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”.
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).
This entry was posted on quarta-feira, setembro 30th, 2009 at 22:25 and is filed under Componentes Mecânicos. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. Responses are currently closed, but you can trackback from your own site.
outubro 1st, 2009 at 0:05
Rafael says: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.
outubro 4th, 2009 at 10:48
Rodrigo Stulzer says:Santos Raios que não se Partem! 🙂
outubro 6th, 2009 at 15:24
Nicholas says:Beautifull!