Bentrovati con il consueto appuntamento settimanale con il tech corner!
Quest’oggi cominciamo ad occuparci delle geometrie dei telai, occupandoci di uno dei parametri più importanti: l’angolo di sterzo.
In questo articolo cercheremo di capire che cosa si intende con angolo di sterzo, come si misura e come questo parametro influenza il comportamento della bicicletta.
L’angolo di sterzo.
Chiamato in inglese “head angle”, l’angolo di sterzo è uno dei parametri più importanti nella valutazione delle geometrie e delle caratteristiche di un telaio. L’angolo di sterzo si misura come in figura:
Si traccia una linea che attraversa l’asse della scatola sterzo del telaio (o se si preferisce, poiché sono paralleli, la linea che attraversa l’asse degli steli, è lo stesso) e la si prolunga fino al terreno. L’angolo di sterzo non sarà altro che l’angolo acuto formato dalla linea con il terreno.
Come si può vedere dal disegno la linea che determina l’angolo di sterzo non passa attraverso il punto in cui è ancorata la ruota alla forcella, punto che si trova leggermente avanzato di una quantità chiamata rake o avanzamento.
Come si può vedere in figura, proiettando ortogonalmente l’asse della ruota sul terreno, si determina una distanza con l’asse dell’angolo di sterzo, distanza che viene chiamata avancorsa (o trail in inglese). Questa distanza è estremamente importante poiché influenza il comportamento dinamico della bici (vedremo poi in seguito di approfondire questo argomento). Teoricamente è influenzata da due fattori: il rake e l’angolo di sterzo. In pratica però il rake delle moderne forcelle ammortizzate da mtb è sempre costante e quindi il parametro che influenza l’avancorsa o trail è solo l’angolo di sterzo. Per convenzione l’avancorsa si misura ponendo l’origine sulla proiezione dell’asse ruota sul terreno e quindi sarà positiva se posizionata in avanti e negativa se posizionata dietro.
FATTORI CHE INFLUENZANO L’ANGOLO DI STERZO.
L’angolo di sterzo è influenzato da due fattori:
Vediamo anche di fare chiarezza su questo aspetto, visto che spesso si vedono discussioni e diatribe sulla terminologia.
Si definisce per convenzione angolo “aperto” un angolo sterzo più piccolo, ovvero un angolo che posiziona la forcella più orizzontale. Si definisce angolo “chiuso” un angolo sterzo più ampio che posiziona la forcella più verticale. Un angolo sterzo di 69° sarà quindi più chiuso di un angolo da 67°.
Sebbene questa terminologia sia l’esatto contrario di quello che succede nella realtà, probabilmente la sua origine è dovuta al fatto che quando si è sulla bici, seduti in sella, quello che si vede non è l’angolo di sterzo, ma il suo complementare, la cui ampiezza varia in maniera inversamente proporzionale a quella dell’angolo di sterzo vero e proprio. Per questo riducendo l’apertura dell’angolo di sterzo, il suo complementare, che si vede stando seduti sulla bici, sembrerà più aperto e viceversa. Da questo probabilmente ha avuto origine questa convenzione.
Angolo di sterzo e comportamento della bici.
Vediamo ora di analizzare come l’angolo di sterzo influenzi il comportamento della bici.
Per quanto riguarda la guidabilità, il parametro che influenza la stabilità della bicicletta è l’avancorsa o trail, parametro che è influenzato da angolo di sterzo e rake. Poiché, come abbiamo detto, nelle forcelle moderne il rake è praticamente sempre costante, ne consegue quindi che l’unico fattore che influenza il trail sia l’angolo di sterzo. Vediamo come, con l’aiuto di un disegno:
Come si può vedere ad un angolo di sterzo più aperto corrisponde un trail maggiore, mentre ad un angolo di sterzo più chiuso corrisponde un trail inferiore.
Da un punto di vista analitico è possibile determinare il trail con la seguente formula:
Dove a è l’angolo di sterzo; rake è il rake; R il raggio della ruota.
Dal punto di vista pratico un’avancorsa o trail maggiore determina una maggior stabilità della nostra bicicletta, in quanto l’avancorsa tenderebbe ad aumentare durante il moto, se non ci fossero vincoli, fino all’infinito. La ruota quindi risulta maggiormente “costretta” a seguire l’asse di sterzo rendendo quindi l’avantreno più stabile.
Vediamo ora, per maggior chiarezza, di elencare le caratteristiche di una bicicletta con angolo di sterzo chiuso o aperto.
Angolo di sterzo molto aperto (65°) e angolo di sterzo molto chiuso (71°) a confronto. Si tratta di due valori limite oltre i quali difficilmente i produttori si spostano. Si noti come nonostante lo scostamento non sia così marcato, la guidabilità delle due biciclette sarà molto diversa.
Quindi, cosa è meglio? Un angolo di sterzo più aperto, o uno più chiuso? Una risposta definitiva non c’è, potremmo dire “dipende”… Dipende dalla destinazione d’uso della bicicletta, ma dipende anche dallo stile di guida e dai gusti del rider. Voi cosa preferite? Un angolo sterzo più aperto o uno più chiuso?
Appendice: calcolo dell’angolo di sterzo variando la forcella.
Qui di seguito proponiamo un foglio excel che permette di calcolare, noti la lunghezza della forcella originale, il passo della bici e l’angolo di sterzo originale, come varierà l’angolo di sterzo montando una forcella di altezza differente.
Il funzionamento è molto semplice: si inseriscono nelle celle arancioni i dati richiesti e nelle celle verdi si leggono i risultati.
I dati di input sono ricavabili sperimentalmente o dal sito dei produttori di forcella o telaio.
Quest’oggi cominciamo ad occuparci delle geometrie dei telai, occupandoci di uno dei parametri più importanti: l’angolo di sterzo.
In questo articolo cercheremo di capire che cosa si intende con angolo di sterzo, come si misura e come questo parametro influenza il comportamento della bicicletta.
L’angolo di sterzo.
Chiamato in inglese “head angle”, l’angolo di sterzo è uno dei parametri più importanti nella valutazione delle geometrie e delle caratteristiche di un telaio. L’angolo di sterzo si misura come in figura:
Si traccia una linea che attraversa l’asse della scatola sterzo del telaio (o se si preferisce, poiché sono paralleli, la linea che attraversa l’asse degli steli, è lo stesso) e la si prolunga fino al terreno. L’angolo di sterzo non sarà altro che l’angolo acuto formato dalla linea con il terreno.
Come si può vedere dal disegno la linea che determina l’angolo di sterzo non passa attraverso il punto in cui è ancorata la ruota alla forcella, punto che si trova leggermente avanzato di una quantità chiamata rake o avanzamento.
Come si può vedere in figura, proiettando ortogonalmente l’asse della ruota sul terreno, si determina una distanza con l’asse dell’angolo di sterzo, distanza che viene chiamata avancorsa (o trail in inglese). Questa distanza è estremamente importante poiché influenza il comportamento dinamico della bici (vedremo poi in seguito di approfondire questo argomento). Teoricamente è influenzata da due fattori: il rake e l’angolo di sterzo. In pratica però il rake delle moderne forcelle ammortizzate da mtb è sempre costante e quindi il parametro che influenza l’avancorsa o trail è solo l’angolo di sterzo. Per convenzione l’avancorsa si misura ponendo l’origine sulla proiezione dell’asse ruota sul terreno e quindi sarà positiva se posizionata in avanti e negativa se posizionata dietro.
FATTORI CHE INFLUENZANO L’ANGOLO DI STERZO.
L’angolo di sterzo è influenzato da due fattori:
- Inclinazione della scatola sterzo: parametro scelto in fase progettuale, permette di ottenere una determinata misura di angolo di sterzo (con una determinata forcella) inclinando opportunamente la scatola sterzo. Dipende da telaio a telaio.
- Altezza della forcella: in particolare la distanza axle to crown, ovvero la distanza tra l’asse di rotazione della ruota e la parte superiore della testa della forcella, su cui va in battuta la pista inferiore della serie sterzo. Questa altezza è solitamente correlata all’escursione, ma non è detto che due forcelle di pari escursione siano lunghe uguali. Dipende da come vengono realizzate. Questo parametro dipende quindi dalla forcella utilizzata.
Angolo di sterzo aperto o chiuso?- Altezza della forcella: in particolare la distanza axle to crown, ovvero la distanza tra l’asse di rotazione della ruota e la parte superiore della testa della forcella, su cui va in battuta la pista inferiore della serie sterzo. Questa altezza è solitamente correlata all’escursione, ma non è detto che due forcelle di pari escursione siano lunghe uguali. Dipende da come vengono realizzate. Questo parametro dipende quindi dalla forcella utilizzata.
Vediamo anche di fare chiarezza su questo aspetto, visto che spesso si vedono discussioni e diatribe sulla terminologia.
Si definisce per convenzione angolo “aperto” un angolo sterzo più piccolo, ovvero un angolo che posiziona la forcella più orizzontale. Si definisce angolo “chiuso” un angolo sterzo più ampio che posiziona la forcella più verticale. Un angolo sterzo di 69° sarà quindi più chiuso di un angolo da 67°.
Sebbene questa terminologia sia l’esatto contrario di quello che succede nella realtà, probabilmente la sua origine è dovuta al fatto che quando si è sulla bici, seduti in sella, quello che si vede non è l’angolo di sterzo, ma il suo complementare, la cui ampiezza varia in maniera inversamente proporzionale a quella dell’angolo di sterzo vero e proprio. Per questo riducendo l’apertura dell’angolo di sterzo, il suo complementare, che si vede stando seduti sulla bici, sembrerà più aperto e viceversa. Da questo probabilmente ha avuto origine questa convenzione.
Angolo di sterzo e comportamento della bici.
Vediamo ora di analizzare come l’angolo di sterzo influenzi il comportamento della bici.
Per quanto riguarda la guidabilità, il parametro che influenza la stabilità della bicicletta è l’avancorsa o trail, parametro che è influenzato da angolo di sterzo e rake. Poiché, come abbiamo detto, nelle forcelle moderne il rake è praticamente sempre costante, ne consegue quindi che l’unico fattore che influenza il trail sia l’angolo di sterzo. Vediamo come, con l’aiuto di un disegno:
Come si può vedere ad un angolo di sterzo più aperto corrisponde un trail maggiore, mentre ad un angolo di sterzo più chiuso corrisponde un trail inferiore.
Da un punto di vista analitico è possibile determinare il trail con la seguente formula:
Dove a è l’angolo di sterzo; rake è il rake; R il raggio della ruota.
Dal punto di vista pratico un’avancorsa o trail maggiore determina una maggior stabilità della nostra bicicletta, in quanto l’avancorsa tenderebbe ad aumentare durante il moto, se non ci fossero vincoli, fino all’infinito. La ruota quindi risulta maggiormente “costretta” a seguire l’asse di sterzo rendendo quindi l’avantreno più stabile.
Vediamo ora, per maggior chiarezza, di elencare le caratteristiche di una bicicletta con angolo di sterzo chiuso o aperto.
- Angolo di sterzo aperto: la bicicletta risulterà particolarmente stabile sul veloce e tenderà a mantenere la sua direzionalità sia sul compatto che sui tratti più scassati. Poiché la forcella è più orizzontale, sarà inoltre garantito un miglior assorbimento degli ostacoli in quanto la componente di sollecitazione che segue l’asse della forcella sarà maggiore. La bici tenderà ad impuntarsi di meno, grazie anche al maggiore avanzamento del punto di contatto della ruota con il terreno. Di contro l’angolo di sterzo aperto riduce la maneggevolezza della bici in curva, in particolare nei tratti molto guidati. La bici risulta più pigra nei cambi di direzione e la guida risulta più fisica. L’aumento del passo conseguente al maggior avanzamento del mozzo, rende inoltre la bici più lunga e più impegnativa nei sentieri con curve strette e sul tecnico trialistico.
In salita invece il maggior avanzamento della ruota anteriore farà si che il peso sia maggiormente distribuito sulla ruota posteriore. Il momento ribaltante invece rimane inalterato (non è vero che una bici con angolo di sterzo aperto si impenna più facilmente di una con angolo di sterzo chiuso, anzi). La maneggevolezza nel caso di curve strette sarà inferiore anche in salita e la ruota tenderà maggiormente a perdere grip, rendendo necessario quindi portare il busto più in avanti in queste situazioni.
Per questi motivi gli angoli di sterzo aperti sono utilizzati per biciclette più orientate al gravity, in modo da ottimizzare il comportamento e la stabilità in discesa, in particolare sul veloce e sullo sconnesso.
- Angolo di sterzo chiuso: l’angolo di sterzo chiuso ottimizza la maneggevolezza della bici nel guidato e nello stretto, ma di contro aumenta il rischio di impunto. La bici risulta meno stabile sul veloce e sullo scassato dove la ruota tende a “sbacchettare” perdendo direzionalità. La sensazione sarà quindi di una bici nervosa, molto reattiva nei cambi di direzione ma non in grado di trasmettere sicurezza sul veloce e sullo scassato. L’assorbimento degli ostacoli a causa della forcella più verticale sarà minore, per il fatto che la componente di sollecitazione che si scarica lungo l’asse della forcella sarà minore. La forcella quindi risulterà meno burrosa, specialmente sui piccoli urti.
In salita l’angolo di sterzo più chiuso e il conseguente minore avanzamento del punto di contatto della ruota anteriore, faranno si che il peso sia meglio distribuito tra ruota anteriore e posteriore. La ruota anteriore sarà quindi più carica e tenderà a perdere meno grip nelle curve strette.
Gli angoli di sterzo chiusi vengono utilizzati su biciclette più votate alla salita, anche per compensare la posizione in sella molto distesa in avanti.
In salita invece il maggior avanzamento della ruota anteriore farà si che il peso sia maggiormente distribuito sulla ruota posteriore. Il momento ribaltante invece rimane inalterato (non è vero che una bici con angolo di sterzo aperto si impenna più facilmente di una con angolo di sterzo chiuso, anzi). La maneggevolezza nel caso di curve strette sarà inferiore anche in salita e la ruota tenderà maggiormente a perdere grip, rendendo necessario quindi portare il busto più in avanti in queste situazioni.
Per questi motivi gli angoli di sterzo aperti sono utilizzati per biciclette più orientate al gravity, in modo da ottimizzare il comportamento e la stabilità in discesa, in particolare sul veloce e sullo sconnesso.
- Angolo di sterzo chiuso: l’angolo di sterzo chiuso ottimizza la maneggevolezza della bici nel guidato e nello stretto, ma di contro aumenta il rischio di impunto. La bici risulta meno stabile sul veloce e sullo scassato dove la ruota tende a “sbacchettare” perdendo direzionalità. La sensazione sarà quindi di una bici nervosa, molto reattiva nei cambi di direzione ma non in grado di trasmettere sicurezza sul veloce e sullo scassato. L’assorbimento degli ostacoli a causa della forcella più verticale sarà minore, per il fatto che la componente di sollecitazione che si scarica lungo l’asse della forcella sarà minore. La forcella quindi risulterà meno burrosa, specialmente sui piccoli urti.
In salita l’angolo di sterzo più chiuso e il conseguente minore avanzamento del punto di contatto della ruota anteriore, faranno si che il peso sia meglio distribuito tra ruota anteriore e posteriore. La ruota anteriore sarà quindi più carica e tenderà a perdere meno grip nelle curve strette.
Gli angoli di sterzo chiusi vengono utilizzati su biciclette più votate alla salita, anche per compensare la posizione in sella molto distesa in avanti.
Angolo di sterzo molto aperto (65°) e angolo di sterzo molto chiuso (71°) a confronto. Si tratta di due valori limite oltre i quali difficilmente i produttori si spostano. Si noti come nonostante lo scostamento non sia così marcato, la guidabilità delle due biciclette sarà molto diversa.
Quindi, cosa è meglio? Un angolo di sterzo più aperto, o uno più chiuso? Una risposta definitiva non c’è, potremmo dire “dipende”… Dipende dalla destinazione d’uso della bicicletta, ma dipende anche dallo stile di guida e dai gusti del rider. Voi cosa preferite? Un angolo sterzo più aperto o uno più chiuso?
Appendice: calcolo dell’angolo di sterzo variando la forcella.
Qui di seguito proponiamo un foglio excel che permette di calcolare, noti la lunghezza della forcella originale, il passo della bici e l’angolo di sterzo originale, come varierà l’angolo di sterzo montando una forcella di altezza differente.
Il funzionamento è molto semplice: si inseriscono nelle celle arancioni i dati richiesti e nelle celle verdi si leggono i risultati.
I dati di input sono ricavabili sperimentalmente o dal sito dei produttori di forcella o telaio.
