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Di recente introduzione, i movimenti centrali di tipo press fit (o meglio ad interferenza) stanno prendendo sempre più piede in tutte le discipline della MTB.
Calotta e scatola movimento centrale press fit.
Vedremo in questo articolo di orientarci tra i numerosi standard offerti dal mercato e di confrontare questa nuova tipologia di movimenti centrali con il precedente standard a calotte esterne cercando di capire quali siano i vantaggi offerti da questa nuova soluzione.
I movimenti centrali press fit.
Con movimento centrale press fit, si intende una grande famiglia di movimenti centrali che seguono diversi standard. La caratteristica di questi movimenti centrali sta nel fatto che i cuscinetti o le calotte sono inserite all’interno del telaio per interferenza, termine di cui vedremo il significato in seguito.
Vediamo ora di fare un elenco dei numerosissimi standard, cercando di elencare le varie caratteristiche di ogni sistema.
PRESS FIT 30BB
Il sistema Press Fit 30BB è uno standard sviluppato da Sram. E’ caratterizzato da due calotte che si innestano a pressione nella scatola del movimento centrale, avente diametro interno di 46mm e larghezza di 73mm per le MTB, questo sistema si fissa ad interferenza.
Rispetto ad altri standard, la maggiore dimensione della calotta (e di conseguenza dell’alloggiamento nel telaio) permettono di realizzare la scatola del movimento centrale in fibra di carbonio invece che in alluminio. Questo permette un risparmio di peso e di risolvere il grosso problema dell’accoppiata alluminio/carbonio.
All’interno delle calotte sono alloggiati i cuscinetti, come per le calotte di tipo tradizionale. La calotta si inserisce a pressione fino a che il labbro esterno va in battuta con il telaio, garantendo quindi l’ortogonalità rispetto all’asse. Rispetto alle calotte tradizionali quindi il cuscinetto si trova all'interno del telaio.
Il diametro interno dei cuscinetti è pensato per ospitare guarniture con perno da 30mm, che permette di incrementare la rigidità torsionale riducendo il peso.
PRESS FIT GXP BB
Pressochéanalogo al Press Fit 30BB, il Press Fit GXP si differenzia esclusivamente per le dimensioni. Il sistema infatti prevede sempre l’utilizzo di due calotte inserite per interferenza nel telaio, in una scatola movimento centrale di 46mm. La differenza rispetto allo standard precedentemente analizzato, riguarda la larghezza della scatola movimento centrale che può essere di 92mm (montaggio senza spessori) o di 89,5mm (che verrà allargata a 92mm con due spessori da applicare sulle calotte durante il montaggio.
Questo standard è pensato per poter montare guarniture che utilizzano il sistema a calotte esterne filettate Truvativ GXP garantendo quindi la compatibilità con molte pedivelle Truvativ e Sram. Il problema della compatibilità con altre guarniture a calotte esterne filettate (Shimano Hollowtech II, l'FSA Megaexo, il Race Face X-type) è legato al fatto che le guarniture Truvativ GXP hanno l'asse leggermente conico (24mm lato guarnitura e 23mm lato pedivella).
Il montaggio come nel sistema precedente avviene inserendo a pressione la calotta nel telaio fino al raggiungimento di un labbro esterno che appoggiandosi alla faccia esterna della scatola del movimento centrale, garantisce l’ortogonalità della calotta rispetto all’asse.
BB 30
Il sistema BB 30 è stato uno dei primi introdotti ed è uno standard open source. A differenza degli altri standard, questo sistema non prevede l’utilizzo di calotte: il cuscinetto (avente diametro esterno di 42mm) si inserisce direttamente nella scatola del movimento centrale (avente diametro di 41,96mm) in apposite bussole in acciaio, alluminio o titanio. Il montaggio avviene quindi sempre per interferenza. Per permettere al cuscinetto di posizionarsi correttamente è presente un fondo corsa (costituito solitamente da un anello Seeger removibile o da uno scalino nella scatola del movimento centrale) su cui il cuscinetto andrà in battuta, garantendo l’ortogonalità del cuscinetto rispetto all’asse di rotazione.
Il diametro interno del cuscinetto è tale da garantire l’alloggiamento di guarniture con asse da 30mm. La larghezza della scatola del movimento centrale può essere di 73mm (montaggio senza spessori) oppure di 68mm (che verrà portata a 73mm tramite due spessori che andranno inseriti dopo i cuscinetti).
Particolarità di questo standard è il ridotto ingombro laterale, inferiore rispetto a tutti i sistemi precedenti. Questo permette di ridurre l’ingombro del movimento centrale riducendo il fattore Q della guarnitura.
SHIMANO PRESS FIT (BB 90)
Il sistema Shimano Press Fit utilizza calotte esterne come i sistemi GXP BB e Press Fit 30BB. Conosciuto anche come BB86, BB90 o BB92, questo sistema prende il nome ufficiale di Shimano Press Fit. Il nome BB90 deriva dal fatto che se si considera la larghezza della scatola movimento centrale (86mm) più i 2 mm per lato del labbro delle calotte, si ottiene una larghezza di 90mm, da cui deriva il nome.
Le calotte si inseriscono per interferenza e presentano un diametro esterno di 41mm. Il diametro interno è invece pensato per perni da 24mm e considerata la larghezza complessiva del movimento centrale, permettono il montaggio di guarniture che utilizzano il sistema a calotte esterne filettate, come ad esempio lo Shimano Hollowtech II, l'FSA Megaexo e il Race Face X-type.
Esistono poi dei sistemi proprietari, come quello Specialized che adotta una scatola del movimento centrale BB-30 con larghezza maggiorata (83mm contro i 68 o 73mm previsti dallo standard) impedendo quindi il montaggio di guarniture standard.
I movimenti centrali a calotte esterne filettate.
Tralasciando i movimenti centrali “interni” o a cartuccia, ormai in disuso per quanto riguarda la media e alta gamma, vediamo di vedere come funziona un movimento centrale a calotte esterne filettate.
Il movimento centrale è costituito da una coppia di calotte (#10) che si avvitano su una scatola del movimento centrale opportunamente filettata, prevalentemente secondo lo standard “inglese” (1.370" (35mm) x 24tpi, calotta destra sinistrorsa, calotta sinistra destrorsa). La larghezza della scatola del movimento centrale può essere di 73 oppure 68mm. Nel caso di scatola da 68mm si montano due spessori da 2.5mm (#7) aggiuntivi per riportare la larghezza della scatola a 73mm. Si noti che uno spessore #7 dal lato guarnitura serve a sostituire la placca dei deragliatori E-type nel caso di montaggio con deragliatori di altra tipologia.
All’interno delle calotte #6 è presente un tubo di plastica (#8) che si innesta tramite 2 o-ring (#9) sulle calotte, in modo da garantire la tenuta stagna del sistema ed evitare l’ingresso di acqua nel movimento centrale dal piantone sella o dal telaio.
L’accoppiamento ad interferenza (press fit).
Prima di confrontare i due sistemi, cerchiamo capire come funzionano gli accoppiamenti ad interferenza.
Il sistema per interferenza prevede due elementi: un elemento chiamato “albero” (che nel nostro caso è costituito dalla calotta) che si va ad innestare all’interno di un’opportuna sede (foro), nel nostro caso costituita dalla scatola movimento centrale. La calotta come abbiamo visto è costruita in modo da essere alcuni decimi di millimetro più larga della scatola movimento centrale:
Come possiamo vedere quindi la calotta non è in grado di entrare liberamente all’interno della scatola MC.
Durante l’installazione la calotta viene forzata all’interno della sede. La presenza di una scanalatura sulla parte inferiore della calotta facilita la corretta centratura della calotta stessa. Nel caso dei movimenti centrali da biciclette (o delle serie sterzo, il principio è lo stesso, ndr) la forza con cui la calotta viene forzata all’interno della sua sede è piuttosto bassa e si procede a mano con delle presse meccaniche o con il martello. Nel caso di applicazione di questa tecnologia su sistemi più grossi, possono invece essere utilizzate anche potenti presse idrauliche (come ad esempio le ruote delle sale montate dei convogli ferroviari).
Da un punto di vista delle tensioni e delle deformazioni, l’inserimento della calotta nel telaio, provoca due fenomeni:
La differenza di diametro tra albero (calotta) e foro prende il nome di “interferenza”, da cui deriva il termine tecnico “accoppiamento ad interferenza”. Il termine “press fit” deriva invece dall’inglese e significa “fissaggio a pressione” e sta ad indicare sia che l’albero (calotta) è inserito a pressione nel foro, sia che si genera una pressione all’interfaccia che garantisce l’accoppiamento.
Il valore di interferenza è estremamente importante nella progettazione meccanica. Un’interferenza troppo bassa (diametro dell’albero troppo piccolo rispetto al foro) può causare un accoppiamento con gioco (incerto), mentre un’interferenza troppo alta (diametro dell’albero troppo grande rispetto al foro) può causare deformazioni plastiche nel materiale o addirittura la fessurazione dello stesso, fenomeno che si presenta solitamente nel materiale sottoposto a trazione, nel nostro caso purtroppo il telaio.
Risulta quindi evidente che le tolleranze con cui sono realizzati gli elementi ad interferenza debbano essere ridotte in modo da garantire un accoppiamento ottimale.
Calotte filettate vs press fit.
Ora che abbiamo capito come funziona il sistema press fit, vediamo di confrontarlo con il sistema tradizionale con calotte esterne filettate.
Il sistema press fit presenta numerosi vantaggi rispetto ai sistemi di tipo tradizionale, vediamo quali:Nel complesso quindi non si può dire che i movimenti centrali press fit siano una semplice trovata di marketing, in quanto i vantaggi sono molteplici.
Ad oggi però l’assenza di una standard unico crea non pochi problemi, soprattutto se ad esempio si vuole trasferire una guarnitura da un telaio all’altro.
Il mercato comunque sembra evolversi verso lo standard press fit per quasi tutti gli ambiti di utilizzo. Sicuramente nei prossimi anni questo sistema diventerà il riferimento, sperando che i produttori riescano a mettersi d’accordo su uno standard unico.
Di recente introduzione, i movimenti centrali di tipo press fit (o meglio ad interferenza) stanno prendendo sempre più piede in tutte le discipline della MTB.
Calotta e scatola movimento centrale press fit.
Vedremo in questo articolo di orientarci tra i numerosi standard offerti dal mercato e di confrontare questa nuova tipologia di movimenti centrali con il precedente standard a calotte esterne cercando di capire quali siano i vantaggi offerti da questa nuova soluzione.
I movimenti centrali press fit.
Con movimento centrale press fit, si intende una grande famiglia di movimenti centrali che seguono diversi standard. La caratteristica di questi movimenti centrali sta nel fatto che i cuscinetti o le calotte sono inserite all’interno del telaio per interferenza, termine di cui vedremo il significato in seguito.
Vediamo ora di fare un elenco dei numerosissimi standard, cercando di elencare le varie caratteristiche di ogni sistema.
PRESS FIT 30BB
Il sistema Press Fit 30BB è uno standard sviluppato da Sram. E’ caratterizzato da due calotte che si innestano a pressione nella scatola del movimento centrale, avente diametro interno di 46mm e larghezza di 73mm per le MTB, questo sistema si fissa ad interferenza.
Rispetto ad altri standard, la maggiore dimensione della calotta (e di conseguenza dell’alloggiamento nel telaio) permettono di realizzare la scatola del movimento centrale in fibra di carbonio invece che in alluminio. Questo permette un risparmio di peso e di risolvere il grosso problema dell’accoppiata alluminio/carbonio.
All’interno delle calotte sono alloggiati i cuscinetti, come per le calotte di tipo tradizionale. La calotta si inserisce a pressione fino a che il labbro esterno va in battuta con il telaio, garantendo quindi l’ortogonalità rispetto all’asse. Rispetto alle calotte tradizionali quindi il cuscinetto si trova all'interno del telaio.
Il diametro interno dei cuscinetti è pensato per ospitare guarniture con perno da 30mm, che permette di incrementare la rigidità torsionale riducendo il peso.
PRESS FIT GXP BB
Pressochéanalogo al Press Fit 30BB, il Press Fit GXP si differenzia esclusivamente per le dimensioni. Il sistema infatti prevede sempre l’utilizzo di due calotte inserite per interferenza nel telaio, in una scatola movimento centrale di 46mm. La differenza rispetto allo standard precedentemente analizzato, riguarda la larghezza della scatola movimento centrale che può essere di 92mm (montaggio senza spessori) o di 89,5mm (che verrà allargata a 92mm con due spessori da applicare sulle calotte durante il montaggio.
Questo standard è pensato per poter montare guarniture che utilizzano il sistema a calotte esterne filettate Truvativ GXP garantendo quindi la compatibilità con molte pedivelle Truvativ e Sram. Il problema della compatibilità con altre guarniture a calotte esterne filettate (Shimano Hollowtech II, l'FSA Megaexo, il Race Face X-type) è legato al fatto che le guarniture Truvativ GXP hanno l'asse leggermente conico (24mm lato guarnitura e 23mm lato pedivella).
Il montaggio come nel sistema precedente avviene inserendo a pressione la calotta nel telaio fino al raggiungimento di un labbro esterno che appoggiandosi alla faccia esterna della scatola del movimento centrale, garantisce l’ortogonalità della calotta rispetto all’asse.
BB 30
Il sistema BB 30 è stato uno dei primi introdotti ed è uno standard open source. A differenza degli altri standard, questo sistema non prevede l’utilizzo di calotte: il cuscinetto (avente diametro esterno di 42mm) si inserisce direttamente nella scatola del movimento centrale (avente diametro di 41,96mm) in apposite bussole in acciaio, alluminio o titanio. Il montaggio avviene quindi sempre per interferenza. Per permettere al cuscinetto di posizionarsi correttamente è presente un fondo corsa (costituito solitamente da un anello Seeger removibile o da uno scalino nella scatola del movimento centrale) su cui il cuscinetto andrà in battuta, garantendo l’ortogonalità del cuscinetto rispetto all’asse di rotazione.
Il diametro interno del cuscinetto è tale da garantire l’alloggiamento di guarniture con asse da 30mm. La larghezza della scatola del movimento centrale può essere di 73mm (montaggio senza spessori) oppure di 68mm (che verrà portata a 73mm tramite due spessori che andranno inseriti dopo i cuscinetti).
Particolarità di questo standard è il ridotto ingombro laterale, inferiore rispetto a tutti i sistemi precedenti. Questo permette di ridurre l’ingombro del movimento centrale riducendo il fattore Q della guarnitura.
SHIMANO PRESS FIT (BB 90)
Il sistema Shimano Press Fit utilizza calotte esterne come i sistemi GXP BB e Press Fit 30BB. Conosciuto anche come BB86, BB90 o BB92, questo sistema prende il nome ufficiale di Shimano Press Fit. Il nome BB90 deriva dal fatto che se si considera la larghezza della scatola movimento centrale (86mm) più i 2 mm per lato del labbro delle calotte, si ottiene una larghezza di 90mm, da cui deriva il nome.
Le calotte si inseriscono per interferenza e presentano un diametro esterno di 41mm. Il diametro interno è invece pensato per perni da 24mm e considerata la larghezza complessiva del movimento centrale, permettono il montaggio di guarniture che utilizzano il sistema a calotte esterne filettate, come ad esempio lo Shimano Hollowtech II, l'FSA Megaexo e il Race Face X-type.
Esistono poi dei sistemi proprietari, come quello Specialized che adotta una scatola del movimento centrale BB-30 con larghezza maggiorata (83mm contro i 68 o 73mm previsti dallo standard) impedendo quindi il montaggio di guarniture standard.
I movimenti centrali a calotte esterne filettate.
Tralasciando i movimenti centrali “interni” o a cartuccia, ormai in disuso per quanto riguarda la media e alta gamma, vediamo di vedere come funziona un movimento centrale a calotte esterne filettate.
Il movimento centrale è costituito da una coppia di calotte (#10) che si avvitano su una scatola del movimento centrale opportunamente filettata, prevalentemente secondo lo standard “inglese” (1.370" (35mm) x 24tpi, calotta destra sinistrorsa, calotta sinistra destrorsa). La larghezza della scatola del movimento centrale può essere di 73 oppure 68mm. Nel caso di scatola da 68mm si montano due spessori da 2.5mm (#7) aggiuntivi per riportare la larghezza della scatola a 73mm. Si noti che uno spessore #7 dal lato guarnitura serve a sostituire la placca dei deragliatori E-type nel caso di montaggio con deragliatori di altra tipologia.
All’interno delle calotte #6 è presente un tubo di plastica (#8) che si innesta tramite 2 o-ring (#9) sulle calotte, in modo da garantire la tenuta stagna del sistema ed evitare l’ingresso di acqua nel movimento centrale dal piantone sella o dal telaio.
L’accoppiamento ad interferenza (press fit).
Prima di confrontare i due sistemi, cerchiamo capire come funzionano gli accoppiamenti ad interferenza.
Il sistema per interferenza prevede due elementi: un elemento chiamato “albero” (che nel nostro caso è costituito dalla calotta) che si va ad innestare all’interno di un’opportuna sede (foro), nel nostro caso costituita dalla scatola movimento centrale. La calotta come abbiamo visto è costruita in modo da essere alcuni decimi di millimetro più larga della scatola movimento centrale:
Come possiamo vedere quindi la calotta non è in grado di entrare liberamente all’interno della scatola MC.
Durante l’installazione la calotta viene forzata all’interno della sede. La presenza di una scanalatura sulla parte inferiore della calotta facilita la corretta centratura della calotta stessa. Nel caso dei movimenti centrali da biciclette (o delle serie sterzo, il principio è lo stesso, ndr) la forza con cui la calotta viene forzata all’interno della sua sede è piuttosto bassa e si procede a mano con delle presse meccaniche o con il martello. Nel caso di applicazione di questa tecnologia su sistemi più grossi, possono invece essere utilizzate anche potenti presse idrauliche (come ad esempio le ruote delle sale montate dei convogli ferroviari).
Da un punto di vista delle tensioni e delle deformazioni, l’inserimento della calotta nel telaio, provoca due fenomeni:
- Da un lato il foro della scatola movimento centrale si dilata, aiutato anche dalla scanalatura, in modo da poter accogliere la calotta stessa.
- La calotta tende a comprimersi, riducendo il suo diametro.
Si tratta naturalmente di deformazioni ridotte, che ricadono completamente nel campo elastico del materiale (quindi completamente reversibili), ma che provocano, una volta che la calotta è in sede, una pressione all’interfaccia tra i due elementi. Il foro del movimento centrale tende infatti per ritorno elastico a riassumere il suo diametro originale restringendosi, mentre la calotta tende a dilatarsi. Questa pressione che si genera, grazie all’attrito dai materiali, impedisce ai due elementi di separarsi, formando un’unione solidale.- La calotta tende a comprimersi, riducendo il suo diametro.
La differenza di diametro tra albero (calotta) e foro prende il nome di “interferenza”, da cui deriva il termine tecnico “accoppiamento ad interferenza”. Il termine “press fit” deriva invece dall’inglese e significa “fissaggio a pressione” e sta ad indicare sia che l’albero (calotta) è inserito a pressione nel foro, sia che si genera una pressione all’interfaccia che garantisce l’accoppiamento.
Il valore di interferenza è estremamente importante nella progettazione meccanica. Un’interferenza troppo bassa (diametro dell’albero troppo piccolo rispetto al foro) può causare un accoppiamento con gioco (incerto), mentre un’interferenza troppo alta (diametro dell’albero troppo grande rispetto al foro) può causare deformazioni plastiche nel materiale o addirittura la fessurazione dello stesso, fenomeno che si presenta solitamente nel materiale sottoposto a trazione, nel nostro caso purtroppo il telaio.
Risulta quindi evidente che le tolleranze con cui sono realizzati gli elementi ad interferenza debbano essere ridotte in modo da garantire un accoppiamento ottimale.
Calotte filettate vs press fit.
Ora che abbiamo capito come funziona il sistema press fit, vediamo di confrontarlo con il sistema tradizionale con calotte esterne filettate.
Il sistema press fit presenta numerosi vantaggi rispetto ai sistemi di tipo tradizionale, vediamo quali:
- L’inserimento delle calotte risulta più semplice. Non è infatti necessario ripassare il filetto e fresare la faccia esterna della scatola movimento centrale, in quanto la scatola del movimento centrale è stata già preparata dalla casa secondo le corrette tolleranze.
- Eliminando il filetto si risolve alla radice il problema del danneggiamento accidentale del filetto durante le operazioni di montaggio delle calotte.
- Essendo le superfici di calotta e scatola movimento centrale strettamente a contatto, si evita l’infiltrazione di sporco che potrebbe provocare l’incollaggio dei due elementi rendendo difficoltosa la rimozione.
- Riduzione di peso, in quanto alcuni sistemi permettono di utilizzare scatole movimento centrale più leggere, in alcuni casi anche in carbonio, eliminando tra l’altro il problema di accoppiata carbonio/alluminio, visto che le scatole movimento centrale filettate devono essere per forza realizzati in metallo.
- Migliore distribuzione delle sollecitazioni tra calotta e telaio, grazie alla maggiore superficie di contatto.
- Possibilità di utilizzare guarniture con asse maggiorato, incrementando la rigidità e riducendo il peso.
- Alcuni movimenti centrali press fit con cuscinetto interno (BB30) sono più stretti rispetto ai sistemi a calotte e riducono il fattore Q.
- La presenza del cuscinetto all’interno del telaio, con una distanza tra i due cuscinetti simile a quelle dei sistemi a calotte filettate, fa si che il telaio possa essere più rigido in zona movimento centrale.
Naturalmente dall’altra faccia della medaglia ci sono anche alcuni svantaggi:- Eliminando il filetto si risolve alla radice il problema del danneggiamento accidentale del filetto durante le operazioni di montaggio delle calotte.
- Essendo le superfici di calotta e scatola movimento centrale strettamente a contatto, si evita l’infiltrazione di sporco che potrebbe provocare l’incollaggio dei due elementi rendendo difficoltosa la rimozione.
- Riduzione di peso, in quanto alcuni sistemi permettono di utilizzare scatole movimento centrale più leggere, in alcuni casi anche in carbonio, eliminando tra l’altro il problema di accoppiata carbonio/alluminio, visto che le scatole movimento centrale filettate devono essere per forza realizzati in metallo.
- Migliore distribuzione delle sollecitazioni tra calotta e telaio, grazie alla maggiore superficie di contatto.
- Possibilità di utilizzare guarniture con asse maggiorato, incrementando la rigidità e riducendo il peso.
- Alcuni movimenti centrali press fit con cuscinetto interno (BB30) sono più stretti rispetto ai sistemi a calotte e riducono il fattore Q.
- La presenza del cuscinetto all’interno del telaio, con una distanza tra i due cuscinetti simile a quelle dei sistemi a calotte filettate, fa si che il telaio possa essere più rigido in zona movimento centrale.
- Grande numero di standard introdotti dai vari produttori, con problemi di compatibilità tra le varie tipologie.
- L’accoppiamento ad interferenza richiede delle tolleranze di lavorazione piuttosto strette che se non rispettate provocano problemi. Il costo delle lavorazioni per questo motivo è superiore.
- L’accoppiamento ad interferenza richiede delle tolleranze di lavorazione piuttosto strette che se non rispettate provocano problemi. Il costo delle lavorazioni per questo motivo è superiore.
Ad oggi però l’assenza di una standard unico crea non pochi problemi, soprattutto se ad esempio si vuole trasferire una guarnitura da un telaio all’altro.
Il mercato comunque sembra evolversi verso lo standard press fit per quasi tutti gli ambiti di utilizzo. Sicuramente nei prossimi anni questo sistema diventerà il riferimento, sperando che i produttori riescano a mettersi d’accordo su uno standard unico.