ITPI940011U1 - Bicicletta ad aste centripete a max. aerodinamicita'. - Google Patents

Abstract

Trattasi di una bicicletta progettata soprattutto (ma non esclusivamente) per stabilire record di velocità su pista e/o su strada. La principale novità (v. disegno) è data della soppressione del collegamento assiale tra il manubrio e la forcella della ruota anteriore. Il comando manubrio-ruota anteriore è in tal caso garantito da un sistema di fili e pulegge (v. descrizione).La particolare conformazione del telaio, conseguentemente, fa sì che:a) la bicicletta assuma una forma decisamente aerodinamica b) il telaio risulti altamente rigido, poiché in condizione dinamica del mezzo tutte le forze attive dell'atleta e di reazione dei vincoli sono portate a "scaricarsi" in una unica zona centrale del telaio (denominata "crociera")c) vengono meno alcuni vincoli e la progettazione si fa più libera.d) si possa affermare la nascita della bicicletta universale.

Description

DESCRIZIONE

1. PREMESSA

Lo sforzo nel mettere a punto il modello in oggetto é stato innescato nel sottoscritto dopo la lettura di un articolo su un settimanale nazionale. In questo veniva presentato un prototipo di bicicletta che un noto campione spagnolo utilizzerà nel settembre prossimo per battere il record dell’ora su pista. Ancora maggiore é stato l'accanimento dopo aver constatato che 'a costruire tale prototipo sono stati due giovani studenti della Scuola dì Belle Arti di Madrid.

Tuttavia, oltre all'arte, una simile "macchina" ha bisogno di tecnica...

Così lo sforzo si é diretto in varie (ragionevoli) direzioni:

a) ottimizzazione dell'aerodinamicità

b) ricerca di un telaio il più possibile rigido

c) ricerca del peso d'insieme minimo

d) ricerca dì un assetto di guida comodo e naturale Giudicherete Voi, per il resto, se questo modello sia tratto o no da modelli già esistenti...

2.LA BICICLETTA AD ASTE CENTRIPETE

Il modello in oggetto consta di un telaio che ricorda vagamente la forma di una "a" minuscola dattiloscritta, nonché (con un pò di fantasia) la sagoma di un uomo in corsa (con tunica).

Indubbiamente é una forma molto strana che mai é capitato di vedere associata ad una bicicletta. Eppure questa forma é la ovvia conseguenza dello "slegamento" della forcella anteriore dal' manubrio, tanto che questo finisce per assomigliare ad un trampolino sospeso su una piscina o ad una mensola da muro, e forse non senza qualche affinità fisico-meccanica.

La ruota anteriore, non essendo più vincolata al manubrio, può essere ingrandita o rimpiccolita a piacere (nel modello in oggetto la vediamo di raggio uguale alla distanza tra l'asse del movimento di centro dei pedali e il terreno).

La forma arrotondata di alcuni tratti del telaio, insieme con la particolare sagomatura delle aste cerca di smorzare gli angoli vivi delle giunture e coniuga ottimamente rigidità ed aerodinamicità (Par.l). Del resto anche le ossa di qualunque vertebrato hanno queste caratteristiche; nonché le crociere di molti alberi, quali ad esempio il platano.

Quando il ciclista é in sella, l’insieme, visto di profilo, risulta "diviso" in una parte superiore ed una parte inferiore, e questo dimostra il carattere veramente minimale dell'ingombro. Non si potrà più togliere altro, perché "senza" corpo superiore non c'é atleta e "senza" corpo inferiore non c'é bicicletta.

Il manubrio "slegato" dalla forcella anteriore non sarà più in grado di trasmettere le sollecitazioni del fondo.

3. GIUDIZIO TECNICO GENERALE

II giudizio non può essere che OTTIMO; su tutti i fronti!

Tutti gli obiettivi sono stati centrati (Par.l).

Infatti sono stati al massimo minimizzati anche i cosidetti problemi di "vento laterale", poiché non si trova praticamente niente tra il corpo dell'atleta ed il corpo ruote.

Inoltre tutte le linee di forza del telaio "muoiono" praticamente nello stesso punto: quello al centro della zona verticale ingrossata sita al di sotto della sella, che potremo definire la "crociera" della bicicletta. Questo é molto importante e, come vedremo (Par.5-6), sarà da spunto per un intervento innovativo.

L'unico punto debole (se così sì può dire) di questo modello può essere rappresentato dal tubo di supporto del manubrio il quale, essendo l'unica asta del telaio vincolata in uno solo dei due estremi potrebbe verificarsi insufficiente in quanto a rigidità.

Ma consideriamo che:

a) il peso di un atleta di 75-80 KG che va ad insistere sul manubrio é valutabile, in condizioni statiche, intorno ai 25-30 KG (quindi 1/3 circa).

b) in quella posizione, con le mani praticamente giunte, non può essere esercitato quasi alcun momento nel piano perpendicolare a tale asta.

c) infine in condizioni dinamiche l'asta, lungi dall'essere in distensione, é soggetta ad una modesta compressione secondo una retta che congiunge la posizione delle mani sul manubrio con la posizione, diciamo, del centro sella (Tav.l), retta che quindi la comprende.

L'asta di supporto del manubrio é pertanto soddisfacientemente stabile, cosa che, peraltro può essere ottimizzata mediante una sua corretta progettazione per ciò che riguarda dimensione, forma e materiale.

Accessori, materiali e manubrio adatti potranno ancor più migliorare rispettivamente aerodinamicità (Par.6), rigidità e peso (Par.5.4), assetto di guida (Par.4.2).

4. I PARTICOLARI

4.1 II sistema dì guida.

Ruota insieme al manubrio (Tav.2) ed é visibile sulla parte superiore della testa del suo supporto una piccola puleggia dentata (Tav.2) che, durante la rotazione, muove un tratto di catenella. Un filo di acciaio (od altro materiale), inguainato o meno, chiude il circuito arrivando a congiungersi sulla superficie della forcella anteriore con l'altra catenella e l'altra puleggia dentata (Tav.l).

Perché il manubrio abbia rotazione di verso concorde rispetto alla forcella della ruota anteriore occorre che, durante il percorso dal manubrio alla forcella anteriore, il filo compia una inversione (Tav.2); cioè occorre che i due fili pseudo paralleli si incrocino e si scambino di posto (il destro a sinistra ed il sinistro a destra), facendo ovviamente attenzione che durante l’inversione i due cavetti non si tocchino. Le inversioni del cavetto possono essere anche multiple, ma sempre di numero dispari.

Questo sistema di guida é portatore di due novità:

a) gli assi di rotazione del manubrio e della forcella anteriore possono essere progettati non allineati. Questo significa estrema libertà nel momento della progettazione.

b) giocando sulla dimensione del raggio delle due pulegge si può variare il passo di rotazione del manubrio rispetto a quello della forcella anteriore. Questo permetterebbe di allontanare l'interasse delle ruote lasciando invariato il passo di rotazione del manubrio.

Pulegge e fili di trasmissione possono essere di varia fattura e materiali, e si può ipotizzare anche un sistema di trasmissione della rotazione tramite piccoli alberi rotanti concatenati ovviamente a degli ingranaggi (da studiare).

N.B. Il comando di guida (Tav.3) può venire trasmesso dal manubrio alla ruota anteriore anche saldando tra la testa del manubrio e la testa della forcella anteriore una lamina di sezione opportuna a resistere alle pur esigue forze reattive di torsione (Tav.3). In questo caso gli assi di rotazione di manubrio e forcella anteriore sono subordinati ad essere coincidenti, o comunque paralleli tra di loro.

4.2 Il manubrio

La sede di alloggiamento del manubrio non presenta particolari differenze rispetto a quelle delle biciclette comuni. Può infatti essere visto come un comune manubrio che viene montato con il ponte sottosopra e che, invece di muovere una forcella, azioni una puleggia dentata.

Sarà il gusto e l'esigenza dell'atleta a dettare la scelta dei tipi di manubrio da adottare.

4.3 I freni

Non esiste alcuna limitazione per l'adottamento di freni ai vari modelli.

Per questioni di leggerezza e di aerodinamicità i modelli da utilizzare per il record dell'ora su pista possono esserne sprovvisti.

4.4 La forcella della ruota anteriore

La forcella della ruota, di varia fattura e sistema di alloggia mento (Tav.4) non é subordinata a ruotare secondo un unico asse (Par.4.1), ma tale asse, nel limite della compatibilità, può essere qualsiasi (nel piano verticale,e ovviamente rispettando la regola che asse di rotazione della forcella e punto di contatto al suolo della ruota siano sulla stessa retta).

4.5 La sella

La sella può fare corpo unico con il telaio (in tal caso é fissa la distanza tra questa ed il movimento di centro dei pedali) ,ma può anche essere alloggiata in una apposita sede o cursore in cui può venire alzata ed abbassata secondo le esigenze, come avviene pera ltro nelle biciclette comuni.

5. CONSIDERAZIONI SULLA STRUTTURA DEL TELAIO

5.1 La forma

La progettazione di un telaio si effettua sui tre punti fissi di assetto dinamico dell'atleta: il punto di appoggio delle mani; il punto di centro-sella; il punto di asse del movimento di centro dei pedali.

Risulta interessante notare (Tav.5) come cambi la geometria del telaio, a parità di punti fissi, rispetto a quelli delle biciclette comuni.

Questo telaio, come più volte ricordato, ha una caratteristica peculiare: la presenza di un punto centrale in cui convergono quasi tutte le aste della struttura e si riuniscono in un unico corpo verticale di adeguata robustezza (la “crociera” appunto).

ATTENZIONE: secondo dove viene situato il punto centrale (Tav.6) il telaio cambia conformazione, ed anche di molto. Ma tutti quei telai che rientrano in questa schematizzazione sono da considerarsi lo stesso modello.

Inoltre,(Tav.7)cambiando l'inclinazione dell'asta di supporto del manubrio, cambia l'assetto di guida, e questo darà la possibilità a tutti di accedere a questo modello; oppure (si può vederla anche così si dà la possibilità a tutti di avere tutte le tipologie di bicicletta racchiuse in una sola.

5.2 La meccanica

Il posizionamento del punto centrale é in un certo Benso arbitrario, ma di tutti quelli possibili é conveniente prenderne in perticolare uno: quello situato sul centro di forza di atleta+bicicletta.

Tale scelta permette di avere tutte le aste del telaio di lunghezza minima, cioè di sezione minima e perciò di peso minimo, ma pari resistenza di insieme rispetto ai telai di biciclette comuni.

La giunzione delle aste potrà riprodurre quella delle ossa dei vertebrati le quali si presentano ingrossate nei punti di giunzione, ma questo é un argomento prettamente ingegneristico che non starò ad affrontare.

5.3 La dinamica

Il discorso dell'aerodinamicità é stato già affrontato e non lo riprenderò.

Introduco invece il problema della risposta alle sollecitazioni esterne (buche e quant'altro).

Abbiamo detto che un buon telaio deve avere preferibilmente il punto centrale di convergenza delle aste sul centro di forza di atleta+bicicletta.

Ebbene, il baricentro é il punto che complessivamente risente meno delle asperità del fondo stradale.

Questo ci suggerisce qualcosa: se noi sezionassimo il telaio proprio attraverso il suo punto centrale (Tav.8) e lo ricongiungessimo vincolandolo a ruotare intorno ad un asse orizzontale, perpendicolare al piano della bicicletta, potremmo servirci per stabilizzare questa sopraggiunta labilità di un'ammortizzatore situabile tra il sotto-sella ed un punto qualunque della forcella posteriore.

Stessa cosa sarebbe ovviamente se l'ammortizzatore fosse adattato nella parte anteriore della crociera, tra l'asta recante il manubrio ed un punto qualsiasi dell'asta sottostante.

5.4 I materiali

Il modello in oggetto non necessita di materiali particolarmente resistenti e può essere eseguito con materiali comunemente presenti sul mercato.

E' ovvio che la scelta dei materiali é fondamentale qualora si debba minimizzare il peso, a parità di resistenza globale. Come già detto in precedenza, la posizione baricentro del punto di convergenza delle aste permette di ottenere, sempre a parità di resistenza globale, un peso minore.

6. GLI ACCESSORI

Facciamo semplicemente un elenco dei principali accessori ipotizzabili per questa bicicletta:

a) minicarenatura fendivento (Tav.9) da fissare al di sopra del manubrio

b) ammortizzatore o ammortizzatori (Par.5.3)

c) parafango lenticolare a settore circolare per la ruota anteriore

d) ruote lenticolari

e) ecc.

Claims (1)

1. RVENDICAZIONI A. Questo nuovo modello di bicicletta principalmente elimina il collegamento assiale manubrio-forcella anteriore. B. Conseguentemente a quanto al punto A. il modello attua un sistema di guida che fa uso di un circuito lineare di fili e pulegge dentate. Possibile anche un collegamento con vincolo laminare. C. si può parlare di bicicletta con "telaio ad aste centripete", convergenti cioè in un punto centrale del telaio denominabile "crociera''(vedi Descrizione). D. Tutti i modelli che, pur cambiando configurazione e misure, possono essere ricondotti al sistema delle "aste centripete" appena menzionato, pur non essendo formati da aste individualizzabili, sono da ritenersi questo modello di utilità. E. Il sistema di ammortizzazione adattabile a questo modello é un esempio di sospensione lineare applicata su bicicletta secondo una retta diversa dalla congiungente manubrio-forcella anteriore. F. Il sistema di carenatura frangivento adattabile a questo modello é considerabile parte di questo modello. G. Il sistema di regolazione dell'assetto di guida che agisce sullo angolo che l'asta di supporto del manubrio fà con l'orizzontale è considerabile parte di questo modello. H. Il modello in questione introduce il concetto di bicicletta con manubrio e forcella anteriore ad assi di rotazione indipendenti. I. Il modello in questione introduce il concetto di bicicletta con possibilità di manubrio e forcella anteriore a passi di rotazione indipendenti. L. Il modello in questione introduce il concetto di bicicletta a due volumi aerodinamici. M. Un unico telaio di questo modello può trasformarsi con regolazioni opportune in qualsiasi altro modello di bicicletta oggi esistente (es, da corsa, da turismo, da montagna, da records, ecc.). N. Il sistema costruttivo che in questo modello é adottato (collegamento indiretto manubrio-forcella anteriore, ma soprattutto il sistema di ammortizzazione baricentrico) può ovviamente venire esteso a qualunque due ruote, tre ruote, quattro ruote a motore, ma deve essere considerato il sistema costruttivo di questo modello.