Quando si parla di biciclette è inevitabile parlare di catene e ruote dentate, soprattutto nel caso si tratti di biciclette destinate a velocità estreme. Lo studio della trasmissione deve essere curato in ogni dettaglio per essere in grado di strappare più Watt possibili all’attrito e poterli usare per andare più veloci.

L’esigenza di realizzare una trasmissione molto efficiente nacque nel 2017 insieme al nostro ultimo prototipo Taurus. Le dimensioni ridotte del prototipo hanno reso poco fattibile una trasmissione con trazione posteriore come in Pulsar, così si è optò per realizzarne una frontale.

Questa scelta porta spesso a limitare il numero di rapporti per via del disallineamento marcato della catena dovuto alla vicinanza degli assi di trasmissione. Una possibilità per mantenere alto il numero di rapporti è quella di prevedere due guarniture e limitare il numero di pignoni a 7-8, idea che non piaceva molto, perciò si optò per una trasmissione con cassetta traslante. Ci focalizzammo molto su questo design poiché l’idea non era nuova e sapevamo che qualunque cosa avessimo progettato, sarebbe stata funzionale in ogni caso. Questo tipo di trasmissione mantiene alta l’efficienza complessiva poiché il meccanismo impone una planarità sulla catena, fatto che gli permette di lavorare sempre nelle condizioni ideali.

Inoltre, spazio permettendo, è possibile gestire un numero qualunque di rapporti, e questo non influisce sul rischio della catena di deragliare o lavorare male per via del disallineamento marcato dei pignoni di trasmissione.

La trasmissione V1.0

Il sistema di trasmissione è composto da due catene poste su entrambi i lati del telaio, collegate mediante un alberino di rinvio. Sul lato destro del prototipo troviamo una guarnitura da ben 108 denti dotata di un dispositivo di misura di vari parametri quali potenza e cadenza.

Questa si collega mediante una catena alla cassetta ad 11 velocità (il range di denti va dai 40 ai 13) che, come anticipato prima, può traslare su un alberino scanalato. I pignoni possono slittare permettendo comunque la trasmissione del momento torcente. L’albero scanalato è di acciaio, mentre il manicotto che ci scorre sopra è stato fatto in bronzo per ridurre la forza necessaria per spostarlo.

L’albero di rinvio è sostenuto da due cuscinetti ibridi di cui uno è posto sul pannello sinistro del telaio mentre l’altro è sostenuto da una struttura in alluminio saldato che sostiene anche i servomotori per la movimentazione.

Il moto viene trasmesso ad una corona fissa sul lato sinistro del telaio la quale, per via di una seconda catena, trasmette la coppia alla ruota anteriore. Entrambe le catene presentano il proprio tendicatena dedicato in carbonio.

Questi montano pulegge in alluminio fresato con cuscinetti ibridi dedicati. Il tendicatena dal lato sinistro presenta una struttura ad arco che facilita il movimento della ruota nella fase di smontaggio e montaggio.

I servomotori della V1.0

L’azione di spostamento assiale dei pignoni è gestita da due potenti servomotori basati su motori “coreless” in grado sviluppare una coppia di 2Nm ciascuno. Con un sistema di leverismi si ottiene una spinta combinata di circa 20Kg che permette di cambiare in modo rapido e preciso, anche mentre il ciclista continua a pedalare. I servomotori sono alimentati da una batteria agli ioni di litio a due celle, in grado di generare 7,4V. La gestione del cambio è affidata ad un Arduino Mega 2560, basato sul processore Atmega2560, il quale interpreta i segnali dei pulsanti posti sul manubrio e cambia di conseguenza.

La trasmissione V2.0

La competizione a BM del 2017 ha portato molte nuove idee sul miglioramento del sistema di trasmissione. I punti principali su cui ci siamo focalizzati sono stati:

• Peso del sistema: essendo Taurus piuttosto pesante, l’obiettivo del 2018 è stato quello di alleggerirlo il più possibile. Il processo di alleggerimento ha toccato tutti gli aspetti del prototipo, compresa ovviamente la trasmissione. Componenti in alluminio e in acciaio sono stati progettati nuovamente in modo migliore, eliminando materiale dove non serviva o utilizzandone di più leggeri come plastiche e fibra di carbonio. Anche alcuni componenti commerciali come la catena e pignoni ne hanno risentito: l’acquisto di una catena ultra leggera e la realizzazione di una guarnitura full carbon erano assolutamente necessari . Complessivamente sono stati tolti 1.6kg dando così meno inerzia alla bici e meno peso fornito alle gomme, e quindi meno perdite nel rotolamento.
• Funzionalità: un azionamento biella-manovella impone un moto non lineare sulla cassetta, fatto che porta ad una irregolarità nel movimento e una difficoltà maggiore nella calibrazione del sistema. Questo problema è stato risolto utilizzando un’altra tipologia di movimentazione ovvero un accoppiamento pignone- cremagliera.
• Efficienza: nonostante il sistema di trasmissione a cassetta traslante vuole mantenere la catena costantemente allineata, questo non basta a garantire l’efficienza massima. è stato quindi necessario uno studio più approfondito su quale catena e lubrificante utilizzare.

Il sistema migliorato presenta un telaio sul lato destro che risulta essere molto più compatto e leggero del sistema precedente. Nell’immagine si può notare il nuovo telaietto realizzato completamente in fibra di carbonio. Il nuovo sistema è stato testato appieno nella competizione del 2018 a BM. La trasmissione risulta funzionare in maniera pronta e precisa e apparentemente non risultano altre migliorie che si potrebbero apportare. L’unico problema riscontrato quest’ultimo anno riguarda l’imprecisione di ingranamento nei rapporti più alti. In questa porzione di cassetta, i diametri dei pignoni sono molto simili e spesso capitava che la catena scavalcasse due marce. L’intoppo è stato risolto modificando leggermente la geometria del tendicatena, il quale ora porta le sue pulegge più vicine ai ultimi rapporti. Tre membri del team hanno sviluppato questa tecnologia che ha portato a ben due brevetti. Non si esclude una possibile industrializzazione del sistema di trasmissione su biciclette di alta gamma, dove l’efficienza alta è un obbligo.

Conclusioni e propositi per il futuro

Sebbene la trasmissione attuale sia molto efficiente, ha il difetto di avere comunque due catene per via dell’enorme rapporto di trasmissione che deve realizzare. L’intenzione per il futuro è quella di realizzare un sistema che utilizzi una catena singola. L’impresa potrebbe essere molto ardua ma sicuramente non impossibile.