チェーンリングに複数の材料を使用する理由

典型的な中レベルの道路のトリプルクランクセットでは、外側のリング（大きいリング）がアルミニウムで、内側のリング（小さいリング）がクロモであるのはなぜですか？

アルミニウムが1つで十分であれば、すべての人に十分であるように思えます。

それは各リングに加えられる力の量に関係していますか？おそらく、サイクリストが立っている登山の状況で最小のリングが使用される可能性が高いため、その時点で最大の力がクランクに加えられています（したがって、より強力なリングが必要ですか）。

これは、実際には、各チェーンリングが提供する力の倍増と、各チェーンリングのサイズ/質量の問題です。

力差

半径がクランクの長さとほぼ同じ大きさのチェーンリングがあるということだけを考えてみましょう。ライダーがそのチェーンリングを使用して（そしてシンプルなプラットフォームペダルを使用して）ペダルを踏んだ場合。チェーンの最大理論力は、ライダーの体重に等しくなります。（彼/彼女がハンドルを引いていないと仮定）。

さて、非現実的で途方もなく大きなチェーンリングを取り除き、より現実的なもの、クランクの長さの約半分の半径を持つものを取り付けましょう。ライダーが前の実験を繰り返すと、最大理論力がライダーの体重に加えられます* 2。

実験全体を繰り返しますが、今回はクランク長の1/4の半径を持つチェーンリングで、チェーンの最大力はライダーの体重の4倍になります。

つまり、クランクセットのような単純なメカニズムでは、出力力は次のように計算できます。

OF = IF *（Ir / Or）。

ここで、IF =入力力、Ir =入力半径、Or =出力半径。半径は、車軸から力が作用する点までの距離です。

ご想像のとおり、ほとんどのトライプチェーンリングクランクセットには、クランク長の約半分の半径を持つ大きなチェーンリングがあります。小さいチェーンリングは半分の大きさです。事実上、典型的なトリプルクランクセットは、小さなチェーンリングの出力を最大のチェーンリングに比べて2倍にします。

重さ

ただし、これはトピックの一部にすぎません。チェーンリングが大きいほど、重くなります。また、自転車の回転部分でもあるため、回転慣性が問題になると主張する人もいるかもしれません。ご想像のとおり、CroMoチェーンリングはAlよりも重いです。

耐久性

それでも決定を完全に説明することはできませんが、ここで説明します。アルミニウムは通常、鋼よりも摩擦摩耗に対する耐性が低いです。たとえば、アルミニウム片にバンプを下ろす必要がある場合は、軟鋼での同様の作業と比較して、少ない労力でそれを行います。これに追加されたのは、新しいチェーンリングの新しいチェーンが完全なローラー歯接触で複数の歯にかみ合い、各接触点間で負荷を効果的に分散するという事実です。小さいチェーンリングは、荷重を分散するための接触点を少なくすることができます。つまり、各歯は、ライダーによって加えられ、クランクで掛けられた合計力の大きな部分を受けます。つまり、小さなチェーンリングの歯は、大きなチェーンリングの歯よりもはるかに大きな荷重を負担します。

使用率

これに、ほとんどのライダーは中間チェーンリング、おそらく小さいものでより多くの時間を費やすか、大きいものは散発的に使用され、通常はライダーが勝った急降下でより多くの時間を費やすという主観的な議論を追加できます彼/彼女の完全な力を使用しないでください。

結論

これらのすべての議論により、選択された材料は、重量、耐久性、そしておそらくコストの間でうまく妥協します。

アルミニウム製の小さなチェーンリングと中間のチェーンリングは摩耗が早すぎ、不適切なシフトテクニックにより曲がりやすくなります。スチール製の大きなチェーンリングはより重くなり、クランクセットを手に持っている間は違いが容易に認識できるので、アルミニウム製の大きなチェーンリングを備えたクランクセットは2つの中で最も良い買い物をします。

これらの素材で作られた小さなチェーンリングの重量差は知覚されにくく、買い手はそのような小さな重量損失（ゲイン？）の価格差を支払うように訴えられないかもしれません。

また、アルミニウム製の小さなチェーンリングはプロのライダーに適している可能性があり、理想的には適切にスポンサーされるため、レースごとにチェーンリングを使うことは大したことではありません。また、彼/彼女は（理想的に）最適化されたシフトテクニックを持っているかもしれません（すなわち、ライダーは彼/彼女のシフトテクニックの欠陥を特定し、それらを修正しました）。

良い質問！素材が異なることには、いくつかの重要な理由があります。

• 摩耗：スチールはアルミニウムよりも長持ちし、プレーンでシンプルです。それでは、すべてのリングにスチールを使用してみませんか？大きなリングの側面には傾斜があり、シフトが容易で、リングが摩耗しても反転できません。おばあちゃんの指輪は、そのため、より長く続くことができます。

• 屈曲/曲げ：チェーンリングのサイズが大きくなると、チェーンリングのトルク/負荷により、屈曲や曲げが発生しやすくなります。ストレートスチールは実際にはかなり簡単に曲がりますが、CNCリングの方法により、リングをより強力にサポートできます。

• 重量：スチールはアルミニウムよりも重く、CroMoと同じです。小さいリングの場合、差は大きいリングよりもはるかに小さくなります。

• コスト：素敵なスチールフレームバイクとアルミニウムのように、より良い材料はより多くの費用がかかります。それは単なるコスト節約の角度かもしれません。（注意、これはチタンのような他の材料にも当てはまります）。

そのため、メーカー/販売者が異なるリング素材を使用する理由は複数あります。ほとんどの場合、上記の組み合わせであり、1つ以上のトレードオフ（より多くの重量対より少ない強度など）です。

主に、「レバーアーム」の問題により、最小のリングの歯にはるかに多くの力が加えられ、それらは最も強い必要があります。これは、力がより少ない歯に広がるという事実によって悪化します。

＃2の場合、重量をリストします-アルミニウムを使用した小さなリングでは、重量をほとんど節約できません。

一言：トルク。レバーアームとも呼ばれます。

この場合、レバーアームは、クランクアーム（ペダルが取り付けられている）とスプロケットの半径の差です。ライダーのペダルに加える力は限られているため、クランクアームにトルクが発生します。私たちの慣性は、選択したギアリングのチェーンを介して反対の力を生み出します。腕のレベルに十分な差があると、人間の力がトルクを生成し、チェーンリングの材料強度を超える可能性があります。

そのため、増加したトルクに耐えるために、最小のチェーンリングは通常、より強い材料、多くの場合スチールで作られています。

更新：モデレーターが拡張を要求しました。ここにあります。

トルクは「ねじり力」であり、自転車に乗るときにライダーが作成するものです。ペダルに加える力の量は、「トルクアーム」の長さで増幅できます。これは、この場合、ボトムブラケットからペダルまでのクランクアームの中心間距離です（ s）。同じ軸を囲むのは、フロントチェーンスプロケットです。ペダリング半径とスプロケット半径の違いは、指定されたスプロケットの有効な「トルクアーム」または「機械的利点」です。機械的な利点が増えると、ペダルから発生するトルクまたはねじり力も増えます。最小半径のスプロケットに対してペダルを踏むと、機械的利点が最大になります。

それが私たちの力を要約しています。今、材料について一言。相対的に言えば、鋼鉄は強くて重いが、アルミニウムは柔らかくて軽い。ただし、合金やさまざまな処理により、通常はコストが追加され、これらの固有の特性が変更されます。一番下の行は、関与する力（トルク）と材料固有の強度の応力/ひずみ解析です。そして、金銭的な予算があります。これは、利用可能なオプションや選択した選択に影響を与えます。スプロケット候補材料のレビューは、この返信の範囲や私の現在の知識をはるかに超えています。

言うまでもなく、メーカーはターゲットオーディエンスに最も費用対効果の高い製品を使用します。それは、あなたと私が地元の自転車店で手に入れることができるものとは対照的に、ツール・ド・フランスのチームのための異なる素材を意味するかもしれません。

日常のライダーのためのスプロケットになると、トルクになります。そして、必要な応力/ひずみ抵抗を満たす最も安価な2つの材料は、アルミニウム合金と鋼合金です。

OPの用語「クロモ」は、クロムモリブデン鋼とも呼ばれ、クロモリ鋼とも呼ばれることに注意してください。