Un radio es una de varias varillas que irradian desde el centro de una rueda (el cubo donde se conecta el eje ) y conectan el cubo con la superficie de tracción redonda.
El término originalmente se refería a porciones de un tronco que habían sido hendidas (partidas longitudinalmente) en cuatro o seis secciones. Los miembros radiales de una rueda de carro se hacían tallando un radio (de un tronco) hasta darle la forma final. Un cepillo de radios es una herramienta desarrollada originalmente para este propósito. Con el tiempo, el término radio se aplicó más comúnmente al producto terminado del trabajo del carretero que a los materiales que utilizaba.
La rueda de radios se inventó para permitir la construcción de vehículos más ligeros y rápidos. La evidencia física más antigua de ruedas de radios se encontró en la cultura Sintashta , que data de alrededor del año 2000 a. C. [1] Poco después, las culturas de caballos de la región del Cáucaso utilizaron carros de guerra con ruedas de radios tirados por caballos durante la mayor parte de tres siglos. Se trasladaron a las profundidades de la península griega , donde se unieron a los pueblos mediterráneos existentes para dar lugar, finalmente, a la Grecia clásica después de la ruptura del dominio minoico y las consolidaciones lideradas por Esparta y Atenas preclásicas .
Las pinturas del período Neo- Calcolítico /protohistórico (1800-1200 a. C.) [nota 1] en varias regiones de la India, como Chibbar Nulla, Chhatur Bhoj Nath Nulla, Kathotia, etc., representan el uso de carros con ruedas de radios. [5] [6]
Los carros celtas introdujeron un aro de hierro alrededor de la rueda en el primer milenio a. C. La rueda de radios se siguió utilizando sin grandes modificaciones hasta la década de 1870, cuando se inventaron las ruedas de alambre y los neumáticos de caucho. [7]
Los radios pueden ser de madera, metal o fibra sintética dependiendo de si estarán en tensión o compresión .
El tipo original de rueda de radios con radios de madera se utilizaba para carruajes y carros tirados por caballos . En los primeros automóviles se utilizaban normalmente ruedas de radios de madera del tipo de artillería .
En una rueda de madera sencilla, una carga sobre el buje hace que la llanta de la rueda se aplane ligeramente contra el suelo a medida que el radio de madera más bajo se acorta y se comprime. Los demás radios de madera no muestran cambios significativos.
Los radios de madera se montan radialmente . También están abombados, generalmente hacia el exterior del vehículo, para evitar que se tambaleen. Además, el abombamiento permite que la rueda compense la expansión de los radios debido a la humedad absorbida al abombarse más. [8]
Para su uso en bicicletas , las pesadas ruedas con radios de madera fueron sustituidas por ruedas más ligeras con radios hechos de alambres metálicos tensados y ajustables, llamadas ruedas de alambre . Estas también se utilizan en sillas de ruedas , motocicletas , automóviles y en los primeros aviones .
Algunos tipos de ruedas tienen radios removibles que pueden reemplazarse individualmente si se rompen o se doblan. Estos incluyen ruedas de bicicleta y silla de ruedas. Las bicicletas de alta calidad con ruedas convencionales usan radios de acero inoxidable , mientras que las bicicletas más económicas pueden usar radios galvanizados (también llamados "sin óxido") o cromados . Si bien un radio de buena calidad es capaz de soportar aproximadamente 225 kgf (c. 500 libras-fuerza o 2200 newtons ) de tensión, se usan con una fracción de esta carga para evitar sufrir fallas por fatiga. Dado que los radios de las ruedas de las bicicletas y sillas de ruedas solo están en tensión, ocasionalmente también se usan materiales flexibles y fuertes, como fibras sintéticas. [9] Los radios de metal también pueden ovalarse o achaflanarse para reducir la resistencia aerodinámica y conificados (doble o incluso triplemente) para reducir el peso manteniendo la resistencia.
Una variante de la rueda con radios de alambre fue el "disco de tensión" de Tioga, que a primera vista parecía un disco sólido, pero en realidad estaba construido utilizando los mismos principios que una rueda normal con radios de tensión. En lugar de radios de alambre individuales, se utilizó un hilo continuo de Kevlar ( aramida ) para unir el buje a la llanta bajo alta tensión. Los hilos estaban recubiertos por un disco translúcido para protegerlos y obtener algún beneficio aerodinámico, pero no se trataba de un componente estructural.
Los radios de alambre pueden ser radiales al buje, pero más a menudo se montan tangencialmente al buje. Los radios tangenciales permiten la transferencia de par entre la llanta y el buje. Por lo tanto, los radios tangenciales son necesarios para la rueda motriz, que tiene par en el buje debido al pedaleo, y para cualquier rueda que utilice frenos montados en el buje, como frenos de disco o de banda, que transfieren el par desde la llanta al freno en la dirección opuesta (a través del buje) al frenar.
La construcción de una rueda con radios tensados a partir de sus componentes se denomina fabricación de ruedas y requiere el procedimiento de construcción correcto para obtener un producto final resistente y duradero. Los radios tensados suelen estar unidos a la llanta o, a veces, al buje con una boquilla de radio . El otro extremo suele estar martillado en forma de disco o, excepcionalmente, doblado en forma de "Z" para evitar que se salga por su orificio en el buje. La versión doblada tiene la ventaja de poder sustituir un radio roto en una rueda trasera de bicicleta sin tener que quitar los engranajes traseros .
Las ruedas de alambre, con su excelente relación peso-resistencia, pronto se hicieron populares para los vehículos ligeros. En los automóviles de uso diario, las ruedas de alambre pronto fueron reemplazadas por las ruedas de disco de metal, menos costosas, pero las ruedas de alambre siguieron siendo populares para los automóviles deportivos hasta la década de 1960. Las ruedas de radios siguen siendo populares en las motocicletas y las bicicletas .
Al construir una rueda de bicicleta , los radios deben tener la longitud correcta, de lo contrario, es posible que no haya suficientes roscas acopladas, lo que produce una rueda más débil, o pueden sobresalir a través de la llanta y posiblemente perforar la cámara interior.
En el caso de los radios de bicicleta, la longitud del radio se define desde el asiento de la brida hasta la punta de la rosca. En el caso de los radios con extremos doblados, la longitud nominal del radio no incluye el ancho del radio en el extremo doblado.
Para ruedas con radios cruzados (que son la norma), la longitud de radio deseada es
dónde
Respecto a d : Para una rueda simétrica como una rueda delantera sin freno de disco, esta es la mitad de la distancia entre las bridas. Para una rueda asimétrica como una rueda delantera con freno de disco o una rueda trasera con cambio de cadena , el valor de d es diferente para el lado izquierdo y derecho.
a es el ángulo entre (1) el radio hasta un orificio de boquilla en la llanta al que se fija un radio y (2) el radio hasta el orificio de la brida que sujeta el radio. El radio cruza 1, 2 o 3 radios que apuntan en direcciones opuestas según el diseño del encordado. En la brida, el ángulo entre los radios de los orificios adyacentes es de 360°/ m (para orificios espaciados de manera uniforme). Por cada radio cruzado, el cubo gira con respecto a la llanta un "ángulo entre orificios de brida adyacentes". Por lo tanto, multiplicar el "ángulo entre orificios de brida adyacentes" por k da el ángulo a . Por ejemplo, una rueda de 32 radios tiene 16 radios por lado, 360° dividido por 16 es igual a 22,5°. Multiplica 22,5° ("ángulo entre orificios de brida adyacentes") por el número de cruces para obtener el ángulo a —si hay 3 cruces, la rueda de 32 radios tiene un ángulo a de 67,5°. Respecto a r3 : El tamaño de los orificios de los radios en la brida no influye en la longitud de radio necesaria. Este término elimina el efecto del tamaño del orificio. Dado que los orificios suelen ser pequeños (poco más de 2 mm de diámetro), el efecto es pequeño y, en la práctica, tiene poca importancia .
Para ruedas con radios radiales (cruces por cero), la fórmula se simplifica al teorema de Pitágoras , donde la longitud del radio es l más r 3 siendo la pendiente, r 2 menos r 1 siendo la base y d siendo la elevación:
La fórmula de la longitud de los radios calcula la longitud de la diagonal espacial de una caja rectangular imaginaria . Imagina que sostienes una rueda frente a ti de modo que una tetina esté en la parte superior. Mira la rueda desde el eje. El radio que pasa por el orificio superior ahora es una diagonal de la caja imaginaria. La caja tiene una profundidad de d , una altura de r 2 - r 1 cos( α ) y un ancho de r 1 sin( a ).
De manera equivalente, la ley de los cosenos se puede utilizar para calcular primero la longitud del radio proyectado en el plano de la rueda (como se ilustra en el diagrama), seguido de una aplicación del teorema de Pitágoras .
