Study of a home stationary bicycle

Abstract

[EN] The following Final Degree Project has been developed to complement the training in the Degree in Mechanical Engineering, studied at the Polytechnic University of Valencia and the final year at the Polytechnic University of Milan. The project aims to design the main components of a transmission for a stationary bike, for home exercises. The power generated by the human body during pedaling is transformed into heat by the bike, from the pedals to the belt transmission, and ultimately to the magnetic brake. The subject using the bicycle can be an athlete in the worst-case scenario; hence, the biomechanics of the pedaling and the corresponding maximum forces, torque and power at the pedals are analyzed. These values are then used to design the belt transmission connecting the main shaft of the pedals to the brake. The transmission will consider Poly-V belts without and with an idler, and the corresponding forces on the belt sides and the pulleys are estimated. These last loads are applied to the shaft, designed based on the torque and bending actions. The study will identify the critical points for the design of the different components, in particular the belts and the shaft, with a focus on the structural and mechanical concepts.

[ES] El siguiente Proyecto Fin de Carrera se ha desarrollado para complementar la formación del Grado en Ingeniería Mecánica, cursado en la Universidad Politécnica de Valencia y el último curso en la Universidad Politécnica de Milán. El proyecto tiene como objetivo diseñar los componentes principales de una transmisión para una bicicleta estática, destinada a ejercicios domésticos. La potencia generada por el cuerpo humano durante el pedaleo es transformada en calor por la bicicleta, desde los pedales hasta la transmisión por correa y, en última instancia, hasta el freno magnético. El sujeto que utiliza la bicicleta puede ser un atleta en el peor de los casos; por ello, se analiza la biomecánica del pedaleo y las correspondientes fuerzas máximas, par y potencia en los pedales. A continuación, estos valores se utilizan para diseñar la transmisión por correa que conecta el eje principal de los pedales con el freno. La transmisión considerará correas Poly-V sin y con polea tensora, y se estiman las fuerzas correspondientes en los lados de la correa y en las poleas. Estas últimas cargas se aplican al eje, diseñado a partir de las acciones de torsión y flexión. El estudio identificará los puntos críticos para el diseño de los distintos componentes, en particular las correas y el eje, centrándose en los conceptos estructurales y mecánicos.