Warum haben manche Fahrräder viel größere Räder als die meisten Motorräder?

Betrachten wir ein Mountainbike und ein Motorrad. Jeder muss so gut wie möglich nutzbar sein und Hindernisse effektiver überwinden. Größere Räder bedeuten normalerweise mehr Geländegängigkeit. Was ist die Theorie hinter Fahrrädern, die normalerweise größere Räder als Motorräder haben?

Getriebe ist ein Faktor, aber keineswegs der einzige Faktor. Gängige Radgrößen ermöglichen bequem dimensionierte Kettenräder vorne und hinten. Die Fahrradindustrie wurde immer von den Bedürfnissen der Rennfahrer bestimmt, und Profiradfahrer können bei Abfahrten über 100 km / h erreichen. Je höher der Gang, den Sie einlegen können, desto unwahrscheinlicher ist es, dass Sie durchdrehen und nicht mehr effektiv in die Pedale treten können. Je größer das Rad, desto weiter bewegt man sich in einer Umdrehung. Der Verbrennungsmotor kann 1000 U / min erreichen, eine Größenordnung über dem, was die menschlichen Beine aushalten können. Zumindest in einer Laborumgebung beginnt der Wirkungsgrad um etwa 100 U / min zu sinken ( http://link.springer.com/article/10.1007) % 2Fs00421-004-1175-5), und über einen bestimmten Punkt (der vielleicht das Thema seiner eigenen Frage ist) sind völlig unfähig, mit den Pedalen Schritt zu halten, geschweige denn sinnvolle Kraft anzuwenden. Das ist der Grund, warum Hochrad-Fahrräder so große Räder hatten, da die Kurbeln direkt am Rad befestigt waren, war der einzige Weg, schneller zu fahren, ein größeres Rad zu bekommen.

Kettenantrieb und Getriebe haben dieses Problem behoben und ermöglichen kleinere und leichtere Räder und ein Oberrohr unterhalb der Schritthöhe. Es gibt jedoch praktische Grenzen, wie groß ein Kettenblatt und wie klein ein Kettenrad sein kann. Ein zu großes Kettenblatt beginnt sich zu biegen (dies war vor modernen Werkstoffen eher ein Problem). Derzeit hat das kleinste hintere Kettenrad einer Standardkassette 11 Zähne, bei alten 5-Gang-Freiläufen waren es normalerweise 14 Zähne. Ein 700c-Rad mit einem 25-mm-Reifen kann mit einem Standard-Kettenblatt mit 53 Zähnen und einem Kettenrad mit 11 Rädern ~ 73 km / h bei einer Trittfrequenz von 120 U / min erreichen. Um das gleiche Getriebe zu erhalten, würde ein 20 "BMX-Rad ein 75-Zahn-Kettenblatt mit einem Durchmesser von ungefähr 12" und ein 16-Zoll-Faltrad ein Kettenblatt mit 83 Zähnen und einem Durchmesser von 14 "benötigen.

Und manche Fahrräder haben tatsächlich sehr kleine Räder, wie z. B. Falträder. Ihre Höchstgeschwindigkeit ist jedoch begrenzt. Einige hintere Kassetten mit 9 Zahn kleinsten Kettenrädern wurden hergestellt (siehe http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), aber technische Probleme machen sie teuer und anfällig für Verschleiß. Und selbst dann wurden vor über 100 Jahren Standard-Radgrößen von 26 "und 28" (auch bekannt als 700C oder 29 ") festgelegt, und Falträder sehen für die Menschen im Vergleich zu konventionelleren Motorrädern eher" doof "aus Rennräder haben in etwa die gleiche Form wie in den 70er Jahren, einschließlich eines Diamantrahmens und Rädern zwischen 55 und 70 cm.

Ein weiterer Grund, warum Mountainbiker 29 "-Räder gegenüber 26" -Rädern bevorzugen sollten, ist, dass sie "besser rollen". Durch den größeren Durchmesser bleibt es weniger in kleinen Furchen und Löchern stecken und rollt sich eher darüber als hinunter. Die größeren Reifen bedeuten auch ein größeres Luftvolumen und damit weniger Federungsbedarf. Motorräder sind bereits viel schwerer (mit der erforderlichen Kraft, um viel mehr Gewicht zu bewegen), daher ist es weniger problematisch, die Federung zu verbessern. Die 26 "vs 29" (vs 27,5 ") Frage ist noch lange nicht geklärt, aber der Trend geht zu größeren Rädern, nicht zu kleineren.

Ich denke nicht, dass "viel größer" eine angemessene Beschreibung ist:

Fahrradräder sind höchstens "etwas größer".

Und es sollte beachtet werden, dass in beiden Fällen ein begrenzender Faktor die "Überstandshöhe" ist - die niedrigste Position des Fahrers (für einen relativ geradlinigen Rahmenstil) ist im Wesentlichen durch die Radgröße begrenzt. Größere Räder erfordern entweder längere Beine für den Fahrer, seltsame Rahmenkonstruktionen (die das Fahrrad länger und unhandlicher machen) oder die Montage / Demontage im Hochrad-Stil.

Zusammenfassung: Motorräder haben schwerere Räder, wodurch sie kleiner und wendiger werden. Motorräder fahren schneller, daher ist der Luftwiderstand wichtiger und größere Räder haben mehr davon. Motorräder verfügen über viel mehr Leistung und sind schneller, sodass die Federung sowohl leichter zu tragen als auch notwendiger ist.

Es gibt jedoch mehr Überlegungen als nur Unebenheiten. Ja, größere Räder können besser mit Stößen umgehen als kleine. Wenn Sie sich nur darum kümmern, dass die Radgröße nur durch die Räder begrenzt wird, die Sie kaufen können, ist dies der Grund, warum die Radgröße 36 "/ ISO787 in einigen Bereichen beliebt ist. Sie können größere Räder bekommen, aber Reifen werden sehr schwer zu finden und werden wahrscheinlich Reifen, Schläuche und Felgen selbst herstellen müssen.

Größere Räder sind bei gleichem Gewicht schwächer , und für ein Fahrrad spielt das Gewicht eine große Rolle. Tatsächlich verteilen Sie die gleiche Menge Material über eine größere Felge und Reifen, sodass alles dünner wird. Gleichzeitig wird das Rad seitlich schwächer, da Fahrräder zumindest eine relativ begrenzte Nabenbreite haben, da der Winkel zwischen den linken und rechten Speichen kleiner wird, während der Hebelarm größer wird.

Größere Räder haben mehr Luftwiderstand, weil sie mehr Frontfläche haben. Natürlich können Sie daran arbeiten, aber alles, was Sie tun können, um den Luftwiderstand eines Meißelrads zu verringern, können Sie auch mit einem kleinen Rad tun UCI-Bikes auf ihren kleinen Rädern.

Zum Beispiel der Geschwindigkeitsweltrekord eines Moulton-Kleinrads :

1986 fuhr Jim Glover dieses Fahrrad mit einer Geschwindigkeit von 82 km / h auf einer fliegenden 200-Meter-Strecke, um einen bis heute gültigen Geschwindigkeitsweltrekord aufzustellen.

Warum haben Fahrräder größere Räder?

Wie Sie sagten, können größere Räder besser mit Unebenheiten umgehen. Dies gilt insbesondere, wenn wenig oder gar keine Federung vorhanden ist (Rennräder), aber auch für Mountainbikes. Ein größeres Rad fällt nicht so weit in die Tiefe, sodass Sie weniger Energie an die Federung verlieren.

Motorräder fahren schneller als Fahrräder und haben höhere Höchstgeschwindigkeiten. Daraus folgt eine Menge.

Das bedeutet, dass Motorräder gefedert sein müssen , wo es für Fahrräder optional ist. Wenn ein Motorrad auf eine Unebenheit trifft und in die Luft geht, ist das aufregend und ungewöhnlich. Aber auch vielen Fahrradfahrern ist nicht bewusst, dass sich ihre Räder vom Boden lösen, da dies nur ein Teil des Fahrradfahrens ist. Sobald Sie jedoch gefedert sind, geht der Stoßvorteil größerer Räder weitestgehend verloren.

Die Kehrseite von "größeren Rädern sind schwächer" ist, dass Motorräder die Räder viel stärker belasten . Sie sind schwerer, leistungsstärker und schneller. Sie legen auch längere Strecken zurück - eine 1000 km lange Radtour ist ein langer Weg und dauert Tage, aber auf einem Motorrad ist dies nur dann bemerkenswert, wenn es außergewöhnliche Faktoren gibt. Viele Motorradfahrer legen mehr als 50.000 km pro Jahr mit dem Motorrad zurück, aber kaum ein Fahrradfahrer tut dasselbe. Ein Motorrad muss also länger halten als ein Fahrrad, was Stärke wichtiger macht. Ausfälle sind auch bei höheren Geschwindigkeiten gefährlicher und mit einem schwereren Motorrad, das bei einem Unfall auf den Fahrer fallen kann. Auch hier ist stärker wichtig und kleine Räder sind stärker.

Größere Reifen haben mehr Gummi und halten länger . Fahrradreifen müssen dünn sein, damit sie sich biegen lassen. Das bedeutet, dass die Motorradlösung, Reifen dicker zu machen, um eine längere Lebensdauer zu erzielen, nicht funktioniert. Das macht ein größeres Rad zu einer der wenigen Möglichkeiten.

Fahrkomfort und Effizienz auf rauen Oberflächen spielen eine Rolle. Beides wird durch ein größeres Rad unterstützt - es glättet Unebenheiten und reduziert vertikale Bewegungen (Energieverschwendung).

Kleine Fahrräder wie Falträder sind auf glatten Oberflächen erträglich, sind jedoch nicht für Geländetauglichkeit, Komfort oder Geschwindigkeit bekannt.

Das Extrem bei großen Rädern war das gewöhnliche Fahrrad (auch bekannt als Hochrad), das mit einem Direktantriebsrad für eine angemessene "Schaltung" sorgte - aber auch Komfort und Effizienz (nicht so viel Sicherheit!) Auf unbefestigten Straßen der damaligen Zeit bot.

Als das Getriebe praktikabel wurde und akzeptiert wurde, verringerten sich die Radgrößen aus Gründen des Komforts und der Sicherheit. In der Tat galten getriebene Fahrräder aufgrund des Bedürfnisses nach Komfort und Effizienz auf unebenen Straßen als "Sicherheit" im Gegensatz zu "normalen" Fahrrädern.

Motorräder haben nicht das gleiche Bedürfnis nach Effizienz, da sie mit etwas mehr als 1/4 PS zu spielen haben. Sie können also eine ausgefeiltere Federung und viel weichere und dickere Reifen verwenden, um auch mit Komfort vorne zu gewinnen kleinere Räder.

Die dickeren Reifen sind auch wichtig für eine bessere Straßenlage bei Geschwindigkeiten, die Radfahrer normalerweise nicht erleben.

Beide Transportmittel scheinen sich also auf die Radgröße festgelegt zu haben, die ihren Bedingungen am besten entspricht.

Bisherige Antworten beziehen sich auf unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse, unterschiedliche Haltbarkeit und unterschiedlichen Komfort. Es gibt auch andere Gründe.

1. Drehmoment

tl; dr Fahrrad ist mehr durch Trittfrequenz begrenzt; Das Motorrad ist durch die maximale Zugfestigkeit des Materials begrenzt.

Morotbike-Motoren können 12.000 U / min mit einem relativ kleinen Drehmoment auf der Kurbelwelle laufen. Man kann 100 U / min mit relativ hohem Drehmoment machen. Im Motorrad befinden sich Zahnräder, Getriebe und Kettengetriebe (Kardangetriebe) zwischen Motor und Rad. Alle Zahnräder reduzieren die Winkelgeschwindigkeit (Teilumdrehungen), erhöhen jedoch das Drehmoment. Die Zahnräder zwischen dem Bein des Mannes und dem Rad erhöhen die Geschwindigkeit und verringern das Drehmoment.

Bei Yamaha YZF-R1 (2003) variiert das Übersetzungsverhältnis (Kurbel / Achse) von 10,6: 1 bis 4,7: 1. Für den ersten Gang; Das bedeutet, dass das Rad eine zehnmal niedrigere Drehzahl als der Motor hat und das Drehmoment an der Radachse zehnmal höher ist als an der Kurbelwelle.

Bei Fahrrädern mit 11 - 25 Kassetten und 26 - 48 Kettenrädern liegen die Übersetzungsverhältnisse (Fuß / Achse) zwischen 0,96: 1 (1: 1,04) und 0,22: 1 (1: 4,36).

Angenommen, das Drehmoment wird an der Achse (die Kraft wird nur durch den Radumfang geteilt) und am oberen Gang gemessen. Das maximale Drehmoment dieser Yamaha beträgt ungefähr 100 Nm an der Achse, was 21,28 Nm an der Kurbelwelle und 225,57 Nm an der Achse bei eingelegtem 1. Gang ergibt. 80 kg Mann können 140 Nm am Kettenrad und 30,8 - 134,4 Nm an der Achse erzeugen.

Wenn wir eine Motorradradgröße (190/55 R17, 2013 mm) verwenden möchten, die 1,05-mal kleiner ist als die des Fahrrads (700x38C, 2117 mm), müssten wir das Übersetzungsverhältnis verringern, was zu einem vom Motor übertragenen Drehmoment führt 29,3 - 127,8 Nm.
Wenn wir die Größe von Fahrradrädern verwenden möchten, müssten wir das Übersetzungsverhältnis erhöhen, was zu einem vom Motor erzeugten Drehmoment von 105,2 bis 237,2 Nm führt.

2. Wendigkeit

Im Biker-Fahrrad-System ist der Biker der schwere Teil. Im Biker-Motorrad-System ist das Fahrrad normalerweise schwerer, manchmal ist das Gewicht des Bikers fast vernachlässigbar. Ein größeres Rad bedeutet einen größeren Impuls und einen größeren Kreiseleffekt. Für Fahrräder bedeutet dies eine bessere Stabilität; Sie sind weniger anfällig für Stürze oder wilde Kurven. Bei Motorrädern führt dies zu einem höheren Widerstand gegen Wenden und einer insgesamt schlechteren Manövrierfähigkeit.

3. Oberflächenempfindlichkeit

tl; dr Kleinere Räder sind mehr vulnereable als die größeren Räder stecken.

Dies wurde bereits erwähnt, aber ich werde es weiter ausbauen. Kleinere Räder können viel einfacher in ein Loch gesteckt werden als die größeren. Es ist, als würde man eine große Münze in ein Loch für die kleinere Münze stecken.
Wenn das kleinere Rad an eine Unebenheit stößt, hat es einen größeren Anstellwinkel als das größere Rad. Das kleinere Rad neigt dazu, auf dieser Unebenheit anzuhalten, das größere Rad jedoch dazu, sie zu überholen. Vergleichen Sie zum Beispiel Rollschuhfahrer und Biker auf einem Schotterweg.
Die kleineren Räder neigen auch eher dazu, in weichen Oberflächen (Schlamm, Sand, Schnee) zu stecken als die größeren. Bei gleicher Eindringtiefe hat das größere Rad mehr Material, wodurch die Last auf eine größere Fläche abgeleitet wird und außerdem ein besserer Anstellwinkel als das kleinere Rad vorliegt. Die größeren Räder haben auch die Kette weiter von den Trümmern entfernt.

Motorräder sind schwerer und haben viel mehr Leistung / Drehmoment als Radfahrer. Wenn das Motorrad stecken bleibt, hat es den Vorteil eines niedrigeren Massenschwerpunkts (weniger anfällig für Schleudern am Vorderrad), eines höheren Impulses (es pflügt durch den Schlamm) und einer höheren Kraft (es gräbt sich ein). Motorräder sind viel spezialisierter - man kann Rennräder fast nicht im Gelände benutzen und umgekehrt. Andererseits können Fahrräder auf der Straße und in unebenem Gelände recht bequem laufen.