Geometría de bicicletas y motocicletas

La geometría de bicicletas y motocicletas es el conjunto de medidas clave (longitudes y ángulos) que definen una configuración particular de la bicicleta. Entre ellas, las principales son la distancia entre ejes , el ángulo del eje de dirección, el desplazamiento de la horquilla y el avance. Estos parámetros tienen una gran influencia en el comportamiento de la bicicleta . ^[1]

La distancia entre ejes es la distancia horizontal entre los centros (o los puntos de contacto con el suelo) de las ruedas delanteras y traseras. La distancia entre ejes es una función de la longitud del bastidor trasero, el ángulo del eje de dirección y el desplazamiento de la horquilla. Es similar al término distancia entre ejes que se utiliza para los automóviles y los trenes.

La distancia entre ejes tiene una gran influencia en la estabilidad longitudinal de una bicicleta, ^{[ aclaración necesaria ]} junto con la altura del centro de masas de la bicicleta y el ciclista. Las bicicletas cortas son mucho más adecuadas para hacer caballitos y frenar .

El ángulo del eje de dirección se denomina ángulo de avance cuando se mide desde el eje vertical o ángulo de dirección cuando se mide desde el eje horizontal. El eje de dirección es el eje sobre el que pivota el mecanismo de dirección (horquilla, manillar, rueda delantera, etc.). El ángulo del eje de dirección suele coincidir con el ángulo del tubo de dirección .

En las bicicletas , el ángulo del eje de dirección se mide desde la horizontal y se denomina ángulo de dirección ; un ángulo de dirección de 90° sería vertical. Por ejemplo, Lemond ^[2] ofrece:

• Un Filmore 2007, diseñado para la pista, con un ángulo de dirección que varía de 72,5° a 74° según el tamaño del cuadro.
• una Tete de Course 2006, diseñada para carreras de carretera, con un ángulo de dirección que varía de 71,25° a 74°, dependiendo del tamaño del cuadro.

Debido a la suspensión de la horquilla delantera, las bicicletas de montaña modernas (a diferencia de las bicicletas de carretera ) tienden a tener ángulos de tubo de dirección más relajados, generalmente alrededor de 70°, aunque pueden ser tan bajos como 62° (dependiendo de la configuración de la geometría del cuadro). ^[3]

Al menos un fabricante, Cane Creek, ofrece un juego de dirección sin rosca que permite cambiar el ángulo de la cabeza. ^[4]

En las motocicletas , el ángulo del eje de dirección se mide desde la vertical y se denomina ángulo de avance , ángulo de inclinación o simplemente inclinación ; ^[5] por lo tanto, una inclinación de 0° es vertical. Por ejemplo, Moto Guzzi ^[6] ofrece:

• una Breva V 1100 del año 2007 con un ángulo de inclinación de 25°30′ (25,5 grados)
• Una Nevada Classic 750 del año 2007 con un rake de 27,5°

El desplazamiento de la horquilla es la distancia perpendicular desde el eje de dirección hasta el centro de la rueda delantera.

En las bicicletas , el desplazamiento de la horquilla también se denomina inclinación de la horquilla . Las horquillas de las bicicletas de carreras tienen un desplazamiento de 40 a 50 mm (1,6 a 2,0 pulgadas). ^[7]

El desplazamiento se puede lograr curvando las horquillas, agregando una pestaña perpendicular en sus extremos inferiores, desplazando los receptáculos de las palas de la horquilla de la corona de la horquilla por delante del tubo de dirección o montando las horquillas en la corona en un ángulo con respecto al tubo de dirección. El desarrollo de las horquillas con curvas se atribuye a George Singer . ^[8]

En las motocicletas con tubos de horquilla telescópicos , el desplazamiento de la horquilla se puede implementar ya sea mediante un desplazamiento en el árbol triple , agregando una inclinación del árbol triple ^[9] (generalmente medida en grados desde 0) a los tubos de la horquilla a medida que se montan en el árbol triple, o una combinación de los dos. ^{[10] Otras} horquillas de motocicleta menos comunes , como las horquillas de enlace trasero o de enlace delantero, pueden implementar el desplazamiento mediante la longitud de los brazos de enlace.

La longitud de una horquilla se mide paralela al tubo de dirección desde el cojinete de la corona inferior de la horquilla hasta el centro del eje. ^[11]

El avance es la distancia horizontal desde el punto en que la rueda delantera toca el suelo hasta el punto en que el eje de dirección se cruza con el suelo. La medida se considera positiva si el punto de contacto de la rueda delantera con el suelo está detrás (hacia la parte trasera de la bicicleta) de la intersección del eje de dirección con el suelo. La mayoría de las bicicletas tienen un avance positivo, aunque algunas, como la bicicleta de dos masas y la Python Lowracer, tienen un avance negativo. ^[12]

El recorrido se cita a menudo como un determinante importante de las características de manejo de la bicicleta, ^{[13] [14]} y a veces se incluye en los datos de geometría de los fabricantes de bicicletas. Wilson y Papodopoulos ^{[ cita requerida ]} sostienen que el recorrido mecánico puede ser una variable más importante e informativa, ^[15] aunque ambas expresiones describen casi lo mismo.

El avance es una función del ángulo del eje de dirección, el desplazamiento de la horquilla y el tamaño de la rueda. Su relación se puede describir mediante esta fórmula: ^[16]

${\displaystyle {\text{Sendero}}_{\text{bicicleta}}={\frac {R_{w}\cos(A_{h})-O_{f}}{\sin(A_{h})}}}$y${\displaystyle {\text{Sendero}}_{\text{motocicleta}}={\frac {R_{w}\sin(A_{r})-O_{f}}{\cos(A_{r})}}}$

donde es el radio de la rueda, es el ángulo de dirección de la bicicleta medido desde la horizontal, es el ángulo de inclinación de la motocicleta medido desde la vertical y es el desplazamiento de la horquilla. El avance se puede aumentar aumentando el tamaño de la rueda, disminuyendo o aflojando el ángulo de dirección o disminuyendo el desplazamiento de la horquilla . El avance disminuye a medida que aumenta el ángulo de dirección (se vuelve más pronunciado), a medida que aumenta el desplazamiento de la horquilla o a medida que disminuye el diámetro de la rueda.$Estilo de visualización R_{w}}$$Estilo de visualización A_{h}}$$Estilo de visualización A_ {r}$${\displaystyle O_{f}}$

Los motociclistas suelen hablar del avance en relación con el ángulo de inclinación . Cuanto mayor sea el ángulo de inclinación, mayor será el avance. Tenga en cuenta que, en una bicicleta, a medida que aumenta el ángulo de inclinación, disminuye el ángulo de dirección.

El recorrido puede variar a medida que la motocicleta se inclina o gira. En el caso de la geometría tradicional, el recorrido disminuye (y la distancia entre ejes aumenta si se mide la distancia entre los puntos de contacto con el suelo y no entre los ejes) a medida que la motocicleta se inclina y gira en la dirección de la inclinación. ^[17] El recorrido también puede variar a medida que se activa la suspensión, en respuesta al frenado, por ejemplo. A medida que las horquillas telescópicas se comprimen debido a la transferencia de carga durante el frenado, el recorrido y la distancia entre ejes disminuyen. ^{[18] [ ¿ Fuente autopublicada? ]} Al menos una motocicleta, la MotoCzysz C1 , tiene una horquilla con recorrido ajustable, de 89 a 101 mm [3,50 a 3,98 pulgadas]. ^[19]

El recorrido mecánico es la distancia perpendicular entre el eje de dirección y el punto de contacto entre la rueda delantera y el suelo. ^[20] También puede denominarse recorrido normal . ^[21] En cada caso, su valor es igual al numerador en la expresión para el recorrido.

${\displaystyle {\text{MechanicalTrail}}_{\text{bicicleta}}=R_{w}\cos(A_{h})-O_{f}}$, y

${\displaystyle {\text{MechanicalTrail}}_{\text{motocicleta}}=R_{w}\sin(A_{r})-O_{f}}$

Aunque la comprensión científica de la dirección de la bicicleta sigue siendo incompleta, ^[15] sí tenemos una buena comprensión general de las complejidades dinámicas interdependientes. ^[22] La trayectoria mecánica es sin duda una de las variables más importantes para determinar las características de manejo de una bicicleta. Una trayectoria de cero puede brindar algunas ventajas: ^[23]

• Se elimina la influencia de la posición del centro de presión de las fuerzas del viento que vienen del lado.
• Se elimina el efecto de caída de la rueda (ver más abajo)

Los ciclistas expertos y alertas pueden tener un mayor control de la ruta si el recorrido mecánico es más bajo, mientras que se sabe que un recorrido más alto hace que una bicicleta sea más fácil de manejar "sin manos" y, por lo tanto, más estable subjetivamente.

El movimiento de las ruedas se refiere al comportamiento de la dirección en el que una bicicleta o motocicleta tiende a girar más de lo esperado debido a que la rueda delantera "se inclina" cuando se gira el manillar. El movimiento de las ruedas se produce cuando la parte delantera de una bicicleta o motocicleta se baja a medida que el manillar se gira y se aleja de la posición "recta". Este fenómeno de descenso se produce de acuerdo con la siguiente ecuación:

${\displaystyle f=b\sin \theta \cos \theta }$

dónde:

${\displaystyle f}$= "factor de caída de la rueda", la distancia que se baja el centro del eje de la rueda delantera cuando se gira el manillar desde la posición recta hacia adelante a una posición a 90 grados de la posición recta hacia adelante

${\displaystyle b}$= sendero

${\displaystyle \theta }$= ángulo de la cabeza

Debido a que el movimiento de las ruedas implica la bajada de la parte delantera de una bicicleta o motocicleta, la fuerza debida a la gravedad tenderá a hacer que la rotación del manillar continúe con una velocidad de rotación creciente y sin una acción adicional del ciclista en el manillar. Una vez que se gira el manillar, el ciclista debe aplicar un par de torsión al manillar para que vuelva a la posición recta y que el extremo delantero de la bicicleta o motocicleta vuelva a la altura original. ^[24] La inercia rotacional de la rueda delantera reducirá la gravedad del efecto del movimiento de las ruedas porque da como resultado que se requiera un par de torsión opuesto para iniciar o acelerar el cambio de dirección de la rueda delantera.

Según la ecuación mencionada anteriormente, aumentar el recorrido y/o disminuir el ángulo de dirección aumentará el factor de caída de las ruedas en una bicicleta o motocicleta, lo que aumentará el par necesario para que el manillar vuelva a la posición recta y aumentará la tendencia del vehículo a desviarse repentinamente de la línea de una curva. Además, aumentar el peso soportado por la rueda delantera del vehículo, ya sea aumentando la masa del vehículo, el conductor y la carga o modificando la relación de peso para desplazar el centro de masas hacia delante, aumentará la gravedad del efecto de caída de las ruedas. Aumentar la inercia rotacional de la rueda delantera aumentando la velocidad del vehículo y la velocidad de rotación de la rueda tenderá a contrarrestar el efecto de caída de las ruedas.

En general, se considera deseable que las ruedas tengan cierta flexibilidad. La revista Bicycle Quarterly afirma: "Una bicicleta con muy poca flexibilidad en las ruedas reaccionará con lentitud a las acciones del manillar. Una bicicleta con demasiada flexibilidad en las ruedas tenderá a desviarse de su trayectoria a velocidades bajas y moderadas". ^[25]

Las horquillas se pueden modificar o reemplazar, alterando así la geometría de la bicicleta.

Aumentar la longitud de la horquilla, por ejemplo cambiando de rígida a con suspensión, eleva la parte delantera de una bicicleta y, por lo tanto, disminuye su ángulo de dirección. ^[11] Alargar la horquilla tendría el efecto opuesto en la inclinación de una motocicleta, ya que la inclinación se mide en la dirección opuesta.

Una regla general es que un cambio de 10 mm en la longitud de la horquilla produce un cambio de medio grado en el ángulo del eje de dirección.

Aumentar el desplazamiento de una horquilla reduce el recorrido y, si se realiza en una horquilla existente doblándola sin alargar las hojas, acorta la horquilla. ^[26]

El estado de Dakota del Norte (EE. UU.) tiene requisitos mínimos y máximos sobre la inclinación y el recorrido para la "fabricación, venta y operación segura de una motocicleta en las vías públicas". ^[27]

"4. Todas las motocicletas, excepto las de tres ruedas, deben cumplir las siguientes especificaciones en relación con la geometría de la rueda delantera:

MÁXIMO: Inclinación: 45 grados; Avance: 14 pulgadas [35,56 centímetros] positivo

MÍNIMO: Inclinación: 20 grados; Avance: 2 pulgadas [5,08 centímetros] positivo

Las especificaciones del fabricante deben incluir la inclinación y el recorrido específicos para cada motocicleta o clase de motocicletas y los términos "inclinación" y "recorrido" deben ser definidos por el director mediante reglas adoptadas de conformidad con el capítulo 28-32".

Para otros aspectos de la geometría, como la ergonomía o el uso previsto, consulte el artículo sobre el cuadro de la bicicleta . En el caso de las motocicletas, los otros parámetros geométricos principales son la altura del asiento y la ubicación relativa de los estribos y el manillar.

• Dinámica de bicicletas y motocicletas
• Horquilla de bicicleta
• Cuadro de bicicleta
• Dirección centrada en el cubo
• Horquilla de motocicleta

• Geometría de la dirección de la motocicleta
• Longitudes de horquillas de bicicleta
• Ilustración de una dimensión a la que a veces se hace referencia como ángulo de avance en las bicicletas.
• Explicación de la inclinación, el recorrido y el desplazamiento de la motocicleta Archivado el 19 de marzo de 2011 en Wayback Machine