เมื่อผู้ผลิตเปิดตัวจักรยานรุ่นใหม่ๆ มักจะเน้นย้ำถึงความแข็งแกร่ง น้ำหนัก ความสบาย หรือหลักอากาศพลศาสตร์ที่เพิ่มขึ้นของรุ่นใหม่ๆ อยู่เสมอ ความแข็งแกร่งถือเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในบรรดาพารามิเตอร์เหล่านี้ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการทำให้จักรยานมีประสิทธิภาพสูงสุดในแง่ของการส่งแรง อย่างไรก็ตาม ยังมีรายละเอียดมากมายที่ซ่อนอยู่ภายใต้แนวคิดทั่วไปของความแข็งแกร่ง
ผู้ผลิตมักจะพูดถึงจุดขายต่างๆ ของผลิตภัณฑ์ของตนอยู่เสมอ โดยมักจะพูดถึง "ความแข็งที่เพิ่มขึ้น" ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่หลายคนพูดถึง แต่มีเพียงไม่กี่คนที่เข้าใจว่ามันหมายถึงอะไร อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับน้ำหนักของจักรยาน หลายคนมักประเมินบทบาทของความแข็งที่เพิ่มขึ้นเกินจริง และความแข็งก็ไม่ได้ดีไปกว่ากันเสมอไป
ความแข็งคืออะไร
ก่อนจะเริ่มวิเคราะห์ความหมายของพารามิเตอร์นี้ สิ่งแรกที่ต้องทำคือชี้แจงให้ชัดเจนว่าความแข็งคืออะไร ตามคำจำกัดความที่ใช้กันทั่วไปในทางวิศวกรรม ความแข็งคือความสามารถขององค์ประกอบโครงสร้าง (ในกรณีของจักรยานคือเฟรม) ในการต้านทานการเสียรูปที่เกิดจากแรงภายนอก
นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเมื่อเราพูดถึงความแข็ง คนส่วนใหญ่จะนึกถึงแรงที่เราใช้เหยียบแป้นเหยียบและระดับที่เฟรมจะเสียรูปด้านข้างในแต่ละครั้งที่เหยียบแป้นเหยียบทันที
อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงหนึ่งแรงที่ส่งผลต่อเฟรม และแรงอื่นๆ เช่น ผลของแรงเหวี่ยงขณะเข้าโค้ง ปฏิกิริยาต่อสิ่งขรุขระบนถนน และสิ่งผิดปกติอื่นๆ ที่พบบนท้องถนน มักไม่ถูกนำมาพิจารณา
วิศวกรที่พัฒนาจักรยานจะต้องคำนึงถึงปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้ เพื่อให้ได้ไม่เพียงแค่ความแข็งแกร่งเป็นพิเศษเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงความสามารถในการดูดซับแรงกระแทกที่ถูกต้อง ขณะเดียวกันก็ทำให้ยานพาหนะทั้งคันมีน้ำหนักเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ดังนั้นเมื่อพูดถึงความแข็งของเฟรม เราจะต้องประเมินในส่วนต่างๆ ของเฟรม ดังนั้นคุณจะพบว่าพารามิเตอร์นี้มีความน่าสนใจในแต่ละส่วนมากกว่าส่วนอื่นๆ
หากจะให้พูดกันแบบง่ายๆ การบรรลุความแข็งแกร่งสูงสุดนั้นไม่ใช่ปัญหา เพียงแค่กองวัสดุ โดยเฉพาะวัตถุดิบที่มีความแข็งแรงในการดึงสูง คุณก็จะได้โครงสร้างที่แข็งแกร่งขึ้น นอกจากวัสดุแล้ว หน้าตัดของท่อก็มีความสำคัญเช่นกัน ยิ่งหน้าตัดมีขนาดใหญ่ ความแข็งแกร่งก็จะยิ่งมากขึ้น แต่ผลข้างเคียงก็คือ น้ำหนักจะเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
การจัดเรียงของคาร์บอนไฟเบอร์ก็มีความสำคัญมากเช่นกัน วิธีการกระแสหลักในปัจจุบันนั้นอาศัยการจัดเรียงเส้นใยแบบทิศทางเดียวที่แตกต่างกัน ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือมีความแข็งสูงในทิศทางการจัดเรียงเส้นใย แต่มีความแข็งต่ำในทิศทางที่ตั้งฉากกับเส้นใย ซึ่งทำให้วิศวกรสามารถใช้งานในพื้นที่ต่างๆ ของเฟรมได้อย่างเหมาะสม ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของผ้าใยแต่ละผืน
เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบ จำเป็นต้องมีการคำนวณที่ซับซ้อนมาก โชคดีที่วิศวกรในศตวรรษที่ 21 สามารถทำได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเป็นหลักโดยใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ (FEA) ซึ่งวิศวกรสามารถใช้สร้างเฟรมเสมือนหลายร้อยเฟรมและจำลองการตอบสนองต่อแรงต่างๆ ได้
เป้าหมายของการออกแบบเฟรมคือการสร้างสมดุลและเพิ่มความแข็งเฉพาะจุดที่จำเป็น เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ เราจึงกำหนดความแข็งหลายประเภทในเฟรมจักรยาน
การปั่นจักรยานแบบแข็ง - ความแข็งด้านข้าง
ประการแรก ตัวบ่งชี้ที่เราพิจารณามากที่สุดคือความแข็งด้านข้าง ซึ่งผู้ผลิตจะวัดในห้องปฏิบัติการของตนโดยการใช้แรงกดที่ขาจานเพื่อจำลองแรงที่ใช้กับการปั่นจักรยาน ความแข็งนี้วัดระดับการเสียรูปของส่วนขาจานทุกครั้งที่เราเหยียบจานหน้า ที่น่าสนใจคือ ความแข็งด้านข้างจะต้องสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากการลดการเคลื่อนที่ด้านข้างให้น้อยที่สุด แรงเวกเตอร์ที่เราสร้างขึ้นสามารถเป็นแรงสูงสุดที่ส่งไปยังล้อหลังได้
นอกจากนี้สามเหลี่ยมด้านหลังจะต้องแข็งเพียงพอที่จะไม่เสียรูปเมื่อโซ่ส่งแรงไปทางด้านหลัง
นี่คือพารามิเตอร์ที่ผู้ตรวจสอบพยายามประเมินว่าจักรยานสามารถเร่งความเร็วได้อย่างรวดเร็วเพียงใด ซึ่งมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับนักปั่นไต่เขาและนักปั่นระยะสั้นที่ต้องการจักรยานที่สามารถเร่งความเร็วได้อย่างต่อเนื่องเมื่อต้องออกตัวหรือเผชิญกับกลุ่มนักปั่นจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้ความเร็วคงที่ เฟรมส่วนใหญ่ในตลาดสามารถกล่าวได้ว่ามีประสิทธิภาพมาก เนื่องจากกำลังขับเคลื่อนที่สม่ำเสมอและไม่แตกต่างจากกำลังขับเคลื่อนที่นักปั่นทั่วไปสามารถทำได้มากนัก
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของความแข็งของขาจานด้านข้างที่สูง ผู้ผลิตจึงพยายามเลือกขาจานที่กว้างขึ้นและจานหน้า 30 มม. สเตย์โซ่มักจะมีความหนามาก โดยเฉพาะด้านข้าง แต่ไม่มากเกินไปเพื่อหลีกเลี่ยงความเข้ากันได้กับล้อหลัง ทั้งขาจานและสเตย์โซ่มักจะไม่สมมาตรเพื่อสร้างสมดุลในการตอบสนองต่อแรงต่างๆ ที่เกิดขึ้นที่ด้านขับเคลื่อนและด้านที่ไม่ขับเคลื่อน การจัดเรียงคาร์บอนไฟเบอร์ที่แตกต่างกันจะช่วยเพิ่มเอฟเฟกต์นี้ให้ได้มากที่สุดเช่นกัน
การจัดการที่แม่นยำ - ความแข็งของแรงบิด
พารามิเตอร์ที่สำคัญกว่าแต่มีการกล่าวถึงน้อยกว่าคือความแข็งของแรงบิด ซึ่งจะกำหนดว่าเฟรมจะบิดตัวมากเพียงใดภายใต้แรงที่ต่างกัน แรงบิดนี้ส่งผลต่อการจัดตำแหน่งของล้อหน้าและล้อหลัง ดังนั้นจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อการควบคุมรถ โดยเฉพาะเมื่อเข้าโค้ง
เมื่อเข้าโค้งด้วยความเร็วสูง จักรยานจะออกแรงเหวี่ยงเข้าด้านในของโค้ง ซึ่งก่อให้เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง ซึ่งจะทำให้รถเคลื่อนออกจากแนวโค้งได้ เนื่องจากโครงสร้างโช้คอัพและสามเหลี่ยมหลังแตกต่างกัน แรงที่กระทำกับล้อหน้าและล้อหลังจึงไม่เท่ากัน ส่งผลให้ล้อไม่อยู่ในแนวเดียวกัน
แต่มีอีกประเด็นหนึ่งที่ต้องพิจารณา ความแข็งแกร่งด้านข้างและแรงบิดต้องสมดุลกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ ในทางกลับกัน ความแข็งแกร่งด้านข้างที่มากเกินไปบนเพลาหน้าและเพลาหลังอาจทำให้จักรยานขี่ได้ยากเมื่อพื้นผิวถนนไม่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากจะดีดกลับหลังจากกระแทกกับถนนทุกครั้ง ดังนั้น จึงมีประเด็นอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาอีกมาก
การเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างราบรื่น - ความแข็งแกร่งในแนวตั้ง
หากเป้าหมายของข้อก่อนหน้านี้คือการบรรลุถึงความแข็งแกร่งที่สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในระนาบแนวตั้งจะเป็นตรงกันข้ามโดยสิ้นเชิง คือ แข็งแกร่งเพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงเอฟเฟกต์การกระเด้ง แต่ในเวลาเดียวกัน ก็มีการเปลี่ยนรูปเพียงพอที่จะแก้ไขความไม่สม่ำเสมอของถนนได้
นี่เป็นพารามิเตอร์ที่ปรับยากมาก เนื่องจากได้รับผลกระทบจากน้ำหนักของผู้ขับขี่ และการออกแบบจักรยานก็คำนึงถึงผู้ขับขี่ทุกประเภท แน่นอนว่าตอนนี้เราสามารถใช้การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ของผู้ขับขี่เพื่ออนุมานขนาดเฉลี่ยของผู้ขับขี่ที่มีขนาดตามที่กำหนดได้ ทำให้วิศวกรสามารถปรับพารามิเตอร์นี้ได้แม่นยำยิ่งขึ้น
โดยทั่วไปแล้ว เช่นเดียวกับความแข็งด้านข้าง หน้าตัดของท่อเฟรมและการจัดเรียงของคาร์บอนไฟเบอร์จะมีผลกระทบที่ค่อนข้างชัดเจนต่อความแข็งในแนวตั้ง และการปรับความแข็งในแนวตั้งยังมุ่งมั่นที่จะบรรลุสมดุลที่สมบูรณ์แบบระหว่างการดูดซับการสั่นสะเทือนและประสิทธิภาพในการถ่ายโอนแรง โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความแข็งด้านข้าง
ความแข็งในแนวตั้งมักส่งผลกระทบต่อหลักอากาศพลศาสตร์ เนื่องจากท่ออากาศพลศาสตร์จะเพิ่มหน้าตัดแนวตั้งของท่อ ซึ่งจะทำให้ความแข็งในแนวตั้งเพิ่มขึ้น และหน้าตัดแนวนอนจะเล็กลง ส่งผลต่อความแข็งในแนวนอน ซึ่งตรงกันข้ามกับสิ่งที่เฟรมต้องการอย่างแน่นอน
โดยทั่วไปแล้ววิธีแก้ไขปัญหานี้จะใช้ปลายท่อเสมือนที่ถูกตัดทอนและเพิ่มพื้นที่หน้าตัดแนวนอนของท่อ แต่สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อน้ำหนักแต่ยังส่งผลต่อประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ด้วย
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าจักรยานแข็งเกินไปหรืออ่อนเกินไป?
อย่างที่เราได้กล่าวไปตอนต้นว่า หากค่าสัมบูรณ์ของความแข็งมีความสำคัญมาก การทำให้จักรยานมีความแข็งมากเป็นพิเศษด้วยวัสดุสมัยใหม่ก็ทำได้ง่ายมาก อย่างไรก็ตาม พวกเราส่วนใหญ่ไม่สามารถอยู่บนรถประเภทนี้ได้เกินหนึ่งชั่วโมง ไม่เพียงแต่เพราะการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวถนนจะทำให้แขนและหลังของเราหักอย่างรวดเร็วเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะปฏิกิริยาต่อการทำงานเล็กๆ น้อยๆ นั้นรวดเร็วเกินไป ทำให้เราต้องเกร็งอยู่ตลอดเวลา
อันที่จริง ในช่วงเวลาหนึ่งในประวัติศาสตร์ เราเคยมีรถยนต์ประเภทนี้ แม้ว่ามันจะให้ความรู้สึกที่ยอดเยี่ยมมากเมื่อคุณเหยียบมันครั้งแรก โดยเฉพาะเมื่อเร่งความเร็ว แต่ในไม่ช้าคุณก็พบว่ารถยนต์ประเภทนี้ไม่สามารถใช้งานได้จริงในโลกแห่งความเป็นจริง เมื่อระยะทางผ่านไป รถประเภทนี้ทำให้เราเจ็บมากกว่าที่ได้มา หรือในทุกครั้งที่เข้าโค้งลงเนิน รถประเภทนี้ทำให้เรามั่นใจมากเกินไปในการเข้าโค้ง ฉันเชื่อว่าทุกคนยังคงจำรถแข่งอัลลอยด์อะลูมิเนียมล้วนที่ได้รับความนิยมในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ได้ รถประเภทนี้เป็นรถที่ "มีล้อสองล้อและเสาเดียว ไม่มีอะไรให้ทำอีกแล้ว"
อีกด้านหนึ่ง เราเคยมองว่ารถเหล่านี้เป็นรถฝ้าย ซึ่งอาจเป็นรถประเภทที่ต้องใช้กำลังเครื่องยนต์แรงสูงอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาความเร็วคงที่ และคุณจะรู้สึกว่ากำลังเครื่องยนต์หายไปมากกว่าครึ่งหนึ่ง ไม่ต้องพูดถึงการตอบสนองที่เหมือนคนแก่เมื่อคุณเร่งความเร็ว
จักรยานแบบนี้จะทำให้คนนึกถึงฝันร้ายเมื่อเข้าโค้งหรือขี่รถบนทางเรียบ ฉันเชื่อว่าผู้ขับขี่จักรยานเสือหมอบเฟรมเหล็กระดับกลางคงเข้าใจสิ่งที่ฉันหมายถึง แม้ว่าเราจะเรียกจักรยานแบบนี้ว่า "มีรูปร่างสวยงามและมีพื้นผิวหรูหรา" แต่ทุกคนก็เข้าใจ
หลังจากแนะนำข้างต้น เราทราบคร่าวๆ ว่าในกรณีส่วนใหญ่ ความแข็งแกร่งที่สูงขึ้นจะได้รับความนิยมมากกว่าอย่างแน่นอน แต่จะต้องมีการทดสอบอย่างเข้มงวดในทุกพื้นที่ของเฟรม และในที่สุดก็จะได้สมดุลที่สมบูรณ์แบบของตัวบ่งชี้ต่างๆ กล่าวโดยย่อ ความแข็งแกร่งโดยรวมของเฟรมเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ในรุ่นล่าสุด คุณอาจต้องเหยียบมันเพียงไม่กี่ครั้ง ในขณะที่รุ่นที่อาจเป็นรุ่นเดียวกันจากสิบปีที่แล้ว คุณอาจต้องเหยียบมันมากกว่านั้นมาก จากการเปรียบเทียบดังกล่าว คุณสามารถสัมผัสได้ถึงผลกระทบมหาศาลของการพัฒนาความรู้ด้านการออกแบบเฟรม การเพิ่มพูนเครื่องมือออกแบบ และการปรับปรุงคุณภาพวัสดุที่มีต่อประสิทธิภาพของจักรยาน
