Cambio de marchas de bicicleta

El engranaje de la bicicleta es el aspecto de la transmisión de una bicicleta que determina la relación entre la cadencia , la velocidad a la que pedalea el ciclista y la velocidad a la que gira la rueda motriz .

En algunas bicicletas solo hay una marcha y, por lo tanto, la relación de transmisión es fija , pero la mayoría de las bicicletas modernas tienen varias marchas y, por lo tanto, varias relaciones de transmisión. Un mecanismo de cambio permite seleccionar la relación de transmisión adecuada para la eficiencia o la comodidad en las circunstancias imperantes: por ejemplo, puede ser cómodo utilizar una marcha alta al andar en bicicleta cuesta abajo, una marcha media al andar en bicicleta en una carretera llana y una marcha baja al andar en bicicleta cuesta arriba. Diferentes relaciones de transmisión y rangos de marcha son apropiados para diferentes personas y estilos de ciclismo.

Las piernas de un ciclista producen potencia de manera óptima dentro de un rango estrecho de velocidad de pedaleo, o cadencia. El engranaje se puede optimizar para utilizar este rango estrecho de la manera más eficiente posible. Al igual que en otros tipos de transmisiones , la relación de transmisión está estrechamente relacionada con la ventaja mecánica del tren de transmisión de la bicicleta. En bicicletas de una sola velocidad y bicicletas de varias velocidades que utilizan engranajes de descarrilador , la relación de transmisión depende de la relación entre el número de dientes del juego de bielas y el número de dientes de la rueda dentada trasera ( cogset ). Para bicicletas equipadas con engranajes de buje , la relación de transmisión también depende de los engranajes planetarios internos dentro del buje. Para una bicicleta impulsada por eje, la relación de transmisión depende de los engranajes cónicos utilizados en cada extremo del eje.

Para que una bicicleta se desplace a la misma velocidad, el uso de una marcha más baja (mayor ventaja mecánica) requiere que el ciclista pedalee a una cadencia más rápida, pero con menos fuerza. Por el contrario, una marcha más alta (menor ventaja mecánica) proporciona una mayor velocidad para una cadencia determinada, pero requiere que el ciclista ejerza una mayor fuerza o se ponga de pie mientras pedalea. Diferentes ciclistas pueden tener diferentes preferencias en cuanto a cadencia, posición de conducción y fuerza de pedaleo. El ejercicio prolongado de demasiada fuerza en una marcha demasiado alta a una cadencia demasiado baja puede aumentar la posibilidad de sufrir daños en las rodillas; ^[1] la cadencia por encima de 100 rpm se vuelve menos efectiva después de ráfagas cortas, como durante un sprint. ^[1]

Existen al menos cuatro métodos diferentes ^[2] para medir las relaciones de transmisión: pulgadas de transmisión , metros de desarrollo (roll-out), relación de ganancia y citando el número de dientes en las ruedas dentadas delantera y trasera respectivamente. Los primeros tres métodos dan como resultado que cada relación de transmisión posible se represente con un solo número que permite comparar la relación de transmisión de cualquier bicicleta independientemente del diámetro de la rueda motriz; los números producidos por diferentes métodos no son comparables, pero para cada método, cuanto mayor sea el número, mayor será la relación de transmisión. El tercer método, la relación de ganancia, también tiene en cuenta la longitud de la biela, que puede variar de una bicicleta a otra. El cuarto método utiliza dos números y solo es útil para comparar bicicletas con el mismo diámetro de rueda motriz. En el caso de las bicicletas de carretera, esto suele rondar los 670 mm. Una rueda "estándar" de 700c tiene un diámetro de llanta de 622 mm. El diámetro final de la rueda depende del neumático específico, pero será aproximadamente 622 mm más el doble del ancho del neumático.

La medición delantera/trasera solo tiene en cuenta el tamaño del plato y la corona trasera. Las pulgadas y metros de desarrollo de los cambios también tienen en cuenta el tamaño de la rueda trasera. La relación de ganancia va más allá y también tiene en cuenta la longitud del brazo de la biela del pedal.

Las pulgadas de engranaje y los metros de desarrollo están estrechamente relacionados: para convertir de pulgadas de engranaje a metros de desarrollo, multiplique por 0,08 (más precisamente: 0,0798, o exactamente: 0,0254 · π).

Los métodos de cálculo que se describen a continuación suponen que cualquier engranaje de cubo tiene transmisión directa. Es necesario multiplicar por un factor adicional para tener en cuenta cualquier otra relación de engranaje de cubo seleccionada ^[3] (muchas calculadoras de engranajes en línea tienen estos factores incorporados para varios engranajes de cubo populares).

• Pulgadas de engranaje = Diámetro de la rueda motriz en pulgadas × (número de dientes del plato delantero / número de dientes del piñón trasero). Normalmente se redondea al número entero más próximo.
• Metros de desarrollo = Circunferencia de la rueda motriz en metros × (número de dientes del plato delantero / número de dientes del piñón trasero).
• Relación de ganancia = ( radio de la rueda motriz / longitud de la biela del pedal) × (número de dientes del plato delantero / número de dientes del piñón trasero). Mida el radio y la longitud en las mismas unidades.

Tanto los metros de desarrollo como las relaciones de ganancia normalmente se redondean a un decimal.

Las pulgadas de marcha corresponden al diámetro (en pulgadas) de la rueda principal de una bicicleta antigua con una relación de marcha equivalente. Los metros de desarrollo corresponden a la distancia (en metros) recorrida por la bicicleta en una vuelta de pedales. La relación de ganancia es la relación entre la distancia recorrida por la bicicleta y la distancia recorrida por un pedal, y es un número puro, independiente de cualquier unidad de medida.

• Para medir la relación de transmisión delantera y trasera se utilizan dos números (por ejemplo, 53/19), donde el primero es el número de dientes del plato delantero y el segundo es el número de dientes del piñón trasero. Sin hacer cálculos, no resulta obvio de inmediato que 53/19 y 39/14 representan efectivamente la misma relación de transmisión.

La siguiente tabla ofrece una comparación de los distintos métodos de medición de marchas (los números específicos corresponden a bicicletas con bielas de 170 mm, ruedas de 700C y neumáticos de 25 mm). También se dan las velocidades para varias cadencias en revoluciones por minuto. En cada fila, los valores relativos de pulgadas de marcha, metros de desarrollo, relación de ganancia y velocidad son más o menos correctos, mientras que los valores delantero/trasero son la aproximación más cercana que se puede hacer utilizando tamaños típicos de platos y piñones. Tenga en cuenta que las bicicletas destinadas a la competición pueden tener una marcha más baja de alrededor de 45 pulgadas de marcha (3,6 metros), o 35 pulgadas de marcha (2,8 metros) si están equipadas con un juego de bielas compacto.

Una bicicleta de una sola velocidad es un tipo de bicicleta con una sola relación de transmisión y un mecanismo de rueda libre. Estas bicicletas no tienen cambios de marcha, engranajes de buje ni otros métodos para variar la relación de transmisión de la bicicleta. Las bicicletas de una sola velocidad para adultos suelen tener una relación de transmisión de entre 55 y 75 pulgadas, según el ciclista y el uso previsto.

Hay muchos tipos de bicicletas modernas de una sola velocidad: bicicletas BMX , algunas bicicletas diseñadas para niños (más pequeños), bicicletas tipo cruiser , bicicletas clásicas para desplazamientos diarios , monociclos y bicicletas diseñadas para carreras en pista .

Las bicicletas de carretera y de montaña de piñón fijo también suelen ser de una sola velocidad, ya que normalmente no tienen ningún ajuste de relación de transmisión. Sin embargo, las bicicletas de piñón fijo no tienen un mecanismo de rueda libre que permita la marcha por inercia.

El engranaje que el fabricante suministra en una bicicleta nueva se selecciona para que sea útil para la mayoría de las personas. Algunos ciclistas optan por ajustar el engranaje para que se adapte mejor a su fuerza, nivel de condición física y uso esperado. Al comprar en tiendas de bicicletas especializadas, puede resultar más económico modificar los engranajes antes de la entrega en lugar de hacerlo más adelante. Los platos y bielas modernos se pueden cambiar, al igual que los piñones .

Si bien las cuestas largas y empinadas o las cargas pesadas pueden indicar la necesidad de una marcha más baja, esto puede dar como resultado una velocidad muy baja. Equilibrar una bicicleta se vuelve más difícil a velocidades más bajas. Por ejemplo, una marcha más baja de alrededor de 16 pulgadas de marcha brinda una velocidad efectiva de quizás 3 millas por hora (5 km por hora) o menos, en cuyo punto puede ser más rápido caminar (si las zapatillas de bicicleta lo permiten).

En lo que respecta a las piernas de un ciclista, al cambiar de marcha, la diferencia relativa entre dos marchas es más importante que la diferencia absoluta entre marchas. ^[4] Este cambio relativo, de una marcha más baja a una más alta, normalmente se expresa como un porcentaje y es independiente del sistema que se utilice para medir las marchas. El ciclismo tiende a resultar más cómodo si casi todos los cambios de marcha tienen más o menos la misma diferencia porcentual. ^[5] Por ejemplo, un cambio de un piñón de 13 dientes a uno de 15 dientes (15,4 %) se siente muy similar a un cambio de un piñón de 20 dientes a uno de 23 dientes (15 %), aunque este último tenga una diferencia absoluta mayor.

Para lograr tales diferencias relativas consistentes, las relaciones de transmisión absolutas deben estar en progresión logarítmica ; la mayoría de los piñones comerciales lo hacen con pequeñas diferencias absolutas entre los piñones más pequeños y diferencias absolutas cada vez mayores a medida que los piñones se hacen más grandes. Debido a que los piñones deben tener un número entero (relativamente pequeño) de dientes, es imposible lograr una progresión perfecta; por ejemplo, los siete piñones del desviador 14-16-18-21-24-28-32 tienen un tamaño de paso promedio de alrededor del 15%, pero con pasos reales que varían entre el 12,5% y el 16,7%. Los engranajes epicicloidales utilizados dentro de los engranajes de buje tienen más margen para variar el número de dientes que los piñones del desviador, por lo que puede ser posible acercarse mucho más al ideal de diferencias relativas consistentes, por ejemplo, el Rohloff Speedhub ofrece 14 velocidades con una diferencia relativa promedio del 13,6% y variaciones individuales de alrededor del 0,1%.

Los ciclistas de carreras suelen tener marchas con una pequeña diferencia relativa de alrededor del 7% al 10%; esto permite un ajuste fino de las relaciones de transmisión para adaptarse a las condiciones y mantener una velocidad de pedaleo constante. Las bicicletas de montaña y las bicicletas híbridas a menudo tienen marchas con una diferencia relativa moderada de alrededor del 15%; esto permite un rango de marchas mucho más grande al mismo tiempo que tiene un paso aceptable entre marchas. Los engranajes de buje de 3 velocidades pueden tener una diferencia relativa de alrededor del 33% al 37%; ^[5] estos grandes pasos requieren un cambio muy sustancial en la velocidad de pedaleo y a menudo se sienten excesivos. ^[6] Un paso del 7% corresponde a un cambio de 1 diente de un piñón de 14 dientes a uno de 15 dientes, mientras que un paso del 15% corresponde a un cambio de 2 dientes de un piñón de 13 dientes a uno de 15 dientes.

Por el contrario, los motores de los automóviles entregan potencia en un rango de velocidades mucho mayor que las piernas de los ciclistas, por lo que las diferencias relativas del 30% o más son comunes en las cajas de cambios de los automóviles.

En una bicicleta con un solo mecanismo de cambio de marchas (por ejemplo, solo buje trasero o solo desviador trasero), el número de relaciones de transmisión posibles es el mismo que el número de relaciones de transmisión utilizables , que también es el mismo que el número de relaciones de transmisión distintas .

En una bicicleta con más de un mecanismo de cambio de marchas (por ejemplo, desviador delantero y trasero), estos tres números pueden ser bastante diferentes, dependiendo de los pasos de cambio relativos de los diversos mecanismos. El número de marchas para una bicicleta equipada con un desviador de este tipo se indica a menudo de forma simplista, sobre todo en la publicidad, y esto puede inducir a error.

Considere una bicicleta equipada con un descarrilador con 3 platos y un piñón de 8 ruedas dentadas:

el número de relaciones de transmisión posibles es 24 (=3×8, este es el número que suele citarse en los anuncios);

el número de relaciones de transmisión utilizables es 22;

El número de relaciones de transmisión distintas suele ser de 16 a 18.

La combinación de 3 platos y un piñón de 8 piñones no da como resultado 24 relaciones de transmisión utilizables. En cambio, proporciona 3 rangos superpuestos de 7, 8 y 7 relaciones de transmisión. Los rangos exteriores solo tienen 7 relaciones en lugar de 8 porque las combinaciones extremas (plato más grande a piñón trasero más grande, plato más pequeño a piñón trasero más pequeño) dan como resultado una alineación de cadena muy diagonal que es ineficiente y causa un desgaste excesivo de la cadena. ^[7] Debido a la superposición, generalmente habrá algunos duplicados o casi duplicados, por lo que podría haber solo 16 o 18 relaciones de transmisión distintas. Puede que no sea factible usar estas relaciones distintas en una secuencia estricta baja-alta de todos modos debido a los complicados patrones de cambio involucrados (por ejemplo, cambio doble o triple simultáneo en el desviador trasero y un cambio único en el desviador delantero). En el peor de los casos, podría haber solo 10 relaciones de transmisión distintas, si el paso porcentual entre platos es el mismo que el paso porcentual entre piñones. Sin embargo, si se duplica la relación más popular, puede ser posible extender la vida útil del juego de engranajes utilizando diferentes versiones de esta relación popular.

El rango de marchas indica la diferencia entre la marcha más baja y la más alta, y proporciona una medida del rango de condiciones (alta velocidad versus pendientes pronunciadas) con las que las marchas pueden hacer frente; la fuerza, la experiencia y el nivel de condición física del ciclista también son importantes. Un rango de 300% o 3:1 significa que para la misma velocidad de pedaleo, un ciclista podría viajar 3 veces más rápido en la marcha más alta que en la más baja (suponiendo que tenga suficiente fuerza, etc.). Por el contrario, para el mismo esfuerzo de pedaleo, un ciclista podría subir una pendiente mucho más pronunciada en la marcha más baja que en la más alta.

La superposición de los rangos de marchas con desviador significa que los desviadores de 24 o 27 velocidades pueden tener solo el mismo rango de marchas total que un cambio de buje Rohloff de 14 velocidades (mucho más caro) . Las bicicletas con cambios de buje internos suelen tener un rango de marchas más restringido que las bicicletas comparables equipadas con desviador y tienen menos relaciones dentro de ese rango.

Los rangos de engranajes aproximados que siguen son meramente indicativos de configuraciones de engranajes típicas y variarán un poco de una bicicleta a otra.

En las configuraciones con desviador se pueden lograr rangos de marchas de casi el 700%, aunque esto puede dar lugar a algunos pasos bastante grandes entre marchas o algunos cambios de marchas incómodos. Sin embargo, mediante la elección cuidadosa de platos y piñones traseros, por ejemplo, 3 platos 48-34-20 y un cassette de 10 velocidades 11-32, se puede lograr un rango extremadamente amplio de marchas que aún están bien espaciadas. Este tipo de configuración ha demostrado ser útil en una multitud de bicicletas, como bicicletas de carga, bicicletas de turismo y tándems. Se pueden lograr rangos de marchas aún más altos utilizando un engranaje de buje de pedalier de 2 velocidades junto con desviadores adecuados.

Existen dos tipos principales de mecanismos de cambio de marchas, conocidos como desviadores y engranajes de buje. Ambos sistemas tienen ventajas y desventajas , y cuál es preferible depende de las circunstancias particulares. Hay algunos otros tipos de mecanismos de cambio de marchas relativamente poco comunes que se mencionan brevemente cerca del final de esta sección. Los mecanismos de desviador solo se pueden utilizar con transmisiones de transmisión por cadena, por lo que las bicicletas con transmisión por correa o transmisión por eje deben ser de una sola velocidad o utilizar engranajes de buje.

El cambio externo se denomina así porque todos los piñones implicados son fácilmente visibles. Puede haber hasta 4 platos ^[10] unidos al juego de bielas y pedales, y normalmente entre 5 y 12 piñones que forman el conjunto de engranajes unido a la rueda trasera. Los desviadores delanteros y traseros modernos suelen constar de una guía de cadena móvil que se opera de forma remota mediante un cable Bowden unido a una palanca de cambios montada en el tubo inferior, la potencia del manillar o el manillar. Una palanca de cambios puede ser una sola palanca, un par de palancas o un puño giratorio ; algunas palancas de cambios pueden incorporar palancas de freno en una sola unidad. Cuando un ciclista acciona la palanca de cambios mientras pedalea , el cambio en la tensión del cable mueve la guía de la cadena de un lado a otro, "desencarrilando" la cadena hacia diferentes piñones. El desviador trasero también tiene ruedas jockey montadas sobre resortes que absorben cualquier holgura en la cadena.

La mayoría de las bicicletas híbridas, de turismo, de montaña y de competición están equipadas con desviadores delanteros y traseros. Hay algunas relaciones de transmisión que tienen un recorrido de cadena recto, pero la mayoría de las relaciones de transmisión tendrán la cadena funcionando en ángulo. El uso de dos desviadores generalmente da como resultado algunas relaciones de transmisión duplicadas o casi duplicadas, de modo que el número de relaciones de transmisión distintas suele ser de alrededor de dos tercios del número de relaciones de transmisión publicitadas. Las configuraciones más comunes tienen nombres específicos ^[11] que generalmente están relacionados con los tamaños de paso relativos entre los platos delanteros y el piñón trasero.

Este estilo se encuentra comúnmente en bicicletas de montaña, híbridas y de turismo con tres platos. El paso relativo en los platos (digamos, 25 % a 35 %) es típicamente alrededor del doble del paso relativo en el piñón (digamos, 15 %), por ejemplo, platos 28-38-48 y piñones 12-14-16-18-21-24-28.

Las ventajas de este acuerdo incluyen:

• Puede estar disponible una amplia gama de marchas adecuadas para realizar giras y para andar fuera de carretera.
• Rara vez es necesario cambiar los desviadores delantero y trasero simultáneamente, por lo que generalmente es más adecuado para ciclistas ocasionales o sin experiencia.

Una desventaja es que los rangos de engranajes superpuestos dan como resultado mucha duplicación o casi duplicación de relaciones de engranaje.

Este estilo se encuentra comúnmente en bicicletas de carreras con dos platos. El paso relativo en los platos (digamos 35%) es típicamente alrededor de tres o cuatro veces el paso relativo en el piñón (digamos 8% o 10%), por ejemplo, platos 39-53 y piñones de rango corto 12-13-14-15-16-17-19-21 o 12-13-15-17-19-21-23-25. Esta disposición proporciona mucho más margen para ajustar la relación de transmisión para mantener una velocidad de pedaleo constante , pero cualquier cambio de plato debe ir acompañado de un cambio simultáneo de 3 o 4 piñones en el piñón si el objetivo es cambiar a la siguiente relación de transmisión más alta o más baja.

Este término no tiene un significado generalmente aceptado. Originalmente se refería a un sistema de engranajes que tenía una marcha especialmente baja (para escalar puertos alpinos); esta marcha baja a menudo tenía un salto mayor que el promedio a la siguiente marcha más baja. En la década de 1960, los vendedores usaban el término para referirse a las bicicletas de 10 velocidades de la época (2 platos, piñón de 5 piñones), sin tener en cuenta su significado original. El equivalente actual más cercano al significado original se puede encontrar en los piñones Shimano Megarange, donde la mayoría de los piñones tienen aproximadamente una diferencia relativa del 15%, excepto el piñón más grande que tiene aproximadamente una diferencia del 30%; esto proporciona una marcha mucho más baja de lo normal a costa de un gran salto de marcha.

Hay dos platos cuya diferencia relativa (digamos un 10 %) es aproximadamente la mitad del paso relativo en el piñón (digamos un 20 %). Esto se utilizó a mediados del siglo XX, cuando los desviadores delanteros solo podían manejar un pequeño paso entre platos y cuando los piñones traseros solo tenían una pequeña cantidad de piñones, por ejemplo, platos 44-48 y piñones 14-17-20-24-28. El efecto es proporcionar dos gamas de marchas entrelazadas sin ninguna duplicación. Sin embargo, para pasar secuencialmente por las relaciones de marcha se requiere un cambio simultáneo de la marcha delantera y trasera en cada cambio de marcha.

Hay tres platos con diferencias de medio paso entre los dos más grandes y diferencias de rango múltiple entre los dos más pequeños, por ejemplo, platos 24-42-46 y piñones 12-14-16-18-21-24-28-32-36. ^[12] Esta disposición general es adecuada para giras, ya que la mayoría de los cambios de marcha se realizan utilizando el desviador trasero y ajustes finos ocasionales utilizando los dos platos grandes. ^[11] El plato pequeño (granny gear) es un rescate para manejar colinas más pronunciadas, pero requiere cierta anticipación para usarlo de manera efectiva.

Los engranajes internos se denominan así porque todos los engranajes involucrados están ocultos dentro de un cubo de rueda. Los engranajes de buje funcionan mediante engranajes planetarios internos, o epicicloidales, que alteran la velocidad de la carcasa del buje y la rueda en relación con la velocidad del piñón de transmisión. Tienen un solo plato y un solo piñón trasero, casi siempre con un recorrido de cadena recto entre los dos. Los engranajes de buje están disponibles con entre 2 y 14 velocidades; el peso y el precio tienden a aumentar con el número de marchas. Todas las velocidades anunciadas están disponibles como relaciones de transmisión distintas controladas por una sola palanca de cambios (excepto algunos modelos tempranos de 5 velocidades que usaban dos palancas de cambios). Los engranajes de buje se utilizan a menudo para bicicletas destinadas a la conducción urbana y los desplazamientos diarios.

Los sistemas actuales tienen engranajes incorporados en el juego de bielas o pedalier . Las patentes para tales sistemas aparecieron ya en 1890. ^[13] El Schlumpf Mountain Drive y Speed ​​Drive están disponibles desde 2001. ^[14] Algunos sistemas ofrecen transmisión directa más una de tres variantes (reducción 1:2,5, aumento 1,65:1 y aumento 2,5:1). El cambio de marchas se logra usando el pie para tocar un botón que sobresale a cada lado del eje del pedalier . El efecto es el de tener una bicicleta con platos gemelos con una diferencia enorme en tamaños. Pinion GmbH introdujo en 2010 un modelo de caja de cambios de 18 velocidades, que ofrece un rango de 636% espaciado uniformemente. Esta caja de cambios se acciona mediante un cambio giratorio tradicional y utiliza dos cables para cambiar de marcha. El sistema Pinion es muy adecuado para bicicletas de montaña debido a su amplio rango y centro de gravedad bajo adecuado para bicicletas de suspensión total, pero sigue siendo algo más pesado que la transmisión basada en descarrilador. ^[15]

A veces es posible combinar un engranaje de buje con engranajes de descarrilador. Existen varias posibilidades disponibles comercialmente:

• Una opción estándar para la bicicleta plegable Brompton es utilizar un engranaje de buje de 3 velocidades (aproximadamente una diferencia del 30 % entre las relaciones de transmisión) en combinación con un engranaje de desviador de 2 velocidades (aproximadamente una diferencia del 15 %) para obtener 6 relaciones de transmisión distintas; este es un ejemplo de transmisión de medio paso. Algunos proveedores de Brompton también ofrecen un plato de 2 velocidades "Mountain Drive", que da como resultado 12 relaciones de transmisión distintas con un rango que supera los 5:1; en este caso, el cambio de la 6.ª a la 7.ª marcha implica cambiar los tres juegos de marchas simultáneamente.
• El sistema SRAM DualDrive utiliza un piñón estándar de 8 o 9 velocidades montado en un buje con engranaje interno de tres velocidades, ofreciendo un rango de cambios similar al de una bicicleta con piñón y platos triples.
• Menos común es el uso de un plato doble o triple junto con un buje con engranajes internos, lo que amplía el rango de marchas sin tener que colocar múltiples piñones en el buje. Sin embargo, esto requiere un tensor de cadena de algún tipo, lo que anula algunas de las ventajas de los engranajes de buje.
• En un extremo opuesto a una bicicleta de una sola velocidad, los cambios de buje se pueden combinar con desviadores delanteros y traseros, lo que proporciona una transmisión de rango muy amplio a expensas del peso y la complejidad de operación: hay un total de tres juegos de cambios. Este enfoque puede ser adecuado para triciclos reclinados , donde se pueden usar marchas muy bajas sin problemas de equilibrio y la posición aerodinámica permite marchas más altas de lo normal.

Ha habido, y todavía hay, algunos métodos bastante diferentes para seleccionar una relación de transmisión diferente:

• Los aficionados a la bicicleta han recuperado las transmisiones directas retroactivas que se utilizaban en algunas bicicletas de principios del siglo XX. Estas tienen dos relaciones de transmisión posibles, pero no tienen palanca de cambios; el operador simplemente pedalea hacia adelante para una marcha y hacia atrás para la otra. El recorrido de la cadena es bastante complicado, ya que tiene que hacer una figura de ocho además de seguir el recorrido normal de la cadena.
• Los bujes flip-flop tienen una rueda trasera de doble cara con un piñón (de diferente tamaño) en cada lado. Para cambiar de marcha: deténgase, retire la rueda trasera, déle la vuelta, vuelva a colocar la rueda, ajuste la tensión de la cadena y reanude la marcha. Las ruedas de doble cara actuales suelen tener un piñón fijo en un lado y un piñón de rueda libre en el otro.

Antes de 1937, esta era la única forma permitida de cambio de marchas en el Tour de Francia. ^[16] Los competidores podían tener 2 piñones en cada lado de la rueda trasera, pero aún tenían que detenerse para mover manualmente la cadena de un piñón al otro y ajustar la posición de la rueda trasera para mantener la tensión correcta de la cadena.

• Las transmisiones continuamente variables son un desarrollo relativamente nuevo en las bicicletas (aunque no una idea nueva). Los mecanismos como el sistema de engranajes NuVinci utilizan bolas conectadas a dos discos por fricción estática; al cambiar el punto de contacto, cambia la relación de transmisión.
• Se han demostrado y comercializado transmisiones automáticas tanto para mecanismos de cambio de marchas como de buje, a menudo acompañadas de una advertencia para desactivar el cambio automático si se pisan los pedales. Estas transmisiones han tenido un éxito limitado en el mercado.
• Al mover el punto de conexión de una palanca se modifica la ventaja mecánica de un sistema de transmisión de forma análoga a como se modifican las relaciones de transmisión. Algunos ejemplos son la bicicleta American Star Bicycle y la Stringbike .

Las cifras de esta sección se aplican a la eficiencia del sistema de transmisión, incluidos los medios de transmisión y cualquier sistema de engranajes. En este contexto, la eficiencia se refiere a la cantidad de potencia que se entrega a la rueda en comparación con la potencia que se aplica a los pedales. En un sistema de transmisión bien mantenido, la eficiencia suele estar entre el 86 % y el 99 %, como se detalla a continuación.

Otros factores además del engranaje que afectan el rendimiento incluyen la resistencia a la rodadura y la resistencia del aire:

• La resistencia a la rodadura puede variar en un factor de 10 o más dependiendo del tipo y las dimensiones del neumático y de la presión del mismo. ^[17]
• La resistencia del aire aumenta considerablemente a medida que aumenta la velocidad y es el factor más significativo a velocidades superiores a 10 a 12 millas (15 a 20 km) por hora (la fuerza de arrastre aumenta en proporción al cuadrado de la velocidad, por lo tanto, la potencia necesaria para superarla aumenta en proporción al cubo de la velocidad). ^[18]

Los factores humanos también pueden ser importantes. Rohloff sostiene ^[19] que la eficiencia general se puede mejorar en algunos casos utilizando una relación de transmisión ligeramente menos eficiente cuando esto conduce a una mayor eficiencia humana (al convertir los alimentos en potencia de pedaleo) porque se está utilizando una velocidad de pedaleo más efectiva.

^{En el capítulo 9 de "Bicycling Science" [20]} se puede encontrar una descripción enciclopédica que abarca tanto la teoría como los resultados experimentales. En la siguiente subsección se ofrecen algunos detalles extraídos de estos y otros experimentos, con referencias a los informes originales.

Se ha demostrado que los factores que afectan la eficiencia del sistema de transmisión incluyen el tipo de sistema de transmisión (cadena, eje, correa), el tipo de sistema de engranajes (fijo, desviador, buje, infinitamente variable), el tamaño de las ruedas dentadas utilizadas, la magnitud de la potencia de entrada, la velocidad de pedaleo y el grado de oxidación de la cadena. Para un sistema de engranajes en particular, las diferentes relaciones de transmisión generalmente tienen diferentes eficiencias.

Algunos experimentos han utilizado un motor eléctrico para accionar el eje al que se fijan los pedales, mientras que otros han utilizado promedios de un número real de ciclistas. No está claro cómo se compara la potencia constante entregada por un motor con la potencia cíclica proporcionada por los pedales. Rohloff sostiene ^[19] que la potencia constante del motor debería coincidir con la potencia máxima del pedal en lugar de con la potencia promedio (que es la mitad de la máxima).

Hay poca información independiente disponible sobre la eficiencia de las transmisiones por correa y los sistemas de engranajes infinitamente variables; incluso los fabricantes y proveedores parecen reacios a proporcionar cifras.

Los mecanismos de tipo desviador de un producto típico de gama media (del tipo que utilizan los aficionados serios) alcanzan entre el 88% y el 99% de eficiencia mecánica a 100 W. En los mecanismos de desviador, la mayor eficiencia se logra con los piñones más grandes. La eficiencia generalmente disminuye con tamaños de piñones y platos más pequeños. ^[21] La eficiencia del desviador también se ve comprometida con el encadenamiento cruzado , o el funcionamiento de un plato grande con un piñón grande o de un plato pequeño con un piñón pequeño. Este encadenamiento cruzado también da como resultado un mayor desgaste debido a la deflexión lateral de la cadena.

Chester Kyle y Frank Berto informaron en "Human Power" 52 (verano de 2001) ^[22] que las pruebas en tres sistemas de cambio (de 4 a 27 marchas) y transmisiones de buje de ocho marchas (de 3 a 14 marchas), realizadas con entradas de 80 W, 150 W y 200 W, dieron los siguientes resultados:

Las pruebas de eficiencia de los sistemas de transmisión de bicicletas se complican por varios factores; en particular, todos los sistemas tienden a ser mejores a mayores índices de potencia. 200 W impulsarán una bicicleta típica a 20 millas por hora (32 km/h), mientras que los atletas pueden alcanzar 400 W, punto en el que se afirma que las eficiencias "se acercan al 98%". ^[23]

Con una potencia más típica de 150 W, los cambios de buje tienden a ser alrededor de un 2 % menos eficientes que un sistema de descarrilador, suponiendo que ambos sistemas estén bien mantenidos. ^[24]