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Aug 15, 2024

Más allá del gran ring: comprender las relaciones de transmisión y por qué son importantes

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El cambio de una bicicleta implica mucho más que simplemente el tamaño del plato grande. En definitiva, el tamaño no importa porque lo más importante son las relaciones que se generan en cada combinación de los platos con los piñones. En esta publicación, una versión actualizada de un artículo publicado por primera vez en 2014, el editor de tecnología australiano Matt Wikstrom analiza cómo entender las relaciones de transmisión y analiza todos los matices que pueden ofrecer.

Durante los últimos 30 años, el número de marchas en las bicicletas de carretera ha aumentado constantemente. Los grupos actuales ahora proporcionan 22 marchas mediante la combinación de dos platos y 11 piñones. La gama de tamaños para platos y piñones también ha crecido en ese tiempo, brindando a los ciclistas muchas posibilidades para ajustar el engranaje de sus bicicletas.

Con un número tan generoso de marchas en oferta, resulta tentador pensar que no tendría mucho sentido modificarlas, pero el motor humano así lo exige. Después de todo, se ofrece una cantidad finita de potencia y la eficiencia del sistema depende de mantener una cadencia constante (~80 rpm), independientemente de cualquier cambio en el terreno o las condiciones de conducción.

Todo ciclista de carretera comprende que el tamaño de los platos y las ruedas dentadas determina el cambio de la bicicleta; sin embargo, el concepto implica mucho más que el simple número de dientes involucrados. Lo más importante es el ratio y la forma en que los piñones multiplican el esfuerzo realizado con el plato.

Antes de la llegada de la transmisión por cadena, los primeros ciclistas determinaron que el tamaño de la rueda motriz tenía un profundo impacto en las velocidades que podían alcanzar. Los penny-farthings no fueron diseñados con una enorme rueda delantera por razones estéticas: la enorme circunferencia permitía velocidades más altas siempre que el conductor fuera lo suficientemente fuerte como para girar la rueda.

La introducción de la transmisión por cadena mejoró la eficiencia de la bicicleta porque se podían utilizar marchas. Al combinar un engranaje grande en las manivelas con uno pequeño en la rueda, un solo giro de las manivelas producía múltiples revoluciones de la rueda trasera, por lo que podía funcionar como la enorme rueda motriz de un Penny-farthing.

Calcular el número de revoluciones de la rueda producidas por el engranaje de una bicicleta es simplemente una cuestión de determinar la relación entre el plato y la rueda dentada trasera. Por ejemplo, cuando un plato de 53T se combina con un piñón de 12T, tiene una relación de 53:12, o 4,42, por lo que una rotación completa de la manivela hará que la rueda trasera gire 4,42 veces. Por el contrario, 39 x 25T produce una relación de transmisión de 1,56.

Con todas las opciones disponibles para los ciclistas de carretera de hoy en día, es posible producir relaciones de transmisión tan pequeñas como 1,0 y tan grandes como 5,0 con incrementos de 0,15 a 0,40. Por sí solos, esos números no son particularmente descriptivos, pero pueden transformarse en valores más significativos de dos maneras.

El primer método consiste en relacionar la relación de transmisión con el tamaño de la rueda multiplicando la relación de transmisión por el diámetro de la rueda (Figura 1A). En el caso de una rueda de carretera, se pueden utilizar 27 pulgadas por simplicidad (aunque el diámetro real de una llanta de 700c equipada con un neumático de 23 mm es más bien de 26,3 pulgadas). El valor resultante, pulgadas de engranaje, representa el diámetro de una rueda de tracción directa equivalente (como la rueda delantera de un Penny-farthing).

Por ejemplo, usar una relación de transmisión alta, como 53 x 12T, equivale a andar en un centavo con una rueda delantera de casi 10 pies (o 3 m) de altura. Por el contrario, una relación de transmisión baja como 39 x 25T equivale a una rueda de 42 pulgadas.

El segundo método, el despliegue (también conocido como metros de desarrollo), se calcula multiplicando la relación de transmisión por la circunferencia de la rueda (medida en metros, Figura 1B). Este valor representa la distancia que recorrerá la bicicleta con una revolución de la manivela. Por lo tanto, 53 x 12T produce 9,28 metros de recorrido para una bicicleta de carretera equipada con neumáticos 25C, en comparación con 3,28 metros para 39 x 25T.

De los dos, el despliegue es un poco más informativo, aunque sólo sea porque es más tangible que el diámetro teórico de una rueda. Sin embargo, cualquiera de los valores se puede utilizar para calcular fácilmente la velocidad esperada para cualquier cadencia determinada:

Velocidad (km/h) = Despliegue/1000 x cadencia (rpm) x 60

Velocidad (millas/h) = Velocidad en pulgadas/63, 360 x Pi (3,14159) x cadencia (rpm) x 60

Estas consideraciones son fundamentales para aquellos ciclistas que utilizan un piñón fijo (por ejemplo, corredores de pista y BMX). En esta configuración, una pequeña diferencia en las relaciones de transmisión (0,1 m/1 pulgada de marcha) puede afectar la facilidad con la que el ciclista puede acelerar y la velocidad máxima que puede alcanzar. En la carretera, sin embargo, estas diferencias no se sentirán y, en general, incrementos más grandes (0,5 m/5 pulgadas de marcha) son más significativos.

La Figura 2 muestra la gama de despliegues proporcionados por cada una de las principales combinaciones de platos: estándar (53/39T), semicompacto (52/36T) y compacto (50/34T), con una variedad de tamaños de ruedas dentadas. A primera vista, es fácil ver que un juego de bielas estándar genera mayores despliegues que las otras combinaciones de platos, sin embargo, también hay mucha superposición. De hecho, hay muchas más similitudes entre los tres juegos de bielas que diferencias reales.

Por ejemplo, hay seis combinaciones de plato y piñón que proporcionarán 5 m de despliegue: 39 x 16T, 36 x 15T, 34 x 14T, 53 x 23T, 52 x 21T y 50 x 21T. A una cadencia de 80 rpm, un ciclista siempre acabará circulando a 24 km/h, independientemente de la combinación concreta que utilice.

Lo mismo se aplica a casi cualquier despliegue: la relación de transmisión es mucho más importante que el número de dientes involucrados. Sólo cuando un ciclista espera maximizar o minimizar el desplazamiento de la bicicleta es importante prestar atención al tamaño de los platos y/o piñones.

A primera vista, la combinación de dos platos y 11 piñones promete una gama impresionante de relaciones de transmisión; sin embargo, también genera una cantidad significativa de redundancia, independientemente del juego de bielas y los piñones que se utilicen (Figura 3A).

Esta redundancia siempre ocurre alrededor de la mitad del rango de relaciones de transmisión, donde los despliegues generados por el plato pequeño y los piñones más pequeños coinciden esencialmente con los producidos por el plato grande y los piñones más grandes. Cuando se elimina esta superposición, el número de relaciones de transmisión discretas que ofrece una transmisión 2 x 11 puede ser tan pequeño como 14 y tan grande como 17, dependiendo de la gama de ruedas dentadas (Figura 3B; consulte también la Figura 7).

Para aquellos ciclistas que se abstienen diligentemente de usar cadenas cruzadas, gran parte de esta redundancia pasará desapercibida. Es simplemente producto de la diferencia relativamente modesta entre los platos grandes y pequeños, por lo que no hay forma de reducirla o eliminarla sin optar por una combinación de platos muy diferente.

Por ejemplo, un juego de bielas de 53/28T combinado con un cassette de 11-19T de 7 velocidades proporcionará la misma cantidad de relaciones discretas que un juego de bielas estándar combinado con un cassette de 11-27T de 11 velocidades, como se muestra en la Figura 4.

Si bien la idea de un tren motriz sin relaciones redundantes puede ser bastante atractiva, esas combinaciones "desperdiciadas" hacen que la transmisión sea más cómoda de usar. Esto se debe a que no hay una necesidad estricta de cambiar de un plato a otro para encontrar la siguiente relación de transmisión. El hecho de que cada fabricante de grupos haya creado desviadores delanteros más capaces de adaptarse al encadenamiento cruzado solo aumenta esta conveniencia.

Es importante tener en cuenta que si un ciclista cruza las cadenas durante largos períodos de tiempo, acelerará el desgaste de la cadena, el cassette y los platos. También puede indicar que el ciclista se beneficiará de un cambio sutil en las relaciones de transmisión.

Ya he comentado el hecho de que los juegos de bielas estándar, semicompactos y compactos generan muchas de las mismas relaciones de transmisión. Sin embargo, para cualquier juego de ruedas dentadas, un juego de bielas estándar siempre generará más desplazamiento que los juegos de bielas compactos y semicompactos (Figura 2). Por lo tanto, la elección de los platos influye en gran medida en la sensación general del cambio de la bicicleta.

Para aquellos ciclistas a los que les gusta girar y pueden mantener una cadencia alta durante períodos prolongados, es probable que los platos compactos les convengan mejor que una combinación estándar. Por el contrario, los ciclistas que pueden impulsar marchas más grandes a una cadencia más baja tienen más probabilidades de preferir platos más grandes.

Sin embargo, el efecto del tamaño del plato en el engranaje de la bicicleta implica más que simplemente maximizar o minimizar el despliegue. También tiene un efecto en el tamaño de los pasos entre cada relación de transmisión. Se puede obtener una idea de esto en la Figura 2, pero es más fácil de visualizar usando un gráfico de líneas para trazar los mismos valores, como se muestra en la Figura 5A.

Lo importante es la pendiente de cada línea en esta figura: se vuelve más pronunciada a medida que aumentan los pasos entre las relaciones de transmisión. En este ejemplo para un cassette 11-28T de 11 velocidades, la pendiente de la línea para un juego de bielas estándar es más pronunciada que para las bielas compactas, especialmente para el plato pequeño, por lo que hay pasos relativamente más grandes entre cada relación de transmisión. Lo mismo se aplica a las bielas semicompactas, aunque las diferencias no son tan marcadas.

¿Se sentirán en el camino? Para algunos ciclistas, la respuesta es un rotundo sí, mientras que para otros, puede que no sea más que un matiz. En última instancia, dependerá de la facilidad con la que un ciclista pueda variar su cadencia y de si tiene o no la libertad de dictar su propio ritmo. Para aquellos ciclistas que necesitan ajustar su cadencia para una velocidad determinada (por ejemplo, cuando compiten o contrarreloj), estos matices serán importantes y los beneficios se pueden medir en términos de comodidad y eficiencia.

Sin embargo, llega un punto en el que los pasos entre marchas pueden ser demasiado grandes para el ciclismo de carretera. La Figura 5B compara los despliegues para una transmisión 1×11 (plato de 50 dientes/casete de 10-42 dientes) con un juego de bielas estándar combinado con un casete de 11-32 dientes. En el extremo inferior, ambas combinaciones ofrecen las mismas relaciones de transmisión con pasos relativamente suaves, pero a medida que aumenta el despliegue, los pasos se vuelven progresivamente más grandes para la transmisión 1x.

Si bien estos pasos más grandes prometen mayores aumentos de velocidad con cada cambio de marcha, a los ciclistas les puede resultar mucho más difícil mantener una cadencia uniforme sin realizar cambios abruptos en su velocidad (o viceversa). Sin embargo, al menos un equipo profesional utilizará transmisiones 1x en el pelotón el próximo año, aunque con un cambio a un cassette de 12 velocidades y quizás la introducción de una rueda dentada de 9T.

El tamaño de las ruedas dentadas también afecta a la progresión de las relaciones de transmisión. Cuando hay pequeñas diferencias entre cada piñón (es decir, 1-2T), las relaciones de transmisión mostrarán pasos relativamente pequeños en comparación con un casete donde hay mayores diferencias entre los piñones (es decir, 3-4T).

Por ejemplo, un casete 11-23T de 11 velocidades ofrece una progresión muy suave de despliegues debido al hecho de que hay una diferencia de un diente entre todos los piñones excepto los dos más grandes (Figura 6A). Por el contrario, la mayoría de los piñones (9/11) que componen un cassette 11-32T están separados por dos dientes o más, por lo que, si bien proporciona tres relaciones más bajas, los pasos son generalmente más pronunciados y la progresión mucho más accidentada.

El mismo efecto también se puede observar al comparar un casete de 11-28T de 11 velocidades con un casete de 14-28T (Figura 6B). En ambos casos, una gama más pequeña de tamaños de ruedas dentadas no sólo suaviza la progresión de los despliegues, sino que también aumenta el número de relaciones de transmisión discretas. Sin embargo, limitará el rango general de relaciones, por lo que los ciclistas deben estar preparados para sacrificar al menos un par de marchas en un extremo del espectro para disfrutar de pequeños pasos entre cada relación de transmisión.

En este punto, vale la pena señalar que las transmisiones 3x pueden superar gran parte de este tipo de compromiso, ampliando el rango de relaciones de transmisión bajas y preservando al mismo tiempo una tasa de progresión modesta (aunque esto dependerá en última instancia de la elección de las ruedas dentadas traseras). Sin embargo, las transmisiones 3x han desaparecido en gran medida del mercado y, para aquellos productos que aún persisten, es posible que no siempre sean compatibles con un cuadro de carretera contemporáneo.

En los últimos años ha habido un cambio de mentalidad y los ciclistas de carretera han empezado a celebrar el confort y el agarre extra que proporcionan los neumáticos más anchos. A medida que un neumático se ensancha, también se hace más alto, aumentando tanto el diámetro como la circunferencia de la rueda. Esto, a su vez, aumentará el despliegue de cada combinación de marchas en la bicicleta.

Este efecto puede descartarse en gran medida cuando la diferencia en el tamaño de los neumáticos es pequeña. Por ejemplo, la circunferencia de un neumático 28C es sólo un 1,4% más grande que la de un neumático 23C, por lo que sólo tiene un efecto leve en el rodamiento (Figura 7A). Por el contrario, el diámetro de un neumático de 40C es casi un 4% mayor que el de un neumático de 23C, y el efecto en el rodamiento de la bicicleta equivale a añadir dos dientes adicionales a cada plato (Figura 7B).

Por lo tanto, para aquellos que buscan una bicicleta gravel/todoterreno, vale la pena considerar un juego de bielas compacto o incluso subcompacto para compensar el cambio de marcha.

La única forma de decidir cómo se trasladan a la carretera cualquiera de estos efectos en el cambio de una bicicleta es ponerlos a prueba. Esto puede ser un ejercicio costoso, especialmente cuando se considera un cambio de platos, por lo que el mejor momento para explorar el problema es cuando se debe reemplazar una o todas las partes de la transmisión. En general, cambiar los piñones tendrá un efecto menor en el cambio de la bicicleta que reemplazar el tamaño de los platos.

Para aquellos ciclistas que estén planeando un viaje para afrontar terrenos más desafiantes (por ejemplo, visitar los Alpes franceses), es posible hacer algunas conjeturas basándose en el rango de relaciones bajas que se utilizan actualmente. Nadie quiere quedarse estancado deseando una marcha más baja, por lo que es prudente agregar al menos una relación más baja para hacer frente al peor de los casos.

En este contexto, normalmente hay mucha menos necesidad de relaciones de transmisión altas, especialmente cuando se cae en picado por caminos desconocidos, por lo que se pueden sacrificar un par de relaciones altas sin afectar la utilidad de la bicicleta. De hecho, generalmente se hace demasiado énfasis en preservar relaciones de transmisión altas en las bicicletas de carretera, ya que la mayoría de los ciclistas simplemente no tienen la potencia para impulsar estas marchas en ningún momento excepto en un descenso, momento en el que la gravedad puede realizar gran parte del trabajo. trabajar.

Para aquellos que están en el proceso de seleccionar las piezas para construir una bicicleta de carretera personalizada, el engranaje de una bicicleta existente les servirá como un buen punto de partida. Si los tamaños de rueda y neumático son idénticos, entonces todo lo que se necesita son cambios menores en los tamaños de las ruedas dentadas, pero vale la pena comparar las relaciones ofrecidas por combinaciones de platos específicas (como se detalla anteriormente) antes de tomar una decisión final. las manivelas.

Hubo un tiempo (hace más de 20 años) en el que las ruedas dentadas se vendían individualmente y los ciclistas podían elegir los tamaños que querían para la rueda trasera. Hoy en día, los compradores están limitados por lo que los fabricantes de casetes eligen montar, por lo que hay mucha menos libertad a la hora de elegir el cambio para una bicicleta.

Por ejemplo, cuando se analizan los casetes de 11 velocidades que Shimano y SRAM ofrecen actualmente, casi todos prefieren un piñón de 11 dientes, incluso cuando se incluyen piñones de hasta 32 o 36 dientes. Sólo hay tres excepciones (12-25T, 12-28T y 14-28T), todas ellas ofrecidas por Shimano.

El mismo tipo de limitaciones también se aplican a la selección de platos: donde antes era posible obtener platos de carretera en incrementos de un diente, ahora está limitado a unas pocas opciones. La gama de opciones para cualquier biela está aún más limitada por el patrón de pernos (por ejemplo, cuatro pernos versus cinco pernos) y el diámetro del círculo de pernos (por ejemplo, 110 mm versus 130 mm). Como resultado, hay mucha menos intercambiabilidad entre platos de lo que cabría esperar.

Una variedad de incompatibilidades también afectan a los desviadores. En el caso del desviador delantero, si bien es posible utilizar muchos modelos actuales con una gama de platos grandes (46-54D), existe un límite (debido a las dimensiones de la jaula) sobre cuánto más pequeño puede ser el segundo plato. ser. Por lo general, no supera los 16T, por lo que nunca se puede combinar un 34T con un 53T.

En cuanto al cambio trasero, la geometría de este componente dicta el tamaño de piñones que se pueden utilizar. Aquellos desviadores con jaula corta están limitados a 28T (o 29T en el caso de Campagnolo); las jaulas de longitud media pueden acomodar ruedas dentadas de hasta 32T; mientras que para una rueda dentada de 36T se requiere un desviador de jaula larga. En algunos casos, es posible utilizar un piñón un poco más grande para cualquier desviador, pero esto debe evaluarse caso por caso. preferiblemente por un mecánico experimentado.

Los ciclistas de carretera de hoy están equipados con más relaciones de transmisión que nunca y, gracias al tamaño cada vez mayor de las ruedas dentadas y a los platos cada vez más reducidos, esas relaciones también se han reducido. Es esto último lo que ha servido bien al deporte, reduciendo la barrera de entrada y haciendo posible que los ciclistas ocasionales pasen más tiempo en la bicicleta.

Si bien la industria ha proporcionado una gama razonablemente generosa de tamaños de sillas y piñones, no existe una manera fácil para que un ciclista decida la utilidad de una combinación determinada sin ponerla en uso. En última instancia, la marcha es una elección personal y cada ciclista debe tener la libertad de decidir el asunto por sí mismo en lugar de obedecer la sabiduría convencional.

En este sentido, la aparición de nuevas tecnologías en torno a los grupos electrónicos es muy prometedora. Ahora es posible ver y recopilar datos sobre cuánto tiempo se dedica a utilizar cada relación de transmisión en la bicicleta y este tipo de información resultará invaluable para evaluar la utilidad de combinaciones específicas de plato y rueda dentada. Cuando se combina con mediciones de frecuencia cardíaca y/o potencia, existe la posibilidad de identificar aquellas proporciones que son más eficientes para un ciclista y al mismo tiempo resaltar cualquier mal hábito que pueda haber desarrollado (como el encadenamiento cruzado durante períodos prolongados).

Con el tiempo, las transmisiones de carretera pueden progresar hasta el punto en que el cambio inteligente se convierta en una realidad, interviniendo para preservar la eficiencia del motor humano en lugar de dejar la elección de la marcha en manos de un conductor sin experiencia. Si bien esta noción puede ofender a los puristas, existe la promesa de que liberará a los ciclistas de la carga de operar las marchas para que puedan disfrutar mejor de la actividad. Y en esa etapa, no será necesario que reflexionen sobre los matices de las relaciones de transmisión.

[ct_highlight_box_start]Esta es una versión actualizada de un artículo que se publicó en 2014 con el mismo título.[ct_highlight_box_end]