※ 引述《paytonle66 (lee)》之铭言： : 各位车友大家好 : 小弟昨天外出骑车时後轮钢丝断一根 : 当时没注意到还继续骑 : 後来越骑越怪,停车检查後才发现钢丝断了,框也歪了 : 拿到车行找老板请问换钢丝的价格时 : 老板先算了一下钢丝有几条 : 然後就说 : 28根的台制轮组强度不够,使用的扁钢丝等级也不好 : 用圆钢丝的强度才会够,我店内8万多了车子也是圆钢丝 : 我的轮组是富士成车的,关於轮组资讯网站也只有如下叙述 : 轮组 Novatec 培林花鼓 / Alex R390轮圈 / 锻造扁钢丝 : 想请问一下各位车友 : 扁钢丝的强度会比圆钢丝差很多吗 : 谢谢 本篇对部分非理工科系的朋友可能会有一点难理解, 若看不懂可以考虑直接看结尾的结论. 在说明钢丝为何断裂之前, 我们需要先了解一个概念,就是 Ultimate Tensile Strength (以下简称UTS). 每个材料在 不塑性变形(Plastic Deformation)的情况下承受的力, 就是这个材料的UTS, 但为了排除物体截面积的影响, 一般 这个力我们都用压力来表示(力/截面积). 由於在断裂之前, 一定会发生塑性变形, 所以要计算某个物体(i.e. 钢丝) 要断裂最少的力, 我们只要查出他的材料的UTS, 再乘上他 的截面积, 就是这个物体能承受最大的力. F = (UTS) * Ac 以一般14G钢丝(直径2mm), 以及一般的钢来算, 这个力大约 等於 1885N, 约180kgf. 所以在这边我们可以得知, 一根钢丝的强度跟他的截面积有关, 所以当你问圆的还是扁的比较强, 那要看哪一根, 因为重点是 他们的截面积, 不是他是圆的还是扁的. 但是值得注意的是, 很明显的, 一般路面状况下, 一跟钢丝是 不可能遇到这麽大的力, 那为什麽他会断裂? 因为有另一种断裂模式, 叫做Fatigue Failure, 就像回纹针, 你一直重复弯他, 虽然没有一次的力是足够一口气拉断他, 但是他还是断了. 钢丝也是这样断的. 影响Fatigue Failure的因素不只UTS, 或是他所受的力(你的 体重)跟次数(使用时间). 还有一个因素是表面处理, 因为 Fatigue Failure的起因是表面产生微小的裂缝, 然後逐渐 扩散, 最终导致断裂. 良好的表面处理能避免裂缝生成. 当然表面处理这种东西一般消费者很难判定, 厂商也懒的 跟你讲一堆, 其他使用者也没把钢丝到电子显微镜下面去看, 所以根本无从得知. 一般我们评估Fatigue Failure是使用S-N图, 也就是在多大 的力下重复动作, 需要重复动作多少次才会断裂. 对於钢 这种材质(以及钛也是), 在力量小於某个固定值(Endurance Limit)时, 他不会有Fatigue Failure的问题. 而对於其他 金属如铝, 无论力量多小, 都会有Fatigue Failure, 只是要 重复多少次而已. 刚刚提到的Endurance Limit, 在编轮及挑选材料的时候就会 变成需要考量的因素. 钢丝所受的力有静态的跟动态的, 静态的是编轮时的张力, 动态的是轮子转动时会发生的力. 这些例如在Endurance Limit以内, 钢丝就永远不会断. 所以 在设计轮子时,我们可以把轮子设计成在某体重以内, 对钢丝 的所有力都不会超过Endurance Limit. 或是我们可以透过 S-N图, 去计算大约多少次这钢丝会断, 进而换算成这轮组 的寿命 (轮子每转一圈钢丝就受一次力). 另外值得一提的是 铝没有Endurance Limit, 所以铝幅条总有一天一定会断, 再加上铝UTS本身就低, 他的寿命也跟着大打折扣. 另外编轮时还有一个常见的步骤叫做应力适放, 我们稍微 来探讨一下这个步骤背後的原理. ( 其实这个步骤常常被 做错, 不过这离题了 ) 钢丝在编轮的过程中都会被弯曲, 当钢丝被弯曲的时候, 这钢丝里面部分的已经达到了UTS 的力量, 所以这部分的钢丝会塑性变形(永久性变形), 而 其他部分则是弹性变性, 因为没有达到UTS. 弹性变形的 部分, 跟弹簧一样, 只要变形还在, 就会对其他部分施力. 当他对其他部分施力, 就增加了钢丝受到的力, 这自然会 减短钢丝的寿命. 因此我们对钢丝施一个超过UTS很多的力, 确保钢丝的每个部分都塑性变形, 这样就不会有多余的力 在刚丝里面减少钢丝的寿命. 另外一点, 就是当钢丝松调的时候, 他本身没有足够的张力, 所以当需要支撑体重的力时, 他就会完全丧失张力, 进入 被压缩的状态, 当然钢丝不能被压缩, 因为他可以往旁边跑, 这时钢丝就会弯曲. 弯曲的後果就是力都集中在靠近花鼓附近, 骑乘时, 轮子每转一圈, 钢丝就重复这样弯曲跟恢复张力的 动作, 结果就是靠近花鼓附近达到Fatigue Limit, 就断了. ( 如果你钢丝不是断在花鼓附近, 就当我没说吧... ) --------------------- 结论 --------------------- 1. 扁跟圆, 单纯以形状来说, 相较於其他因素, 影响不大. 重点在截面积, 不在形状. 2. 编轮时的材料挑选及正确的应力释放会让钢丝更耐用. 3. 如果你的钢丝是断在花鼓附近, 那很有可能是钢丝 松掉了你没发现, 最终导致断裂. 4. 为了避免第三项的情况, 建议定期检查偏摆, 若有问题 就去校正. 5. 如果在意寿命, 铝幅条不要用. --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 220.134.19.219 由於单车在骑乘的过程中, 几乎都是平衡的, 所以主要的力 都是与轮子半径平行的力, 而且造成钢丝断裂的力也是 与轮子半径平行的力, 所以才会讨论抗拉强度. ※ 编辑: john0312 来自: 220.134.19.219 (11/14 17:21) 我第一段计算UTS想表达的是他不是被拉断的, 而是Fatigue造成他断裂. 抱歉我中文表达不好. Size Factor确实会有影响, 不过像钢丝这麽细的, 影响不是很大, 由於原Po问会不会差"很多", 所以我才 忽略. 囧, 这句我看好久才看懂, 一直在想什麽是转弯钢丝... 转弯时, 确实会有不平行於半径的力 (Side Load). 这些力跟平行於半径的力, 比例是tan(x), x为转弯时 你的单车偏离垂直的角度. 一般来说这个力相较於 平行半径的力小很多, 除非你脚踏车像重机一样压车. ※ 编辑: john0312 来自: 220.134.19.219 (11/14 17:38) 这些确实会有影响, 但既然是讨论Fatigue, 我们 就要考虑他多常发生. 我们骑脚踏大多时间都是 直的骑, 转弯相对於直的骑是少很多的, 所以说 就算他的Fatigue Life在这种情况下短十倍, 但是他发生的频率不只少十倍, 因此虽然他有差, 但以大方向来说, 我们可以忽略他. 我建议你可以看看大多钢丝断掉的状况, 他们的 Crack Initiation不一定来自同一个方向, 代表 他们断裂的主因不是Side Load. 当然你说的在材力上都是正确的, 且确实会影响, 如果我们今天要精确的估算他的寿命, 那这些都该 考虑, 甚至直接拿ANSYS跑模拟. 不过今天只是讨论 大致上来说会不会"差很多", 由於其他因素的造成的 差别, 相较於这些来的大, 因此为了避免伤害版众的 脑神经, 所以才忽略大多该计算却没计算的, 毕竟这边 不是每个人都是主修ME的. (PS: 我只是辅修而已) ※ 编辑: john0312 来自: 220.134.19.219 (11/14 18:15)