Suspensión de bicicleta

La suspensión delantera suele implementarse mediante una horquilla telescópica . Las características específicas de la suspensión dependen del tipo de ciclismo de montaña para el que está diseñada y generalmente se clasifican según su recorrido. Por ejemplo, los fabricantes producen horquillas diferentes para cross-country (XC), descenso (DH), freeride (FR) y enduro (ND), cada una con diferentes requisitos en cuanto a recorrido, peso, durabilidad, resistencia y características de manejo.

Las horquillas de suspensión telescópicas se han vuelto cada vez más sofisticadas. El recorrido disponible ha aumentado considerablemente. Cuando se introdujeron las horquillas de suspensión,  se consideraba que 80-100 mm de recorrido eran suficientes para una bicicleta de montaña de descenso. Este recorrido es ahora común en las disciplinas de cross-country, mientras que las horquillas de descenso suelen ofrecer 200  mm o más de recorrido para afrontar los terrenos más extremos.

Otros avances en el diseño incluyen un recorrido ajustable, que permite a los ciclistas adaptar el recorrido de la horquilla al terreno específico (por ejemplo, menos recorrido para subidas o tramos pavimentados, más recorrido para bajadas). Muchas horquillas ofrecen la posibilidad de bloquear el recorrido. Esto elimina o reduce drásticamente el recorrido de la horquilla para una conducción más eficiente en tramos llanos. El bloqueo a veces se puede controlar de forma remota mediante una palanca en el manillar a través de un cable mecánico, o incluso mediante electrónica.

Como todos los amortiguadores, suele constar de dos partes: un muelle y un amortiguador . El muelle puede ser de acero o titanio, aire comprimido o incluso un elastómero . Los distintos materiales del muelle tienen diferentes índices de rigidez , lo que influye fundamentalmente en las características de la horquilla en su conjunto. Las horquillas con muelle helicoidal mantienen un índice de rigidez aproximadamente constante ("lineal") a lo largo de su recorrido. En cambio, en las horquillas neumáticas, el índice de rigidez aumenta con el recorrido, lo que las hace progresivas. Los muelles de titanio son mucho más ligeros, pero también mucho más caros. Las horquillas neumáticas suelen ser aún más ligeras.

Las horquillas neumáticas funcionan aprovechando la característica del aire comprimido para resistir una mayor compresión. Dado que el muelle se genera mediante aire comprimido en lugar de una bobina de metal, son mucho más ligeras; esto las hace populares en diseños de cross-country. Otra ventaja de este tipo de horquilla es que la rigidez del muelle se puede ajustar fácilmente modificando la presión del aire en su interior. Esto permite adaptar la horquilla al peso del ciclista. Para lograr esto en una horquilla de muelle helicoidal, habría que intercambiar diferentes bobinas con distintas rigideces . Sin embargo, la presión del aire controla de forma natural tanto la rigidez del muelle como la precarga simultáneamente, lo que requiere que las horquillas neumáticas cuenten con sistemas adicionales para ajustar la precarga por separado, aumentando así su complejidad. Otra desventaja de las horquillas neumáticas es la dificultad para lograr una rigidez lineal a lo largo de todo su recorrido. A medida que la horquilla se comprime, el aire en su interior también se comprime. Hacia el final del recorrido, una mayor compresión requiere cada vez más fuerza. Esto provoca un aumento en la rigidez del muelle y le confiere a la horquilla su sensación progresiva. Aumentar el volumen de aire dentro del muelle reduce este efecto, pero el volumen del muelle está limitado por la necesidad de contenerlo dentro de la horquilla. El uso de dos cámaras de aire en el sistema ha permitido una sensación más lineal en la suspensión neumática. Esto se logra mediante una cámara de reserva que se conecta a la cámara principal al alcanzar cierta compresión. Una vez alcanzada, se abre una válvula que, en efecto, aumenta el tamaño de la cámara. Al conectar ambas, se reduce la fuerza necesaria para comprimir el aire en las cámaras, lo que disminuye la sensación de rigidez exponencial tradicionalmente asociada a los sistemas neumáticos al acercarse al final del recorrido de la suspensión.

La precarga en las horquillas con muelles helicoidales generalmente se puede ajustar girando una perilla en la parte superior de una de las barras de la horquilla. Los diseños con suspensión neumática cuentan con diversas formas de gestionar la precarga. Se han diseñado varios sistemas para influir en ella, como la presurización independiente de diferentes cámaras o sistemas que ajustan automáticamente la precarga tras modificar la presión del aire. ^{[ 9 ]}

Un amortiguador se implementa generalmente forzando el paso de aceite a través de uno o más orificios pequeños (también llamados puertos) o pilas de láminas. En algunos modelos, el amortiguador se puede ajustar según el peso del piloto, el estilo de conducción, el terreno o cualquier combinación de estos u otros factores. Los dos componentes suelen estar separados, alojando el mecanismo de resorte en una de las barras de la horquilla y el amortiguador en la otra. Sin un amortiguador, el sistema rebotaría excesivamente y, de hecho, ofrecería al piloto menos control que una horquilla rígida.

Para evitar que el agua y la suciedad dañen la suspensión, se han utilizado fuelles para cubrir las barras de la horquilla. Sin embargo, incluso sellando correctamente las barras y los deslizadores, los fuelles deben tener pequeñas aberturas para permitir la entrada y salida de aire en el espacio entre el fuelle y la barra a medida que la horquilla se mueve. Es posible que algo de agua y suciedad se filtre por estos orificios, quedando atrapada y acumulándose con el tiempo. Dado que los modernos retenes y sellos antipolvo evitan la entrada de agua y suciedad de forma suficientemente eficaz, y que las barras sin fuelles se consideran generalmente más estéticas , los fuelles han caído en desuso.

Algunos fabricantes han probado otras variaciones de la horquilla telescópica. Por ejemplo, Cannondale diseñó un amortiguador integrado en el tubo de dirección llamado HeadShok, y una horquilla de un solo brazo, llamada Lefty . Las barras de ambos sistemas no son redondas, sino que tienen caras planas mecanizadas que se deslizan sobre rodamientos de agujas en lugar de casquillos, lo que impide que la rueda gire con respecto al manillar. Ambos sistemas afirman ofrecer mayor rigidez y mejor tacto, con menor peso. Otros, como Proflex (Girvin), Whyte y BMW , han fabricado horquillas de suspensión que emplean sistemas de articulación de cuatro barras en lugar de depender de brazos de horquilla telescópicos, muy parecidos a la Duolever de BMW . La horquilla Suntour Swing Shock se basa en una configuración de oscilante en voladizo con muelle helicoidal, y la suspensión la proporciona un muelle helicoidal que se encuentra dentro del tubo de dirección y se puede acceder desde la parte superior, ^{[ 10 ]} tecnología que se utilizó originalmente para la suspensión en las primeras motocicletas.

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  Horquilla de suspensión Cannondale Head Shok
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  Horquilla de suspensión de brazo oscilante en una Bridgestone
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  Horquilla de suspensión Lauf sin pivote y con brazo oscilante
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  Horquilla de suspensión de enlace principal en una BuzBike
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  Horquilla de suspensión de brazo oscilante en una bicicleta plegable Birdy
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  Detalle de horquilla con tornillos y muelles de una bicicleta de seguridad.
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  Bicicleta de seguridad con horquilla de suspensión

Una soft tail (también llamada softail) se basa en la flexión de las vainas de un cuadro de diamante convencional para generar el recorrido de la suspensión, incorporando a veces un elemento flexible específico dentro de las vainas. Un amortiguador (o elastómero) se coloca alineado con los tirantes del sillín para permitir el movimiento vertical de las vainas y absorber los impactos. A medida que la suspensión se mueve a través de su recorrido, el tirante del sillín y el amortiguador se desalinean. Esta desalineación crea una palanca mecánica que genera fuerzas de suspensión, provocando torsión en la unión entre las vainas y los tirantes. Esta es una desventaja estructural inherente al diseño soft tail y limita considerablemente el recorrido posible, generalmente entre 2,5 y 5  cm. Las soft tails tienen pocas piezas móviles y pocos puntos de pivote, lo que las hace sencillas y requieren poco mantenimiento. Algunos ejemplos notables incluyen la KHS Team Softail, la Trek STP y la Moots YBB. Algunas bicicletas (como la Cannondale Scalpel, la Yeti ASR Carbon y los modelos Yeti más antiguos) utilizan un diseño de suspensión de cuatro barras en el que uno de los pivotes se sustituye por un enlace flexible.

El triángulo trasero unificado, o «URT» por sus siglas en inglés, mantiene el eje de pedalier y el eje trasero conectados directamente en todo momento. La acción de la suspensión se proporciona entre el triángulo trasero, que une el eje trasero y el eje de pedalier, y el triángulo delantero, que une el sillín y el eje delantero. Este diseño utiliza un solo pivote, lo que reduce el número de piezas móviles. La longitud fija entre el eje de pedalier y el eje trasero le otorga al URT la ventaja de una cadena sin estiramiento y un cambio de marchas delantero consistente . Además, la bicicleta se puede convertir fácilmente en una bicicleta de una sola velocidad . Sin embargo, a medida que se mueve la suspensión del URT, la distancia entre el sillín y los pedales cambia, lo que disminuye la eficiencia del pedaleo. Además, cuando el ciclista transfiere peso del sillín a los pedales, está transfiriendo peso de la parte suspendida de la bicicleta a las partes no suspendidas. Por lo tanto, parte del peso del ciclista ya no está suspendido por el sistema de suspensión. Dado que el pedaleo en sí mismo implica una transferencia de este peso, el diseño es muy propenso al rebote de la suspensión.

Algunos ejemplos notables de bicicletas con este tipo de suspensión son la Ibis Szazbo, la Klein Mantra, la Schwinn S-10 y la Trek Y.

Una suspensión de pivote único es aquella en la que solo hay un punto de pivote que conecta la rueda trasera con el cuadro principal de la bicicleta. Puede haber o no otros pivotes en la bicicleta, pero cumplir con la condición mencionada la convierte en una suspensión de pivote único. Una bicicleta puede tener una suspensión de cuatro barras y aun así ser de pivote único. Una bicicleta puede tener diferentes bieletas que conectan el triángulo trasero con el amortiguador y aun así ser de pivote único. Dichas bieletas permiten optimizar la progresividad de la suspensión. Las bicicletas de pivote único en las que el amortiguador está conectado directamente al triángulo trasero, si bien aprovechan la simplicidad del diseño, crean una tasa de suspensión regresiva que, dependiendo del tipo de conducción y la fuerza de los impactos, puede no ser la óptima. Una ventaja de una bicicleta clásica de pivote único en comparación con un diseño de pivote único o múltiple de cuatro barras es la rigidez que se puede lograr con una sola estructura que conecta la rueda trasera con el cuadro. Algunos diseños intentan combinar esta ventaja con una tasa de suspensión más progresiva mediante el uso de las bieletas adicionales mencionadas entre el triángulo trasero y el amortiguador.

Otro desafío de las bicicletas de pivote único es el efecto de frenado, es decir, la influencia del frenado en el comportamiento de la suspensión trasera. Un diseño de cuatro barras permite solucionar este problema conectando el freno trasero a los tirantes del sillín. En otros diseños, se ha utilizado un soporte de freno flotante en algunas bicicletas de descenso, mediante un tubo que conecta el soporte del freno trasero al cuadro, a modo de sistema de cuatro barras solo para el freno. Este tipo de sistema ha caído en desuso debido al peso adicional que supone, ya que el efecto de frenado no se considera un problema especialmente significativo.

Pivote simple accionado por articulación

Existen dos tipos de pivotes simples con bieletas: aquellos en los que las bieletas adicionales que conectan el basculante principal con el amortiguador desempeñan un papel estructural en la rigidez de la sección trasera (diseños de pivote simple de cuatro barras), y aquellos en los que esta rigidez la proporciona únicamente el basculante. En este último caso, las bieletas se utilizan para optimizar la rigidez de la suspensión. En algunos casos, pueden diseñarse para añadir rigidez adicional, pero su función en este sentido no es tan crucial como en un diseño de cuatro barras.

Entre los fabricantes más destacados, conocidos por su uso prolongado de este diseño de suspensión, se incluyen KHS , Kona , Jamis , Diamondback Bicycles y los modelos antiguos de Trek Fuel.

El diseño de pivote dividido es un caso especial de pivote único accionado por bieletas, en el que uno de los puntos de pivote de las cuatro barras coincide con el eje trasero. Esto permite montar la pinza del freno de disco en la bieleta flotante (también llamada acoplador) en lugar de en el basculante. Como resultado, el par de frenado interactúa con la suspensión a través de la bieleta flotante. Las bieletas se pueden diseñar de forma que esto tenga un efecto positivo en el rendimiento de la suspensión durante el frenado, reduciendo normalmente el efecto de elevación de la suspensión. Además, la rotación relativa entre el disco de freno y la pinza de freno a medida que la suspensión recorre su recorrido es diferente a la de los diseños de pivote único. Las cuatro bieletas en un diseño de pivote dividido influyen en cómo se transmite el par de frenado, cómo se mueve la pinza de freno en relación con el disco y en la relación de palanca entre el recorrido de la rueda y el recorrido del amortiguador. Dado que estas influencias pueden requerir un diseño óptimo de bieletas diferente, el diseño de la moto debe lograr un equilibrio. Dave Weagle diseñó un pivote dividido al que denominó "Split Pivot". Trek Bicycle Corporation también lanzó a principios de 2007 una versión del diseño de pivote dividido llamada "Active Braking Pivot" (ABP). Cycles Devinci ha lanzado una implementación bajo licencia del diseño "Split Pivot", que Dave Weagle logró patentar.

La suspensión "Horst Link" es un tipo de suspensión de cuatro barras . Se caracteriza porque ambos brazos de conexión pivotan sobre el tubo del sillín, con el pivote inferior situado por encima del centro del eje de pedalier, y el eje trasero situado más alto que el brazo flotante que conecta el pivote y el brazo de conexión inferior. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Specialized compró varias patentes de Leitner, las cuales utiliza para su sistema de suspensión FSR. Varios fabricantes obtuvieron la licencia del diseño de Specialized. Algunos fabricantes europeos, como Cube y Scott , utilizan el mismo diseño de suspensión, pero no pudieron importarlo a Estados Unidos hasta 2013 debido a la protección de patentes. ^{[ 17 ]} Norco , fabricante canadiense de bicicletas, también obtuvo la licencia del diseño de Specialized, pero optimizó aún más el sistema FSR, denominando a su propio sistema Advanced Ride Technology (ART). ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Aunque no necesariamente comparten características generales de suspensión, todos estos diseños comparten una ventaja estructural. Debido a la corta longitud de los brazos de conexión, el brazo flotante se presenta como un triángulo trasero rígido lo suficientemente grande como para abarcar la rueda trasera. Esto permite que el triángulo trasero a ambos lados de la rueda se conecte rígidamente como una sola pieza antes de unirse a los brazos de conexión de la suspensión de cuatro barras. Esto aumenta significativamente la rigidez lateral y torsional de la parte trasera, un punto débil frecuente en los diseños de cuatro barras, y reduce la carga sobre los pivotes, los brazos de conexión y la unión entre el eje trasero y el chasis.

Punto de pivote virtual

El "Punto de Pivote Virtual" o VPP, es el nombre que se le da a una suspensión de cuatro barras con eslabones relativamente cortos que conectan el triángulo trasero al cuadro. Se caracteriza por tener un efecto de alargamiento de la vaina y una trayectoria del eje en forma de S. ^{[ 20 ]} Algunas variaciones pueden tener los eslabones girando en direcciones opuestas a medida que se mueve la suspensión. El centro instantáneo de rotación , como se encuentra en todos los sistemas de articulación, también se llama punto de pivote virtual. La suspensión "Punto de Pivote Virtual" fue desarrollada por Jamie Calon y James Klassen para Outland Bikes en los años noventa ^{[ 21 ]} y las patentes asociadas ahora son propiedad de Santa Cruz Bicycles .

Enlace DW

El sistema "DW-link" de Dave Weagle es otro sistema de suspensión de cuatro barras con dos enlaces relativamente cortos que normalmente giran en la misma dirección. Se caracteriza por una respuesta anti-hundimiento que varía con el recorrido de la suspensión y está diseñado para reducir la pérdida de energía resultante del hundimiento durante el pedaleo. ^{[ 25 ]} Normalmente tiene un anti-hundimiento mayor al inicio del recorrido de la suspensión y menor posteriormente. El DW-link fue utilizado originalmente por Iron Horse Bicycle Company. La empresa se declaró en bancarrota a principios de 2009 y fue adquirida por Dorel Industries en julio de 2009. ^{[ 26 ]} El DW-link ahora está licenciado a Ibis , Independent Fabrication , Turner Suspension Bicycles y Pivot Cycles. ^{[ 27 ]}

El sistema de suspensión "Equilink" fue desarrollado por Felt Bicycles para su línea de suspensión completa. El sistema emplea un sistema de suspensión de seis barras tipo "Stephenson". ^{[ 29 ]} Equilink recibe su nombre de la barra en forma de hueso que une los eslabones superior e inferior. Los primeros modelos incluían un pivote entre la vaina y el tirante del sillín, mientras que en los modelos posteriores de fibra de carbono, la vaina y el tirante del sillín son de una sola pieza, creando un movimiento de pivote mediante flexión. Felt afirma que el sistema mantiene su eficiencia de pedaleo en cualquier combinación de marchas. ^{[ 30 ]}

El sistema de transmisión independiente (o IDrive ) es un sistema de suspensión de cuatro barras para bielas de bicicleta, ^{[ 31 ] [ 32 ]} la rueda trasera se suspende como una suspensión de pivote único. Fue desarrollado por el diseñador de suspensiones para bicicletas de montaña Jim Busby Jr. y fue el resultado directo de las limitaciones encontradas con el diseño de articulación de cuatro barras GT LTS ( suspensión ajustada Links de GT Bicycles ) utilizado por GT Bicycles de 1993 a 1998. El IDrive busca maximizar la eficiencia de la transmisión de energía del ciclista a la rueda trasera. El eje de pedalier se coloca excéntricamente en un rodamiento dentro del basculante, la distancia entre el centro del rodamiento y el eje de pedalier crea efectivamente una bieleta muy corta, y el propio basculante crea otra. Una bieleta entre la carcasa del rodamiento y el cuadro completa la articulación de cuatro barras con el eje de pedalier en la bieleta flotante y la articulación en su conjunto accionada por el movimiento del basculante.

El sistema "Monolink", fabricado por Maverick Bikes y diseñado por Paul Turner, fundador de RockShox , es una variante de la suspensión Independent Drivetrain y una variación del amortiguador MacPherson . Utiliza tres puntos de pivote y el deslizamiento del amortiguador para proporcionar el cuarto grado de libertad. Este diseño sitúa el eje de pedalier en el enlace (Monolink) que conecta el cuadro con el triángulo trasero. Cualquier carga sobre las bielas queda parcialmente sin suspender, ya que también recae sobre uno de los componentes de la suspensión y actúa en contra de ella. Sin embargo, gracias a esto, se reduce el balanceo durante los sprints fuera del sillín. Una vez más, se trata de un intento por maximizar la eficiencia de la transmisión, a costa de sacrificar otras áreas. Algunas bicicletas destacadas que utilizan este diseño son la Maverick ML7, la Durance ML8 y la Klein Palomino.

El "Pendbox" se encuentra en varias bicicletas de pivote único con transmisión por bieletas de Lapierre, en las que el conjunto de bielas está suspendido del cuadro mediante un "mini basculante"; el Pendbox. Una bieleta conecta el basculante y el Pendbox de manera que forman una articulación de cuatro barras. ^{[ 33 ]}

El recorrido se refiere a la cantidad de movimiento que permite un mecanismo de suspensión. Generalmente mide cuánto se mueve el eje de la rueda.

La precarga se refiere a la fuerza que se aplica al componente del muelle antes de que se apliquen cargas externas, como el peso del conductor. Una mayor precarga reduce el hundimiento de la suspensión, mientras que una menor precarga la aumenta. Ajustar la precarga afecta la altura de la suspensión.

El rebote se refiere a la velocidad a la que el componente de la suspensión vuelve a su configuración original tras absorber un impacto. El término también se refiere generalmente a la amortiguación de rebote o a los ajustes de amortiguación de rebote en los amortiguadores, que varían la velocidad de rebote. Una mayor amortiguación de rebote hará que el amortiguador vuelva a su posición original más lentamente.

El hundimiento se refiere a cuánto se mueve una suspensión bajo la carga estática del piloto. El hundimiento se usa frecuentemente como un parámetro para ajustar una suspensión. La precarga del muelle se ajusta hasta alcanzar el hundimiento deseado.

El bloqueo se refiere a un mecanismo que desactiva la suspensión para hacerla prácticamente rígida. Esto puede ser útil durante ascensos o sprints para evitar que la suspensión absorba la fuerza aplicada por el ciclista. Algunos mecanismos de bloqueo también incorporan un sistema de liberación que desactiva el bloqueo al aplicar una fuerza adecuada, lo que ayuda a prevenir daños en el amortiguador y lesiones al ciclista ante cargas elevadas e inesperadas.

El rebote y el hundimiento se refieren a cómo una suspensión, generalmente trasera, responde al pedaleo del ciclista. El hundimiento suele referirse a cómo la parte trasera se hunde al acelerar, y el rebote se refiere al hundimiento y rebote repetidos con cada pedalada. Ambas son características indeseables, ya que reducen la potencia del pedaleo. Muchos sistemas de suspensión incorporan amortiguación anti-rebote, anti-hundimiento o de "plataforma" para ayudar a eliminar el rebote. ^{[ 36 ]}

La retroalimentación del pedal describe el par aplicado al juego de bielas por la cadena , causado por el movimiento del eje trasero con respecto al eje de pedalier . ^{[ 36 ]} La retroalimentación del pedal se produce por un aumento en la distancia entre el plato y el piñón trasero, y se puede sentir como un par en el juego de bielas opuesto al pedaleo hacia adelante.

La amortiguación de compresión se refiere a los sistemas que reducen la velocidad de compresión en un amortiguador de horquilla delantera o trasera. Generalmente, la amortiguación de compresión se logra forzando un fluido hidráulico (como aceite) a través de una válvula cuando el amortiguador se somete a carga. La cantidad de amortiguación viene determinada por la resistencia de la válvula: una mayor resistencia resulta en una mayor amortiguación. Muchos amortiguadores cuentan con ajustes de amortiguación de compresión que varían la resistencia de la válvula. A menudo, los bloqueos funcionan impidiendo o impidiendo una compresión mínima.

La masa no suspendida es la masa de las partes de las bicicletas que no está soportada por los sistemas de suspensión. En un extremo se encuentran las bicicletas de carretera, sin suspensión en el cuadro, con muy poca en los neumáticos y sin ninguna en el sillín. Al levantarse del sillín, los ciclistas pueden proporcionar suspensión con las rodillas, convirtiendo su masa en masa suspendida , pero toda la masa de la bicicleta sigue siendo masa no suspendida . En el otro extremo se encuentran las bicicletas de montaña con suspensión completa. Con suspensión delantera y trasera, las únicas partes no suspendidas son las ruedas y pequeñas partes de la horquilla delantera y las vainas traseras. Aun así, como las bicicletas de montaña tienen neumáticos grandes de baja presión que permiten un recorrido mucho mayor que los neumáticos pequeños de alta presión de las bicicletas de carretera, las ruedas también están suspendidas en cierta medida.

En general, las bicicletas son tan ligeras en comparación con sus ciclistas que el recorrido es un factor mucho más importante que la masa no suspendida a la hora de determinar dónde colocar la suspensión y cuánta utilizar. La excepción son las bicicletas reclinadas y tándem, donde los ciclistas no pueden levantarse del asiento o no pueden prever cuándo lo necesitarán, por lo que ya no se puede esperar que su masa sea soportada por las rodillas al pasar por irregularidades en el terreno. Estas bicicletas suelen tener algún tipo de sistema de suspensión para reducir la masa no suspendida.