Un cuadro de bicicleta es el componente principal de una bicicleta , en el que se montan ruedas y otros componentes . El diseño de cuadro moderno y más común para una bicicleta vertical se basa en la bicicleta de seguridad y consta de dos triángulos : un triángulo principal y un triángulo trasero emparejado. Esto se conoce como marco de diamante . [1] Se requiere que los marcos sean fuertes, rígidos y livianos, lo que hacen al combinar diferentes materiales y formas.
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Un conjunto de cuadros consta del cuadro y la horquilla de una bicicleta y, a veces, incluye los auriculares y la tija del sillín . [2] Los fabricantes de cuadros suelen producir el cuadro y la horquilla juntos como un conjunto emparejado.
Variaciones
Además del omnipresente cuadro de diamantes, [1] se han desarrollado muchos tipos de cuadros diferentes para la bicicleta, varios de los cuales todavía son de uso común en la actualidad.
Diamante
En el marco de diamante, el "triángulo" principal no es en realidad un triángulo porque consta de cuatro tubos: el tubo de dirección, el tubo superior, el tubo inferior y el tubo del asiento. El triángulo trasero consta del tubo del asiento unido por pares de tirantes de cadena y tirantes.
El tubo de dirección contiene los auriculares , la interfaz con la horquilla . El tubo superior conecta el tubo de la cabeza al tubo del asiento en la parte superior. El tubo superior puede colocarse horizontalmente (paralelo al suelo), o puede inclinarse hacia el tubo del asiento para obtener un espacio libre adicional. El tubo inferior conecta el tubo de dirección a la carcasa del pedalier .
El triángulo trasero se conecta a los extremos de la horquilla trasera , donde se fija la rueda trasera. Consiste en el tubo del sillín y tirantes de cadena y tirantes de sillín emparejados. La cadena permanece en funcionamiento conectando el soporte inferior a los extremos de la horquilla trasera. Los soportes del asiento conectan la parte superior del tubo del asiento (a menudo en el mismo punto o cerca del mismo que el tubo superior) a los extremos de la horquilla trasera.
Paso a paso
Históricamente, los cuadros de bicicleta para mujeres tenían un tubo superior que se conectaba en el medio del tubo del asiento en lugar de en la parte superior, lo que resultaba en una altura de apoyo más baja . Esto fue para permitir que el jinete desmontara mientras usaba una falda o un vestido . Desde entonces, el diseño se ha utilizado en bicicletas utilitarias unisex para facilitar el montaje y desmontaje, y también se conoce como un marco de paso o un marco abierto. [3] Otro estilo que logra resultados similares es el mixte .
Viga voladiza
En un cuadro de bicicleta en voladizo, los tirantes continúan más allá de la tija del sillín y se curvan hacia abajo para encontrarse con el tubo diagonal. [4] Los cuadros en voladizo son populares en la bicicleta cruiser , la bicicleta lowrider y la bicicleta con ruedas . En muchos cuadros en voladizo, los únicos tubos rectos son el tubo del sillín y el tubo de dirección.
Yacente
La bicicleta reclinada mueve las bielas a una posición adelante del ciclista en lugar de debajo, generalmente mejorando el deslizamiento alrededor del ciclista sin la característica curva pronunciada en la cintura que usan los corredores de bicicletas con cuadro de diamante. Prohibido en las carreras de bicicletas en Francia en 1934 para evitar que las bicicletas con cuadro de diamante se volvieran obsoletas en las carreras, [5] la fabricación de bicicletas reclinadas permaneció deprimida durante otro medio siglo, pero muchos modelos de una variedad de fabricantes estaban disponibles en 2000.
Propenso
La bicicleta propensa poco común mueve las bielas hacia la parte trasera del ciclista, lo que resulta en una posición de conducción con la cabeza hacia adelante y el pecho hacia abajo.
Cruz o viga
Un cuadro transversal consta principalmente de dos tubos que forman una cruz: un tubo de sillín desde el eje de pedalier hasta el sillín y una columna vertebral desde el tubo de dirección hasta el buje trasero. [6]
Braguero
Un marco de celosía utiliza tubos adicionales para formar una celosía . [7] Los ejemplos incluyen Humbers , Pedersens y el que se muestra en la imagen.
Monocasco
Un marco monocasco consta solo de una carcasa hueca sin estructura interna. [8]
Plegable
Los cuadros de bicicleta plegables se caracterizan por la capacidad de plegarse en una forma compacta para su transporte o almacenamiento.
Comino del penique
Los cuadros de penny-farthing se caracterizan por una rueda delantera grande y una rueda trasera pequeña. [9] [10]
Tándem y sociable
Los marcos en tándem y sociables admiten varios ciclistas.
Otros
Hay muchas variaciones en el diseño básico del marco de diamantes.
- Cuadros sin tubos de asiento , como Trek Y-Foil, Zipp 2001 , Kestrel Airfoil y la mayoría de los cuadros de Softride .
- Cuadros sin tubos superiores como "Old Faithful" de Graeme Obree .
- Cuadros que usan cables para miembros que solo están bajo tensión, como la bicicleta Dursley Pedersen en la foto, la Pocket Bicycle , la Viva Wire 2009, [11] la Wire Bike del diseñador Ionut Predescu, [12] o la tecnología plegable Slingshot Bicycles. serie. [13]
- Cuadros con aros que reemplazan el tubo del sillín, tirantes de cadena y tirantes de sillín: denominados "cola redonda". [14] [15]
- La bicicleta de cadena elevada fue popular a principios de los 90. Presentaba un triángulo trasero con tirantes de bastidor inferiores elevados, lo que eliminaba la necesidad de pasar la cadena a través del bastidor trasero. Esto permitió una distancia entre ejes más corta y un mejor manejo durante los ascensos técnicos, a costa de comprometer la integridad y el aumento resultante de la flexión del pedalier (a menos que esté reforzado) en comparación con un cuadro con tirantes de cadena tradicionales. [dieciséis]
El artículo sobre tipos de ciclo describe variaciones adicionales.
También es posible agregar acopladores durante la fabricación o como una actualización para que el marco se pueda desmontar en piezas más pequeñas para facilitar el embalaje y el viaje.
Tubos de marco
El marco de diamante consta de dos triángulos, un triángulo principal y un triángulo trasero emparejado. El triángulo principal está formado por el tubo de dirección, el tubo superior, el tubo inferior y el tubo del sillín. El triángulo trasero está formado por el tubo del sillín y tirantes de cadena y tirantes de asiento emparejados.
Tubo de cabeza
El tubo de dirección contiene la dirección, los cojinetes de la horquilla a través de su tubo de dirección . En un auricular integrado, los cojinetes de cartucho interactúan directamente con la superficie en el interior del tubo de dirección, en los auriculares no integrados los cojinetes (en un cartucho o no) interactúan con "copas" presionadas en el tubo de dirección.
Tubo superior
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/cd/Bicycle_Frame_Diagram-en.svg/400px-Bicycle_Frame_Diagram-en.svg.png)
El tubo superior , [17] o barra transversal , [18] conecta la parte superior del tubo de dirección con la parte superior del tubo del asiento.
En un marco de diamante de geometría tradicional, el tubo superior es horizontal (paralelo al suelo). En un cuadro de geometría compacta, el tubo superior normalmente se inclina hacia abajo, hacia el tubo del asiento, para obtener un espacio libre adicional. En el cuadro de una bicicleta de montaña , el tubo superior casi siempre está inclinado hacia el tubo del sillín. Los tubos superiores con pendiente radical que comprometen la integridad del marco de diamante tradicional pueden requerir tubos de refuerzo adicionales, una construcción de marco alternativa o diferentes materiales para una resistencia equivalente. [19] [20] [21] ( Consulte Bicicletas de carretera y triatlón para obtener más información sobre geometrías ) .
Los cuadros de paso a través suelen tener un tubo superior que desciende abruptamente para permitir al ciclista subir y bajar de la bicicleta con mayor facilidad. Los diseños alternativos de paso a través pueden incluir omitir el tubo superior por completo, como en los diseños de bastidor principal monocasco que utilizan un tubo de asiento separado o con bisagras, y tubos superiores gemelos que continúan hasta los extremos de la horquilla trasera como en el cuadro Mixte . Estas alternativas al marco de diamante brindan una mayor versatilidad, aunque a expensas de un peso adicional para lograr una resistencia y rigidez equivalentes. [19] [20]
Los cables de control se enrutan a lo largo de los soportes del tubo superior o, a veces, dentro del tubo superior. Por lo general, esto incluye el cable para el freno trasero, pero algunas bicicletas de montaña y bicicletas híbridas también enrutan los cables del desviador delantero y trasero a lo largo del tubo superior. El enrutamiento interior, que una vez solo estuvo presente en los rangos de precios más altos, protege los cables de daños y suciedad, que pueden, por ejemplo, hacer que el cambio de marchas no sea confiable. [22]
El espacio entre el tubo superior y la ingle del ciclista mientras se monta a horcajadas sobre la bicicleta y se para en el suelo se llama espacio libre. La altura total desde el suelo hasta este punto se denomina palanca de altura.
Tubo descendente
El tubo inferior conecta el tubo de dirección a la carcasa del pedalier. En bicicletas de carreras y algunas bicicletas de montaña e híbridas, los cables del desviador corren a lo largo del tubo inferior o dentro del tubo inferior. En las bicicletas de carreras más antiguas, las palancas de cambio estaban montadas en el tubo inferior. En los más nuevos, se montan con las palancas de freno en el manillar.
Los soportes de los portabidones también se encuentran en el tubo inferior, generalmente en la parte superior, a veces también en la parte inferior. Además de los portabidones, también se pueden instalar pequeñas bombas de aire en estos soportes.
Tubo de sillín
El tubo del sillín contiene la tija de sillín de la bicicleta, que se conecta al sillín. La altura del sillín se puede ajustar cambiando la distancia a la que se inserta la tija en el tubo del sillín. En algunas bicicletas, esto se logra usando una palanca de liberación rápida . La tija de sillín debe insertarse al menos una cierta longitud; esto está marcado con una marca de inserción mínima .
El tubo del asiento también puede tener soldadura fuerte-en montajes para una jaula de la botella o frontal del desviador .
Estancias de cadena
La cadena se mantiene paralela a la cadena, conectando la carcasa del pedalier (que sostiene el eje alrededor del cual giran los pedales y las manivelas) a los extremos o punteras de la horquilla trasera . Una vaina de cadena más corta generalmente significa que la bicicleta acelerará más rápido y será más fácil conducir cuesta arriba, al menos mientras el ciclista puede evitar que la rueda delantera pierda contacto con el suelo. [22]
Cuando el cable del desviador trasero se enruta parcialmente a lo largo del tubo inferior, también se enruta a lo largo del tirante de la cadena. Ocasionalmente (principalmente en cuadros fabricados desde finales de la década de 1990), se colocarán soportes para frenos de disco en los tirantes de cadena. Puede haber una pequeña riostra que conecta los soportes de la cadena delante de la rueda trasera y detrás de la carcasa del pedalier.
Los tirantes de cadena pueden diseñarse utilizando tubos ahusados o sin ahusar. Pueden estar aliviadas, ovaladas, dobladas, en forma de S o elevadas para permitir un espacio adicional para la rueda trasera, la cadena, las bielas o el talón del pie.
Estancias de asiento
Los tirantes del asiento conectan la parte superior del tubo del asiento (a menudo en o cerca del mismo punto que el tubo superior) a las punteras de la horquilla trasera. Un cuadro tradicional utiliza un conjunto simple de tubos en paralelo conectados por un puente sobre la rueda trasera. Cuando el cable del desviador trasero se enruta parcialmente a lo largo del tubo superior, también suele hacerlo a lo largo del tirante del asiento.
A lo largo de los años, se han introducido muchas alternativas al diseño tradicional de los tirantes del asiento. Un estilo de tirante del asiento que se extiende hacia adelante del tubo del sillín, debajo del extremo trasero del tubo superior y se conecta al tubo superior delante del tubo del sillín, creando un pequeño triángulo, se llama un tirante helénico en honor al constructor de cuadros británico Fred. Hellens, quien los presentó en 1923. [23] Los asientos helénicos añaden atractivo estético a expensas del peso añadido. Este estilo de asiento se volvió a popularizar a finales del siglo XX por GT Bicycles (bajo el nombre de "triángulo triple"), que había incorporado el elemento de diseño en sus cuadros de BMX, ya que también creaba un triángulo trasero mucho más rígido (una ventaja en carreras); este elemento de diseño también se ha utilizado en sus cuadros de bicicleta de montaña por motivos similares.
En 2012, Volagi Cycles patentó una variación del tradicional tirante del asiento que pasa por alto el tubo del sillín y se conecta más al tubo superior . [24] Este elemento del marco agregó longitud al diseño tradicional de los tirantes de los asientos, lo que hace que la conducción sea más suave sacrificando la rigidez del marco.
Otra variante común de la vaina del asiento es la horquilla , la vaina de un solo asiento o la vaina mono , [25] que une las vainas justo encima de la rueda trasera en un monotubo que se une al tubo del asiento. Un diseño de horquilla agrega rigidez vertical sin aumentar la rigidez lateral, generalmente una característica indeseable para bicicletas con ruedas traseras sin suspensión. [26] El diseño de horquilla es más apropiado cuando se usa como parte de un subchasis triangular trasero en una bicicleta con suspensión trasera independiente.
Un soporte de asiento doble se refiere a los soportes de asiento que se encuentran con el triángulo delantero de la bicicleta en dos puntos separados, generalmente uno al lado del otro.
Los tirantes de asiento con respaldo rápido se encuentran con el tubo del asiento en la parte posterior en lugar de los lados del tubo. [27]
En la mayoría de los tirantes de los asientos, se suele utilizar un puente o abrazadera para conectar los tirantes por encima de la rueda trasera y por debajo de la conexión con el tubo del sillín. Además de proporcionar rigidez lateral, este puente proporciona un punto de montaje para frenos traseros, guardabarros y portabultos. Los propios tirantes de asiento también pueden estar equipados con soportes de freno. Los soportes de freno a menudo están ausentes en los tirantes de los asientos de bicicletas de pista o de piñón fijo.
Carcasa del pedalier
La carcasa del pedalier es un tubo de diámetro corto y grande, en relación con los otros tubos del cuadro, que corre de lado a lado y sujeta el pedalier . Por lo general, está roscado, a menudo a la izquierda en el lado derecho (de la transmisión) de la bicicleta para evitar que se afloje por la precesión inducida por la fricción , y a la derecha en el lado izquierdo (sin transmisión). Hay muchas variaciones, como un pedalier excéntrico , que permite ajustar la tensión de la cadena de la bicicleta. Por lo general, es más grande, sin rosca y, a veces, dividido. Los tirantes de la cadena, el tubo del sillín y el tubo inferior normalmente se conectan a la carcasa del pedalier.
Hay algunos anchos de carcasa estándar tradicionales (68, 70 o 73 mm). [28] Las bicicletas de carretera suelen utilizar 68 mm; Las bicicletas de carretera italianas utilizan 70 mm; Las bicicletas de montaña de los primeros modelos utilizan 73 mm; los modelos posteriores (1995 y posteriores) utilizan 68 mm con mayor frecuencia. Algunas bicicletas modernas tienen anchos de carcasa de 83 o 100 mm y son para aplicaciones especializadas de ciclismo de montaña o de nieve en descenso . El ancho de la calota influye en el factor Q o la banda de rodadura de la bicicleta. Hay algunos diámetros de carcasa estándar (34,798 - 36 mm) con pasos de rosca asociados (24 - 28 tpi).
En algunas bicicletas con caja de cambios , la carcasa del pedalier se puede reemplazar por una caja de cambios integrada o una ubicación de montaje para una caja de cambios desmontable.
Geometría del marco
La longitud de los tubos y los ángulos en los que se unen definen la geometría del marco . Al comparar diferentes geometrías del cuadro, los diseñadores a menudo comparan el ángulo del tubo del sillín, el ángulo del tubo de dirección, la longitud (virtual) del tubo superior y la longitud del tubo del sillín. Para completar la especificación de una bicicleta para su uso, el ciclista ajusta las posiciones relativas del sillín, los pedales y el manillar:
- altura del sillín , la distancia desde el centro del eje de pedalier hasta el punto de referencia en la parte superior del centro del sillín. [29]
- pila , la distancia vertical desde el centro del eje de pedalier hasta la parte superior del tubo de dirección. [30]
- alcance , la distancia horizontal desde el centro del eje de pedalier hasta la parte superior del tubo de dirección. [31]
- caída del eje de pedalier , la distancia por la cual el centro del eje de pedalier se encuentra por debajo del nivel del buje trasero. [32]
- caída del manillar , la distancia vertical entre la referencia en la parte superior del sillín y el manillar. [33]
- retroceso del sillín , la distancia horizontal entre la parte delantera del sillín y el centro del eje de pedalier. [34]
- altura de apoyo , la altura del tubo superior sobre el suelo. [35]
- centro delantero , la distancia desde el centro del eje de pedalier hasta el centro del buje delantero. [36]
- superposición del dedo del pie , la cantidad que los pies pueden interferir con la dirección de la rueda delantera. [37]
La geometría del marco depende del uso previsto. Por ejemplo, una bicicleta de carretera colocará el manillar en una posición más baja y más alejada con respecto al sillín, lo que proporcionará una posición de conducción más agachada; mientras que una bicicleta utilitaria enfatiza la comodidad y tiene un manillar más alto que resulta en una posición de conducción erguida.
La geometría del cuadro también afecta las características de manejo. Para obtener más información, vea los artículos sobre bicicletas y motocicletas geometría y dinámica de bicicletas y motocicletas .
Tamaño del marco
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El tamaño del cuadro se medía tradicionalmente a lo largo del tubo del asiento desde el centro del soporte inferior hasta el centro del tubo superior. Los tamaños "medianos" típicos son 54 o 56 cm (aproximadamente 21,2 o 22 pulgadas) para una bicicleta de carreras masculina europea o 46 cm (aproximadamente 18,5 pulgadas) para una bicicleta de montaña para hombres . La gama más amplia de geometrías de cuadros que existen ahora también ha dado lugar a otros métodos para medir el tamaño del cuadro. [38] Los cuadros Touring tienden a ser más largos, mientras que los cuadros de carreras son más compactos.
Bicicletas de carretera y triatlón
Una bicicleta de carreras de carretera está diseñada para una transferencia de potencia eficiente con un peso y resistencia mínimos. En términos generales, la geometría de la bicicleta de carretera se clasifica como una geometría tradicional con un tubo superior horizontal o una geometría compacta con un tubo superior inclinado.
Los cuadros de carretera de geometría tradicional a menudo se asocian con más comodidad y mayor estabilidad, y tienden a tener una distancia entre ejes más larga, lo que contribuye a estos dos aspectos. La geometría compacta permite que la parte superior del tubo de dirección esté por encima de la parte superior del tubo del asiento, lo que reduce la altura de la entrepierna y, por lo tanto, aumenta la holgura y baja el centro de gravedad. Las opiniones están divididas sobre los méritos de conducción del cuadro compacto, pero varios fabricantes afirman que una gama reducida de tamaños puede adaptarse a la mayoría de los ciclistas y que es más fácil construir un cuadro sin un tubo superior perfectamente nivelado.
Las bicicletas de carretera para carreras tienden a tener un ángulo del tubo del asiento más pronunciado , medido desde el plano horizontal. Esto posiciona al ciclista aerodinámicamente y posiblemente en una posición de caricia más fuerte. La compensación es comodidad. Las bicicletas de turismo y confort tienden a tener un ángulo del tubo del asiento más flojo (menos vertical) tradicionalmente. Esto coloca al ciclista más en los huesos del asiento y quita peso de las muñecas, brazos y cuello y, en el caso de los hombres, mejora la circulación en las áreas urinaria y reproductiva. Con un ángulo más flojo, los diseñadores alargan el soporte de la cadena para que el centro de gravedad (que de otro modo estaría más atrás sobre la rueda) se reposicione de manera más ideal sobre el centro del cuadro de la bicicleta. La distancia entre ejes más larga contribuye a una amortiguación eficaz. En las modernas bicicletas de turismo y confort fabricadas en serie, el ángulo del tubo del sillín es insignificantemente más holgado, tal vez para reducir los costos de fabricación al evitar la necesidad de reajustar las plantillas de soldadura en procesos automatizados y, por lo tanto, no brindan la comodidad de los fabricados tradicionalmente o personalizados. -armazones hechos que tienen ángulos de tubo de asiento notablemente más holgados.
Las bicicletas de carrera que se utilizan en carreras autorizadas por la UCI se rigen por las regulaciones de la UCI , que establecen, entre otras cosas, que el cuadro debe constar de dos triángulos. Por lo tanto, no se permiten los diseños que carecen de tubo de sillín o tubo superior.
Los cuadros específicos de triatlón , o contrarreloj, hacen girar al ciclista hacia adelante alrededor del eje del soporte inferior de la bicicleta en comparación con el cuadro de bicicleta de carretera estándar. Esto es para poner al ciclista en una posición aún más baja y aerodinámica. Si bien el manejo y la estabilidad se reducen, estas bicicletas están diseñadas para circular en entornos con menos aspectos de conducción en grupo. Estos cuadros tienden a tener ángulos de tubo de asiento pronunciados y tubos de dirección bajos, y una distancia entre ejes más corta para el alcance correcto desde el sillín hasta el manillar. Además, dado que no se rigen por la UCI, algunas bicicletas de triatlón, como Zipp 2001 , Cheetah y Softride, tienen diseños de cuadro no tradicionales, que pueden producir una mejor aerodinámica.
Bicicletas de pista
Los cuadros de oruga tienen mucho en común con los cuadros de carretera y contrarreloj, pero vienen con horquillas traseras horizontales, orientadas hacia atrás, [39] en lugar de punteras, [40] para permitir que uno ajuste la posición de la rueda trasera horizontalmente para establecer la tensión adecuada de la cadena. El espacio entre los bujes traseros es de 120 milímetros (4,7 pulgadas) en lugar de 130 milímetros (5,1 pulgadas) o más para los bastidores de carretera. La caída del pedalier es más pequeña, normalmente de 50 a 60 milímetros (2,0 a 2,4 pulgadas). Además, el ángulo del tubo del sillín es más pronunciado que en las bicicletas de carrera.
Bicicletas de montaña
Para una conducción cómoda y un mejor manejo, a menudo se utilizan amortiguadores ; hay una serie de variantes, incluidos los modelos de suspensión total , que proporcionan absorción de impactos para las ruedas delanteras y traseras; y modelos de suspensión delantera únicamente ( rígidas ) que se ocupan únicamente de los golpes que surgen de la rueda delantera. El desarrollo de sofisticados sistemas de suspensión en la década de 1990 dio lugar rápidamente a muchas modificaciones del clásico cuadro de diamante.
Reciente [ ¿cuándo? ] Las bicicletas de montaña con sistemas de suspensión trasera tienen un triángulo trasero pivotante para accionar el amortiguador trasero. Hay mucha variación de fabricante en el diseño del cuadro de las bicicletas de montaña con suspensión total y diferentes diseños para diferentes propósitos de conducción.
Bicicletas todoterreno / utilitarias
Las bicicletas Roadster tradicionalmente tienen un tubo de asiento y un tubo de dirección bastante holgados en un ángulo de aproximadamente 66 o 67 grados, lo que produce una posición de conducción muy cómoda y erguida de "sentarse y mendigar". Otras características incluyen una distancia entre ejes larga, más de 40 pulgadas (a menudo entre 43 y 47 pulgadas, o 57 pulgadas para una bicicleta larga ) y un rastrillo de horquilla largo, a menudo de aproximadamente 3 pulgadas (76 mm en comparación con 40 mm para la mayoría de las bicicletas de carretera). Este estilo de cuadro ha tenido un resurgimiento en popularidad en los últimos años debido a su mayor comodidad en comparación con las bicicletas de montaña o de carretera. Una variación de este tipo de bicicleta es el "roadster deportivo" (también conocido como el "roadster ligero"), que normalmente tiene un cuadro más ligero y un tubo de sillín y un ángulo de tubo de dirección ligeramente más inclinados de aproximadamente 70 a 72 grados.
Materiales del marco
Históricamente, el material más común para los tubos de un cuadro de bicicleta ha sido el acero . Los marcos de acero pueden estar hechos de diferentes grados de acero, desde acero al carbono muy económico hasta aleaciones de acero al cromo molibdeno más costosas y de mayor calidad . Los marcos también pueden estar hechos de aleaciones de aluminio , titanio , fibra de carbono e incluso bambú y cartón . Ocasionalmente, los marcos (con forma de diamante) se han formado a partir de secciones distintas de los tubos. Estos incluyen vigas en I y monocasco . Los materiales que se han utilizado en estos marcos incluyen madera (sólida o laminada ), magnesio ( vigas en I fundidas ) y termoplástico . Varias propiedades de un material ayudan a decidir si es apropiado en la construcción de un cuadro de bicicleta:
- La densidad (o gravedad específica ) es una medida de cuán liviano o pesado es el material por unidad de volumen.
- En teoría, la rigidez (o módulo elástico ) puede afectar la comodidad de conducción y la eficiencia de la transmisión de potencia. En la práctica, debido a que incluso un cuadro muy flexible es mucho más rígido que los neumáticos y el sillín, la comodidad de conducción es, en última instancia, más un factor de elección del sillín, geometría del cuadro, elección de neumáticos y ajuste de la bicicleta. La rigidez lateral es mucho más difícil de lograr debido al perfil estrecho de un cuadro, y demasiada flexibilidad puede afectar la transmisión de potencia, principalmente a través del desgaste de los neumáticos en la carretera debido a la distorsión del triángulo trasero, los frenos rozando las llantas y la cadena rozando el engranaje. mecanismos. En casos extremos, las marchas pueden cambiar por sí mismas cuando el ciclista aplica un par elevado fuera del sillín.
- El límite elástico determina cuánta fuerza se necesita para deformar permanentemente el material (para resistencia a choques ).
- El alargamiento determina cuánta deformidad permite el material antes de agrietarse (para la resistencia al impacto).
- El límite de fatiga y el límite de resistencia determinan la durabilidad del cuadro cuando se somete a estrés cíclico por pedalear o golpes en la conducción.
La ingeniería de tubos y la geometría del marco pueden superar muchas de las deficiencias percibidas de estos materiales en particular.
Los materiales del marco se enumeran por uso común.
Acero
Los marcos de acero a menudo se construyen utilizando varios tipos de aleaciones de acero, incluido el cromolio . Son fuertes, fáciles de trabajar y relativamente económicos. Sin embargo, son más densos (y por lo tanto generalmente más pesados) que muchos otros materiales estructurales. En comparación con los cuadros de aluminio, los cuadros de acero generalmente ofrecen una experiencia de conducción más suave. [22] Es común (a partir de 2018, en bicicletas híbridas de uso diario) usar acero para las hojas de la horquilla incluso cuando el resto del cuadro está hecho de un material diferente, porque el acero ofrece una mejor amortiguación de vibraciones . [22]
Un tipo de construcción clásico tanto para bicicletas de carretera como de montaña utiliza tubos de acero cilíndricos estándar que están conectados con tacos . Las orejetas son accesorios hechos de piezas de acero más gruesas. Los tubos se encajan en las orejetas, que rodean el extremo del tubo, y luego se sueldan a la orejeta. Históricamente, las temperaturas más bajas asociadas con la soldadura fuerte (soldadura fuerte con plata en particular) tenían un impacto negativo menor en la resistencia de la tubería que la soldadura a alta temperatura, lo que permitía usar tubos relativamente livianos sin pérdida de resistencia. Los recientes avances en la metalurgia ( " acero Aire endurecimiento ") han creado tubería que no se ve afectada negativamente, o cuyas propiedades se incluso mejorado por temperaturas de soldadura de alta temperatura, lo que ha permitido tanto TIG y MIG soldadura a banda arrastraban construcción en todos excepto unos pocos bicicletas de alta gama. Las bicicletas de cuadro con tacos más caras tienen tacos que se liman a mano en formas elegantes, tanto para ahorrar peso como como signo de artesanía. A diferencia de los marcos soldados MIG o TIG, un marco con tacos se puede reparar más fácilmente en el campo debido a su construcción simple. Además, dado que los tubos de acero se pueden oxidar (aunque en la práctica la pintura y los aerosoles anticorrosión pueden prevenir el óxido de manera efectiva), el marco con orejetas permite un reemplazo rápido del tubo sin prácticamente ningún daño físico a los tubos vecinos. [41] [42]
Un método más económico de construcción de cuadros de bicicletas utiliza tubos de acero cilíndricos conectados por soldadura TIG , que no requiere orejetas para mantener los tubos juntos. En cambio, los tubos del marco se alinean con precisión en una plantilla y se fijan en su lugar hasta que se completa la soldadura. La soldadura fuerte de filete es otro método de unir tubos de marco sin orejetas. Es más laborioso y, en consecuencia, es menos probable que se utilice para marcos de producción. Al igual que con la soldadura TIG, los tubos del marco de filete se cortan o ingletean con precisión [43] [44] y luego se suelda un filete de latón en la junta, similar al proceso de construcción con tacos. Un marco de soldadura fuerte en ángulo puede lograr una unidad más estética (apariencia curva suave) que un marco soldado.
Entre los marcos de acero, el uso de tubos empalmados reduce el peso y aumenta el costo. Empalmar significa que el grosor de la pared del tubo cambia de grueso en los extremos (para mayor resistencia) a más delgado en el medio (para menor peso).
Los cuadros de bicicleta de acero más baratos están hechos de acero dulce, también llamado acero de alta resistencia , como el que se puede usar para fabricar automóviles u otros artículos comunes. Sin embargo, los cuadros de bicicleta de mayor calidad están hechos de aleaciones de acero de alta resistencia (generalmente cromo - molibdeno o aleaciones de acero "cromoly") que se pueden convertir en tubos livianos con espesores de pared muy delgados. Uno de los aceros más antiguos de mayor éxito fue Reynolds "531" , un acero de aleación de manganeso- molibdeno. Más común ahora es 4130 ChroMoly o aleaciones similares. Reynolds y Columbus son dos de los fabricantes más famosos de tubos para bicicletas. Algunas bicicletas de calidad media utilizaron estas aleaciones de acero solo para algunos de los tubos del cuadro. Un ejemplo fue el Schwinn Le tour (al menos ciertos modelos), que usaba acero cromado para los tubos superior e inferior, pero usaba acero de menor calidad para el resto del cuadro.
Un marco de acero de alta calidad es generalmente más ligero que un marco de acero normal. En igualdad de condiciones, esta pérdida de peso puede mejorar la aceleración y el rendimiento de ascenso de la bicicleta.
Si se ha perdido la etiqueta del tubo, se puede reconocer un marco de acero de alta calidad (cromoly o manganeso) golpeándolo con fuerza con un movimiento de la uña. Un marco de alta calidad producirá un anillo similar a una campana donde un marco de acero de calidad regular producirá un ruido sordo. También se pueden reconocer por su peso (alrededor de 2,5 kg para cuadro y horquillas) y el tipo de tacos y extremos de horquilla utilizados.
Aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio tienen menor densidad y menor resistencia en comparación con las aleaciones de acero; sin embargo, poseen una mejor relación resistencia-peso, lo que les otorga notables ventajas de peso sobre el acero. Las primeras estructuras de aluminio han demostrado ser más vulnerables a la fatiga , ya sea debido a aleaciones ineficaces o al uso de una técnica de soldadura imperfecta. Esto contrasta con algunas aleaciones de acero y titanio, que tienen claros límites de fatiga y son más fáciles de soldar entre sí. Sin embargo, algunas de estas desventajas se han mitigado desde entonces con mano de obra más calificada capaz de producir soldaduras de mejor calidad, automatización y mayor accesibilidad a las aleaciones de aluminio modernas. La atractiva relación resistencia / peso del aluminio en comparación con el acero, y ciertas propiedades mecánicas, le aseguran un lugar entre los materiales preferidos para la construcción de marcos.
Las aleaciones más populares para cuadros de bicicleta son el aluminio 6061 y el aluminio 7005 .
El tipo de construcción más popular en la actualidad utiliza tubos de aleación de aluminio que están conectados entre sí mediante soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG) . Los cuadros de bicicleta de aluminio soldados comenzaron a aparecer en el mercado solo después de que este tipo de soldadura se volvió económica en la década de 1970.
El aluminio tiene un espesor de pared óptimo diferente al diámetro de la tubería que el acero. Es más fuerte alrededor de 200: 1 (diámetro: espesor de pared), mientras que el acero es una pequeña fracción de eso. Sin embargo, en esta relación, el grosor de la pared sería comparable al de una lata de bebida, demasiado frágil frente a los impactos. Por lo tanto, la tubería de aluminio para bicicletas es un compromiso, que ofrece una relación entre el espesor de la pared y el diámetro que no es de máxima eficiencia, pero nos proporciona una tubería de gran tamaño de proporciones aerodinámicamente aceptables más razonables y buena resistencia al impacto. Esto da como resultado un marco que es significativamente más rígido que el acero. Si bien muchos ciclistas afirman que los cuadros de acero brindan una conducción más suave que el aluminio porque los cuadros de aluminio están diseñados para ser más rígidos, esa afirmación tiene una validez cuestionable: el cuadro de la bicicleta en sí es extremadamente rígido verticalmente porque está hecho de triángulos. A la inversa, este mismo argumento cuestiona la afirmación de que los marcos de aluminio tienen una mayor rigidez vertical. [45] Por otro lado, la rigidez lateral y de torsión (torsional) mejora la aceleración y el manejo en algunas circunstancias.
En general, se reconoce que los marcos de aluminio tienen un peso más bajo que el acero, aunque no siempre es así. Un marco de aluminio de baja calidad puede ser más pesado que un marco de acero de alta calidad. Algunos fabricantes utilizan tubos de aluminio a tope, en los que el grosor de la pared de las secciones intermedias se hace más delgado que el de las secciones de los extremos, para ahorrar peso. Los tubos no redondos se utilizan por diversas razones, que incluyen rigidez, aerodinámica y marketing. Varias formas se enfocan en uno u otro de estos objetivos, y rara vez logran todos.
Titanio
El titanio es quizás el metal más exótico y costoso que se usa comúnmente para los tubos de cuadros de bicicletas. Combina muchas características deseables, incluida una alta relación resistencia / peso y una excelente resistencia a la corrosión. La rigidez razonable (aproximadamente la mitad que la del acero) permite que muchos marcos de titanio se construyan con tamaños de tubo "estándar" comparables a los de un marco de acero tradicional, aunque los tubos de mayor diámetro se están volviendo más comunes para mayor rigidez. El titanio es más difícil de mecanizar que el acero o el aluminio, lo que a veces limita sus usos y también eleva el esfuerzo (y el costo) asociado a este tipo de construcción. Como los cuadros de titanio suelen ser más caros que los cuadros similares de acero o aleación de aluminio, el costo los pone fuera del alcance de la mayoría de los ciclistas.
Los marcos de titanio suelen utilizar aleaciones y tubos de titanio que se desarrollaron originalmente para la industria aeroespacial . La aleación más utilizada en los cuadros de bicicleta de titanio es 3AL-2,5 V (3,5% de aluminio y 2,5% de vanadio). También se utiliza 6AL-4V (6% de aluminio y 4% de vanadio), pero es más difícil de soldar, fabricar tubos y mecanizar. A menudo, los tubos son de 3AL-2.5V, mientras que las punteras y otras secciones periféricas están hechas de 6AL-4V. Se han fabricado cuadros experimentales con titanio comercialmente puro (CP, es decir, sin alear), pero han demostrado ser menos duraderos para la conducción activa destinada a cuadros de este nivel de coste.
También se utiliza un extenso empalme para crear tubos de bajo peso con una rigidez aceptable. Las primeras versiones del Fat Chance Titanium (versiones de 1992 y 93) tenían tubos de diferentes diámetros soldados entre sí para crear un área de pedalier más rígida. La versión de 1994 tenía tubos inferiores a tope externamente.
Los tubos del bastidor casi siempre se unen mediante soldadura por arco de gas tungsteno (GTAW o TIG), aunque en los primeros bastidores se ha utilizado la soldadura fuerte al vacío . [ cita requerida ] Algunos marcos de titanio anteriores se hicieron con tubos de titanio unidos a orejetas de aluminio, como por ejemplo el Miyata Elevation 8000 y el Raleigh Technium Titanium.
Fibra de carbon
El compuesto de fibra de carbono es un material no metálico cada vez más popular que se usa comúnmente para cuadros de bicicleta. [46] [47] [48] [49] Aunque es caro, es liviano, resistente a la corrosión y fuerte, y se puede moldear en casi cualquier forma deseada. El resultado es un cuadro que se puede ajustar para obtener una fuerza específica donde sea necesario (para soportar las fuerzas del pedaleo), al tiempo que permite flexibilidad en otras secciones del cuadro (para mayor comodidad). Los cuadros de bicicleta de fibra de carbono personalizados pueden incluso diseñarse con tubos individuales que sean fuertes en una dirección (como lateralmente), mientras que se adapten en otra dirección (como verticalmente). La capacidad de diseñar un tubo compuesto individual con propiedades que varían según la orientación no se puede lograr con ninguna construcción de marco de metal comúnmente en producción. [50] Algunos marcos de fibra de carbono utilizan tubos cilíndricos que se unen con adhesivos y orejetas, en un método algo análogo a un marco de acero con tacos. Otro tipo de cuadros de fibra de carbono se fabrican en una sola pieza, denominada construcción monocasco .
En una serie de pruebas realizadas por Santa Cruz Bicycles , se demostró que para un diseño de cuadro con forma idéntica y peso casi similar, el cuadro de carbono es considerablemente más fuerte que el aluminio, cuando se somete a una carga de fuerza total (sometiendo el cuadro a ambas tensiones). y compresión) y resistencia al impacto. [51] Si bien los cuadros de carbono pueden ser livianos y fuertes, pueden tener una menor resistencia al impacto en comparación con otros materiales y pueden ser propensos a dañarse si se estrellan o manejan incorrectamente. El agrietamiento y la falla pueden ser el resultado de una colisión, pero también de un ajuste excesivo o de una instalación incorrecta de los componentes. [52] Se ha sugerido que estos materiales pueden ser vulnerables a fallas por fatiga, un proceso que ocurre con el uso durante un largo período de tiempo, [53] aunque esto a menudo se limita a grietas interlaminares o grietas en el adhesivo en las juntas, donde las tensiones se puede controlar bien con buenas prácticas de diseño. Es posible reparar los cuadros de carbono rotos, pero debido a problemas de seguridad, solo deben hacerlo empresas profesionales con los más altos estándares posibles. [54]
Muchas bicicletas de carreras construidas para carreras de contrarreloj individuales y triatlones emplean una construcción compuesta porque el cuadro se puede moldear con un perfil aerodinámico que no es posible con tubos cilíndricos, o sería excesivamente pesado con otros materiales. Si bien este tipo de cuadro puede ser más pesado que otros, su eficiencia aerodinámica puede ayudar al ciclista a alcanzar una velocidad general más alta.
Se pueden agregar a la matriz otros materiales además de la fibra de carbono, como el boro metálico , para mejorar aún más la rigidez. [55] Algunos cuadros de gama alta más nuevos incorporan fibras de Kevlar en los tejidos de carbono para mejorar la amortiguación de vibraciones y la resistencia al impacto, particularmente en los tubos inferiores, tirantes de asiento y tirantes de cadena.
Termoplástico
Los termoplásticos son una categoría de polímeros que se pueden recalentar y remodelar, y existen varias formas de utilizarlos para crear un cuadro de bicicleta. Una implementación de los cuadros de bicicleta termoplásticos son esencialmente cuadros de fibra de carbono con las fibras incrustadas en un material termoplástico en lugar de los materiales epoxi termoendurecibles más comunes . GT Bicycles fue uno de los primeros fabricantes importantes en producir un cuadro termoplástico con sus cuadros del sistema STS a mediados de la década de 1990. Las fibras de carbono se tejieron de manera suelta en un tubo junto con fibras de termoplástico. Este tubo se colocó en un molde con una vejiga en el interior que luego se infló para forzar el tubo de carbón y plástico contra el interior del molde. A continuación, se calentó el molde para fundir el termoplástico. Una vez que el termoplástico se enfrió se retiró del molde en su forma final.
Magnesio
Un puñado de cuadros de bicicleta están hechos de magnesio , que tiene alrededor del 64% de la densidad del aluminio. En la década de 1980, un ingeniero, Frank Kirk, ideó una forma novedosa de marco que estaba fundido a presión en una sola pieza y compuesto por vigas en I en lugar de tubos. Se estableció una empresa, Kirk Precision Ltd, en Gran Bretaña para fabricar cuadros de bicicleta de carretera y de montaña con esta tecnología. Sin embargo, a pesar de algunos primeros éxitos comerciales, hubo problemas de fiabilidad y la fabricación se detuvo en 1992. [56] El pequeño número de cuadros modernos de magnesio en producción se construyen de forma convencional utilizando tubos. [57]
Aleación de escandio y aluminio
Algunos fabricantes de bicicletas fabrican cuadros con aleaciones de aluminio que contienen escandio , generalmente denominado simplemente escandio para fines de marketing, aunque el contenido de Sc es inferior al 0,5%. El escandio mejora las características de soldadura de algunas aleaciones de aluminio con una resistencia superior a la fatiga, lo que permite el uso de tubos de menor diámetro, lo que permite una mayor flexibilidad en el diseño del marco.
Berilio
American Bicycle Manufacturing de St. Cloud, Minnesota, ofreció brevemente un cuadro hecho de tubos de berilio (unidos a orejetas de aluminio), con un precio de $ 26,000. Los informes indicaron que el viaje fue muy duro, pero el cuadro también era muy flexible lateralmente. [58]
Bambú
Se han fabricado varios cuadros de bicicletas con tubos de bambú conectados con carpintería metálica o compuesta. El atractivo estético ha sido a menudo un motivador tanto como las características mecánicas. [59] [60]
Madera
Se han fabricado varios cuadros de bicicleta de madera, ya sea maciza o laminada. Aunque uno sobrevivió a 265 agotadores kilómetros de la carrera París-Roubaix , el atractivo estético a menudo ha sido tan motivador como las características de conducción. [61] La madera se utiliza para fabricar bicicletas en África Oriental. [62] El cartón también se ha utilizado para cuadros de bicicletas. [63]
Combinaciones
La combinación de diferentes materiales puede proporcionar la rigidez, el cumplimiento o la amortiguación deseados en diferentes áreas mejor de lo que se puede lograr con un solo material. Los materiales combinados suelen ser fibra de carbono y un metal, ya sea acero, aluminio o titanio. Una implementación de este enfoque incluye un tubo inferior de metal y tirantes de cadena con tubo superior de carbono, tubo de sillín y tirantes de sillín. [64] Otro es un triángulo principal de metal y tirantes de cadena con tirantes de asiento de carbono. [65] Las horquillas de carbono se han vuelto muy comunes en bicicletas de carreras de todos los materiales del cuadro. [66]
Otro
El artículo sobre tipos de bicicletas describe variaciones adicionales.
Tubo a tope
La tubería a tope tiene un mayor grosor cerca de las juntas para mayor resistencia, mientras mantiene el peso bajo con material más delgado en otros lugares. Por ejemplo, triple conificado significa que el tubo, generalmente de una aleación de aluminio, tiene tres espesores diferentes, con las secciones más gruesas en el extremo donde se sueldan. El mismo material se puede utilizar en manillares.
Soldaduras
Una variedad de pequeñas características ( orificios de montaje de la jaula de la botella, salientes de la palanca de cambios , topes de cable , clavijas de la bomba , guías de cable , etc.) se describen como soldaduras porque originalmente estaban soldadas , ya veces todavía lo están . [67]
Suspensión
Muchas bicicletas, especialmente las de montaña, tienen suspensión.
Ver también
- Bicicleta
- Tenedor de bicicleta
- Glosario de ciclismo
- Lista de piezas de bicicleta
- Marco de la motocicleta
Referencias
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enlaces externos
- Ciencia del ciclismo: marcos y materiales del Exploratorium
- "Teoría revisionista del tamaño de las bicicletas" de Sheldon Brown : una explicación de las diferentes formas de medir el tamaño de los cuadros.
- Calculadora de tamaño de marco : una sencilla herramienta calculadora de tamaño de marco
- Metalurgia para ciclistas : analiza las propiedades del material del cuadro en relación con la idoneidad para el uso del cuadro.
- El programa BikeCAD le permite diseñar su propio cuadro en línea.
- Frame Sketcher es una sencilla aplicación HTML5 que permite dibujar y comparar marcos en línea.