo používané vítězem české Enduro série z roku 2014 Jiřím Fikejzem.
Giant Regin 27,5" 2015: Specifikace [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cs-cz/bikes/model/reign.27.5.1/19491/77954/#specifications Author Patriot EVO Team 2015 [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://cz.author.eu/horska/celoodpruzena-mtb-27-5/author-patriot-evo-team-2015-ua42839401
18
Specialized S-Works Enduro 29“ 201516
Yeti SB6 27,5“ 201517
Velikost kol
29“
Velikost kol
27,5“
Zdvih
160 mm / 155 mm
Zdvih
160 mm / 160 mm
Typ odpružení
FSR
Typ odpružení
Swich Infinity
Materiál
FACT IS-X 11m Carbon
Materiál
High Modulus Carbon
Sada
Sram XX1
Sada
Sram XX1
Odpružení P/Z
Rock Shox Pike RCT3 / Cane Creek DB air Inline Odpružení P/Z
Orientační cena
234 999 Kč
Orientační cena 252 370 Kč Atypické přepákování zadní stavby využívá lineární pojezd. Ten umožňuje velmi efektivní systém odpružení, nicméně výrazně zvyšuje nároky na údržbu kola.
Závodní enduro kolo využívané jezdci týmu Specialized Factory Racing. Jako jedno z mála využívá kola o průměru 29“.
16 17
Fox Float 36 / Fox Float DPS
Specialized S-Works 29" 2015: Specifikace [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.specialized.com/cz/cs/bikes/mountain/enduro/sworks-enduro-29#specs Yeti SB6 Carbon [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.yetibikes.cz/yeti-sb6-carbon.html
19
Norco Range Carbon LE 27,5“ 201418
Santa Cruz Bronson CC XX1 AM 201519
Velikost kol
27,5“
Velikost kol
27,5“
Zdvih
160 mm / 160 mm
Zdvih
150 mm / 150 mm
Typ odpružení
FSR
Typ odpružení
Čtyřčep VPP
Materiál
Karbon
Materiál
Carbon CC
Sada
Sram XX1
Sada
Sram XX1
Odpružení P/Z
Rockshox Pike RCT / Cane Creek DB air
Odpružení P/Z
Rock Shox Pike RCT3 / Float CTD Adjust
Orientační cena
144 400 Kč
Orientační cena 234 990 Kč Toto kolo se vyznačuje vysokou kvalitou zpracování a dobrou funkcí zadního tlumení navrženou ve spolupráci s Davem Weaglem.
Masivní karbonový rám dosahuje vysoké tuhosti. Kolo využívá přepákování zadní stavby FSR (vlastněné firmou Specialized).
18 19
Norco Range Killer 2014 [online]. 2015 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://www.norco.com/bikes/mountain/enduro/range-carbon/range-c-74/ Santa Cruz Bronson CC [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.santacruz.cz/produkt/santa-cruz-bronson/
20
Výstup analýzy Po prozkoumání jednotlivých návrhů geometrie, systémů odpružení a základních specifikací je jasné, že v některých případech panuje mezi jednotlivými výrobci shoda. V jiných se naopak stále ještě neobjevil jasný trend a je využíváno více obdobných systémů. Mezi části, které jsou většinou u jednotlivých výrobců podobné, patří například geometrie, byť i malé změny v této části mohou mít výrazný dopad na chování kola. Segment, kde se naopak výrobci značně liší ve svých návrzích, je systém odpružení. V této sekci se stále ještě můžeme setkat s mnoha různými provedeními a zároveň se na trhu objevují i nové systémy a koncepce. Hlavní nevýhodou těchto nových systémů jsou nejčastěji vysoké nároky na údržbu, případně vyžadují atypické provedení tlumiče. V podlesní době můžeme pozorovat velký nástup kol o rozměru 27,5“. Ačkoli je tento rozměr na trhu nejkratší dobu, segment závodního endura z velké části ovládl. Proto chci tento rozměr využít i u svého návrhu. Jako materiál zvolím karbonový kompozit, neboť společně s nejlepšími mechanickými vlastnostmi umožňuje dobrou tvarovatelnost.
21
JEDNOTLIVÉ FÁZE VÝSLEDNÉHO NÁVRHU
22
Geometrie a systém odpružení Základ každého kola tvoří jeho geometrie, která zároveň určuje zamýšlený způsob jeho použití. Pro svůj návrh jsem vytvořil agresivní závodní geometrii (viz Obrázek 13 Základní rozvržení geometrie rámu) doplněnou o vlastní systém čtyř-čepového přepákování s použitím dvou vahadel. Ten je propočítán a navržen pro co nejlepší tlumicí vlastnosti při zachování dobré efektivity šlapání. Čtyřčepový systém jsem vybral hlavně z důvodu dobré modulace jeho vlastností v návrhu. Zároveň na rozdíl od systémů, které využívají čep přepákování v ose zadního kola (split pivot, ABP), není tento chráněn patenty a je tudíž možné uvést rám snadněji do malosériové výroby bez dalších vysokých nákladů. Uložení a rozměry zadního tlumiče zároveň umožňují použití výrobků od širokého spektra výrobců, neboť je zde použit standardní rozměr tlumiče s délkou 200 mm a stlačením 57 mm. S tím dosahuje zdvih zadní stavby 160 mm. Při návrhu rámu jsem také zohlednil použití tlumičů s větší vzduchovou komorou a expanzní nádobou, které mnoho enduro jezdců preferuje. V poslední řadě je technicky možné použít i tlumič s vinutou pružinou pro použití na lehčích sjezdových tratích a v bikeparku. Přední odpružení je navrženo pro jedno-korunkové vidlice se zdvihem 150–170 mm. To by mělo být dostatečné pro jakoukoli závodní trať. Kónická hlavová trubka vidlice s hlavovým složením typu zerostack (ZS) a rozměrem 56 mm (55,95 mm) pak umožňuje i případnou dodatečnou úpravu tohoto úhlu pomocí excentrických misek (např. CaneCreek Angel set). Tím by mělo být zajištěno pokrytí všech typů jezdců a jejich jízdních stylů. Velikost rámu S M L XL
D - úhel hlavové trubky 66° 66° 66° 66°
F - výška středu 349 mm 349 mm 349 mm 349 mm
B - úhel sedlové trubky 71° 71° 71° 71°
E - délka horní rámové trubky 567 mm 592 mm 620 mm 645 mm
Hodnoty v tabulce jsou vykresleny v Obrázku 5 Diagram geometrie
23
K - rozvor kol 1152 mm 1177 mm 1187 mm 1192 mm
C – Délka hlavové trubky 105 mm 110 mm 115 mm 120 mm
A – Délka sedlové trubky 410 mm 429 mm 461 mm 511 mm
Obrázek 11 Základní návrh geometrie rámu (velikost L)
24
Kinematika odpružení zadního kola Při své práci jsem za účelem vytvoření simulace kinematiky zadní stavby rámu vycházel ze závěrů teoretické studie Kenneth M. Sasakiho20 zabývající se tímto tématem společně s informacemi publikovanými Michaelem Stanfillem na University of Alaska Fairbanks21. Pro výpočty jsem využil program Linkage X322. Ten mi pomohl získávat základní charakteristiky odpružení zadního kola v průběhu celého jeho zdvihu. Díky tomu jsem mohl přesně určit polohy jednotlivých čepů tak, aby zadní stavba splňovala předem určené požadavky na její chod a vlastnosti. Zároveň však bylo nutné při umisťování čepů dbát na jejich pozici vůči dalším prvkům a komponentům kola, aby zde byl dostatek prostoru na umístění čepů a vahadel, zejména s ohledem na dostatečnou šíři zadní stavby umožňující použití širších plášťů. Obrázek 12 Přepákování zadní stavby
Červené křivky znázorňují pohyb osy zadního kola a jednotlivých čepů v průběhu zdvihu. Šedé linky vykreslují umístění virtuálního (neleží ve středu žádného čepu) bodu otáčení zadní stavby.
20
SASAKI, Kenneth, Peter EJVINSSON a Gergely KOVACS (překl.). Path Analysis: A Bicycle Rear Suspension Analysis Method. 2001. Dostupné také z: http://members.home.nl/vd.kraats/ligfiets/pa/index.htm Physics of bicycle suspension [online]. STANFILL, Michael. University of Alaska Fairbanks, 2010 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2010.web.dir/Michael_Stanfill/Index.html 22 Linkage X3 [online]. 2002 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://www.bikechecker.com 21
25
Jednotlivé fáze zdvihu znázorňují kompresi zadní stavby
26
Charakteristiky odpružení zadního kola
Modrá linka vykresluje křivku, která opisuje střed zadního kola. Modrá linka ukazuje sílu nutnou ke kompresi tlumiče. Ta se Zelená linka pak znázorňuje lineární osu předního odpružení. samozřejmě mění s nastavením tlumiče, nicméně její charakteristika zůstává stejná. Zde je jasně patrný lineárnější chod v prostřední části zdvihu. Červená křivka zobrazuje sílu nutnou ke stlačení tlumiče do určité polohy.
27
Modrá linka zobrazuje kompresi tlumiče v závislosti na vertikálním Křivka udává poměr přepákování zadního kola – o kolik milimetrů chodu zadní osy. Červená linie pak znázorňuje progresivitu tohoto je stlačena pístnice tlumiče vůči zdvihu zadní stavby. Její průměrný chodu. koeficient získáme výškou zdvihu (160 mm) dělenou zdvihem tlumiče (57 mm) 2,81.
28
Implementace standardizovaných rozměrů a zástavbových objemů Málokterý výrobce si může dovolit ve větší míře nerespektovat zavedené standardy a vytvářet vlastní komponenty specifické pro svá kola. Tím totiž nejen navyšuje náklady o vývoj a výrobu těchto dílů, ale zároveň v případě poruchy zhoršuje snadnost opravy či výměny. Proto jsem do svého návrhu implementoval řadu standardizovaných systémů. Hlavové složení jsem zvolil semi-integrované s větším průměrem spodní misky (55,95 mm). Tím je umožněno využít díly široké škály výrobců včetně systémů umožňujících změnu úhlu přední vidlice. Tlumič má opět standardní rozměr, v mém případě 200 mm / 57 mm (dékla celého tlumiče / zdvih pístnice). Zároveň jsem při navrhování rámu počítal s možností použití tlumiče s externím rezervoárem, kterému je přizpůsobena spodní rámová trubka. Střed je použit Press Fit pro kliky s osou o průměru 30 mm. Tím lze dosáhnout vysoké tuhosti a malých ztrát energie při šlapání. Zároveň pro snadnou montáž vodítka řetězu je středová mufna vybavena úchytem ISCG 05. Jako zadní osu jsem vybral v současné době asi nejpoužívanější rozměr 142 mm / 12 mm (šířka zadního náboje / průměr osy). Pevný a kompaktní systém pak dotvářejí patky dle návrhu německé firmy Syntace23.
23
Syntace X12 [online]. 2015 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: https://www.syntace.com/index.cfm?pid=1&pk=1314
29
Obrázek 13 Nákres využitých standardů
30
Materiál Přední rámový trojúhelník je navržený z jednosměrně orientovaných uhlíkových vláken. Spodní rámová trubka a do určité výšky sedlová trubka jsou vyplněny tvrdou krystalickou pěnou (například Rohacell). Tím je zajištěna nejen vynikající tuhost rámu, ale zároveň jsou tak výrazně zlepšeny deformační vlastnosti rámu a nehrozí tak jeho poškození. Vzhledem k tomu, že měřené úseky enduro závodů jsou převážně z kopce, je drobný nárůst hmotnosti (250 –300 g) zanedbatelný a více než kompenzovaný zlepšením jízdních vlastností. Zadní stavba je také projektována z karbonového kompozitu. Spodní vahadlo by bylo vyráběno jako duralový či magnesiový odlitek následně opracovaný pomocí CNC přístroje pro dokonalou přesnost. Horní vahadlo by bylo vyráběno stejnou technologií, jeho tvarování nicméně počítá i s možností využití karbonu. Při potřebě snížení výrobních nákladů by bylo nejjednodušším krokem vyrábět zadní stavbu ze slitiny hliníku namísto uhlíku. To by mohlo umožnit i výrobu levnějších modelů.
31
VIZUALIZACE
32
33
34
35
Tvarování rámu respektuje závěry z předchozích kapitol. Hlavová a středová partie jsou propojeny masivní trubkou s účelem dosáhnout co nejvyšší tuhosti předního rámového trojúhelníku. Oblast uchycení tlumiče u středové mufny je pak ještě zesílena podélnými vzpěrami, které plynule navazují na spodní vahadlo. Tvarování zadní stavby vytváří dostatečný prostor pro plášť, kliky a převodníky. Zároveň zde při jízdě nesmí docházet ke kolizi s nohou jezdce. V neposlední řadě musíme dbát na správnou řetězovou linku. Všechny tyto faktory dohromady výrazně omezují finální tvar.
36
Výkresová dokumentace
37
38
39
Plakát list 1/2
40
Plakát list 2/2
41
Závěr Ačkoli jsem neměl za cíl vytvořit futuristický koncept, byl jsem i tak překvapen, jak málo jsem schopen při zachování současných standardů na celkovém vyznění kola změnit. Jakákoli výraznější úprava zaběhlých systémů by však znamenala obrovský nárůst výrobních a vývojových nákladů a pro malosériovou výrobu by byla z finančního hlediska neopodstatnitelná. I u největších cyklistických firem se s většími zásahy do zavedených systémů setkáváme velice zřídka a většina se drží standardů daných výrobci jednotlivých komponentů. Pro návrh jsem zároveň vytvořil vlastní kinematiku odpružení. Ta tvoří podstatnou součást celé mé práce. Díky simulacím odpružení zadního kola v softwaru Linkage X3 jsem mohl analyzovat jednotlivé úpravy přepákování zadní stavby a docílit tak vysoce efektivního systému. Můj koncept je dle mého názoru schopný se zařadit mezi návrhy kol velkých firem a to jak po technické stránce, tak po stránce vizuální. Co by naopak mohlo koncept ohrozit je nedostatečná „unikátnost“ a tudíž by mohl na trhu „zapadnout“. Nicméně věřím, že i přesto by si našel své zákazníky. Jako aktivního jezdce a profesionálního cyklistického mechanika mne závodní enduro začalo hned od svého vzniku lákat a zajímat. V loňském roce jsem se zúčastnil kompletní české Enduro série. I proto pro mne byla tato diplomová práce velice atraktivní a zajímavá, neboť se v ní mohu zabývat závodními enduro koly nejen z pozice mechanika a jezdce, ale i z pozice designéra.
42
Zdroje O seriálu Enduro. Enduroserie.cz [online]. [cit. 2015-05-23]. Dostupné z: http://enduroserie.cz/Staticka.php?id=49 2015 Rule Book. Enduroworldseries.com [online]. [cit. 2015-05-23]. Dostupné z: http://www.enduroworldseries.com/rules/ Jerome Clementz EWS [online]. WRAGG, Matt. 2013 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.pinkbike.com/news/Enduro-World-Series-Round-OnePunta-Ala-Jerome-Clementzs-Race.html Logo Enduro Worlds Series [online]. 2013 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.enduroworldseries.com Logo enduroserie.cz [online]. 2015 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://enduroserie.cz 2015 Devinci Spartan [online]. 2014 [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: http://dirtmountainbike.com/bike-reviews/2015-devincispartan.html#vAlDkyU3UiPuJacz.97 Trek Slash: Fit & Sizing [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.trekbikes.com/us/en/bikes/mountain/enduro/slash/slash_8/ Specialized Enduro 29": Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.specialized.com/cz/cs/bikes/mountain/enduro/sworksenduro-29#geometry SCOTT GENIUS LT: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: https://www.scott-sports.com/cz/cs/products/238260007/bike-genius-lt700-tuned-m/ Giant Reign 2015: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cscz/bikes/model/reign.27.5.1/19491/77954/#geometry Author Patriot Evo: Geomterie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://cz.author.eu/horska/celoodpruzena-mtb-27-5/author-patriot-evoteam-2015-ua42839401#!geometrie-modelu Ibis Mojo HD3: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.ibiscycles.com/bikes/mojo_hd3/ Banshee Rune 27,5: Geometrie [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.bansheebikes.com/bikes_page/banshee-rune-mountain-bike/ FIT & SIZING. Diagram geometrie [online]. [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.trekbikes.com/us/en/bikes/mountain/enduro/slash/slash_8/ Technologie 27.5. Http://www.giant-bicycles.com/ [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cscz/technology/technologie.27.5/94/ Rozměry kol: Statická hmotnost [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/_upload_cz/01%20tech%20275_hmotnost.jpg Rozměry kol: Nájezdové úhly [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/_upload_cz/02%20tech%2027-5_uhly.jpg Rozměry kol: Akcelerace [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/_upload_cz/03%20tech%2027-5_akcelerace.jpg Rozměry kol: Styčná plocha [online]. 2014 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/_upload_cz/04%20tech%2027-5_plocha.jpg Trek Session 9.9 Review [online]. 2011 [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: http://www.pinkbike.com/news/trek-session-9.9-review-2011.html
43
Physics of rear bicycle suspension design [online]. STANFILL, Michael. 2010 [cit. 2015-05-25]. Dostupné z: http://ffden2.phys.uaf.edu/211_fall2010.web.dir/Michael_Stanfill/Designs.html Giant Regin 27,5" 2015: Specifikace [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.giant-bicycles.com/cscz/bikes/model/reign.27.5.1/19491/77954/#specifications Author Patriot EVO Team 2015 [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://cz.author.eu/horska/celoodpruzena-mtb-27-5/author-patriot-evoteam-2015-ua42839401 Specialized S-Works 29" 2015: Specifikace [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.specialized.com/cz/cs/bikes/mountain/enduro/sworks-enduro-29#specs Yeti SB6 Carbon [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.yetibikes.cz/yeti-sb6-carbon.html Norco Range Killer 2014 [online]. 2015 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://www.norco.com/bikes/mountain/enduro/range-carbon/range-c-74/ Santa Cruz Bronson CC [online]. 2015 [cit. 2015-05-24]. Dostupné z: http://www.santacruz.cz/produkt/santa-cruz-bronson/ SASAKI, Kenneth, Peter EJVINSSON a Gergely KOVACS (překl.). Path Analysis: A Bicycle Rear Suspension Analysis Method. 2001. Dostupné také z: http://members.home.nl/vd.kraats/ligfiets/pa/index.htm Physics of bicycle suspension [online]. STANFILL, Michael. University of Alaska Fairbanks, 2010 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://ffden2.phys.uaf.edu/211_fall2010.web.dir/Michael_Stanfill/Index.html Linkage X3 [online]. 2002 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: http://www.bikechecker.com Syntace X12 [online]. 2015 [cit. 2015-05-28]. Dostupné z: https://www.syntace.com/index.cfm?pid=1&pk=1314
44
