Mobiele menu

Het optimale niet-ronde voortandwiel: u vraagt, wij draaien

Projectomschrijving

Er zijn vanuit zowel wetenschap als sportpraktijk aanwijzingen dat niet-ronde voortandwielen kunnen bijdragen aan de prestatie van wielrenners. Zo reed de winnaar van de Tour de France 2016 op een fiets met niet-ronde voortandwielen. Een wielrenner die een niet-rond voortandwiel gebruikt, heeft in het deel van de pedaalomwenteling waarin de straal van het tandwiel kleiner is, een hogere pedaalsnelheid (een "lichtere versnelling") dan in het deel waarin die straal groter is. Pas sinds 2014 is een methode beschikbaar om uit de vorm van een voortandwiel het bijbehorende verloop van de pedaalsnelheid te berekenen. Deze rekenmethode wordt in dit project gebruikt als startpunt voor de ontwikkeling van een ontwerptool die het omgekeerde mogelijk maakt. Met deze ontwerptool kan uit een gewenste relatie tussen pedaalsnelheid en crankhoek worden berekend welke vorm het tandwiel moet hebben. Praktijkevaluatie zal in een vervolgproject moeten plaatsvinden.

Verslagen


Eindverslag

Bij een constante fietssnelheid is de pedaalsnelheid op een fiets met een niet-rond voortandwiel, anders dan op een gewone fiets, niet constant. Bij gebruik van een niet-rond voortandwiel varieert de pedaalsnelheid als functie van de stand van het pedaal.
Dit project had als doel om (1) een methode te ontwikkelen om op individuele basis te bepalen wat het gewenste pedaalsnelheidsverloop is, (2) hieruit te berekenen welke vorm het tandwiel moet hebben om dit pedaalsnelheidsverloop te realiseren en (3) een CAD/CAM methode te ontwikkelen om de gewenste vorm te vertalen in een concreet ontwerp van een tandwiel, dat vervolgens via CNC frezen geproduceerd kan worden.
Omdat het subsidiebedrag minder dan het aangevraagde bedrag was, is in overleg met ZonMw besloten om slechts 1 deelproject uit te voeren: het ontwikkelen van een rekenmethode om uit een gewenst verloop van de pedaalsnelheid binnen elke pedaalomwenteling de tandwielvorm te berekenen die leidt tot dit snelheidsverloop. Er is een rekenmethode ontwikkeld die is gebaseerd op "constrained optimization". Deze rekenmethode is geëvalueerd door optimalisaties uit te voeren waarbij de input het pedaalsnelheidsverloop was voor bekende niet-ronde tandwielen. Met deze rekenmethode kon in alle onderzochte gevallen de achterliggende tandwielvorm worden "teruggevonden". Met de ontwikkelde rekenmethode kan dus de tandwielvorm worden berekend die leidt tot het gewenste pedaalsnelheidsverloop. Daarmee is een belangrijke stap gezet in de richting van het ontwerpen van niet-ronde voortandwielen op basis van individuele wensen van een potentiële gebruiker.
Gegeven de succesvolle afronding van dit deelproject zal worden getracht financiering te vinden voor het uitvoeren van de andere delen van het oorspronkelijk voorgestelde projet.

Samenvatting van de aanvraag

In 2012 won Bradley Wiggins de Tour de France op een fiets met niet-ronde voortandwielen. De markt voor niet-ronde voortandwielen is groot en wordt geschat op 2% van de fietsen uit het duurdere segment. Vanuit zowel de wetenschap als de sportpraktijk is er grote belangstelling voor niet-ronde voortandwielen. Het standaard tandwiel is rond om werktuigbouwkundige redenen, en niet om biomechanische/fysiologische redenen. Het is daarmee onwaarschijnlijk dat het ronde tandwiel in biomechanische/fysiologische zin optimaal is; niet-ronde tandwielen hebben dus de potentie om tot prestatieverbetering te leiden. Een niet-rond voortandwiel leidt ertoe dat (bij constante fietssnelheid) de snelheid van het pedaal varieert binnen elke pedaalomwenteling; er sprake is van een variabele "Gear Ratio". De hoofdaanvrager heeft onderzocht (van Soest, 2014) hoe uit de vorm van een niet-rond voortandwiel het verloop van de Gear Ratio binnen een pedaalomwenteling kan worden berekend: de GRAFOCA (Gear Ratio As a Function Of Crank Angle). Deze rekenmethode dient in dit project als startpunt voor de ontwikkeling van een "ontwerptool" die het omgekeerde beoogt, dat wil zeggen: die leidt tot het ontwerp van een tandwiel op basis van de gewenste GRAFOCA. Het project behelst het realiseren van: 1. een setup waarmee de opdrachtgever in een iteratief proces de gewenste GRAFOCA kan specificeren 2. een numerieke methode om uit de GRAFOCA de bijbehorende tandwielvorm te berekenen 3. een methode om een tandwiel met de berekende vorm te produceren (CNC frezen van aluminium) Dit project maakt het voor een opdrachtgever voor het eerst mogelijk om de beschikking te krijgen over een tandwiel dat resulteert in het gewenste verloop van de pedaalsnelheid. De aanvrager is, gezien het verrichte voorwerk, ideaal gepositioneerd om deze ontwerptool te ontwikkelen. Het project wordt ondersteund door een projectteam waarin personen uit de topsport, uit het bedrijfsleven, en uit de wetenschappelijke wereld zitting hebben.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
538001015
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2016
2017
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
Dr. A.J. van Soest
Verantwoordelijke organisatie:
Vrije Universiteit Amsterdam