Un miglior materiale vuol dire sempre maggior durata nel tempo,
ma anche più rigidità e migliori prestazione.
Progettare un monociclo può essere fatto in molti modi,
ma solo pochi di essi sono quelli giusti.
La FORMA
Innanzitutto la forma che definisce l'utilizzo. Nel monociclo possiamo dividere i telai in due macro-famiglie:
- telai QUADRI, fatti per eseguire trick che richiedono un appoggio dei piedi (Freestyle, Flatland, One Foot Race),
- telai TONDI, che eliminano il fastidio dello spigolo quando l’uso non richiede appoggi sul telaio (mountain unicycling, trial, road).
Ovviamente esiste l’uso “COMBINATO” soprattutto nella taglia 19”-20”, dove è giustificato l’uso di un telaio quadro anche per specialità dove si potrebbe farne a meno.
La ROBUSTEZZA
La prima caratteristica da considerare è la robustezza, che deve permettere l’utilizzo dello strumento senza incorrere in cedimenti. La robustezza richiesta varia a seconda dell’utilizzo, del peso e della forza del monociclista. Purtroppo molte volte abbiamo visto monocicli, seppur sufficienti da un punto di vista di robustezza per una ragazza di ca. 50 kg, rompersi nel giro di pochi minuti se prestati ad un amico con una struttura fisica più forte e pesante.
Cosa è la ROBUSTEZZA?
Questo aggettivo, che deriva dal Latino “robustus”, si riferisce a ciò che è solido, forte o vigoroso. E’ la capacità di un corpo di opporsi alla deformazione elastica provocata da una forza applicata, quindi di resistere bene alle sollecitazioni, senza flettere, deformarsi né rompersi.
La RIGIDEZZA
La prossima caratteristica importante è la rigidezza della struttura. La rigidezza è determinata da:
- MATERIALE, cioè dipende dalla quantità di materiale e dal materiale stesso.
- FORMA DELLA SEZIONE, in un tubo la forma della sezione definisce la rigidezza e la robustezza finale. All'aumentare del diametro a parità di peso, diminuisce lo spessore ed aumentano rigidezza e robustezza (non possiamo usare spessori troppo ridotti perché il monociclo è spesso sottoposto ad urti imprevedibili.
- VINCOLI, facciamo un esempio: a parità di forma e materiale un palo vincolato ai due estremi ha una maggiore rigidezza di un palo ancorato ad un solo estremo.
Più un telaio è rigido, più veloce e precisa sarà la sua risposta ai nostri impulsi/comandi.
Come un bisturi, il telaio deve essere prima di tutto preciso. Una lama che si piega o vibra renderà il lavoro del chirurgo difficile o impossibile. Lo stesso vale per il nostro monociclista che, diventando sempre più bravo, avrà sempre di più l’esigenza di eseguire determinati Trick con la precisione di un chirurgo.
Nel Freestyle, nel Trial, ma anche nel Mountain Unicycling (Muni) un telaio “morbido” o “flessibile” sarà sempre più inefficace o addirittura pericoloso.
Cosa è la RIGIDEZZA?
In generale si dovrebbe usare il termine rigidità quando si parla di un materiale, di rigidezza quando si parla di una struttura. Un'alta rigidità si ricerca quando si vogliono basse deformazioni, una bassa rigidità quando è richiesta flessibilità.
La DURABILITA'
Gli ultimi due aspetti comunque da considerare sono il PESO e la DURABILITA’ del monociclo, che sono il risultato dell’insieme delle scelte del progettista che dopo aver deciso FORMA – GRADO DI ROBUSTEZZA – LIVELLO DI RIGIDITA’, decide tutti i dettagli del progetto, ovvero: MATERIALI, DIMENSIONI e VINCOLI che sono gli elementi che definiscono il telaio.
Cosa è la DURABILITA'?
La durabilità o durevolezza o durata nel tempo è la capacità di un prodotto di rimanere funzionante senza eccessive operazioni di manutenzione o riparazioni, nelle condizioni normali del suo ciclo di vita. Questa può essere misurata in diversi modi, dipendenti dal campo di applicazione. Per esempio in anni di vita, ore di uso o cicli operativi.
A parità di peso, l’alluminio è più rigido e costoso, l’acciaio è più economico e più flessibile.
... e ora due parole sull'ALLUMINIO
L’alluminio è di gran lunga il più giovane tra i metalli di uso industriale, essendo stato prodotto per la prima volta su larga scala industriale poco più di 100 anni fa. Il suo simbolo è Al.. Le sue caratteristiche:
- leggero (ha un peso specifico di circa un terzo dell’acciaio),
- resistente agli urti,
- durevole,
- resistente in modo eccellente alla corrosione
- riciclabile al 100%.
Per migliorare le caratteristiche meccaniche si aggiungono all'alluminio determinati quantitativi di elementi alliganti (avremo le leghe di alluminio). Quando si combina con altri elementi, le caratteristiche di questo metallo, che allo stato puro è tenero e duttile, cambiano radicalmente.
... e anche sull'ACCIAIO
Il termine acciaio indica in maniera generica una lega tra 2 elementi principali: ferro e carbonio.
Alla lega di ferro e carbonio, che si caratterizza per le sue notevoli proprietà meccaniche di resistenza agli sforzi, possono essere aggiunti altri elementi quali p.es.
- silicio, conferisce un‘elevata resistenza ma riduce la saldabilità;
- rame, ostacola la corrosione;
- manganese, aumenta la durezza ma diminuisce l'elasticità;
- cromo**, aumenta la durezza e non riduce l'elasticità.
La composizione della lega definisce anche la classificazione dell’acciaio. Abbiamo infatti gli Acciai comuni al carbonio (impiegati in applicazioni che non hanno particolari esigenze) e gli Acciai Speciali (che conferiscono alla lega proprietà particolari).
** i telai Mad4One in acciaio (stiamo parlando della famiglia URC, acronimo di UnaRuota.Com), sono realizzati con l‘ acciaio al cromo-molibdeno Cr-Mo 4130, una lega di acciaio che garantisce una maggiore resistenza al carico, un peso specifico inferiore e una migliore resistenza alla trazione rispetto all'acciaio non legato.
Quindi parlare di alluminio e di acciaio non è sufficiente, perché esistono innumerevoli leghe di alluminio e di acciaio con caratteristiche anche molto differenti tra di loro. La scelta del materiale "giusto" è un elemento molto importante dell'intero progetto di un telaio.
La FATICA
Un’altra caratteristica spesso ignorata è il concetto di FATICA DEL MATERIALE.
la FATICA del materiale è un fenomeno meccanico di progressiva degradazione di un materiale sottoposto a carichi variabili nel tempo che può portare alla sua rottura (cedimento a fatica o rottura per fatica) anche se sia rimasto nel suo limite d'elasticità, nonostante durante la vita del materiale l'intensità massima dei carichi si sia mantenuta ad un valore sensibilmente inferiore alla tensione di rottura o di snervamento del materiale stesso.
Ogni materiale ha due dati che lo caratterizzano:
- Il carico di snervamento, ovvero se applico una forza superiore a quella indicata (carico) il materiale si deforma e non ritorna più alla forma originale (si piega);
- Il carico di rottura, ovvero se applico una forza superiore a quella indicata (carico), il materiale si rompe, il carico di rottura è sempre superiore al carico di snervamento.
In particolare il danneggiamento per fatica procede attraverso i seguenti stadi:
- innesco della frattura: questo primo stadio, detto anche “assestamento microstrutturale” della componente plastica del materiale , stabilizza alcune caratteristiche meccaniche e fisiche dello stesso,
- Nella successiva fase le microintrusioni e microestrusioni determinano l'innesco del danneggiamento per fatica. Infatti sul fondo di tali microintrusioni gli sforzi risultano amplificati per effetto d'intaglio, per cui il materiale in quel punto cederà facilmente e si formeranno delle microcricche,
- Propagazione della cricca: la cricca si propaga per un piccolo tratto lungo la direzione dei difetti di estrusione, poi il suo cammino prosegue in direzione ortogonale alla direzione esterna,
- frattura finale: l'avanzare della cricca porta ad una progressiva diminuzione di sezione resistente; quando la sezione resistente si riduce e la dimensione della cricca raggiunge il valore della sezione critica del materiale, si ha la frattura finale di schianto per sovraccarico.
Per maggiori informazioni ecco il link: https://it.wikipedia.org/wiki/Fatica_(scienza_dei_materiali)
Se però applico una forza di poco inferiore al carico di snervamento il materiale mantiene la sua forma, ma al suo interno si creano delle micro-fratture. Con il protrarsi dell’utilizzo della struttura queste micro-fratture porteranno alla rottura del materiale senza aver mai superato né il carico di snervamento, né il carico di rottura.
Questo è in parole semplici il concetto di FATICA, che spesso constatiamo sia con i raggi in acciaio, sia con altre parti in alluminio.
Molti monociclisti hanno vissuto questa esperienza: “… ho fatto le stesse cose di sempre e oggi si è rotto, ma io non ho fatto nulla di eccessivo, come mai si è rotto? ...”.
Questo ci dice che tutti i materiali, a causa della FATICA, hanno una durata limitata nel tempo, che dipende dalla qualità del materiale e da tutti gli elementi della progettazione.
Per questo motivo la scelta del materiale e della lega da adottare è una scelta fondamentale per il risultato finale del nostro progetto.
L’alluminio è più rigido ma meno forte dell’acciaio e quindi è più soggetto alla FATICA.
Ma ritorniamo al nostro telaio
Il disegno di un telaio di monociclo è sostanzialmente una” Y” rovesciata.
Il punto più sollecitato del telaio è il punto centrale delle 3 gambe (gamba destra-tubo verticale-gamba sinistra).
Qui entrano in scena i VINCOLI (che sono uno dei tre elementi che determinano la RIGIDEZZA della struttura).
Nel monociclo le due gambe sono vincolate tra loro in basso attraverso il mozzo e in alto, sia in caso di forma quadrata o curva, al tubo verticale.
Questo ci fa capire l’importanza della connessione con il tubo verticale.
Immaginiamo di dover piantare il nostro ombrellone da spiaggia: la solidità del nostro ombrellone dipende molto dalla profondità del foro nel quale lo andrò a posizionare (che denominerò “profondità dell’incastro”).
Ma anche se uso un basamento rigido la profondità del foro è comunque e sempre un elemento importante.
Con un basamento non sufficientemente profondo l'incastro sarà instabile o fragile.
Ritorniamo al punto di connessione tra il tubo verticale e le due gambe del telaio: come per il nostro ombrellone anche nel telaio la profondità dell’incastro tra il tubo verticale e la base è molto importante.
I telai Mad4One in alluminio a forma QUADRA
GLI SPESSORI
hanno una profondità d’incastro di 22mm. Questa dimensione è stata definita in fase di progettazione considerando anche la modalità di utilizzo dello strumento.
Minore è la profondità d’incastro, minore sarà la distanza tra piede e pneumatico.
Maggiore è la profondità d’incastro, più robusto sarà l’intero strumento.
Questa misura è quindi frutto di un compromesso tra funzionalità e robustezza, consapevoli che misure inferiori compromettono la tenuta dell'intero telaio.
Il tubo verticale del telaio MAD4ONE realizzato in un pezzo unico ha spessore variabile.
In quella zona e per i primi 8 cm ha infatti uno spessore di 6mm per parte.
La nostra esperienza ci ha insegnato che diminuendo la profondità di incastro gli sforzi in quel punto diventano così grandi da compromettere la durabilità e spesso anche la robustezza dell’elemento.
Ovvero, con misure inferiore si accorcia molto la vita del telaio rischiando rotture improvvise.
Naturalmente la profondità dell’incastro da sola non è sufficiente per garantire robustezza e durabilità. Spessori e qualità del materiale in quel punto garantiscono il risultato finale.
IL MATERIALE
I telai in alluminio MAD4ONE a forma QUADRA sono realizzati con la lega di alluminio AL6069-T6, che si differenzia rispetto al comune AL6061-T6 in questi aspetti:
- Resistenza alla deformazione superiore fino a +30%
- Maggiore resistenza al carico
- Maggiore resistenza al carico in presenza di corrosione
GLI SPESSORI
Per coloro che vogliono approfondire l’argomento ecco il link allo studio accademico “ Strengthening in the new aluminum alloy AA 6069” condotto da S.C. Bergsma a, M.E. Kassner b,*, X. Li, M.A. Wall, nel quale vengono analizzate le proprietà meccaniche della nuova lega alluminio-magnesio-silicone 6069.
Ecco il link:
https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-materials-research/article/abs/effect-of-fe-on-microstructures-and-mechanical-properties-of-an-almgsicucrzr-alloy-prepared-by-low-frequency-electromagnetic-casting/D97D7E84D9847CA68325CD3A2629FD53#
I telai Mad4One in alluminio a forma TONDA
GLI SPESSORI
non hanno i vincoli di utilizzo del telaio quadro. Per questo motivo nei telai MAD4ONE abbiamo potuto realizzare una profondità di incastro più importante: 36mm.
Questa dimensione riduce in modo rilevante il carico applicato in quella zona garantendo rigidezza e durabilità eccezionali.
Il MATERIALE
I telai in alluminio MAD4ONE tondi sono realizzati con la lega di alluminio AL7005-T6 che rispetto al più comune AL6061-T6 ha una resistenza al carico maggiore del 12% e una resistenza alla fatica maggiore del 56%.
Naturalmente poniamo una grande attenzione anche al rapporto diametro-spessore dei tubi.
Anche in questo caso il tubo verticale è a spessore variabile e nella zona dell’incastro ha un diametro di ben 40mm e uno spessore di 3.6mm per parte, che conferiscono grande rigidezza e robustezza all’intera struttura.
AL7005 ha una resistenza alla trazione di 350 MPa, una resistenza alla fatica di 150 MPa e una densità di 2,78 g/cm³ rispetto alla resistenza alla trazione di 310 MPa e alla resistenza alla fatica di 96,5 MPa e una densità di 2,70 g/cm³ delle le leghe di alluminio 6061.
Per coloro che vogliono approfondire l'argomento ecco il link:
https://en.wikipedia.org/wiki/7005_aluminium_alloy#Specific_forms_of_AL_7005_include
Il dimensionamento della gamba e del supporto di montaggio del freno a disco nonché la qualità del materiale e delle saldature sono gli elementi che caratterizzano i telai MAD4ONE.
Nel mondo del Mountain Unicycle (Muni) un altro punto sollecitato, oltre alla profondità dell’incastro tubo verticale-gambe, è la zona dove è vincolato il freno a disco.
In questi anni l’uso del monociclo da Muni è cambiato molto, grazie al freno a disco.
Di fatto la gestione dell’equilibrio (in avanti e in dietro) è passata dai pedali al freno, questo però presuppone un utilizzo molto più continuo del freno e richiede una reattività del sistema frenante precisa e puntuale.
Il freno a disco nel punto in cui è vincolato al telaio sviluppa carichi altissimi e spesso anche alte temperature.
La commistione di questi due effetti porta ad un affaticamento del materiale molto veloce, provocando inizialmente vibrazioni che compromettono la puntualità della frenata al limite della pericolosità e successivamente alla rottura del telaio o del supporto di montaggio del freno.
Concludiamo con due parole su due altri materiali di alta gamma che a nostro avviso nel mondo del monociclo oltre all’alto costo hanno delle caratteristiche che li rendono poco interessanti ….
CARBONIO
La fibra di carbonio può avere molti intrecci, e a seconda di questi e della lavorazione si possono ottenere a parità di peso caratteristiche di resistenza e di torsione ben differenti.
I punti di forza del carbonio sono: la resistenza alla trazione, la rigidezza, l’alta resistenza alla fatica, la resistenza all’invecchiamento e alla corrosione, ma ha anche dei punti deboli: ovvero la dinamica di rottura.
E’ sufficiente un urto anche modesto nel punto sbagliato per rompere la resina che racchiude le fibre di carbonio e compromettere istantaneamente la solidità del telaio.
Alcuni esempi:
- Un manubrio da bici in alluminio si piega se ci si schianta contro un albero, uno in carbonio può fessurarsi, ma allo stesso tempo mantenere una solidità ed un’apparente integrità strutturale. Quando però andremo a caricare l’elemento con sollecitazioni importanti (es atterraggio da un salto), questo potrà cedere di schianto.
- Stringere un telaio in carbonio in una morsa porta bici fissata al tettuccio dell’auto, può provocare la rottura delle fibre senza che queste presentino un qualche difetto.
In questi due casi parliamo di utilizzi impropri, ovvero sollecitazioni o impatti anche elevati sulla struttura in carbonio per i quali la stessa non è stata progettata e realizzata.
Con il carbonio puoi fare cose rigidissime o flessibilissime, un classico esempio fuori dal nostro mondo sono le canne da pesca, un pescatore ti può raccontare però quanto sono delicate...
TITANIO
Esistono diversi tipi di titanio (grado 1,2,3, 4) e leghe di titanio (grado 5 al 38).
Come per altri materiali le caratteristiche meccaniche nonché di lavorabilità e saldabilità variano molto a seconda del tipo di titanio utilizzato.
Ha comunque un peso specifico a metà strada tra l’alluminio e l’acciaio mentre le caratteristiche meccaniche variano molto a secondo del tipo ma non superano mai le leghe di acciaio.
Considerando l’elevato costo del materiale e delle lavorazioni nonché il rapporto peso-prestazioni meccaniche riteniamo che la giusta lega di alluminio e il corretto progetto possano oggi offrire caratteristiche analoghe a costi molto inferiori.
Ultima cosa, ma non per importanza …..
la LIBERTA’ conta!
Nel nostro caso se parliamo di “Libertà” intendiamo “Compatibilità”.
Il monociclo è composto da 3 insiemi di elementi (sella-telaio-ruota).
La nostra grande attenzione è quella di rispettare il più possibile gli standard che si sono affermati nel nostro Mondo nel corso degli anni. Cioè tutti i componenti che realizziamo hanno un’interfaccia standard in modo tale che si possono montare senza problemi con altre parti presenti sul mercato.
Solo il Mad4One RACE EVOLUTION, nato nel 2011, (5 medaglie d’oro con S.Kobayashi al Mondiale 2012 a Bressanone - Unicon XVI), e ulteriormente perfezionato nel 2018 (8 medaglie d’oro con Niklas Wojtek e Alina Czimek al mondiale 2018 in Corea – Unicon XIX), ha un’interfaccia appositamente sviluppata.
Perché in questo caso ci siamo allontanati dal concetto ISIS e quindi dall’approccio standard?
Per aumentare l’efficacia della spinta sui pedali abbiamo voluto ridurre la distanza dei piedi dalla linea di marcia e per raggiungere questo obiettivo abbiamo realizzato un’interfaccia mozzo-pedivella meno ingombrante del sistema di aggancio ISIS.
Infine ecco il link al
del quale siamo particolarmente orgogliosi.
Qui trovi i migliori risultati che i monociclisti di Mad4One Muni hanno ottenuto agli ultimi campionati mondiali.
Questa pagina finisce con un video molto bello fatto per noi da Florian Rabensteiner, l'indiscusso campione del mondo di Muni, e un grande video di Ben Soja, l'unico che ha percorso la White Line in monociclo fino ad oggi.