As manivelas em forma de Z são uma boa ideia?

23

Eu me deparei com esse projeto do kickstarter , que promove uma forma original para as manivelas:

manivelas em forma de z

Eles reivindicam um arco mais amplo de pressão útil durante a rotação. Embora seu ponto principal seja discutido pelos sistemas de recorte, continuo inseguro quanto à sua reivindicação em geral.

Eles podem realmente ter um impacto positivo na potência / torque? Existe algum risco devido ao aumento do estresse em algumas partes do corpo?

Agos
fonte
27
Qualquer estudante de física com conhecimento da teoria por trás de τ = rx F pode dizer que o torque é independente da forma do braço usado para aplicá-lo (apenas a distância perpendicular ao eixo é relevante). Ou você pode fazer esse experimento mental: essa barra curva é rígida. Adicione outra barra rígida entre o pedal e o eixo da engrenagem. Como a construção era rígida e ainda é rígida, nenhum dos componentes é capaz de se mover um em relação ao outro, isso não muda nada. Agora remova a barra curva. A construção ainda é tão rígida quanto antes, a dinâmica permanece inalterada.
Joren
3
Ocorre-me que, mesmo que a teoria deles estivesse correta, eles apenas roubariam do outro lado do arco, e o total seria o mesmo.
usar o seguinte código
6
Definitivamente, permite que você coloque o dedo do pé entre a manivela e a roda da corrente.
Artistoex 9/10/12
8
Se eu fosse forçado a escolher entre usar essas manivelas e ter "sou ingênuo" tatuado na testa, eu escolheria as manivelas, embora o efeito das duas seja semelhante.
Kaz
3
As pessoas que os usam terão algo diferente "tatuado" em suas cabeças à medida que aprendem sobre a redução da distância ao solo quando batem nas bicicletas, dirigindo a roda dianteira na manivela mais longa e quando a manivela mais longa toca o chão em terrenos irregulares ou em curvas.
bmike

Respostas:

42

Se o alumínio é suficientemente rígido, não faz diferença nenhuma - a manivela pode ter qualquer forma (um disco, uma forma S, etc.), mas a relação entre os dois pontos de contato ainda permanece a mesma, e é isso que importa.

O único efeito que a manivela pode ter é adicionar um pouco de mola à manivela, o que pode ser bom ou ruim para uma manivela eficaz. Mas o alumínio produz molas ruins e, se flexionar muito, logo fadiga e falha.

O risco para as partes do seu corpo é cortado por arestas cortantes quando a manivela falha.

Daniel R Hicks
fonte
2
Este é o meu pensamento também. Se a manivela estiver rígida, o formato da manivela não importa. Veja o vídeo em 0:52, onde ele compara as duas manivelas na mesma foto com a sobreposição verde. Observe o ângulo superior do torque Z e pense em qual direção a força teria que ser para mover a manivela. Com a posição do pé no topo do arco, pressionar o pedal giraria as manivelas para trás, para movê-las para frente, você teria que mover o pé na horizontal para o chão. Além disso, se você quiser me convencer, mostre-me os dados do estudo da universidade.
Kibbee
Gostaria de saber se seria possível fazer algo semelhante com aço de mola, para realmente tirar proveito do efeito da mola? Além disso, minhas calças já estão presas nas minhas manivelas retas. Essas manivelas parecem aterradoras.
naught101
Tenho certeza de que as pessoas experimentaram o aço da mola no passado - a bicicleta "moderna" existe há mais de 100 anos e praticamente tudo foi experimentado. O que pode não ter sido bem experimentado é um braço de manivela levemente elástico, em comparação com um com muita mola. Mas, em qualquer projeto desse tipo, você tem problemas com o braço girando e inclinando o ângulo do pedal. Além disso, é muito difícil testar efetivamente esses dispositivos, devido ao efeito placebo.
Daniel R Hicks #
1
Além disso, as molas nunca são 100% eficientes; portanto, você terá uma manivela esponjosa e uma (provavelmente pequena) perda de energia.
freiheit
1
Adicione o peso extra para todo o excesso de alumínio e você estará perdendo qualquer vantagem que eles estão tentando vender!
#
25

Os comentários sobre o projeto Kickstarter têm algumas boas explicações sobre por que o design é efetivamente idêntico a uma manivela reta e por que o plano de produzir versões de fibra de carbono é perigoso.

Agora aproveite: se você tentou pressionar o pedal (como mostrado no vídeo) quando ele estava exatamente no ponto morto e parou, não importa se é uma manivela normal ou o Z-Torque, ele não vai querer mover. Eles são dois pontos rigidamente fixados no espaço, portanto, não importa o que você use para conectá-los, a 'física' os trata como se estivessem conectados por uma barra reta.

Prova simples: se você mover o torque Z apenas 2 graus antes do ponto morto superior e aplicar uma força (você pode tentar com um peso, em vez de um pé, torná-lo cientificamente válido), você verá que ele não se move para a FRENTE como aconteceria se sua manivela funcionasse como você argumenta (avançando a alavancagem por causa da dobra), mas ainda assim VOLTA exatamente o mesmo que uma manivela normal.

Parece diferente, mas funciona AO MESMO.

..e por que é perigoso:

2) Você absolutamente não pode usar um design otimizado para usinagem "moldá-los em fibra de carbono". A resistência do tecido é altamente anisotrópica. De qualquer forma, seu design mostrado na sua imagem é mais fraco, não mais forte, do que a peça usinada, se moldada em fibra de carbono (e com isso suponho que você queira dizer "moldada em polímero fundido com um verniz de fibra de carbono na superfície frontal) )

Uma manivela de fibra de carbono verdadeira teria a direção da fibra definida (geralmente à mão) de forma que a direção da fibra (ou a direção do grão) se alinhe à força exercida sobre a peça. Portanto, toda essa estrutura de escada que você moldou na peça realmente a tornaria MUITO mais fraca. Também teria componentes de metal usinados colocados na peça e colados aos compósitos para uma superfície de encaixe de metal com metal. Consulte http://www.zipp.com/support/identify/carbon_cranks.php para obter um exemplo da técnica de construção - observe o uso de uma aranha de alumínio à qual a manivela real está ligada.

[...]

5) Finalmente, e o ponto mais preocupante: você está lidando com uma parte importante do trem de força de uma bicicleta. O modo de falha nisso provavelmente será o ciclista em marcha e sua manivela cedendo e interrompendo. Este é o resultado de um acidente grave e possivelmente que altera a vida.

Testes e exames não destrutivos de materiais compósitos não são brincadeira. Posso garantir que o pessoal da Shimano e RaceFace tem anos de experiência na construção, validação e teste de estruturas compostas que eles construíram. O modo de falha dos materiais compósitos também é muito diferente do metal tradicional - há muito pouca ou nenhuma deformação inelástica.

O molde e a configuração que você mostra são bons para a produção de componentes compostos cosméticos (como o pedal de freio e acelerador "De fibra de carbono" do meu amigo). Um trilho de trem de missão crítica, nem tanto.

O comentário completo vale a pena ler.

dbr
fonte
O interessante é que a pessoa que postou isso, "Terence Tam", também está na lista de apoiadores.
Kibbee
10
@ Kibbee: você não pode postar, a menos que volte. Ele provavelmente apoiou uma pequena quantia para poder avisar os outros, o que é bastante altruísta da parte dele.
Roy Tinker
1
@RoyTinker Eu nunca usei o Kickstarter antes, mas isso é um grande problema. Somente pessoas que (financeiramente) apóiam um produto podem comentar sobre ele? Eu acho que você não quer uma tonelada de comentários de qualidade do youtube inundando todos os projetos do kickstarter, mas é necessário algum método para as pessoas discutirem a viabilidade de um projeto antes de colocar seu dinheiro em risco.
Kibbee
4
@Kibbee: A maioria dos projetos permite 1 dólar como garantia mínima e você realmente não terá que pagá-lo, a menos que o projeto receba 100% de financiamento, por isso provavelmente não é um problema tão grande (embora eu concorde que deve haver algum maneira de discutir a viabilidade sem ter que investir dinheiro).
Leo
21

Isso é apenas uma reformulação de uma idéia muito antiga e horrível. Veja PMP Cranks et al .

Editado para informações adicionais:

RE: Manivelas PMP

Um momento de reflexão mostra que uma manivela reta e uma manivela L sempre têm a mesma relação entre pedais, corrente e suporte inferior. Assim, não há vantagem para as manivelas em L. E uma manivela L sempre tem mais material do que uma manivela reta, portanto, está sempre em desvantagem em termos de peso, resistência, rigidez e / ou custo.

As manivelas PMP têm uma aranha aparafusada à manivela direita, com o cone quadrado formado pelas duas peças. O cone quadrado é carregado com muita força e, em pedaços, especialmente com alguns parafusos leves para mantê-los juntos, é provável que aumente muito as cargas e, portanto, leve a falhas prematuras. Portanto, pode ser imprudente usá-las, mesmo para valor artístico ou de humor.

RE: Manivelas de torque Z

A manivela do Z Torque consegue ter uma idéia ruim e piorar: a aranha da manivela não é simplesmente parafusada no braço direito. Em vez disso, representa cerca de 1/3 do cone quadrado, enquanto o braço é o outro 2/3. Isso coloca uma junta no meio de uma junta altamente estressada - tão estressada que os eixos de aço temperado às vezes quebram aqui.

O Z-Torque também possui muito menos distância ao solo do que uma manivela reta, muito menos que uma manivela PMP.

E depois há isso em seu próprio vídeo :

Os participantes alcançaram um consumo máximo semelhante de oxigênio, potências de saída de pico e eficiências brutas nas configurações de torque Z e de manivela normal (Tabela 1). Além disso, as classificações de esforço percebido (EPR) em 150 e 200 W, freqüência cardíaca (FC) no pico de potência, 150 e 200 W e cadência em 150 e 200 W não foram significativamente diferentes. No entanto, os participantes perceberam que seu esforço era significativamente menor no pico de potência com a manivela Z-Torque.

Mesmo seu próprio estudo e material não mostraram diferença significativa entre a manivela Z e uma manivela normal. A noção "percebida" é falha porque não é um teste cego / duplo cego.

Tha Riddla
fonte
1
Se você ler o link que forneci, também encontrará um link adicional para obter informações sobre as próprias manivelas de torque Z. Fora de todos os outros dados de física fornecidos em outros postos nesta questão, a questão da distância ao solo é enorme. Há muito menos distância ao solo nessas manivelas, fazendo com que o pedal (ou um braço inédito) atinja uma possibilidade real e distinta, mesmo para as mais leves curvas.
ThaRiddla 9/10/12
Outro artigo sobre a história (o conteúdo se sobrepõe ao seu link): road.cc/content/feature/…
armb
15

Infelizmente isso não ajuda. As figuras de exemplo demonstram mal-entendidos mecânicos clássicos elementares e, mais especificamente, estática . Momento, também conhecido como torque, é definido como

M = F * d

Onde

F = the force applied
d = the perpendicular distance from the axis to the line of action of the force.

A forma da manivela também não tem efeito. Fé a força proveniente da perna / pé e dé definida apenas pela distância entre o pedal e o cubo, multiplicada pelo seno do ângulo entre Fe o vetor definido pelo pedal e pelo cubo.

Na segunda foto de exemplo,

insira a descrição da imagem aqui

a mão que empurra é erroneamente posicionado para a frente de modo que dé aumentada, e que irá aumentar momento. No entanto, o pedal está diretamente acima do cubo, portanto, empurrar para baixo ainda cria um momento zero.

Se a manivela normal é A, você acha que a adição de braços Be Ce faria uma diferença (exceto a adição de massa)? Remova Ae você tem um sistema "em forma de Z".

insira a descrição da imagem aqui

Joonas Pulakka
fonte
1
A sua é a minha resposta favorita. Lembro-me dessa pergunta sobre torque de corpo rígido da Statics na faculdade. O professor criou uma dúzia de projetos complicados diferentes para a mesma idéia ... "a soma das forças é igual a zero". Não importa qual é a forma do braço. (Exceto, é claro, o peso da nova forma causará um torque desprezível nessa posição, mas isso será zerado por uma posição diferente no ciclo.) Boa explicação!
Brian Genisio 10/10
2

Ele apenas adiciona peso extra e provavelmente é menos confiável devido ao aumento da flexão. O "braço da alavanca", para vantagem mecânica, é o mesmo de um braço que foi direto ao pedal. É como aqueles anúncios para "aprimoramento masculino".

David Winsemius
fonte
2

Esse projeto não agrega nada de novo, muitas manivelas semelhantes a essa foram desenvolvidas durante os mais de 100 anos de design do ciclo e todas falharam em alcançar a suposta vantagem de potência e se tornarem populares.

Compre isso se você gosta da aparência do flex no eixo do pedal, compre-o.

Stu
fonte
2

Não.

  • Você tem menos espaço para girar a roda dianteira quando a parte mais longa da manivela estiver na horizontal em relação ao solo.

  • Você tem menos distância ao solo quando a parte mais longa da manivela está mais próxima do solo.

  • O Flex sempre perde força e, mesmo que estes fossem perfeitamente rígidos, não há vantagem mecânica, pois a força não é aplicada no final do Z, mas no mesmo lugar que uma manivela tradicional.

No entanto, essas manivelas são perfeitas para manivelas (pessoas excêntricas) ou raspadores que desejam um pouco de brilho e não se preocupam com segurança ou eficiência.

bmike
fonte