Dost možná se s jevem rozkmitání kola ve sjezdu spoustu z vás již setkalo. Já osobně jsem se s ním setkal spíše jako mechanik a při konzultacích s mými zákazníky. Osobně se mi tento jev zatím vyhýbá.

Musím se přiznat, že jsem nikdy nedokázal dát uspokojivou odpověď na to, co se vlastně při tomto jevu děje a hlavně proč se to děje. Před nedávnem mi volala žena mého zákazníka, který se velmi ošklivě vyboural ve sjezdu v Itálii a popisovala mi přesně tento jev. Opět to byl podnět začít se tímto trochu více zabývat a tak jsem hledal v článcích a hlavně na bike-foru.

Našel jsem pár vláken, kde to lidé řeší, ale ucelenou a fundovanou odpověď jsem nedostal, spíše dohady a fabulace. V tuto chvíli jsem se s tím smířil, poslal zákazníkovi mejlem odkazy s textem, že v tom není sám a nakonec přání brzkého uzdravení.

Před pár dny jsem sepisoval článek o ložiscích používaných v cyklo průmyslu a v jedné diskuzi pod článkem britského konstruktéra Hambiniho narazil na obsáhlý komentář jiného inženýra. Ten psal, že je sice hezké řešit mikro rozdíly v kvalitě a výkonu ložisek, ale že když v cyklistice nikdo neřeší vyvážení kol, tak všechny tyto nuance vlastně nic neznamenají.

Proklikl jsem tedy odkaz vedoucí na Dynamic Speed Balance abych zjistil oč tady běží. Myšlenka vyvažování kol se v cyklistice skutečně v podstatě neřeší. Naproti tomu u aut a motorek je to naprostá samozřejmost a kdo si nenechá vyvážit kola, ten se zlou se potýká. Toto téma bych časem rozvedl v jiném článku, ale byla to právě tato stránka, která mě zpátky vrátila na fenomén kmitajícího kola ve sjezdu. Dynamic Speed Balance totiž tvrdí, že právě nevyvážení kol může tomuto problému hrát do karet. Pojďme se tedy tomuto fenoménu detailněji pověnovat!

Speed wobble, death wobble, shimmy / shimmy speed…

Přesně pod těmito anglickými názvy totiž najdete veškeré potřebné informace k pochopení celé situace. V našich luzích a hájích totiž seriózní popis fenoménu kmitání kola chyběl, tedy až doteď! 🙂

Pro ty z vás, kteří se s problémem vibrací a kmitání kola ve sjezdu zatím nesetkali a neví o co jde, přikládám video…

Co považuji za základní problém je to, že kolo se rozkmitá z ničeho nic. Když se k tomu přidá relativně vysoká rychlost, běžně kolem 50 km/h, tak z toho vyplývá docela velký problém.

Na otázku co je přesnou příčinou rozkmitání kola není jednoduchá odpověď, faktorů je bezesporu více a musí se sejít ve “správnou” chvíli.

Bezesporu nejdůležitější ze všeho je rychlost. Jak jsem psal výše, tak rozkmitání nastává v rychlostech kolem 50 km/h. Abychom si to trochu ujasnili a rozvedli, tak v celém problému hraje velkou roli i tuhost rámu v oblasti hlavovky. Každý systém (v našem případě kolo + jezdec) má nějakou rezonanční frekvenci, při které začne oscilovat. Představit si to můžete jako skleničku na víno, kterou při správné zvukové frekvenci dokážete rozbít viz. video níže.

Dnešní kola mají torzní tuhost kolem 90-100 Nm a při této tuhosti nastává oscilace právě v rychlosti kolem 50 km/h. Starší kola mají tuhost nižší, neznamená to ovšem, že by k oscilaci nedocházelo, docházelo méně nebo více častěji, ale dochází k ní při nižší rychlosti, viz. video níže.

Jak bylo vidět na videu výše a potvrzuje se to i u dalších případů, tak častěji dochází k rezonanci ve chvíli, kdy nedržíte řídítka. Čili puštěná řídítka mohou být jedním ze startérů kmitání. Nicméně rozkmitání kola váz zcela jistě potká i když řídítka držíte a krom rychlosti a tuhosti rámu na to má vliv spousta dalších elementů.

Za důležitou lze považovat pozici na kole a také to, že právě nešlapete. Pokud se díváte na profíky, jak valí ve sjezdu posazení na horní rámové trubce se zatíženou přední částí kola, možná vám to začíná dávat smysl nejen z hlediska aerodynamiky… Řečeno opačně, pokud ve sjezdu nešlapete a sedíte vzadu na sedle, tím spíše vás rezonance může překvapit.

Ale co dál? Jsou i další situace, kdy sami nevědomky můžete kolo rozkmitat. Typicky se může jednat o situaci, kdy je vám zima. Člověk se začne třást, klepou se mu ruce a pokud k tomu přidáme správnou rychlost je problém na světe a to je opět zákazníkem v podstatě potvrzená hypotéza.

Na tomto případu je vidět, že někdy dochází k oscilování kola vnějším podnětem. Může jít například i o hrubý asfalt, výmol, vyjeté koleje a nebo třeba boční vítr!

Pokud bychom měli nějakým způsobem uzavřít to, proč k rozkmitání kola dochází, je potřeba vrátit se tak trochu na začátek, kdy jsem psal o dynamic speed balance… Nevyvážení kol může tomuto efektu přispět, nicméně stejně tak tomu může být u nevycentrovaného kola, házivého pláště a přispět může jistě i vůle na předním kole a v hlavovém složení. Určitě tomu nepomůže ani nesouosost kol, tedy pokud máte “dvoustopáka”.Je tedy nezbytné mít kolo v dobrém stavu, což platí obecně. Ovšem pravdou je, že některá kola mohou ke kmitání tíhnout více a svou roli v tom jistě sehrává i geometrie rámu.

Jakým způsobem k efektu kmitání kola dochází jsme si objasnili, ale co dělat abychom se z této prekérní situace dostali?

Jak vyzrát nad rozkmitaným kolem

Zachovat chladnou hlavu…

Jasně, to se lehko řekne, když vás v padesátce kolo vyhazuje jak vzteklý býk, ale reálně není až tak těžké dostat celou situaci pod kontrolu.

Jak jsme si již řekli, tak každá sestava má určitou rezonanční frekvenci při které začne oscilovat. V našem případě jsme mluvili o sestavě jezdec + kolo, ale je zřejmé, že tato sestava je proměnlivá. Na kole totiž můžete a nemusíte šlapat, můžete a nemusíte brzdit a hlavně můžete používat ruce a nohy.

V první řadě je dobré říci, že pokud se dostanete do situace s rozkmitaným kolem, určitě zapomeňte na přední brzdu! Při zabrzdění přední brzdy můžete v první chvíli celou situaci ještě zhoršit. Pokusit se snížit rychlost je jistě dobrá věc, ale lepší je využít “aerodynamické” brzdy v podobě narovnání těla a využití efektu odporu větru. Pokud už saháte po brzdách, určitě vemte rozumně za tu zadní.

Obecným řešením je celou sestavu rozhodit. Než zpomalíte, tak to trvá, lepší je tedy zasáhnout do pevnosti a tuhosti systému a to jde nejlépe nohama. Prostě kolenama sevřete horní rámovou trubku, čímž zvýšíte pevnost celku a oscilace zeslábne a zmizí. Stejně tak celou sestavu rozhodí, když budete šlapat. Nedokážu si ale představit, že si během kmitání člověk ještě přišlápne 🙂 ale dalo by se to považovat spíše za zabránění rozkmitání.

Co se týče rukou, tak pokud se kolo rozkmitá ve chvíli, kdy řídítka nedržíte, bude jednoduše stačit je opět chytit. Pokud se kolo rozkmitá ve chvíli, kdy řídítka držíte, tak je důležité nenechat si je vyskočit z rukou. Na druhou stranu není ani dobré držet se křečovitě, to situaci nezlepší, spíše naopak. Ideální tedy je, držet řídítka pevně, ale s uvolněnýma rukama a snažit se oscilaci spíše utlumit než přetlačit.

Pokud si prohlédnete videa motorkářů zejména na okruhových závodech, tak uvidíte, že se jedná o zcela běžný jev (v tomto případě většinou zapříčiněný dočasnou ztrátou adheze). Někdy to závodníky z motorky sundá, jindy to ustojí. Pokud už to ale ustojí, tak je velmi často vidět, že se zvedají ze sedla. To je další způsob jak celou soustavu rozhodit. Možná by pomohlo i vycvaknout nohy z pedálů, to bych ale nedoporučoval zkoušet 🙂

Motorky a kola nejsou jedinými sporty, kde se tento jev objevuje. Třeba i na takovém longboardu může být docela sranda 🙂

Je vám to málo? Tak to vás možná bude zajímat ještě jedno video na podobné téma a tím je kolaps mostu Tacoma Narrows Bridge…

To už jsme sice trochu utekli od tématu cyklistiky docela daleko, ale principiálně se jedná o stejný problém, kdy ke kmitání přispěl vítr a nevhodné technické řešení. Bohužel zde to skončilo vyloženě fatálně.

Rozkmitání kola z vědeckého pohledu

Na toto téma dokonce vznikla studie italských vědců z polytechnické univerzity v Miláně, kteří osadili klasické silniční kolo šesti měřícími přístroji obsahující akcelerometry a gyroskopy, počítačem a powerbankou. Výsledky studie přepisovat nebudu, jelikož bych to určitě nepodal správně.

Nicméně v terénu se podařilo oscilaci kola zaznamenat. Při šesti pokusech v klesání byly použity dvě různé sady plášťů, jedny 22 mm široké a druhé 25 mm široké. Rozkmitání kola se podařilo v rychlosti 50 – 65 km/h, bez úmyslného vyvolání, zaznamenat 2x. V obou případech šlo variantu s plášti o šíři 22 mm.

Z obrázku výše je patrné jakým způsobem kmity rozvibrují v podstatě celé kolo. Řídítka v představci kmitají nahoru a dolů, vidlice (nejspíše i přední výplet) se prohýbá a hlavová partie kola se vychyluje zprava doleva. Všechny tyto pohyby pracují ve frekvenci od 6 Hz (což je počáteční stav) do cca 7,4 Hz. To znamená, že za jednu vteřinu vykonají 7x pohyb doprava a doleva (potažmo nahoru a dolů).

Pokud bychom se vrátili k tomu co ovlivňuje rozkmitání kola a jak je možné mu zabránit, tak ze studie se dá usuzovat, že roli hraje šířka plášťů a s tím nejspíše související tlak. Pokud jste si všimli, tak se prozatím výhradně bavíme o silničních kolech. MTB kola mají totiž široké pláště a odpružení, toto všechno tlumí a rozkmitání kola eliminuje. K rozkmitání MTB kola může dojít asi jedině v případě, že budete řídítka držet jednou rukou nebo vůbec.

Myslím, že jsem téma kmitání a vibrování kola asi vyčerpal a tak je ještě dobré napsat, odkud jsem čerpal…

Článek Speed wobbles na Cycling Tips

Diskuze u článku Dealing with Downhill Speed Wobble at High Speed on a Road Bike na Road Bike Rider

Diskuze u článku Ceramic Bearings vs Steel Bearings… An Engineering Analysis na Hambini