Di recente, su quello che è probabilmente il sito internet più seguito dai biker, ho letto questo articolo relativo alla manutenzione/sostituzione della catena. Devo dire che mi ha lasciato, per usare un eufemismo, perplesso, anche perché l’autore è quello che, su quel sito internet, cura gli articoli tecnici. Il primo suggerimento che mi sento di dare è, riassumendolo un po’ brutalmente: non fate assolutamente quello che viene “spiegato” in quest’articolo!

Dedichiamo allora questa nostra nuova analisi all’argomento “catena”, e come prima cosa vi invito a leggere l’articolo che vi ho segnalato, perché da qui in avanti faremo riferimento a ciò che è stato scritto “di là”.

Allora, partendo dalla prima “inesattezza” (continuo ad utilizzare degli eufemismi…), i perni non vengono inseriti nelle maglie per interferenza, come invece dice “l’esperto”, ma per deformazione elastica. Grazie alla deformazione elastica della maglia esterna (e, in misura molto minore, della testa del perno), la testa del perno (leggermente più larga del resto del perno, e leggermente più larga anche del foro della maglia) riesce ad entrare nel foro della maglia, rimanendovi imprigionata. La deformazione elastica fa si che, una volta che la testa del perno è entrata in sede, il diametro del foro della placchetta si richiuda senza che vi sia una residua deformazione plastica (che, se si verificasse, impedirebbe invece al foro di richiudersi, facendo si che il perno si sfili e la catena si apra). Pertanto, il foro della maglia esterna si richiuderà elasticamente sul perno inserito in esso, bloccandolo, stavolta si, per interferenza (che è un azione statica, ovvero agente tra due corpi fermi, e niente ha a che vedere con l’azione dinamica di inserimento del perno della maglia). In pratica, la maglia esterna si comporta come se fosse una fascia elastica, stringendo il perno e facendo si che con esso diventi un blocco unico.

Pertanto, quando si deve chiudere la catena, l’unica operazione da fare, semplice ma da eseguire con molta attenzione, è quella di inserire il perno nella maglia, tramite lo smaglia catena. Operazione semplice ma da fare con molta attenzione in quanto, se il perno non entra nella maglia esterna in posizione perfettamente perpendicolare ad essa, può deformarla oltre il limite elastico, provocando una deformazione plastica che, come detto, favorirebbe la fuoriuscita del perno durante l’utilizzo della catena.

Invece, nell’articolo, l’autore afferma che il perno, una volta inserito nella maglia, va battuto su un’incudine a martellate (gulp!!!!!!), in modo da schiacciarne le estremità che, secondo lui, quando il perno era stato sfilato si erano consumate (risultando quindi non più slargate, ma dello stesso diametro del resto del perno). Io quest’articolo l’ho visto su fb, e conta già un sacco di like, condivisioni e commenti entusiastici da parte della cicloumanità; già mi immagino i poveri biker cercare di piazzare la bici su un’incudine (??..!!) e martellarci sopra…

Ora, a parte che, quando con lo smaglia catena si sfila il perno dalla maglia, le sue estremità non si lisciano come invece, con una discreta dose di fantasia, sostiene questo “tecnico”, ma invece restano perfettamente slargate (grazie alla deformazione elastica descritta prima, che fa si che non ci siano deformazioni residue), vediamo invece cosa accade se qualcuno ha la sciagurata idea di prendere a martellate i perni della catena.

In pratica, martellandoci sopra, le estremità del perno sono soggette a una forza elevatissima di tipo impulsivo che, questa volta si, le deforma plasticamente (e quindi in modo permanente). L’articolo “spiega” che, in questo modo, le estremità del perno si allargano e impediscono che si sfili.

In realtà, quando un metallo viene deformato plasticamente, la sua resistenza diminuisce drasticamente. Questo significa che le teste del perno non avranno più una resistenza sufficiente a contrastare le spinte laterali che arrivano dalla maglia, e dopo un po’ la catena si aprirà.

Questo è quello che avviene in meccanica; il resto sono, mi spiace dirlo, fantasiose fesserie buone solo per fare danni…

ADESSO INVECE, PER COMPLETARE IL DISCORSO SULLE CATENE, VEDIAMO INSIEME DUE NOTE SUL PERCHE’ UNA CATENA SI ROMPA PRIMA DEL TEMPO

Ciò che logora rapidamente una catena sono le spinte laterali. Infatti, fintanto che le sollecitazioni sono solo di tipo longitudinale (ovvero quelle dovute alla trasmissione della forza di trazione dai pedali alla ruota), si avrà un consumo uniforme dei fori delle maglie interne (che, a differenza di quelle esterne viste prima, sono libere di ruotare sul perno, e questo ne provoca  la progressiva e inevitabile usura). Questo fatto, col tempo, aumenta il gioco tra maglie interne e perni, con conseguente stiramento (ovvero allungamento) della catena, che se supera un certo limite provoca un consumo anomalo e rapido di corone e pignoni (ovviamente da evitare, per cui la catena va sostituita prima che arrivi a questo limite di stiramento, pari a 0.6mm su sei maglie complete).

PICCOLA PARENTESI SULL’USURA DI CATENA E PIGNONI – PROVO A DESCRIVERVI COSA AVVIENE

Da questa immagine si capisce come funziona la cosa. In blu la posizione che assume la catena sul pignone da nuova, in rosso quando è stirata oltre il limite. Come si vede, la catena nuova trasmette la forza motrice spingendo sulla base del dente, che è curva (e quindi il contatto dente/catena avviene su una superficie maggiore, abbastanza grande e quindi resistente, tale da evitare al dente di esser “scavato” dalla spinta della catena). La catena usurata, invece, essendosi allungata spinge sulla parte dritta del dente, e quindi su una superficie molto piccola (che quindi si consuma rapidamente, facendo assumere al dente una forma appuntita che, a sua volta, stira ulteriormente la catena). Fino a 0.2mm di stiramento la catena si comporta come nuova (situazione indicata in blu nell’immagine). Tra 0.2 e 0.8mm di stiramento la catena spinge su una superficie del dente abbastanza grande da evitare un’usura precoce (ma comunque il dente è soggetto a una pur piccola usura). Oltre 0.8mm di stiramento, la catena spinge sul dente come nella situazione indicata col rosso nella foto, ed entrambi (catena e pignone) si usurano rapidamente, rischiando di rovinare anche le corone della guarnitura, che sono ben più costose. Quindi, dato che le cose funzionano così dal punto di vista meccanico, quando la catena arriva a 0.4-0.6mm di stiramento, DEVE essere sostituita (per una catena ci vogliono 10-15€; se si rovinano anche i pignoni bisogna buttare inutilmente come minimo altri 30-50€). Il consiglio è di fare queste operazioni con un calibro perchè, con un normale righello, una misura precisa al decimo di millimetro è impossibile da rilevare

FINE DELLA PARENTESI, TORNIAMO AD ANALIZZARE I MOTIVI PER CUI UNA CATENA SI ROMPE

Quello che può portare la catena rapidamente a rottura sono le spinte trasversali, in quanto la catena NON è stata progettata per resistere a questo tipo di azioni. Le spinte trasversali, infatti, generano delle azioni di leva sulla catena, che fanno si che i perni premano con una pressione fortissima (superiore al limite elastico) contro i bordi dei fori delle maglie esterne, deformandoli plasticamente e riducendone, come visto, la resistenza (dato che la superficie della maglia esterna che deve contrastare queste spinte è minima, e quindi la pressione su di essa risulta elevatissima). Le teste dei perni, inoltre, hanno una geometria stondata, in quanto questa serve come invito per inserire gli stessi nelle maglie in fase sia di assemblaggio che di smontaggio (agevolando la deformazione elastica della placchetta, di cui abbiamo parlato prima). Questa geometria “stondata”, però, in caso di spinte laterali, fa si che la testa del perno riesca ad entrare nel foro della placchetta (che nel frattempo, essendosi deformata plasticamente a causa delle forti spinte trasversali, offre una resistenza molto minore), ed ecco che la catena si apre.

E’ importante notare come la rottura avvenga anche se la catena non ha raggiunto il limite di allungamento ammissibile (gli 0.6mm su sei maglie, visti prima), ma anzi risulti apparentemente nuova. Infatti, lo stiramento della catena è dovuto al consumo delle placchette interne (ovvero all’allargamento dei relativi fori), mentre in questo caso la rottura della catena è dovuta all’indebolimento delle placchette esterne.

Ma quando è che si sollecita la catena trasversalmente? Innanzitutto quando la si fa lavorare troppo “intraversata”, ovvero usando corona grande e pignoni più grandi o, viceversa, corona piccola e pignoni più piccoli (sono le prime cose da NON fare che vengono insegnate quando si spiega come usare il cambio). Ma le sberle maggiori gliele danno le cambiate killer, quelle fatte sotto sforzo con una grazia suina che, anche in assenza di sensibilità di guida, dovrebbe essere scongiurata almeno da un minimo di sensibilità acustica, visto il rumore di ferraglia che arriva dal cambio ogni volta che ci si armeggia senza pietà. Pensiamo alle cambiate “alla disperata” fatte in salita, quando si cerca di alleggerire drasticamente il rapporto mentre contemporaneamente si spinge al massimo sui pedali (altra cosa che si impara a non fare alla scuola elementare della bicicletta). In quei casi, il cambio posteriore trasla lateralmente, cercando di far salire la catena sul pignone superiore. Tuttavia, a causa della grande forza di trazione cui la catena è sottoposta (siamo in salita, e stiamo disperatamente cercando di alleggerire il rapporto proprio perché pur spingendo sui pedali con tutte le forze non riusciamo ad andare avanti), la catena non riesce a salire completamente al pignone superiore. E’ la classica situazione in cui solo le maglie vicine al cambio vengono “acchiappate” dai denti del pignone superiore, ma non riescono a restarci e la forte tensione della catena le “spara” nuovamente sul pignone precedente. In questa fase, le maglie che cercano di cambiare pignone sono soggette a un’azione flettente con conseguente spinta trasversale fortissima, che determina il ben noto rumore di ferraglia provocato dalle maglie che vengono prima acchiappate dai denti e poi ritornano con un autentico schianto alla posizione precedente. Le maglie vengono sottoposte a un’azione di leva (che, come si impara alle scuole medie, moltiplica la forza applicata in funzione del “braccio di leva”) che deforma plasticamente i bordi dei fori delle maglie esterne, finchè non cedono e la catena si apre.

Quando poi accade che le stesse “prodezze” vengono effettuate in presenza di fango, questo fa si che, tra tutte le parti in moto relativo tra loro (e quindi perni e maglie, sia interne che esterne), l’attrito aumenti drasticamente, aumentando di conseguenza anche le sollecitazioni tra le varie parti a contatto, e alla prima cambiata killer… sbanghhhh!!!.. la catena si apre come fosse di burro.

Bene, direi che abbiamo completato la nostra analisi. Il suggerimento, qualora doveste avere problemi con la catena, è quello di evitare di rivolgervi a uno di questi “scienziati dell’incudine” che si propongono per effettuare “accurati check-up” della vostra mountain bike. Altrimenti vi elargiranno imperdibili lezioni di fantafisica e di vita (queste ultime gratuite), e dopo avervi sostituito catena, copertoni, e financo pantaloni, regolato il cambio secondo le leggi della fisica quantistica e regalato una barretta energetica a concretizzare la negazione del buon gusto (anche alimentare), vi restituiranno la vostra bici fiammante in cambio di appena centocinquanta euro, pronta per essere nuovamente disintegrata alla successiva cambiata suina.

Oh, se invece volete dar retta a quelle quattro fesserie che ho scritto sopra, magari imparando a fare le cambiate e, in generale, a usare la mtb in grazia di dio, è capace che la catena non vi si rompa più. Se poi dovesse capitarvi, con uno smaglia catena da un paio di euro ve la sistemate voi in due minuti netti, buttando via la maglia rovinata. Il tutto a costo zero, sia che lo facciate da voi, sia che ve lo faccia un amico un po’ più esperto, magari nel bel mezzo di un’escursione evitando che vi debbano venire a recuperare con l’elicottero. Così magari coi 150€ ci si compra centocinquanta paste, o circa altrettante birre, e sono soldi spesi decisamente meglio…

Buone pedalate (con annesse birre) a tutti!

Stefano Tuveri

(ingegnere e progettista/collaudatore meccanico)