Innanzitutto un paio di "statement" relativamente alla piega che sta prendendo questa discussione:
- mi fa molto piacere potersi confrontare, cercando di oggettivare le proprie posizioni
- è ancora più divertente il fatto che al momento ci sono 2 "idee parallele" che si differenziano principalmente su aspetti telaistici e che io e Giorgio abbiamo la possibilità di scambiarci i "disegni" CAD
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Entrando nel merito del tema "
spinta sui pedali" e conseguenti "sollecitazioni al telaio" (cioè i "load case"), ho fatto alcune riflessioni combinando quanto scrivevo
QUI (che non smentisco del tutto) e le considerazioni di Giorgio, arrivando a quanto segue:
1) giusto per essere chiari: è scontato che ad ogni azione DEVE corrispondere una reazione uguale ed opposta ... non ci sono discussioni
1a) MA una reclinata MBB non è assimilabile immediatamente ad una "pressa da palestra" perché i pedali sono appunto "mobili", essendo solidali con il carro anteriore che è libero di sbandierare allegramente se non tenuto fermo "in qualche modo"
1b) il "qualche modo" è alla fine della fiera la "reazione" (meglio "le reazioni") alla "azione" del pedalare
1c) certamente, spingendo sui pedali, andrò a contrastare appoggiandomi sullo schienale o aggrappandomi al manubrio se adottassi una pedalata "alla Ruga" (e sono già 2 condizioni diverse), MA stiamo pedalando su di una MBB! ...
1d) ... quindi per definire gli sforzi che sollecitano il carro anteriore dovremmo simulare insieme il carro anteriore, la parte posteriore della bici (telaio posteriore + sedile) ed il corpo del ciclista ... gambe e braccia inclusi ...
1e) ... oppure concentrarsi sul solo carro anteriore, capendo bene però dove andare a mettere le "reazioni" che vanno a contrastare alla "azione" della pedalata, perché sono convinto che pensare di contrastare tutto solo con le braccia non sia realistico, neanche in partenza in salita
... ma non ho ancora le idee sufficientemente chiare ...
2) quanto può valere la "spinta sui pedali"?
2a) la normativa ci aiuta fino ad un certo punto, perchè fa riferimento ad una BDC tradizionale
2b) le mie considerazioni fatte sempre
QUI potrebbero essere troppo trancianti
2c) allora provo a suggerire un altro modo per stimare la "spinta sui pedali", partendo dalla coppia trasmissibile allo spunto; in altre parole:
quanto posso spingere sui pedali prima di far slittare lo pneumatico della ruota motrice sull'asfalto?
3)
quanto posso spingere sui pedali prima di far slittare lo pneumatico della ruota motrice sull'asfalto3a) dipende da molteplici fattori (almeno i seguenti) legati a manto stradale e pneumatico: coefficiente di attrito tra pneumatico e manto stradale, condizioni del manto stradale, tipologia dello pneumatico e pressione di gonfiaggio dello stesso, carico verticale sulla ruota
3b) ma la forza sui pedali dipende anche dallo sviluppo metrico adottato (includendo così sia il rapporto di trasmissione che il diametro della ruota) e dalla dimensione delle pedivelle
3c) ho messo giù una tabellina su Excel ed ho provato a fare qualche simulazione; da
semplici passaggi matematici (è la frase che si trova in alcuni testi scientifici ... e non vedevo l'ora di usarla
plin-plin) si arriva ad alcuni valori numerici che almeno hanno una parvenza di oggettività (il file Excel lo posso condividere senza problemi)
Ora portate pazienza, ma serve un minimo di spiegazione ... altrimenti saltate ai valori numerici in fondo e fate un atto di fede
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Partiamo dalla distribuzione dei carichi misurata su una MBB che conosco (la MyRev) con un ciclista a me noto (io stesso medesimo):
Considerando un ciclista di 70kg (~700N) ed una bici di 10kg (~100N), il peso totale è la somma, pari a 80kg (800N) che si vanno a distribuire secondo il disegno sopra.
Quindi sulla ruota motrice anteriore il carico verticale risulterebbe di circa 46kg (464N), cioè il 58% del peso totale.
Adesso serve il coefficiente di attrito tra pneumatico e manto stradale.
Ho cercato in rete ed ho trovato valori abbastanza variabili ... Da
questo sito risulterebbe che un coefficiente di attrito in condizioni ottimali potrebbe essere di 0,75; altre fonti vanno da 0,5 a 0,8, quindi 0,75 mi sta bene anche perché mi mette "dalla parte della ragione" per il ragionamento che sto cercando di fare.
La forza tangenziale massima che pneumatico ed asfalto possono scambiarsi prima di slittare reciprocamente è quindi pari a 464 x 0,75 = 348N (~35kg).
Quindi attraverso la nostra spinta sui pedali non dovremmo superare una forza che attraverso tutta la trasmissione comporti una forza tangenziale tra pneumatico ed asfalto superiore a 35kg ... altrimenti slittiamo e non andiamo più avanti.
Da questa forza tangenziale massima tra pneumatico ed asfalto, passando attraverso il diametro della ruota, i rapporti di trasmissione (corona e pignone ingranati nel caso specifico che si sta analizzando) e la lunghezza delle pedivelle, si arriva finalmente alla forza massima sul pedale che porta al limite dello slittamento.
Questa forza è considerata applicata perpendicolarmente alla pedivella e da un solo piede (e vedremo magari in una altro post che per avere una caso "peggiore" conviene considerare che sia il piede sinistro).
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Ecco le spinte che risultano in alcuni scenari:
- Ruota 700C larghezza 23mm + n° denti pignone = 36 + n° denti corona = 30 + pedivelle = 172,5mm --> F MAX = 57,2 kg
(questa situazione fa riferimento alla super-compatta, al pacco pignoni ed alle pedivelle che uso in questo momento)
- Ruota 700C larghezza 23mm + n° denti pignone = 11 + n° denti corona = 46 + pedivelle = 172,5mm --> F MAX = 286,9 kg !!!
--> ovviamente questa è una condizione da non considerare ... si spaccherebbe tutto ancora prima di arrivare a tale forza
- Ruota 700C larghezza 23mm + n° denti pignone = 32 + n° denti corona = 34 + pedivelle = 172,5mm --> F MAX = 72.9 kg
(questa situazione fa riferimento ad una compatta, al pacco pignoni 11/32 ed alle pedivelle che uso in questo momento)
Con le pedivelle da 155mm le cose ovviamente cambiano. Giusto un paio di considerazioni:
- Ruota 700C larghezza 23mm + n° denti pignone = 36 + n° denti corona = 30 + pedivelle = 155mm --> F MAX = 63.6 kg
- Ruota 700C larghezza 23mm + n° denti pignone = 32 + n° denti corona = 34 + pedivelle = 155mm --> F MAX = 81.1 kg ... che vanno a nozze con la spinta di ~80kg ipotizzata "di pancia" (?) da Giorgio
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Dopo tutto questo apparente (?) sproloquio qual'è il "residuo secco"?
- 80kg di spinta
solo su di un singolo pedale possono essere un valore oggettivo, anche se in condizioni estremamente ideali (in particolare, il coefficiente di attrito 0,75!) e
con pedivelle da 155mm; a me è capitato di far slittare la ruota motrice spingendo in partenza mooolto meno ... ma i valori calcolati sono direttamente proporzionali al coefficiente di attrito, quindi è immediato stimare nuove "spinte" con coefficienti inferiori ...
- l'adozione di pedivelle "corte" normalmente comporta l'adozione di rapporti più corti ... che alla fine portano solo a cadenze più elevate, ma a sforzi non superiori (altrimenti ci si sfascia le articolazioni)
- quindi è più realistico fermarsi a 70kg
- se si considera una partenza in salita, la distribuzione dei carichi cambia un po' (l'anteriore si scarica) ... ma facciamo ancora finta che 70kg vadano bene
- bisogna fare attenzione a NON prendersi "margini di sicurezza" ogni dove, altrimenti alla fine il margine di sicurezza "complessivo" è esagerato!
- per il calcolo strutturale di una MBB bisogna chiarire / definire quali sono le "reazioni" (di che intensità e dove) che contrastano la "azione" dovuta alla spinta di 80kg su di un solo pedale
- appena subito dopo la partenza, la spinta sui pedali diminuirà a causa di vari fattori, ma soprattutto in conseguenza del fatto che nessuno sarebbe in grado di continuare a spingere 80kg per tanto tempo (a meno dei mostri da pista) ... quindi l'eventuale dimensionamento a fatica non dovrà considerare questi carichi, ma altri legati alla "pedalata rotonda" (o quasi
)
... ma di questo, tiriamo tutti insieme un sospiro di sollievo, ne dibatteremo un'altra volta ... magari con il contributo di quello che Giorgio sembra stia facendo in questo momento
Edited by recumbent - 17/10/2023, 08:14