Cuadro de bicicleta

El cuadro de una bicicleta es el componente principal de la misma , sobre el que se montan las ruedas y otros componentes . El diseño moderno y más común de un cuadro de bicicleta vertical se basa en el de la bicicleta de seguridad y consta de dos triángulos : un triángulo principal y un triángulo trasero emparejado. Esto se conoce como cuadro de diamante . ^[1] Los cuadros deben ser fuertes, rígidos y ligeros, lo que se consigue combinando diferentes materiales y formas.

Un conjunto de cuadros consta del marco y la horquilla de una bicicleta y, a veces, incluye el juego de dirección y la tija del sillín . ^[2] Los fabricantes de cuadros a menudo producen el marco 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 se usan comúnmente en la actualidad.

En el cuadro de diamante, el "triángulo" principal no es en realidad un triángulo, ya que está formado por cuatro tubos: el tubo de dirección, el tubo superior, el tubo inferior y el tubo del asiento. El triángulo trasero está formado por el tubo del asiento unido por vainas inferiores y tirantes inferiores.

El tubo de dirección contiene el juego de dirección , la interfaz con la horquilla . El tubo superior conecta el tubo de dirección con el tubo del asiento en la parte superior. El tubo superior puede estar colocado horizontalmente (paralelo al suelo) o puede inclinarse hacia abajo en dirección al tubo del asiento para obtener más espacio libre. El tubo inferior conecta el tubo de dirección con la caja del pedalier .

El triángulo trasero se conecta a los extremos de la horquilla trasera , donde se fija la rueda trasera. Está formado por el tubo del asiento y los tirantes de la cadena y del asiento. Los tirantes de la cadena conectan el soporte del pedalier a los extremos de la horquilla trasera. Los tirantes del asiento conectan la parte superior del tubo del asiento (a menudo en el mismo punto que el tubo superior o cerca de él) 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 asiento en lugar de en la parte superior, lo que daba como resultado una altura de entrepierna más baja. Esto era para permitir que la ciclista se desmontara mientras usaba 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 mixto .

En un cuadro de bicicleta cantilever, los tirantes del asiento continúan más allá del poste del asiento y se curvan hacia abajo para encontrarse con el tubo inferior. ^[4] Los cuadros cantilever son populares en las bicicletas cruiser , las bicicletas lowrider y las bicicletas con ruedas . En muchos cuadros cantilever, los únicos tubos rectos son el tubo del asiento y el tubo de dirección.

La bicicleta reclinada desplaza las bielas hacia delante del ciclista en lugar de hacia abajo, 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 ciclismo en Francia en 1934 para evitar que las bicicletas con cuadro de diamante quedaran obsoletas en las carreras, ^[5] la fabricación de bicicletas reclinadas siguió deprimida durante otro medio siglo, pero en 2000 ya había muchos modelos disponibles de diversos fabricantes.

La poco común posición prona de la bicicleta mueve las bielas hacia la parte trasera del ciclista, lo que da como resultado una posición de conducción con la cabeza hacia adelante y el pecho hacia abajo.

Un cuadro de cross consta principalmente de dos tubos que forman una cruz: un tubo de asiento desde el soporte del 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 imagen.

Un marco monocasco consiste únicamente en una carcasa hueca sin estructura interna. ^[8]

Los cuadros de bicicletas plegables se caracterizan por la capacidad de plegarse en una forma compacta para su transporte o almacenamiento.

Los cuadros de bicis penny-farthing se caracterizan por tener una rueda delantera grande y una rueda trasera pequeña. ^{[9] [10]}

Los cuadros tándem y sociales admiten varios ciclistas.

Existen muchas variaciones del diseño básico del marco de diamante.

• Cuadros sin tubos de sillín, como el Trek Y-Foil, el Zipp 2001 , el Kestrel Airfoil y la mayoría de los cuadros de Softride .
• Cuadros sin tubos superiores como el "Old Faithful" de Graeme Obree .
• Cuadros que utilizan cables para los elementos que solo están bajo tensión, como la bicicleta Dursley Pedersen en la imagen, la Pocket Bicycle , la Viva Wire 2009, ^[11] la Wire Bike del diseñador Ionut Predescu, ^[12] o la serie Slingshot Bicycles fold-tech. ^[13]
• Cuadros con aros que sustituyen el tubo del asiento, las vainas de la cadena y los tirantes del asiento: llamados "roundtail" ^{[14] [15]}
• La bicicleta con vainas elevadas fue popular a principios de los años 90. Presentaba un triángulo trasero con vainas inferiores elevadas, lo que eliminaba la necesidad de pasar la cadena por el cuadro trasero. Esto permitía una distancia entre ejes más corta y un mejor manejo durante los ascensos técnicos, a costa de comprometer la integridad y, como resultado, aumentar la flexión del pedalier (a menos que estuviera reforzado) en comparación con un cuadro con vainas tradicionales. ^[16]

El artículo sobre tipos de ciclo describe variaciones adicionales.

También es posible añadir acopladores durante la fabricación o como equipamiento posterior para poder desmontar el bastidor en piezas más pequeñas y facilitar el embalaje y el viaje.

El cuadro en forma de diamante 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 inferior y el tubo del asiento. El triángulo trasero consta del tubo del asiento y de vainas 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 juego de dirección integrado, los cojinetes de cartucho interactúan directamente con la superficie en el interior del tubo de dirección; en los juegos de dirección no integrados, los cojinetes (con cartucho o sin él) 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 asiento.

En un cuadro de diamante con geometría tradicional, el tubo superior es horizontal (paralelo al suelo). En un cuadro de geometría compacta, el tubo superior normalmente está inclinado hacia abajo, en dirección al tubo del asiento, para lograr un espacio libre adicional. En un cuadro de bicicleta de montaña , el tubo superior casi siempre está inclinado hacia abajo, en dirección al tubo del asiento. Los tubos superiores con una inclinación radical que comprometen la integridad del cuadro de diamante tradicional pueden requerir tubos de refuerzo adicionales, una construcción de cuadro alternativa o materiales diferentes para lograr una resistencia equivalente. ^{[19] [20] [21]} ( Consulte Bicicletas de carretera y triatlón para obtener más información sobre geometrías ) .

Los cuadros de cuadro abierto suelen tener un tubo superior que desciende abruptamente para permitir que el ciclista suba y baje de la bicicleta con mayor facilidad. Los diseños alternativos de cuadro abierto pueden incluir la eliminación total del tubo superior, como en los diseños de cuadro principal monocasco que utilizan un tubo de asiento separado o articulado, y tubos superiores gemelos que continúan hasta los extremos de la horquilla trasera, como en el caso del cuadro mixto . Estas alternativas al cuadro de diamante brindan una mayor versatilidad, aunque a expensas de un peso adicional para lograr una resistencia y rigidez equivalentes. ^{[19] [20]}

Los cables de control se colocan a lo largo de los soportes del tubo superior o, a veces, por dentro del tubo superior. Lo más habitual es que esto incluya el cable del freno trasero, pero algunas bicicletas de montaña y bicicletas híbridas también colocan los cables del desviador delantero y trasero a lo largo del tubo superior. El tendido por dentro, que antes solo estaba presente en los rangos de precios más altos, protege los cables de daños y suciedad, que pueden, por ejemplo, hacer que el cambio de marchas no sea fiable. ^[22]

El espacio entre el tubo superior y la ingle del ciclista cuando está sentado en la bicicleta y de pie sobre el suelo se denomina espacio libre. La altura total desde el suelo hasta este punto se denomina palanca de altura.

El tubo inferior conecta el tubo de dirección con la caja del pedalier. En las bicicletas de carreras y algunas bicicletas de montaña e híbridas, los cables del desviador pasan a lo largo del tubo inferior o por dentro de este. En las bicicletas de carreras más antiguas, las palancas de cambio se montaban en el tubo inferior. En las más nuevas, se montan con las palancas de freno en el manillar.

Los soportes para portabotellas también se encuentran en el tubo inferior, normalmente en el lado superior, a veces también en el lado inferior. Además de los portabotellas, también se pueden colocar pequeñas bombas de aire en estos soportes.

El tubo del asiento contiene la tija del sillín de la bicicleta, que se conecta al sillín. La altura del sillín se puede ajustar modificando la distancia hasta la que se inserta la tija del sillín en el tubo del sillín. En algunas bicicletas, esto se consigue mediante una palanca de liberación rápida . La tija del sillín debe insertarse al menos a una determinada longitud; esto está marcado con una marca de inserción mínima .

El tubo del asiento también puede tener soportes soldados para un portabotellas o un desviador delantero .

Las vainas corren paralelas a la cadena, conectando la caja del pedalier (que sostiene el eje alrededor del cual giran los pedales y las bielas) con los extremos o punteras de la horquilla trasera. Una vaina más corta generalmente significa que la bicicleta acelerará más rápido y será más fácil de subir cuestas, al menos mientras el ciclista puede evitar que la rueda delantera pierda contacto con el suelo. ^[22]

Cuando el cable del desviador trasero se coloca parcialmente a lo largo del tubo inferior, también se coloca a lo largo de la vaina. En ocasiones (principalmente en cuadros fabricados a partir de fines de los años 90), se colocan soportes para frenos de disco en las vainas. Puede haber un pequeño soporte que conecta las vainas por delante de la rueda trasera y detrás de la caja del pedalier, llamado "puente de vainas".

Las vainas pueden diseñarse con tubos cónicos o no cónicos. Pueden tener relieve, ser ovaladas, onduladas, tener forma de S o estar elevadas para permitir un espacio adicional para la rueda trasera, la cadena, las bielas o el talón del pie.

Los tirantes del asiento conectan la parte superior del tubo del asiento (a menudo en el mismo punto que el tubo superior o cerca de él) 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 desviador trasero se coloca parcialmente a lo largo del tubo superior, también suele colocarse a lo largo del tirante del asiento.

A lo largo de los años se han introducido muchas alternativas al diseño tradicional de los tirantes del asiento. Un estilo de tirantes del asiento que se extiende hacia delante del tubo del asiento, por debajo del extremo trasero del tubo superior y se conecta al tubo superior por delante del tubo del asiento, creando un pequeño triángulo, se llama tirantes helénicos 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 tirantes del asiento se popularizó de nuevo 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 hacía que el triángulo trasero fuera mucho más rígido (una ventaja en las carreras); este elemento de diseño también se ha utilizado en sus cuadros de bicicleta de montaña por razones similares.

En 2012, Volagi Cycles patentó una variación del tradicional tirante de asiento que evita el tubo del asiento y se conecta más profundamente en el tubo superior . ^[24] Este elemento del cuadro agregó longitud al diseño tradicional de los tirantes de asiento, lo que genera un andar más suave a costa de sacrificar la rigidez del cuadro.

Otra variante común de tirantes de asiento es el de horquilla , el de un solo asiento o el de monotirante , ^[25] que une los tirantes justo por encima de la rueda trasera en un monotubo que se une al tubo del asiento. Un diseño de horquilla añade rigidez vertical sin aumentar la rigidez lateral, generalmente un rasgo indeseable para bicicletas con ruedas traseras sin suspensión. ^[26] El diseño de horquilla es más apropiado cuando se utiliza como parte de un subchasis de triángulo trasero en una bicicleta con suspensión trasera independiente.

Un tirante doble se refiere a tirantes que se unen al 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 posterior en lugar de en los lados del tubo. ^[27]

En la mayoría de los tirantes, se suele utilizar un puente o abrazadera para conectar los tirantes por encima de la rueda trasera y por debajo de la conexión con el tubo del asiento. Además de proporcionar rigidez lateral, este puente proporciona un punto de montaje para frenos traseros, guardabarros y portaequipajes. Los tirantes del asiento también pueden estar equipados con soportes de freno. Los soportes de freno suelen estar ausentes en los tirantes de piñón fijo o de bicicletas de pista.

La caja del pedalier es un tubo corto y de gran diámetro, en relación con los demás tubos del cuadro, que corre de lado a lado y sostiene el pedalier . Por lo general, está roscado, a menudo con rosca a la izquierda en el lado derecho (de transmisión) de la bicicleta para evitar que se afloje por precesión inducida por el desgaste , y con rosca a la derecha en el lado izquierdo (no 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 dividido. Las vainas, el tubo del asiento y el tubo inferior generalmente se conectan a la caja 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; las bicicletas de montaña de modelos tempranos utilizan 73 mm; los modelos posteriores (1995 y más nuevos) utilizan 68 mm con mayor frecuencia. Algunas bicicletas modernas tienen anchos de carcasa de 83 o 100 mm y son para aplicaciones especializadas de ciclismo de montaña en descenso o snowbike . El ancho de carcasa influye en el factor Q o la banda de rodadura de la bicicleta. Existen 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 caja 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 de un cuadro . Al comparar distintas geometrías de cuadros, los diseñadores suelen comparar el ángulo del tubo del asiento, el ángulo del tubo de dirección, la longitud del tubo superior (virtual) y la longitud del tubo del asiento. Para completar la especificación de una bicicleta para su uso, el ciclista ajusta las posiciones relativas del sillín, los pedales y el manillar:

• altura del sillín , la distancia desde el centro del soporte del pedalier hasta el punto de referencia en la parte superior de la mitad del sillín. ^[29]
• pila , la distancia vertical desde el centro del soporte del pedalier hasta la parte superior del tubo de dirección. ^[30]
• alcance , la distancia horizontal desde el centro del soporte del pedalier hasta la parte superior del tubo de dirección. ^[31]
• caída del eje pedalier , la distancia a la que el centro del eje pedalier se encuentra por debajo del nivel del buje trasero. ^[32]
• caída del manillar , la distancia vertical entre la referencia en la parte superior del sillín y el manillar. ^[33]
• retroceso del sillín , la distancia horizontal entre la parte delantera del sillín y el centro del pedalier. ^[34]
• altura de entrepierna , la altura del tubo superior sobre el suelo. ^[35]
• centro delantero , la distancia desde el centro del soporte del pedalier hasta el centro del buje delantero. ^[36]
• superposición de los dedos del pie , la cantidad en que los pies pueden interferir con la dirección de la rueda delantera. ^[37]

La geometría del cuadro depende del uso previsto. Por ejemplo, una bicicleta de carretera colocará el manillar en una posición más baja y alejada del sillín, lo que proporciona una posición de conducción más agachada; mientras que una bicicleta utilitaria hace hincapié en la comodidad y tiene manillares más altos, lo que da como resultado una posición de conducción erguida.

La geometría del cuadro también afecta a 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 asiento 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 cuadros que existen ahora también ha dado lugar a otros métodos de medición del tamaño del cuadro. ^[38] Los cuadros de turismo tienden a ser más largos, mientras que los cuadros de carreras son más compactos.

Una bicicleta de carreras está diseñada para una transferencia de potencia eficiente con un peso y una resistencia mínimos. En términos generales, la geometría de una bicicleta de carreras se clasifica como geometría tradicional con un tubo superior horizontal o geometría compacta con un tubo superior inclinado.

Los cuadros de carretera con geometría tradicional suelen asociarse a una mayor comodidad y estabilidad, y suelen 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 reduce la altura de entrepierna y, por lo tanto, aumenta la distancia entre ejes y baja el centro de gravedad. Las opiniones están divididas sobre las ventajas de conducción de los cuadros compactos, 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 competición suelen tener un ángulo de tubo de asiento más pronunciado , medido desde el plano horizontal. Esto posiciona al ciclista aerodinámicamente y, posiblemente, en una posición de pedaleo más fuerte. La contrapartida es la comodidad. Las bicicletas de turismo y de confort suelen tener un ángulo de tubo de asiento más relajado (menos vertical). Esto coloca al ciclista más sobre los huesos de la cadera y quita peso de las muñecas, los brazos y el cuello y, en el caso de los hombres, mejora la circulación en las zonas urinaria y reproductiva. Con un ángulo más relajado, los diseñadores alargan la vaina de la cadena para que el centro de gravedad (que de otro modo estaría más atrás sobre la rueda) se reposicione de forma más ideal sobre el centro del cuadro de la bicicleta. La mayor distancia entre ejes contribuye a una absorción de impactos eficaz. En las modernas bicicletas de turismo y de confort fabricadas en serie, el ángulo del tubo del asiento es insignificantemente más relajado, tal vez para reducir los costos de fabricación al evitar la necesidad de reiniciar las plantillas de soldadura en procesos automatizados, y por lo tanto no brindan la comodidad de los cuadros hechos tradicionalmente o a medida que tienen ángulos de tubo del asiento notablemente más relajados.

Las bicicletas de carretera que se utilizan en las carreras autorizadas por la UCI se rigen por la normativa de la UCI , que establece, entre otras cosas, que el cuadro debe estar formado por dos triángulos. Por tanto, no se permiten diseños que carezcan de tubo de sillín o tubo superior.

Los cuadros específicos para triatlón o contrarreloj hacen girar al ciclista hacia delante alrededor del eje del pedalier de la bicicleta, en comparación con los cuadros de las bicicletas de carretera estándar. Esto se hace para colocar al ciclista en una posición aún más baja y más aerodinámica. Si bien el manejo y la estabilidad son menores, estas bicicletas están diseñadas para usarse en entornos con menos aspectos de conducción en grupo. Estos cuadros tienden a tener ángulos pronunciados en el tubo del asiento y tubos de dirección bajos, y una distancia entre ejes más corta para el alcance correcto desde el sillín hasta el manillar. Además, dado que no están regulados por la UCI, algunas bicicletas de triatlón, como Zipp 2001 , Cheetah y Softride, tienen diseños de cuadro no tradicionales, que pueden producir una mejor aerodinámica.

Los cuadros de pista tienen mucho en común con los cuadros de carretera y contrarreloj, pero vienen con extremos de horquilla trasera horizontales orientados hacia atrás, ^[39] en lugar de punteras, ^[40] para permitir que uno ajuste la posición de la rueda trasera horizontalmente para establecer la tensión adecuada de la cadena. El espaciado del buje trasero 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, típicamente 50-60 milímetros (2,0-2,4 pulgadas). Además, el ángulo del tubo del asiento es más pronunciado que en las bicicletas de carreras de carretera.

Para lograr un mayor confort de marcha y una mejor maniobrabilidad, se suelen utilizar amortiguadores ; existen diversas variantes, entre ellas, los modelos con suspensión total , que absorben los impactos de las ruedas delanteras y traseras, y los modelos con suspensión delantera únicamente ( hardtails ), que absorben los impactos de la rueda delantera únicamente. El desarrollo de sofisticados sistemas de suspensión en la década de 1990 dio lugar rápidamente a numerosas modificaciones del clásico cuadro de diamante.

Las bicicletas de montaña recientes ^{[¿ cuándo? ]} con sistemas de suspensión trasera tienen un triángulo trasero pivotante para accionar el amortiguador trasero. Existe una gran variación entre 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 tienen tradicionalmente un ángulo de tubo de dirección y de asiento bastante relajado de unos 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 la horquilla larga, a menudo de unas 3 pulgadas (76 mm en comparación con los 40 mm de la mayoría de las bicicletas de carretera). Este estilo de cuadro ha tenido un resurgimiento en popularidad en los últimos años debido a su mayor comodidad en comparación con las bicicletas de montaña o de carretera. Una variación de este tipo de bicicleta es la "roadster deportiva" (también conocida como "roadster ligera"), que normalmente tiene un cuadro más ligero y un ángulo de tubo de dirección y de asiento ligeramente más pronunciado de unos 70 a 72 grados.

Históricamente, el material más común para los tubos de un cuadro de bicicleta ha sido el acero. Los cuadros de acero pueden estar hechos de distintos grados de acero, desde acero al carbono muy económico hasta aleaciones de acero al cromo molibdeno más costosas y de mayor calidad . Los cuadros también pueden estar hechos de aleaciones de aluminio, titanio, fibra de carbono e incluso bambú y cartón . Ocasionalmente, los cuadros con forma de diamante (en forma de diamante) se han formado a partir de secciones distintas a los tubos. Estos incluyen vigas en I y monocasco . Los materiales que se han utilizado en estos cuadros incluyen madera (sólida 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 densidad (o gravedad específica ) es una medida de qué tan liviano o pesado es el material por unidad de volumen.
• La rigidez (o módulo elástico ) puede, en teoría, afectar la comodidad de la marcha y la eficiencia de la transmisión de potencia. En la práctica, debido a que incluso un cuadro muy flexible es mucho más rígido que los neumáticos y el sillín, la comodidad de la marcha es, en última instancia, más un factor de elección del sillín, la geometría del cuadro, la elección de los neumáticos y el ajuste de la bicicleta. La rigidez lateral es mucho más difícil de lograr debido al perfil estrecho de un cuadro, y demasiada flexibilidad puede afectar a la transmisión de potencia, principalmente a través del roce de los neumáticos en la carretera debido a la distorsión del triángulo trasero, el roce de los frenos en las llantas y el roce de la cadena en los mecanismos de engranajes. En casos extremos, los engranajes pueden cambiar por sí solos cuando el ciclista aplica un alto par fuera del sillín.
• La resistencia al rendimiento determina cuánta fuerza se necesita para deformar permanentemente el material (para lograr resistencia a los choques ).
• El alargamiento determina cuánta deformidad permite el material antes de agrietarse (para resistir choques).
• El límite de fatiga y el límite de resistencia determinan la durabilidad del cuadro cuando se lo somete a tensiones cíclicas provocadas por el pedaleo o los baches del recorrido.

La ingeniería de tubos y la geometría del marco pueden superar muchas de las deficiencias percibidas de estos materiales particulares.

Los materiales del marco se enumeran según su uso común.

Los cuadros de acero suelen construirse utilizando varios tipos de aleaciones de acero, incluido el cromo molibdeno . Son resistentes, fáciles de trabajar y relativamente económicos. Sin embargo, son más densos (y, por lo tanto, generalmente más pesados) que muchos otros materiales estructurales. Es común (a partir de 2018, en las bicicletas híbridas para uso diario) utilizar acero para las horquillas 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 clásico de construcción tanto para bicicletas de carretera como de montaña utiliza tubos de acero cilíndricos estándar que se conectan con orejetas . Las orejetas son accesorios hechos de piezas de acero más gruesas. Los tubos se ajustan a 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 (la soldadura fuerte de plata en particular) tenían un impacto negativo menor en la resistencia de los tubos que la soldadura a alta temperatura, lo que permitía utilizar tubos relativamente ligeros 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 se mejoran con las altas temperaturas de soldadura, lo que ha permitido que tanto la soldadura TIG como la MIG dejen de lado la construcción con orejetas en todas las bicicletas, excepto en unas pocas de gama alta. Las bicicletas con cuadros con orejetas más caras tienen orejetas que se liman a mano en formas elegantes, tanto para ahorrar peso como un signo de artesanía. A diferencia de los bastidores soldados con MIG o TIG, un bastidor 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 anticorrosión pueden prevenir eficazmente la oxidación), el bastidor con orejetas 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 de acero cilíndricos conectados mediante soldadura TIG , que no requiere orejetas para mantener los tubos juntos. En cambio, los tubos del cuadro se alinean con precisión en una plantilla y se fijan en su lugar hasta que se completa la soldadura. La soldadura fuerte de filete es otro método de unir tubos de cuadro sin orejetas. Es más laborioso y, en consecuencia, es menos probable que se utilice para cuadros de producción. Al igual que con la soldadura TIG, los tubos del cuadro de filete se entallan o ingletean con precisión ^{[43] [44]} y luego se suelda un filete de latón en la unión, similar al proceso de construcción con orejetas. Un cuadro con soldadura fuerte de filete puede lograr una mayor unidad estética (apariencia curva suave) que un cuadro soldado.

Entre los marcos de acero, el uso de tubos conificados reduce el peso y aumenta el costo. El conificado significa que el espesor de la pared de los tubos cambia de grueso en los extremos (para mayor resistencia) a más delgado en el medio (para un peso más liviano).

Los cuadros de bicicleta de acero más baratos están hechos de acero dulce, también llamado acero de alta resistencia , como el que se puede utilizar 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 aleaciones de acero cromo - molibdeno o "chromoly") que se pueden convertir en tubos livianos con espesores de pared muy delgados. Uno de los aceros antiguos más exitosos fue Reynolds "531" , un acero de aleación de manganeso -molibdeno. Ahora es más común el 4130 ChroMoly o aleaciones similares. Reynolds y Columbus son dos de los fabricantes más famosos de tubos para bicicletas. Unas pocas bicicletas de calidad media usaban estas aleaciones de acero solo para algunos de los tubos del cuadro. Un ejemplo fue la Schwinn Le tour (al menos ciertos modelos), que usaba acero cromo-molibdeno para los tubos superior e inferior, pero usaba acero de menor calidad para el resto del cuadro.

Un cuadro de acero de alta calidad suele ser más ligero que un cuadro de acero normal. En igualdad de condiciones, esta pérdida de peso puede mejorar la aceleración y el rendimiento de la bicicleta en subidas.

Si se ha perdido la etiqueta de los tubos, se puede reconocer un cuadro de acero de alta calidad (cromo o manganeso) golpeándolo con fuerza con un movimiento rápido de la uña. Un cuadro de alta calidad producirá un sonido similar al de una campana, mientras que un cuadro de acero de calidad normal producirá un sonido sordo. También se pueden reconocer por su peso (alrededor de 2,5 kg para el cuadro y las horquillas) y el tipo de tacos y extremos de horquilla utilizados.

Las aleaciones de aluminio tienen una densidad y una resistencia menores en comparación con las aleaciones de acero; sin embargo, poseen una mejor relación resistencia-peso, lo que les da 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 la técnica de soldadura imperfecta que se utiliza. Esto contrasta con algunas aleaciones de acero y titanio, que tienen límites de fatiga claros y son más fáciles de soldar o de soldar con soldadura fuerte. Sin embargo, algunas de estas desventajas se han mitigado desde entonces con una mano de obra más calificada capaz de producir soldaduras de mejor calidad, la automatización y la 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 más populares para los cuadros de bicicletas son el aluminio 6061 y el aluminio 7005 .

El tipo de construcción más popular en la actualidad utiliza tubos de aleación de aluminio que se conectan entre sí mediante soldadura TIG (gas inerte de tungsteno) . Los cuadros de bicicleta de aluminio soldados comenzaron a aparecer en el mercado recién después de que este tipo de soldadura se volvió económico en la década de 1970.

El aluminio tiene un espesor de pared óptimo diferente al del acero. Es más resistente en una proporción de alrededor de 200:1 (diámetro:espesor de pared), mientras que el acero es una pequeña fracción de eso. Sin embargo, en esta relación, el espesor de 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, que ofrece una relación de espesor de pared a diámetro que no es de la máxima eficiencia, pero nos da tubos de gran tamaño de proporciones aerodinámicamente más razonables y aceptables y una buena resistencia al impacto. Esto da como resultado un cuadro que es significativamente más rígido que el acero. Si bien muchos ciclistas afirman que los cuadros de acero brindan una conducción más suave que el aluminio porque los cuadros de aluminio están diseñados para ser más rígidos, esa afirmación es de 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 tela de juicio la afirmación de que los cuadros de aluminio tienen una mayor rigidez vertical. ^[45] Por otro lado, la rigidez lateral y de torsión (torsional) mejora la aceleración y el manejo en algunas circunstancias.

Los cuadros de aluminio suelen tener un peso menor que el de acero, aunque no siempre es así. Un cuadro de aluminio de baja calidad puede ser más pesado que un cuadro de acero de alta calidad. Algunos fabricantes utilizan tubos de aluminio conificados (en los que el espesor de las paredes de las secciones intermedias es menor que el de las secciones finales) para ahorrar peso. Los tubos no redondos se utilizan por diversas razones, como la rigidez, la aerodinámica y el marketing. Las distintas formas se centran en uno u otro de estos objetivos, y rara vez logran todos.

El titanio es un material relativamente especializado para los cuadros de bicicleta. Tiene muchas características deseables, entre ellas una alta resistencia específica , un alto límite de fatiga y una excelente resistencia a la corrosión. ^[46] Aunque no es tan ligero como la fibra de carbono, el titanio puede proporcionar una calidad de conducción más agradable, 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 coste de material y es más difícil de mecanizar que el acero o el aluminio, lo que se traduce en cuadros relativamente caros en comparación con el acero, el aluminio y la fibra de carbono. ^{[47] [48]}

Los cuadros 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 titanio para bicicletas es la 3AL-2.5V (3,5 % de aluminio y 2,5 % de vanadio ), seguida de la 6AL-4V (6 % de aluminio y 4 % de 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 permiten 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 utiliza comúnmente para los cuadros de las bicicletas. ^{[50] [51] [52] [53]} Aunque es caro, es ligero, resistente a la corrosión y fuerte, y se puede moldear en casi cualquier forma deseada. El resultado es un cuadro que se puede ajustar para lograr una resistencia específica donde se necesita (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 incluso se pueden diseñar con tubos individuales que sean fuertes en una dirección (como lateralmente), mientras que sean flexibles en otra dirección (como verticalmente). La capacidad de diseñar un tubo compuesto individual con propiedades que varíen según la orientación no se puede lograr con ninguna construcción de cuadro de metal que se encuentre 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 cuadro de acero con orejetas. Otro tipo de cuadros de fibra de carbono se fabrican en una sola pieza, llamada 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 fuerte que el aluminio, cuando se somete a una carga de fuerza general (sometiendo al cuadro tanto a tensión como a compresión), y resistencia al impacto. ^[55] Si bien los cuadros de carbono pueden ser livianos y fuertes, pueden tener una resistencia al impacto menor en comparación con otros materiales y pueden ser propensos a dañarse si se chocan o se manipulan mal. El agrietamiento y la falla pueden ser resultado 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 se pueden controlar bien con buenas prácticas de diseño. Es posible reparar cuadros de carbono rotos, pero debido a preocupaciones de seguridad, solo debe realizarse por empresas profesionales con los estándares más altos posibles. ^[58]

Muchas bicicletas de competición diseñadas para carreras contrarreloj individuales y triatlones emplean una construcción de materiales compuestos porque el cuadro puede tener un perfil aerodinámico que no es posible con tubos cilíndricos o resultaría 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 añadir otros materiales además de la fibra de carbono, como el boro metálico, a la matriz para mejorar aún más la rigidez. ^{[ cita requerida ]} Algunos cuadros de alta gama más nuevos están incorporando fibras de Kevlar en los tejidos de carbono para mejorar la amortiguación de las vibraciones y la resistencia al impacto, particularmente en los tubos inferiores, los tirantes del asiento y las vainas de la cadena.

Los termoplásticos son una categoría de polímeros que se pueden recalentar y remodelar, y existen 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 termoendurecibles 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 tejían de forma suelta en un tubo junto con fibras de termoplástico. Este tubo se colocaba en un molde con una vejiga en el interior que luego se inflaba para forzar el tubo de carbono y plástico contra el interior del molde. Luego, el molde se calentaba para fundir el termoplástico. Una vez que el termoplástico se enfriaba, se retiraba del molde en su forma final.

Un puñado de cuadros de bicicleta 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 forma novedosa de cuadro que se fundía a presión en una sola pieza y estaba compuesto de vigas en I en lugar de tubos. Una empresa, Kirk Precision Ltd, se estableció en Gran Bretaña para fabricar cuadros de bicicletas de carretera y de montaña con esta tecnología. Sin embargo, a pesar de cierto éxito comercial temprano, hubo problemas de 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 , generalmente denominado simplemente escandio para 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 diámetro más pequeño, lo que permite una mayor flexibilidad en el diseño del cuadro.

American Bicycle Manufacturing de St. Cloud, Minnesota, ofreció durante un breve período un cuadro fabricado con tubos de berilio (unidos a soportes de aluminio), con un precio de 26.000 dólares. Se decía que la conducción era muy dura, pero que el cuadro también era muy flexible lateralmente. ^[61]

Se han fabricado varios cuadros de bicicleta con tubos de bambú unidos con uniones de metal o de materiales compuestos. El atractivo estético ha sido a menudo un factor motivador tanto como las características mecánicas. ^{[62] [63]}

Se han fabricado varios cuadros de bicicleta con madera, ya sea maciza o laminada. Aunque uno de ellos sobrevivió a los 265 agotadores kilómetros de la carrera París-Roubaix , el atractivo estético ha sido a menudo un factor motivador tanto como las características de conducción. ^[64] La madera se utiliza para fabricar bicicletas en África Oriental. ^[65] El cartón también se ha utilizado para los cuadros de bicicleta. ^[66]

La combinación de diferentes materiales puede proporcionar la rigidez, la flexibilidad o la amortiguación deseadas en diferentes áreas mejor que lo que se puede lograr 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 inferior y vainas de metal con tubo superior, tubo del asiento y vainas de carbono. ^[67] Otra es un triángulo principal y vainas de metal con solo vainas de carbono. ^[68] Las horquillas de carbono se han vuelto muy comunes en las bicicletas de carreras de todos los materiales de cuadro. ^[69]

El artículo sobre tipos de bicicletas describe variaciones adicionales.

Los tubos conificados tienen un mayor grosor cerca de las uniones para lograr mayor resistencia y, al mismo tiempo, mantener un peso bajo con un material más delgado en el resto del tubo. Por ejemplo, el triple conificado significa que el tubo, generalmente de una aleación de aluminio, tiene tres grosores diferentes, con las secciones más gruesas en el extremo donde están soldadas. El mismo material se puede utilizar en los manillares.

Una variedad de pequeñas características ( orificios de montaje del portabotellas , salientes de cambio , topes de cable , clavijas de bomba , guías de cable , etc.) se describen como soldadas porque originalmente, y a veces todavía lo están, estaban soldadas . ^[70]

Muchas bicicletas, especialmente las de montaña, tienen suspensión.

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• La ciencia del ciclismo: cuadros y materiales del Exploratorium
• "Teoría revisionista del tamaño de la bicicleta" de Sheldon Brown: una explicación de las diferentes formas de medir el tamaño de los cuadros.
• Calculadora de tamaño de cuadro: una sencilla herramienta para calcular el tamaño del cuadro
• Metalurgia para ciclistas: analiza las propiedades del material del cuadro en relación con su idoneidad para el uso del cuadro.
• El programa BikeCAD te permite diseñar tu propio cuadro en línea.
• Frame Sketcher Archivado el 27 de abril de 2021 en Wayback Machine es una sencilla aplicación HTML5 que permite dibujar y comparar marcos en línea.