Ingegneria applicata alle DH

alek-91 · 5/6/13

Salve a tutti,
Da un pò di giorni mi balena un'idea per la testa. Costruirmi una DH. Premesso che la userei per allenarmi per il motocross , sono partito con i progetto.
La costruzione del telaio è molto semplice. vorrei fare i triangoli principali del telaio in lamiere di alluminio (4 mm realisticamente) che mi facciano da geometria. Queste lamiere vengono poi incollate tramite colla strutturale a pezzi ricavati dal pieno che vanno a creare il canotto sterzo e sella e la sede per l'asse pedali.
Cosa simile ma probabilmente con lamiere da 6 mm per il forcellone. Come soluzione di ammortizzazione pensavo a un Full Floater con mono in posizione verticale che scarica sulla sede asse pedali. Le quote ciclistiche sono quelle di una lapierre . E' chiaro che il progetto è ancora allo stato primordiale e devo verifacare la fattibilità e i costi soprattutto anche se penso che con qualche centinaio di euro possa farlo. La cosa si complicherà quando dovrò prendere le forcelle .
Intanto gli screenshot di una bozza.
Critiche e Commenti sono molto apprezzati. Vorrei capire se conviene o meno anche a livelli di costi visto che dovrei comprare poi tutto l'avantreno e il retrotreno

alek-91 · 5/6/13

Ah dimenticavo. peso del telaio 0.874 Kg e si può scendere ancora

tappomo · 5/6/13

non so se tu sia un ingegnere ma francamente ti vedo parecchio ottimista...
fare un telaio in alluminio da dh che pesa meno di un xc in carbonio mi fa quantomeno strano!
poi magari mi sbaglio ma su quell'affare non ci salirei e non ti consiglierei di salirci

cech12 · 5/6/13

partendo dall'inizio abbiamo vari problemi.primo l'alluminio non è adatto a sforzi torsionali o di compressione(in caso di compressione il profilo deve essere molto sopradimensionato per ovviare il fenomeno dell'"instabilita della trave" )
4 mm sono pochissimi lo piegheresti alla prima botta/salto e inoltre fletterebbe un casino l'idea migliore è usare i tubi di 6061/7000X pero sul 6000 serve il trattamento dopo la saldatura cosa costosa.inoltre devi considerare le curve di compressione etc, etc, devi rispettare tutte le misure come battuta movimento centrale e sterzo insomma tanta roba inoltre la colla strutturale non va bene si affatica e cede la miglior idea è la saldatura che pero sulle lamine torna il discorso di sopra 4mm o 6mm sono sempre e comunque pochi.comprare un pezzo cosi grosso non costerebbe esageratamente pero considera il prezzo dei tubi che dovrai perforza usare che saranno sicuramente lega 6xxx perchè la 7xxxx è rara da trovare e di solito chi la vende prende ordini sopra i 200/300 pezzi il costo del trattamento il costo del saldatore non è una spesa irrilevante senza considerare i pezzi al cnc che sono veramente un boato insomma io mi informerei meglio prima di provare sopratutto riguardo alle saldature/tubi/materiali

ugo · 5/6/13

Per come la vedo io i momenti torcenti sarebbero insostenibili dalla struttura proposta considera che di tipi di alluminio ne esistono tanti e la resistenza varia considerevolmente da lega a lega..
Di solito più la lega è resistente e più è complicata saldarla e lavorarla dovresti fare ricorso a rinvenimenti termici per ripristinare la struttura dopo la saldatura.
Le lamiere come vorresti tagliarle??? di solito tagliare una lamiera è meno banale di quello che si pensa (il laminato presenta sempre tensioni interne) è preferibile un taglio a freddo
La colla la escluderei , troppo sensibile alla corretta posa in opera, e non vedo "incastri" (vincoli) sulla struttura che possa essere bloccata dalla colla.
Premierei l'idea .. ma dovresti lavorare un pò sui calcoli strutturali ... buonlavoro

JeromeDH92 · 6/6/13

4mm non sono poi così pochi (dipende dalla lega di Al...) e l'idea delle lamiere è buona se non fosse che esse vanno posizionate nel modo giusto... in primis dovresti realizzare il telaio come uno scatolato per assicurare, oltre alla resistenza alla flessione (@ugo io non vedo momenti torcenti molto elevati ), anche un'adeguata rigidità... quindi devi fare molte saldature (la colla è veramente ostica da lavorare, richiede ampie superfici e in generale "segue" poco la deformazione del metallo... oddio viene impiegata in applicazioni aeronautiche, come i piani di coda del 787 (!), sottoposti a sollecitazioni e deformazioni non di poco conto, però comunque nessuno si fida, e i rivetti ce li mettono sempre ) molto difficili da fare e che poi devono essere trattate termicamente per far rinvenire il materiale. Il risultato può sicuramente essere buono, ma sicuramente peserà molto: sulle moto i telai in lamiera hanno avuto un boom negli anni venti, poi sono andati in disuso e negli sessanta hanno esalato l'ultimo respiro... le travi assialsimmetriche (circolari, cave o no) non brillano per restitenza alla flessione ma sono molto più comode... Sul carro poi il problema è fare un disegno corretto per scaricare bene le forze di compressione, ma garantire al contempo una buona rigidità laterale e questo significa anche sedi cuscinetti e bielle oversize... tutto questo con il presupposto poi di assicurare quote geometriche nel complesso estremamente precise e lavorazioni con tolleranze ben definite... quindi dovrai già sapere quale cuscinetto metterai in un punto piuttosto che in un altro e realizzare la sede con leggera interferenza e il perno con leggero gioco... insomma non è una passeggiate... come fai poi a sapere a quali carichi sarà soggetta la bici in un salto ad esempio? e la resistenza alla fatica? o hai un azienda alle spalle con i macchinari per i test o devi applicare alti coefficienti di sicurezza e lì l'ago della bilancia sale e il portafoglio si svuota) senza contare che poi con il giocattolino ci vai a saltare e io la pelle non la rischierei...

cech12 · 6/6/13

JeromeDH92 ha scritto:
4mm non sono poi così pochi (dipende dalla lega di Al...) e l'idea delle lamiere è buona se non fosse che esse vanno posizionate nel modo giusto... in primis dovresti realizzare il telaio come uno scatolato per assicurare, oltre alla resistenza alla flessione (@ugo io non vedo momenti torcenti molto elevati ), anche un'adeguata rigidità... quindi devi fare molte saldature (la colla è veramente ostica da lavorare, richiede ampie superfici e in generale "segue" poco la deformazione del metallo... oddio viene impiegata in applicazioni aeronautiche, come i piani di coda del 787 (!), sottoposti a sollecitazioni e deformazioni non di poco conto, però comunque nessuno si fida, e i rivetti ce li mettono sempre ) molto difficili da fare e che poi devono essere trattate termicamente per far rinvenire il materiale. Il risultato può sicuramente essere buono, ma sicuramente peserà molto: sulle moto i telai in lamiera hanno avuto un boom negli anni venti, poi sono andati in disuso e negli sessanta hanno esalato l'ultimo respiro... le travi assialsimmetriche (circolari, cave o no) non brillano per restitenza alla flessione ma sono molto più comode... Sul carro poi il problema è fare un disegno corretto per scaricare bene le forze di compressione, ma garantire al contempo una buona rigidità laterale e questo significa anche sedi cuscinetti e bielle oversize... tutto questo con il presupposto poi di assicurare quote geometriche nel complesso estremamente precise e lavorazioni con tolleranze ben definite... quindi dovrai già sapere quale cuscinetto metterai in un punto piuttosto che in un altro e realizzare la sede con leggera interferenza e il perno con leggero gioco... insomma non è una passeggiate... come fai poi a sapere a quali carichi sarà soggetta la bici in un salto ad esempio? e la resistenza alla fatica? o hai un azienda alle spalle con i macchinari per i test o devi applicare alti coefficienti di sicurezza e lì l'ago della bilancia sale e il portafoglio si svuota) senza contare che poi con il giocattolino ci vai a saltare e io la pelle non la rischierei...

le forze in un salto si calcola facilmente il momento torcente non lo vedi da statico ma se pensi a una curva con una derapata gia lo hai è non è poco
comunque che secondo me il modo migliore per avere una resistenza decente è usare tubi curvilinei o squadrati poi magari ti rifai a qualche sistema gia bello collaudato cosi vai sul sicuro
tornando al 747 la usano proprio perchè garantisce un ottima elasticità cosa che in una bici direi proprio che non serve

JeromeDH92 · 6/6/13

cech12 ha scritto:
le forze in un salto si calcola facilmente il momento torcente non lo vedi da statico ma se pensi a una curva con una derapata gia lo hai è non è poco
comunque che secondo me il modo migliore per avere una resistenza decente è usare tubi curvilinei o squadrati poi magari ti rifai a qualche sistema gia bello collaudato cosi vai sul sicuro

Esatto... compri a poco dei tubolari già fatti (così bastano poche saldature) e prendi le quote da un telaio già esistente...

Comunque non credo che sia così semplice calcolare i valori delle forze coinvolte in un salto... oddio sì, a livello base, basta un'analisi dinamica tenendo conto delle altezze, delle velocità, delle accelerazioni... però l'impatto è impulsivo... [guarda questo video: https://vimeo.com/60895869 ] e quindi i valori teorici di prima sono solo delle medie, mentre potresti ritrovarti con valori molto alti per tempi molto brevi che ripetuti nel tempo fanno propagare le cricche... e quindi come fai? Applichi il teorema dell'impulso tridimensionalmente? Ti escono equazioni alle derivate parziali difficili da risolvere e i cui risultati poi sono totalmente inficiati dalle approssimazioni, le incertezze e i coefficienti di sicurezza... è meglio fare una prova in laboratorio con una cella di carico direttamente

cech12 · 6/6/13

JeromeDH92 ha scritto:
Esatto... compri a poco dei tubolari già fatti (così bastano poche saldature) e prendi le quote da un telaio già esistente...

Comunque non credo che sia così semplice calcolare i valori delle forze coinvolte in un salto... oddio sì, a livello base, basta un'analisi dinamica tenendo conto delle altezze, delle velocità, delle accelerazioni... però l'impatto è impulsivo... e quindi i valori teorici di prima sono solo delle medie, mentre potresti ritrovarti con valori molto alti per tempi molto brevi che ripetuti nel tempo fanno propagare le cricche... e quindi come fai? Applichi il teorema dell'impulso tridimensionalmente? Ti escono equazioni alle derivate parziali difficili da risolvere e i cui risultati poi sono totalmente inficiati dalle approssimazioni, le incertezze e i coefficienti di sicurezza... è meglio fare una prova in laboratorio con una cella di carico direttamente

io partirei invece al contrario,cioe dalla resistenza dei telaio da dh del momento e da li vedi quanto circa farlo resistente insomma un po copiare.
oppure pensavo che si potrebbe calcolare anche la forza come nei crash test e provare a farlo in base ai valori di altezza velocita peso etc. cosi sarebbe piu facile.per le vibrazioni servirebbe un saldatore a regola d'arte che sappia trattare termicamente e che abbia magari un forno

JeromeDH92 · 6/6/13

Ma poi soprattutto ci vuole l'esperienza di sapere quali sono i valori tipici geometrici a cui fare riferimento... ad esempio, di quanto lo fai l'angolo di sterzo? del tubo sella? l'orizzontale virtuale? dov'è meglio mettere gli snodi del telaio per massimizzare la rigidità, minimizzare il pedal kick back? etc etc... lo so che potresti copiare le quote, ma già che ti costruisci un telaio perché non farlo secondo i propri desideri?

alek-91 · 6/6/13

Allora rispondo un pò a tutti. Innanzitutto grazie per le critiche mosse . C'è da dire che il disegno in foto è solo una bozza ma diciamo che il tutto non è stato sparato a caso.
Vengo da una esperienza abbastanza approfondita sugli incollaggi strutturali. Con un team , abbiamo realizzato una intera moto incollata senza nessun tipo di saldatura formando una struttura a sandwich tubi da 2 mm , schiuma d'alluminio e lamiere di alluminio alto resistenziale da 0.8 mm , e una moto , lasciatevelo dire , ha molte più sollecitazioni di quelle di una bicicletta. Quindi la colla non è assolutamente un mio problema in quando incollata in un certo mood è di gran lunga superiore rispetto alla saldatura in quanto la superficie resistente è maggiore rispetto al cordone di saldatura che nel caso dell'alluminio come da voi già anticipato deve essere fatto da mani esperte.
Non è vero che vendano l'alluminio solo a chi ne compra 200-300 pezzi . Si può benissimo comprare quello che si vuole a tubi da 6 metri , a blocchi , e ad altro.
per quanto riguarda la dima di costruzione, nel disegno essendo una bozza non erano stati pensati i punti di posizionamento statico , ma con dei nottolini ricavati dal pieno che fanno coast to coast tra le due lamiere è molto semplice mettere tutto in posizione per l'incollaggio. E' chiaro che i pezzi dal pieno devono essere in tolleranza.
Per quanto riguarda l'adeguata rigidezza torsionale (anche se una struttura di 4 mm di alluminio più pezzi dal pieno e se vuoi honeycomb all'interno nonn si flette mica così facilmente) e flessionale, chiaramente prima farò un'analisi fem ipotizzando le peggiori ipotesi.
Per quanto riguarda angoli di sterzo ecc, penso che ci saranno dei libri teorici. E' indubbio che su molte quote la tendenza è univoca . Per quello che riguarda snodi, progressione e tutto , ho i mezzi (non il tempo) per valutare tutto per bene.

udc-ban · 6/6/13

se ti esce a poco, te ne prenoto uno, ma metti tanta colla nel mio, sono basso e grasso
alòha

ugo · 6/6/13

alek-91 ha scritto:
Vengo da una esperienza abbastanza approfondita sugli incollaggi strutturali. Con un team , abbiamo realizzato una intera moto incollata senza nessun tipo di saldatura formando una struttura a sandwich tubi da 2 mm , schiuma d'alluminio e lamiere di alluminio alto resistenziale da 0.8 mm , e una moto , lasciatevelo dire , ha molte più sollecitazioni di quelle di una bicicletta. Quindi la colla non è assolutamente un mio problema in quando incollata in un certo mood è di gran lunga superiore rispetto alla saldatura in quanto la superficie resistente è maggiore rispetto al cordone di saldatura che nel caso dell'alluminio come da voi già anticipato deve essere fatto da mani esperte.
.

Bhe era proprio quello che pensavo l'incollaggio è un'arte . se lo fai di mestiere , chiaramente è tutta un'altra cosa..
L'unica perplessità è il telaio.. se tra le lamiere , riuscissi a inserire magari a sandwich dei rinforzi in carbonio potresti diminuire gli spessori, aumentare la resistenza, e alleggerire la struttura .. ricordo a una Kamikaze usarono un telaio completamente rivettato. è una tecnica di costruzione alternativa la tua.. probabilmente difficile da industrializzare per una produzione in serie. Tienici aggiornati..

kristian · 6/6/13

4 mm non sono affatto pochi.... anzi , rispetto ai "normali" telai forse sono due volte 2 mezzo...... la struttura che vuoi fare tu però mi sembra abbastanza "azzardata" ..... quei due gusci a questo punto dovrebbero essere minimo da 8 mm con ponti d'irrigidimento, altrimenti ti si accartoccia tutto ...
gli altri calcoli "ciclistici" tipo pedal kikback ed amenità varie, si fanno.... mica è fantascienza....

c'è un topic apposta per queste cose però....

Spakkabiker · 6/6/13

Io penso che dopo un'analisi fem ti passa la voglia di farlo.

Non parlo degli incollaggi, anche se fare una saldatura eterogenea sicuramente stressa molto meno a fatica sopratutto considerando le escursioni termiche generali, ma questa è una scienza di cui ancora non ho approfondito la conoscenza e posso dire baggianate.

Spakkabiker · 6/6/13

kristian ha scritto:
4 mm non sono affatto pochi.... anzi , rispetto ai "normali" telai forse sono due volte 2 mezzo...... la struttura che vuoi fare tu però mi sembra abbastanza "azzardata" ..... quei due gusci a questo punto dovrebbero essere minimo da 8 mm con ponti d'irrigidimento, altrimenti ti si accartoccia tutto ...
gli altri calcoli "ciclistici" tipo pedal kikback ed amenità varie, si fanno.... mica è fantascienza....

c'è un topic apposta per queste cose però....

In generale i spessori usati sono 1mm(circa) per tubazioni in acciaio, 3mm(circa) per tubazioni in alluminio.

Ma quello che conta non è tanto lo spessore quanto il momento di inerzia resistente a flessione e a torsione che vanno valutati.

tappomo · 6/6/13

il discorso incollaggio non è un problema ne tanto meno una novità, non mi da fiducia l'idea delle due lastre portanti, penso che se tra di loro non ci sono un bel pacco di centine di rinforzo quel telaio si piega alla prima curva! credo che se nella storia della bici e sopratutto negli ultimi 20 anni di evoluzione spintissima le aziende continuino a fare il 99.99% dei telai con elementi tubolari non sia una casualità.
Sarei invece curioso di capire che cos'è la schiuma di alluminio...

marco10 · 6/6/13

nella storia della meccanica non credo esista un caso di un prototipo perfetto al primo colpo (altrimenti non si farebbero i prototipi) ne di un prototipo che costi di meno di un pezzo in produzione massiva (cioè non penso che riuscirai a farlo costare di meno di un telaio già in commercio)
nei tuoi conti economici devi metterci anche il caso di buttar tutto nel rottame e ricominciare.
non ho fatto l'analisi fem ma anche a occhio ti dico che su un telaio simile non ci stai sopra neanche da fermo, non c'è niente che sopporti le forze laterali e torsionali.

katanakgb · 6/6/13

@alek-91: Ci fai vedere una foto della moto? ^_^

JeromeDH92 · 6/6/13

Ah beh allora provaci! Avete usato la schiuma come elemento strutturale?!? Cavoli, su una bici sarebbe una prima mondiale immagino!

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