Scorrevolezza delle ruote by Marchisio

Articolo da: http://www.bdc-forum.it/scorrevolezza-risponde-lesperto-2/
Un tema molto e spesso dibattuto sul forum riguarda la “scorrevolezza” delle ruote: chi la misura in un modo, chi la intende in un altro, chi la considera ininfluente. Abbiamo provato a fare un po’ di chiarezza grazie a Davide Marchisio, progettista della omonima azienda produttrice di ruote (www.marchisio.info). -Bdc-forum (Bdc): Tanti consumatori sono molto attenti alla scorrevolezza delle ruote e quindi dei mozzi. Nel complesso di una ruota è una componente importante la scorrevolezza o è meglio privilegiare altri aspetti? Quali? -Davide Marchisio (DM): Nella costruzione delle ruote l’aspetto su cui si impernia la progettazione è sicuramente il rapporto rigidità-leggerezza, comprendendo in esso tutte le problematiche dinamiche relative alle flessioni laterali e torsioni degli elementi, la scorrevolezza però è una componente che ha una caratteristica peculiare rispetto alle precedenti: quella di essere tutto sommato indipendente. Mentre ad esempio rigidità e leggerezza sono variabili strettamente dipendenti tra loro (con una esemplificazione estrema più raggi inserisco in una ruota più diventa rigida ma più diventa anche pesante) e strettamente assoggettate anche ad altri fattori come le caratteristiche fisiche dei materiali impiegati o la geometria del progetto, la scorrevolezza è variabile a se’ stante. Questa indipendenza permette di lavorarci senza inficiare le caratteristiche fondamentali della ruota ed essendo nell’ambito di un prodotto estremo, in cui tutti i fattori vengono presi in considerazione, anche la scorrevolezza assume quindi rilevanza: sostanzialmente che una ruota sia più morbida, più pesante, più rigida o più leggera lo sarà non a scapito della scorrevolezza, ergo tanto vale che in qualsiasi caso sia sempre più scorrevole possibile. -Bdc: Quali sono gli elementi che determinano la scorrevolezza di un mozzo/ruota? -DM: La scorrevolezza di un mozzo/ruota dipende principalmente dai cuscinetti in esso inseriti ed in particolare da quattro fattori correlati: la precisione di lavorazione del mozzo in cui sono alloggiati, l’accuratezza del montaggio, la tipologia delle schermature dei cuscinetti e la lubrificazione degli stessi. Sia che si scelgano dei cuscinetti a sfere regolabili o meno che a coni la precisione di lavorazione della geometria del mozzo e le tolleranze minime sono un requisito fondamentale per una buona scorrevolezza. Infatti anche con cuscinetti regolabili se non si rispettano precisi orientamenti geometrici può diventare impossibile realizzare un montaggio ottimale che consenta ai cuscinetti di lavorare nella condizione di massima scorrevolezza. Minori sono le tolleranze di lavorazione, più accurato sarà il montaggio (comprendendo anche l’attenzione alle accidentali immissioni di sporco) e migliore sarà la scorrevolezza del mozzo. Da tenere in considerazione è anche a seconda delle tipologie di cuscinetti (RS, RU e ZZ -sigle che identificano le tipologie ed i materiali di schermatura dei cuscinetti- ndr-) della tipologia di protezioni in essere. Se si sceglie uno degli ultimi ZZ, quindi con protezione metallica e non a tenuta stagna, sicuramente si potrà avere un cuscinetto potenzialmente più scorrevole di un RS ma sarà anche facilmente permeabile all’acqua e allo sporco che infiltrandosi in esso andranno ad inficiare pesantemente la scorrevolezza a lungo termine. Ultimo fattore è la lubrificazione dei cuscinetti, se avviene con prodotti troppo fluidi questi potrebbero fuoriuscire velocemente dalla sede di rotazione, se avviene viceversa con prodotti molto densi soprattutto all’inizio dell’uso potrebbe sembrare che la ruota sia poco scorrevole; anche in questo caso occorre quindi trovare il giusto compromesso tra le caratteristiche progettuali di tutto il mozzo e quelle dei cuscinetti inseriti. -Bdc: Hanno senso i classici test “fai da te” facendo girare le ruote per vedere se scorrono bene? O hanno senso solo sottocarico? -DM: Intanto bisognerebbe valutare che esperienza abbiano le mani che fanno girare la ruota, un meccanico che abbia fatto tale operazione centinaia di volte e su ruote diverse dovrebbe avere ovviamente una sensibilità maggiore rispetto a chi si accinge a farlo per la prima volta. Sicuramente una valutazione accurata della scorrevolezza dovrebbe essere fatta solo sotto carico (perché la condizione di lavoro aumenta gli attriti) ed anche a seguito di un periodo di rodaggio della ruota (perché le protezioni in gomma dei cuscinetti e/o una lubrificazione molto densa potrebbe influenzare le prestazioni iniziali). Con le mani però per un meccanico esperto può essere possibile fare una prima valutazione sulla precisione di costruzione e di assemblaggio e/o le condizioni di usura della ruota; può essere infatti nettamente percepibile un montaggio imperfetto e quindi avvertibile se una ruota ad esempio “gratta” leggermente oppure ha del gioco. -Bdc: Quanto incide una corretta lubrificazione/ingrassaggio? -DM: Riprendendo quanto detto precedentemente un corretto ingrassaggio influisce molto o meno a seconda soprattutto del tipo cuscinetti utilizzati, per i cuscinetti RS ad esempio che sono praticamente impermeabili può essere quasi ininfluente mentre invece per quelli con protezioni metalliche o a coni è molto più importante. Se il cuscinetto si ingrassa però perché si arriva a sentirlo “grattare” è già indice che qualcosa non va e probabilmente converrebbe sostituirlo direttamente con uno nuovo visto il costo contenuto; sicuramente comunque, nel caso di lievi imperfezioni e di smontaggio e rimontaggio effettuati correttamente, ingrassandolo se ne allunga la vita. Per lubrificare efficacemente il cuscinetto è da ricordare che questo va sempre smontato aprendone le protezioni e rimontato, non basta infatti sostituire il lubrificante posto esternamente ad esso. Il grasso nei cuscinetti ha due funzioni fondamentali entrambe importanti per il corretto funzionamento: quello posto all’interno del cuscinetto è necessario per lubrificarlo; quello posto esternamente invece serve a ripararlo dall’acqua e dallo sporco ed impermeabilizzarlo ulteriormente. Infine anche la tipologia del grasso può essere rilevante perché se si usa un lubrificante oleoso e che quindi si disperde più velocemente è importante essere più assidui nell’operazione che viceversa se si usa un grasso più denso. -Bdc: E’ vero che la differenza di qualità di un mozzo a livello di scorrevolezza lo si nota solo nel tempo e non da nuovo? -DM: Anche qui a seconda del cuscinetto utilizzato può essere più o meno vero, da nuovo possono esserci dei fattori quali le gomme di protezione e la lubrificazione con grasso molto denso ed ancora non ben distribuito che inizialmente falsano la percezione della scorrevolezza. -Bdc: Esistono dei dati in Watt assorbiti per valutare le differenze di scorrevolezza tra mozzi diversi? -DM: Esistono ad esempio tutti i test di attrito sui cuscinetti ma assumono rilevanza notevole soprattutto per usi molto diversi dall’applicazione per la bicicletta. Le differenze esistenti in scorrevolezza in termini di watt assorbiti per questo tipo di applicazione sono talmente esigue che sarebbe estremamente dispendioso investire in costosissimi e lunghissimi test di laboratorio (e che quindi sarebbero solo al limite delle approssimazioni della realtà) per misurare un dato così poco influente. Detto questo però sebbene il dato sia appunto poco rilevante sul risultato complessivo è anche come dicevamo prima indipendente da altri fattori e può essere migliorato, ergo se si decide di progettare una ruota ad alto livello e che ottimizzi al massimo possibile qualsiasi componente tanto vale prendere in considerazione anche la scorrevolezza, non fosse che per migliorarne di un decimo di watt la prestazione; all’interno di un progetto improntato al massimo guadagno anche se di poco sarebbe sempre un decimo di watt in più. -Bdc: Può dire qualcosa sui cuscinetti ceramici? Bufala o utili? -DM: La ceramica in linea di massima ha peso specifico inferiore a quello dell’acciaio ed ha resistenza al calore superiore ed è per questo che per cuscinetti a sfere che debbono subire altissimi numeri di giri (ad esempio turbine) e quindi grandi dissipazioni di energia termica con possibili dilatazioni sono entrati in uso. L’applicazione di questi sulle biciclette però non porta benefici di rilievo perché per quanto una persona pedali velocemente il numero di giri sviluppato ha ordine di grandezza decisamente inferiore e quindi dissipazione di calore praticamente ininfluente. La ceramica inoltre sebbene possa essere di un poco più leggera dell’acciaio (non stiamo parlando di porcellana per piatti ma di materiali ceramici speciali) ha dei problemi di ordine diverso perché è decisamente più fragile. Infatti ha una resistenza inferiore a sforzo ed a urti a parità di massa e questo influisce sicuramente sui dimensionamenti ed a lungo termine sulla durata e l’affidabilità. -Bdc: Ci sono diversi tipi di meccanismi per la ruota libera, ad esempio con più o meno “dentini” di ingaggio. Ha ripercussione il tipo di costruzione sulla scorrevolezza? -DM: Il meccanismo per la ruota libera si aziona nel momento in cui noi smettiamo di pedalare, attimo in cui i famosi dentini non fanno più corpo unico girando insieme alla ruota ma lasciano girare il mozzo e restare fermo il corpetto con i pignoni facendo così attrito tra i due. Ovviamente l’attrito è direttamente proporzionale alla superficie di contatto, ergo più la superficie è piccola e minore sarà l’attrito e alla luce solo di questo si potrebbe pensare che la soluzione migliore sia quella della minor grandezza e minor numero di dentini possibile. Di fattori però ne entrano in causa molti altri, primo tra tutti quello della resistenza meccanica anche a strappi o brusche riprese della pedalata e della sicurezza che impongono quindi un compromesso. Anche qui inoltre la potenza dissipata è davvero molto poca e in questo caso non vale la pena rischiare una rottura per sottodimensionare un componente che apporterebbe un guadagno così esiguo.