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velocite Velocite, 프레임 디자인

알퐁소 2015.07.06 20:05 조회 수 : 169

Design_Principles2.jpg

간단히 말해서, 우리의 제품 디자인 및 개발을 안내하기우해 무엇보다 중요한 3가지 원칙이있다 :

 

1. 최대 강성(Stiffness) 성능(performance)을 제공합니다.

그것은 물리학, 재료공학, 기계설계를 잘 이해하고 짜맞춰서, 비록 중량의 증가를 의미하더라도 각 상품에 대한 최적의 강성을 실현합니다.
우리의 후원 라이더 타고있는 동일제품의 한버전은 당신이 구매할 수 있는 동일한 제품입니다.

2. 향상된 라이더의 몸무게 제한.

명목상, 110kg 무게까지 사람이 우리의 장비의 사용에 문제가 없어야합니다,

물론 기초 물리학에 의하면 휠의 마모는 빨라질 수 있습니다.

3. Live Testing Program.

광범위한 기계적 시험 외에, 시장에 새로운 제품을 출시하기 전에 그것이 제품의 지연 및 설계변경을 유발하더라도 항상 live product testing을 실시합니다. 제품 출시후에도, 사전에 고객과 후원 라이더로부터 피드백을 찾고, 지속적인 개선을위한 기회를 모색합니다 - 그것이 비록 현재의 판매중인 제품의 수명주기 내에서도.

 

이러한 원칙은 최고의 자전거 제품을 구입하는 방법을 Velocite가 안내합니다. 그것은 "Ride Velocite, Feel Invincible" 의미합니다.

 

 

Maximum Stiffness and Performance

프레임의 수평(좌우)과 비틀림의 프레임플렉스(frame flex) 최적계수는 '0'입니다. 프레임의 수평및 굽어지는 비틀림은 에너지 흘려버리고, 자전거의 조정성에 부정적인 영향을 미칩니다. 수직방향으로의 플렉스는 어느정도 바람직합니다. 전체 자전거 이력현상 (damping 또는 에너지손실)에의해, 거친 표면을 여행할 때 수직방향의 플렉스 라이더의 편안함을 향상시킵니다.

그것은 몇가지 중요한 자전거 프레임의 특성과 성능을 결정하는 물리학의 법칙으로, 물리학이론에 너무 침잠되지 않더라도 자전거의 편안함은 도로의 요철을 흡수하는 능력에서 유래로, 힘을 흩어지게 하는것에서 기인합니다. 그것은 에너지를 잃게 합니다.

(좀 더 관심이 있은분을 위한 참고 "Hooke's Law", "Harmonic Oscillator", "Elastic Hysteresis", "Damping")

 

따라서, 자전거 페달 의한 비틀림 하중을 받을 유연한 프레임은 페달링의 결과로 얻은힘과 유사한 힘을 낭비합니다. 그것은 이론의 여지가 없이 당신의 에너지를 낭비합니다. 그러므로, 자전거 프레임중요한 수평 및 비틀림 플렉스는 당신의 능력 라이딩의 즐거움에 부정적 영향을 미칩니다.

 

우리는 측면과 비틀림의 강도를 어떻게 처리하는가?

첫째 우리는 자전거에 작용하는 가장 중요한 거의 예외없이 '평면이탈'로, 따라서 프레임의 비틀림 하중의 결과이며, 측면 또는 수직이 아니다라는것을 명확히 할 필요가 있습니다. 버텀브라켓 헤드튜브, 두가지의 중요부분에서 특히 그러합니다. 프레임의 이 부분은 모두 비틀림 하중에 거의 독점적으로 노출되어있습니다. 당신의 발의 운동의 힘이 프레임에 동일하게 전달되었는지 추측하는 것은 올바르지 않습니다. 당신의 발 프레임에서 약간의 거리를 두고 페달을 누르는 것을 고려해야합니다. (정확히 BB tread/Q-factor 에따라 다름) 이런한 발의 회전운동이 수평 플렉스로 전환되어 버텀브라켓 비틀림의 하중 일으키는 원인이되는 정도는 프레임의 torsinal 강성에 따라 달라집니다.

 

Direction-of-load.jpg

특히 카본복합섬유로 만든 프레임에 우리는 최대 비틀림 강성을 확보하기위한 중요한 두가지 방법을 가지고 있습니다 :
- 최적의 튜브 모양 및 구조 설계
- 최적의 탄소 섬유 짜맞춤(layup) 제조공정

Velocite는 자전거가 프레임 단위(a unit) 작동하는지 알고 있습니다. 따라서 모든 부분 충분한 강도와 비틀림 강성이어야합니다. 라이딩시 당신은 증가된 자신감과 더 나은 제어를 통해여 이 방법의 장점을 경험하게 될것입니다.

 

우리의 디자인의 철학적 정의

1. 1.5인치 오버사이즈 테이퍼드 헤드튜브

2. Full length의 버텀브라켓 쉘

3. 견고한 강성의 뒷 삼각 부분

 

오버사이즈 헤드튜브 다운튜브의 표면적을 가능한한 증가시킴으로써 프레임의 구조에 대한 직접적인 이익을 제공한다. 여분의 카본섬유 최적의 방향으로 배치되기 때문에 모노코크 프레임의 설계에서 특히 유리하다. 또 포크도 약간의 무게증가만으로 1,1/8인치 규격보다 더 강성(stiffness)하게 1.5인치 규격으로 만들 수 있습니다.

 

Full length 카본 또는 합금의 BB30 은 EX타입 BB방식보다 가볍고 강인합니다.  별도의 합금 보다 항상 더 엄격한입니다. 사실 그것은 크랭크 에 대한 완벽한 지원을 제공 효과적으로 강성이다. 사실, 그것은 크랑크축에 완벽한 지지를 제공함으로써 효과적으로 강성합니다.

 

뒷 삼각형의 매우 얇은 시트 스테이는 인기있는 디자인이지만, 우리는 이것이 최적의 성능을 제공 할 수있는 가장 좋은 방법이 아니라고 생각합니다. 얇은스테이 수직 및 수평 모두에 덜 강하고 의미없는 얇은 단면은 강도 방향성을 만드는것이 불가능합니다. 이러한 강도 결여는 수직으로의 효과 증가시키고 도로에서 오는 진동의 감소에 대하여 바람직합니다. 그러나 그것은 진정한 고성능 비틀림 강성을 제공하기 위해서는 매우 바람직하지 않고, 심지어 상대방 자전거의 최적의 후륜 추적입니다. 그러므로 Velocite는 프레임 최종 목표를삼각형에 디자인을 가능한 최고의 강도로 이용합니다.

 

비틀림에 대한 기하학적 최강의 형상은 원통입니다. 비트는을 처리하기 위한 할로우(원통)형상의 능력은 형상 기하학적 중심으로부터 형상 표면 거리에 의존합니다. 그림은 사각형과 원형을 비교하였을때 형상의 중심으로 부터 원형이 더 많음을 보여줍니다. 이것은 동일조건하에서 원통형 튜브가 비틀림의 강도에 강한 중요성을 의미합니다.

 

Circle_square.jpg

 

따라서, 공간이 허용하는 만큼, 당신은 Velocite 자전거 다운튜브가 원통형 모양인것을 볼 수 있습니다. 정사각형, 다면체, 또는 다중 다운 튜브 형상이 유행할지라도, 원통형, 또는 연속면에대해 구조적으로 떨어집니다.

정사각형, 또는 다각형 튜브는 자전거에 있어서 수직/수평 이동과 수직 하중을 처리에 더 효과적입니다. 이것은 프레임의 수직하중를 통해 제공되는 부분의 편안함으로 볼때는 생산적인 반대편입니다.

 

카본복합섬유의 부품 사각형 또는 다각형 사용은 또한 비틀림하의 주요변형은 전단변형(shear strain)이기 때문에 최적이 아닙니다. 그리고 이러한 변형은 카본섬유의 모서리에 집중됩니다. 카본섬유가 갖는 강도인 섬유의 길이를 가로지르는 방향으로 작동할 수 있기때문에 전단변형을 관리하기에 특히 적합치 않습니다. 따라서 전단의 경우에는 근본적인 탄소 섬유 짜맞춤에 관계없이 변형 중 일부는 실제로 카본섬유가 아닌 복합의 수지(resin)파트에 의해 지탱됩니다. 본질적으로, 이는 사각형 또는 다각형을 사용하는 경우, 장력의 탁월한 강도가 충분히 활용되지 않는 카본섬유 큰 장점 것을 의미합니다.

 

참고 : geometric shapes and torque : Lous L. Bucciarelli, Engineering Mechanics for Structures: Chapter 6 Stresses/Deflections Shafts in Torsion

 

 

What about making the bottom bracket larger to increase stiffness?

현대적인 프레임에서, 버텀브라켓은 플렉스하지 않습니다. 플렉스 최대량 버텀브라켓에서 관찰되지만, 버텀브라켓 자체가 유연하기 때문이 아닙니다. 그것은 프레임의 비틀림 하중에 따라 좌우로 움직이는 허용치 기인합니다(실제로, 프레임의 강성에 따라 버텀브라켓 상단에서 가상의 점을 중심으로 대략 5~20cm 회전). 그러므로 프레임 다른요소도 마찬가지로 강화하지 않는 한, 버텀브라켓을 크게, 넓게, 길게 만드는것은 프레임의 강성(Stiffness)의 증가를 초래하지 않습니다.

 

버텀브라켓을 크게함으로써 표면적을 증가 시키면 전단변형(shear strain)을 확산하는 역할을합니다. 그런데 카본복합섬유의 재료 이방향성의 인공 재료이기 때문에, 특성 짜맞춤(layup)을 변경함으로써 임의로 변경할 수있습니다. 따라서, 카본섬유 을 추가하면 공기 저항이 증가나, 기존 자전거 부품과호환성 없이 전단압력 관리에 동일한 개선을 달성할 수 있습니다.

 

참고 : torsion and shear in this educational article from The University of Cambridge: Bending and Torsion of Beams 

 

What about frame comfort, stiff frames are uncomfortable?

라이더에게 맞는 올바른 지오메트리와 올바른 라이딩 자세일지라도 자전거 프레임으로 인하여 라이더가 불편하다면 두가지 요인의 결과입니다. 그것은 노면으로 부터오는 매우 빈번한 진동제한된 수직허용치(vertical compliance)로인한  범프를 흡수하는 프레임기능의 실패입니다. 뒤틀림허용치는 편안함의 양을 결정하지 않지만, 과도한 비틀림플렉스로 인한 서투른 조작성은 불편 기여할 것입니다.
 

1. 진동흡수 : Velocite 카본섬유 짜맞춤은 매우 복잡하고 다양한 강성 계수 카본섬유 5-13층을 사용합니다. 강성(stiffness)에 관한 클라스의 이끌고있는것 외에, 매우 빈번한 진동을 성공적으로 흡수합니다. 카본복합섬유 재료 고유하고 우수한 흡수자산(낮은 특정 밀도와 복합재의 수지부분의 제진능력에 의한)을 가지고 있습니다. 바람직하지 않은 진동을 관리할 수 있도록 다른 요인은  Velocite 측벽 두께가 연속적인 가변의 짜맞춤으로 인한 프레임이기 때문입니다. 이것은 프레임의 서로 다른 부분 서로 다른 물질을 가지고 있음을 의미하고 서로다른 공진 주파수는 더욱이 진동을 흡수합니다.
 

2. 수직하중 허용치 : 원통형, 연속 표면 모양 정사각형 모양보다 수직허용치 더 많은 양을 허용합니다. 따러서, Velocite 프레임은 사각이나 다각형의 모양을 가진 프레임보다 우수한 비틀림 강성을 가지고 있고, 더 나은 라이더의 편안함을 초래할 수있는 수직허용치를 가지고있습니다.

 

High Rider Weigh Limits (nominally 110kg)

자전거 부품 구조 설계에서는 부품을 정상적으로 사용하는 동안 실패하지 않을 것이라는 점을 보장하기 위해 하중을 고려하는 것은 중요합니다. 높은 라이더의 체중을 견디는 높은 부하력(물리학 뉴튼의 제2법칙 Newton's Second Law of Physics). 부하는 부품이 사용되는대로 변경 즉, 동적입니다. 급가속/감속은 부품에 하중을 주어 변형됩니다. 주의 깊은 분석과 동적으로 매우 가볍고 강한 부품을 설계 할 수있습니다. 라이더의 몸무게 제한규정은 부품을 좀 더 가볍게 만들고자 하는 유혹에 의해 존재합니다. 적은 부하를 견딜 수 있도록 설계 부품 고탄성 카본섬유를 사용하여 적은 재료를 이용하여 제조 될 수있습니다. 이러한 방법은 실제 사용되어지는 동안에 예기치않은 실패나 사고를 초래할 수 있습니다.

 

Velocite 매우 높은 여유분과 동적 하중 견딜 수 있도록 부품이 디자인 되었습니다. 심지어 GEOS 프레임, 또는 TLCS31포스트와 같은 우리의 가벼운 제품과 부품이 소기의 목적을 위해 사용되는 경우 어떤 라이더 체중 제한도 없습니다. 우리는 높은 부하에서 우리의 기계 시험을 실시하고, 100kg을 초과하는무게 라이더의 몇 가지 테스트와 광범위한 라이브 테스트를 모든 부품에서 실시하고 있습니다.

 

Live Testing Program

과학, 공학 및 숫자 모든 초점 커다란 라이딩의 기쁨에 다소 가려져 나타날 수 있지만, Velocite는 라이더가 느끼는 invincible한 느낌을 만드는 것이 전부입니다. 우리는 확립 된 원칙에 따라 라이더에게 더 큰 즐거움을 제공 할 수 있다고 생각합니다.

 

우리의 테스팅 머신과 소프트웨어에서 관찰것이 실제로 현실에서 작동하는지 확인하기 위해, 우리의 주요 제품들을 장기적으로 라이브테스트(live testing) 단계 통과합니다. 때때로 9개월 동안 지속합니다. 우리의 테스트라이더 모든 연령 그룹, 대륙과 국적을 걸쳐, 레크리에이션 라이더, 엘리트 수준의 프로 라이더에서 고객의 다양한 단면을 나타냅니다.

 

그들은 일반 주행과 레이스 조건에서 사용할 각 제품 주요 성능 평가하는 일이 부여됩니다. 조립,과 제품마감, 내구성, 심지어 내충격성등의 용이성측면에서 모든것이 평가됩니다. 이러한 피드백은 우리의 제품사양을 다시 확인하고 대량 생산라인으로 이동하고 심지어 목표 성능 레벨을 달성하기위해 설계 변경과 구조를 만드는데 사용됩니.

 

이것은 참으로 모든 테스트 피드백이 긍정적것이 아님을, 필요한 변경을하는 결과로 일부제품의 납품은 지연받을 수 있음을 의미합니다. 우리는 시장에서 무엇인가 때문에 서두름 혹은 압박을 거부하는것이 좋은 일이라고 생각합니다. 우리는 경쟁사의 성능을 초과하여, 또는 적어도 더 나은 값으로 비교 성능을 제공하지 않습니다.

 

광범위한 실시간 테스트의 직접적인 결과로 만들어진 설계변경 예는 Velocite GEOS 경량의 로드용 프레임 입니. 아래그림에서 왼쪽에있는 라이브 테스트 프로토타입과 오른쪽의 최종버전 사이의 구조적인 변화를 볼 수 있습니다. 마침내 Velocite GEOS 프레임은 BB30 버텀브라켓, 훨씬 더 큰 체인스테이 헤드튜브, 버텀브라켓 뒤의(보이지 않는)부분에 추가로 카본섬유 을 보강하였습니다. 또한 헤드튜브 케이블 라우팅및 인터널 리어 케이블 라우팅을 통해 인체공학적으로 변형시켰습니다.

 

Geos_Frame_testing.jpg

 

 

 

 

 

 

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