Rueda de bicicleta

Una rueda de bicicleta es una rueda , generalmente una rueda de alambre , diseñada para una bicicleta . A un par de ruedas se le suele llamar juego de ruedas , especialmente en el contexto de ruedas listas para usar y orientadas al rendimiento.

Las ruedas de bicicleta generalmente están diseñadas para encajar en el cuadro y la horquilla a través de punteras y sostener los neumáticos de la bicicleta .

La primera rueda que utilizó la tensión de los radios de metal fue inventada por Sir George Cayley para lograr ligereza en su planeador de 1853. ^[1]

Las primeras ruedas de bicicleta seguían la tradición de la construcción de carruajes: un buje de madera, un eje de acero fijo (los cojinetes se ubicaban en los extremos de la horquilla), radios de madera y un neumático de hierro ajustado por contracción. Una rueda moderna típica tiene un buje de metal, radios tensados ​​de alambre y una llanta de metal o fibra de carbono que sostiene un neumático de caucho .

Un buje es la parte central de una rueda de bicicleta. Consta de un eje , cojinetes y una carcasa de buje. La carcasa de buje normalmente tiene dos bridas de metal mecanizadas a las que se pueden unir los radios. Las carcasas de buje pueden ser de una sola pieza con cartuchos a presión o cojinetes libres o, en el caso de diseños más antiguos, las bridas pueden estar fijadas a una carcasa de buje separada.

El eje se fija a las punteras de la horquilla o del cuadro. El eje se puede fijar mediante:

• Liberación rápida : una palanca y un brocheta que pasan a través de un eje hueco diseñado para permitir la instalación y extracción de la rueda sin herramientas (se encuentra en la mayoría de las bicicletas de carretera modernas y algunas bicicletas de montaña).
• Tuerca : el eje está roscado y sobresale de los lados de la horquilla/marco. (Se encuentra a menudo en bicicletas de pista, de piñón fijo, de una sola velocidad, BMX y económicas)
• Perno : el eje tiene un orificio con roscas cortadas en él y se puede atornillar un perno en esas roscas. (Se encuentra en algunos bujes de una sola velocidad , bujes Cannondale Lefty )
• Eje pasante: un eje extraíble con un extremo roscado que se inserta a través de un orificio en una pata de la horquilla, a través del buje y luego se atornilla a la otra pata de la horquilla. Algunos ejes tienen palancas de leva integradas que comprimen los elementos del eje contra la pata de la horquilla para bloquearla en su lugar, mientras que otros dependen de pernos de presión en la pata de la horquilla para asegurarla. Los diámetros de los ejes pasantes delanteros incluyen 20 mm, 15 mm, 12 mm y 9 mm. Los ejes traseros suelen tener diámetros de 10 o 12 mm. La mayoría de los ejes pasantes se encuentran en bicicletas de montaña, aunque cada vez más se utilizan en bicicletas de ciclocross y de carretera con frenos de disco. Los ejes pasantes ubican repetidamente la rueda en la horquilla o el cuadro, lo que es importante para evitar la desalineación de los rotores de freno cuando se utilizan frenos de disco. A diferencia de otros sistemas de ejes (excepto Lefty), el eje pasante es específico de la horquilla o el cuadro, no del buje. Los bujes/ruedas no incluyen ejes, y el eje generalmente se suministra con la horquilla o el cuadro. Por lo general, hay adaptadores disponibles para convertir las ruedas aptas para un eje pasante más grande en ruedas de diámetro más pequeño y en ruedas de liberación rápida estándar de 9 mm. Esto permite un cierto grado de reutilización de las ruedas entre cuadros con diferentes especificaciones de eje.
• Eje hembra: eje central hueco, normalmente de 14, 15, 17 o 20 mm de diámetro, fabricado en cromoly y aluminio, con dos pernos roscados en cada lado. ^[2] Este diseño puede ser mucho más resistente que los ejes tradicionales, que normalmente tienen solo 8 mm, 9 mm, 9,5 mm o 10 mm de diámetro. ^[3] (se encuentra en bujes de BMX de gama alta y algunos bujes de bicicletas de montaña)

Desde la década de 1980, las bicicletas han adoptado un espaciado estándar entre ejes: los bujes de las ruedas delanteras tienen generalmente un espaciado entre horquillas de 100 mm de ancho , las ruedas de carretera con bujes libres generalmente tienen un buje de rueda trasera de 130 mm de ancho. Las bicicletas de montaña han adoptado un ancho de buje trasero de 135 mm, ^[4] lo que permite espacio para montar un disco de freno en el buje o para disminuir el plato de la rueda para una rueda más duradera. ^[4] El freeride y el descenso están disponibles con espaciados de 142 y 150 mm. ^[5]

Los cojinetes permiten que la carcasa del buje (y el resto de las piezas de la rueda) giren libremente alrededor del eje. La mayoría de los bujes de bicicleta utilizan cojinetes de bolas de acero o cerámica . Algunos bujes utilizan cojinetes de "copa y cono" que se pueden reparar, mientras que otros utilizan cojinetes de "cartucho" reemplazables y preensamblados.

Un buje de "copa y cono" contiene bolas sueltas que entran en contacto con un "cono" ajustable que se atornilla al eje y una "pista" que se presiona permanentemente en la carcasa del buje. Ambas superficies son lisas para permitir que los cojinetes giren con poca fricción. Este tipo de buje se puede desmontar fácilmente para lubricarlo, pero se debe ajustar correctamente; un ajuste incorrecto puede provocar un desgaste prematuro o una falla.

En un buje con "cojinete de cartucho", los cojinetes están contenidos en un cartucho que tiene forma de cilindro hueco donde la superficie interior gira con respecto a la superficie exterior mediante el uso de cojinetes de bolas. Las tolerancias de fabricación, así como la calidad del sellado, pueden ser significativamente superiores a las de los cojinetes de bolas sueltos. El cartucho se presiona en la carcasa del buje y el eje se apoya contra la pista interior del cartucho. El cojinete del cartucho en sí generalmente no se puede reparar ni ajustar; en cambio, se reemplaza todo el cojinete del cartucho en caso de desgaste o falla.

La carcasa del buje es la parte del buje a la que se fijan los radios (o la estructura del disco). La carcasa del buje de una rueda con radios generalmente tiene dos bridas que se extienden radialmente hacia afuera desde el eje. Cada brida tiene orificios o ranuras a las que se fijan los radios. Algunas ruedas (como la Full Speed ​​Ahead RD-800) tienen una brida adicional en el centro del buje. Otras (como algunas de Bontrager y Zipp ) no tienen una brida visible. Los radios aún se fijan al borde del buje, pero no a través de orificios visibles. Otras ruedas (como las de Velomax/Easton) tienen una carcasa de buje roscada en la que se enroscan los radios.

En las ruedas con radios tradicionales, el espaciado de las bridas afecta la rigidez lateral de la rueda, siendo más rígida cuanto más ancha, y el diámetro de la brida afecta la rigidez torsional de la rueda y la cantidad de orificios para radios que puede aceptar el buje, siendo más rígido cuanto más grande sea el diámetro y acepte más orificios. ^[6] Los diámetros de brida asimétricos, que se intentaron para mitigar los efectos adversos del espaciado asimétrico y el plato necesarios en las ruedas traseras con muchas ruedas dentadas, también se han utilizado con beneficios modestos. ^[6]

Algunos bujes tienen accesorios para frenos de disco o forman parte integral de los frenos de tambor.

• Frenos de disco : un freno de disco consta de una placa o disco circular unido al buje que se encaja entre pastillas de freno montadas dentro de una pinza que está fijada a un lado de las horquillas de la rueda. El disco de freno se puede fijar de diversas formas mediante pernos o un anillo de bloqueo central.
• Frenos de tambor : un freno de tambor tiene dos zapatas de freno que se expanden hacia el interior de la carcasa del buje. Los frenos de tambor montados en la parte trasera se utilizan a menudo en los tándems para complementar el freno de llanta trasero y brindar potencia de frenado adicional.
• Freno de contrapedal : los frenos de contrapedal son un tipo particular de freno de tambor que se activa al aplicar una presión hacia atrás a los pedales. El mecanismo se encuentra dentro de la carcasa del buje de la rueda de la bicicleta.

Para obtener información sobre otros tipos de frenos de bicicleta, consulte el artículo completo sobre sistemas de frenos de bicicleta .

El buje trasero tiene uno o más métodos para acoplarle un engranaje.

• Buje libre : el mecanismo que permite al ciclista circular por inercia está integrado en el buje. Las estrías del cuerpo del buje libre permiten colocar un solo piñón o, más comúnmente, un cassette que contiene varios piñones. Luego, un anillo de bloqueo mantiene el piñón o los piñones en su lugar. Este es el caso de la mayoría de las bicicletas modernas.
• Rueda libre : el mecanismo que permite al ciclista avanzar por inercia no forma parte del buje, sino que está contenido en un cuerpo de rueda libre separado. El buje tiene roscas que permiten atornillar el cuerpo de la rueda libre, y el cuerpo de la rueda libre tiene roscas o estrías para colocar piñones o, en el caso de la mayoría de las ruedas libres de una sola velocidad, un piñón integrado. Este estilo de buje se utilizaba antes de que el buje libre se volviera práctico.
• Rueda dentada de la pista: no hay ningún mecanismo que permita al ciclista avanzar por inercia. Hay dos juegos de roscas en la carcasa del buje. Las roscas están en direcciones opuestas. El juego de roscas interior (en el sentido de las agujas del reloj) es para una rueda dentada de la pista y el juego exterior (en el sentido contrario a las agujas del reloj) es para un anillo de bloqueo con rosca inversa. Las roscas inversas en el anillo de bloqueo evitan que la rueda dentada se desenrosque del buje, lo que de otro modo es posible al reducir la velocidad.
• Buje flip-flop : ambos lados del buje están roscados, lo que permite quitar la rueda y dar la vuelta para cambiar la marcha que se utiliza. Según el estilo de las roscas, se puede utilizar con una rueda libre de una sola velocidad o con un piñón de pista.
• Buje con engranajes internos : el mecanismo para proporcionar múltiples relaciones de transmisión se encuentra dentro de la carcasa del buje. En el siglo pasado se fabricaron muchas bicicletas con bujes con engranajes internos de tres velocidades.

La llanta suele ser una extrusión de metal que se une a sí misma para formar un aro, aunque también puede ser una estructura de compuesto de fibra de carbono y, tradicionalmente, estaba hecha de madera. Algunas ruedas utilizan un aro de carbono aerodinámico unido a una llanta de aluminio sobre la que se montan neumáticos de bicicleta convencionales.

Hoy en día, las llantas de bicicleta metálicas suelen estar hechas de aleación de aluminio , aunque hasta la década de 1980 la mayoría de las llantas de bicicleta (con excepción de las utilizadas en bicicletas de carreras) estaban hechas de acero ^[7] y termoplástico .

Las llantas diseñadas para usarse con frenos de llanta proporcionan una superficie de frenado paralela y suave, mientras que las llantas diseñadas para usarse con frenos de disco o frenos de buje a veces carecen de esta superficie.

La llanta con patrón Westwood fue uno de los primeros diseños de llantas y los frenos accionados por varilla , que presionan contra la superficie interior de la llanta, fueron diseñados para esta llanta. Estas llantas no se pueden usar con frenos de llanta con pinza.

La sección transversal de una llanta puede tener una amplia gama de geometrías, cada una optimizada para objetivos de rendimiento particulares. La aerodinámica, la masa y la inercia, la rigidez, la durabilidad, la compatibilidad con neumáticos sin cámara, la compatibilidad con los frenos y el costo son todos factores a tener en cuenta. Si la parte de la sección transversal de la llanta es hueca donde se fijan los radios, como en la llanta Sprint de la imagen, se describe como sección de caja o de doble pared para distinguirla de las llantas de pared simple como la llanta Westwood de la imagen. ^[8] La doble pared puede hacer que la llanta sea más rígida. Las llantas de triple pared tienen un refuerzo adicional dentro de la sección de caja.

Las llantas de aluminio suelen estar reforzadas con ojales simples o dobles para distribuir la tensión del radio. Un ojal simple refuerza el orificio del radio de forma muy similar a un remache hueco . Un ojal doble es una copa que se remacha en ambas paredes de una llanta de doble pared.

Las llantas de bicicleta que utilizan cámaras de aire también requieren cintas o tiras para llantas, un revestimiento flexible pero resistente (generalmente de goma o nailon tejido o un material similar) adherido a la circunferencia interna de la rueda para cubrir los extremos de las boquillas. De lo contrario, los extremos de las boquillas hacen un orificio en la cámara y provocan un pinchazo.

La mayoría de las llantas de bicicleta son llantas "clincher" para usar con neumáticos de cubierta . Estos neumáticos tienen un talón de alambre o fibra de aramida ( Kevlar o Twaron ) que se entrelaza con las bridas de la llanta. Una cámara de aire hermética separada encerrada por la llanta sostiene la carcasa del neumático y mantiene el bloqueo del talón. Si la parte interior de la llanta donde se ajusta la cámara de aire tiene orificios para los radios, deben cubrirse con una cinta o tira de llanta, generalmente de goma, tela o plástico resistente, para proteger la cámara de aire.

Una ventaja de este sistema es que se puede acceder fácilmente a la cámara interior en caso de que se produzca una fuga y sea necesario repararla o reemplazarla.

La norma ISO 5775-2 define las designaciones para las llantas de bicicleta. Distingue entre:

1. Llantas de lados rectos (SS)
2. Llantas tipo crochet (C)
3. Llantas con reborde en forma de gancho (HB)

Las llantas tradicionales para cubierta tenían los lados rectos. En la década de 1970 surgieron varios diseños de "gancho" (también llamados "crochet") para mantener el talón del neumático en su lugar, ^{[9] [10]} lo que permitía una presión de aire alta (6-10 bar, 80-150 psi).

Algunas llantas están diseñadas para neumáticos tubulares que tienen forma de toro y se adhieren a la llanta con adhesivo. La llanta tiene una sección transversal exterior circular poco profunda en la que se apoya el neumático en lugar de bridas en las que se asientan los talones del neumático.

Un sistema de neumáticos sin cámara requiere una llanta hermética (que pueda sellarse en el vástago de la válvula, los orificios de los radios (si atraviesan toda la llanta) y el asiento del talón del neumático) y un neumático compatible. El sistema universal sin cámara (UST), desarrollado originalmente por Mavic , Michelin y Hutchinson ^[11] para bicicletas de montaña, es el sistema más común de llantas/neumáticos sin cámara para bicicletas. ^[12] El principal beneficio de los neumáticos sin cámara es la capacidad de usar una presión de aire baja para una mejor tracción sin pinchazos porque no hay cámara que pueda pincharse entre la llanta y un obstáculo. ^[11]

Algunos ciclistas han evitado el sobreprecio de un sistema sin cámara sellando los orificios de los radios con una tira o cinta especial para llanta y luego sellando el vástago de la válvula y el asiento del talón con un sellador de látex. ^[11] Sin embargo, los neumáticos que no están diseñados para la aplicación sin cámara no tienen una pared lateral tan robusta como los que sí lo están. ^[11]

Las desventajas de los neumáticos sin cámara son que son conocidos por ser más difíciles de montar en la llanta que los neumáticos con cubierta, ^[11] y que el ciclista aún debe llevar una cámara de repuesto para insertar en caso de pinchazo. ^[11]

El fabricante de neumáticos francés Hutchinson ha presentado un sistema de ruedas sin cámara, Road Tubeless, que comparte muchas similitudes con el UST (Universal System Tubeless) que se desarrolló en conjunto con Mavic y Michelin. Las llantas Road Tubeless, al igual que las llantas UST, no tienen orificios para los radios que sobresalgan hacia la cámara de aire de la llanta. El reborde de la llanta Road Tubeless es similar al talón en forma de gancho de una llanta de cubierta estándar, pero está contorneado con tolerancias muy estrechas para encajar con un neumático Road Tubeless, creando un sello hermético entre el neumático y la llanta. Este sistema elimina la necesidad de una tira de llanta y una cámara interior.

En 2006, Shimano y Hutchinson introdujeron un sistema sin cámara para bicicletas de carretera. ^[13]

La llanta está conectada al buje mediante una serie de radios , que son varillas. Mientras que las primeras ruedas de bicicleta utilizaban radios de madera que solo podían cargarse en compresión, las ruedas de bicicleta modernas utilizan casi exclusivamente radios que solo pueden cargarse en tensión.

La rueda trasera está sometida a una mayor tensión porque soporta más peso. Los radios de la rueda trasera de la derecha tienen más probabilidades de fallar. Las ruedas traseras son asimétricas para dejar espacio para los grupos de engranajes de múltiples ruedas dentadas. Esta asimetría significa que los radios de la derecha están el doble de apretados que los de la izquierda. Los radios se rompen debido a la fatiga y no a una fuerza excesiva. ^[14]

Un extremo de cada radio está roscado para una tuerca especializada, llamada boquilla , que se utiliza para conectar el radio a la llanta y ajustar la tensión en el radio. Esto normalmente está en el extremo de la llanta. El extremo del cubo normalmente tiene una curva de 90 grados para pasar a través del orificio del radio en el cubo y una cabeza para que no se deslice a través del orificio. Este es el tipo de curva en J. Otro tipo son los radios de tiro recto, que no tienen curva en el extremo del cubo, solo una cabeza. Los materiales principales para las boquillas de los radios son el aluminio y el latón.

Los radios de doble conificado tienen un espesor reducido en la sección central y son más livianos, más elásticos y más aerodinámicos que los radios de espesor uniforme. Los radios de conificado simple son más gruesos en el cubo y luego se estrechan hasta una sección más delgada hasta las roscas en la llanta. ^{[15] También existen radios} de triple conificado que son más gruesos en el cubo, más delgados en el extremo roscado y más delgados en el medio. ^[16]

Los radios suelen tener una sección transversal circular, pero las ruedas de alto rendimiento pueden utilizar radios de sección transversal plana u ovalada, también conocidos como de cuchillas, para reducir la resistencia aerodinámica. Algunos radios son tubos huecos. ^[15]

Los radios de la gran mayoría de las ruedas de las bicicletas modernas son de acero o acero inoxidable . La mayoría de los fabricantes y ciclistas prefieren los radios de acero inoxidable por su durabilidad, rigidez, tolerancia a los daños y facilidad de mantenimiento. Los radios que no son de acero inoxidable en las bicicletas más antiguas o más baratas a veces tienen un tratamiento superficial mediante galvanización , pintura o, más raramente, cromado , y pueden oxidarse con el tiempo. ^[17] Los radios también están disponibles en titanio, ^[17] aluminio, ^[18] fibra de carbono, ^[17] y materiales no rígidos como los compuestos de polietileno. ^[19]

Las ruedas de bicicleta convencionales de metal tienen 24, 28, 32 o 36 radios. Las ruedas de los tándems y las BMX suelen tener 40 o 48 radios para soportar tensiones y peso adicionales. Las bicicletas lowrider pueden tener hasta 144 radios por rueda. ^{[20] [21] [22]}

Las ruedas con menos radios tienen una ventaja aerodinámica, ya que se reduce la resistencia . La menor cantidad de radios también hace que una sección más grande de la llanta quede sin soporte, lo que requiere llantas más fuertes y, a menudo, más pesadas. Algunos diseños de ruedas también ubican los radios de manera desigual en la llanta, lo que requiere un aro de llanta rígido y una tensión correcta de los radios. Las ruedas convencionales con radios distribuidos uniformemente a lo largo de la circunferencia de la llanta se consideran más duraderas y tolerantes a un mantenimiento deficiente. La tendencia más general en el diseño de ruedas sugiere que el avance tecnológico en los materiales de las llantas puede resultar en una mayor reducción en la cantidad de radios por rueda.

El entrelazado es el proceso de enhebrar radios a través de orificios en el cubo y la llanta ^[23] de modo que formen un patrón de radios. ^[24] Si bien la mayoría de los fabricantes utilizan el mismo patrón de entrelazado en los lados izquierdo y derecho de una rueda, cada vez es más común encontrar ruedas especiales con diferentes patrones de entrelazado en cada lado. Un radio puede conectar el cubo a la llanta de manera radial, lo que crea la rueda más liviana y aerodinámica. ^[24] Sin embargo, para transferir de manera eficiente el torque desde el cubo a la llanta, como con las ruedas motrices o las ruedas con frenos de tambor o disco, la durabilidad dicta que los radios se monten en un ángulo con respecto a la brida del cubo hasta un "patrón de entrelazado tangencial" para lograr la máxima capacidad de torque (pero una rigidez vertical mínima de la rueda). ^[24] Los nombres de los diversos patrones de entrelazado se refieren comúnmente a la cantidad de radios que cruza cada uno de ellos.

Las ruedas de 36 o 32 radios con radios cruzados se construyen normalmente con un sistema de 3 o 2 radios cruzados, aunque también son posibles otros números de radios cruzados. El ángulo en el que el radio se conecta al buje no está determinado únicamente por el número de radios cruzados, ya que la cantidad de radios y el diámetro del buje darán lugar a ángulos de radio significativamente diferentes. En todas las ruedas comunes con radios tensados ​​con radios cruzados, un par aplicado al buje dará como resultado que la mitad de los radios, llamados "radios principales", se tensen para impulsar la llanta, mientras que la otra mitad, los "radios posteriores", se tensen solo para contrarrestar los radios principales. Cuando se aplica un par hacia adelante (es decir, durante la aceleración), los radios posteriores experimentan una mayor tensión, mientras que los radios principales se alivian, lo que obliga a la llanta a girar. Al frenar, los radios principales se tensan y los radios posteriores se alivian. De este modo, la rueda puede transferir el par del buje en cualquier dirección con la menor cantidad de cambio en la tensión de los radios, lo que permite que la rueda se mantenga firme mientras se aplica el par.

Las ruedas que no necesitan transferir una cantidad significativa de par desde el buje hasta la llanta suelen estar unidas radialmente. ^[24] En este caso, los radios salen del buje perpendicularmente al eje y van directamente a la llanta, sin cruzar ningún otro radio, por ejemplo, "cruzando 0". Este patrón de entrelazado no puede transferir el par de forma tan eficiente como el entrelazado tangencial. Por lo tanto, generalmente se prefiere construir una rueda de radios cruzados en la que las fuerzas de par, ya sean de conducción o de frenado, emanan del buje. En lo que respecta al frenado, los dispositivos de pinza de estilo antiguo que entran en contacto con las llantas para aplicar la fuerza de frenado no se ven afectados por los patrones de entrelazado de esta manera porque las fuerzas de frenado se transfieren desde las pinzas directamente a la llanta, luego a los neumáticos y luego a la carretera. Los frenos de disco, sin embargo, transfieren su fuerza a la carretera a través de los radios desde el punto de montaje del disco en el buje y, por lo tanto, se ven afectados por el patrón de entrelazado de una manera similar a la del sistema de transmisión.

No se deben utilizar bujes que hayan sido previamente engarzados con otro patrón para el engarce radial, ya que los hoyos y abolladuras creados por los radios pueden ser los puntos débiles a lo largo de los cuales se puede romper la brida del buje. Esto no siempre es así: por ejemplo, si el buje utilizado tiene bridas de acero más duras como las de una bicicleta antigua.

Los fabricantes de ruedas también emplean otros patrones de encordado de radios exóticos (como el "pata de gallo", que es esencialmente una mezcla de encordado radial y tangencial), así como geometrías de buje innovadoras. La mayoría de estos diseños aprovechan nuevos materiales de alta resistencia o métodos de fabricación para mejorar el rendimiento de la rueda. Sin embargo, como ocurre con cualquier estructura, no siempre se acuerda su utilidad práctica y, a menudo, se opta por diseños de ruedas no estándar por razones exclusivamente estéticas.

Hay tres aspectos de la geometría de la rueda que se deben ajustar para centrar una rueda. El "centrado lateral" se refiere a la eliminación de las desviaciones locales de la llanta hacia la izquierda o la derecha del centro. El "centrado vertical" se refiere a los ajustes de las desviaciones locales (conocidas como salto) del radio, la distancia desde la llanta hasta el centro del buje. El "cono" se refiere al centrado de izquierda a derecha del plano de la llanta entre las tuercas de seguridad en los extremos exteriores del eje. Este plano se determina como un promedio de las desviaciones locales en el centrado lateral. ^[25] Para la mayoría de las bicicletas con freno de llanta, el cono será simétrico en la rueda delantera. Sin embargo, en la rueda trasera, debido a que la mayoría de las bicicletas admiten una rueda dentada trasera (o un grupo de ellas), el cono a menudo será asimétrico: estará conocido en un ángulo más profundo en el lado opuesto a la transmisión que en el lado de la transmisión.

Además de los tres aspectos geométricos del centrado, la tensión general de los radios es importante para la resistencia a la fatiga, la rigidez y la capacidad de la rueda para absorber los impactos. Una tensión demasiado baja hace que la llanta se deforme fácilmente por el impacto con un terreno irregular. Una tensión excesiva puede deformar la llanta, lo que hace imposible centrarla y puede reducir la vida útil de los radios. Los tensiómetros de radios son herramientas que miden la tensión de un radio. Otro método común para hacer estimaciones aproximadas de la tensión de los radios consiste en puntear los radios y escuchar el tono audible del radio vibrante. La tensión óptima depende de la longitud y el calibre de los radios (diámetro). Hay tablas disponibles en línea que enumeran las tensiones para cada longitud de radio, ya sea en términos de tensión física absoluta o notas en la escala musical que coinciden con la tensión aproximada a la que se debe afinar el radio. En el mundo real, una rueda correctamente centrada no tendrá, en general, una tensión uniforme en todos los radios, debido a la variación entre las piezas de las que está hecha la rueda.

Por último, para obtener resultados óptimos y duraderos, se debe minimizar el enrollamiento de los radios. Cuando gira una boquilla, primero tuerce el radio hasta que se genera suficiente tensión torsional en el radio para superar la fricción en las roscas entre el radio y la boquilla. Esto es más fácil de ver en los radios de forma ovalada o con forma de cuchilla, pero también ocurre en los radios redondos. Si se utiliza una rueda con esta tensión torsional en los radios, estos pueden desenrollarse y hacer que la rueda se desvíe. Los radios de forma ovalada o con forma de cuchilla se pueden mantener rectos con una herramienta adecuada mientras se gira la boquilla. La práctica habitual para minimizar el enrollamiento en los radios redondos es girar la boquilla más allá de la orientación deseada aproximadamente un cuarto de vuelta y luego volver a girarla ese cuarto de vuelta. ^[26]

Al centrar una rueda, todos estos factores deben equilibrarse gradualmente entre sí. Una práctica que se recomienda habitualmente es encontrar el peor punto de la rueda y centrarlo un poco más antes de pasar al siguiente peor punto de la rueda.

Los "soportes de centrado" son dispositivos mecánicos que se utilizan para montar y centrar las ruedas. También es posible centrar una rueda mientras está montada en la bicicleta: se pueden utilizar las pastillas de freno o algún otro punto fijo como marca de referencia, pero esto es menos preciso.

En un extremo de cada radio hay una tuerca especializada, llamada niple , que se utiliza para conectar el radio a la llanta y ajustar la tensión en el radio. El niple suele estar ubicado en el extremo de la llanta del radio, pero en algunas ruedas está en el extremo del cubo para mover su peso más cerca del eje de la rueda, reduciendo el momento de inercia . Una variante de esto es integrar niples en el cubo, cuya brida contiene las roscas para radios generalmente de hoja. ^[27]

Los materiales más comunes que se utilizan para las boquillas de las bicicletas son el latón y el aluminio (a menudo denominados "aleaciones"). Las boquillas de latón son más pesadas que las de aluminio, pero son más duraderas. Las boquillas de aluminio ahorran peso, pero son menos duraderas que las de latón y tienen más probabilidades de corroerse.

Una boquilla en el borde de una rueda generalmente sobresale del borde hacia el centro de la rueda, pero en las ruedas de carreras puede estar dentro del borde, lo que ofrece una ligera ^{[ cuantificar ]} ventaja aerodinámica. ^{[28] [ cita requerida ]}

Una rueda puede estar formada por una sola pieza de un material como el termoplástico ( nailon reforzado con fibra de vidrio en este caso), fibra de carbono o aleación de aluminio. El termoplástico se utiliza habitualmente para ruedas de BMX económicas. Tienen una presión máxima de los neumáticos baja de 45 psi (3 bares o atmósferas). ^{[ 29 ] [ verificación fallida ] La fibra de carbono se} utiliza habitualmente para ruedas de carreras aerodinámicas de alta gama. ^{[ cita requerida ]}

Las ruedas de disco están diseñadas para minimizar la resistencia aerodinámica. Las ruedas de disco completo suelen ser más pesadas que las ruedas de radios tradicionales y pueden resultar difíciles de manejar cuando se conduce con viento cruzado. Por este motivo, las organizaciones ciclistas internacionales suelen prohibir las ruedas de disco o limitar su uso a la rueda trasera de la bicicleta. Sin embargo, las federaciones internacionales de triatlón fueron (y siguen siendo) menos restrictivas y esto es lo que llevó a que el uso inicial de las ruedas creciera en popularidad en la década de 1980.

Una rueda de disco puede ser simplemente un carenado que se fija a una rueda tradicional de radios, para cubrir la resistencia que generan los radios; o el disco puede ser parte integral de la rueda sin radios en su interior. En este último caso, la fibra de carbono es el material elegido. Una rueda de radios con una cubierta de disco puede no ser legal según las reglas de la Unión Ciclista Internacional de la UCI porque es un carenado no estructural, pero nuevamente es aceptable según las reglas de la Unión Internacional de Triatlón de la ITU .

Un compromiso que reduce el peso y mejora el rendimiento con viento cruzado tiene una pequeña cantidad (tres o cuatro) de radios de tensión-compresión moldeados integralmente a la llanta, también típicamente de fibra de carbono.

Las ruedas de bicicleta se pueden clasificar según su uso principal.

Para el rendimiento en carreras de ciclismo de ruta hay varios factores que generalmente se consideran ^{[¿ por quién? ]} los más importantes:

• aerodinámica
• peso
• inercia rotacional
• Suavidad del buje y del cojinete
• rigidez

Los juegos de ruedas semiaerodinámicos y aerodinámicos son ahora algo habitual en las bicicletas de carretera. Las llantas de aluminio siguen siendo las más habituales, pero la fibra de carbono también se está volviendo popular. La fibra de carbono también se está utilizando en las carcasas de los bujes para reducir el peso; sin embargo, debido a la proximidad del buje al centro de rotación, reducir el peso del buje tiene un efecto menor en la inercia rotacional que reducir el peso de la llanta.

Los juegos de ruedas semiaerodinámicos ^{[ aclaración necesaria ]} y aerodinámicos se caracterizan por una mayor profundidad de llanta , que es la distancia radial entre las superficies más externas e internas de la llanta; una sección transversal triangular o piramidal; y por un menor número de radios, o ningún radio en absoluto, con hojas moldeadas de material compuesto que sostienen la llanta. ^{[ cita requerida ]} Los radios también suelen aplanarse en la dirección de rotación para reducir la resistencia del viento. Estos se denominan radios con hojas . ^{[ cita requerida ]} Sin embargo, los juegos de ruedas semiaerodinámicos y aerodinámicos tienden a ser más pesados ​​​​que los juegos de ruedas de radios más tradicionales debido a las formas adicionales de las llantas y los radios. ^{[ más explicación necesaria ] [ cita requerida ]} Más importante aún, las llantas deben ser más pesadas cuando hay menos radios, ya que el espacio sin soporte entre los radios es mayor. En la actualidad, varios fabricantes de ruedas producen ruedas con aproximadamente la mitad de radios que las ruedas tradicionales de más alto rendimiento de la década de 1980, con aproximadamente la misma inercia rotacional y un peso total menor. ^{[ ¿Cómo? ] [ Cita requerida ]} Estas mejoras han sido posibles principalmente gracias a aleaciones de aluminio mejoradas para las llantas. ^{[ Investigación original? ]}

La mayoría de los juegos de ruedas de fibra de carbono para cubierta , como los fabricados por Zipp y Mavic , siguen utilizando piezas de aluminio en la parte de la cubierta de la llanta. Ahora hay disponible una mayor cantidad de llantas totalmente de carbono, como las Campagnolo Hyperon Ultra Clincher, las ruedas Viva v8, las ruedas Carbon Clincher de Bontrager, las DT Swiss RRC1250, Corima Winium y Aero (también sin cámara, ver más abajo) y los juegos de ruedas Lightweight Standard C.

Las bicicletas de turismo, de competición y de ciclocross pueden tener objetivos de diseño muy diferentes para sus ruedas. El rendimiento aerodinámico y el bajo peso son beneficiosos para las bicicletas de carretera , mientras que para el ciclocross la resistencia cobra importancia, y para las bicicletas de turismo, la resistencia vuelve a cobrar importancia. Sin embargo, este diámetro de llanta, idéntico en diámetro a la llanta "29er", es con diferencia el más común en estos estilos de bicicletas. Las ruedas de carretera pueden estar diseñadas para neumáticos tubulares o de cubierta, comúnmente denominados neumáticos "700C".

Estas ruedas experimentaron una breve popularidad en la década de 1990 en las bicicletas de triatlón . ^[30]

A finales de la década de 2010, las ruedas 650B comenzaron a aparecer en las bicicletas de grava . ^[30]

Las ruedas de bicicleta de montaña se describen por el diámetro exterior aproximado de la llanta más un neumático ancho de ~2+ pulgadas.

Las llantas de 24 pulgadas (con cámara de aire) son el tamaño de rueda más común para las bicicletas de montaña para niños. La llanta típica de 24 pulgadas tiene un diámetro de 507 milímetros (20,0 pulgadas) y un diámetro exterior de la llanta de aproximadamente 24 pulgadas (610 mm).

Hasta principios de la década de 2010, las llantas de 26 pulgadas (con cámara de aire) eran el tamaño de rueda más común para las nuevas bicicletas de montaña. ^[31] Esta tradición comenzó inicialmente porque los pioneros de las bicicletas de montaña adquirían las ruedas para sus primeras bicicletas a partir de bicicletas fabricadas en Estados Unidos en lugar de las ruedas europeas más grandes que se usaban. La llanta típica de 26 pulgadas tiene un diámetro de 559 milímetros (22,0 pulgadas) y un diámetro exterior de neumático de aproximadamente 26,2 pulgadas (670 mm).

Las ruedas de bicicleta de montaña de 27,5 pulgadas ^{[32] [33] [34] [35] [36]} (a las que algunos también se refieren como 650B ^{[37] [38]} usan una llanta que tiene un diámetro de 584 mm (23,0″) con neumáticos anchos y con tacos (≈27,5 ⋅ 2,3 / ISO 58-584) están aproximadamente en el punto medio entre los estándares de 26 pulgadas (ISO-559 mm) y 29 pulgadas (ISO-622 mm). Tienen algunas de las ventajas de ambos formatos, con una conducción más suave que una rueda de 26 pulgadas y más rigidez y durabilidad que una rueda de 29″.

Las "ruedas de 29 pulgadas", que también cumplen con el popular estándar de ruedas 700C (622 mm de diámetro de cubierta), son cada vez más populares no solo para bicicletas de ciclocross sino también para bicicletas de montaña de cross country. Su diámetro de llanta de 622 milímetros ( 24+1 ⁄ 2  in) es idéntico a la mayoría de las ruedas de bicicletas de carretera, híbridas y de turismo, pero normalmente están reforzadas para una mayor durabilidad en la conducción todoterreno. El neumático promedio de una bicicleta de montaña de 29 pulgadas es ISO 59-622, lo que corresponde a un diámetro exterior de aproximadamente 29,15 pulgadas (740 mm).

32 pulgadas / ISO 686

Las ruedas de 32 pulgadas se han utilizado en monociclos y se han adaptado a las bicicletas para crear bicicletas más proporcionadas para ciclistas más altos. ^[39]

36 pulgadas / ISO 787

Se han desarrollado ruedas de 36 pulgadas para crear bicicletas más proporcionadas para ciclistas más altos. ^[40]

Hay dos tamaños de ruedas distintos, que se describen como 20 pulgadas, y ambos se utilizan en el deporte BMX.

Las ruedas de BMX, generalmente de 20 pulgadas de diámetro (diámetro de llanta de 406 mm), son pequeñas por varias razones: son adecuadas para ciclistas jóvenes y pequeños; su menor costo es compatible con bicicletas económicas; el tamaño las hace más fuertes para soportar las cargas adicionales generadas por los saltos y acrobacias de BMX; y para reducir la inercia rotacional para una aceleración más fácil de la rueda.

Nominalmente, 20 x 1-1/8″ o 20 x 1-3/8″, con un diámetro de llanta de 451 mm. Están pensadas para carreras de ciclistas de BMX ligeros y, a veces, se las denomina "skinnies". El tamaño también se utiliza en bicicletas plegables o de compras británicas clásicas.

Antes de que se hicieran esfuerzos para estandarizar y mejorar la compatibilidad entre ruedas y neumáticos, existían llantas y neumáticos de distintos tipos y tamaños. La Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Organización Técnica Europea de Neumáticos y Llantas (ETRTO) definen un sistema moderno e inequívoco de designaciones de tamaños y procedimientos de medición para distintos tipos de neumáticos y llantas en la norma internacional ISO 5775. Por ejemplo:

• En el caso de los neumáticos con borde de alambre, la designación ISO indica el ancho del neumático inflado y el "diámetro del asiento del talón", ambos en milímetros y separados por un guión: 37-622 . El diámetro del asiento del talón (BSD) es el diámetro de la superficie de la llanta sobre la que se asienta el talón del neumático.
• Para las llantas, la designación ISO enumera el diámetro del asiento del talón de la llanta y el ancho interior de la llanta, ambos en milímetros y separados por una cruz, junto con un código de letras para el tipo de llanta (por ejemplo, "C" = tipo crochet): 622x19C

En la práctica, la mayoría de los neumáticos (y cámaras de aire) que se venden hoy en día llevan, además de la designación moderna ISO 5775-1, algunas marcas de tamaño históricas, que todavía se utilizan ampliamente:

• antigua denominación francesa de neumáticos que se basaba en el diámetro exterior aproximado del neumático inflado en milímetros. La norma industrial japonesa JIS D 9112 sigue proporcionando una definición oficial de las denominaciones francesas de neumáticos. Por ejemplo: 700×35 C.
• una antigua designación británica basada en pulgadas: 597 mm (26 × 1+1 ⁄ 4 ), 590 mm (26 × 1+3 ⁄ 8 ),630 mm (27 × 1+1 ⁄ 4 )y635 mm (28 × 1+1 ⁄ 2 )

La denominación más popular varía según la región y el tipo de bicicleta. Para obtener una tabla de equivalencias completa entre las marcas antiguas y las nuevas, consulte el artículo ISO 5775 , la tabla del Anexo A de la norma ISO 5772, así como Tire Sizing de Sheldon Brown .

La mayoría de las bicicletas de carretera y de competición actuales utilizan llantas de 622 mm de diámetro (700C), aunque las llantas 650C son populares entre los ciclistas más pequeños y los triatletas. El tamaño 650C tiene el tamaño de diámetro ISO de 571 mm. El tamaño 650B es de 584 mm y el 650A es de 590 mm. El 650B se promociona como el tamaño "lo mejor de ambos mundos" para el ciclismo de montaña. ^{[41] La mayoría de} las bicicletas de montaña para adultos utilizan ruedas de 26 pulgadas. Las bicicletas de montaña para jóvenes más pequeñas utilizan ruedas de 24 pulgadas. Las ruedas 700C ( 29 pulgadas) más grandes han gozado de cierta popularidad reciente entre los fabricantes de bicicletas todoterreno. Estas llantas tienen el mismo diámetro de asiento de talón que las ruedas 700C y, por lo general, son compatibles con cuadros de bicicleta y neumáticos diseñados para el estándar 700C; sin embargo, las llantas designadas como de 29 pulgadas están diseñadas para neumáticos más anchos que las llantas designadas como 700C, por lo que el espacio libre del cuadro puede ser un problema. El tamaño de rueda de 27 pulgadas (630 mm), que antes era popular, ahora es poco común.

Las bicicletas para niños suelen tener un tamaño que se basa principalmente en el diámetro de la rueda, en lugar de en la longitud del tubo del asiento (a lo largo de la entrepierna del ciclista). Por lo tanto, todavía se puede encontrar una amplia gama de ruedas de bicicleta pequeñas, que van desde 239 mm (9,4 pulgadas) de diámetro hasta 400 mm (16 pulgadas).

También se encuentran tamaños de ruedas más pequeños en bicicletas plegables para minimizar el tamaño plegado. Estos varían de diámetro de 16 pulgadas (por ejemplo, Brompton ) a 20 pulgadas (por ejemplo, Bike Friday ) e incluso hasta 26 pulgadas.

Las llantas también vienen en una variedad de anchos para brindar un rendimiento óptimo para diferentes usos. Las llantas de carreras de alto rendimiento son estrechas, de aproximadamente 18 mm. Los neumáticos para turismo o todoterreno más anchos requieren llantas de 24 mm de ancho o más. ^[42]

La rueda común de "26 pulgadas" utilizada en bicicletas de montaña y bicicletas de playa es de tamaño estadounidense y utiliza una llanta de 559 mm, tradicionalmente con bordes en forma de gancho.

Hay otros cuatro tamaños de "26 pulgadas" (denominación británica) o "650" (denominación francesa), desde los neumáticos más estrechos hasta los más anchos, que tradicionalmente miden todos el mismo diámetro exterior. ^{[37] [43]}

• 650 - ISO 32-597 (26 ⋅ 1+1 ⁄ 4 ) - Bicicletas deportivas británicas antiguas. Schwinns con neumáticos estrechos. ^[44]
• 650A - ISO 37-590 (26 ⋅ 1+3 ⁄ 8 ) - Común en muchos cuadros antiguos, desde los fabricados en Estados Unidos como Murray y Huffy hasta los fabricados en Inglaterra y Francia como Raleigh y Peugeot.
• 650B - ISO 40-584 (26 ⋅ 1+1 ⁄ 2 ) - También 650B demi-ballon. Tándems franceses, Porteurs, bicicletas de turismo ; disfrutando de un renacimiento. ^[38] (Las llantas de 584 mm con neumáticos de tacos ISO 56-584 de gran volumen, también conocidas como; globo, también se conocen como ruedas de bicicleta de montaña de 27,5 pulgadas )
• 650C - ISO 44-571 (26 ⋅ 1+3 ⁄ 4 ) - Anteriormente, de 47 mm de ancho en las bicicletas Schwinn cruisers y para bicicletas comerciales y de reparto británicas. Actualmente, ISO 28-571, el tamaño es el mismo, pero las ruedas más estrechas y de menor diámetro general están diseñadas para triatlón, contrarreloj y bicicletas de carretera pequeñas. ^[45]

Los anchos de los neumáticos y las designaciones de ancho ISO correspondientes pueden variar, aunque el diámetro exterior de la rueda sigue siendo aproximadamente el mismo. ^[46]

Tradicionalmente, existían cuatro tamaños diferentes de llantas de 28 pulgadas de diámetro, desde los neumáticos más estrechos hasta los más anchos, todas medían el mismo diámetro exterior, lo que coincide con cuatro familias diferentes de tamaños de neumáticos 700, estas son 700, 700A, 700B y 700C. Las llantas más grandes de estas (ISO 647mm/642mm) con los neumáticos más estrechos ya no están disponibles. ^{[37] [47] [48]}

Hay una serie de variables que determinan la resistencia a la rodadura: la banda de rodadura del neumático, el ancho, el diámetro, la construcción del neumático, el tipo de cámara (si corresponde) y la presión son todos importantes.

En igualdad de condiciones, las ruedas de diámetro más pequeño tienen una resistencia al rodamiento mayor que las ruedas de mayor tamaño. ^[49] "La resistencia al rodamiento aumenta casi en proporción a la disminución del diámetro de la rueda para una presión de inflado constante dada". ^[50]

Debido a que las ruedas rotan y se trasladan (se mueven en línea recta) cuando una bicicleta se mueve, se requiere más fuerza para acelerar una unidad de masa en la rueda que en el cuadro. En el diseño de ruedas, reducir la inercia rotacional tiene el beneficio de ruedas más reactivas y de aceleración más rápida. Para lograr esto, los diseños de ruedas emplean materiales de llanta más livianos, desplazan las cabecillas de los radios hacia el buje o usan cabecillas más livianas, como el aluminio. Sin embargo, tenga en cuenta que la inercia rotacional es un factor solo durante la aceleración (y la desaceleración/frenado). A velocidad constante, la aerodinámica es un factor significativo. Para las subidas, la masa total sigue siendo importante. Consulte Rendimiento de la bicicleta para obtener más detalles.

Las bridas del buje de las ruedas de bicicleta modernas con radios tensados ​​siempre están espaciadas más ampliamente que el lugar donde los radios se unen a la llanta. Cuando se observan en sección transversal, los radios y el buje forman un triángulo, una estructura que es rígida tanto vertical como lateralmente. En tres dimensiones, si los radios estuvieran cubiertos (visualice un papel que cubra los radios de cada lado), formarían dos conos o "platos". Cuanto mayor sea la separación entre las bridas del buje, más profundos serán los platos y más rígida y resistente puede ser la rueda lateralmente. Cuanto más verticales sean los radios, menos profundo será el plato y menos rígida será la rueda lateralmente.

Los platos a cada lado de una rueda no siempre son iguales. El engranaje (rueda libre o cassette) de una rueda trasera y los rotores de freno de disco, si están instalados, ocupan el ancho del buje, por lo que las bridas pueden no estar ubicadas simétricamente con respecto al plano central del buje o de la bicicleta. Dado que la llanta debe estar centrada, pero las bridas del buje no, existe una diferencia de plato entre los dos lados. Una rueda asimétrica de este tipo se denomina rueda "con plato". El lado de la rueda con menos plato tiene radios ligeramente más cortos pero significativamente más tensos que el lado con más plato. Se han probado varias técnicas diferentes para minimizar esta asimetría de los radios. Además de la geometría modificada del buje, algunas llantas tienen orificios de radios descentrados, y el montaje de radios comunes con curvatura en J en la brida del buje se puede modificar "hacia dentro" o "hacia fuera". ^[51]

Para medir la posición de la llanta con respecto al cubo se puede utilizar un soporte de centrado o un calibre de centrado. Por lo tanto, el término "centrado" también se utiliza para describir el proceso de centrado de la llanta en el cubo, incluso en el caso de ruedas simétricas. ^[52]

La rigidez de una rueda de bicicleta se puede medir en tres direcciones principales: radial, lateral y torsional. La rigidez radial es principalmente una medida de qué tan bien la rueda absorbe los baches de la superficie sobre la que rueda. La rigidez lateral, especialmente de la rueda delantera, influye en el manejo de la bicicleta. La rigidez torsional o tangencial es una medida de qué tan bien la rueda transmite las fuerzas de propulsión y frenado, si se aplican en el buje, como en el caso de los frenos de buje o de disco.

Varios factores afectan estas rigideces en distintos grados. Entre ellos se incluyen el radio de la rueda, la rigidez a la torsión y a la flexión de la llanta, el número de radios, el calibre de los radios, el patrón de encordado, la rigidez del buje, el espaciado de las bridas del buje y el radio del buje. ^[53] En general, la rigidez lateral y radial disminuye con el número de cruces de radios y la rigidez a la torsión aumenta con el número de cruces de radios. Un factor que tiene poca influencia en estas rigideces es la tensión de los radios. ^[54]

Sin embargo, una tensión excesiva en los radios puede provocar una falla catastrófica en forma de pandeo . ^[55] El "factor más significativo que afecta la rigidez del sistema de radios laterales" es el ángulo entre los radios y el plano medio de la rueda. Por lo tanto, cualquier cambio que aumente este ángulo, como aumentar el ancho del buje, manteniendo todos los demás parámetros constantes, aumenta la resistencia al pandeo. ^[56]

Wikilibros tiene un libro sobre el tema: Física de secundaria/Movimiento rotacional

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Ruedas de bicicleta .

• Construcción de ruedas de bicicleta por Sheldon Brown
• Sistemas de medición de neumáticos de Sheldon Brown