# Renkaiden, kiekkojen ja voimansiirron tekniikka · Triathlon, Taso 8: Asiantuntija

Triathlon · Taso 8: Asiantuntija · Insporta Book (https://book.insporta.app/fi/triathlon/level-8/tyres-wheels-and-drivetrain-engineering/)

Renkaiden, kiekkojen ja voimansiirron tekniikka: 100 faktaa, 10 testiä.

Tekniikka, joka muuttaa tehon nopeudeksi: vierintävastus lukuina, paine ja tärinä, renkaan rakenne ja koko, vanteet ja renkaan muoto, kiekkojen aerodynamiikka, ketjut ja voitelu, välitykset ja ketjunohjaimet, kammet ja polkemismekaniikka, jarrutuksen fysiikka ja runkomateriaalit.

## Testi 1: Vierintävastus lukuina

- Crr on dimensioton suhde: vastusvoima on yhtä suuri kuin Crr kertaa normaalikuorma (massa × g). (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Hyvien kilpa-ajon vannerenkaiden (clincher) ja tubeless-renkaiden arvot ovat noin 0,003–0,004 sileillä rummuilla ja teillä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- 0,004 × 80 × 9,81 × 11,1 m/s on noin 35 W. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- 0,001 × 80 × 9,81 × 11,1 on noin 8,7 W, minkä vuoksi renkaan valinnalla on niin suuri merkitys. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Koska voima = Crr × kuorma, painavampi pyöräilijä ja pyörä maksavat suhteellisesti enemmän vierintävastusta. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Pinnan karheus saa renkaan ja pyörän pomppimaan, mikä lisää energiahäviöitä, joita sileät rumpukokeet eivät tavoita. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Kumin hystereesi yleensä pienenee sen lämmetessä, joten sama rengas testautuu nopeammaksi lämpimänä päivänä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Nopeudella 40 km/h aerodynaaminen teho on tyypillisesti useita satoja watteja, kun vierintävastukseen kuluu muutama kymmenen. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Aerodynaaminen teho pienenee nopeuden kolmantena potenssina, mutta vierintäteho vain lineaarisesti, joten vierintävastuksen painoarvo kasvaa pienellä nopeudella. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Teräsrumpu on sileä ja kaareva, joten absoluuttiset luvut poikkeavat teiden arvoista, vaikka renkaiden paremmuusjärjestys yleensä pitää. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

## Testi 2: Rengaspaine, impedanssi ja tärinä

- Pyörään ja pyöräilijään välittyvä tärinä muuttuu lämmöksi kehossa ja komponenteissa. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Taitepisteen alapuolella suurempi paine pienentää häviöitä; sen yläpuolella kasvavat tärinähäviöt tekevät renkaasta hitaamman todellisilla teillä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Taitepiste laskee pintojen karhentuessa, joten nopein rengaspaine pienenee. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Pehmytkudokset vaimentavat tärinää ja muuttavat mekaanisen energian lämmöksi eteenpäin liikkumisen sijaan. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Frank Berto ehdotti paineita, joiden avulla rengas painuu kokoon noin 15 % korkeudestaan pyöräilijän painon alla. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Painuma riippuu kuormasta ja paineesta, joten suurempi kuorma vaatii suuremman paineen saman muodon säilyttämiseksi. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Suurempi tilavuus ja kosketusleveys antavat leveämmän renkaan kantaa kuorman pienemmällä paineella ja vähemmällä tärinällä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Tyypillisesti noin 55–60 % kuormasta on takapyörällä, joten se tarvitsee hieman enemmän painetta. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Hyvin sileällä pinnalla taitepiste on korkealla, joten rengasrungon häviöt jatkavat pienenemistä paineen noustessa. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Liian kovaksi pumpatun renkaan tyly, pärisevä tuntuma luullaan usein nopeudeksi, vaikka todelliset häviöt kasvavat. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

## Testi 3: Renkaan rakenne ja koko

- Korkeampi TPI tarkoittaa yleensä hienompia lankoja ja joustavampaa rengasrunkoa. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Ohuemmat, joustavammat rungot muotoutuvat pienemmin hystereesihäviöin. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Suojakerrokset jäykistävät rengasta ja lisäävät kumia, joten ne yleensä kasvattavat vierintävastusta. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- ETRTO-merkinnät ilmoittavat renkaan leveyden ja sitten vanteen istukkahalkaisijan; 622 mm on tavallinen 700c-maantiekoko. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Ensimmäinen luku on renkaan nimellinen poikkileikkausleveys. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Todellinen leveys riippuu vanteen sisäleveydestä; nykyaikaisilla leveillä vanteilla 25 mm:n rengas mittaa usein 27–28 mm. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Hookless-vanteet on rajattu 5 baariin, koska rengas pysyy paikallaan ilman koukkua. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Vain hookless-helmoille suunnitellut renkaat pysyvät turvallisesti paikallaan; muut voivat irrota ja pettää. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Pehmeämmät, pienemmän hystereesin kumiseokset voivat vieriä nopeammin ja pitää paremmin, mutta kuluvat nopeammin. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Maantiepyörän renkaat ovat liian kapeita vesiliirtoon pyöräilyvauhdeilla, joten kuviointi lisää pitoa vain vähän. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

## Testi 4: Vanteen leveys ja renkaan muoto

- Leveämmät sisäleveydet levittävät helmoja ja antavat leveämmän, vähemmän pyöreän renkaan profiilin. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Pyöräsuunnittelijat havaitsivat, että ilmanvastus kasvaa, kun rengas on vannetta leveämpi, joten vanteet tehdään hieman renkaita leveämmiksi. (Lähde: Poertner, Zipp wheel design notes (2010-luku))
- Pullistunut rengas häiritsee sujuvaa siirtymää vanteelle, erityisesti sivuttaiskulmassa. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Leveämmällä renkaalla on suurempi otsapinta-ala; sopiva vannelevys rajoittaa haittaa. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Näyttö siitä, että leveämmät renkaat vierivät hyvin, johti leveämpiin vanteisiin, jotta renkaan ja vanteen muodot pysyisivät aerodynaamisesti yhteensopivina. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Vannetta paljon leveämpi rengas on huonosti tuettu sivusuunnassa ja voi kallistua tai ryömiä. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Renkaan pitäminen vanteen ulkoprofiilin sisällä auttaa ilmavirtaa pysymään kiinni vanteen poikki. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- ETRTO-taulukot yhdistävät vanteen sisäleveydet joukkoon yhteensopivia renkaan leveyksiä. (Lähde: ETRTO Standards Manual (2023))
- Vannetta leveämpi rengas pilaa vanteen aiotun profiilin ja vie osan aerodynaamisesta edusta. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Rungon ja jalkojen suojaama takapyörä on osittain suojassa, joten etupyörä kohtaa enemmän häiriintymätöntä virtausta. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)

## Testi 5: Kiekon aerodynamiikka ja rakenne

- Ilmaan nähden pyörän yläosa liikkuu suunnilleen kaksinkertaisella nopeudella pyörän nopeuteen verrattuna, kun taas kosketuspiste on paikallaan. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Koska ylemmät pinnat liikkuvat nopeasti ilmassa, pinnojen määrän vähentäminen ja niiden muotoilu pienentää ilmanvastusta. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Syvemmät vanteet tasoittavat pyörän ympäri kulkevaa virtausta ja voivat tuottaa eteenpäin suuntautuvan purjevoiman sivuttaiskulmassa. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Etulevyn sivuvoima synnyttää ohjausmomentin; takana se vaikuttaa ohjaukseen tuskin lainkaan. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Sivusuunnassa joustavat pyörät voivat hangata jarrupaloihin tai runkoon ja tuntua epämääräisiltä kaarteissa tai pikajuoksussa. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Pitkäaikainen jarrutus kuumentaa vannetta; hiilikuitu, hartsi ja renkaat ovat herkkiä korkeille lämpötiloille. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Vakionopeudella tasamaalla massa vaikuttaa vain vähän vierintävastukseen. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Epätasainen pinnojen kireys vetää vannetta sivusuunnassa tai säteittäin ja aiheuttaa heilumista. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Paremmuusjärjestys voi kääntyä pienen ja suuren sivuttaiskulman välillä, joten yksittäinen luku kätkee todellisen käyttäytymisen. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Voimakkaassa, puuskaisessa sivutuulessa matalampi etupyörä rajoittaa sivuvoiman ohjausvaikutuksia, kun taas syvä takapyörä pysyy hallittavana. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)

## Testi 6: Ketjun kitka ja voitelu

- Laboratoriokokeissa ketjuvoimansiirron hyötysuhteeksi mitattiin enimmillään noin 98,6 %. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Hyötysuhde nousi suurempien hammaspyörien ja suuremman ketjujännityksen myötä; voitelulla oli vähän merkitystä puhtaissa laboratorio-olosuhteissa. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Hallituissa, puhtaissa olosuhteissa voitelulla oli vain vähän mitattavaa vaikutusta; todellinen lika muuttaa kuvaa. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Likaantuminen luo hankaavaa tahnaa rullien ja tappien väliin, mikä lisää kitkaa ja kulumista. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Parafiinipohjainen vaha kerää vain vähän likaa ja testautuu pienikitkaiseksi, vaikka se täytyy levittää uudelleen. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Ketjut eivät veny; kuluminen pidentää jakoa, ja noin 0,5 % on monissa voimansiirroissa vaihdon merkki. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Venynyt ketju nousee hampaiden päälle ja kiihdyttää kalliiden hammaspyörien kulumista. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Riippumattomat testilaitteet pyörittävät ketjua asetetulla teholla ja nopeudella ja mittaavat häviöt. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Puhtaana nopea voiteluaine voi toimia huonosti likaantuneena, joten likaisissa olosuhteissa tehdyt testit ovat realistisempia. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Puhdas, tuore ja hyvin voideltu ketju palauttaa lian ja kulumisen vuoksi menetetyt wattit pienin kustannuksin. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

## Testi 7: Välitykset, ketjulinja ja ketjunohjaimet

- Ääriyhdistelmät asettavat ketjun jyrkkään kulmaan, mikä lisää kitkaa ja kulumista. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Ketjun kulma lisää levyjen ja hammaspyörän hampaiden välistä hankausta. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Lenkkien vähäisempi nivelöityminen suurempien rullien ympäri pienentää kitkaa, tyypillisesti watilla tai kahdella. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- 53/11 × noin 2,1 m ympärysmitta on noin 10,1 m poljinkierrosta kohden; 90 kierrosta minuutissa on noin 55 km/h. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Kehitys = välitys × pyörän ympärysmitta, jolla vertaillaan välityksiä eri pyöräkokojen välillä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Suurempi eturatas antaa ajajan käyttää suurempia takahammaspyöriä suoremmalla ketjulla samalle välitykselle. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- 1x-järjestelmät yksinkertaistavat vaihtamista, mutta levittävät alueen leveämmin portain välitysten välillä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Pienemmät välitykset antavat ajajien nousta istuen kestettävällä poljinkadenssilla ja teholla. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Pienemmät hammaspyörät taivuttavat jokaista lenkkiä enemmän hampaaseen tarttuessa, mikä lisää häviöitä. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)
- Siirtyminen isolle ratakselle suoristaa ketjun ja käyttää suurempia hammaspyöriä, mikä vähentää kitkaa. (Lähde: Spicer et al., J Mech Des 2001)

## Testi 8: Kammen pituus ja polkemismekaniikka

- Välillä 120–220 mm maksimiteho vaihteli vain muutaman prosentin, ja optimaalinen poljinkadenssi mukautui kampien pituuteen. (Lähde: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Lyhyemmät kammet vähentävät lonkan sulkeutumista matalassa aeroasennossa, mikä voi parantaa mukavuutta ja tehoa. (Lähde: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Jalan ojennus poljinkierron alapäässä pysyy samankaltaisena vain, jos satulan korkeutta nostetaan kampien muutoksen verran. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Jalan nopeus ympyrällä riippuu sekä kierrosnopeudesta että kammen säteestä. (Lähde: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Katsaukset löytävät epäjohdonmukaisia vaikutuksia tehoon ja hyötysuhteeseen; jotkut ajajat pitävät niistä. (Lähde: Leong, Elmer & Martin, J Appl Biomech 2017)
- Q-factor on polkimien sivuttaisväli, joka vaikuttaa polven liikeratoihin ja mukavuuteen. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Korkeampi stack laskee satulaa tehokkaasti suhteessa jalkaan, joten se on otettava huomioon. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Maksimiteho syntyy samankaltaisella polkimen nopeudella, joten lyhyempi kampi siirtää parhaan kierrosnopeuden korkeammalle. (Lähde: Martin & Spirduso, Eur J Appl Physiol 2001)
- Venymäliuskat mittaavat vääntömomenttia; kerrottuna pyörimisnopeudella se antaa tehon. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Yksipuoliset mittarit olettavat, että molemmat jalat tuottavat yhtä paljon, mikä ei päde kaikkiin. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

## Testi 9: Jarrutuksen fysiikka

- Kun massakeskipiste on korkealla, painonsiirto saa etupyörän tekemään suurimman osan jarrutuksesta, kunnes takapyörä nousee. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Geometria rajoittaa polkupyörät suunnilleen puoleen g:hen ennen ylikaatumista, mikä on paljon vähemmän kuin autoilla. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Hidastuvuus siirtää kuormaa eteen ja lisää sen pitoa, kun taas takapyörän kuorma kevenee. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Jarrulevyt pysyvät puhtaampina, eikä jarrutuksen lämpö pääse vanteeseen ja renkaaseen. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Kitka muuttaa liike-energian lämmöksi, minkä vuoksi pitkät laskut kuumentavat jarruja. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Liike-energia ja siten pysähtymismatka kiinteällä hidastuvuudella kasvavat nopeuden neliön mukana. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Renkaalla on rajallinen pito; sen käyttäminen jarruttamiseen jättää vähemmän kaarteessa ajamiseen, mitä kutsutaan kitkaympyräksi ("friction circle"). (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Ylikuumentuneet jarrupalat, jarrulevyt tai jarruneste menettävät kitkaa tai painetta, mikä heikentää jarrutustehoa. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Napakka jarrutus lyhyinä rupeamina antaa osien jäähtyä jarrutusten välillä ja säilyttää pidon kaarretta varten. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Perustangon jarrukahvoille ulottuminen vie aikaa, minkä vuoksi ajajat siirtyvät perustangolle teknisillä osuuksilla. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

## Testi 10: Rungon ja komponenttien tekniikka

- Komposiittilaminaatit sijoittavat kuidut kuormien kulkusuuntiin, mikä antaa suuren jäykkyyden ja painon suhteen sekä suunnitteluvapautta. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Hiilikuitu voi haljeta sisäisesti iskun jälkeen ilman juuri mitään näkyvää merkkiä. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Hiilikuitu on vahvaa suunnitelluissa suunnissaan mutta herkkä puristusjännitykselle; momenttiavain estää vauriot. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Kaapeleiden piilottaminen vähentää tangon ja ohjainputken ympärillä olevaa paljasta, turbulenttia sotkua. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Säilytystilan suunnittelu osaksi rungon muotoa välttää ilmavirtaan sijoitettujen lisäosien aiheuttaman ilmanvastuksen. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Sijoitukset pyöräilijän jälkivanassa tai käsivarsien välissä testautuvat usein vain vähäisellä tai jopa kielteisellä ilmanvastuksen muutoksella. (Lähde: Crouch et al., Sports Eng 2017)
- Alumiiniseokset ovat edullisia ja anteeksiantavampia kolhuille, mutta samalla jäykkyydellä raskaampia kuin hiilikuitu. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Väärän kokoinen runko rajoittaa sitä, miten kontaktipisteet voidaan järjestää. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Titaani tarjoaa kestävyyttä ja korroosionkestoa joustavalla ajotuntumalla, mutta hiilikuitua korkeammalla hinnalla ja painolla. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))
- Piilevä vaurio voi pettää äkillisesti, joten asiantuntijan tekemä tarkastus tai kuvantaminen on suositeltavaa. (Lähde: Wilson & Schmidt, Bicycling Science (4. painos, 2020))

Lähteet: Vertaisarvioitu urheilutekniikan ja fysiologian kirjallisuus; vakiintuneiden tosiasioiden osalta julkaistut testidata ja standardit

Tee testit: https://insporta.app/try?utm_source=book&utm_medium=referral