辐条拉伸详解
初识辐条弹性及不同类型辐条对比
你是否曾遇到过辐条稍长一点，导致螺纹用尽的情况？或是曾在调紧阶段异常艰难的编轮过程中苦苦挣扎？听起来耳熟吗？很有可能，辐条拉伸在其中起到的作用比你想象的要大。这正是大多数编轮师在现实中首次接触辐条拉伸及其影响的常见场景。
在应用程序资源库中全面阐述这一主题后，我认为是时候也将这一讨论带到博客上来了，不过是以一种更实用、更专注于编轮师需求的方式。
辐条拉伸对于 SpokeCalc 来说并不完全陌生。一段时间以来，免费的 spokecalc.io 网站和 SpokeCalc 应用内的计算器引擎，都已将拉伸估算作为其长度计算的一部分。
但直到最近，应用才在 “我的组件” 页面中为用户保存的辐条引入了专门的伸长率图表，并带有并排对比功能。更有趣的是用于可视化对比常见辐条类型和形状的交互式对比工具。你是否渴望探索流行的圆辐条或扁辐条型号在伸长率方面如何相互比较？
在接下来的文章中，我们将深入探讨：
- 辐条拉伸究竟是什么？
- 为什么它对辐条长度和张力调整很重要？
- 不同材料与形状的表现如何？
- 最后，新的应用工具（伸长率图表、舍入建议）如何帮助你在编轮时做出更明智的选择。
理解辐条在负载下的行为，将帮助编轮师在准备项目和预测车轮特性时做出更明智的选择。
关于辐条拉伸
辐条不仅仅是把轮子固定在一起；它们在张力下会拉伸。这一特性，大多数编轮师要么没有完全意识到，要么走向另一个极端——随意忽略它，尤其是初学者。这种拉伸在绝对值上可能很小，但它从根本上定义了车轮在道路或小径上的感觉。更重要的是，从编轮师的角度来看，辐条拉伸直接影响编轮本身，正确的辐条长度选择只是其影响之一。
那么，这到底是怎么回事？伸长率（或称辐条拉伸）是指辐条在张力下的弹性特性。它描述了辐条在受到特定力（例如，以千克力为单位的张力）时延长的程度（以毫米计）。作为参考，在 100 千克力及以上的常见工作张力范围内，基于性能的不锈钢辐条可拉伸达到甚至超过整整一毫米。这样的差异很快就会打乱精心计划的辐条长度计算，你同意吗？
了解辐条的材料和尺寸，足以估算不同辐条类型和轮廓的伸长率，因为从数学上讲，伸长率取决于几个因素：
- 辐条的横截面积 —— 更大的表面积会降低弹性。
- 辐条长度 —— 更长的辐条绝对拉伸量更大，尽管按比例来说更小（拉伸系数）。
- 材料属性 —— 材料常数，如杨氏弹性模量，定义了拉伸速率。
- 施加的力 —— 张力增加并不会导致拉伸严格按线性速度增长。
运行基础辐条拉伸测试，与应用内基于数学的计算结果进行比较。
即使是形状或直径的微小变化，也能显著改变辐条在负载下的行为。对于编轮师来说，这是一个值得谨慎处理的特性——尤其是在使用更薄、更注重性能的辐条类型时。
辐条拉伸图表
由于辐条弹性在施加力时并非线性增加，应用最近的一次更新在其组件库中引入了专门的伸长率图表，以便更好地理解特定辐条的拉伸情况。
这些图表让你可以看到辐条在张力下的表现——不仅是其拉伸的幅度，还包括该拉伸如何依赖于所施加的负载，这由曲线的陡峭程度表示。
可视化面向性能的 Alpina Hyperlite 扁辐条的预估拉伸。请注意，当我们超过 100 千克力标记时，拉伸显著增加！
该图表甚至允许你选择辐条长度（右上角），并精确查看该辐条随着张力增加而拉伸了多少。
此外，你还可以将选定的辐条与另一个辐条型号进行比较，从而更容易发现你存储在组件库中的不同材料、直径或形状之间的差异。
但为什么了解辐条的弹性特性如此重要呢？
为什么预测辐条拉伸很有用
辐条拉伸不仅仅是一个理论数字——它对于实际编轮过程中的构建过程和最终车轮性能都有直接影响。这也解释了为什么自从在 SpokeCalc 计算器中引入辐条伸长率功能以来，我收到了如此多 “这绝对令人大开眼界！” 的评论。
尽管绝对拉伸值在纸面上看起来可能很小，但不知道它们会迫使你在向上或向下舍入计算结果时做出盲目决定。只要辐条长度错了一点点，负载下的伸长就可能导致条帽 “触底” ，进而让你用完螺纹。拥有准确的拉伸数据可以帮助你避免那些我们都曾经历过的令人沮丧的时刻。
拉伸还会影响车轮在调圈台上的组装过程。更柔软、更具弹性的辐条往往更挑剔——辐条张力建立得更慢，并且在释放应力过程中，你将不可避免地经历几次张力下降。如果你习惯了刚性十足的光面不锈钢辐条配置，这可能会让你感到意外：熟悉的旋紧条帽和追求均匀张力的例行操作突然变得不那么可预测，车轮更容易失圆。
辐条拉伸是在车轮制作的每一步都会遇到的“猛兽”：项目准备（计算）、编轮本身（张力调整）以及售后（骑行特性和后续维护）。
让我们把注意力从工作台上转移到 “道路上”。另一个方面是长期可维护性。过于有弹性的配置通常会导致更频繁的重新调紧，而过于刚性的配置在受到冲击时可能容错性较低。了解你的辐条在这个谱系中的位置有助于设定正确的维护期望。并且，能够透明地与骑手沟通这些信息！
最后，拉伸甚至为策略留下了空间。一些编轮师有意混合使用辐条——例如，在后轮的非驱动侧使用稍具弹性的辐条，以平衡张力并提高耐用性。由于许多编轮师尝试在张力较低的一侧使用更具弹性的辐条，我在应用中添加了一项功能，可以分别为车轮的每一侧选择辐条。这是一个微妙的细节，但它显示了理解伸长率如何能让你对编轮过程和骑行体验有更多的控制力。
来自一位工程师的说法： “在相同的拉力下，更细的辐条会承受更高的拉伸应力，因此会有更大程度的应变或拉伸，因此在车轮底部张力降低时，其弯曲处的形变也不会那么明显。”
辐条形状与横截面
影响辐条弹性的最关键因素之一是其横截面轮廓。本质上，这是抵抗拉伸的面积大小（单位 mm²）。此处微小的变化可能会产生惊人的巨大影响。例如，直径为 2.0 毫米的圆辐条已经比 1.5 毫米的硬得多，尽管乍一看直径差异并不惊人。
观察不同的横截面轮廓，从左到右：圆形、扁形（翼型）和低边缘扁形。
在应用中，扁辐条被视为翼型轮廓，这意味着它们的横截面按椭圆计算，而不是带有圆角的矩形。这更真实地反映了它们在张力下的实际行为。
双抽辐条展示了如何巧妙利用横截面来平衡强度和弹性。它们较薄的中间部分允许更轻的重量和受控的辐条体拉伸，而较厚的末端在应力最高的地方保持强度。另一方面，扁辐条或空气动力学辐条的表现则不那么直观。即使纸面重量相似，平坦的翼型截面与圆润的 “气动” 轮廓在抵抗伸长方面也可能表现不同。
圆辐条的表现可预测，而扁辐条的表现则不那么直观，通常厚度（而非宽度）对抵抗弹性的影响更大。
即使是横截面计算参数（如直径）的微小差异，也会改变辐条在受力时的行为。新的对比工具让你可以并排叠加多个辐条轮廓，以查看辐条形状的变化如何影响预估的拉伸。
这就是为什么即使是微小的参数差异——例如直径相差半毫米——也会改变辐条在负载下的行为。为了更清楚地说明这一点，新的对比工具让你可以并排叠加多个辐条轮廓，直接看到形状和大小的变化如何影响伸长率。
那么辐条材料呢？
辐条材料
虽然不锈钢仍然是最受欢迎的辐条材料，但如今的编轮师也遇到了表现明显不同的其他材料。无可争议，每种材料都带来其自身的弹性特性，这由其杨氏模量 决定。
杨氏模量（或弹性模量）本质上是材料的刚度。换句话说，是它弯曲或拉伸的容易程度。在保持基本伸长率公式所有输入不变的情况下，杨氏模量描述了材料的弹性率：
- 不锈钢：约 210,000 MPa（行业标准，用于大多数辐条，如 Alpina、DT Swiss、Sapim、Pillar 等）。
- 钛合金：约 110,000 MPa —— 几乎是钢的一半，这意味着钛辐条在相同负载下拉伸得多得多。
- 铝合金：约 70,000 MPa —— 甚至更低，这使其不太常用于辐条，因为拉伸过大且存在疲劳问题。为补偿，铝辐条通常比不锈钢辐条做得更粗。
- 碳纤维：变化很大（各向异性），因此无法用一个数字概括。其特性取决于纤维类型、树脂和纤维方向。总的来说，碳辐条应伸长得更少。你不能像对钢辐条那样通过施加高张力来 “拉伸” 碳辐条。碳纤维是脆性的，如果过度张紧会发生灾难性断裂。
杨氏模量越低，相同横截面积的材料的预期弹性越大。这让我们有了一个清晰的视角：即使模量的微小差异，也会对伸长行为，并最终对车轮感觉和耐用性产生重大影响。
注意： 现代先进材料（如碳纤维辐条、Pi-Rope 或 Berd 纺织辐条）通常是复合材料，因此具有各向异性，其特性在不同方向上差异很大，这带来了复杂性。理论估计只是假设；然而，仍需要对每种材料进行实际数据测试才能提供有用的近似值。
拉伸系数
遵循伸长率公式会给我们一个以毫米为单位的拉伸值——一个绝对数字。这很有用，但在比较辐条时还不够。
相反，通过引入拉伸系数（每毫米长度的拉伸百分比）这一度量来标准化辐条伸长率，可以将其与辐条长度关联起来，从而更好地理解。更长的辐条总拉伸量更大，但它们每毫米长度的拉伸量更小。反之亦然，较短的辐条总拉伸量更小，但其相对拉伸系数更大。
拉伸系数 = 伸长量 / 辐条长度
由于伸长率公式的复杂性，拉伸速率并非线性的，因此同一辐条型号的拉伸系数在张力范围内也不是恒定的。
结果：常见辐条类型与形状
我们终于到了有趣的部分——比较常见辐条类型和形状后得出的实际数字。以下部分让你可以并排比较整个辐条类别。在这里，你可以真正看到不同形状如何影响负载下的拉伸。
下面有两个图表，分别代表相同形状——圆形和扁形——最常见的辐条类型。通过对等效辐条长度的曲线进行归一化处理，这两个图表突出了哪些轮廓更能抵抗伸长，反之亦然（即相对刚度）。
这种更广泛的概述使人们更容易理解为什么某些辐条在性能构建中受到青睐，而另一些则为耐用性和易于调校提供了更宽容的特性。
提示： 点击图表上方图例中的特定辐条以显示或隐藏它们。将鼠标悬停在每条辐条图表线上的标记（点）上，可以在工具提示中查看详细信息。你还可以更改辐条长度以动态重绘图表。
圆辐条
📏 270毫米
示例拉伸 – 圆辐条，不锈钢 (120 千克力， 270 毫米)
扁辐条
📏 270毫米
示例拉伸 – 扁辐条，不锈钢 (120 千克力， 270 毫米)
研究各类别（圆形、扁形）常见辐条的伸长率，我们可以得出什么结论？
- 并非所有辐条的拉伸都相同 —— 轮廓、尺寸和材料都会改变辐条在张力下的伸长量。
- 拉伸不是线性的 —— 负载越高，伸长增长越快。因此，随着张力升高，曲线明显开始分开。
- 圆形 vs. 扁形 —— 对于圆辐条，增加直径会提高刚度。对于扁辐条，厚度（而非宽度）对抵抗伸长的影响更强。
- 辐条长度很重要 —— 较短的辐条显示出更高的拉伸系数（每毫米长度的拉伸量更大），但绝对拉伸量较小；而较长的辐条总伸长量更大，但相对更小。
- 实际编轮影响 —— 有些辐条允许更精细的张力调整，而另一些则需要更慢、更谨慎的张力调整，以避免在应力释放过程中损失张力。
- 拉伸系数意识 —— 了解伸长率有助于在计算长度接近的两种辐条长度之间做出决定，减少猜测。
附：张力过大？
对辐条弹性的深入探讨让我思考编轮师可能面临的另一个问题：张力过大。事实证明，虽然辐条拉伸是一种弹性特性（张力释放后辐条会恢复到原始长度），但这只在一定限度内成立。
这个极限被称为屈服点，基本上，它是一个无法返回的点。将辐条推过这个点，理论上材料就停止表现弹性，意味着它不会完全回弹。相反，它会永久性拉长、变弱，并且容易疲劳。
弹性极限可视化：注意曲线的相当陡峭、线性的上升部分（弹性区域）是如何被弯曲和平坦部分打断的，在那里伸长量的增加速度远快于施加的力。
这就是为什么极端张力是有风险的。一旦你越过了屈服区，无论怎样重新调整车轮张力，都无法帮助恢复辐条的原始强度，因为材料已经永久损坏。
除了 “张力增加轮组刚度” 的误区，这是我不主张高张力设置的另一个原因。
舍入建议
当涉及到辐条计算时，选择合适的辐条长度很少是直截了当的，尤其是当你被卡在两个可用的辐条长度之间时。在这种情况下，假设你没有昂贵的辐条切割机，盲目地向上或向下舍入可能会带来真正的后果。
- 太长的辐条有超出条帽、螺纹 “触底” 甚至损坏轮圈贴纸的风险。
- 太短，则可能啮合螺纹不足，使构建更脆弱，并对条帽造成过大压力。
注意： 在应用的辐条计算器中，会估算辐条拉伸，但不会直接计入最终的辐条长度计算。相反，它是单独显示的，将决定权留给编轮师。
将辐条拉伸整合到辐条计算器中，催生了全新的舍入建议功能的想法。这个新功能分解了决策过程，并引导你做出更明智的选择。它考虑了以下因素：
- 原始计算出的辐条长度
- 基于辐条特性的预估辐条伸长量
- 供应商提供的可用辐条长度范围（例如，只有偶数长度或只有奇数长度）
舍入建议将引导编轮师在向上或向下舍入时朝正确的方向思考。
通过其建议的选择，该工具帮助你在向上或向下舍入之间找到平衡点，并让你对为项目选择正确的辐条长度充满信心。
最后思考
除非你主要重复使用刚性和粗壮的辐条进行编轮，否则你很可能会在某个编轮过程中遇到辐条拉伸及其影响。希望不是以需要使用不同辐条长度进行昂贵重建的方式遇到的。
但说真的，只要意识到它可能带来的影响——尤其是在使用更薄、更注重性能的辐条时——就能帮助你在选择辐条长度时走向正确的方向，并根据其预期张力下的行为，策略性地选择最适合用途的辐条型号。
通过将所有常见辐条型号集中在一个地方并进行并排比较，应用的新功能无疑将在读过这篇文章的编轮师中 “开启”更多双眼睛。
享受编轮的乐趣吧！
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。”