辐条张力
——关于辐条张力调整的权威指南
或者说：为什么你不能仅仅相信“调好了”的轮组。
掌握车轮制作技术，必须掌握辐条张力调整。你可以把它想象成一种无形的力量，使我们的车轮坚固耐用。仅凭车轮是否“调正”来判断其好坏，是一种危险的心态。大多数与轮组相关的问题，包括但不限于断条，往往都源于此。并非危言耸听，它真的能成就或毁掉一个轮组。
事实上，你很快就能发现围绕这个话题仍然存在一些最常见的误解。或者，它们可能只是表述不当的建议。总之，我收集了一些：
- “越紧越好” —— [关于获得更硬朗的轮组]，
- “那个神奇的数字” —— [关于一种张力适用于所有情况]，
- “辐条有多结实” —— [关于仅从辐条抗拉强度推导辐条张力]，
- “将所有辐条拧到一样紧” —— [关于平均辐条张力]，
- “施加应力以释放应力” —— [关于使用额外张力作为应力释放技术]。
我们将在下文中详细讨论辐条张力调整，请继续阅读。
为什么辐条张力如此重要
当车轮转动时，根据其位置，辐条会不断地加载和卸载张力。每个车轮转动周期，这种辐条应变应力都会以重复的方式产生。简单的计算告诉你，这种拉伸和弯曲的循环在一公里长的路面上会发生超过450次。随着时间的推移，在数十万次的辐条应变循环下，疲劳逐渐累积，直到辐条失效断裂。每条辐条能承受的循环次数是有限的，这还没算上可能削弱你轮组的所有振动或坑洼。如果制作不当，我们编轮师还会导致辐条更容易过早失效，从而缩短辐条寿命。
看看DT Swiss这张展示不同条件下实际车轮张力的精彩示意图。看看张力从制作完成时（左图）到安装轮胎时（中图），再到使用中和负载下时（右图）是如何实际变化的。
为什么辐条张力如此重要？这种隐藏的力量使我们的车轮坚固耐用。图片来源：DT Swiss。
这是一个非常动态且复杂的过程。因此，经验丰富的编轮师主要关注点之一就是将张力调整得恰到好处。虽然实现完美的“正”和均匀的张力是理想状态，但在实践中却难以做到。然而，如果操作得当，即使是辐条数较少或使用较薄抽头辐条的轮组，也能承受巨大的重量负载并保持长久。
辐条张力——快速回顾
在物理学中，张力可以描述为通过绳索、电缆、链条等物体轴向传递的拉力… [了解更多]，与压力相反。如果中间没有弯曲，张力在传递它的物体（弦）上应该是恒定的，并且两端相等。张力以牛顿为单位测量，因为1牛顿等于1焦耳每米，但你也会注意到本质上常用的单位是千克力（kgF）。比较这两个单位，1kgF等于9.80N。
在车轮制作术语中，张力是作用在辐条上，将花鼓和轮圈拉向彼此的力。通过旋紧单个辐条帽，我们显然可以控制轮圈的横向位置（正心），并影响车轮的圆度。与此同时，我们也不可避免地会对辐条以及轮组的所有其他部件——包括花鼓和轮圈——施加张力。在一个理想的情况下，每条辐条都以相等的张力拉动，以将负载（径向压力）均匀分布在整个轮组中，并抵抗横向弯曲或可能的扭转，同时仍保持“正”和圆形。
正是这个事实使得车轮制作如此引人入胜，更像一门艺术。也正因为如此，我们通常将轮组更多地视为一个结构系统——一个部件状态的改变会极大地影响其他部件。
张力比详解
如果花鼓完全对称，意味着两侧法兰距花鼓中心的距离相等且直径相同，那么从逻辑上讲，两侧的张力应该相同，张力比应尽可能接近1。通常前轮（非碟刹版本）就是这种情况。但人们很少在前轮上遇到问题，因为它们需要承载的重量更轻，通常具有更宽的法兰和对称的居中，并且不传递扭力。要详细解释张力比及其影响，我们必须看看后轮的典型几何结构。
大多数非碟刹前花鼓的支撑角是相同的。
然而，对于后轮，情况就大不相同了，如下图所示。由于它通常是不对称的（暂不考虑场地车轮），两侧的支撑角不会完全相同，因此张力也必须不同。这都是因为一个称为“居中”的过程，在成品轮组中，轮圈应该位于花鼓中心线的正中间。
使用不对称几何花鼓居中车轮时，两侧需要不同的辐条张力。
我并非物理学出身，还记得第一次读到这个话题时的情景。解释可能非常蹩脚。我记得读过关于一艘船用两根绳索锚定在港口的故事。船头的绳索会以非常尖锐的角度直接系到码头上，而船尾的绳索则几乎平行于船身系着。这当然夸张了，但为了说明问题，很明显，与船尾的绳索相比，船头的绳索必须以更大的力量将船拖向码头才能使其固定。
现在让我们用我们的后轮来检验这个理论。以下是我放入计算器的一个轮组的数据。标准配置。只需看一下支撑角，我们需要它们。
提示： SpokeCalc除了识别支撑角外，还包含车轮左右两侧的张力计算器。输入你所用轮圈的最大推荐辐条张力，SpokeCalc 将为你的轮组两侧进行辐条张力计算。
检查不对称几何花鼓如何影响辐条张力。
现在让我们将轮组视为一个系统。对于这样一个处于平衡或静止状态的系统，物体上所有力的总和必须为零。如果我们进一步分解每侧辐条中的张力，我们会得到相关的垂直和水平分力。同样，由于合力为0，我们可以仅通过处于平衡状态的居中车轮的支撑角来推导张力比方程。
一些辐条计算器会给出一个输出，也称为张力比。基于上例中的支撑角，我们可以按如下方式计算：
从居中车轮的支撑角定义参考张力比。
这被称为每侧平均张力之间的系数，因此称为张力比。在实践中，你可能见过这样的表达：
- 左/右张力比（L/R）为 0.54，或
- 右/左张力比（R/L）为 1.82
尽管表述不同，但这两点显然代表同一件事。平均而言，右侧辐条的张力是左侧的 1.82 倍，车轮才能正确居中。如果我们构建后轮的驱动侧时张力约为130kgF，那么我们非驱动侧的辐条张力将仅为70kgF。左侧辐条张力每增加1kgF，我们就必须将右侧增加1.82kgF。这就是了解张力比的实际意义。试试 SpokeCalc 的辐条张力计算器，输入你所用轮圈的最大推荐张力，看看哪种花鼓最适合你。
也就是说，从辐条张力计算器识别张力比，在比较不同的轮组配置、初步选择组件或作为计算车轮每侧预期张力的指导点时，也很方便。
你可能会注意到，支撑角的差异越大，张力比就越偏离1。特别是在新款公路自行车后轮上增加额外飞轮片的趋势下，这带来了其几何形状的显著变化，从而张力比达到了1.5及以上。这就是为什么大多数与辐条相关的问题都出现在后轮的非驱动侧。
好了，我们现在看到张力比与支撑角是如何相互关联的。现在让我们测试一下，当我们调整一些设置（如法兰直径、法兰偏移量或轮圈偏置）时，它会有什么变化。所有这些都是为了尝试降低我们原始的张力比。
调整数据以观察如何影响支撑角和辐条张力比。SpokeCalc 的车轮辐条张力计算器为你完成所有计算。
变化很明显，对吧？从54%到67%，我们做到了：
- 左侧法兰偏移量减少 2 毫米，提高了 4 个百分点，
- 我们将两侧PCD（法兰孔节圆直径）统一为60毫米。虽是小变化，但通过缩短辐条长度提高了刚度。
- 额外收获： 我们添加了不对称轮圈！（带2.0毫米OSB - 偏置辐条床），看到了近10个百分点的改善。
测量辐条张力
过去，编轮师不得不主要依靠感官来判断辐条张力，如今市场上有各种高精度的测量工具。它们就是所谓的辐条张力计或张力表。我们在车轮制作过程中以及诊断和修复旧轮组时都会用到它们。老实说，对于我们大多数人来说，它们是工作中不可或缺的工具。
这种精密的测量设备通常通过将辐条插入两个固定柱之间，同时在中间用一个可移动的压力柱施加负载来测量辐条的挠度。由于不同材料、形状或直径的辐条张力不同，每个张力计都附有一个参考转换表，用于解释刻度（数字或模拟）上的读数。
然而，即使你手头有张力计，也并不能自动让你的轮组免于出错。在一些车间看到它们被不当使用后，或许无需强调，掉落、损坏或磨损的张力计几乎毫无用处。作为高精度工具，它应该妥善保管并极其小心地操作，包括在读取辐条张力时对辐条施加负载的过程。
一些辐条张力计制造商（例如 Park Tool）提供标准读数表，也称为辐条张力表，供不同辐条制造商使用。使用它们时，只需在表中导航，定义适当的辐条材料、尺寸和所需的张力过程。然后，你应该能够在辐条张力表的表头（第一列）读取预期的张力计读数，该读数是在你对辐条施加相应张力时，张力计将显示的。
著名的Park Tool TM1张力计所使用的辐条张力表 / 张力转换表。
在这里我想建议谨慎行事，因为根据DT Swiss的技术支持，不同制造商的辐条表现不同，因此不建议随意在不同辐条制造商之间通用张力表。这意味着张力计应使用不同制造商的类似辐条的不同张力转换表分别校准。这部分解释了为什么一些张力计制造商（例如我的Birzman工具）没有包含像Park Tool那样全面的张力转换表，尽管其价格至少高出五倍。
Birzman张力计转换表中仅提供了三种相同辐条型号（PSR-13, 14, 15）作为参考。
另一方面，精密的首次校准保证了高质量的精密度。但仍需要定期检查！
听音调张力。 老派的编轮师仍然相信自己的耳朵，通过“弹拨”辐条来调轮。这种通过耳朵检查辐条张力的方法称为辐条音高，如果你想了解更多，这里有一篇关于此的好文章。John Allan说：“就像吉他或竖琴的琴弦一样，自行车辐条在弹拨时会发出响声。” 使用他的技术，你应该检查整个轮组所有辐条的音高。弹拨时辐条发出的声音如有任何不匹配，都应进一步检查：松动的辐条应发出沉闷的砰砰声，而更紧的辐条则会发出更高的音调。通过练习，你也能很好地感觉什么是紧，什么是不紧。作者还指导了如何检查使用1X或多重交叉编法的轮组。这对于至少快速检查轮组很有用！
获得正确的辐条张力
那么，现在你可能在问自己这个价值百万的问题：多紧才算正确？第一个和第二个误解到底有什么问题？
简短的回答是：绝对没有一个适用于所有轮组的通用张力。但同样，尽管听起来有悖直觉，存在一个可接受的张力范围，足以让轮组制作得稳固且在公差范围内。但首先，让我们看看两个极端：施加过大的辐条张力，或者相反，让辐条过于松弛。
如果对辐条施加过大的张力，轮组往往会变得容易突然变形，且几乎没有早期迹象。然而，对于老一代的轮圈来说情况并非如此，如果你读过Jobst Brandt的书，在那些日子里，通常的做法是将辐条帽拧紧到轮圈稍微弯曲一点，然后再稍微放松整个轮圈。新一代的花鼓和辐条更强，很少通过早期警告来指示张力过高。轮圈可能在辐条帽处出现小裂缝，或者辐条帽可能突然被拉出轮圈。花鼓也是如此，尤其是那些带有额外钻孔法兰的轻量化花鼓。
抛开“越紧越好”的俗语，Damon Rinard清晰地表明，过度拧紧辐条并不会使轮组变得更硬。他的综合轮组测试告诉我们：“除非辐条完全松弛，否则轮组刚度不会随辐条张力显著变化。” 尽管施加了预张力，但辐条在负载下实际伸长的量是相同的，这意味着辐条张力并不会使轮组更硬。更多内容请阅读这篇关于辐条背后科学的超具体文章。你也可以通过其他方式影响轮组刚度，而不仅仅是辐条张力，比如辐条数量、支撑角、轮圈高度，当然还有选择合适的辐条本身。
另一方面，太小的力可能会使辐条更容易疲劳和失效，导致辐条寿命缩短。还记得DT Swiss那张关于轮组在完全功能状态下（安装轮胎并承重时）辐条张力的信息雷达图吗？在这种情况下，无论辐条编法模式如何，辐条应变（应力）都会变得更大。辐条帽很可能变得松弛，因为轮组有平衡张力的趋势，而且辐条也会因路面振动或其他冲击而失去张力。同样，这会使轮组不稳定并允许其变形，例如横向弯曲。在处理交叉编法时，你会注意到轻微的辐条移动，从而导致辐条相互摩擦产生令人不快的声音。
那么，让我们回到我们的问题。在DT Swiss的博客中，你可以读到他们的阐述：“车轮制作的艺术在于，在尽可能降低辐条间张力偏差的同时，将辐条张力设置得尽可能接近给定的最大值。” 但那个最大值到底是什么？在考虑正确张力时，应考虑两个固有相关的张力限制。
单个辐条最大值。 系统的强度仅取决于其最薄弱的环节，但这通常不是辐条本身及其抗拉强度的情况。钢丝辐条经过预拉伸，可以承受比轮组所需更大的负载或压力。断裂点可能达到250甚至300kgF。轮圈制造商通常会提供每个孔的最大张力，以防止轮圈开裂或辐条帽被拉出。大多数轮圈制造商将此限制直接标在轮圈上。
系统整体总力。 轮圈或花鼓所能承受的力是有限的。超过这个极限，整个结构将变得不稳定甚至危险，因为它可能在毫无预警的情况下崩溃。问问自己，真的值得把它推到极限吗？轮组的主要功能到底是什么？
这是我的个人见解。我通常在处理支撑角差异大、遇到扭力或甚至法兰偏移量较小的情况时，会寻求最大张力。这大多数适用于非碟刹公路自行车后花鼓。当张力比达到约1.85时，如果不使用适当的减震措施，你很容易让一侧处于即将松弛的边缘。对于通常具有较宽法兰和相似支撑角的前轮，我倾向于比该值低5-10%。但辐条数量和编法模式也在决策范围内。是的，对于较高的辐条数量，单根辐条的张力应相应降低。
读完所有这些，你应该更清醒地看待这个免责声明。尽管我的SpokeCalc内置了辐条张力计算器，但它提供给你的只是一个参考点，源自张力比。因此必须谨慎对待，因为它不会考虑作用在轮组上的总力（请再次阅读关于系统结构总力的段落）。
SpokeCalc的辐条张力计算器为你提供参考张力值和雷达图，下节将进行讨论。
辐条张力图——雷达图
如果你还记得，我们最初的误解之一是“将所有辐条拧到一样紧”。这基本上是一个复杂主题的简化或概括。
在车轮制作过程中，应同时跟踪几个方面。首先，车轮必须是“正”的。其次，它应该是圆的，没有摆动。第三，最终调好的车轮应正确居中，意味着轮圈位于花鼓中心线的正中央。最后，每侧的辐条张力应平衡。换句话说，每侧的辐条应以最小的偏差（相等地）拧紧。为了澄清这个误解，试着不考虑其他限制，将所有辐条拧到一样紧，在99%的情况下你都无法得到“正”的轮子！
Park Tool实用的辐条张力应用。在制作过程中平衡你的轮组！
但是，与其记住所有的张力读数，你可以使用所谓的雷达图或轮组制作图。它是车轮两侧辐条张力读数在圆形（雷达）图表上的视觉表示。
经验丰富的编轮师以几种方式使用这个工具。它并不总是在车轮制作过程中一成不变地使用（来指示张力偏差），更多是在车轮已经调正和居中后的读数结果。只有这样，它才可能显示任何轮圈变形，因为它指示了单侧所有辐条张力中的异常（偏离预期值）。通过这种方式，它揭示了轮组在张力变化过大方面的潜在问题区域——每侧辐条被过度拧紧或松弛。这种在轮组制作图中不接近圆形的凹陷，显示了轮圈的弯曲或其他变形。基本上，如果你无法在每侧张力均匀的情况下满足前三个条件（正、圆、居中），那么可能是时候换个新轮圈了。
另一方面，张力雷达图也可以揭示在其他方面“正”的轮组上存在的不当张力调整。有时你可能会得到一个有趣的锯齿形图案，其中一对辐条（无论是拉头辐条还是拖尾辐条）中的一个会更紧，另一个则更松。但总而言之，这对辐条仍然会使轮圈保持在中心并“正”。这看起来似乎是一个隐藏的问题，直到你检查每条辐条的张力。
检查时可能出现有趣的辐条张力读数模式。锯齿形是其中之一。
作为手工制作轮组的结果，专业编轮师通常也会向客户提供这样的雷达图，作为制作质量的证明。毫无疑问，最直观且信息丰富的可用工具之一是Park Tool的轮组张力应用（WTA）。你可以在车轮制作阶段使用它来跟踪每侧的张力读数，以及诊断前面提到的潜在“痛点”。
关于辐条张力的最后思考
即使你是一位经验丰富的编轮师，有时要考虑到所有限制并满足上述每一个条件也几乎是不可能的。如果你是这方面的新手，这肯定会有点难以消化。但我总是说，信息永远不嫌多，错误往往有其逻辑模式。归根结底，一切都取决于实践，当然还有记录！只是不要急于求成。
但再次强调，张力计并不是某种能将你的制作提升到全新水平的魔法工具。如果操作和维护不当，它甚至可能在过程中欺骗你。所以，保持警惕，享受制作轮组的乐趣吧！
Aljaž Trenta
作者兼创始人
“作为一名骑行爱好者、自行车技师和自学成才的网页设计师，将我的几项热情和技能结合起来构建 SpokeCalc 对我来说是极大的乐趣。”
原文链接：Spoke Tension