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Titolo: Raggi di bicicletta ad "arco" - problema di meccanica

Supponiamo di saldare tra mozzo e cerchio di una bicicletta delle barre rigide curvate secondo una qualche legge matematica, al posto dei raggi. 
 
lo scopo sarebbe di sfruttare l'elasticita' di flessione di queste piccole barre in modo da conferire al sistema una certa capacita' di smorzare gli urti (a mo' di elemento assorbente come le molle degli ammortizzatori).
 
E' possibile trovare una forma curva per tali barre, in modo che la "costante elastica" di esse sia quasi indipendente dall'orientazione della medesima (nella rotazione della ruota) ovvero in modo che reagisca elasticamente allo stesso modo a tutti gli angoli?
Lo scopo e' quello di evitare che il comportamento elastico del sistema vari durante la rotazione della ruota.
Grazie per i vostri suggerimenti.
 
--
cometa_luminosa

 Supponiamo di saldare tra mozzo e cerchio di una bicicletta delle barre rigide curvate
 
 
Qualcosa del genere? (non serve per ammortizzare)
 
http://www.museoscienza.org/dipartimenti/catalogo_collezioni/images/03681_02.jpg
 
 
La prima osservazione che viene in mente e` che i raggi tradizionali 
lavorano a trazione, mentre quelli che stai proponendo lavorerebbero a 
pressoflessione. Dovrebbero essere abbastanza piu` grandi e pesanti, con 
aumento di costo, massa e momento di inerzia.
 
La seconda osservazione e` che oltre al coefficiente elastico, ci deve 
essere anche uno smorzatore altrimenti le vibrazioni durerebbero troppo 
a lungo.
 

 a lungo.
 
Il problema che io vedo è l'instabilità fino a risonanza, più che la 
vibrazione in sé, che causerebbe solo qualche prurito ... alla sella :), 
instabilità e risonanza che potrebbero causare più di qualche prurito:
 
https://www.youtube.com/watch?v=e7Pjak3fBA4
 
 
:))
 
--


Fai giustamente considerazioni fisiche che comunque non mi sono ignote.
 
 
Pero' a occhio e' difficile saperlo. Tieni presente che il mio scopo non e' necessariamente quello di realizzare un efficientissimo sistema ammortizzante come quello delle automobili o delle moto: nelle bici normali, mi riferisco a bici da corsa o sportive, non c'e' "alcun" sistema ammortizzante quindi mi accontenterei di qualcosa che eviti di darmi il mal di testa nelle buche, con le gomme (giustamente) ben gonfie :-)  
 
In alcune bici, ma non da corsa ci sono solo delle molle tra forcella e mozzo (in altre c'e' effettivamente anche un elemento smorzante). Inoltre considera che nelle carrozze di una volta c'erano solo le balestre (e nei primi veicoli a motore). Non era il massimo, ma meglio di prima si!
Grazie della risposta.
Ciao.
 
--
cometa_luminosa

 della ruota. Grazie per i vostri suggerimenti.
 
 
Sembra un problemino da tesi di laurea...
 
 
-- 
"Eppur sta fermo!"
                -- Cananeo Cananei


Una domanda: ma secondo te cosa impedisce al mozzo della ruota di cadere sotto l'azione del peso del ciclista? 
:-)
 
--
cometa_luminosa

 
Ma non lo e'. 
E' un "problemino" da uno che vorrebbe inventare qualcosa di nuovo ma che sa che tanto se brevetti qualcosa ti fanno pagare la licenza di brevetto finche' non ne puoi piu', poi il primo anno che smetti di pagarla ti fregano l'idea...
(e qui non so se mettere la faccina sorridente o quella triste o quella incaz...a).
 
--
cometa_luminosa


Quand'ero ragazzo e mi piaceva  molto andare in bicicletta ho pensato, per ovviare ai sobbalzi su un percorso accidentato (per esempio cosparso di pietre, o addirittura per scendere lungo dei gradini) a raggi telescopici, commndati da un pulsante, tipo la leva del freno, a portata di mano, per variare la pressione dell'aria nei tubi, diminuendola in ragione dell'altezza del locale rilievo da superare: in condizioni normali - rotolamento su suuperficie piana - la pressione è massima, anche per consentire la conservazione della rotondità della ruota che si schiaccierebbe col peso. La ruota è composta da un cerchione che si deve deformare assumendo la forma dell'ostacolo: avevo pensato in alternativa anche ad un cerchione articolato, come la catena della bicicletta stessa, o come nei cingolati.
Idealmente tutto il resto della bicicletta, ciclista compreso, dovrebbero così sempre traslare in linea retta.
 
Ne parlerò a Leone.
 
Luciano Buggio


tempo fa avevo visto prototipi (molti non li ritrovo), non 
necessariamente elastici nel senso di recuperanti energia, 
ma diciamo di smorzanti-resilienti, "foam-like"
 
tipo quello di questo hummer :
http://www.youtube.com/watch?v=Tj6cAjh4sJ0
 
 
o
 
http://www.youtube.com/watch?v=4cVSkm4ctGE
 
http://www.youtube.com/watch?v=RGgNisppg_g
 
http://www.youtube.com/watch?v=ri_2bUGYvqQ
 
 
http://www.youtube.com/watch?v=BAij6y7Fj9s
 
 
questa è integrata (razze-pneumatico mix)
http://www.youtube.com/watch?v=nbXCKhRTGKc
 
 
questa pare copiare le trabecole ossee orientate
http://www.youtube.com/watch?v=jLNEz__1A9c
 
con profili a flesso trazione intrecciati al profilo 
speculare (accel./frenata)
Il concetto rimane cmq quello di integrare razze ed azione 
del pneumatico, ma airless, con la gomma come mera 
superficie di presa, deformabile, e resistenza all'usura
 
 
pare però che più che sulla raggiatura o sulle razze, sia 
proprio il Tyre oggetto delle maggiori attenzioni in sé.
 
http://www.youtube.com/watch?v=_1t8x2mHW8U
 
questa invece ha raggi "magnetici"
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

 tutti i raggi sono sottoposti a flessione.
 
 
No, in una ruota di bicicletta i raggi sono troppo sottili per
lavorare a compressione (carico di punta) e anche a flessione.
 
Prova a prenderne uno e schiaccialo tra due incastri, o prova a
piegarlo: non resistono nemmeno a forze minime.
 
In primo luogo i raggi sono pretensionati, ossia gli viene data
una tensione anche senza carico.
 
In secondo luogo i raggi non sono esattamente "radiali" ma si
innestano su una piccola circonferenza centrale.
 
Il peso del ciclo e del ciclista viene trasferito al cerchione
dai raggi superiori e dal cerchione a terra tramite illo
pneumatico. 
Il cerchione pur essendo esile non si deforma perché è vincolato
dai raggi (che lavorano sempre a trazione).


 
dove pero' la soluzione sarebbe probabilmente troppo complessa e pesante per una ruota di bicicletta.
In ogni caso molto interessante!
Ciao.
 
--
cometa_luminosa

Omega> cometa_luminosa
 >> Omega
 >>> Franco
 >>>
 >>>> La prima osservazione che viene in mente e` che i raggi tradizionali
 >>>> lavorano a trazione,
 >>>
 >>> Sì, lavorano sicuramente a trazione se la ruota è senza carico.
 >>>
 >> Una domanda: ma secondo te cosa impedisce al mozzo della ruota di
 >> cadere sotto l'azione del peso del ciclista?
 >> :-)
 
Ovviamente la rigidità del cerchio, che distribuisce il carico sui raggi.
Semplificando (cioè ragionando solo sui raggi ortogonali al piano di 
rotolamento), quelli superiori sono sottoposti dal mozzo a trazione, 
quelli inferiori a una compressione compensata dal precarico dei raggi 
(se il precarico è superato si verifica il fenomeno del carico di punta, 
come devo aver già detto, fenomeno non controllabile ma che si può solo 
prevenire dimensionando opportunamente il precarico).
Per tutti gli altri raggi i carichi diminuiscono andando da quelli 
ortogonali al piano fino a quelli paralleli al piano, che a parte il 
precarico in sostanza non lavorano se non in fase di accelerazione e di 
frenata (che introducono flessione su _tutti_ i raggi).
 
--
 

 dai raggi (che lavorano sempre a trazione).
 
Nossignore. Il cerchione è "esile" ma molto rigido, altrimenti i raggi 
non basterebbero affatto a evitare la deformazione (infatti basta una 
brutta buca o un marciapiede preso di punta per deformare anche il 
cerchione di un'auto, figuriamoci quello di  una bicicletta).
 
E, ripeto, i raggi non lavorano "sempre" a trazione. Tu pensa non solo 
all'accelerazione - specie in frenata - ma pensa anche al fatto che il 
piano della ruota non sempre è allineato al senso di marcia, e ciò 
evidentemente introduce flessione nei raggi. Inoltre l'inclinazione 
della bicicletta in curva dice che la forza fra ruota e piano di 
scorrimento non è sul piano mediano della ruota e del mozzo, ed ecco di 
nuovo flessione. Per non parlare dell'effetto giroscopico che causa 
resistenza al cambiamento di piano di rotazione tanto più quanto la 
velocità di rotazione è più elevata, e che a sua volta introduce 
flessione nei raggi.
 
--

 Ovvio: perciò sopportano la compressione senza svenire! :)
 
Visto che sigma non cambia segno e che il sistema non e` lineare, non si 
puo` dire che sopportano una compressione.
 
-- 
 
Franco
 
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

 elasticamente allo stesso modo a tutti gli angoli?
 
Un ciclista degno di questo nome non si comporta come un corpo rigido: 
se il fondo stradale e' sconnesso (rotaie ecc.) solleva il didietro dalla
sella, in modo da scaricare tutto il suo peso sulla pedaliera (ed usa le
braccia come ammortizzatori). 
In questa configurazione il momento d'inerzia del sistema bici+ciclista 
rispetto all'asse della pedaliera e' davvero minimo, la sollecitazione 
degli urti impressi dal fondo stradale viene assorbita senza problemi.
Una bicicletta da corsa su strada e' un autentico gioiello di meccanica,
cercare di farne una poltrona e' un'idea blasfema: se non vuoi essere da 
me scomunicato limita questo thread ai veicoli a quattro ruote.	     ;-)
 
-- 
     Elio Proietti
     Valgioie (TO)

 flessione su _tutti_ i raggi).
 
 
Non c'è alcuna flessione, un raggio da 1 mm non può resistere a
flessione. Se non ci credi prova a prenderne uno e flettilo, ti
basta un dito.
 
Lavorano solo a trazione.


 si puo` dire che sopportano una compressione.
 
Guarda, se mi dimostri che un ciclista, magari di un centinaio di chili, 
in sella a un biciclo non causa una compressione sui raggi inferiori, 
che va a diminuire il pretensionamento di tali raggi, allora mi hai 
anche dimostrato che gli asini volano :))
 
Ripeto che il sistema non è lineare solo quando entra in condizioni di 
non linearità, ossia al di fuori del funzionamento di progetto. Il 
pretensionamento non causa non linearità, se non è mal calcolato, così 
come il precarico dei ponti sospesi non ne causa la non linearità sotto 
carico. Ci mancherebbe ! Anzi, il precarico è calcolato sempre in modo 
che nelle condizioni di esercizio (carico di progetto + coefficiente di 
sicurezza) il sistema funzioni linearmente, altrimenti sarebbe fuori 
controllo.
 
Tieni presente un ovvio risultato ben noto alla teoria dei sistemi e in 
generale alla buona ingegneria: la complessità dei sistemi artificiali 
si è ottenuta unicamente grazie al fatto che ogni sottosistema è 
progettato per funzionare sempre in ambito lineare.
La non linearità nei sistemi artificiali è semplicemente un errore di 
progetto. Anche nelle ruote di bicicletta.
 
Ma ti rendi conto che parlare di non linearità per un sistema meccanico 
come una ruota significa prevedere la sollecitazione delle parti 
meccaniche ai limiti della deformazione? Ma quando mai ?!?
 
--


condivido. Sostanzialmente i soli due o tre di raggi sulla 
verticale penso lavorino da soli di gran lunga più di tutti 
quelli restanti messi insieme.
 
Concordo anche sul fatto che una trave lunga e sottile 
caricata in punta abbia una resistenza inconsistente, 
specialmente in condizione non statica quando il già 
precario equilibrio è sempre rotto da una sia pur minimo 
carico a torsione del mozzo (che si traduce in flessione del 
raggio). Non è neppure una trave a due incastri, visto che 
al mozzo è incernierata ed ancora meno resistente.
Se poi è pretensionata a trazione, unica cosa sensata, a 
maggior ragione non lavora a compressione, semmai si rilassa 
e contribuisce ancor più a caricare a trazione il raggio 
contrapposto a cui il mozzo è appeso.
Ma cmq non è un problema : il modulo a trazione del raggio 
superiore è spaventosamente più elevato delle resistenze a 
flessione e compressione varie di tutti gli altri. Il 
cerchio è a tutti gli effetti una "struttura tensile".
BTW, non condivido molto nemmeno il fatto che il cerchio sia 
intrinsecamente rigido (un po' si, ma non tanto, è una 
specie di "U" in sezione ma con un rapporto sfavorevole tra 
il raggio e l'altezza dei risvolti, delle spalline. Se il 
cerchio si deforma poco, è proprio per il fatto che 
qualsiasi deformazione del cerchio perfetto tende a mettere 
in ulteriore trazione qualche coppia di raggi, sicché questi 
collaborano proprio per il pretensionamento quasi che ci 
fosse un cerchio "pieno" che non si ovalizza


 Omega

Ragionamento errato. Molto errato.
 
Primo: anche un elemento cilindrico d'acciaio del diametro di un 
millimetro ha le sue brave caratteristiche di flessione, e né la fisica 
né la meccanica in particolare si fanno con un dito. Figuriamoci se i 
progettisti di biciclette calcolano i loro sistemi con un dito!
 
Secondo: la flessione, nelle varie configurazioni di esercizio che ho 
descritto, non riguarda solo il singolo raggio o tutti i raggi 
considerati come tali, ma riguarda il sistema ruota, cioè la raggera con 
i suoi fissaggi al mozzo e al cerchio.
L'esempio della salita può essere chiaro al riguardo: in salita lo 
sforzo sul mozzo si oppone alla resistenza del cerchio esterno,(*) 
perciò è più che evidente la sollecitazione di flessione sulla raggera.
 
(*) che tende a "restare indietro" seppur di poco, e il "poco" dipende 
proprio dalla rigidità della raggera, ossia precisamente dalla sua 
resistenza a flessione.
 
Vorrei far osservare infine, per amor di meccanica e di scienza delle 
costruzioni, che possono lavorare a sola trazione *soltanto* elementi 
incernierati alle loro estremità. Di qui il notevole errore della tua 
conclusione.
 
--

 sovrapposto al pretensionamento non azzera quest'ultimo.
 
 
E quindi mi pare che ci siamo capiti. La sigma nel raggio non cambia 
segno, e` sempre positiva e questo significa che il materiale lavora a 
trazione. Se poi di fuori spingi o tiri, il materiale lavora sempre a 
trazione.



Adesso che ti ci ho fatto ragionare io e gli altri...
Facile cosi'  :-)
 
--
cometa_luminosa

 
 
Io non sono un ciclista professionista e non ho una bici supertecnologica ma solo...da poveri  :-) e inoltre vado spesso anche in citta' e ti assicuro che non posso tenere le gomme sopra 5 atm se no...mi si consumano i denti a furia di batterli  :-)
Ma forse dalle tue parti le strade sono decisamente migliori...
 
--
cometa_luminosa

 
I raggi di una ruota di bicicletta non sono incernierati?
 
Mi scuso se mi sono intromesso alla discussione tra te e Alberto Monolito.
 
--
cometa_luminosa


 
 


 i denti a furia di batterli  :-)
 
IMHO la tecnologia a raggi incrociati delle ruote da bici e' assolutamente
geniale. Vedere montare una ruota a raggi e' come assistere ad un gioco di 
prestigio, il risultato finale e' un'opera d'arte, meccanicamente perfetta!
Pero' non prendermi troppo sul serio: se preferisci rimanere "comodamente"
seduto sul sellino anche sullo sconnesso sono affari tuoi!     ;-)


 -- cometa_luminosa
 
--


 
--

 Luciano Buggio
 
 
Dove andavi in bicicletta?  
Nel Canal Grande o nel Canale della Giudecca?
 
Ciao.
 
 GS
 
P.S.
 
Per me i raggi di una ruota da bicicletta lavorano solo a trazione perché, sottili come sono,
 non possono  sostenere un carico di punta e tanto meno una flessione.

 
Nessun raggio deve essere sottoposto a compressione fintanto che lavora nel modo corretto.
 
--
cometa_luminosa


 
--

 
Perche', il "pretensionamento" del raggio non e' una forza esterna? Chi glie la fa questa tensione al raggio? 
Boh. Chi ti capisce e' bravo
 
--
cometa_luminosa


 
 



 
Le ruote tradizionali sono a doppia raggiera con i raggi tangenti, o quasi tangenti, al cerchio del mozzo,
come quella del link     
http://tinyurl.com/px36flm
    indicato da Cometa.    
Però attualmente ci sono anche ruote con i raggi radiali, e quindi a raggiera singola. 
Le ho già viste per strada e nella vetrina del negozio della OLMO.
Si possono  vedere anche nel sito - Ruote  Shimano -.
Naturalmente  i raggi lavorano sempre a trazione.
 
GS


 
Mario, io questo lo avevo capito benissimo, ma il punto e' che ... le forze si sommano! +10 + (-3) fa comunque un numero positivo  :-) Quindi, che ci sia un "pretensionamento" di + 10 ed una "compressione" di -3, a me ... 
... me ne frega il giusto :-),  perche' la risultante e' sempre una sollecitazione di trazione.
Almeno, a fisica mi hanno insegnato a ragionare in questo modo...
Ciao e grazie della risposta.
 
--
cometa_luminosa


 
 


 i raggi lavorano sempre a trazione.
 
Dalle foto pubblicate non mi sembrano realmente radiali, ma mi sembra
che i raggi, pur essendo unica la raggera, siano fissati al mozzo
alternativamente in modo diverso (uno tangente in una direzione del
mozzo e il successivo nell'altra), altrimenti la resistenza alla
flessione della raggera dovuta alla torsione fra mozzo e cerchio sarebbe
decisamente modesta.
--

 --
 
 
Le ruote a raggi radiali ci sono anche nel sito:
 
-    ruote american classic   
 
 dopo clicca su:    immagini relative a ruote american classic,
 
2° e 3° riga in fondo a destra, ma anche più avanti.
 
GS
 


Le ho viste anche in un negozio. Se mi ricordo come postare le immagini  :-)  invio la foto.
 
--
BlueRay

 In pratica, probabilmente non converrebbe perche'  piu' pesanti e/o piu' difficili da regolare in tensione.
 
 
...chi andava in MTB negli anni '90 si ricorder� del disk drive di 
Tioga: fili di kevlar al posto dei raggi. (John Tomac ci vinse un 
mondiale con quella ruota...)
 
http://goo.gl/vvdxJ8
 

 Infatti, secondo me, al posto dei raggi si potrebbero usare delle corde/cavi
  sufficientemente robusti, in teoria.
 
Anche in pratica!
...chi andava in MTB negli anni '90 si ricorder� del disk drive di 
Tioga: fili di kevlar al posto dei raggi. (John Tomac ci vinse un 
mondiale con quella ruota...)
 
http://goo.gl/vvdxJ8
 
 
 
Anzi, probabilmente basterebbe *un'unico* cavo infilato piu' volte nel 
mozzo e nel cerchio.
 
Vedi sopra
 


Non lo sapevo. Very interesting.
Ma il vantaggio era il minor peso rispetto ai raggi in acciaio, oppure altro?
 
--
BlueRay


 
Peso minore ed una certa elasticit� al posteriore che prima dell'avvento 
delle full-suspendend dava qualche vantaggio in termini di trazione al 
posteriore.
Fu poi abbandonata credo per problemi di gestione (difficile da centrare 
perch� andava smontata tutta la ruota), accumulo di sporco e forse anche 
di affidabilit�.