Els herois no reconeguts de la bicicleta, creiem que ja era hora que els radis rebin el respecte que cal
Aquests fils prims de filferro realitzen una feina incansablement dura, s'estiren i es comprimeixen repetidament amb cada revolució de les nostres rodes. També porten les forces d'acceleració del pedaleig des del cub fins a la vora de la roda i també transmeten les forces de frenada. El seu paper en el fet que puguem anar en bicicleta és gairebé màgic: fils tan prims que suporten càrregues tan grans. Així que vam creure que ja era hora que l'humil parla prengués algun crèdit, on calia una càrrega sencera.
'El geni de la roda de radis és que pot transferir les forces sovint molt grans creades pel genet, la bicicleta i diferents superfícies de la carretera a aquestes barres primes, cadascuna sent comprimida sistemàticament a mesura que la roda gira i les càrregues es transfereixen de un parlava amb l' altre, i així segueix", diu el professor Mark Miodownik, director de l'Institute of Making de la University College de Londres, autor de Stuff Matters, presentador de televisió i aficionat al ciclisme. Continua: "És una manera bonica d'optimitzar el pes, el cost i el rendiment d'una roda".
Els radis, un cop sota tensió, en essència, subjecten la llanda utilitzant el cub com a ancoratge central. En un escenari del món perfecte, cada radi tira amb la mateixa tensió per distribuir la càrrega de manera uniforme per tota la roda alhora que manté la llanda real i circular. Els radis han de suportar la roda contra la flexió lateral i la deformació de la llanda i també han de resistir que la roda sigui aixafada efectivament per càrrega vertical (compressió radial). No és poca tasca. No és d'estranyar que des de l'aparició de la roda, s'hagin explorat molt poques solucions.
Tensió de la parla
Ara les coses comencen a ser tècniques i no estaràs sol si el que segueix és una mica confús i contraintuïtiu. Hi ha un enèrgic desacord sobre si una bicicleta en efecte penja dels radis superiors (els que hi ha sobre el nucli quan es veu la bicicleta des del costat) o, més aviat, està sent recolzada pels inferiors, actuant com a petits pilars."Aquesta darrera visió, per estranya que sembli, és definitivament el cas", diu Jim Papadopoulos, de la Northeastern University's College of Engineering de Boston, EUA, i coautor de Bicycling Science.
Tot i que és fàcil creure que un radi de bicicleta simplement col·lapsaria sota el pes de la bicicleta i el pilot, continua explicant que la tensió creada en un radi durant el procés de construcció de la roda (anomenada "pretensió") és el que permet que els radis inferiors suportin la càrrega sense deformar-se, com ho farien si no hi hagués pretensió. "Cada radi de la roda sense càrrega té una tensió de l'ordre de 100 lliures [445N]. Quan l'eix es pressiona cap a terra amb una força de 100 lliures, l'únic efecte significatiu sobre les tensions dels radis és reduir les que estan directament a sota del cub; normalment, un es redueix a unes 50 lliures i els radis a cada costat d'aquest es redueixen a unes 75 lliures. Això és exactament el que es veuria amb uns radis de fusta massissa com una roda de vagó antiga: la inferior portaria 50 lliures i les que es troben a banda i banda portarien 25 lliures. La diferència amb les rodes de filferro és que un radi de filferro no pot suportar una càrrega de compressió: es col·lapsarà. Així, tots els radis estan enginyósament pretensats. Un cable no pot suportar una càrrega de compressió de 50 lliures, excepte quan ja suporta una càrrega de tensió superior a aquesta.
"Per descomptat, una roda de bicicleta es col·lapsarà si s'eliminen els radis superiors o horitzontals", afegeix Papadopoulos. "Però això és essencialment perquè l'estructura alterada té un camí de càrrega molt diferent i, a més, no pot subministrar la pretensió necessària. No podem utilitzar aquest col·lapse per concloure que la roda típica transporta la càrrega a través dels radis superiors.’ Si això et deixa el cap girant, no estàs sol. Passem, doncs, a l'àrea més senzilla del material de radis.
Rajos d'acer
Els radis estan fets principalment d'acer, una elecció de material que, tal com ens diu Miodownik, "bàsicament es redueix a la capacitat de tenir un fil fiable". El filferro d'acer és fantàstic perquè fins i tot amb una zona de fixació molt petita, com ara on el mugró subjecta el radi a la vora, podeu posar-hi molta tensió sense treure el fil. L'acer inoxidable és el material ideal, ja que té la combinació adequada d' alta resistència i baix pes, alhora que és assequible.’
L'acer inoxidable ha estat el metall escollit per als radis des de finals del segle XIX a causa de la seva alta resistència a la tracció, que permet que els radis es mantinguin relativament prims i lleugers alhora que suporten les forces que s'hi imposen. "Els radis d'acer suau haurien de ser el doble de pesats i gruixuts", diu Chris Hornzee-Jones, director d'enginyers estructurals Aerotrope. Va dissenyar la innovadora bicicleta de muntanya Lotus de fibra de carboni i va treballar en una de les rodes de radis de tensió més grans mai fetes: l'estructura de 60 m de diàmetre suspesa sota el sostre del Millennium Dome, utilitzada com a plataforma per a intèrprets aeris. "En afegir crom i molibdè al ferro i al carboni de l'acer suau, l'aliatge d'acer inoxidable resultant és molt més resistent a la fatiga.’
La fatiga és la némesi d'un radi. Si creieu que els vostres quads s'estan sotmetin repetidament a la repetició dels vostres cops de pedals, feu llàstima dels vostres radis, sent colpejats amb cada revolució de les rodes. Cada radi de la roda està sotmès a una càrrega de compressió només durant la fracció de segon que es troba directament a sota del cub, i en aquest moment es comprimeix abans que la pressió es desprengui i pugui tornar a la seva longitud normal. És un cicle implacable que pot ser la desfeta d'una roda mal construïda, literalment.
"Una roda és com una cinta de córrer fatigosa per als radis, cosa que se'ls fa encara més difícil per haver-hi afegit un fil a un extrem i [en la majoria dels casos] una corba i/o cap a l' altre". diu Hornzee-Jones. "El fil és un concentrador d'estrès i la transferència de càrrega es produeix principalment a través dels primers fils. A més, el mugró és relativament rígid i, com que intenta seure perpendicular a la vora, poques vegades s'alinea perfectament amb l'angle al qual arriba el radi, cosa que pot ser la causa d'una tensió concentrada addicional. A l' altre extrem, la curva en J es flexiona minuciosament i, després de centenars de milers de rotacions normals de les rodes, es pot començar a obrir qualsevol petit defecte superficial, de només micres de profunditat i completament imperceptible per a l'ull humà. Al principi és un procés lent, però amb el temps portarà a un trencament del radi.’
Ratges d'alumini
Tanmateix, L'acer no és l'únic material utilitzat per als radis. Mavic i Campagnolo (així com l'empresa germana de Campagnolo, Fulcrum) fa temps que són defensors dels radis d'alumini. L'alumini té un terç de la densitat de l'acer, però aproximadament un terç de la rigidesa també, de manera que els radis han de ser més gruixuts, la qual cosa significa que són potencialment menys aerodinàmiques, requereixen mugrons de diàmetre més gran i, posteriorment, forats més grans a les llandes, que poden reduir la força i la rigidesa de la vora. Els radis d'alumini també solen utilitzar un disseny d'estirament recte, ja que és molt probable que un corbat en J d'alumini falli sota estrès.
Una altra limitació és que l'alumini no aguanta un fil tan fàcilment. La solució de Mavic és enfilar els mugrons directament a la vora, en comptes de fer-ho al radi. Campagnolo suggereix que escolliu radis d'alumini que pesen el mateix que les versions d'acer, però en comparació milloren la sensació de marxa de les seves rodes, però es tracta d'una qüestió en gran mesura subjectiva en la qual els radis només tenen un paper, amb pneumàtics, llantes i cubs també actors importants. i menys la resta de la bicicleta.
Ateses les diferents tensions que suporten els radis, la fibra de carboni pot no semblar una opció probable, però Mavic, juntament amb altres marques de rodes de gamma alta, com Lightweight i Reynolds, per citar-ne dues, han trobat maneres. per aprofitar la seva resistència a la tracció en radis, amb un estalvi de pes evident. La R-Sys SLR de Mavic, per exemple, utilitza tubs de carboni buits per proporcionar rigidesa sota tensió i resistència a la compressió."L'estirament dels radis és molt més baix que l'acer o l'aliatge perquè el carboni és més rígid", diu Michel Lethenet de Mavic. "Al ser tubs, resisteixen la compressió, la qual cosa ajuda a mantenir la rigidesa de la roda, tot i que es requereixen algunes peces metàl·liques, que s'uneixen a cada extrem per fer els accessoris a la llanda i el cub." Un mètode alternatiu s'utilitza a Cosmic Carbone de Mavic. Ultimate, en què els radis de carboni amb fulles van d'un costat a l' altre de la roda, connectant-se amb la brida del hub i creuant altres radis en el camí.
La veritat del gir
Hi ha algunes altres peces de saviesa rebuda sobre bicicletes relacionades amb els radis que Peter Marchment, científic de materials i director de Hunt Bike Wheels, està encantat de dissipar. "Una roda que utilitza una llanda més profunda amb radis més curts sovint es considera "més forta", però normalment es deu a la rigidesa afegida inherent a la llanda", diu."A més, molta gent creu que una tensió de radi més alta significa que obteniu una roda més rígida, però aquest no és el cas. La rigidesa de la roda es veu afectada per moltes coses, a més de la tensió, com ara el nombre de radis, l'angle de reforç i la profunditat de la llanda.
En realitat, un radi s'allargarà en la mateixa quantitat quan es carregui, independentment de la pretensió aplicada, el que significa que augmentar la tensió dels radis no fa que la roda sigui més rígida.' Marchment continua: 'Posar els radis sota la tensió adequada. és crucial. A tensions extremadament altes, la llanda i els radis són més propensos a patir danys perquè efectivament es precarreguen amb una força elevada. Però les tensions baixes dels radis també són un problema perquè és més probable que el mugró s'afluixi [desbobina] quan es desestressin per impactes o vibracions de la carretera, cosa que fa que la roda surti de veritat.’
Sigui quina sigui la tensió i el patró, hi ha una gran varietat de radis per triar, per no parlar de moltes variacions en la qualitat del cable del qual estan fets. Sapim, un dels principals fabricants de radis, produeix 300 milions de radis a l'any i compra per mantenir la qualitat i mantenir-se competitiu en tota la seva gamma de productes. "El seixanta i el 70 per cent del preu d'un radi de calibre normal pot estar en el material, així que és important fer-ho bé, però el més important per a tots els nostres radis és el rendiment del cable", diu el director de vendes de Sapim., Klaus Grüter. "Estem buscant un cable que sigui brillant i brillant i que tingui una resistència a la tracció d'1.000 a 1.050 N/mm2 amb bones dades de fatiga i, sobretot, una excel·lent resistència a la corrosió."
Grüter ens diu que les mostres són provades en laboratori per a la resistència a la tracció, la flexió i la resistència a la torsió. Un cop acceptat, el filferro de les bobines es redreça amb màquina i es talla. El cable de calibre normal també es pot convertir en radis apuntats (on la part central es fa més estreta) passant el cable a través d'una matriu. Un cop enganxat, el cap del radi i el cordó en J es forgen i el fil de l' altre extrem s'enrotlla (no es talla). Els radis acabats s'inspeccionen tant per sistemes de visió artificial com per l'ull i la mà humans. Una màquina és capaç de fabricar 20.000 radis apuntats al dia, la qual cosa explica per què els diferents costos laborals tenen poc impacte en el preu d'un radi acabat i per què els fabricants de tot el món poden vendre a preus similars.
Però, de totes maneres, per què fer-se amb un parla? Jonathan Day, de Strada Wheels, explica: Els radis amb butxaca són millors per manejar el parell que els de calibre normal. Són més amples en el pla de la roda, que és la direcció de la força de torsió, de manera que hi ha més material per resistir-la. A més, es flexionen una mica més en el pla perpendicular, de manera que són millors per distribuir la càrrega de compressió a través de la roda.’
Patró de radis
El patró de radis tradicional d'una roda de bicicleta constava de 32 (o de vegades 36) radis, creuats tres vegades. El patró entrellaçat dels radis en una roda tradicionalment lligada, lluny de ser només una disposició força calidoscòpica, és en realitat una part funcional del disseny de la roda.
Pel que fa a la rigidesa lateral, els punts en què es creuen els radis permeten que cadascú s'apoxi amb un altre quan es col·loca en tensió, així com el suporten mentre es comprimeix. El paper més important del patró de cordons de tres creus és en una roda del darrere, on els radis han de transmetre la potència de pedaleig des del centre. En aquest cas, els radis es carreguen amb càrregues de torsió molt més grans gràcies a la força de torsió de la transmissió. Els radis del costat del casset, sortint tangencialment del cub, transfereixen una força de gir (parell) del cub a la llanda. Els radis radials (que segueixen un camí des del centre del cub directament fins a la llanda, sense creuar-ne un altre) són molt menys capaços de fer front a aquest tipus de càrrega i tindrien més probabilitats de fallar.
Quan el parell no és un problema, com ara en una roda davantera amb frens de llanda, té sentit utilitzar radis radials. Això estalvia pes, ja que els radis poden ser més curts i es necessiten menys per crear una roda rígida lateralment. També es veu bé. Tanmateix, els frens de disc provoquen una càrrega torsional important, cosa que fa que els radis radials siguin gairebé impossibles. "Aconseguir el patró de cordons correcte és clau perquè els radis comparteixen la càrrega de compressió apretant contra els veïns que creuen, de manera que els radis s'han de lligar per ser líders o remolcs", diu Day. "Has d'assegurar-te que un radi principal suporta la tensió primer pel costat de la unitat. En una roda de 32 radis, voleu 16 radis principals per compartir la càrrega. Si t'equivoques amb els cordons, acabaràs amb només vuit fent la feina.’
Notablement, els patrons de radios han continuat sent un dels aspectes menys desafiats del disseny de les rodes, malgrat alguns grans s alts endavant en materials i tecnologia de fabricació durant les últimes dècades. És una metodologia realment provada i com diu la dita, si no s'ha trencat…
