När det kommer till växelval, gör det någon skillnad om du väljer stor ring/stort kedjehjul eller litet/litet?
I dessa dagar med 11-växlade grupperingar är det lätt att anta att du har möjlighet till 22 olika växlar för att underlätta din resa uppför backar och nedför dalar. Faktum är att om du har en standarduppsättning av 53/39 kedjehjul på framsidan och en 11-25 kassett på baksidan, då är två av utväxlingarna identiska (53/19, 39/14, båda ger ett förhållande på 2.79:1) och 14 av växlarna överlappar varandra, vilket betyder att det faktiskt bara finns åtta av de 22 växlarna som inte har ett nästan duplicerat alternativ när du snärtar till det andra kedjedrevet.
Så, för de växlar som överlappar varandra, ville vi veta om att trampa stor-ring-till-stort kedjehjul (säg 53-19) är precis samma sak som liten till liten (39-14) eller, givet valet, är det bättre att fela mot en? Och skulle du faktiskt kunna märka det från sadeln? Cyklisten rådfrågade experterna.
Biggar it up
Stuart Burgess är professor i teknisk design vid University of Bristol och är en av Storbritanniens ledande myndigheter inom kedjedrift. "Jag har publicerat artiklar som visar att det kan finnas en fördel med högre effektivitet med större kedjehjul, men skillnaderna i effektivitet är så små att en förare inte kan känna det", säger han. "Om en förare kan känna skillnad [mellan stora och små kedjehjul med samma utväxling] är det norm alt något som är fel, som att kedjan är för lös eller för spänd."
Scott McLaughlin, SRAMs globala chef för utveckling av drivlinor, säger att kedjespänningen också är relevant. "Att åka i en större kedjekrans och kugg ger lägre kedjespänning än en mindre kedjekrans och kugg med identisk utväxling och identisk pedalbelastning", säger han. "Den lägre kedjespänningen kan göra att cykeln känns mer stel och lyhörd för en given pedalingång, och det borde också vara en extremt liten förbättring av effektiviteten.
‘Känslan av extra lyhördhet kommer från den lägre kedjespänningen, vilket resulterar i mindre ramflex, eftersom kedjan är avsevärt förskjuten från ramens mittlinje, tillägger han. "Återigen, detta ger en "känsla" eller känsla av lyhördhet för pedalingång, men ger faktiskt inte någon ökning av effektiviteten (eller bara en ökning av effektiviteten som är försvinnande liten)."
Konsensus verkar alltså vara att du inte riktigt kan känna skillnaden mellan stor-stor och liten-liten, utan att det finns en liten förbättring av effektiviteten. Som cykelpedanter ville vi förstås veta omfattningen av denna förmån och varför den uppstår.
Professor Burgess citerar en studie utförd på ett cykelväxelsystem i laboratorieförhållanden med en ingående axel med en 52-tands kedjekrans kopplad till en utgående axel med kedjehjul av olika storlekar, från 12 till 21-tands.
Resultaten av studien är talande. För en vevhastighet på 60rpm och ineffekt på 100W hade en 52/11 kedjehjulskombination en verkningsgrad på 91.1 %, en 52/15 gav 92,3 % och den siffran steg till 93,8 % för kombinationen 52/21, vilket tydligt indikerar att ett högre antal tänder verkligen leder till ökad effektivitet i praktiken. (Siffror så höga som 98,6 % verkningsgrad har registrerats i separata experiment, men detta var mellan två kedjehjul utan att kedjan gick genom en bakväxelmekanism.)
Så om större kedjehjul är något mer effektiva kvarstår frågan fortfarande: varför?
Polygon men inte glömd
Racine Su är FoU-direktör för KMC-kedjor. "Kedjor går jämnare på större kedjehjul än de gör på mindre på grund av polygoneffekten, vilket innebär mindre kedjans vibrationer eller vertikala rörelser under ingrepp mellan kedja och kedjehjul", säger han. "På större kedjehjul minskar detta kraftöverföringsförlusterna. Det ger med andra ord högre kedjeeffektivitet.’
"polygoneffekten" han pratar om hänvisar till konceptet att varje kedjehjul kan ses som en polygon med samma antal sidor som den har tänder. Polygonens hörn (aka hörn) ligger i mitten av mellanrummen mellan tänderna – där mitten av kedjans länkstift sitter. När varje länk i kedjan griper in i det vridande kedjehjulet, stiger den upp när hörnet av polygonen når sin högsta punkt, och faller sedan igen när polygonen fortsätter att svänga. I själva verket betyder detta att kedjehjulets radie fluktuerar, vilket gör att hela kedjan stiger och faller när varje länk kopplas in. Detta resulterar i energiförlust och ineffektivitet, och avgörande är att förlusterna är större på mindre kedjehjul eftersom hörnen på polygoner med färre sidor är skarpare.
Kedjans artikulation (hur mycket varje länk böjs när den lindas runt kedjehjulet) bidrar också till friktionsförluster, och detta ökar också när kedjehjulets storlek minskar. Så i det här skedet ser det ganska tydligt ut – givet valet är det marginellt mer effektivt att köra på större kedjehjul.
Men det slutar inte där. Kanske kontraintuitivt fann labbtesterna också att effektiviteten i en cykels kraftöverföring ökade proportionellt med ökad spänning i kedjan. Med andra ord, ju hårdare du trycker på pedalerna, desto mer effektivt överförs kraften från främre till bakre kedjehjul. Su säger: 'Högre kedjespänning kommer att inducera högre friktionsförluster. Men det minskar energiförlusten mellan länkar under kraftöverföring. Sammanfattningsvis förbättrar den högre kedjespänningen effektiviteten, säger han.
Med tanke på att SRAMs Scott McLaughlin berättade tidigare att om man lägger samma belastning genom pedalerna med mindre kedjehjul ökar spänningen i kedjan, blir valet mellan stora eller små kedjehjul mindre klippta och torkade.
Koppar till jakten
Det är klart att det är dags att snabbt trampa ut ur laboratoriet och få en utsikt från vägen, där det verkligen betyder något.
Michael Hutchinson, trefaldig nationell tidskörningsmästare och en teknisk skribent om cykling, säger: Det är lite mer effektivt att köra på större kedjehjul, även om jag inte vet att skillnaden för de flesta människor är är hjärtstoppande. Om skillnaden vore så slående, skulle vi alla åkt med 95-kedjekedjor framtill och 35:or på baksidan.’
Och McLaughlin håller med om att i praktiska termer är storleken på kedjehjulen inte på den kritiska vägen när det gäller effektivitet. Många fler faktorer spelar in här. Extrema tvärkedjor kommer till exempel att minska effektiviteten och öka slitaget.’
Och det verkar vara budskapet. Att köra på stora kedjehjul kommer att öka effektiviteten något och minska kedjans slitage eftersom belastningen sprids över en längre kedja, men alla små vinster kommer mer än att utplånas av ineffektiviteten och ökat slitage som orsakas av en dåligt underhållen kedja eller extrem kedja rader.
Tänk stort, allt annat lika.
