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Raios que o partam

Aros raiados são uma das construções mais leves e resistentes da mecânica. Um aro de bicicleta convencional suporta facilmente 500kgf em carregamento estático e lateralmente mais de 50kgf. Um aro construido com bons materiais e raios de boa qualidade dificilmente irá estragar, exceto por fadiga dos raios onde eles prendem no cubo ou por algum abuso do ciclista.

Seu conceito é uma treliça 3D onde os raios sofrem tração entre o cubo e o aro. Considerando cada extremidade de cada raio como um ponto, ao ligarmos estes pontos teremos uma estrutura composta por inúmeros tetraedros.

Vamos citar algumas observações interessantes:

1: Os Niples que fazem o ajuste da tensão a conexão entre o aro e o raio são apenas apoiados. Ou seja, se empurrar um raio solto no sentido do pneu faz ele sair. Os niples apenas permitem a tração dos raios.

2: O ponto de contado do raio com o cubo não é engastado, ou seja, permite 2 graus de liberdade ( como se fosse uma articulação).

3: Os raios, apesar de parecerem rigidos, para a ordem de grandeza dos esforços eles se comportam flexivelmente ( como se fosse um cabo de aço). Inclusive o indice de esbeltez ( comprimento dividido pelo diâmetro) é superior a 200, por isso não possui rigidez para compressão sem que haja flambagem.

Mesmo com estas características, a sistema todo se comporta como uma estrutura rígida ( desconsiderando as deformações nos elementos). De maneira simplificada, poderiamos subistituir os raios por cabos de aço que ela resistiria da mesma forma.

A distribuição de forças se da seguinte forma ( figura 1). Supondo o carregamento no cubo ( força para baixo), o cubo fica “pendurado” nos raios superiores (figura 1A). Porém se só existissem estes raios, facilmente deformaria o aro.

O mesmo aconteceria se só existissem os raios laterais ( figura 1B). O mínimo necessário para suportar é a composição de raios laterais e superiores, sendo que os superiores “penduram” o cubo e os laterais ajudam a manter a intregridade da roda(figura 1C). Obviamente isto é uma abstração momentanea, uma vez que a roda pode girar, deixando de ter sentido as palavras “superiores” e “laterais”.raios

Mas E OS RAIOS DE BAIXO?

Quando os raios estão na parte inferior da roda, pouco ou nenhuma contribuição dão para a sustentação, ao contrario do que a intuição visual nos faz acreditar. Como ja foi dito, eles não resistem a compressão.

Podemos estender estas considerações a qualquer roda raiada, desde motos até rodas de aviões (desde a época do 14bis!).

Rodas maçiças como as de carros atuais ou as rodas de 3 ou 4 raios de material composito funcionam com outros conceitos, praticamente apenas calculáveis com modelos númericos de elementos finitos ( CAE).

3 respostas para “Raios que o partam”

  1. 1 outubro 2009 as 0:05

    Rafael disse:

    Parabéns, impecável explicação!
    Eu não tinha me dado conta que, além dos outros motivos que você citou, é impossível que os raios de baixo sustentem o cubo pois os nipples são apenas apoiados.

  2. 4 outubro 2009 as 10:48

    Rodrigo Stulzer disse:

    Santos Raios que não se Partem! 🙂

  3. 6 outubro 2009 as 15:24

    Nicholas disse:

    Beautifull!