Principles

Principes de conception Classified pour une transmission de vélo efficace

La philosophie de base de CLASSIFIED consiste à créer la solution de transmission la plus efficace, sans compromettre les performances de changement de vitesse et avec une fiabilité accrue.

EFFICACITÉ : C'EST L'ENSEMBLE DU SYSTÈME QUI COMPTE

La philosophie de base de CLASSIFIED consiste à créer la solution de transmission la plus efficace, sans compromettre les performances de changement de vitesse et avec une fiabilité accrue. Pour le cycliste, cela se traduit par les caractéristiques suivantes :

  • avoir la bonne vitesse à portée de main pour garder une cadence optimale ;
  • disposer instantanément de la vitesse adaptée dès qu'un changement soudain est nécessaire ;
  • bénéficier du meilleur rendement manivelle-roue.

Le système de transmission de vélo ultime doit présenter ces trois caractéristiques.

Sur les transmissions de vélo modernes, on observe toutefois certains compromis connus. Les principaux compromis observés, sur les systèmes 1x ou 2x, sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Caractéristiques1x2x
Vitesse optimale pour la cadence
Compromise par de plus grands étagements entre les pignons et/ou une plage de démultiplication limitée.
Pas de compromis, car il est possible d'avoir des étagements réduits entre les pignons et une grande plage de démultiplication.
Disponibilité instantanée de la vitesse adaptée
Compromise par l'absence de vitesse de secours.
Compromise par les performances de changement de vitesse du dérailleur avant.
Rendement manivelle-roue élevé
Compromis par des plateaux et des pignons plus petits (10T, 9T).
Compromis par le diamètre plus petit du deuxième plateau.


Le rendement manivelle-roue optimal dépend des facteurs suivants :

  • La ligne de chaîne doit être aussi droite que possible, afin de réduire les pertes par frottement de la chaîne et les forces axiales sur les roulements du pédalier et du moyeu.

    La figure ci-dessous montre que des forces axiales indésirables sont générées lors du mouvement vers les pignons extérieurs. Plus la ligne de chaîne est droite, plus le système est efficace..
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  • Le plateau et les pignons doivent être aussi grands que possible, afin de réduire les pertes par frottement de la chaîne et les forces radiales sur les roulements du pédalier et du moyeu, et de réduire l'effet de polygone.

    La figure ci-dessous montre qu'avec la même force de pédalage, la force sur la chaîne, ainsi que les forces sur les roulements du pédalier et du moyeu sont 45 % (1/0,686) plus élevées avec un petit plateau (F2) qu'avec un grand plateau (F1). Plus le plateau est grand, plus le système est efficace.
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Et sur la cassette, les pignons plus grands offrent un meilleur rendement. Si vous avez un pignon de 9T ou 10T sur votre cassette, vous utilisez en général constamment des pignons plus petits, même si vous n'utilisez pas ces extrêmes.

Classified a trouvé une solution combinant de manière optimale un système de transmission 1x et un système 2x, dans lequel tous les compromis ci-dessus peuvent être éliminés en introduisant un réducteur spécial sous la cassette.

Caractéristiques1x Classified2x
Vitesse optimale pour la cadence
Pas de compromis, car il est possible d'avoir des étagements réduits entre les pignons et une grande plage de démultiplication.
Pas de compromis, car il est possible d'avoir des étagements réduits entre les pignons et une grande plage de démultiplication.
Disponibilité instantanée de la vitesse adaptée
Pas de compromis avec un réducteur au moyeu Powershift extrêmement rapide qui remplace le dérailleur avant et offre une possibilité de vitesse de secours.
Compromise par les performances de changement de vitesse du dérailleur avant.
Rendement manivelle-roue élevé
Pas de compromis avec un grand plateau sur le pédalier, des pignons pas plus petits que 11T sur la cassette et un réducteur au moyeu très efficace.
Compromis par le diamètre plus petit du deuxième plateau.


En utilisant un réducteur entre la cassette et la roue :

  • Par rapport à un système 1x, la ligne de chaîne est améliorée, car le réducteur crée virtuellement des pignons 45 % (1/0,686) plus grands et il est moins souvent nécessaire de passer aux vrais pignons plus grands à l'extérieur de la cassette.
  • Par rapport à un système 2x, les forces sur la chaîne sont améliorées, car le réducteur crée virtuellement un plateau plus petit. Le fait que le développement de 0,7 du moyeu utilise toujours un grand plateau à l'avant signifie que nous n'augmentons pas la tension de la chaîne de 45 % comme avec un petit plateau. Il en résulte des pertes plus faibles sur la chaîne, le jeu de pédalier et les roulements du moyeu.

EXPLICATION PLUS APPROFONDIE DU RENDEMENT DU SYSTÈME 1X CLASSIFIED.

« LE MOYEU À VITESSES INTÉGRÉES LE PLUS EFFICACE AU MONDE »

Nous avons tout d'abord dû déterminer l'emplacement de l'engrenage et la topologie d'engrenage à adopter. Il est évident que ces deux contraintes sont également imbriquées. Les transmissions 1x ont généralement une apparence élégante et des avantages aérodynamiques auxquels nous ne voulions pas renoncer. L'apparition des cassettes monoblocs signifiait plus d'espace sous la cassette. C'était l'endroit idéal pour abriter un système de transmission à deux vitesses et créer un ensemble particulièrement soigné. L'idée de développer la transmission 1x la plus efficace avec un moyeu à vitesses intégrées compact et des performances de changement de vitesse exceptionnelles était née.

En ce qui concerne la topologie d'engrenage, on sait que lorsqu'ils sont utilisés dans la bonne configuration, les trains planétaires ont une densité de puissance et un rendement extrêmement élevés, à condition de respecter certaines contraintes de conception. Comme notre objectif de conception était d'exploiter le rendement supérieur des grands plateaux, nous avons voulu utiliser le train planétaire pour remplacer le petit plateau du pédalier par un plateau « virtuel ».

Cela signifie trois choses :

  • Avec le 11T comme plus petit pignon sur la cassette, le rapport le plus élevé du train d'engrenages devrait être de 1:1. En d'autres termes : il est possible de contourner le train planétaire pour obtenir un moyeu arrière qui fonctionne comme n'importe quel autre moyeu arrière.
  • En utilisant le train planétaire uniquement pour diminuer le rapport, nous avons pu choisir la configuration d'engrenages la plus dense en puissance et la plus efficace possible. Dans cette configuration, la couronne extérieure est connectée à l'entraînement en tant qu'entrée et le porte-satellites avec ses satellites forme la sortie, reliée au corps de moyeu. Le planétaire intérieur est verrouillé sur l'axe du moyeu. Dans le domaine de la conception de transmissions, on sait que cette topologie se traduit par un rendement d'engrenage global plus élevé que les rendements individuels des engrènements, car les forces d'entrée sont directement transférées et les rotations relatives sont faibles.
  • En n'utilisant le train planétaire que pour un seul pignon (là encore, en remplaçant effectivement le dérailleur avant), nous avons pu concevoir un moyeu qui ne présente aucune perte de frottement supplémentaire dans un rapport 1:1, car les pignons non utilisés sont alors verrouillés ensemble et tournent comme une seule pièce. Cela n'est pas possible dans les moyeux à vitesses intégrées multiples.

UN CONCEPT DE MOYEU À VITESSES INTÉGRÉES CRÉÉ DANS UN SOUCI DE MINIMISATION DES PERTES DE RENDEMENT N'EMPÊCHE PAS LES PERTES DE RENDEMENT, N'EST-CE PAS ? C'EST VRAI.

Avec la topologie de train planétaire que nous avons choisie, il est possible d'obtenir un rendement théorique supérieur à 99 % dans le rapport 0,7 et un rendement de 100 % dans le rapport 1:1, car les pignons sont alors bloqués et tournent comme une seule pièce.

Comme expliqué ci-dessus, l'utilisation d'un réducteur entre la cassette et la roue offre des avantages au niveau du système par rapport à un système traditionnel 1x ou 2x :

  • Pertes de chaîne inférieures à celles d'un système 2x en utilisant toujours le (plus) grand plateau du pédalier, comme le démontre le site Friction Facts.
  • Ensuite, les forces radiales exercées par la chaîne sur les roulements du moyeu et du pédalier sont plus faibles par rapport à l'utilisation d'un plateau plus petit à l'avant pour créer un rapport similaire. Ainsi, à « petite vitesse », vous avez moins de pertes de roulement (moyeu/pédalier) qu'avec un système 2x.
  • De plus, au niveau du système, par rapport à une configuration 1x, vous pouvez maintenant utiliser une ligne de chaîne plus droite lorsque vous choisissez des pignons plus grands, car le rapport de 0,7 crée virtuellement des pignons plus grands. Cela contribue également à augmenter le rendement du système de transmission.
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Amélioration de la ligne de chaîne par la création de pignons virtuellement plus grands avec le moyeu CLASSIFIED.

LA LIGNE DE CHAÎNE AMÉLIORÉE PEUT-ELLE COMPENSER LES TRÈS PETITES PERTES DANS L'ENGRENAGE ? OUI.

Chez CLASSIFIED, nous avons développé un équipement de mesure spécifique pour pouvoir mesurer le rendement total du système de transmission, depuis la manivelle jusqu'aux roues, avec une précision de 1 W. Comme le rendement global du système est la seule chose qui compte, nous avons mesuré le rendement du moyeu en incluant la manivelle, la chaîne, le dérailleur arrière, la charge des roues et le cadre avec sa rigidité spécifique.

Nous avons construit un vélo gravel avec une configuration Shimano GRX 1x + moyeu CLASSIFIED avec un plateau 42T et une cassette 11-34.

Pendant la mesure, la vitesse résultante a été maintenue constante en contrôlant le couple d'entrée sur la manivelle qui est mesurée. Cela nous a permis de mesurer la puissance d'entrée nécessaire pour rouler à une certaine vitesse. En comparant la puissance d'entrée requise dans deux réglages différents avec la même vitesse résultante et un rapport global similaire entre la manivelle et la roue, la différence de perte peut être mesurée avec précision.

RAPPORT PLATEAU-PIGNONRAPPORTRAPPORT TOTALVITESSE MANIVELLE (TR/MIN)VITESSE ROUE (TR/MIN)PUISSANCE D'ENTRÉE REQUISE (W)
42/28
1:1
1.5
110
165
46,2
42/19
0.7 Rapport (0.686)
1.516
108,8
165
45,9
42/21
1:1
2
113
226
63,3
42/14
0.7 Rapport (0.686)
2.058
109,8
226
63,8
42/17
1:1
2.471
109,3
270
78,4
42/12
0.7 Rapport (0.686)
2.401
112,5
270
79,0

Résultats des mesures

Les mesures ci-dessus montrent qu'à partir du pignon central et au-delà, le rendement total de la transmission est plus élevé dans le réducteur que dans le rapport 1:1, en gardant le même rapport total en changeant les pignons. Ainsi, la meilleure ligne de chaîne et les forces de roulement plus faibles améliorent le rendement du système et compensent la très faible perte dans l'engrenage.

Dans la comparaison des rapports ci-dessus, la vitesse de la manivelle et celle de la roue sont similaires, de sorte que les pertes au niveau de la manivelle et de la roue sont comparables. À des puissances d'entrée plus élevées, le rendement de la transmission augmente en raison des pertes à vide qui créent une compensation dans la perte de couple. Ce phénomène est également expliqué dans cet article du site Ceramic Speed : « Chain efficiency vs Rider output ». Avec des charges plus élevées, le rendement sera également plus élevé.

Sachant que la transmission idéale est une configuration 1x avec un grand plateau à l'avant et le moins de pignons possible sur la cassette (pour améliorer la ligne de chaîne et la durabilité de la chaîne), il faut tout de même au moins 16 vitesses (sur la base d'un étagement moyen de 10 % et d'une plage de vitesses d'au moins 400 %).

Multiplier par deux le nombre de pignons sur la cassette sans nuire au rendement ni aux performances de changement de vitesse est la solution ultime. C'est ce que Classified a réalisé : une transmission à 11 pignons qui fonctionne comme un 1x22, mais avec une vitesse de secours toujours disponible, à chaque fois !

Roëll

Écrit par Roëll Van Druten