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 las principales se encuentran la distancia entre ejes , el ángulo del eje de dirección, el desplazamiento de la horquilla y el avance. Estos parámetros influyen significativamente en el manejo de la bicicleta . ^{[ 1 ]}

La distancia entre ejes es la distancia horizontal entre los centros (o puntos de contacto con el suelo) de las ruedas delanteras y traseras. Esta distancia depende 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 en automóviles y trenes.

La distancia entre ejes, junto con la posición del centro de masas de la bicicleta y el ciclista, influye considerablemente en la estabilidad longitudinal de la misma: una distancia entre ejes corta y un centro de masas alto aumentan la probabilidad de que la rueda trasera se incline hacia adelante al frenar, o de que la rueda delantera se levante del suelo al acelerar. Las bicicletas cortas son mucho más adecuadas para realizar caballitos y frenadas bruscas .

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 alrededor del cual 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 .

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 avance de la horquilla . Las horquillas de las bicicletas de carreras de carretera tienen un desplazamiento de 40–50 mm (1,6–2,0 in) . ^{[ 7 ]}  

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

En las motocicletas con tubos de horquilla telescópicos , el desplazamiento de la horquilla se puede implementar mediante un desplazamiento en la tija triple , agregando un ángulo de inclinación a la tija triple ^{[ 9 ]} (generalmente medido en grados desde 0) a los tubos de la horquilla al montarse en la tija triple, o una combinación de ambos. ^{[ 10 ]} Otras horquillas de motocicleta menos comunes , como las horquillas de enlace de arrastre o de enlace de avance, 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 inferior de la corona de la horquilla hasta el centro del eje. ^{[ 11 ]}

El avance es la distancia horizontal desde el punto donde la rueda delantera toca el suelo hasta donde el eje de dirección lo intersecta. La medida se considera positiva si el punto de contacto de la rueda delantera con el suelo se encuentra 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 patinaje de dos masas y la Python Lowracer, tienen un avance negativo. ^{[ 12 ]}

El avance ( Trail) 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 argumentan que el avance mecánico puede ser una variable más importante e informativa, ^{[ 15 ]} aunque ambas expresiones describen prácticamente lo mismo.

El avance es 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 ]}

${\displaystyle {\text{Trail}}_{\text{bicycle}}={\frac {R_{w}\cos(A_{h})-O_{f}}{\sin(A_{h})}}}$y${\displaystyle {\text{Trail}}_{\text{motorcycle}}={\frac {R_{w}\sin(A_{r})-O_{f}}{\cos(A_{r})}}}$

dónde${\displaystyle R_{w}}$es el radio de la rueda,${\displaystyle A_{h}}$es el ángulo de dirección de la bicicleta medido desde la horizontal,${\displaystyle A_{r}}$es el ángulo de inclinación de la motocicleta medido desde la vertical, y${\displaystyle O_{f}}$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.

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

El avance puede variar a medida que la bicicleta se inclina o gira. En el caso de la geometría tradicional, el avance disminuye (y la distancia entre ejes aumenta si se mide la distancia entre los puntos de contacto con el suelo y no los bujes) a medida que la bicicleta se inclina y gira en la dirección de la inclinación. ^{[ 17 ]} El avance 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, tanto el avance como la distancia entre ejes disminuyen. ^{[ 18 ]} Al menos una motocicleta, la MotoCzysz C1 , tiene una horquilla con avance ajustable, de 89 a 101 mm [3,50 a 3,98 pulgadas] . ^{[ 19 ]} 

El avance 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 avance normal . ^{[ 21 ]} En cada caso, su valor es igual al numerador de la expresión para el avance.

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

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

Aunque la comprensión científica de la dirección de la bicicleta sigue siendo incompleta, ^{[ 15 ]} tenemos una buena comprensión general de las complejidades dinámicas interdependientes. ^{[ 22 ]} El avance mecánico es sin duda una de las variables más importantes para determinar las características de manejo de una bicicleta. Un avance de cero puede ofrecer algunas ventajas: ^{[ 23 ]}

• Se elimina la influencia de la posición del centro de presión de las fuerzas del viento que vienen del lateral.
• Se elimina el efecto de vuelco de la rueda (véase más abajo).

Los ciclistas hábiles y atentos pueden tener mayor control del camino si el avance mecánico es menor, mientras que se sabe que un avance mayor facilita el manejo de la bicicleta "sin manos" y, por lo tanto, la hace subjetivamente más estable.

El efecto de balanceo de la rueda 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 balancea al girar el manillar. Este efecto se produce cuando la parte delantera de la bicicleta o motocicleta desciende al girar el manillar desde la posición de marcha recta. Este descenso se produce según la siguiente ecuación:

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

dónde:

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

${\displaystyle b}$= sendero

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

Debido a que el efecto de balanceo de la rueda implica que la parte delantera de una bicicleta o motocicleta desciende, la fuerza debida a la gravedad tenderá a hacer que la rotación del manillar continúe con una velocidad de rotación creciente y sin una intervención adicional del ciclista en el manillar. Una vez que el manillar gira, el ciclista necesita aplicar torque al manillar para devolverlo a la posición recta y elevar la parte delantera de la bicicleta o motocicleta a su altura original. ^{[ 24 ]} La inercia rotacional de la rueda delantera disminuirá la gravedad del efecto de balanceo de la rueda porque hace que se requiera un torque opuesto para iniciar o acelerar el cambio de dirección de la rueda delantera.

Según la ecuación anterior, aumentar el avance y/o disminuir el ángulo de dirección incrementará el efecto de balanceo de la rueda delantera en una bicicleta o motocicleta, lo que aumentará el par necesario para enderezar el manillar y la tendencia del vehículo a desviarse bruscamente de la trayectoria en una curva. Asimismo, aumentar el peso que soporta la rueda delantera, ya sea incrementando la masa del vehículo, el conductor y la carga o modificando la distribución del peso para desplazar el centro de gravedad hacia adelante, aumentará la gravedad del efecto de balanceo de la rueda. Incrementar la inercia rotacional de la rueda delantera mediante el aumento de la velocidad del vehículo y la velocidad de rotación de la rueda tenderá a contrarrestar dicho efecto.

Un cierto grado de oscilación de la rueda se considera generalmente deseable. La revista Bicycle Quarterly afirma: «Una bicicleta con muy poca oscilación de la rueda reaccionará con lentitud a los movimientos del manillar. Una bicicleta con demasiada oscilación de la rueda tenderá a desviarse de su trayectoria a velocidades bajas y moderadas». ^{[ 25 ]}

Las horquillas pueden modificarse o sustituirse, alterando así la geometría de la bicicleta.

El estado de Dakota del Norte (EE. UU.) tiene requisitos mínimos y máximos sobre el ángulo de inclinación y el recorrido para "la fabricación, venta y operación segura de una motocicleta en carreteras 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: Ángulo de inclinación: 45 grados; Avance: 14 pulgadas [35,56 centímetros] positivo

MÍNIMO: Ángulo de inclinación: 20 grados; Rastro: 2 pulgadas [5,08 centímetros] positivo

Las especificaciones del fabricante deben incluir el ángulo de inclinación y el avance específicos para cada motocicleta o clase de motocicletas, y los términos "ángulo de inclinación" y "avance" 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 cuadros de bicicleta . En el caso de las motocicletas , los otros parámetros geométricos principales son la altura del asiento y la posición relativa de los reposapiés y el manillar.

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