¿Por qué algunas bicicletas tienen ruedas mucho más grandes que la mayoría de las motocicletas?

Consideremos una bicicleta de montaña y una motocicleta. Cada uno tiene la necesidad de ser lo más utilizable posible y superar los obstáculos de manera más efectiva. Las ruedas más grandes generalmente significan una mayor capacidad de campo a través. Entonces, ¿cuál es la teoría detrás de las bicicletas que generalmente tienen ruedas más grandes que las motos?

El engranaje es un factor, aunque de ninguna manera es el único factor. Los tamaños de rueda comunes permiten ruedas dentadas de tamaño conveniente, tanto delanteras como traseras. La industria de las bicicletas siempre ha estado impulsada por lo que los corredores necesitan, y los ciclistas profesionales pueden alcanzar los 100 km / h en descenso. Cuanto más alto esté un equipo, menos probabilidades hay de que "gire" y ya no pueda pedalear de manera efectiva. Cuanto más grande es la rueda, más te mueves en una revolución. El motor de combustión interna puede alcanzar 1000s de RPM, un orden de magnitud por encima de lo que pueden soportar las piernas humanas, que al menos en un laboratorio comienzan a perder eficiencia en alrededor de 100 rpm ( http://link.springer.com/article/10.1007 % 2Fs00421-004-1175-5), y por encima de cierto punto (que es quizás el tema de su propia pregunta) son totalmente incapaces de mantenerse al día con los pedales, y mucho menos aplicar un poder significativo. Es por eso que las bicicletas estilo centavo tenían ruedas tan grandes, ya que las bielas estaban unidas directamente a la rueda, la única forma de ir más rápido era obtener una rueda más grande.

La transmisión por cadena y el engranaje resolvieron este problema, permitiendo ruedas más pequeñas y ligeras y un tubo superior por debajo de la altura de la entrepierna. Pero hay límites prácticos sobre qué tan grande es un plato y qué tan pequeño puede ser un piñón trasero. Un plato demasiado grande comenzará a flexionarse (esto era más un problema antes que los materiales modernos), y actualmente la rueda dentada trasera más pequeña en un cassette estándar tiene 11 dientes, en las viejas ruedas libres de 5 velocidades, generalmente era de 14 dientes. Una rueda 700c con un neumático de 25 mm puede alcanzar ~ 73 km / h con una cadencia de 120 rpm con un plato estándar de 53 dientes de carrera y una rueda dentada trasera de 11. Para obtener el mismo engranaje, una rueda BMX de 20 "necesitaría un plato de 75 dientes que tendría aproximadamente 12" de diámetro, y una rueda de bicicleta plegable de 16 pulgadas necesitaría un plato de 83 dientes y 14 "de diámetro. Además de flexionarse,

Y algunas bicicletas tienen ruedas muy pequeñas, como las bicicletas plegables. Pero su velocidad máxima es limitada. Se han fabricado algunos casetes traseros con piñones más pequeños de 9 dientes (ver http://www.sheldonbrown.com/capreo.html ), pero las preocupaciones de ingeniería los hacen caros y propensos a usar. E incluso entonces, los tamaños de ruedas estándar de 26 "y 28" (también conocido como 700C o 29 ") se establecieron hace más de 100 años, y las bicicletas plegables tienden a parecer" tontas "para las personas en comparación con las bicicletas más convencionales. Y a la UCI le gusta exigir que las modernas Las bicicletas de carrera tienen aproximadamente la misma forma que tenían en los años 70, incluyendo un cuadro de diamante y ruedas de entre 55 y 70 cm.

Otra razón estándar dada por qué los ciclistas de montaña deberían favorecer las ruedas de 29 "sobre las ruedas de 26" es que "ruedan mejor". El diámetro mayor significa que se atasca menos en surcos y agujeros pequeños, rodando sobre él en lugar de hacia abajo. Los neumáticos más grandes también significan un mayor volumen de aire y, por lo tanto, menos necesidad de suspensión. Las motocicletas ya son mucho más pesadas (con la potencia necesaria para mover mucho más peso), por lo que reforzar la suspensión es un problema menor. La pregunta de 26 "vs 29" (vs 27.5 ") está lejos de resolverse, pero la tendencia se está moviendo hacia ruedas más grandes, no más pequeñas.

No creo que "mucho más grande" sea una descripción apropiada:

A lo sumo, las ruedas de bicicleta tienden a ser "un poco más grandes".

Y debe tenerse en cuenta que en ambos casos un factor limitante es la "altura de apoyo": la posición más baja del piloto (para un estilo de cuadro relativamente sencillo) está básicamente limitada por el tamaño de la rueda. Las ruedas más grandes requieren piernas más largas en el conductor, diseños de cuadros extraños (que hacen que la bicicleta sea más larga y más difícil de manejar) o montaje / desmontaje estilo "penny farthing".

Resumen: las motos tienen ruedas más pesadas, por lo que son más pequeñas las hace más maniobrables. Las motos van más rápido, por lo que la resistencia del aire es más importante y las ruedas más grandes tienen más. Las motos tienen mucha más potencia disponible y van más rápido, por lo que la suspensión es más fácil de transportar y más necesaria.

Sin embargo, hay más consideraciones que solo golpes. Sí, las ruedas más grandes manejan los golpes mejor que las pequeñas. Si solo le importa que el tamaño de la rueda esté limitado solo por las ruedas que puede comprar, esta es la razón por la cual el tamaño de la rueda de 36 "/ ISO787 es popular en algunos sectores. Puede obtener ruedas más grandes, pero los neumáticos se vuelven muy difíciles de encontrar y probablemente tendrá que hacer neumáticos, tubos y llantas usted mismo.

Las ruedas más grandes son más débiles para el mismo peso , y el peso es muy importante para una bicicleta. Efectivamente, está extendiendo la misma cantidad de material sobre una llanta y neumáticos más grandes, por lo que todo se vuelve más delgado. Al mismo tiempo, dado que las bicicletas tienen al menos un ancho de cubo bastante restringido, la rueda se debilita lateralmente porque el ángulo entre los radios izquierdo y derecho se hace más pequeño al mismo tiempo que el brazo de la palanca se hace más grande.

Las ruedas más grandes tienen más resistencia al aire porque tienen más área frontal. Claro, puedes trabajar en eso, pero cualquier cosa que puedas hacer para reducir la resistencia al aire de una rueda de bits también puedes hacerlo en una rueda pequeña ... y si miras las bicicletas de Battle Mountain, usan las mismas técnicas que las Bicicletas UCI en sus ruedas pequeñas.

Por ejemplo, el récord mundial de velocidad de la bicicleta establecido por una bicicleta de ruedas pequeñas Moulton :

En 1986, Jim Glover montó esta bicicleta a 51 mph en un curso de 200 metros volando para establecer un récord mundial de velocidad que se mantiene hasta nuestros días.

Entonces, ¿por qué las bicicletas tienen ruedas más grandes?

Como dijiste, las ruedas más grandes manejan mejor los golpes. Esto es especialmente cierto cuando hay poca o ninguna suspensión (bicicletas de carretera), pero también se aplica a las bicicletas de montaña. Una rueda más grande no cae en inmersiones tan lejos, por lo que pierde menos energía en la suspensión.

Las motos van más rápido que las bicicletas y tienen velocidades máximas más altas. De eso se derivan muchas cosas.

Eso significa que las motos deben tener suspensión , donde es opcional para las bicicletas. Si una moto golpea un bulto y se eleva en el aire, eso es emocionante e inusual. Pero incluso muchos ciclistas no son conscientes de que las ruedas de sus bicicletas se despegan del suelo, porque eso es solo parte de andar en bicicleta (se "baja de peso la silla" en la bicicleta y se usa el cuerpo como parte de la suspensión). Pero tan pronto como tenga suspensión, la ventaja de las ruedas más grandes desaparecerá.

La otra cara de "las ruedas más grandes son más débiles" es que las motocicletas ejercen mucha más presión sobre las ruedas . Son más pesados, tienen más potencia y van más rápido. También viajan distancias más largas: un paseo en bicicleta de 1000 km es un camino largo y lleva días, pero en una moto no es notable a menos que haya factores excepcionales. Muchos motociclistas viajan más de, por ejemplo, 50,000 km al año en moto, pero casi ningún ciclista hace lo mismo. Por lo tanto, una moto tiene que durar más que una bicicleta, lo que hace que la fuerza sea más importante. Las fallas también son más peligrosas a velocidades más altas, y con una motocicleta más pesada que puede caer sobre el conductor en un choque. Nuevamente, más fuerte es importante y las ruedas pequeñas son más fuertes.

Los neumáticos más grandes tienen más goma, por lo que duran más . Los neumáticos de bicicleta tienen que ser delgados para que se flexionen, lo que significa que la solución de moto de hacer neumáticos más gruesos para alargar la vida realmente no funciona. Eso hace que una rueda más grande sea una de las pocas opciones.

El confort de conducción y la eficiencia en superficies rugosas juegan un papel importante. Una rueda más grande ayuda a ambos: suaviza los golpes para mayor comodidad y reduce el movimiento vertical (energía desperdiciada).

Las bicicletas de ruedas pequeñas, como las bicicletas plegables, son tolerables en superficies lisas, pero no son famosas por su capacidad, comodidad o velocidad fuera de la carretera.

El extremo en las ruedas grandes era la bicicleta ordinaria, (también conocida como céntimo de centavo) que proporcionaba un "engranaje" apropiado con una rueda de transmisión directa, pero también proporcionaba comodidad y eficiencia (¡no tanta seguridad!) En las carreteras sin construir de la época.

Cuando el engranaje se volvió práctico y aceptado, el tamaño de las ruedas disminuyó por conveniencia y seguridad; de hecho, las bicicletas con engranajes se conocían como "Seguridad" en comparación con las bicicletas "Ordinarias", pero solo hasta ahora, gracias a la necesidad de comodidad y eficiencia en carreteras en mal estado.

Las motos no tienen la misma necesidad de eficiencia, ya que tienen un poco más de 1/4 caballos de fuerza para jugar, por lo que pueden usar una suspensión más sofisticada y neumáticos mucho más suaves y gordos, para ganar en el frente de la comodidad incluso con Ruedas más pequeñas.

Los neumáticos más gordos también son importantes para una mejor sujeción de la carretera a velocidades que los ciclistas normalmente no experimentan.

Por lo tanto, ambas formas de transporte parecen haberse asentado en el tamaño de la rueda que mejor cumple con sus condiciones.

Las respuestas anteriores abordan diferentes relaciones de transmisión, durabilidad diferente y comodidad diferente. Hay otras razones también.

1. Esfuerzo de torsión

tl; dr La bicicleta está más limitada por la cadencia; La moto está limitada por la resistencia máxima a la tracción del material.

Los motores Morotbike pueden ejecutar 12,000 RPM con un par relativamente pequeño en el cigüeñal. El hombre puede hacer 100 RPM con un par relativamente alto. En la moto hay engranajes, caja de cambios y cadena (engranaje cardán) entre el motor y la rueda. Todos los engranajes reducen la velocidad angular (parte RPM) pero aumentan el par. Los engranajes entre la pierna del hombre y la rueda aumentan la velocidad y reducen el par.

Para Yamaha YZF-R1 (2003) la relación de transmisión (manivela / eje) varía de 10.6: 1 a 4.7: 1. Para la primera marcha; eso significa que la rueda está haciendo RMP 10 veces más bajas que el motor y el par es 10 veces mayor en el eje de la rueda que en el cigüeñal.

Para bicicletas con 11-25 cajas y 26-48 ruedas de cadena, las relaciones de transmisión (pie / eje) varían de 0.96: 1 (1: 1.04) a 0.22: 1 (1: 4.36).

Suponga que el par se mide en el eje (divida la fuerza solo por la circunferencia de la rueda) y la marcha superior. El par máximo de esa Yamaha es de aproximadamente 100 Nm en el eje, lo que da 21.28 Nm en el cigüeñal y 225.57 Nm en el eje con la primera marcha aplicada. El hombre de 80 kg puede generar 140 Nm en la rueda de cadena y 30.8 - 134.4 Nm en el eje.

Si quisiéramos usar el tamaño de la rueda de la motocicleta (190/55 R17, 2013 mm), que es 1.05 veces más pequeño que el de la bicicleta (700x38C, 2117 mm), tendríamos que disminuir la relación de transmisión que conduce a un par de torsión generado por el hombre que va desde 29,3 - 127,8 Nm.
Si queremos usar el tamaño de la rueda de bicicleta, necesitaríamos aumentar la relación de transmisión, lo que da como resultado un par generado por el motor que oscila entre 105.2 y 237.2 Nm.

2. Maniobrabilidad

En el sistema de ciclista-bicicleta, el ciclista es la parte pesada. En el sistema de motociclista, la bicicleta suele ser más pesada, a veces el peso de los ciclistas es casi insignificante. Rueda más grande significa mayor impulso y mayor efecto giroscópico. Para las bicicletas significa una mejor estabilidad; Usted es menos vulnerable a caídas o giros salvajes. Para las motos conduce a una mayor resistencia al giro y a una mayor maniobrabilidad general.

3. Sensibilidad superficial

tl; dr Las ruedas más pequeñas son más vulnerables a atascarse que las ruedas más grandes.

Esto ya se mencionó, pero lo ampliaré más. Las ruedas más pequeñas pueden atascarse en un agujero mucho más fácilmente que las más grandes. Es como poner una moneda grande en el agujero para la más pequeña.
Cuando la rueda más pequeña se topa, tiene un ángulo de fijación mayor que la rueda más grande. La rueda más pequeña tenderá a detenerse en esa protuberancia, pero la rueda más grande tenderá a sobrepasarla. Como un ejemplo exteme compare patinador y ciclista en un pavimento de grava.
Las ruedas más pequeñas también tienden a atascarse en superficies blandas (barro, arena, nieve) que las más grandes. Para la misma profundidad de penetración, la rueda más grande tiene más material involucrado, lo que disipa la carga a un área más grande y también tiene un mejor ángulo de ataque que la rueda más pequeña. Las ruedas más grandes también tienen la cadena más lejos de los escombros.

Las motos son más pesadas y tienen mucha más potencia / par que los ciclistas. Cuando está atascada, la motocicleta tiene ventaja en el centro de masa más bajo (menos vulnerable a girar alrededor de la rueda delantera), mayor impulso (se abrirá paso a través del barro) y potencia (se desenterrará). Las motocicletas son mucho más especializadas: casi no se puede usar la bicicleta de carretera todo terreno y viceversa. Por otro lado, las bicicletas pueden circular cómodamente en la carretera y en terrenos irregulares.