PROGETTAZIONE DI UN BANCO PROVA PER TELAI E COMPONENTI DI BICICLETTE = DESIGN OF A TEST BENCH FOR BICYCLE FRAMES AND COMPONENTS

Il seguente lavoro di tesi riguarda la progettazione di un banco prova per valutare le caratteristiche meccaniche di telai e componenti di biciclette. Da un’analisi di mercato l’associazione nazionale ciclo, motociclo e accessori ANCMA, dichiara che nel 2019 il solo fatturato italiano di vendita di bici era di 1,35 miliardi di euro e di 2,8 bici vendute ogni 100 abitanti. Inoltre, uno sportivo su dieci pratica uno sport ciclistico. Essendo così importante nella società di oggi, che si parli di agonismo o semplice piacere di pedalare, il ciclista richiede una performance o un comfort dalla bicicletta. In particolar modo, nel settore professionistico per essere competitivi sul mercato, i progettisti sono costantemente alla ricerca della rigidezza, che però deve essere bilanciata con il comfort, il peso e il costo. Queste qualità teoricamente sono in conflitto tra loro ma una progettazione adeguata intersecando geometrie dei tubi con un attento studio delle diverse strutture dei materiali consente di ottenere risultati eccellenti. Quando si parla di rigidezza riferita ai telai ci riferiamo a due distinte risposte alle sollecitazioni. La prima riguarda la rigidezza laterale, che deve essere elevata per trasferire alla ruota, nel modo più efficiente possibile, la forza impressa con la pedalata. La seconda influisce invece sulla prevedibilità della guida, sulla stabilità e sulla maneggevolezza. La rigidezza laterale entra in gioco ogni volta che il piede spinge sul pedale. Questo genera una forza di torsione, che mette fuori allineamento la parte inferiore del telaio. Questa deviazione assorbe quantità di potenza utile che potrebbe essere trasmessa alla ruota posteriore. Si potrebbe creare un telaio rigidissimo in modo da poter assorbire tutta la potenza generata nella pedalata, ma non è molto conveniente in termini di guidabilità, in quanto ad esempio in una discesa veloce una bici molto rigida risulterebbe inguidabile. Dall’altro lato della medaglia in una curva, dove agisce la forza centrifuga che spinge il telaio verso l’esterno e la forza di gravità che spinge il telaio verso terra, se la rigidezza non fosse abbastanza sufficiente si creerebbe un disallineamento, questo effetto porta all’imprecisione dello sterzo. Trovato un compromesso per una certa taglia di telaio non è detto che valga per le restanti taglie ad esempio più piccole, in quanto magari mantenendo lo stesso diametro dei tubi cambia la lunghezza che comporta rigidezze differenti ottenendo differenti risultati sull’avantreno e quindi differente maneggevolezza in guida. A questo scopo sono importanti e necessari alcuni test per determinare queste caratteristiche. Questa tipologia di test sfrutta il comportamento lineare del materiale per cui non è necessario applicare grandi carichi, in quanto non si vuole deformare il telaio o il componente. Una deformazione e magari una conseguente rottura del materiale, non porterebbe a nessun risultato utile in termini di rigidezza. Questa tipologia di test non è obbligatoria e non è certificata dalla normativa, ma vi sono alcune norme suggerite dagli enti certificatori, come la BS EN ISO 4210, che tratta test di rottura e di fatica dei componenti. L’elaborato si sviluppa partendo da un’analisi dei test e della normativa, segue la progettazione del banco e dei componenti necessari al posizionamento dei componenti. Si conclude con una simulazione strutturale tramite software Simsolid per valutare eventuali criticità.