Un engranaje de cubo , [2] un cubo de engranaje interno , [1] un cubo de engranaje interno [3] o simplemente un cubo de engranaje [4] es un sistema de cambio de relación de transmisión comúnmente utilizado en bicicletas que se implementa con engranajes planetarios o epicicloidales . Los engranajes y lubricantes están sellados dentro de la carcasa del engranaje del buje, en contraste con los engranajes del desviador donde los engranajes y el mecanismo están expuestos a los elementos. El cambio de la relación de transmisión se lograba tradicionalmente mediante una palanca de cambios conectada al buje con un cable Bowden y un agarre giratorio los cambiadores de estilo se han vuelto comunes.
Los sistemas de engranajes de cubo generalmente tienen una vida larga y en gran parte libre de mantenimiento, aunque algunos no son adecuados para un uso de alto estrés en competiciones o en condiciones montañosas fuera de la carretera. Muchas bicicletas de cercanías o urbanas, como las bicicletas urbanas europeas, ahora están comúnmente equipadas con cubos de cambio de 7 velocidades y los sistemas de 8 velocidades están cada vez más disponibles. Las bicicletas de servicios públicos más antiguas o menos costosas a menudo usan cubos de engranajes de 3 velocidades, como en los sistemas de bicicletas compartidas . Muchas bicicletas plegables utilizan cubos de cambio de 3 velocidades. Se encuentran disponibles desarrollos modernos con hasta 14 relaciones de transmisión.
Historia
Antes de que se usaran los engranajes epicíclicos en los bujes de las bicicletas, se usaban en los triciclos. Las patentes de los hubs epicíclicos datan de mediados de la década de 1880. [5] [6] La primera patente para un engranaje de cubo epicicloidal compacto fue otorgada en 1895 al maquinista estadounidense Seward Thomas Johnson de Noblesville, Indiana, EE. UU. [7] Este era un engranaje de 2 velocidades pero no tuvo éxito comercial.
En 1896, William Reilly de Salford, Inglaterra, patentó un buje de 2 velocidades que entró en producción en 1898 como 'The Hub'. [8] Fue un gran éxito, permaneciendo en producción durante una década. Rápidamente estableció la practicidad de los engranajes de cubo epicicloidal compactos.
En 1902, Reilly había diseñado un engranaje de cubo de 3 velocidades. Se separó del fabricante de 'The Hub' pero les había cedido los derechos intelectuales de sus futuros diseños de engranajes. Para sortear este problema, las patentes de las 3 velocidades de Reilly se obtuvieron a nombre de su colega, James Archer. [9] Mientras tanto, el conocido periodista e inventor inglés Henry Sturmey también había inventado un hub de 3 velocidades. [10] En 1903, Frank Bowden , director de Raleigh Bicycle Company , formó The Three-Speed Gear Syndicate, habiendo obtenido los derechos tanto de Reilly / Archer como de Sturmey de 3 velocidades. El buje de Reilly entró en producción como el primer Sturmey Archer de 3 velocidades. [11]
En 1902, Mikael Pedersen (quien también produjo la bicicleta Dursley Pedersen ) patentó un engranaje de cubo de 3 velocidades y este fue producido en 1903. Se dijo que estaba basado en el principio del "contraeje" [12], pero podría decirse que era un engranaje epicicloidal inusual. engranaje, en el que se utilizó un segundo sol en lugar de una corona. [13] En 1904, la empresa Fichtel & Sachs (Alemania, Schweinfurt ) produjo un engranaje de cubo con licencia de Wanderer , y en 1909, había 14 engranajes de cubo de 3 velocidades diferentes en el mercado británico. [14]
En la década de 1930, los engranajes de cubo se usaban en bicicletas en todo el mundo. Fueron particularmente populares en el Reino Unido, los Países Bajos, los países de habla alemana y Escandinavia. Desde la década de 1970, se han vuelto mucho menos comunes en los países de habla inglesa, pero en muchas partes del norte de Europa, donde las bicicletas se utilizan regularmente como transporte diario en lugar de simplemente como deporte o ocio, los engranajes centrales todavía se utilizan ampliamente. Los sistemas de cambio más baratos y más resistentes (pero menos fiables) , que ofrecen una gama de marchas más amplia, han comenzado a aparecer.
En 1987, Sturmey-Archer fabricaba solo bujes de 3 y 5 velocidades, y Fichtel & Sachs y Shimano fabricaban solo bujes de 2 y 3 velocidades. En ese año, se publicó el primer libro (además de los manuales de servicio) durante unos 80 años que se ocupaba únicamente de los engranajes epicicloidales de las bicicletas. [15] Desde entonces, ha habido un aumento lento pero constante en el interés por los engranajes de buje, lo que se refleja en la gama más amplia de productos ahora disponibles.
En 1995, Sachs presentó el Elan , el primer engranaje de buje con 12 velocidades y un rango general del 339%. Tres años más tarde, Rohloff presentó el Speedhub 500/14 , un buje de cambio con 14 velocidades y un rango del 526%, comparable al de un sistema de cambio de 27 velocidades, y también suficientemente robusto y ligero para el ciclismo de montaña . En 2007, NuVinci inició la fabricación de transmisión continuamente variable ( "continuo") ∞ hubs -Velocidad para las bicicletas de cercanías, con una creciente gama de alrededor de 380% [16] (2016).
A partir de 2008, Sturmey-Archer fabrica bujes de 3, 5 y 8 velocidades, SRAM (sucesor de Fichtel & Sachs) produce 3, 5, 7 y 9 velocidades y Shimano produce 3, 7 y 8 -velocidades. En febrero de 2010, Shimano anunció la introducción del Shimano Alfine 700 , un modelo de 11 velocidades. [17]
Aunque la mayoría de los sistemas de engranajes de cubo utilizan una posterior rueda dentada , SRAM 's Dual Drive sistema combina un epicicloidal cubo con un sistema de cambio trasero de varias velocidades para proporcionar una transmisión amplia concentrada en la rueda trasera. En 2010, Canyon introdujo el 144 2 , un buje híbrido que utiliza una combinación similar de epiciclo / desviador.
Las bicicletas Brompton tienen su propio diseño, con un desviador de dos velocidades acoplado a un buje especial Sturmey-Archer de relación amplia de tres velocidades, el "BWR" (relación amplia de Brompton). El sistema es útil para bicicletas plegables (donde un juego de platos y bielas delanteros múltiples podría estropear el mecanismo de plegado de la bicicleta), en bicicletas reclinadas y bicicletas de carga (donde las ruedas pequeñas y / o el aumento de peso requieren una gama más amplia de marchas con pasos más pequeños). En el pasado, los engranajes de cubo también se han utilizado en motocicletas , aunque ahora esto es raro.
Principio de funcionamiento
Los bujes de 3 velocidades más simples utilizan un solo juego de engranajes epicíclicos planetarios. El engranaje solar (en amarillo arriba) está montado sólidamente en el eje y, por lo tanto, está fijado con relación al cuadro de la bicicleta.
- En marcha baja, la rueda dentada impulsa el anillo (en rojo arriba) y el portasatélites (en verde arriba) impulsa el cubo, dando una reducción de engranaje.
- En la marcha intermedia, la rueda dentada impulsa el cubo directamente.
- En marcha alta, la rueda dentada impulsa el portasatélites y el anillo impulsa el cubo, lo que da como resultado un aumento de marcha.
El eje del buje de un engranaje del buje (a diferencia del de un sistema de desviador) soportará el par en todos los engranajes, excepto en la transmisión directa, por lo que debe estar firmemente sujeto contra la rotación. Si bien las arandelas antirrotación entre la puntera y la tuerca del eje a menudo han demostrado ser adecuadas, los sistemas modernos de mayor alcance utilizan un brazo de reacción fijado al soporte de la cadena. Las ruedas traseras con frenos de tambor (una característica de algunas bicicletas de uso diario) requieren un brazo de reacción de todos modos.
La mayoría de los engranajes del buje se operan de manera similar, con un solo giro, gatillo o palanca de cambios con el pulgar. Una excepción es el estilo más antiguo de Sturmey-Archer de 5 velocidades, que usaba un segundo cable de cambio para cambiar entre engranajes solares de rango cercano y amplio, lo que proporciona dos bujes de 3 velocidades en una unidad. La marcha intermedia en ambos rangos era transmisión directa, por lo que había cinco marchas distintas. Podían controlarse con una palanca de cambios especial de 5 velocidades que operaba ambos cables, o con una palanca de cambios normal de 3 velocidades y una palanca de cambios de fricción.
Ventajas
- Los engranajes del cubo están sellados dentro del cubo, lo que los protege del agua, la arena y los impactos. Por lo tanto, los engranajes de buje generalmente requieren menos mantenimiento y pueden ser más confiables con el tiempo que los sistemas de engranajes de desviador externo comparables, que pueden requerir más ajustes y reemplazo de piezas (platos delanteros, piñones traseros, cadena de desviador estrecha).
- Los engranajes del buje evitan por completo el peligro de colisión con los radios y el colapso de las ruedas que pueden sufrir los sistemas de cambio.
- Los engranajes del cubo pueden cambiar las relaciones de transmisión cuando la rueda trasera no está girando. Esto puede resultar útil para el ciclismo de cercanías con paradas frecuentes y para el ciclismo de montaña en terrenos accidentados.
- Los engranajes del buje pueden ser más fáciles de usar para ciclistas sin experiencia, porque generalmente solo hay una palanca de cambios para operar y no hay relaciones de transmisión superpuestas. Por el contrario, los sistemas de desviadores modernos suelen tener dos palancas de cambio y requieren cierta previsión para evitar combinaciones de marchas problemáticas.
- Los engranajes de cubo se pueden fabricar para incluir un freno de montaña (aunque no todos los engranajes de cubo están disponibles con frenos de montaña). Esto no es posible con los sistemas de cambio, porque la cadena no puede transmitir un tirón hacia atrás.
- Los engranajes de cubo proporcionan un medio para cambiar las relaciones de transmisión en trenes de transmisión incompatibles con desviadores externos, como transmisiones por correa y transmisiones por eje .
- La línea de cadena única permite un protector de cadena de recinto de cadena completo , por lo que la cadena se puede proteger del agua y la arena, y la ropa se puede proteger del contacto con la cadena lubricada.
- La línea de cadena única no requiere que la cadena se doble o tuerza. Como resultado, la cadena se puede construir de manera diferente, con pasadores paralelos en lugar de con forma de barril. [18] La línea de contacto entre las superficies de los cojinetes, en lugar del punto de contacto de una cadena de cambio, extiende en gran medida la vida útil de todos los componentes. [ cita requerida ]
- En bicicletas con líneas de cadena fijas, no se requiere tensor de cadena, lo que elimina una pieza que de otro modo podría dañarse en terreno accidentado, una ventaja para los ciclistas todoterreno. Cuando se requiere un tensor, una jaula corta suele ser suficiente para eliminar la holgura de la cadena.
- La rueda dentada externa única significa que la rueda puede tener un buje con más distancia entre sus bridas y construirse sin o con mucho menos plato , lo que la hace lateralmente más fuerte que una rueda similar con un espaciado de brida más estrecho y más plato para acomodar varios piñones. [19] La carcasa del buje de los bujes de los engranajes también suele tener un diámetro mayor que el de los bujes de los desviadores, lo que significa que los radios de dichas ruedas pueden ser más cortos. [19]
Desventajas
- Puede ser difícil o imposible seleccionar otra marcha mientras se pedalea, porque se requiere una liberación de presión para permitir un cambio en este caso. [ cita requerida ]
- La rueda trasera no se puede separar completamente de una bicicleta con engranajes de buje sin desconectar también el cable del engranaje (y cualquier abrazadera de freno de montaña), lo que complica el proceso de reemplazo de una cámara de aire (por supuesto, todavía se puede parchear una cámara de aire sin quitar una rueda).
- El engranaje del buje es una parte integral de la rueda y no es posible cambiar la rueda sin cambiar también el engranaje del buje.
- Los engranajes de los bujes son más complejos y, por lo general, más difíciles de reparar para el ciclista, lo que es casi imposible en el borde de la carretera. [4]
- Los engranajes de buje suelen ser más caros que los sistemas de cambio (nota: depende de con qué los esté comparando).
- En los niveles de potencia de uso diario / recreativo, los cambios de buje actuales suelen ser aproximadamente un 10% menos eficientes que los cambios de cambio con un mantenimiento razonable. [20] [21] (nota: algunos materiales de marketing de las pruebas realizadas por los fabricantes tienen el número en el 2%, pero eso no solo es falso, sino imposible. Varias pruebas compararon un nuevo cubo de engranaje interno con un viejo y mal mantenido desviador, o no aplicó ningún peso sobre el eje y carga en el sistema. Los números reales son diferentes: la eficiencia / pérdidas están más cerca de las de todas las transmisiones de engranajes planetarios).
- Los engranajes de los bujes tienden a ser más pesados que los sistemas de cambio con características de engranajes equivalentes, y el peso adicional se concentra en la rueda trasera. Por esta razón, no son una opción principal para las bicicletas con suspensión trasera en uso deportivo, ya que el peso extra no suspendido puede afectar negativamente la tracción y el frenado.
- Los engranajes de cubo son generalmente incompatibles con los mecanismos de liberación rápida / ejes de brocheta. [1]
- A veces es posible no seleccionar ninguna marcha al cambiar de marcha con un cable de cambio mal ajustado, lo que resulta en una pérdida total de conducción. [ cita requerida ]
Engranajes de cubo en el uso diario
Los engranajes de buje tradicionales están indexados en la palanca de cambios, lo que hace que la operación dependa de la tensión correcta del cable (y su lubricación). En la práctica, el salto de marcha y el consiguiente daño interno son inusuales, excepto en unidades de alto kilometraje. Los reductores de buje modernos incorporan la indexación dentro de la unidad y, por lo tanto, no se ven afectados por las fallas de cambio causadas de esta manera.
La mayoría de los sistemas "Torpedo" de Sturmey-Archer y Fichtel & Sachs colocan por defecto la marcha superior en el cable flojo, lo que podría hacer que la bicicleta sea utilizable para viajes de larga distancia en terreno plano, incluso si se desarrolla una falla en el mecanismo de cambio. Es más bien como un sistema de desviador, que se puede ajustar manualmente a una marcha alta en caso de una falla similar. Los primeros bujes Sturmey-Archer, sin embargo, tenían una marcha baja por defecto. Algunos sistemas de engranajes de buje modernos, por ejemplo, Shimano de 7 velocidades, también están predeterminados en el engranaje inferior y, por lo tanto, dependen más del tirón del cable.
Engranaje híbrido con desviadores
Algunos sistemas combinan bujes con engranajes internos con desviadores externos. Un buje de rueda libre con un piñón adecuado para cadenas estrechas se puede combinar con un juego de bielas y bielas dobles o triples y un desviador delantero, con el fin de proporcionar un rango más amplio y un espaciado de relación de transmisión más reducido. Se necesita un tensor de cadena o un desviador trasero para eliminar la holgura de la cadena, y se debe tener cuidado de no apretar demasiado el buje utilizando una relación de plato / piñón demasiado pequeña.
Alternativamente, algunos bujes pueden aceptar dos piñones de transmisión acodados, [22] entre los cuales el ciclista puede cambiar con un desviador trasero. La selección cuidadosa de la rueda dentada puede permitir que las relaciones de transmisión disponibles cuando se usa una rueda dentada caigan a la mitad de las disponibles cuando se usa la segunda rueda dentada, lo que proporciona un cambio de medio paso , como en la bicicleta plegable Brompton de 6 velocidades. Este concepto se utiliza y amplía en el sistema SRAM Dual Drive, donde se monta un cassette convencional de varias velocidades en un concentrador de 3 velocidades. Sturmey Archer fabrica una versión similar del popular buje AW. Este sistema puede resultar útil en bicicletas que no pueden aceptar un desviador delantero. La empresa alemana Canyon presentó el 144 2 en 2010, un buje híbrido que utiliza una combinación epicíclica / desviador similar.
Cuando tanto los desviadores delanteros como los traseros se utilizan con un buje engranado, el resultado es una transmisión muy amplia, a expensas de un mayor peso y complejidad.
Un uso particular de los sistemas dualdrive es en bicicletas reclinadas donde arrancar desde parado o después de frenar con fuerza, es muy difícil si se engrana una marcha alta. En una bicicleta vertical, si se activa una marcha alta, el ciclista puede usar una pierna para ganar un impulso mínimo y pararse sobre los pedales y usar la parte superior del cuerpo para equilibrar la bicicleta; esto no es posible en una bicicleta reclinada de 2 ruedas. Aquí, la configuración dualdrive permite cambiar en parado o a bajas velocidades, lo que no es posible solo con los cambios de velocidades.
Engranajes de buje avanzados
Los engranajes de buje avanzados ofrecen un mayor número de engranajes mediante el uso de múltiples engranajes epicicloidales impulsados entre sí. Sus relaciones se eligen para proporcionar engranajes espaciados más uniformemente y un rango total de engranajes más amplio. El principio de funcionamiento de estas unidades es el mismo que el de los sistemas menos avanzados, con gatillo o palanca de cambios giratoria con cambio secuencial.
- El Sachs Elan de 12 velocidades fue el primer engranaje de cubo con 10 o más velocidades en el mercado (1995-1999). Se consideró pesado y plagado de problemas de calidad, y se suspendió después de unos años.
- El engranaje de buje Rohloff Speedhub de 14 velocidades , introducido en 1998, tiene un rango superior a 5 a 1 y, por lo tanto, es comparable en rango a los sistemas de desviador de 24, 27 y 30 velocidades (con engranajes de 3x8, 3x9 y 3x10 delanteros y traseros), ya que estos últimos tienen tres rangos superpuestos, a menudo con solo alrededor de 14 engranajes distintos. Como no se superpone con el Speedhub, el engranaje del buje solo tiene dos direcciones de cambio (hacia arriba y hacia abajo), en comparación con los engranajes del desviador delantero y trasero, donde se necesitan dos operadores de cambio con dos direcciones de cambio para cambiar todas las velocidades.
- El engranaje de buje Shimano Alfine 700 de 11 velocidades , presentado en 2010, tiene un rango de engranajes superior a 4 a 1, comparable a los trenes de transmisión de desviadores de 20 velocidades, y los componentes internos funcionan en baño de aceite, para una mayor eficiencia mecánica.
Galería
Un mecanismo de engranaje de buje de bicicleta Sturmey-Archer AM con la corona extraída para mostrar los engranajes planetarios compuestos (escalonados).
Esta transmisión por correa en un Trek Soho también está equipada con una rueda dentada. [23]
Palanca de cambios tradicional de 3 velocidades con el pulgar, esta es una palanca de cambios Sturmey Archer fabricada entre 1967 y 1975, le falta su aplique de plástico transparente que muestra la marcha seleccionada y la marca del fabricante.
Una moderna palanca de cambios indexada de siete velocidades estilo giro SRAM Spectro S7 utiliza el mismo cable Bowden que la palanca anterior.
Combinación de engranajes de cambio y buje SRAM Dual Drive
Diagrama de corte del cubo de 14 velocidades
Buje trasero Rohloff de 14 velocidades con engranaje interno
Diagrama de un cubo de engranajes de dos velocidades.
Fichtel & Sachs cambia automáticamente el buje de dos velocidades.
Diagrama de sección transversal de un cubo de engranaje de freno de montaña rusa de dos velocidades Eadie.
Engranaje tricoaster / cubo de freno desmontado. El engranaje planetario está unido al medio del eje que se encuentra en el centro superior, los cuatro engranajes planetarios están dispuestos en un cuadrado a la derecha del centro y la corona está en la parte superior derecha de ellos.
Vista despiezada de un buje de engranajes de tres velocidades Sturmey Archer.
Buje de cambio Shimano de tres velocidades.
Serie de engranajes planetarios de reducción escalonada de 14 velocidades Rohloff.
Fabricantes
- Bendix : De 1950 a 1970, produjo el buje "Kickback" de dos velocidades.
- Fichtel y Sachs
- Rohloff
- Schlumpf
- Shimano
- SRAM
- Sturmey-Archer
Ver también
- Sistemas de transmisión de bicicletas
- Comparación de engranajes de cubo
- Pulgadas de engranaje
- Bicicleta de caja de cambios
- Esquema de ciclismo
Referencias
- ^ a b c Sheldon Brown. "Bujes de engranajes internos" . Archivado desde el original el 20 de noviembre de 2011 . Consultado el 20 de noviembre de 2011 .
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¡Ahora debería poder elegir el grupo de bujes de cambio que mejor se adapte a sus necesidades de ciclismo personal!
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La distancia entre bridas le da a la rueda su resistencia lateral. Las ruedas con espaciamiento estrecho entre bridas y muchas marchas son menos adecuadas para carreteras en mal estado que aquellas con espaciamiento más amplio y menos marchas. Los cubos de brida grande no proporcionan ninguna ventaja funcional y tienen la desventaja de un peso adicional. Las bicicletas tándem montadas de forma agresiva son una excepción.
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Su línea de cadena puede verse afectada por si la rueda dentada es plana o cóncava: las ruedas dentadas más pequeñas son generalmente planas, las más grandes tienden a ser cóncavas y las de tamaño medio están disponibles en ambas formas.
- ^ "Estudio de caso de bicicleta Trek" . Gates Corporation. Archivado desde el original el 3 de octubre de 2013 . Consultado el 27 de febrero de 2014 .
Trek descubrió que los puntos de contacto entre el cinturón y la rueda dentada se habían desgastado.
enlaces externos
- Animación Flash de Hub Gear
- Resumen de relaciones de transmisión y rangos para cubos de engranajes internos existentes por Sheldon Brown
- Páginas técnicas e históricas del equipamiento de bicicletas de Tony Hadland