[Nota: este es el número 2 de una serie de 4 sobre rodamientos]
Los rodamientos de bolas están por todas partes en tu bicicleta (te sorprendería), pero su mayor impacto se produce en cuatro posiciones: bujes, dirección, pedalier y pedales. Cada situación es diferente, pero la baja fricción prima sobre otras consideraciones.
EN HEADSET CONFIAMOS
Las cargas en la dirección son enormes y se desplazan lateralmente hacia el rodamiento. Pero, al mismo tiempo, un vehículo monorraíl requiere poca fricción en la dirección. ¿Por qué? Uno de los aspectos más interesantes del funcionamiento de una bicicleta es la estabilidad de la dirección. Para mantenerse erguido, es necesario girar suavemente en la dirección de la inclinación, creando un giro gradual. La fuerza centrífuga que se genera con el giro es suficiente para soportar e incluso compensar la inclinación. ¡Qué estabilidad!
Para que permanecer erguido sea casi automático, tenemos un sistema de piloto automático para iniciar ese giro que se basa en:
(1) Fuerza giroscópica de la rueda delantera
Cuando la bicicleta se inclina, la rueda tiende a girar en esa dirección. En lugar de caer, giramos. Pero este impulso sería inútil si el juego de dirección interfiriera.
(2) Sendero
La relación entre el eje de rotación de la dirección y el contacto con el suelo de la rueda se denomina recorrido. En una bicicleta, al igual que con las ruedas de un carrito de la compra, el contacto con el suelo se produce detrás del eje de rotación de la dirección. Al avanzar, la rueda tiende automáticamente a mantenerse recta.
(3) Momento de masa
Recientemente se ha demostrado que la masa de la motocicleta situada delante del eje de dirección induce un giro en dirección de inclinación. Abordé este tema aquí . Agradecemos a Jim Papadopolous y Andy Ruina, de Cornell, su aportación. Más recientemente, investigadores de la Universidad de Delft, en Holanda, han realizado pruebas físicas .
Estos tres efectos son mínimos comparados con el peso, la energía y las influencias externas al montar en bicicleta, por lo que la dirección debe tener muy poca fricción para responder al instante. Una dirección de deslizamiento libre, sumada a un ingenioso sistema de estabilidad, facilita la conducción erguida. De hecho, es más seguro que caminar en términos de estabilidad. Las caídas al caminar o correr son más frecuentes que al montar en bicicleta. ¿Una mejora en nuestra movilidad bípeda evolucionada?
Una prueba fea es apretar demasiado la dirección. Una bicicleta perfectamente equilibrada y fácil de manejar se convierte en un bicho raro, torpe y poco cooperativo. No, gracias. Así que los rodamientos de bolas son una buena solución para las exigencias de baja fricción de la dirección. Pero ¿cómo gestionan toda esa fuerza lateral? Los puntos de contacto de las bolas son angulares, en lugar de radiales, como en los bujes. Este ángulo permite que los rodamientos soporten las cargas laterales.
ABIERTO O CERRADO
Los mecánicos de bicicletas conocen la diferencia entre los rodamientos tradicionales de cono y cazoleta "abiertos" y los modernos rodamientos de cartucho "cerrados". Hoy en día, la tendencia se inclina fuertemente hacia estos últimos. Pero no siempre fue así.
Un sistema de cono y cazoleta ofrece dos grandes ventajas. Una es la retención de las bolas: quedan perfectamente sujetas a medida que el cono se acerca a la cazoleta. El ensamblador puede instalarlas fácilmente y, a continuación, determinar la holgura del rodamiento ajustando el movimiento hacia adentro del cono. Un rodamiento de cartucho moderno no ofrece tal ajuste. Para funcionar con una holgura mínima, el rodamiento de cartucho debe fabricarse con una precisión muy alta, algo que no es posible en la mayoría de las bicicletas.
La segunda gran ventaja del sistema de cono-cazoleta es su alta tolerancia a la desalineación. En caso de elementos mal fabricados, doblados o desgastados, un sistema de cono-cazoleta puede funcionar con fluidez, mientras que un sistema de cartucho se atascaría. Durante 150 años, los rodamientos de cono-cazoleta han demostrado su robustez y, en gran parte del mundo, siguen siendo la mejor opción. En manos de Shimano y Campagnolo, que siguen ofreciendo bujes de cono-cazoleta, este práctico sistema roza la excelencia.
¿Por qué, entonces, se están imponiendo los rodamientos de cartucho? Ofrecen la ventaja de la producción en masa. Al establecer estándares internacionales, no solo se pueden predecir los tamaños de las bolas, sino que todo el mecanismo está estandarizado. La producción en masa ofrece una gran economía, ya que los diseñadores de máquinas de todo el mundo comparten las dimensiones de los cartuchos. Para una calidad media-alta, los rodamientos de cartucho ofrecen la mayor relación calidad-precio y variedad.
Maxicar (FR) y Phil Wood (EE. UU.) fueron pioneros en instalar rodamientos de cartucho industriales en bujes y pedalieres. Chris King (EE. UU.) fue uno de los primeros en utilizar una dirección con rodamientos sellados. El uso generalizado de rodamientos de cartucho en la industria ciclista tuvo que esperar hasta principios de la década de 1980, con los bujes sellados de Specialized, que se incorporaron a muchas de las primeras bicicletas de montaña.
SELLO DE APROBACIÓN
Sin embargo, estos primeros componentes con rodamientos de cartucho no aprovechaban al máximo su economía. De hecho, eran productos de gama alta. Fácil mantenimiento, sellados de por vida y resistencia a la intemperie: este era el sueño inicial de los rodamientos de cartucho. Al fin y al cabo, se conocían como rodamientos "sellados", no "de cartucho". Claro que este rendimiento no siempre fue posible, pero el sueño perduró. WTB desarrolló Grease Guard para que los usuarios con problemas climáticos pudieran reponer la lubricación de los componentes "sellados".
Para retener el lubricante, que tiende a fugarse, y repeler la contaminación, que provoca óxido y desgaste abrasivo, los rodamientos necesitan protección. Se emplean escudos, laberintos y sellos para prolongar la vida útil de los rodamientos. Los escudos se ajustan de forma que solo quede un espacio muy estrecho por el que puede entrar la contaminación. Esto funciona con partículas grandes, pero no con partículas finas ni humedad. Los laberintos se entrelazan sin contacto y proporcionan un camino tortuoso para retener la grasa y evitar la entrada de contaminantes. Sin embargo, pueden ser pesados y, aun así, no ser totalmente efectivos. Los escudos y laberintos funcionan mejor cuando se utilizan junto con los sellos.
Los sellos de rodamientos más populares son los de contacto. Un labio muy fino de uretano establece un ligero contacto con la pista interior del rodamiento. Si el acabado de la pista es bueno y el contacto está ligeramente lubricado, este sello es eficaz para repeler la suciedad y retener la lubricación. Sin embargo, el contacto produce cierta fricción, pero hasta hace poco, se le había prestado poca atención.
MIOPÍA POR FRICCIÓN
Durante casi un siglo, la mayoría de los ingenieros asumieron que la resistencia a la rodadura con rodamientos de bolas era insignificante, de alrededor del 1 %. Sin embargo, cuando se realizaron esas primeras mediciones, los rodamientos funcionaban con aceite. Los rodamientos modernos utilizan grasa espesa, lo que aumenta la resistencia rotacional. La estimación de la eficiencia tampoco incluye los sellos de los rodamientos, ya que las primeras bicicletas usaban sellos sin contacto con el aceite. De hecho, este era un sistema muy eficaz. El aceite es un excelente lubricante de baja fricción, pero sin sellos de contacto, presenta fugas. Ese flujo de aceite impedía la entrada de contaminación, pero también dañaba el exterior de la bicicleta.
Los ciclistas modernos están encantados de romper con el ciclo de las motos aceitosas (y los pantalones manchados). La grasa fue el primer paso, seguida de los rodamientos de cartucho sellados. Desafortunadamente, nadie calculó la resistencia a la rodadura. Un gran cambio estaba en camino.
En el próximo Dirty Secrets, nos adentraremos en una larga lista de opciones de rodamientos rígidos y de bajo mantenimiento. No se pierdan Dirty Secrets n.º 3.
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Anonymous
noviembre 02, 2021
Well done Ric. A nice piece. I remember a couple of my headsets that developed indexed steering! That was fun.