גיבורי האופניים הבלתי מוזכרים, אנחנו חושבים שהגיע הזמן שחישורים יקבלו את הכבוד המגיע להם
חוטי התיל הדקים האלה מבצעים עבודה קשה ללא הפסקה, נמתחים ונדחסים שוב ושוב בכל סיבוב של הגלגלים שלנו. הם גם נושאים את כוחות התאוצה של דיווש מהרכזת לחשוק הגלגל ומעבירים גם כוחות בלימה. התפקיד שלהם בעצם העובדה שאנחנו מסוגלים לרכוב על אופניים הוא כמעט קסום - גדילים דקים כאלה התומכים בעומסים עצומים כאלה. אז הרגשנו שהגיע הזמן שהדברים הצנועים יקבלו קצת קרדיט, שם צריך עומס שלם.
'הגאונות של גלגל החישורים היא שהוא יכול להעביר את הכוחות הגדולים מאוד שנוצרים לרוב על ידי הרוכב, האופניים ומשטחי הכביש המשתנים לתוך המוטות הדקים האלה, כל אחד מהם נדחס באופן שיטתי כשהגלגל מסתובב והעומסים מועברים אחד דיבר עם אחר, וכך זה ממשיך , אומר פרופסור מארק מיודוניק, מנהל המכון לעשייה באוניברסיטת קולג' בלונדון, מחבר הספר Stuff Matters, מגיש טלוויזיה ורוכב אופניים נלהב.הוא ממשיך, 'זו דרך יפה לייעל את המשקל, העלות והביצועים של גלגל.'
חישורים, ברגע שהם נמצאים במתח, בעצם מחזקים את החישוק באמצעות הרכזת כעוגן המרכזי. בתרחיש של עולם מושלם, כל חישור מושך במתח שווה כדי לפזר את העומס באופן שווה בכל הגלגל תוך שהוא מחזיק את החישוק נכון ומעגלי. החישורים חייבים לתמוך בגלגל נגד כיפוף צדדי ועיוות של החישוק וגם להתנגד למעיכה יעילה של הגלגל על ידי עומס אנכי (דחיסה רדיאלית). משימה לא קטנה. אין זה פלא שמאז הופעת הגלגל, מעט מאוד פתרונות אחרים נחקרו.
מתח דיבור
עכשיו הדברים מתחילים להיות טכניים, ולא תהיו לבד אם מה שאחריו קצת מבלבל ומנוגד לאינטואיציה. ישנה מחלוקת נמרצת אם אופניים תלויים למעשה מהחישורים העליונים (אלה שמעל לרכזת כשאתם רואים את האופניים מהצד) או ליתר דיוק נתמכים על ידי התחתונים, פועלים כמו עמודים זעירים."ההשקפה האחרונה, מוזרה ככל שהיא נראית, היא בהחלט המקרה", אומר ג'ים פאפאדופולוס מהמכללה להנדסה באוניברסיטת Northeastern בבוסטון, ארה"ב, והמחבר המשותף של מדעי האופניים.
למרות שקל להאמין שחישור לאופניים פשוט יקרוס תחת משקלם של האופניים והרוכבים, הוא ממשיך ומסביר שהמתח שנוצר בשרשור במהלך תהליך בניית הגלגל (נקרא 'טרום-מתח') הוא מה שמאפשר לחישורים התחתונים לשאת את העומס בלי להתכווץ, כפי שהיו עושים אם לא היה מתיחה מוקדמת. "לכל חישור בגלגל הלא טעון יש מתח בסדר גודל של 100lb [445N]. כאשר הציר נלחץ לכיוון הקרקע בכוח של 100 פאונד, ההשפעה המשמעותית היחידה על מתח החישורים היא הפחתת אלה ישירות מתחת לרכזת - בדרך כלל, אחד מפחית לכ-50 פאונד והחישורים לכל צד של זה מפחיתים לכ-75 פאונד. זה בדיוק מה שאפשר לראות עם חישורי עץ מלאים כמו גלגל עגלה ישן - התחתון ישא 50 ק"ג ואלו שמשני צידיו ישאו 25 ק"ג.ההבדל עם גלגלי חישור תיל הוא שחישור תיל אינו יכול לשאת עומס דחיסה - הוא יתמוטט. אז כל החישורים מתוחים מראש בצורה גאונית. חוט לא יכול לשאת עומס דחיסה של 50 פאונד, אלא כשהוא כבר נושא עומס מתח העולה על זה.
'כמובן שגלגל אופניים יקרוס אם החישורים העליונים או האופקיים יוסרו", מוסיף פאפאדופולוס. "אבל זה בעצם בגלל שלמבנה שהשתנה יש נתיב עומס שונה מאוד, ויותר מכך אינו מסוגל לספק את המתח הקדם הנדרש. אנחנו לא יכולים להשתמש בקריסה הזו כדי להסיק שהגלגל הטיפוסי נושא עומס דרך החישורים העליונים.' אם זה משאיר את הראש שלך מסתובב, אתה לא לבד. אז בואו נעבור לתחום הפשוט יותר של חומר דיבור.
חישורי פלדה
החישורים עשויים בעיקר מפלדה, בחירה של חומר שכפי שאומרת לנו Miodownik, "בעיקרון מסתכם ביכולת לקבל חוט אמין".חוט פלדה הוא נהדר כי אפילו עם כמות קטנה מאוד של אזור הידוק, כמו המקום שבו הפטמה מחזיקה את החישור בשפה, אתה יכול להפעיל עליהם די הרבה מתח מבלי להפשיט את החוט. נירוסטה היא החומר האידיאלי מכיוון שיש לה את השילוב הנכון של חוזק גבוה ומשקל נמוך, ובמקביל גם במחיר סביר.'
נירוסטה היא המתכת המועדפת עבור חישורים מאז סוף המאה ה-19 בגלל חוזק המתיחה הגבוה שלה, המאפשר לחישורים להישאר דקים יחסית וקלים תוך התמודדות עם הכוחות המופעלים עליהם. "חישורי פלדה עדינים יצטרכו להיות כבדים ועבים פי שניים", אומר כריס הורנזי-ג'ונס, מנהל מהנדסי המבנים Aerotrope. הוא עיצב את אופני ההרים פורצי הדרך לוטוס מסיבי פחמן ועבד על אחד הגלגלים בעלי חישורי המתח הגדולים ביותר שיוצרו אי פעם - המבנה בקוטר 60 מ' התלוי מתחת לגג של כיפת המילניום, המשמש כפלטפורמה למופעי אוויר. "על ידי הוספת כרום ומוליבדן לתוך הברזל והפחמן של פלדה עדינה, סגסוגת הנירוסטה המתקבלת עמידה הרבה יותר לעייפות.'
עייפות היא אויבו של חישור. אם אתה חושב שהקוואדים שלך נלחצים שוב ושוב מהחזרות על מהלומות הדוושה שלך, אז חבל על החישורים שלך, נפגעים עם כל סיבוב גלגל בודד. כל חישור בגלגל נתון בעומס דחיסה רק לשבריר שנייה שהוא נמצא ישירות מתחת לרכזת, ולרגע זה הוא נדחס לפני שהלחץ יורד והוא יכול לחזור לאורכו הרגיל. זהו מחזור בלתי פוסק שיכול להיות ביטולו של גלגל בנוי בצורה גרועה, פשוטו כמשמעו.
'גלגל הוא כמו הליכון מעייף עבור חישורים, שמקשה עליהם עוד יותר בגלל שהוספת חוט בקצה אחד ו[ברוב המקרים] עיקול ו/או ראש בקצה השני,' אומר הורנזי-ג'ונס. "החוט הוא מרכז מתח והעברת העומס מתרחשת בעיקר דרך החוטים הראשונים.יתרה מכך, הפטמה קשיחה יחסית, וכאשר היא מנסה לשבת בניצב לשפת, לעתים נדירות היא מתיישרת בצורה מושלמת עם הזווית אליה מגיע החישור, מה שיכול להיות הגורם ללחץ מרוכז נוסף. בקצה השני, עיקול ה-J מתגמש בדקה, ולאחר מאות אלפי סיבובי גלגלים רגילים, עלולים להתחיל להיפתח כל פגמי שטח זעירים, בעומק מיקרונים בלבד ובלתי מורגשים לחלוטין לעין האנושית. זה תהליך איטי בהתחלה אבל בסופו של דבר יוביל לשבירת חישור.'
חישורי אלומיניום
עם זאת, פלדה אינו החומר היחיד המשמש עבור חישורים. Mavic ו-Campagnolo (כמו גם חברת האחות Fulcrum של Campagnolo) הם זה מכבר חסידים של חישורי אלומיניום. לאלומיניום יש שליש מצפיפות הפלדה אך גם כשליש מהקשיחות, כך שחשורים צריכים להיות עבים יותר, מה שאומר שהם עשויים להיות פחות אווירודינמיים, דורשים פטמות בקוטר גדול יותר, ובהמשך, חורים גדולים יותר בחישוקים, מה שיכול להפחית את חוזק ואת קשיחות החישוק.חישורי אלומיניום גם נוטים להשתמש בעיצוב ישר משיכה מכיוון שכיפוף J באלומיניום יש סיכוי גבוה להיכשל תחת לחץ.
מגבלה נוספת היא שאלומיניום לא מחזיק חוט באותה קלות. הפתרון של Mavic הוא להשחיל את הפטמות ישירות לתוך החישוק, במקום על החישור. Campagnolo מציעה לה לבחור חישורים מאלומיניום ששוקלים זהה לגרסאות פלדה, אך בהשוואה משפרים את תחושת הנסיעה של הגלגלים שלו, אולם זהו עניין סובייקטיבי במידה רבה בו החישורים ממלאים רק חלק אחד, עם צמיגים, חישוקים ורכזות גם שחקנים משמעותיים, שלא לדבר על שאר האופניים.
בהתחשב בלחצים השונים שחישורים סובלים, סיבי פחמן אולי לא נראים כמו בחירה סבירה בכלל, אבל Mavic, יחד עם עוד כמה מותגי גלגלים מתקדמים, כמו Lightweight ו-Reinolds, מצאו דרכים לרתום את חוזק המתיחה שלו בחישורים, עם חיסכון ברור במשקל. ה-R-Sys SLR של Mavic, למשל, משתמש בצינורות פחמן חלולים כדי לספק קשיחות תחת מתח ועמידות בפני דחיסה."מתיחת החישורים נמוכה בהרבה מפלדה או מסגסוגת כי הפחמן נוקשה יותר", אומר מישל לטהנט של Mavic. "בהיותם צינורות, הם מתנגדים לדחיסה, מה שעוזר לשמור על קשיחות הגלגל, אם כי נדרשים חלקי מתכת מסוימים, המחוברים בכל קצה כדי ליצור את החיבורים בשפה וברכזת." שיטה חלופית משמשת ב-Cosmic Carbone של Mavic. Ultimate, שבו חישורי פחמן בעלי להבים עוברים מצד אחד של הגלגל לצד השני, מתחברים עם אוגן הרכזת וחוצים חישורים אחרים בדרך.
אמת מספין
יש עוד כמה פיסות חוכמת אופניים שהתקבלו הקשורות לחישורים שפיטר מרצ'מנט, מדען חומרים ומנהל האנט אופני גלגלים, שמח להפיג. "גלגל המשתמש בחישוק עמוק יותר עם חישורים קצרים יותר נתפס לעתים קרובות כ"חזק יותר", אבל זה בדרך כלל נובע מהנוקשות הנוספת הטבועה בחישוק", הוא אומר."כמו כן, אנשים רבים מאמינים כי מתח חישור גבוה יותר אומר שאתה מקבל גלגל נוקשה יותר, אבל זה לא המקרה. קשיחות הגלגל מושפעת מדברים רבים מלבד מתח בלבד, כולל ספירת חישורים, זווית חיזוק ועומק חישוק.
למעשה חישור יתארך באותה כמות בעת טעינה, ללא קשר למתח הקדם המופעל, כלומר הגדלת מתח החישור לא הופכת את הגלגל לקשיח יותר.' ממשיך Marchment, 'הכנסת חישורים תחת המתח הנכון הוא מכריע. במתח גבוה במיוחד, החישוק והחישורים עלולים להינזק יותר מכיוון שהם למעשה מועמסים מראש בכוח גבוה. אבל מתיחות חישורים נמוכים הם גם בעיה מכיוון שסביר יותר שהפטמה תשתחרר [להתפרק] כשהם מורידים את המתח באמצעות פגיעות או רעידות כביש, מה שגורם לגלגל לצאת מהמציאות.'
לא משנה מה המתח והתבנית, יש מגוון עצום של חישורים לבחירה, שלא לדבר על וריאציות רבות באיכות החוט שממנו הם עשויים.ספים, אחת מיצרניות החישורים המובילות, מייצרת 300 מיליון חישורים בשנה, ועושה קניות מסביב כדי לשמור על איכות ולהישאר תחרותי בכל מגוון המוצרים שלה. "60 עד 70 אחוז מהמחיר של חישור רגיל יכול להיות בחומר, אז חשוב לעשות את זה נכון, אבל הדבר החשוב ביותר עבור כל החישורים שלנו הוא הביצועים של החוט", אומר מנהל המכירות של ספים, קלאוס גרוטר. "אנחנו מחפשים חוט בהיר ומבריק ושיש לו חוזק מתיחה של 1,000 עד 1,050N/mm2 עם נתוני עייפות טובים וחשוב מכל, עמידות מצוינת בפני קורוזיה."
Grüter אומר לנו שהדגימות נבדקו במעבדה לגבי חוזק מתיחה, כיפוף ועמידות בפני פיתול. לאחר קבלתו, החוט מהסלילים מיושר במכונה וחותך. ניתן להפוך חוט רגיל גם לחישורים מנומרים (כאשר החלק המרכזי נעשה צר יותר) על ידי משיכת החוט דרך קובייה. לאחר חיבור, ראש החישור וכיפוף ה-J מחושלים והחוט בקצה השני מגולגל (לא חותכים).חישורים מוגמרים נבדקים הן על ידי מערכות ראייה מכונה והן על ידי עין ויד אנושית. מכונה אחת מסוגלת לייצר 20,000 חישורים עם תחתית ביום, מה שמסביר מדוע עלויות עבודה שונות משפיעות מעט על המחיר של חישור מוגמר ומדוע יצרנים ברחבי העולם יכולים למכור במחירים דומים.
אבל למה בכל זאת להדביק דיבור? ג'ונתן דיי מ-Strada Wheels מסביר, חישורים מחורצים טובים יותר בטיפול במומנט מאשר מד רגיל. הם רחבים יותר במישור הגלגל, שהוא כיוון כוח הפיתול, ולכן יש יותר חומר להתנגד לו. כמו כן, הם מתכופפים מעט יותר במישור הניצב, כך שהם טובים יותר בחלוקת עומס הדחיסה על הגלגל.'
דפוס דיבור
דפוס הדיבור המסורתי של גלגל אופניים כלל 32 (או לפעמים 36) חישורים, מוצלבים שלוש פעמים.הדוגמה השזורה של החישורים בגלגל שרוך מסורתי, רחוק מלהיות רק סידור קליידוסקופי יפה, הוא למעשה חלק פונקציונלי מעיצוב הגלגל.
במונחים של קשיחות לרוחב, הנקודות שבהן החישורים מצטלבים מאפשרות לכל אחד להיצמד אל אחר כאשר הוא מונח תחת מתח, כמו גם לתמוך בו בזמן שהוא נדחס. התפקיד החיוני ביותר של דפוס השרוכים עם שלושת הצלבים הוא בגלגל אחורי, שבו החישורים חייבים להעביר כוח דיווש מהרכזת. במקרה זה החישורים עמוסים בעומסי פיתול גדולים בהרבה הודות לכוח הפיתול ממערכת ההינע. חישורים בצד הקסטה, עוזבים את הרכזת בצורה משיקית, מעבירים כוח מסתובב (מומנט) מהרכזת אל החישוק. חישורים רדיאליים (שעוקבים אחר נתיב ממרכז הרכזת ישירות אל השפה, מבלי לחצות אחר) מסוגלים הרבה פחות להתמודד עם סוג זה של העמסה ויש סיכוי גבוה יותר להיכשל.
כאשר מומנט אינו מהווה בעיה, כגון בגלגל קדמי עם בלמי חישוק, שימוש בחישורים רדיאליים הגיוני.זה חוסך משקל, שכן החישורים יכולים להיות קצרים יותר ויש צורך בפחות כדי ליצור גלגל קשיח לרוחב. זה גם נראה טוב. עם זאת, בלמי דיסק גורמים לעומס פיתול משמעותי, מה שהופך את הדיבור הרדיאלי כמעט בלתי אפשרי. "הקפדה על תבנית השרוכים נכונה היא המפתח מכיוון שחישורים חולקים את עומס הדחיסה על ידי לחיצה על השכנים שהם חוצים, אז יש לשרוך חישורים כדי להיות מובילים או נגררים", אומר דיי. "אתה צריך לוודא שחישור מוביל לוקח את העומס תחילה בצד הכונן. בגלגל בעל 32 חישורים אתה רוצה 16 חישורים מובילים לחלוק את העומס. אם תטעו בשרוכים, בסופו של דבר רק שמונה יעשו את העבודה.'
למרבה הפלא, דפוסי הדיבור נותרו אחד ההיבטים הפחות מאותגרים של עיצוב גלגלים, למרות כמה קפיצות מסיביות קדימה בחומרים ובטכנולוגיית הייצור בעשורים האחרונים. זו מתודולוגיה מנוסה באמת וכמו שאומרים, אם היא לא נשברה…
