Por que algumas bicicletas têm rodas muito maiores que a maioria das motocicletas?

Vamos considerar uma bicicleta de montanha e uma motocicleta. Cada um precisa ser o mais utilizável possível e superar os obstáculos com mais eficácia. Rodas maiores geralmente significam maior capacidade de cross-country. Então, qual é a teoria por trás das bicicletas que geralmente têm rodas maiores que as motos?

A engrenagem é um fator, embora não seja o único fator. Os tamanhos de roda comuns permitem rodas dentadas de tamanho conveniente, tanto na frente quanto na traseira. A indústria de bicicletas sempre foi impulsionada pelo que os corredores precisam, e os ciclistas profissionais podem atingir 100 km / h em uma descida. Quanto mais alto o equipamento em que você estiver, menor será a probabilidade de "girar" e não conseguir mais pedalar com eficiência. Quanto maior a roda, mais você se move em uma revolução. O motor de combustão interna pode atingir 1000s de RPM, uma ordem de magnitude acima do que as pernas humanas podem suportar, que pelo menos em um laboratório começa a perder eficiência em cerca de 100 rpm ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5) e acima de um certo ponto (que talvez seja o tópico de sua própria pergunta) são totalmente incapazes de acompanhar os pedais, sem falar em aplicar um poder significativo. É por isso que as bicicletas do estilo centavo tinham rodas tão grandes, já que as manivelas eram presas diretamente à roda, a única maneira de ir mais rápido era comprando uma roda maior.

A transmissão e a transmissão da corrente corrigiram esse problema, permitindo rodas menores e mais leves e um tubo superior abaixo da altura da virilha. Mas há limites práticos para o tamanho de uma coroa e a roda dentada traseira que você pode usar. Um anel de roda muito grande começará a flexionar (isso era mais um problema antes dos materiais modernos), e atualmente a menor roda dentada traseira em um cassete padrão tem 11 dentes, nas rodas livres de 5 velocidades antigas era geralmente um dente de 14. Uma roda 700c com um pneu de 25 mm pode atingir ~ 73 km / h a uma cadência de 120 rpm com uma coroa de 53 dentes de corrida padrão e uma roda dentada traseira de 11. Para obter a mesma engrenagem, uma roda BMX de 20 "precisaria de uma coroa de 75 dentes com aproximadamente 12" de diâmetro e uma roda de bicicleta dobrável de 16 polegadas precisaria de uma coroa de 83 dentes e 14 "de diâmetro. Além de flexionar,

E algumas bicicletas têm rodas muito pequenas, como bicicletas dobráveis. Mas sua velocidade máxima é limitada. Alguns cassetes traseiros com rodas dentadas menores de 9 dentes foram fabricados (consulte http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), mas as preocupações de engenharia os tornam caros e propensos ao desgaste. E mesmo assim, os tamanhos de roda padrão de 26 "e 28" (também conhecidos como 700C e 29 ") foram definidos há mais de 100 anos, e as bicicletas dobráveis ​​tendem a parecer" patetas "para as pessoas em comparação com as bicicletas mais convencionais. E a UCI gosta de exigir que as modernas as motos de corrida têm aproximadamente a mesma forma dos anos 70, incluindo uma estrutura de diamante e rodas entre 55 e 70 cm.

Outro motivo padrão, dado o motivo pelo qual os ciclistas de montanha devem preferir rodas de 29 "sobre 26", é que "rolam melhor". O diâmetro maior significa que ele fica preso menos em pequenos sulcos e buracos, rolando sobre ele e não para dentro. Os pneus maiores também significam um volume maior de ar e, portanto, menos necessidade de suspensão. As motocicletas já são muito mais pesadas (com a potência necessária para movimentar muito mais peso), portanto, aumentar a suspensão é um problema menor. A questão de 26 "vs 29" (vs 27,5 ") está longe de ser resolvida, mas a tendência está se movendo em direção às rodas maiores, não às menores.

Eu não acho que "muito maior" seja uma descrição apropriada:

No máximo, as rodas da bicicleta tendem a ser "um pouco maiores".

E deve-se notar que, em ambos os casos, um fator limitante é a "altura de destaque" - a posição mais baixa do ciclista (para um estilo de chassi relativamente direto) é basicamente limitada pelo tamanho da roda. As rodas maiores exigem pernas mais longas para o ciclista, desenhos de armação de bicos estranhos (que tornam a bicicleta mais longa e mais difícil de manejar) ou montagem / desmontagem no estilo "penny farthing".

Resumo: as motos têm rodas mais pesadas, diminuindo, tornando-as mais manobráveis. As motos vão mais rápido, então a resistência do ar é mais importante e as rodas maiores têm mais. As motos têm muito mais potência disponível e vão mais rápido, portanto a suspensão é mais fácil de transportar e mais necessária.

Existem mais considerações do que apenas solavancos. Sim, rodas maiores suportam solavancos melhor que as pequenas. Se você se preocupa apenas com o tamanho da roda limitado apenas pelas rodas que você pode comprar - é por isso que o tamanho da roda 36 "/ ISO787 é popular em alguns setores. Você pode adquirir rodas maiores, mas os pneus ficam muito difíceis de encontrar e provavelmente terá que fazer pneus, tubos e jantes.

Rodas maiores são mais fracas para o mesmo peso e o peso é muito importante para uma bicicleta. Efetivamente, você está espalhando a mesma quantidade de material sobre uma jante e pneus maiores, para que tudo fique mais fino. Ao mesmo tempo, como as bicicletas têm pelo menos uma largura de cubo bastante restrita, a roda fica mais fraca lateralmente porque o ângulo entre os raios esquerdo e direito fica menor ao mesmo tempo em que o braço da alavanca fica maior.

Rodas maiores têm mais resistência ao ar porque têm mais área frontal. Claro, você pode trabalhar nisso, mas qualquer coisa que você possa fazer para reduzir a resistência do ar de uma roda de bit também pode fazer em uma roda pequena ... e se você olhar para as bicicletas da Battle Mountain, elas usam as mesmas técnicas que as Bicicletas UCI em suas rodas pequenas.

Por exemplo, o recorde mundial de velocidade da bicicleta estabelecido por uma bicicleta de roda pequena Moulton :

Em 1986, Jim Glover andava de bicicleta a 51 km / h em um percurso de 200 metros para estabelecer um recorde mundial de velocidade até hoje.

Então, por que as bicicletas têm rodas maiores?

Como você disse, rodas maiores lidam melhor com solavancos. Isto é especialmente verdade quando há pouca ou nenhuma suspensão (bicicletas de estrada), mas também se aplica a bicicletas de montanha. Uma roda maior não cai em quedas tanto, então você perde menos energia para a suspensão.

As motos andam mais rápido que as bicicletas e têm velocidades máximas mais altas. Muitas coisas decorrem disso.

Isso significa que as motos devem ter suspensão , onde é opcional para bicicletas. Se uma moto bate em um solavanco e é transportada pelo ar, isso é emocionante e incomum. Mas até mesmo muitos ciclistas não sabem que as rodas da bicicleta caem do chão, porque isso é apenas parte da sua bicicleta (você "desequilibra a sela" da bicicleta em solavancos e usa seu corpo como parte da suspensão). Porém, assim que você tem suspensão, a vantagem do solavanco das rodas maiores desaparece.

O outro lado das "rodas maiores são mais fracas" é que as motos exercem muito mais pressão sobre as rodas . Eles são mais pesados, mais potentes e vão mais rápido. Eles também viajam distâncias mais longas - um passeio de bicicleta de 1000 km é um longo caminho e leva dias, mas em uma moto não é notável, a menos que haja fatores excepcionais. Muitos motociclistas viajam mais de, digamos, 50.000 km por ano de moto, mas quase nenhum ciclista faz o mesmo. Portanto, uma moto precisa durar mais que uma bicicleta, o que torna a força mais importante. As falhas também são mais perigosas em velocidades mais altas e com uma moto mais pesada que pode cair sobre o motociclista em um acidente. Mais uma vez, mais forte é importante e rodas pequenas são mais fortes.

Pneus maiores têm mais borracha, por isso duram mais . Os pneus de bicicleta precisam ser finos para flexionar, o que significa que a solução de tornar os pneus mais grossos para aumentar a vida útil da moto realmente não funciona. Isso faz com que uma roda maior seja uma das poucas opções.

Aproveite o conforto e a eficiência em superfícies ásperas. Uma roda maior ajuda a ambos - suavizando solavancos para maior conforto e reduzindo o movimento vertical (desperdício de energia).

Bicicletas de rodas pequenas, como bicicletas dobráveis, são toleráveis ​​em superfícies lisas, mas não são famosas pela capacidade off-road, conforto ou velocidade.

O extremo nas rodas grandes foi a bicicleta comum (também conhecida como penny farthing), que forneceu "engrenagem" apropriada com uma roda de tração direta - mas também proporcionou conforto e eficiência (não muita segurança!) Nas estradas desfeitas da época.

Quando a engrenagem tornou-se prática e aceita, o tamanho das rodas diminuiu por conveniência e segurança - de fato, as bicicletas de engrenagem eram conhecidas como "Segurança" em oposição às bicicletas "comuns" - mas apenas até agora, graças à necessidade de conforto e eficiência em estradas irregulares.

As motos não têm a mesma necessidade de eficiência, pois têm um pouco mais de 1/4 de potência para brincar, para que possam usar uma suspensão mais sofisticada e pneus muito mais macios e mais gordos, para ganhar na frente de conforto, mesmo com rodas menores.

Os pneus mais gordos também são importantes para uma melhor aderência às velocidades que os ciclistas normalmente não experimentam.

Portanto, ambas as formas de transporte parecem ter se ajustado ao tamanho da roda que melhor atende às suas condições.

As respostas anteriores tratam de diferentes relações de transmissão, durabilidade e conforto diferentes. Há outros motivos também.

1. Torque

A bicicleta é mais limitada pela cadência; a motocicleta é limitada pela resistência à tração final do material.

Os motores Morotbike podem rodar 12.000 RPM com torque relativamente pequeno no virabrequim. O homem pode fazer 100 RPM com torque relativamente alto. Na moto, há engrenagens, caixa de câmbio e corrente (cardan) entre o motor e a roda. Todas as marchas reduzem a velocidade angular (parte RPMs), mas aumentam o torque. As engrenagens entre a perna do homem e a roda aumentam a velocidade e reduzem o torque.

Para a Yamaha YZF-R1 (2003), a relação de transmissão (manivela / eixo) varia de 10,6: 1 a 4,7: 1. Para a primeira marcha; isso significa que a roda está fazendo RMPs 10 vezes mais baixos que o motor e o torque é 10 vezes maior no eixo da roda do que no eixo de manivela.

Para bicicletas com casquilho 11 - 25 e roda dentada 26 - 48, as relações de transmissão (pé / eixo) variam de 0,96: 1 (1: 1,04) a 0,22: 1 (1: 4,36).

Suponha que o torque seja medido no eixo (divida a força apenas pela circunferência da roda) e na engrenagem superior. O torque máximo dessa Yamaha é de aproximadamente 100 Nm no eixo, o que dá 21,28 Nm no virabrequim e 225,57 Nm no eixo com a 1ª marcha aplicada. O homem de 80 kg pode gerar 140 Nm na roda dentada e 30,8 - 134,4 Nm no eixo.

Se quiséssemos usar o tamanho da roda da motocicleta (190/55 R17, 2013 mm), que é 1,05 vezes menor que a da bicicleta (700x38C, 2117 mm), precisaríamos diminuir a relação de marchas, resultando em torque manufaturado variando de 29,3 - 127,8 Nm.
Se quisermos usar o tamanho da roda da bicicleta, precisaríamos aumentar a relação de transmissão, resultando em torque gerado pelo motor variando de 105,2 a 237,2 Nm.

2. Manobrabilidade

No sistema motociclista-bicicleta, o motociclista é a parte mais pesada. No sistema motociclista-moto, a bicicleta geralmente é mais pesada, às vezes o peso do motociclista é quase insignificante. Roda maior significa maior impulso e maior efeito giroscópico. Para bicicletas, significa melhor estabilidade; você é menos vulnerável a quedas ou reviravoltas. Para motos, isso leva a uma maior resistência ao giro e aumenta a capacidade de manobra.

3. Sensibilidade de superfície

tl; dr rodas menores são mais vulnereable a ficar preso do que as rodas maiores.

Isso já foi mencionado, mas vou expandi-lo mais. Rodas menores podem ser presas em um buraco muito mais fácil do que as maiores. É como colocar uma moeda grande no buraco para a menor.
Quando a roda menor chega a um solavanco, ela tem um ângulo de fixação maior que a roda maior. A roda menor tenderá a parar nesse solavanco, mas a roda maior tenderá a ultrapassá-la. Como um exemplo extremo, compare patinadores e motoqueiros em uma calçada de cascalho.
As rodas menores também tendem a ficar mais presas em superfícies macias (lama, areia, neve) do que as maiores. Para a mesma profundidade de penetração, a roda maior tem mais material envolvido, dissipando a carga para uma área maior e também tendo um melhor ângulo de ataque em relação à roda menor. As rodas maiores também têm a corrente mais afastada dos detritos.

As motos são mais pesadas e têm muito mais potência / torque do que os ciclistas. Quando presa, a moto tem vantagem no centro de massa mais baixo (menos vulnerável a girar em torno da roda dianteira), maior momento (ele passa pela lama) e força (ele desenterra). As motos são muito mais especializadas - quase não se pode usar bicicleta de estrada off-road e vice-versa. Por outro lado, as bicicletas podem correr bastante confortavelmente na estrada e em terrenos acidentados.