Kaikki ja vähän päälle mitä ihmisen tarvitsee tietää polkupyörän geometriasta

Olen tässä polkupyörähuumassa pohtinut myös jonkin verran tuota polkupyörän mitoitusta ja geometriaa. Asiaa sivuttiin tuossa fillarin ostoon liittyvässä jutussa, mutta siinä asia jäi varsin vajaaksi ja koska tähän liittyy paljon vanhoja uskomuksia ja näppisääntöjä, selvitän niitä itsellenikin kirjoittamalla aiheesta artikkelin. Kuitenkaan tässä jutussa ei esitetä valmiita ratkaisuja vaan lähinä kylvetään epätietoisuutta uteliaiden lukijoiden keskuuteen. Laajempana tavoitteena on luoda tietoisuutta siitä mitä polkupyörän mitat tarkoittavat ja mitä merkitystä tällä asialla on käyttäjän kannalta.

Artikkelissa on neljä pääosaa, johdanto aiheeseen polkupyörän mittasuhteet eli geometria, polkupyrön istuvuuteen vaikuttava geometria, ajo-ominaisuuksiin vaikuttava geometria, ja yhteenveto. Artikeli koskee ensisijaisesti timantti-mallisia runkoja ja aihetta käsitellään yleisestä näkökulmasta, joten maantie ja maastopyörien geometrian knoppeihin ei erikseen upota.

Polkupyörän mittasuhteet

Polkupyörän mittasuhteita ja ertiyisesti rungon mittojen yhdistelmään viitataan nimellä polkypyörän geometria. Alla olevassa kuvassa on nimetty englanniksi keskeisimmät pyörän rungon osat. Käytän tässä tekstissä jatkossa sujuvasti suomen ja englannin kielisiä nimiä sujuvasti rinnakkain ja sekaisin. Tämä lienee sitä suomen kielen rappiota, mutta elämä on liian lyhyt toistuvaan lingvistiseen umpikujaan tunkemiseen kun sen voisi käyttää uusien asioiden oppimiseeen vaikkapa juuri polkupyöristä, joten jätetään tämä keskustelu toiseen kertaan.

Rungon pääosat ovat rungon pää- tai etukolmio, takakolmio, ja (etu-)haarukka. pääkolmio muodostuu yläputkesta (top tube), emä- tai ohjainputkesta (head tai steerer tube), alaputkesta (down tube) ja satulaputkesta (seat tube). Takakolmio rajoittuu satulaputkeen ja siihen kiinnittyvät takahaarukan putket, englanniksi chainstays (alaputket) ja seat stays (vinot yläputket). Haarukka puolestaan koostuu ohjainpukesta (steerer), kruunusta (fork crown) ja haarukan alaputkista (fork blade).

Näistä osista, kuten alla laajemmin keskustellaan pääkolmion mitat vaikuttavat pääasiassa istuvuuteen, ja haarukan mitat ajokäytökseen yhdessä joidenkin varsinaisen rungon mittojen kanssa. Olen kuitenkin tullut lukemani perusteella ja siiitä järkeilemällä siihen käsitykseen että monilla rungon mitoilla on ehkä enemmänkin plasebo-vaikutsta käytöökseen, verrattuna kriittisiin mittoihin yhdessä muiden tekijöiden kuten painojakauman, rengasvalinnan ja rangaspaineiden kanssa. Tämä käsitys ei vaikuta noudattelevan ihan samaa kaavaa kuin usein esim foorumipuheissa, mutta paneuduetaan tähän alla laajemmin.

Kuvassa on nimetty (englanniksi) kewskeisimmät rungon osat ja/tai mitat. Ks. suomennokset tekstistä (Lähde: http://tannerscott.com/rushhourtraffic/?p=201)

Geometria ja mitoitus istuvuutta ajatellen

Muinovanhaan, n. 1990 -luvulle asti, polkupyörien koko oli varsin yksiselitteinen ja geometria oli varsin vakio kaiken kaikkiaan, ainakin maantiepyörissä. Perinteinen ns. miesten pyörä mitoitettiin sillä tavalla että pyörän päälle mentiin seisomaan kahareisin ja valittiin fillari jonka rungon vaakaputken ja omien herkkien osien väliin jäi muutaman-parin sentin turvamarginaali. Sitten satula asetettiin korkeudelle 88,3% jalan sisämitasta (Le Monde -mitta) tai sille korkeudelle että kantapää osuu polkimelle ja silloin satupaputkea pitäisi näkyä noin pyöräilijän kämmenen leveyden verran. Sitten satulan pituussuunta säädetään niin että painojakauma on noin about tasan ja silloin polvilumpion pitäisi pysyä polkimen akselin takana (Knee-over-the-Pedal-Spindle sääntö). Sitten sarvien pitäisi asettua karkeasti niin että kyynarvarsi ojennetuin sormin koskettaa satulan kärjestä juuri sarvien yläotteesseen.

Näistä konventioista myös juontuu perinteinen ja sitkeä tapa ilmoittaa rungon koko satulaputken mitan mukaan, joko keskiöakselin kohdalta putken päähän (center-to-top, c-t) tai vaakaputken keskelle (center-to-center, c-c). Tosiaasiassa pelkällä rungon korkeudella on pyörän koon ja istuvuuden kannalta jotakuinkin yhtä paljon merkitystä kuin vaatteiden kokomerkinnöillä, eli varsin laihasti. Osaksi tämä tietysti johtuu siitä että valmistajilla ja suunnittelijoilla on vähän vaihteleva näkemys siitä että millainen mitoitus on paras kuhunkin tarkoitukseen ja tietysti myös siitä että ihmisten ruumiiden mittasuhteet tuppaavat olla ainakin lievästi vähän erilaisia.

Sitten tuli 1990-luku ja maastopyöräbuumi, joka rikkoi nämä miesten maatiepyörien sovitussäännöt. Maastopyöristä periytyy esim nykyinen ns. kompakti geometria (compact geometry) johon kuuluu myös maantiepyörissä laskeva vaakaputki (sloping top tube) ja lyhyet takahaarukan putket. Kompakti geometria ja muut nykyaikaiset mitoituksen oikut ovat tietyllä tapaa myös vanhentaneet pystyputken mitan runkokoon mittarina. Nimittäin jos minulle nyt periaatteessa kuuluisi n. 60cm runko vanhassa systemissä, niin minulle sopiva mastopyörä voi olla esim 18″ c-c, eli 45,5cm keskeltä keskelle , vaikka esim vaakaputken mitta tai satulan ja sarvien etäisyys olisi samaa luokkaa perinteisen 60cm rungon kanssa. Näin siis koska tuo rungon pääkolmio on eri tavalla mitoitettu. Näinpä siis puhutaan rungon korkeudesta eli satulaputken todellisesta mitasta, ja efektiivisestä satulaputkesta, joka on mitta keskiöakselilta satulaputkea pitkin ohjainputken yläpinnalta piirrettyyn kuvitteelliseen vaakasuoraan viivaa, eli noin siihen missä perinteisen rungon vaakaputken yläpinta kulkisi.

Tästä päästäänkin aasinsiltaa keinottelemalla itse asiassa siihen, että nykyään(-kin) vaakaputken mitta on itse asiassa kokoa ja istuvuutta kuvaavampi ja määräävämpi mitoittava tekijä kuin rungon korkeus yksin. Vaakaputken mutta yhdessä ohjainkannattaimen tai stemmin (stem) pituuden ja mahdollisen istuinkannattaimen tai satulatolpan (seatpost) taaennuksen (tai mitä se sitten suomeksi onkaan, setback) kanssa määrään ns. ohjaamon pituuden joka karkeasti siis tarkoittaa mittaa satulasta ohjaustangon tai sarvien otekohtiin. Ennen tämäkin oli sikäli hoidossa, että ns. vakiomitoituksella vaakaputki oli hyvin samaa luokkaa kuin satulaputki, joten keskimittaiselle ja sopusuhtaiselle asia oli hyvinkin kunnossa kun rungon korkeudesta huolehti.

Entä sitten kun nykyään ei sitten mihinkään voi luottaa? Vähemmän valmistajien ja enemmän polkupyöräharrastajien käytössä ovat mitat stack ja reach, vaikkapa pino ja kurotus suomeksi. Karkeasti stack on mitta keskiöakselilta ohjainputken yläpintaan ja reach on mitta keskiöakselin kautta piirretyltä pystysuoralta janalta ohainakselin keskelle. Tässä olennaisena erona vanhoihin mittoihin on että stack että mitat kuvaavat rungon kokoa olennaisilta osiltaan riippumatta geometriasta. Nämä kaksi mittaa myös ovat siis tosiaan rugon sovituksen knnalta olennaisimmat tietää. Tosin jonkin verran asiaan vakuttaa myös satulaputken kulma (seat angle) joka yhdessä reach-mitan kanssa määrää todellisen vaakaputken mitan ja siis sen miten pitkä ohjaamo on, sekä siis myös sen miten makaava ajoasento on. Hyvä reach riippuu paitsi ihmisen pituudesta, myös ylävartalon pitudesta suhteessa jalkoihin ja käsien pituudesta. Stack puolestaan on vastaava mitta kuin rungon ns. efektiivinen korkeus. Yleensä  näitä mittoja ei sitten tosiaan missään ilmoiteta, mutta usein ne voi laskea ilmoitetuista.

Miten nykyaikainen mitoitus sitten sujuu stackin ja reachin kanssa? No eipä juuri kummemmin kuin ennenkään. Perinteiset ja muutkin mitoitussäännöt mitä löytyy pitävät edelleen sikäli paikkansa että noin keskimäärin edelleen pyörä samoilla mittasuhteilla käy edelleen. Oikeastaan stack ja reach mitat eivät sinällään ole valovuosien parannus muuten kuin vievät pois rungon korkeuteen tuijottamisesta. Näinpä voidaan keskittyä ajoasenon kannalta olennaisempaa rungon pituuteen. Satulan korkeuden määräämiseen on helppo tapa esim. yllä viitattu LeMond-mita, mutta rungon tai ohjaamon pituuden määrittäminen on monimutkaisempi juttu johon liittyvät torson pituus, käsien pituus ja iso siivu omaa subjektiivista mieltymystä.

Geometria ja ajo-ominaisuudet

Entä rungon muut mitat sitten? Alussa jaottelin täysin muista lukemistani jutuista poiketen geometrian ajoasennon määrittäviin ja ajo-ominaisuudet määrittäviin. Keskeisimmät ajo-ominaisuuksiin vaikuttavat mitat puolestaan ovat, ehkä hieman epäintuitiivisesti, haarukan mitat yhdessä ohjainkulman kanssa. Näistä ehkäpä tärkein on geometrinen jättö (geometric trail) joka muodostuu funktiona haarukan akselin kulmasta (steerin angle), eli ohjainkulmasta ja haarukan taivutuksesta joka vie kiekon akselin pois ohjainakselilta (fork off-set/rake).  Jättö on keskeinen selittäjä sille miten herkästi pyörä reagoi ohjaukseen ja miten vakaa se on eri vauhdeissa ja eri tavoin lastattuna.

Perinteisesti on sanottu että jyrkkä ohjainkulma tarkoittaa nopeaa ohjausta, mikä on totta jos kulmaan yhdistyy kohtuullinen haarukan taivutus, sillä silloin jättö on pienimmillään ja hyvin pieni liike sarvissa muuttaa suuntaa. Tästä äärisemerkkinä ratapyörät joissa on melko suora ja pysty haarukka. Toisessa ääripäässä pitkäkeulaiset chopperi-malliset kruisailupyörät, joissa on hyvin loiva ohjainkulma ja siten pitkä jättö, ja joita saa ohjailla melko huolettomasti.

Haarukan taivutuksen ja ohjauskulman vaikutus geometriseen jättöön ja pyörän vakauteen (Lähde: Bicycle and motorcycle geometry. (25.10.2011). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 18:20, January 31, 2012, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bicycle_and_motorcycle_geometry&oldid=457304904

Sitten on joukko muita mittoja joille annetaan ajoittain, myös hieman muodinomaisesti, suurikin merkitys ajokäytöksen ja ominaisuuksien selittäjänä. Tähän kuuluvat takahaarukan mitat, lähinnä siis yläputkien (seat stays) ja alaputkien (chain stays) mitta. Pientä takakolmiota pidetään hyvän voimansiirron tekijänä, ja se on yksi suuri syy kompaktigeometrian menetykseen maantiepyörissä. Sanotaan myös, että lyhyet takahaarukan putken tekevät pyörän joka on ketterä nousemaan ja kiihtyy hyvin. Näin voi olla tai olla olematta. Pieni takakolmio voi tarkoittaa sitä että putken vääntyvät vähemmän poljinvoimasta verrattuna saman paksuisiin pidempiin. Pieni takakolmio myös tuo taka-akselin enemmän polkijan alle, joka lyhentää akseliväliä ja mahdollisesti riippuen satulakulmasta myös ylämäessä tuo takapyörän enemmän painopisteen alle parantaen ehkä myös takapyörän pitoa, joka voi yhdistelmänä tuntua eloisalta ja hyvin kiipevältä.

Myös satulaputken kulmasta ja ohjainkulmasta keskustellaan usein ja eri tarkoitukseen suunnitelluissa pyörissä on erilaiset kulmat. Kuten edellä keskusteltiin tietynlainen perussääntö on ollut että ohjauskulman jyrkentyessä eli asteluvun noustessa eli ohjainakselin lähestyessä pystysuoraa ohjaus nopeutuu ja herkistyy. Vastaavasti satulaputken kulman kanssa on havaittavissa käänteinen riippuvuus, eli nopeammissa pyörissä on loivempi satulakulma, joka johtunee siitä, että nopeammissa pyörissä haetaan aerodynaamisempaa eli makaavampaa ajoasentoa ja  se edellyttää pitkää yläputke eli muut asiat ennallaan putken venyessä satulaputken kulman on pienennyttävä. Mitat kuitenkin pyörivät muutaman asteen vaihteluvälillä jotakuinkin 70 asteen ympärillä.

Millainen geometria on hyvä

… on kysymys joka riippuu täysin pyörän käyttötarkoituksesta sekä käyttäjän mieltymyksistä ja tottumuksista. Niin sanottu tieto hyvistä mitoituksista perustuu enimmäkseen kokemukseen ja aikojen kuluessa kerääntyneisiin näppisääntöihin. Eri tyyppisessä pyöräilyssä tietenkin on omat vaatimuksensa; esim tunnin korttelikisoissa tai velodromilla vaaditaan eri tyypistä käytöstä kuin kolmen sadan kilometrin noppakivien nuljuamisessa tai kolmen tunnin maasto-maratonissa.

Näppisääntönä ehkäpä jotain sellaista, että mitä epätasaisempi maasto, sitä loivempi ohjauskulma. Jättöä tarvitaan sopivasti että meno on vakaata aiotulla lastilla ja nopeuksissa. Satulaputken kulma, reach/yläputken pituus ja stack/ satulaputken pituus määräävät pyörän istuvuuden ja ajoasennon, vähäisemmässä määrin tietenkin satula, ohjaustangon ja ohjainkannattimen pituuden ja kulman kanssa. Jos lukijoilla on jotain sääntöjä näinhin niin otetaan vastaan, itse olen tyytynyt tuolla pyörän ostossa mainittuun competitivecyclistin runkolaskuriin ja omaan tuntumaan.

Yhteenveto

Polkupyörän geometriaan liittyy kaikenlaisia uskomuksia mitoituksista ja ajo-ominaisuuksista. Esimerkkeinä uskomus ohajuskulman vaikutuksesta ohjattavuuteen, takahaarukan mittojen vaikutus kiihtyvyyteen tai polvi poljinakselin päällä -ohje. Kuten kaikilla hyvillä uskomuksilla, näillä on yhteytensä todellisuuteen, muttei ihan siitä syystä kuin on yleisesti luullaan.

Polkupyörän mitoituksen hyvyys on edelleen varsin henkilökohtainen asia, mutta tämä juttu toivottavasti antaa eväitä polkupyörän ominaisuuksien ymmärtämiseen ja esimerkiksi polkupyörän ostoon.

Hyvää geometriaa

-Kartturi

Mainokset