¿Por qué usar múltiples materiales en platos?

¿Por qué es que en un juego típico de bielas triples de carretera de nivel medio, los anillos exteriores (anillos más grandes) serán de aluminio, mientras que el anillo interior (anillo pequeño) es cromado?

Me parece que si el aluminio fuera lo suficientemente bueno para uno, sería lo suficientemente bueno para todos.

¿Tiene que ver con la cantidad de fuerza aplicada a cada anillo? ¿Quizás el anillo más pequeño se pueda usar en situaciones de escalada, cuando el ciclista está de pie, por lo que se aplica la mayor fuerza a la manivela en ese punto (y por lo tanto necesita un anillo más fuerte)?

Esto es en realidad una cuestión de la multiplicación de fuerza que proporciona cada plato y el tamaño / masa de cada plato.

Diferencia de fuerza

Propongamos, solo por un momento, que tenías un plato tan grande que su radio es casi el mismo que la longitud de la manivela. Si el piloto se puso de pie para pedalear mientras usa ese plato (y usa pedales de plataforma simples) La fuerza teórica máxima sobre la cadena será igual al peso del jinete. (Suponiendo que él / ella no esté tirando del manillar).

Ahora, eliminemos ese plato poco práctico y ridículamente grande, e instalemos uno más realista, uno que tenga un radio de aproximadamente la mitad de la longitud de la manivela. Ahora, cuando el jinete repite el experimento anterior, ahora, la fuerza teórica máxima aplica el peso del jinete * 2.

Si repite todo el experimento, pero esta vez con un plato que tiene un radio de 1/4 de la longitud del cigüeñal, la fuerza máxima en la cadena sería 4 veces el peso del conductor.

Es decir, en un mecanismo simple como un juego de bielas, la fuerza de salida se puede calcular como:

OF = IF * (Ir / Or).

Donde IF = Fuerza de entrada, Ir = radio de entrada, Or = Radio de salida. Y el radio es la distancia desde el eje hasta el punto donde se ejerce la fuerza.

Como puede imaginar, la mayoría de las bielas de platos tripas tienen un plato grande que tiene un radio de aproximadamente la mitad de la longitud de la biela. Y el plato más pequeño es la mitad de grande. Efectivamente, el típico juego de bielas triples duplica la fuerza de salida en el plato pequeño en relación con el más grande.

El peso importa

Sin embargo, esto es solo una parte del tema. Cuanto más grande es el plato, más pesado es. Y también es una parte giratoria de la bicicleta, por lo que algunos pueden argumentar que su inercia rotacional sería importante. Como puedes adivinar, los platos CroMo son más pesados ​​que Al.

Durabilidad

Eso todavía no explica completamente la decisión, pero aquí está: el aluminio generalmente tiene menos resistencia contra el desgaste por fricción que el acero. Por ejemplo, si tuviera que limar una protuberancia en una pieza de aluminio, lo haría con poco esfuerzo, en comparación con el trabajo similar, incluso en acero dulce. A esto se agrega el hecho de que una nueva cadena en un nuevo plato engancha varios dientes con un contacto completo entre los dientes del rodillo, distribuyendo efectivamente la carga entre cada punto de contacto. El plato pequeño puede proporcionar menos puntos de contacto para distribuir la carga, lo que significa que cada diente está sujeto a una fracción mayor de la fuerza total aplicada por el conductor y multiplicada por la manivela. Eso significa que un diente en el plato pequeño tiene una carga mucho mayor que un diente en el plato grande.

Relación de uso

A esto podemos agregar el argumento bastante subjetivo de que la mayoría de los ciclistas pasarían más tiempo en el plato medio, tal vez en el pequeño o saltando mucho entre ellos, mientras que el grande se usa de forma más esporádica, generalmente en descensos rápidos donde el piloto ganó No use toda su fuerza y ​​no por mucho tiempo.

Conclusión

Todos estos argumentos hacen que los materiales elegidos sean un buen compromiso entre peso, durabilidad y, tal vez, costo.

Los platos pequeños y medianos de aluminio se desgastarían demasiado rápido y serían propensos a doblarse debido a una técnica de cambio incorrecta. Un plato grande hecho de acero sería más pesado y la diferencia sería fácilmente perceptible al sostener el juego de bielas en la mano, por lo que el juego de bielas con el plato grande de aluminio sería la mejor compra entre los dos.

La diferencia de peso entre los platos pequeños hechos de estos materiales sería menos perceptible, y el comprador puede no estar tan apelado a pagar la diferencia de precio por una pérdida de peso tan pequeña (¿ganancia?).

Además, los platos pequeños de aluminio pueden ser más adecuados para ciclistas profesionales, que idealmente deberían estar patrocinados adecuadamente, por lo que gastar un plato por carrera no es un gran problema. Además, él / ella puede (idealmente) tener una técnica de cambio optimizada (es decir, el piloto ha identificado sus fallas en la técnica de cambio y las ha corregido).

¡Buena pregunta! Hay un par de razones importantes para los diferentes materiales:

• Desgaste : el acero dura más que el aluminio, liso y simple. Entonces, ¿por qué no usar acero en todos los anillos? Los anillos más grandes tienen rampas en los lados que facilitan el cambio y no se pueden voltear a medida que el anillo se desgasta. El anillo de la abuela puede, por lo tanto, puede durar mucho más.

• Flexión / flexión : a medida que aumenta el tamaño de un plato, se vuelve más propenso a flexionarse y doblarse debido al par / carga sobre él. El acero recto en realidad se doblaría con bastante facilidad, pero la forma en que los anillos CNC permiten un mayor soporte en los anillos.

• Peso : el acero pesa más que el aluminio, lo mismo para CroMo. Para un anillo pequeño, la diferencia será mucho menor que un anillo más grande.

• Costo : al igual que una buena bicicleta con marco de acero frente a aluminio, el mejor material cuesta más dinero, podría ser un ángulo de ahorro de costos. (Tenga en cuenta que esto también se aplica a otros materiales como el titanio).

Entonces, tiene varias razones por las cuales el fabricante / vendedor tiene diferentes materiales de anillo. Es muy probable que sea una combinación de lo anterior y una compensación para uno o más (más peso frente a menos fuerza, etc.).

Principalmente, debido a problemas de "brazo de palanca", se aplica mucha más fuerza a los dientes del anillo más pequeño, y deben ser los más fuertes. Esto se ve exacerbado por el hecho de que la fuerza se extiende sobre menos dientes.

Para el n. ° 2 enumeraría el peso: con el anillo pequeño que usa aluminio ahorraría muy poco peso.

Una palabra: par. También conocido como brazo de palanca.

En este caso, el brazo de palanca es la diferencia en los radios del brazo de manivela (al que está unido el pedal) y la rueda dentada. Los pilotos tenemos una cantidad limitada de fuerza que podemos aplicar a los pedales, creando un torque en el brazo de la biela. Nuestra inercia crea una fuerza opuesta a través de la cadena en el anillo de engranaje seleccionado. Con suficientes diferencias de brazo nivelado, nuestra fuerza humana puede generar un torque que puede superar la resistencia del material del anillo de la cadena.

Por lo tanto, para resistir el mayor par, el plato más pequeño generalmente está hecho de un material más fuerte, a menudo acero.

ACTUALIZACIÓN: los moderadores solicitaron una expansión. Aquí está.

El par es una "fuerza de torsión", que es exactamente lo que creamos los ciclistas cuando pedaleamos una bicicleta. La cantidad de fuerza que aplicamos a los pedales puede amplificarse por la longitud del "brazo de torsión", que es, en nuestro caso, la longitud de centro a centro de los brazos de la biela desde el pedalier hasta el pedal ( s) También rodean el mismo eje las ruedas dentadas de la cadena delantera. La diferencia entre nuestro radio de pedaleo y el radio de la rueda dentada es el "brazo de torsión" efectivo, o "ventaja mecánica", para la rueda dentada dada. A medida que aumenta la ventaja mecánica, también aumenta el par o la fuerza de torsión que generamos a partir de los pedales. Obtenemos la máxima ventaja mecánica al pedalear contra la rueda dentada de radio más pequeño.

Eso resume nuestras fuerzas. Ahora una palabra sobre materiales. En términos relativos, el acero es fuerte y pesado, mientras que el aluminio es suave y ligero. Sin embargo, las aleaciones y diversos tratamientos modifican esas características nativas, generalmente con costos adicionales. El resultado final es un análisis de esfuerzo / deformación de las fuerzas (torque) involucradas versus la resistencia inherente del material. Y luego está el presupuesto monetario, que influye en las opciones disponibles y las selecciones elegidas. Una revisión de los materiales de la rueda dentada candidata va mucho más allá del alcance de esta respuesta, o de mi conocimiento actual.

Baste decir que los fabricantes utilizarán los productos más rentables para su público objetivo. Eso podría significar diferentes materiales para los equipos del Tour de Francia, a diferencia de lo que usted y yo podemos obtener de nuestras tiendas de bicicletas locales.

Cuando se trata de ruedas dentadas para ciclistas de todos los días, se trata de torque. Y los dos materiales menos costosos que satisfacen la resistencia necesaria a la tensión / deformación son las aleaciones de aluminio y las aleaciones de acero.

Tenga en cuenta que el término del OP "cromo-mo" se refiere al acero al cromo-molibdeno , también llamado acero al cromol.