El cuadro de una bicicleta es el componente principal de una bicicleta , en el que se colocan las 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 cual se logra combinando diferentes materiales y formas.
Un cuadro consta del cuadro y la horquilla de una bicicleta y, a veces, incluye el juego de dirección y la tija del sillín . [2] Los fabricantes de cuadros suelen producir el cuadro y la horquilla juntos como un conjunto emparejado.
Además del omnipresente cuadro de diamante, [1] se han desarrollado muchos tipos diferentes de cuadros para la bicicleta, varios de los cuales todavía son de uso común en la actualidad.
En el cuadro 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 diagonal y el tubo del sillín. El triángulo trasero consta del tubo del sillín unido por tirantes de cadena y tirantes emparejados.
El tubo de dirección contiene el auricular , la interfaz con la horquilla . El tubo superior conecta el tubo de dirección con el tubo del sillín en la parte superior. El tubo superior puede colocarse horizontalmente (paralelo al suelo) o puede inclinarse hacia abajo, hacia el tubo del sillín, para obtener un espacio libre adicional. El tubo diagonal conecta el tubo de dirección con 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 vainas de cadena y tirantes emparejados. Las vainas de cadena conectan el pedalier con los extremos de la horquilla trasera. Los tirantes conectan la parte superior del tubo del sillín (a menudo en o cerca del mismo punto que el tubo superior) a los extremos de la horquilla trasera.
Históricamente, los cuadros de bicicleta diseñados para mujeres tenían un tubo superior que se conectaba en el medio del tubo del sillín en lugar de en la parte superior, lo que daba como resultado una altura de apoyo más baja. Esto era para permitir que el jinete desmontara mientras llevaba 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 cuadro de paso o cuadro abierto. [3] Otro estilo que logra resultados similares es el mixte .
En un cuadro de bicicleta 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 cantilever son populares en las bicicletas de crucero , las bicicletas lowrider y las bicicletas con ruedas . En muchos cuadros cantilever, los únicos tubos rectos son el tubo del sillín y el tubo de dirección.
La bicicleta reclinada mueve las bielas a una posición delante del ciclista en lugar de debajo, lo que generalmente mejora la estela alrededor del ciclista sin la característica curva pronunciada en la cintura que utilizan los corredores de bicicletas con cuadro de diamante. Prohibida en las carreras de bicicletas en Francia en 1934 para evitar que las bicicletas con cuadro de diamante quedaran 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 el año 2000.
La bicicleta boca abajo, 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.
Un cuadro transversal consta principalmente de dos tubos que forman una cruz: un tubo de sillín desde el pedalier hasta el sillín y una columna vertebral desde el tubo de dirección hasta el buje trasero. [6]
Un marco de armadura utiliza tubos adicionales para formar una armadura . [7] Los ejemplos incluyen Humbers , Pedersens y el que se muestra en la foto.
Un marco monocasco consta únicamente de una carcasa hueca sin estructura interna. [8]
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Los cuadros de bicicletas plegables se caracterizan por la capacidad de plegarse en una forma compacta para su transporte o almacenamiento.
Los cuadros de centavo se caracterizan por una rueda delantera grande y una rueda trasera pequeña. [9] [10]
Los cuadros tándem y sociables admiten a múltiples ciclistas.
Existen muchas variaciones del diseño básico del marco de diamantes.
El artículo sobre tipos de ciclos describe variaciones adicionales.
También es posible agregar acopladores durante la fabricación o como actualización para que el marco pueda desmontarse en piezas más pequeñas para facilitar el embalaje y el viaje.
El marco de diamantes consta de dos triángulos, un triángulo principal y un triángulo trasero emparejado. El triángulo principal consta del tubo de dirección, el tubo superior, el tubo diagonal y el tubo del sillín. El triángulo trasero consta del tubo del sillín y tirantes de cadena y tirantes emparejados.
El tubo de dirección contiene el juego de dirección y los cojinetes de la horquilla a través de su tubo de dirección . En un auricular integrado, los rodamientos de cartucho interactúan directamente con la superficie en el interior del tubo de dirección; en los auriculares no integrados, los rodamientos (en un cartucho o no) interactúan con "copas" presionadas en el tubo de dirección.
El tubo superior , [17] o barra transversal , [18] conecta la parte superior del tubo de dirección con la parte superior del tubo del sillín.
En un cuadro de diamante de geometría tradicional, el tubo superior es horizontal (paralelo al suelo). En un cuadro de geometría compacta, el tubo superior normalmente está inclinado hacia abajo, hacia el tubo del sillín, para obtener un espacio libre adicional. En el cuadro de una bicicleta de montaña , el tubo superior casi siempre está inclinado hacia abajo, hacia el tubo del sillín. Los tubos superiores con una 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 lograr una resistencia equivalente. [19] [20] [21] ( Consulte Bicicletas de carretera y triatlón para obtener más información sobre las geometrías ) .
Los cuadros de paso suelen tener un tubo superior que desciende pronunciadamente para permitir al ciclista subir y bajar de la bicicleta más fácilmente. Los diseños de paso alternativos pueden incluir omitir el tubo superior por completo, como en los diseños de cuadro principal monocasco que utilizan un tubo de sillín separado o con bisagras, y tubos superiores gemelos que continúan hasta los extremos de la horquilla trasera como en el cuadro mixto . Estas alternativas al marco de diamante brindan una mayor versatilidad, aunque a expensas del peso adicional para lograr una resistencia y rigidez equivalentes. [19] [20]
Los cables de control se pasan a lo largo de soportes en el tubo superior o, a veces, dentro del tubo superior. Por lo general, esto incluye el cable del freno trasero, pero algunas bicicletas de montaña y bicicletas híbridas también pasan los cables del desviador delantero y trasero a lo largo del tubo superior. El cableado interior, que antes sólo estaba presente en los rangos de precios más altos, protege los cables de daños y suciedad, lo que puede hacer que el cambio de marchas, por ejemplo, no sea fiable. [22]
El espacio entre el tubo superior y la ingle del ciclista mientras está sentado a horcajadas sobre la bicicleta y de pie en el suelo se llama espacio libre. La altura total desde el suelo hasta este punto se llama palanca de altura.
El tubo diagonal conecta el tubo de dirección con la carcasa del pedalier. En las bicicletas de carrera y algunas bicicletas de montaña e híbridas, los cables del desviador pasan a lo largo del tubo diagonal o dentro del tubo diagonal. 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 para portabidones también se encuentran en el tubo diagonal, normalmente 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.
El tubo del sillín contiene la tija de la bicicleta, que se conecta al sillín. La altura del sillín se puede ajustar cambiando hasta qué punto se inserta la tija en el tubo del sillín. En algunas bicicletas, esto se logra mediante una palanca de liberación rápida . La tija del sillín debe introducirse al menos una longitud determinada; esto está marcado con una marca de inserción mínima .
El tubo del sillín también puede tener soportes soldados para un portabidones o un desviador delantero .
Las vainas van paralelas a la cadena, conectando la carcasa del pedalier (que sostiene el eje alrededor del cual giran los pedales y las bielas) a los extremos o punteras de la horquilla trasera. Una vaina más corta generalmente significa que la bicicleta acelerará más rápido y será más fácil subir cuestas, al menos mientras el ciclista pueda evitar que la rueda delantera pierda contacto con el suelo. [22]
Cuando el cable del cambio trasero pasa parcialmente a lo largo del tubo diagonal, también pasa a lo largo de la vaina. Ocasionalmente (principalmente en cuadros fabricados desde finales de la década de 1990), se colocarán soportes para frenos de disco en las vainas de las cadenas. Puede haber una pequeña abrazadera que conecta las vainas delante de la rueda trasera y detrás de la carcasa del pedalier.
Las vainas pueden diseñarse utilizando tubos cónicos o no cónicos. Pueden estar aliviados, ovalados, ondulados, en forma de S o elevados para permitir espacio adicional para la rueda trasera, la cadena, las bielas o el talón del pie.
Los tirantes conectan la parte superior del tubo del sillín (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 paralelos conectados por un puente sobre la rueda trasera. Cuando el cable del cambio trasero pasa parcialmente a lo largo del tubo superior, normalmente también pasa a lo largo del tirante del sillín.
A lo largo de los años se han introducido muchas alternativas al diseño tradicional de tirantes. Un estilo de tirante de sillín que se extiende hacia delante 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 tirante helénico en honor al constructor de cuadros británico Fred. Hellens, quien los introdujo en 1923. [23] Los tirantes helénicos añaden atractivo estético a expensas del peso adicional. Este estilo de tirante fue popularizado nuevamente a finales del siglo XX por GT Bicycles (bajo el apodo 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 bicicletas de montaña por razones similares.
En 2012, Volagi Cycles patentó una variación del tirante de asiento tradicional 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, haciendo una marcha más suave sacrificando la rigidez del marco.
Otra variante común de tirantes es la horquilla , tirante simple o mono tirante , [25] que une los tirantes justo encima de la rueda trasera en un monotubo que se une al tubo del sillín. Un diseño de horquilla añade rigidez vertical sin aumentar la rigidez lateral, generalmente una característica indeseable para bicicletas con ruedas traseras no suspendidas. [26] El diseño de horquilla es más apropiado cuando se utiliza como parte de un subchasis triangular trasero en una bicicleta con suspensión trasera independiente.
Un tirante de asiento doble se refiere a tirantes que se encuentran con el triángulo delantero de la bicicleta en dos puntos separados, generalmente uno al lado del otro.
Los tirantes del asiento Fastback se unen al tubo del asiento en la parte trasera en lugar de a los lados del tubo. [27]
En la mayoría de los tirantes, normalmente se utiliza un puente o abrazadera para conectar los tirantes por encima de la rueda trasera y 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 también pueden estar equipados con soportes de freno. Los soportes de freno a menudo están ausentes en los tirantes de los asientos de las bicicletas de pista o de piñón fijo.
La carcasa del pedalier es un tubo corto y de gran diámetro, en relación con los otros tubos del cuadro, que corre de lado a lado y sujeta el pedalier . Por lo general, tiene rosca, a menudo con rosca a la izquierda en el lado derecho (conducción) de la bicicleta para evitar que se afloje por la precesión inducida por el roce , y con rosca 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, no tiene rosca y, a veces, está partido. Las vainas de cadena, el tubo del sillín y el tubo inferior normalmente se conectan a la carcasa del pedalier.
Existen 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; Los primeros modelos de bicicletas de montaña utilizan 73 mm; Los modelos posteriores (1995 y posteriores) utilizan 68 mm con mayor frecuencia. Algunas bicicletas modernas tienen un ancho de carcasa de 83 o 100 mm y son para aplicaciones especializadas en ciclismo de montaña o de nieve . El ancho de la calota influye en el factor Q o 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.
La longitud de los tubos y los ángulos en los que se unen definen la geometría del marco . Al comparar diferentes geometrías de cuadros, los diseñadores suelen comparar el ángulo del tubo del sillín, el ángulo del tubo de dirección, la longitud del tubo superior (virtual) y la longitud del tubo del sillín. Para completar las especificaciones de uso de una bicicleta, el ciclista ajusta las posiciones relativas del sillín, los pedales y el manillar:
La geometría del marco depende del uso previsto. Por ejemplo, una bicicleta de carretera colocará el manillar en una posición más baja y alejada del sillín, lo que dará una posición de conducción más agachada; mientras que una bicicleta utilitaria enfatiza la comodidad y tiene manillares más altos, lo que resulta en una posición de conducción erguida.
La geometría del cuadro también afecta las características de manejo. Para obtener más información, consulte los artículos sobre geometría de bicicletas y motocicletas y dinámica de bicicletas y motocicletas .
El tamaño del cuadro se medía tradicionalmente a lo largo del tubo del sillín desde el centro del pedalier 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 europea para hombres o 46 cm (aproximadamente 18,5 pulgadas) para una bicicleta de montaña para hombres . La gama más amplia de geometrías de marcos que existe ahora también ha llevado a otros métodos para medir el tamaño del marco. [38] Los cuadros de turismo tienden a ser más largos, mientras que los cuadros de carrera son más compactos.
Una bicicleta de carreras de carretera está diseñada para una transferencia de potencia eficiente con un peso y una 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 con geometría tradicional suelen asociarse con mayor comodidad y 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 sillín, lo que disminuye la altura de la base y, por lo tanto, aumenta el espacio libre y baja el centro de gravedad. Las opiniones están divididas sobre las ventajas 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 sillín más pronunciado , medido desde el plano horizontal. Esto posiciona al ciclista de manera aerodinámica y posiblemente en una posición de brazada más fuerte. La compensación es la comodidad. Tradicionalmente, las bicicletas de turismo y de confort tienden a tener un ángulo del tubo del sillín más flojo (menos vertical). Esto posiciona al ciclista más sobre los isquiones y quita peso de las muñecas, los brazos y el cuello y, en el caso de los hombres, mejora la circulación en las áreas urinaria y reproductiva. Con un ángulo más relajado, los diseñadores alargan la vaina 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 mayor distancia entre ejes contribuye a una eficaz absorción de impactos. En las bicicletas modernas de turismo y confort fabricadas en masa, el ángulo del tubo del sillín es insignificante, 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 las bicicletas fabricadas tradicionalmente o a medida. -Marcos fabricados que tienen ángulos del tubo del sillín notablemente más flojos.
Las bicicletas de carreras que se utilizan en carreras autorizadas por la UCI se rigen por la normativa de la UCI , que establece, entre otras cosas, que el cuadro debe constar de dos triángulos. Por lo tanto, no se permiten diseños que carezcan de tubo de sillín o tubo superior.
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Los cuadros específicos para triatlón o contrarreloj giran al ciclista hacia adelante alrededor del eje del pedalier de la bicicleta en comparación con el cuadro de bicicleta de carretera estándar. Esto es para colocar al ciclista en una posición aún más baja y más aerodinámica. Si bien el manejo y la estabilidad se reducen, estas bicicletas están diseñadas para usarse en entornos con menos aspectos de conducción en grupo. Estos cuadros tienden a tener ángulos pronunciados del tubo del sillín y tubos de dirección bajos, y una distancia entre ejes más corta para lograr un alcance correcto desde el sillín hasta el manillar. Además, dado que no están regidas por la UCI, algunas bicicletas de triatlón, como Zipp 2001 , Cheetah y Softride, tienen diseños de cuadros no tradicionales, que pueden producir una mejor aerodinámica.
Los cuadros de pista tienen mucho en común con los cuadros de carretera y de contrarreloj, pero vienen con extremos de horquilla trasera horizontales orientados hacia atrás, [39] en lugar de punteras, [40] para permitir ajustar 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 cuadros de carretera. La caída del pedalier es menor, 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 carreras.
Para mayor comodidad de marcha y mejor manejo, a menudo se utilizan amortiguadores ; hay varias variantes, incluidos modelos de suspensión total , que proporcionan absorción de impactos para las ruedas delanteras y traseras; y modelos con suspensión delantera únicamente ( hardtails ) que se ocupan únicamente de los impactos 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. Existe mucha variación entre los fabricantes en el diseño del cuadro de las bicicletas de montaña con suspensión total y diferentes diseños para diferentes propósitos de conducción.
Las bicicletas roadster tradicionalmente tienen un tubo de sillín y un ángulo de tubo de dirección bastante flojos de aproximadamente 66 o 67 grados, lo que produce una posición de conducción muy cómoda y erguida. Otras características incluyen una distancia entre ejes larga, de más de 40 pulgadas (a menudo entre 43 y 47 pulgadas, o 57 pulgadas para una bicicleta larga ), y una inclinación de horquilla larga, 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 resurgido en popularidad en los últimos años debido a su mayor comodidad en comparación con las bicicletas de montaña o las bicicletas de carretera. Una variación de este tipo de bicicleta es la "roadster deportiva" (también conocida como "roadster ligera"), que normalmente tiene un cuadro más liviano y un ángulo del tubo del sillín y del tubo de dirección ligeramente más pronunciados, de aproximadamente 70 a 72 grados.
Históricamente, el material más común para los tubos del cuadro de una bicicleta ha sido el acero. Los marcos de acero se pueden fabricar con distintos 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 se pueden fabricar con aleaciones de aluminio, titanio, fibra de carbono e incluso bambú y cartón . Ocasionalmente, se han formado marcos (en forma de diamante) 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 (maciza 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 ingeniería de los tubos y la geometría del cuadro pueden superar muchas de las deficiencias percibidas de estos materiales en particular.
Los materiales del marco se enumeran según su uso común.
Los marcos de acero a menudo se construyen utilizando varios tipos de aleaciones de acero, incluido el cromo-molibdeno . 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. Es habitual (a partir de 2018, en las bicicletas urbanas híbridas) utilizar 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 las vibraciones . [22]
Un tipo de construcción clásico tanto para bicicletas de carretera como de montaña utiliza tubos de acero cilíndricos estándar conectados con orejetas . 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 (en particular la soldadura fuerte con plata) tenían un impacto menos negativo en la resistencia del tubo que la soldadura a alta temperatura, lo que permitía utilizar tubos relativamente livianos sin pérdida de resistencia. Los avances recientes en metalurgia (" acero endurecido al aire ") han creado tubos que no se ven afectados negativamente, o cuyas propiedades incluso mejoran con temperaturas de soldadura de alta temperatura, lo que ha permitido que tanto la soldadura TIG como la MIG dejen de lado la construcción con orejetas en todos menos en unos pocos. bicicletas de alta gama. Las bicicletas con cuadro con tacos más caras tienen tacos limados a mano para darles formas elegantes, tanto para ahorrar peso como como muestra de artesanía. A diferencia de los marcos soldados MIG o TIG, un marco con orejetas se puede reparar más fácilmente en el campo debido a su construcción simple. Además, dado que los tubos de acero pueden oxidarse (aunque en la práctica la pintura y los aerosoles anticorrosivos pueden prevenir eficazmente la oxidación), el marco con tacos permite un reemplazo rápido de los tubos prácticamente sin daño físico a los tubos vecinos. [41] [42]
Un método más económico de construcción de cuadros de bicicleta utiliza tubos cilíndricos de acero conectados mediante soldadura TIG , que no requiere orejetas para mantener unidos los tubos. 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 en filete es otro método para unir tubos de estructura sin orejetas. Requiere más mano de obra y, en consecuencia, es menos probable que se utilice para marcos de producción. Al igual que con la soldadura TIG, los tubos del marco en forma de filete se cortan con precisión o se cortan en ingletes [43] [44] y luego se suelda un filete de latón en la junta, similar al proceso de construcción con orejetas. Un marco soldado en ángulo puede lograr una mayor unidad estética (apariencia curva suave) que un marco soldado.
Entre los marcos de acero, el uso de tubos conificados reduce el peso y aumenta el costo. Empalmar significa que el espesor de la pared del tubo cambia de grueso en los extremos (para mayor resistencia) a más delgado en el medio (para mayor peso).
Los cuadros de bicicleta de acero más baratos están hechos de acero dulce, también llamado acero de alta resistencia , como el que podría usarse 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 "cromolibdeno") que pueden convertirse en tubos livianos con espesores de pared muy delgados. Uno de los aceros más antiguos de mayor éxito fue el 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 de tubos para bicicletas más famosos. Algunas bicicletas de calidad media utilizaron estas aleaciones de acero sólo para algunos de los tubos del cuadro. Un ejemplo fue el Schwinn Le tour (al menos ciertos modelos), que usaba acero al cromo-molibdeno para los tubos superior e inferior, pero usaba acero de menor calidad para el resto del marco.
Un marco de acero de alta calidad es generalmente más liviano que un marco de acero normal. En igualdad de condiciones, esta pérdida de peso puede mejorar el rendimiento de aceleración y ascenso de la bicicleta.
Si se ha perdido la etiqueta del tubo, se puede reconocer un marco de acero de alta calidad (cromo-molibdeno o manganeso) golpeándolo con fuerza con un movimiento rápido de la uña. Un marco de alta calidad producirá un sonido parecido a una campana, mientras que un marco de acero de calidad normal producirá un ruido sordo. También se pueden reconocer por su peso (alrededor de 2,5 kg para cuadro y horquilla) y por el tipo de tacos y extremos de horquilla utilizados.
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 a una técnica de soldadura imperfecta. Esto contrasta con algunas aleaciones de acero y titanio, que tienen límites de fatiga claros 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 estructuras.
Las aleaciones populares para cuadros de bicicletas son el aluminio 6061 y el aluminio 7005 .
El tipo de construcción más popular hoy en día utiliza tubos de aleación de aluminio que se conectan entre sí mediante soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG) . Los cuadros de bicicleta de aluminio soldado comenzaron a aparecer en el mercado sólo 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 del tubo del acero. Su máxima resistencia es de alrededor de 200:1 (diámetro:grosor de la pared), mientras que el acero es una pequeña fracción de eso. Sin embargo, con esta proporción, el espesor de la pared sería comparable al de una lata de bebida, demasiado frágil frente a los impactos. Por lo tanto, los tubos de aluminio para bicicletas son un compromiso, ya que ofrecen una relación entre el espesor de la pared y el diámetro que no es de máxima eficiencia, pero nos brinda tubos sobredimensionados con 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 ofrecen una marcha más suave que los de 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. Por el contrario, este mismo argumento pone en duda la afirmación de que los marcos de aluminio tienen una mayor rigidez vertical. [45] Por otro lado, la rigidez lateral y de torsión (torsión) mejora la aceleración y el manejo en algunas circunstancias.
Generalmente se considera que los marcos de aluminio pesan menos que los de 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, donde el espesor de la pared de las secciones intermedias está hecho para que sea más delgado que el de las secciones finales, para ahorrar peso. Los tubos no redondos se utilizan por diversas razones, entre ellas la rigidez, la aerodinámica y el marketing. Varias formas se centran en uno u otro de estos objetivos y rara vez logran todos.
El titanio es un material relativamente especializado para cuadros de bicicletas. Tiene muchas características deseables que incluyen una alta resistencia específica , un alto límite de fatiga y una excelente resistencia a la corrosión. [46] Si bien no es tan liviano como el titanio de fibra de carbono, puede proporcionar una calidad de marcha más placentera, lo que hace que el material sea popular entre los ciclistas que buscan comodidad por encima del rendimiento. [47] [48] Sin embargo, el titanio tiene un alto costo de material y es más difícil de mecanizar que el acero o el aluminio, lo que se traduce en marcos relativamente costosos en comparación con el acero, el aluminio y la fibra de carbono. [47] [48]
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 bicicletas de titanio es la 3AL-2,5V (3,5% aluminio y 2,5% vanadio ), seguida de la 6AL-4V (6% aluminio y 4% vanadio). Algunos fabricantes están experimentando con otras aleaciones diseñadas específicamente para el ciclismo. [46] [48] Los tubos se pueden estirar en frío e hidroformar en varias formas y permitir el cableado interno. [49] La soldadura se realiza normalmente en condiciones inertes para proteger las soldaduras de la oxidación. [47] [49]
El compuesto de fibra de carbono es un material no metálico popular que se usa comúnmente para cuadros de bicicletas. [50] [51] [52] [53] Aunque es costoso, es liviano, resistente a la corrosión y fuerte, y puede adoptar casi cualquier forma deseada. El resultado es un cuadro que se puede ajustar para obtener una resistencia 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 resistentes en una dirección (como lateralmente), pero flexibles 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 estructura metálica comúnmente en producción. [54] Algunos cuadros 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 orejetas. 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 resistente que el aluminio, cuando se lo somete a una carga de fuerza general (sometiendo el cuadro a ambas tensiones). y compresión) y resistencia al impacto. [55] 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 sufrir daños si se chocan o se manejan mal. Las grietas y fallas pueden resultar de una colisión, pero también de apretar demasiado o instalar componentes incorrectamente. [56] Se ha sugerido que estos materiales pueden ser vulnerables a la falla por fatiga, un proceso que ocurre con el uso durante un largo período de tiempo, [57] aunque esto a menudo se limita a grietas interlaminares o grietas en el adhesivo en las juntas, donde las tensiones puede controlarse bien con buenas prácticas de diseño. Es posible reparar cuadros de carbono rotos, pero por motivos de seguridad, esto sólo debe hacerlo empresas profesionales que cumplan con los más altos estándares posibles. [58]
Muchas bicicletas de carreras construidas para carreras de contrarreloj individuales y triatlones emplean una construcción compuesta porque el cuadro puede tener 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 mayor velocidad general.
Se pueden agregar a la matriz otros materiales además de la fibra de carbono, como el boro metálico, para mejorar aún más la rigidez. [ cita necesaria ] Algunos cuadros de alta gama más nuevos están incorporando fibras de Kevlar en los tejidos de carbono para mejorar la amortiguación de vibraciones y la resistencia al impacto, particularmente en los tubos diagonales, tirantes y tirantes de cadena.
Los termoplásticos son una categoría de polímeros que se pueden recalentar y remodelar, y hay varias formas de utilizarlos para crear un cuadro de bicicleta. Una implementación de 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 termoestables más comunes . GT Bicycles fue uno de los primeros fabricantes importantes en producir un cuadro termoplástico con sus cuadros STS System a mediados de la década de 1990. Las fibras de carbono se tejieron holgadamente formando un tubo junto con fibras de termoplástico. Este tubo se colocó en un molde con una vejiga en su interior que luego se infló para forzar el tubo de carbono y plástico contra el interior del molde. Luego se calentó el molde para fundir el termoplástico. Una vez que el termoplástico se enfrió se desmoldó en su forma final.
Un puñado de cuadros de bicicletas 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 nueva forma 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 bicicletas de carretera y de montaña con esta tecnología. Sin embargo, a pesar de cierto éxito comercial inicial, hubo problemas con la confiabilidad y la fabricación se detuvo en 1992. [59] El pequeño número de cuadros de magnesio modernos en producción se construyen de manera convencional utilizando tubos. [60]
Algunos fabricantes de bicicletas fabrican cuadros con aleaciones de aluminio que contienen escandio , normalmente denominado simplemente escandio con 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.
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 dólares. Los informes decían que el andar era muy duro, pero el marco también era muy flexible lateralmente. [61]
Varios cuadros de bicicletas se han fabricado con tubos de bambú conectados con carpintería metálica o compuesta. El atractivo estético ha sido a menudo un motivador tanto como las características mecánicas. [62] [63]
Varios cuadros de bicicletas se han fabricado en madera, ya sea maciza o laminada. Aunque uno sobrevivió a los 265 agotadores kilómetros de la carrera París-Roubaix , el atractivo estético a menudo ha sido un motivador tanto como las características de la marcha. [64] La madera se utiliza para fabricar bicicletas en África Oriental. [65] El cartón también se ha utilizado para cuadros de bicicletas. [66]
La combinación de diferentes materiales puede proporcionar la rigidez, la flexibilidad o la amortiguación deseadas en diferentes áreas, mejor que 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 diagonal de metal y tirantes de cadena con tubo superior, tubo de sillín y tirantes de carbono. [67] Otro es un triángulo principal de metal y vainas de cadena con vainas de asiento solo de carbono. [68] Las horquillas de carbono se han vuelto muy comunes en bicicletas de carreras de todos los materiales de cuadro. [69]
El artículo sobre tipos de bicicletas describe variaciones adicionales.
Los tubos a tope tienen un mayor espesor cerca de las uniones para mayor resistencia y, al mismo tiempo, mantienen 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 están soldadas. El mismo material se puede utilizar en los manillares.
Una variedad de características pequeñas (orificios de montaje del portabidón , salientes de la palanca de cambios , topes de cables , clavijas de bomba , guías de cables , etc.) se describen como piezas soldadas porque originalmente estaban soldadas, y a veces todavía lo están . [70]
Muchas bicicletas, especialmente las de montaña, tienen suspensión.
Su gama de diecisiete modelos incluye una bicicleta de cuadro abierto para mujer.
Otros nombres para bicicletas con un tubo de refuerzo adicional eran bastidor de vigas o bastidor de armadura.
La bicicleta RoundTail aparece en la portada de la edición de enero de la revista Road Bike Action, una de las publicaciones internacionales sobre bicicletas más importantes con una circulación mundial de 90.000 ejemplares.[ enlace muerto permanente ]
barra transversal, n.
1. a.
Una barra transversal;
una barra colocada o fijada a través de otra barra o parte de una estructura.
Especificaciones.
La barra horizontal del cuadro de una bicicleta.
Utilizado en una bicicleta con rueda trasera sin suspensión, el tirante del asiento en realidad añade rigidez en la dirección equivocada: rigidez vertical en lugar de rigidez lateral.
