Bicicleta

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Antecedentes

As bicicletas são um dos meios de transporte mais populares do mundo, com cerca de 800 milhões de bicicletas superando os carros na proporção de dois para um. As bicicletas também são o veículo mais eficiente em termos de energia - um ciclista queima cerca de 35 calorias por milha (22 calorias por km), enquanto um automóvel queima 1.860 calorias por milha (1.156 calorias por km). As bicicletas são usadas não apenas para transporte, mas também para preparação física, competição e turismo. Eles vêm em uma miríade de formas e estilos, incluindo bicicletas de corrida, bicicletas todo-o-terreno e bicicletas ergométricas, bem como monociclos, triciclos e tandens.

História

Já em 1490, Leonardo da Vinci havia imaginado uma máquina notavelmente semelhante à bicicleta moderna. Infelizmente, da Vinci não tentou construir o veículo, nem seus esboços foram descobertos até a década de 1960. No final dos anos 1700, um francês chamado Conde de Sivrac inventou o Celerifere, um cavalo de pau de madeira rústica feito de duas rodas e unidas por uma viga. O cavaleiro se sentaria em cima da viga e impulsionaria a engenhoca empurrando seus pés contra o solo.

Em 1816, o barão alemão Karl von Drais inventou um cavalo de pau dirigível e, em poucos anos, andar a cavalo tornou-se um passatempo da moda na Europa. Os pilotos também descobriram que podiam andar no dispositivo com os pés fora do chão sem perder o equilíbrio. E assim, em 1840, um ferreiro negro escocês chamado Kirkpatrick Macmillan fez um dispositivo de duas rodas que era operado por um pedal. Dois anos depois, ele viajou até 40 milhas (64 km) em um trecho durante uma viagem recorde de 140 milhas (225 km) de ida e volta para Glasgow. Algumas décadas depois, um francês, Ernest Michaux, projetou um cavalo de pau que utilizava manivelas e pedais giratórios conectados ao eixo dianteiro. O Velocípede, feito com rodas de madeira e um ferro quadro e pneus, ganhou o apelido de "boneshaker".

A década de 1860 provou ser uma década importante para o aprimoramento das bicicletas com as invenções de cubos com rolamentos de esferas, rodas com raios de metal, pneus de borracha maciça e uma alavanca de câmbio de quatro marchas. Por volta de 1866, uma versão incomum do Velocípede foi criada na Inglaterra por James Stanley. Era chamado de Comum, ou Penny Farthing, e tinha uma grande roda dianteira e uma pequena roda traseira. Os Ordinários logo foram exportados para os EUA, onde uma empresa passou a fabricá-los também. Essas bicicletas pesavam 70 libras (32 kg) e custavam US $ 300 - uma soma substancial na época.

Em 1885, outro inglês, John Kemp Starley, criou o Rover Safety, assim chamado por ser mais seguro do que o Comum, que tendia a dar cambalhotas ao piloto sobre a grande roda dianteira em paradas abruptas. O Safety tinha rodas do mesmo tamanho feitas de borracha sólida, uma roda traseira acionada por corrente e uma estrutura em formato de diamante. Outros desenvolvimentos importantes em 1800 incluíram o uso de pneus pneumáticos de John Boyd Dunlop, que tinham câmaras de ar preenchidas que forneciam absorção de choque. Os freios tipo coaster foram desenvolvidos em 1898 e, logo depois, a roda livre tornou a bicicleta mais fácil, permitindo que as rodas continuassem a girar sem pedalar.

O quadro consiste nos triângulos dianteiro e traseiro, a frente realmente formando mais de um quadrilátero de quatro tubos:o tubos superior, de assento, de baixo e de cabeça. O triângulo traseiro consiste em escoras, apoios de assento e dropouts das rodas traseiras. Presos ao tubo superior na frente do quadro estão o garfo e o tubo de direção.

Durante a década de 1890, as bicicletas tornaram-se muito populares e os elementos básicos da bicicleta moderna já existiam. Na primeira metade do século 20, ligas de aço mais fortes permitiram tubos com estrutura mais fina, o que tornou as bicicletas mais leves e rápidas. Desviadores também foram desenvolvidos, permitindo uma pilotagem mais suave. Após a Segunda Guerra Mundial, a popularidade das bicicletas caiu com o crescimento dos automóveis, mas se recuperou na década de 1970 durante a crise do petróleo. Naquela época, as bicicletas de montanha foram inventadas por dois californianos, Charlie Kelly e Gary Fisher, que combinaram os pneus largos das bicicletas balloontire mais antigas com a tecnologia leve das bicicletas de corrida. Em 20 anos, as bicicletas de montanha tornaram-se mais populares do que as bicicletas de corrida. Logo os híbridos dos dois estilos combinaram as virtudes de cada um.

As matérias-primas

A parte mais importante da bicicleta é o quadro em forma de diamante, que une os componentes na configuração geométrica adequada. O quadro fornece força e rigidez para a bicicleta e determina em grande parte o manuseio da bicicleta. A estrutura consiste nos triângulos dianteiro e traseiro, a frente realmente formando mais um quadrilátero de quatro tubos:os tubos superior, do assento, de baixo e da cabeça. O triângulo traseiro consiste em escoras, apoios de assento e dropouts das rodas traseiras. Presos ao tubo superior na frente do quadro estão o garfo e o tubo de direção.

Durante grande parte da história da bicicleta, o quadro foi construído de aço pesado, mas forte, e ligas de aço. O material da estrutura foi continuamente aprimorado para aumentar a resistência, rigidez, leveza e durabilidade. A década de 1970 deu início a uma nova geração de aços de liga mais versáteis que podiam ser soldados mecanicamente, aumentando assim a disponibilidade de armações leves e baratas. Na década seguinte, as armações de alumínio leve se tornaram a escolha popular. Os metais mais fortes, no entanto, são o aço e o titânio, com expectativa de vida que se estende por décadas, enquanto o alumínio pode sofrer fadiga em três a cinco anos.

Os avanços da tecnologia na década de 1990 levaram ao uso de armações ainda mais leves e resistentes feitas de compostos de fibras estruturais como o carbono. Os materiais compostos, ao contrário dos metais, são anisotrópicos; ou seja, eles são mais fortes ao longo do eixo das fibras. Assim, os compósitos podem ser moldados em estruturas de uma única peça, fornecendo resistência quando necessário.

Os componentes, como rodas, desviadores, freios e correntes, geralmente são feitos de aço inoxidável. Esses componentes são geralmente feitos em outro lugar e adquiridos pelo fabricante da bicicleta.

O processo de fabricação

Tubos de estrutura contínua são construídos a partir de blocos sólidos de aço que são perfurados e "desenhados" em tubos por vários estágios. Eles são geralmente superiores aos tubos com costura, que são feitos desenhando tiras de aço planas, envolvendo-as em um tubo e soldando-as ao longo do comprimento do tubo. Tubos sem costura podem então ser manipulados para aumentar sua resistência e diminuir seu peso por pontas ou alterando a espessura das paredes do tubo. O endurecimento envolve o aumento da espessura das paredes nas juntas ou extremidades do tubo, onde a maior tensão é aplicada, e o afinamento das paredes no centro do tubo, onde há relativamente pouca tensão. O tubo de topo também melhora a resiliência da estrutura. Os tubos com extremidade podem ser de extremidade única, com uma extremidade mais espessa; de ponta dupla, com ambas as extremidades mais grossas que o centro; tripla butted, com diferentes espessuras em cada extremidade; e quad-butted, semelhante a um triplo, mas com o centro afinando para o meio. Tubos de espessura constante, no entanto, também são apropriados para certas bicicletas.

Os tubos são montados em uma estrutura por brasagem manual ou soldagem por máquina, sendo a primeira um processo mais trabalhoso e, portanto, mais caro. Os compósitos podem ser unidos com cola forte ou ligantes plásticos. Os componentes são geralmente fabricados por máquina e podem ser fixados à estrutura manualmente ou por máquina. Os ajustes finais são feitos por fabricantes de bicicletas qualificados.

Montagem da estrutura

Adaptando os tubos

• 1 O metal é recozido ou amolecido por aquecimento e tornado oco para formar "cavidades" ou "flores". Estes são aquecidos novamente, decapados em ácido para remover incrustações e lubrificados.
• 2 As cavidades são medidas, cortadas e com esquadria de precisão nas dimensões adequadas. Os tamanhos de quadro para bicicletas adultas geralmente variam de 19-25 polegadas (48-63 cm) da parte superior do tubo do espigão do selim até o meio do suporte da manivela.
• 3 Em seguida, as cavidades são encaixadas sobre um mandril, ou haste, preso a uma bancada de tração. Para atingir o calibre correto, os buracos passam por matrizes que os esticam em tubos mais finos e longos, um processo denominado trefilação a frio.
• 4 Os tubos podem ser moldados e afilados em uma variedade de designs e comprimentos. As lâminas do garfo cônico podem ter que passar por mais de uma dúzia de operações para atingir a resistência, peso e resiliência corretos.

Brasagem, soldagem e colagem

• 5 Os tubos podem ser unidos em uma estrutura manualmente ou com a máquina. As armações podem ser brasadas, soldadas ou coladas, com ou sem alças, que são as mangas de metal que unem dois ou mais tubos em uma junta. A brasagem é essencialmente soldar a uma temperatura de cerca de 1600 ° F (871 ° C) ou inferior. Os queimadores de gás são dispostos uniformemente em torno das alças que são aquecidas, formando um fluxo branco que derrete e limpa a superfície, preparando-a para a brasagem. O enchimento de brasagem é geralmente latão (liga de cobre-zinco) ou prata, que derrete em temperaturas mais baixas do que os tubos sendo unidos. O filler é aplicado e, à medida que derrete, flui ao redor da junta, vedando-a.

Alinhamento e limpeza

• 6 As estruturas montadas são colocadas em gabaritos e verificadas quanto ao alinhamento correto. Os ajustes são feitos enquanto a moldura ainda está quente e maleável.
• 7 O excesso de fluxo e metais de brasagem são limpos por decapagem em soluções ácidas e por lavagem e trituração da brasagem até que esteja lisa.
• 8 Depois que os metais esfriam, alinhamentos de precisão adicionais são feitos.

Acabamento

• 9 As molduras são pintadas, não apenas para criar uma aparência mais acabada, mas também para proteger a moldura. A moldura é primeiro preparada com um subpêlo e depois pintada com um esmalte colorido. A tinta pode ser aplicada por pulverização manual ou passando as armações por salas de pulverização eletrostática automática. Os quadros com carga negativa atraem o spray de tinta com carga positiva conforme os quadros giram para cobertura total. Finalmente, transfere e verniz são aplicados ao quadro. Cromagem também pode ser usado em vez de tinta em componentes como as lâminas do garfo.

Montagem dos
componentes

Desviadores e alavancas de câmbio

• 10 Dependendo do estilo da bicicleta, as alavancas de mudança de marcha são montadas no tubo inferior - popular em bicicletas de corrida - no avanço ou nas extremidades do guidão. Um cabo é conectado, que se estende até os desviadores dianteiro e traseiro. Desviadores dianteiros, que movem a corrente de uma roda dentada de transmissão para outra, podem ser fixados ou soldados no tubo do selim. Desviadores traseiros podem ser montados com ganchos aparafusados ​​ou ganchos integrais.

Guidão, hastes e fones de ouvido

• 11 O guiador pode estar levantado, plano ou caído. Eles são aparafusados ​​à haste da bicicleta, que é então encaixada no tubo superior. Os componentes do fone de ouvido, incluindo rolamentos, copos e contraporcas, são fixados ao tubo superior. O fone de ouvido permite que o garfo gire dentro do tubo superior e, assim, torna a direção mais fácil.

Freios

• 12 As alavancas de freio são montadas no guiador. Os cabos se estendem até os freios e são presos às pinças. Fita, feita de plástico ou tecido, pode então ser fixada no guidão e as pontas são conectadas.

Selins e espigões

• 13 Os espigões do assento são geralmente de aço ou liga de alumínio e são aparafusados ​​ou fixados na posição. A sela é geralmente feita de acolchoamento moldado e coberta com náilon ou materiais plásticos. Embora o couro tenha sido a norma para selas por muito tempo, hoje é menos usado.

Pedaleiras

• 14 A pedaleira suporta os pedais e transfere a força dos pedais para a corrente e roda traseira. Os pedivelas consistem em braços de manivela de aço ou liga de alumínio, anéis de corrente e o conjunto do suporte inferior de eixo, capas e rolamentos. Eles são fixados com parafusos e tampas no suporte inferior do quadro da bicicleta. Os pedais são então aparafusados ​​às extremidades dos braços da manivela.

Rodas, pneus e cubos

• 15 Os fabricantes de rodas estão em conformidade com o sistema A J International Standards Organization (ISO) para diâmetros de rodas e tamanhos de pneus. As rodas podem ser construídas por máquinas, que enrolam tiras de aço em aros que são soldados em aros. Os aros são perfurados para receber raios, que são ligados uma vez por vez entre o aro e o flange do cubo.
• 16 A roda deve ser talhada, ou esticada, nas direções radial e lateral para obter uma tensão uniforme. Em seguida, o revestimento do aro, o pneu e a câmara de ar são fixados. A corrente também pode ser instalada na bicicleta.
• 17 As rodas traseiras são equipadas com uma roda livre, composta por várias engrenagens e espaçadores, que libera a roda traseira do mecanismo de manivela quando o ciclista para de pedalar.
• 18 As rodas são fixadas ao quadro da bicicleta por meio de um eixo que passa pelo cubo da roda. O eixo pode ser apertado com parafusos nas extremidades ou com espetos de liberação rápida.

O Futuro

O futuro das bicicletas parece promissor à medida que nos aproximamos do século XX. Os desenvolvimentos na tecnologia de bicicletas na década de 1990 levaram a avanços no design de veículos movidos a energia humana (HPVs). A maioria dos HPVs são reclináveis ​​rebaixados, que são mais aerodinâmicos do que as bicicletas convencionais e, portanto, reduzem o arrasto e aumentam a velocidade. As reclinadas também são mais seguras e muitas oferecem sala de carga e proteção contra intempéries. Um híbrido de bicicleta e automóvel chamado Ecocar começou a surgir nas ruas europeias na década de 1990. Desenhado por um cirurgião holandês, Wim Van Wijnen, proporcionava proteção contra intempéries, segurança, espaço para bagagem, fácil manutenção, conforto e velocidade.

O uso de tecnologia de computador aumentou muito as capacidades de design de fabricantes e designers. Os projetistas são capazes de simular várias forças que atuam na bicicleta, como pedalar e choques na estrada. Os programas gerados por computador tornam os testes mais simples e as variações de projetos são modificadas com mais facilidade e rapidez.