Pocos mecanismos se construyen al límite de lo factible. Fabricar cosas es caro y se requiere cierta fiabilidad. De ahí el sobrediseño. Sin embargo, el ciclismo y la aviación parecen superar esos límites como nadie. Por razones muy diferentes, cada uno lucha cuesta arriba para alcanzar el éxito. La seguridad humana es una consideración fundamental para ambos. Para más información sobre la relación entre el ciclismo y la aviación, consulte aquí.
Al llevar las estructuras al límite, se trabaja con los materiales: su resistencia, rigidez, resistencia, dureza, propiedades térmicas, elasticidad, etc. En el caso de las ruedas de bicicleta, posiblemente la estructura más delgada y eficiente del mercado, esto es especialmente cierto. Últimamente, he estado reflexionando sobre la elasticidad.
Una rueda de bicicleta consta de un neumático, una llanta, radios y un buje. Su elasticidad es fácil de comprender. Un tejido recubierto de caucho es suave al tacto hasta que se infla. Con una presión de aire considerable, el neumático se vuelve firme y capaz de soportar el vehículo a alta velocidad. Si se golpea con mucha fuerza, su elasticidad le permite deformarse momentáneamente, absorbiendo el impacto y evitando daños.
El resto de la rueda (aluminio, fibra de carbono, acero) parece rígido e inelástico en comparación. Aquí no hay goma. Si se examina detenidamente el rendimiento dinámico de una rueda, se descubre un mundo de movimiento elástico fundamental para la eficacia de la estructura.
Flexión del eje
Los bujes parecen ser simples carretes que giran y conectan radios y cuadros. De hecho, soportan fuerzas tan extremas que pueden alterar su forma. El confiable cierre rápido desarrolla una enorme fuerza de compresión, cercana a los 450 kg. El eje del buje se contrae con esta fuerza, y los diseñadores de bujes necesitan trucos para que los rodamientos giren libremente.
La tensión de los radios en un buje de aluminio estira el cuerpo, agrandando el asiento del rodamiento. Un rodamiento bien ajustado puede soltarse al tensar los radios. El asiento del rodamiento debe ser de menor tamaño para compensar la deformación inducida por la tensión.
Las fuerzas laterales en la llanta se magnifican debido a la geometría al llegar al buje. Se buscan ejes de mayor diámetro para evitar la flexión del buje.
Estiramiento de radios
Ningún componente de bicicleta se somete a una tensión tan cercana al punto de fallo como los radios. La carga estática de un radio puede ser un tercio de su resistencia a la rotura. Esto requiere que el alambre del radio sea extremadamente resistente y uniforme. La resistencia a la tracción y la consistencia son las más altas de toda la ingeniería para estos materiales.
Bajo la carga de tracción extrema de una rueda de bicicleta, los radios se estiran. Un radio de acero de calibre recto se alargará más de 1 mm durante el montaje de la rueda. Los radios conificados se estiran más, lo que afecta la comodidad, la resistencia a la fatiga y la retención de las cabecillas. La elasticidad de los radios es un factor clave para el éxito de una rueda de bicicleta.
Deformación de la llanta
Las llantas, especialmente las de aluminio, están diseñadas para ser rígidas. Cargadas con entre 20 y 32 radios tensados, se convierten en una estructura increíblemente firme, casi frágil. Pero, si nos fijamos bien, las llantas se deforman elásticamente de forma drástica.
Al colocar los radios, se aplica una enorme fuerza de compresión al aro de la llanta. Esta puede alcanzar los 270 kg (600 lb), medidos en la unión de la llanta. Debido a la baja masa y densidad de la llanta, el aro se reduce temporalmente. La presión de la cubierta empuja los talones de la llanta hacia afuera. Se pueden usar calibradores a lo largo de la pista de freno para observar cómo cambian esas superficies. Con la presión, las pistas de freno paralelas se inclinan más de un grado.
La presión de inflado expande la llanta al frenar, lo que afecta la parte inferior de la misma. En muchas llantas, el cambio de la parte inferior basta para aumentar la longitud de los radios y la tensión en más de un 20 %. Al desinflar el neumático, la pista de frenado recupera su forma y aumenta la tensión de los radios.
Al andar en bicicleta, todas estas deformaciones elásticas se combinan para definir el comportamiento de la rueda. No es solo el neumático el que está en constante movimiento elástico. Una estructura tan ligera como una rueda de bicicleta estándar es compleja y dinámica. No es de extrañar que existan tantas opiniones y observaciones sobre la infinidad de combinaciones de componentes, la tensión de los radios, la presión de los neumáticos y la conducción.
Cuanto más aprendo sobre ruedas, más secretos descubro. Descubrí las propiedades elásticas de los radios mientras los estudiaba en Wheelsmith en la década de 1980. Ahora está claro que todos los componentes de una rueda tienen propiedades elásticas que afectan a sus vecinos y a su rendimiento. Esta elasticidad es considerable y debes tenerla en cuenta al diseñar, construir o montar estas magníficas estructuras.
Los comentarios se aprobarán antes de mostrarse.
mike
febrero 12, 2024
try plain gauge spokes and a slighty stronger double walled alloy rim,this hardley ever happens on these,i get a 2kgf decrease in thev spokes at the most,with lighter rims these days and very tight fitting tires does not help,these newer rims are just becoming too thin