Engranaje

En una bicicleta , el piñón o grupo de piñones ^{[ 1 ]} es el conjunto de múltiples piñones que se acopla al buje de la rueda trasera . Un piñón funciona con un desviador trasero para proporcionar múltiples relaciones de transmisión al ciclista. Los cassettes vienen en dos variedades: piñones libres o cassettes , de los cuales los cassettes son un desarrollo más reciente. Aunque los cassettes y los piñones libres realizan la misma función y se ven casi iguales una vez instalados, tienen importantes diferencias mecánicas y no son intercambiables.

Un piñón libre (también conocido como bloque ) consta de un solo piñón o un conjunto de piñones montados en un cuerpo que contiene un mecanismo de trinquete interno y se monta en un buje roscado. Los bujes traseros roscados estaban disponibles con diferentes patrones de rosca según el país de fabricación, siendo las roscas francesa y británica las más comunes. La rosca del British Cycle Engineers Institute (CEI) se adoptó como estándar internacional y ahora se conoce como British Standard Cycle (BSC). Es una rosca estándar derecha de 1-3/8″-24 TPI (M34,925×1,058 mm) sobre la que se atornilla un piñón libre estándar. ^{[ 2 ]} Esto permite montar piñones libres de diferentes marcas en bujes de diferentes marcas. 

La principal desventaja del diseño de rueda libre de múltiples piñones es que el rodamiento del lado de la transmisión se encuentra en el interior de la rueda libre, y a medida que se añadían piñones con el tiempo, el rodamiento se desplazaba hacia adentro, alejándose del soporte del eje del lado de la transmisión. Esto resultaba en una mayor tensión de flexión en el eje , que podía doblarse o incluso romperse. Las ruedas libres de múltiples velocidades eran comunes en bicicletas de gama alta de calidad hasta finales de la década de 1980. ^{[ 3 ]} Suntour  — Maeda Industries (Japón) introdujo una rueda libre compacta de 6 velocidades que redujo el espacio entre los piñones y tenía el mismo ancho que una rueda libre estándar de 5 velocidades, pero requería una cadena más estrecha que la estándar. El concepto fue copiado por los fabricantes europeos de ruedas libres Regina (Italia) y Maillard (Francia). ^{[ 4 ]} A medida que aumentaba el número de piñones en una rueda libre múltiple y se volvía físicamente más ancha, el diseño del buje libre superó el problema del eje/rodamiento asociado con los bujes roscados y comenzó a reemplazar el diseño de rueda libre. Hoy en día es raro encontrar una rueda libre en una bicicleta nueva con más de 7 velocidades. Algunas bicicletas nuevas de una sola velocidad , especialmente las BMX y las bicicletas utilitarias , y las bicicletas de gama baja con múltiples marchas, todavía se fabrican y venden con rueda libre.  

La fuerza del pedaleo aprieta la rueda libre contra el buje, por lo que no se necesita ninguna herramienta para instalarla. El mecanismo de trinquete impide que la rueda libre se afloje al girar los piñones en sentido contrario a las agujas del reloj. La rueda libre se puede extraer del buje con una de las muchas herramientas específicas para extraer ruedas libres que se acoplan a una ranura o conjunto de muescas en el extremo exterior de la rueda libre. La extracción suele requerir un esfuerzo considerable debido al gran par de torsión que aprieta la rueda libre durante el pedaleo, y algunas ruedas libres no se pueden extraer intactas. Para facilitar la extracción futura de una rueda libre, se recomienda engrasar las roscas antes de la instalación.

Los cassettes se distinguen de los piñones libres en que un cassette tiene una serie de estrías rectas que forman la conexión mecánica entre los piñones y el buje compatible con cassette, llamado buje libre , que contiene el mecanismo de trinquete. Todo el cassette se sujeta al buje mediante un anillo de bloqueo roscado . Algunos sistemas de cassette de finales de los años 80 y principios de los 90 utilizan un piñón pequeño roscado para sujetar los piñones estriados más grandes. Los cassettes se parecen a los piñones libres cuando están instalados, pero son claramente diferentes cuando se retiran, ya que no contienen el mecanismo de trinquete interno de un piñón libre.

Los piñones de un cassette suelen estar sujetos por tres pequeños tornillos o remaches para facilitar su instalación. Estos mantienen los piñones y los espaciadores en el orden y la posición correctos al retirarlos del cuerpo del buje libre. Cuando los piñones necesitan ser reemplazados debido al desgaste o si el usuario desea cambiar las relaciones de transmisión disponibles, solo se reemplazan los piñones, no el mecanismo de trinquete. Los cassettes también permiten el uso de piñones con menos dientes, como en los sistemas de microtransmisión . ^{[ 5 ]}

El mecanismo de trinquete, conocido como cuerpo del buje libre, aún se puede reemplazar en la mayoría de los bujes, pero forma parte estructural del mismo. Los sistemas de cassette tienen una gran ventaja, ya que el rodamiento del eje del lado de la transmisión puede estar cerca del cuadro, en lugar de estar hacia el centro del eje, detrás de la rueda libre. Esto reduce considerablemente la tensión en el eje trasero, haciendo que las roturas o dobleces sean extremadamente raros.

Desde su introducción a finales de la década de 1970 ^{[ 6 ],} los cassettes se han utilizado en un número creciente de bicicletas, comenzando por las de gama alta y extendiéndose con el tiempo a bicicletas más económicas. Para 2010, la gran mayoría de las bicicletas con cambio de marchas tradicional ya utilizaban este nuevo diseño.

Con el tiempo, el número de piñones en un piñón ha aumentado, de 3 o 4 antes de la Segunda Guerra Mundial , a 5 usados ​​desde la década de 1950 hasta la de 1970, hasta los 8, 9, 10, 11, 12 e incluso 13 en la década de 2010 que se encuentran en las bicicletas modernas. A medida que se agregaban más piñones traseros, la combinación se hacía más ancha y el espacio entre piñones más estrecho. Una de las formas de hacer espacio para esto fue aumentar la longitud del eje (medida como la distancia sobre la tuerca de seguridad — OLD. ^{[ 7 ]} ), lo que requirió una mayor concavidad en el lado de la transmisión de la rueda trasera con un buje roscado para centrar la rueda en el cuadro. En los bujes roscados, la separación entre las bridas del buje no se redujo, sino que la longitud del eje aumentó de 120 mm OLD (5 velocidades/6 compactas) a 126 mm OLD (6 velocidades/7 compactas) hasta 130 mm OLD (7 velocidades roscadas) para bicicletas de carretera. La separación trasera en bicicletas de montaña suele ser de 135 mm OLD. Otra ventaja de los bujes de cassette Shimano , introducidos a partir de 1978, era que las bridas del buje trasero estaban más separadas que las de un buje roscado, lo que permitía construir una rueda más resistente con menor descentramiento y sin el problema del aumento de la tensión en los rodamientos o la rotura del eje.     

Antes de la introducción del cambio indexado , el ancho de un piñón libre de 5 velocidades o compacto de 6 velocidades era de aproximadamente 32  mm; se supone que la introducción del cambio indexado hizo necesario un espaciado de piñones estandarizado. Shimano y Campagnolo crearon estándares independientes, y SRAM siguió posteriormente el ejemplo de Shimano en lo que respecta al espaciado de piñones y el ancho del cassette. El ancho de los primeros cassettes Shimano de 6 y 7 velocidades era de 36  mm, y el de los primeros de 8 velocidades, de 40  mm. Posteriormente, Shimano volvió a cambiar y estandarizó los cassettes de 8 a 11 velocidades a 41,5  mm y los de segunda generación de 7 velocidades a 38  mm. El ensanchamiento del portapiñones en los bujes del cassette a 41,5  mm resultó en una disminución de la distancia entre las bridas del buje.

Para Shimano y SRAM, el espaciado de los cassettes evolucionó de la siguiente manera. Los primeros cassettes Shimano de 7 velocidades tienen  un ancho de 36 mm, con un espaciado entre piñones de 3,65  mm, pero las manetas y los desviadores traseros no son compatibles con los cassettes Shimano de 7 velocidades posteriores, que tienen  un ancho de 38 mm y  un espaciado entre piñones de 3,2 mm. Un cassette de 8 velocidades es más ancho (41,5  mm) que un Shimano de 7 velocidades de segunda generación. Esto da como resultado manetas de cambio compatibles funcionalmente, pero cuerpos de buje libre específicos, o la necesidad de usar un espaciador con un cassette de 7 velocidades en un buje de 8 velocidades. Los cassettes y cuerpos de buje libre de 8 y 9 velocidades tienen el mismo ancho (41,5  mm), pero los piñones en el de 9 velocidades están más juntos; como resultado, las manetas de cambio no son compatibles, pero usan los mismos cuerpos de buje libre. Este desarrollo continuó con los cassettes de 10 velocidades, pero se extendió a los de 11 velocidades. Con ellos surgieron nuevos cuerpos de buje libre, algunos más anchos (Shimano Road de 11 velocidades) y otros completamente diferentes (SRAM XD y XDr, que difieren en anchura y ambos ofrecen espacio para un piñón de 10 dientes). Para las 12 velocidades, Shimano también introdujo un nuevo cuerpo de buje libre (Microspline).

Esta evolución ha permitido un ajuste más preciso de la relación de transmisión; sin embargo, el uso de piezas metálicas más delgadas ha reducido la vida útil de la cadena y los piñones debido al estiramiento de la cadena. Esto se debe a la abrasión por fricción de las superficies de soporte de la cadena, lo que provoca su elongación. Por lo tanto, la cadena y los piñones de un sistema de 9 velocidades requieren un reemplazo más frecuente que los de un sistema de 8 velocidades. El estrechamiento de las bridas del buje ha generado una mayor concavidad en la rueda, lo que la debilita si todos los demás factores son iguales; sin embargo, las mejoras en la resistencia y fiabilidad de los radios y las llantas han compensado con creces este efecto, y la resistencia de la rueda es generalmente mayor a pesar de la mayor concavidad.

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• Piñón libre delantero o biela de rueda libre, un mecanismo de rueda libre en el eje de pedalier
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• Página web de Park Tools con información básica sobre reparación de ruedas libres y bujes libres.
• Cómo reemplazar un módulo de casete (video)