C’è di più nell’ingranaggio di una moto che semplicemente la dimensione del big ring. In breve, le dimensioni non contano perché sono i rapporti che sono generati da ogni combinazione degli ingranaggi con i pignoni che sono più importanti. In questo post – una versione aggiornata di un articolo pubblicato per la prima volta nel 2014 – il redattore tecnico australiano Matt Wikstrom esamina come dare un senso ai rapporti di trasmissione e discute tutte le sfumature che possono fornire.
Negli ultimi 30 anni, il numero di marce sulle bici da strada è aumentato costantemente. I gruppi attuali forniscono 22 marce attraverso la combinazione di due ingranaggi e 11 pignoni. La gamma di dimensioni per gli ingranaggi e pignoni è anche cresciuto in quel tempo, anche, fornendo ai piloti un sacco di spazio per mettere a punto il cambio sulle loro moto.
Con un numero così generoso di marce in offerta, si è tentati di pensare che non ci sarebbe molto punto per armeggiare con loro, ma il motore umano lo richiede. Dopo tutto, c’è una quantità finita di potenza in offerta e l’efficienza del sistema dipende dal mantenimento di una cadenza costante (~80rpm), indipendentemente da qualsiasi cambiamento nel terreno o condizioni di guida.
Ogni ciclista su strada capisce che le dimensioni degli ingranaggi e pignoni dettano la marcia della bicicletta, tuttavia c’è di più al concetto che semplicemente il numero di denti coinvolti. Ciò che è più importante è il rapporto e il modo in cui i pignoni moltiplicano lo sforzo fatto con l’ingranaggio.
Un’introduzione ai rapporti di trasmissione
Prima dell’avvento della trasmissione a catena, i primi ciclisti hanno stabilito che la dimensione della ruota motrice aveva un profondo impatto sulle velocità che si potevano raggiungere. I penny-farthing non erano progettati con un’enorme ruota anteriore per ragioni estetiche – la circonferenza massiccia permetteva velocità più elevate a condizione che il ciclista fosse abbastanza forte da girare la ruota.
L’introduzione della trasmissione a catena ha migliorato l’efficienza della bicicletta perché si potevano usare le marce. Combinando un grande ingranaggio sulle pedivelle con uno piccolo sulla ruota, un singolo giro delle pedivelle produceva più giri della ruota posteriore, quindi poteva funzionare proprio come la massiccia ruota motrice di una Penny-farthing.
Calcolare il numero di giri della ruota prodotti dal cambio di una bicicletta è semplicemente una questione di determinare il rapporto tra la corona e il pignone posteriore. Per esempio, quando una corona da 53T è accoppiata con un pignone da 12T, ha un rapporto di 53:12, o 4,42, quindi una rotazione completa della pedivella farà girare la ruota posteriore 4,42 volte. Al contrario, 39 x 25T produce un rapporto di trasmissione di 1,56.
Compara i rapporti di trasmissione
Con tutte le opzioni disponibili ai ciclisti su strada di oggi, è possibile produrre rapporti di trasmissione che sono piccoli come 1,0 e grandi come 5,0 con incrementi di 0,15-0,40. Da soli, questi numeri non sono particolarmente descrittivi, ma possono essere trasformati in valori più significativi in uno dei due modi.
Il primo metodo è quello di rapportare il rapporto di trasmissione alla dimensione della ruota moltiplicando il rapporto di trasmissione per il diametro della ruota (Figura 1A). Nel caso di una ruota da strada, si possono usare 27 pollici per semplicità (anche se il vero diametro di un cerchio 700c con uno pneumatico da 23 mm è più simile a 26,3 pollici). Il valore risultante, pollici di marcia, rappresenta il diametro di una ruota equivalente a trazione diretta (come la ruota anteriore di un Penny-farthing).
Per esempio, usare un rapporto di marcia alto come 53 x 12T equivale a guidare un penny-farthing con una ruota anteriore che è quasi 10 piedi (o 3m) alta. Al contrario, un rapporto di trasmissione basso come 39 x 25T equivale a una ruota da 42 pollici.
Il secondo metodo, il roll-out (detto anche metri di sviluppo), si calcola moltiplicando il rapporto di trasmissione per la circonferenza della ruota (misurata in metri, Figura 1B). Questo valore rappresenta la distanza che la bicicletta percorrerà con un giro di manovella. Così, 53 x 12T produce 9,28 metri di roll-out per una bici da strada con pneumatici 25C rispetto a 3,28 metri per 39 x 25T.
Tra i due, il roll-out è un po’ più informativo, se non altro perché è più tangibile del diametro teorico della ruota. Tuttavia, entrambi i valori possono essere usati per calcolare facilmente la velocità prevista per una data cadenza:
Velocità (km/h) = Roll-out/1000 x cadenza (rpm) x 60
Velocità (miglia/h) = pollici di marcia/63, 360 x Pi (3,14159) x cadenza (rpm) x 60
Queste considerazioni sono critiche per quei corridori che usano una marcia fissa (ad esempio i corridori di pista e BMX). In questo contesto, una piccola differenza nei rapporti di trasmissione (0,1m/1 pollice di marcia) può influenzare la facilità con cui il ciclista può accelerare e la velocità massima che può raggiungere. Sulla strada, però, queste differenze non si sentiranno, e in generale, gli incrementi più grandi (0.5m/5 pollici di marcia) sono più significativi.
Uno sguardo al roll-out per i gruppi stradali
La figura 2 mostra la gamma di roll-out forniti da ciascuna delle principali combinazioni di ingranaggi – standard (53/39T), semi-compatto (52/36T) e compatto (50/34T) – con una varietà di dimensioni del pignone. A prima vista, è facile vedere che una guarnitura standard genera roll-out più elevati rispetto alle altre combinazioni di ingranaggi, ma c’è anche molta sovrapposizione. Infatti, c’è molta più somiglianza tra le tre guarniture di quante siano le differenze effettive.
Per esempio, ci sono sei combinazioni di ingranaggi e pignoni che forniranno 5m di roll-out: 39 x 16T, 36 x 15T, 34 x 14T, 53 x 23T, 52 x 21T e 50 x 21T. Ad una cadenza di 80 rpm, un ciclista finirà sempre per navigare a 24km/h, indipendentemente dalla combinazione specifica che utilizza.
Lo stesso vale per quasi tutte le uscite: il rapporto di trasmissione è molto più importante del numero di denti coinvolti. È solo quando un ciclista spera di massimizzare, o minimizzare, il roll-out della bicicletta che diventa importante prestare attenzione alla dimensione degli ingranaggi e/o pignoni.
Le trasmissioni 2x producono un numero significativo di rapporti ridondanti
Alla vista, la combinazione di due ingranaggi e 11 pignoni promette una gamma impressionante di rapporti, tuttavia dà anche origine a una quantità significativa di ridondanza, indipendentemente dalla guarnitura e dai pignoni in uso (Figura 3A).
Questa ridondanza si verifica sempre intorno alla metà della gamma di rapporti, dove i roll-out generati dall’ingranaggio piccolo e dai pignoni più piccoli corrispondono essenzialmente a quelli prodotti dall’anello grande e dai pignoni più grandi. Quando questa sovrapposizione viene rimossa, il numero di rapporti di trasmissione discreti offerti da una trasmissione 2 x 11 può essere piccolo come 14 e grande come 17, a seconda della gamma di pignoni (Figura 3B; vedi anche Figura 7).
Per quei ciclisti che si astengono diligentemente dal cross-chaining, gran parte di questa ridondanza passerà inosservata. È semplicemente il prodotto della differenza relativamente modesta tra gli ingranaggi grandi e piccoli, quindi non c’è modo di ridurla o eliminarla senza optare per una combinazione molto diversa di ingranaggi.
Per esempio, una guarnitura 53/28T combinata con una cassetta 11-19T a 7 velocità fornirà lo stesso numero di rapporti discreti di una guarnitura standard abbinata a una cassetta 11-27T a 11 velocità, come mostrato nella Figura 4.
Mentre l’idea di una trasmissione senza rapporti ridondanti potrebbe essere piuttosto attraente, quelle combinazioni “sprecate” rendono la trasmissione più comoda da usare. Questo perché non c’è la stretta necessità di passare da un ingranaggio all’altro per trovare il rapporto successivo. Il fatto che ogni produttore di gruppi abbia creato deragliatori migliori in grado di accogliere le catene incrociate si aggiunge a questa comodità.
È importante notare che se un ciclista fa catene incrociate per lunghi periodi di tempo, accelererà l’usura di catena, cassetta e ingranaggi. Può anche indicare che il ciclista beneficerà di un sottile cambiamento nei rapporti di trasmissione.
La dimensione degli ingranaggi ha un sottile effetto su tutti i rapporti di trasmissione
Ho già discusso il fatto che le guarniture standard, semi-compatte e compatte generano tutte molti degli stessi rapporti di trasmissione. Tuttavia, per qualsiasi set di pignoni, una guarnitura standard genererà sempre più roll-out rispetto alle guarniture semi-compatte e compatte (Figura 2). Quindi, la scelta degli ingranaggi fa molto per determinare la sensazione complessiva del cambio della bici.
Per i ciclisti che amano girare e possono mantenere una cadenza elevata per lunghi periodi, gli ingranaggi compatti sono probabilmente più adatti di una combinazione standard. Al contrario, i ciclisti che possono spingere le marce più grandi ad una cadenza più bassa è più probabile che preferiscano ingranaggi più grandi.
Tuttavia, l’effetto delle dimensioni degli ingranaggi sull’ingranaggio della bicicletta è maggiore rispetto alla semplice massimizzazione o minimizzazione del roll-out. Ha anche un effetto sulla dimensione dei passi tra ogni rapporto di trasmissione. Un certo senso di questo può essere ottenuto dalla Figura 2, ma è più facile da visualizzare utilizzando un grafico a linee per tracciare gli stessi valori, come mostrato nella Figura 5A.
È la pendenza di ogni linea in questa figura che è importante: diventa più ripida come i passi tra i rapporti di trasmissione diventano più grandi. In questo esempio per una cassetta a 11 velocità 11-28T, la pendenza della linea per una guarnitura standard è più ripida delle guarniture compact, specialmente per la corona piccola, quindi ci sono passi relativamente più grandi tra ogni rapporto di trasmissione. Lo stesso vale per le pedivelle semi-compatte, anche se le differenze non sono così marcate.
Si sentiranno su strada? Per alcuni ciclisti, la risposta è un sì definitivo, mentre per altri, potrebbe non essere altro che una sfumatura. In definitiva, dipenderà da quanto facilmente un ciclista è in grado di variare la propria cadenza e se ha o meno la libertà di dettare il proprio ritmo. Per quei corridori che hanno bisogno di sintonizzare la loro cadenza per una data velocità (ad esempio quando si corre o si fa una gara a tempo), queste sfumature saranno importanti e i benefici possono essere misurati in termini di comfort ed efficienza.
C’è un punto, però, in cui i passi tra le marce possono essere troppo grandi per il ciclismo su strada. La figura 5B confronta i rollout di una trasmissione 1×11 (ingranaggio 50T/10-42T) con una guarnitura standard abbinata a una cassetta 11-32T. Nella parte bassa, entrambe le combinazioni offrono gli stessi rapporti di trasmissione con passi relativamente dolci, ma man mano che il roll-out aumenta, i passi diventano progressivamente più grandi per la trasmissione 1x.
Mentre questi passi più grandi promettono maggiori aumenti di velocità ad ogni cambio di marcia, i corridori possono trovare molto più difficile mantenere una cadeenza uniforme senza fare bruschi cambiamenti alla loro velocità (o viceversa). Ciononostante, almeno una squadra professionale userà trasmissioni 1x in gruppo l’anno prossimo, anche se con un cambiamento a una cassetta a 12 velocità e forse l’introduzione di un pignone 9T.
Vale la pena prestare attenzione anche ai pignoni
La dimensione dei pignoni influenza anche la progressione dei rapporti di trasmissione. Quando ci sono piccole differenze tra ogni pignone (cioè 1-2T), i rapporti mostreranno passi relativamente piccoli rispetto a una cassetta dove ci sono differenze maggiori tra i pignoni (cioè 3-4T).
Per esempio, una cassetta a 11 velocità 11-23T offre una progressione molto regolare delle uscite grazie al fatto che c’è una differenza di un dente tra tutti i pignoni tranne i due più grandi (Figura 6A). Al contrario, la maggior parte dei pignoni (9/11) che compongono una cassetta 11-32T sono separati da due o più denti, quindi, pur fornendo tre rapporti più bassi, i passi sono generalmente più ripidi e la progressione molto più irregolare.
Lo stesso effetto può essere visto anche confrontando una cassetta a 11 velocità 11-28T con una cassetta 14-28T (Figura 6B). In entrambi i casi, una gamma più piccola di dimensioni dei pignoni non solo appiana la progressione dei roll-out, ma aggiunge anche il numero di rapporti di trasmissione discreti. Tuttavia, limiterà la gamma complessiva di rapporti, quindi i piloti devono essere pronti a sacrificare almeno un paio di marce a un’estremità dello spettro per godere di piccoli passi tra ogni rapporto di trasmissione.
A questo punto, vale la pena notare che le trasmissioni 3x possono superare gran parte di questo tipo di compromesso, estendendo la gamma di rapporti di marcia bassa pur conservando un modesto tasso di progressione (anche se questo dipenderà in definitiva dalla scelta dei pignoni posteriori). Tuttavia, le trasmissioni 3x sono in gran parte scomparse dal mercato, e per quei prodotti che ancora persistono, potrebbero non essere sempre compatibili con un telaio stradale contemporaneo.
Le dimensioni dei pneumatici hanno un effetto sulla marcia di una bicicletta
Negli ultimi anni c’è stato un cambiamento di pensiero e i ciclisti su strada hanno iniziato a celebrare il comfort e la presa extra forniti da pneumatici più larghi. Quando un pneumatico diventa più largo, diventa anche più alto, aumentando sia il diametro che la circonferenza della ruota. Questo, a sua volta, aumenterà il roll-out per ogni combinazione di marcia sulla moto.
Questo effetto può essere in gran parte ignorato quando la differenza di dimensioni degli pneumatici è piccola. Per esempio, la circonferenza di un pneumatico 28C è solo l’1,4% più grande di un pneumatico 23C, quindi ha solo un leggero effetto sul roll-out (Figura 7A). Al contrario, il diametro di uno pneumatico 40C è quasi il 4% più grande di uno pneumatico 23C, e l’effetto sul roll-out della bicicletta è equivalente all’aggiunta di due denti in più ad ogni ingranaggio (Figura 7B).
Quindi, per chi sta guardando una bici da gravel/all-road, vale la pena considerare una guarnitura compatta o addirittura sub-compatta per compensare il cambiamento di marcia.
Come scegliere il cambio
L’unico modo per decidere come tutti questi effetti sul cambio di una bici si traducono in strada è metterli alla prova. Questo può essere un esercizio costoso, specialmente quando si considera un cambio di ingranaggi, quindi il momento migliore per esplorare la questione è quando una o tutte le parti della trasmissione devono essere sostituite. In generale, cambiare i pignoni avrà un effetto minore sulla marcia della moto rispetto alla sostituzione delle dimensioni degli ingranaggi.
Per quei motociclisti che stanno pianificando un viaggio per affrontare terreni più impegnativi (ad esempio visitare le Alpi francesi), allora è possibile fare alcune ipotesi sulla base della gamma di rapporti bassi che sono attualmente in uso. Nessuno vuole mai rimanere bloccato desiderando una marcia più bassa, quindi è prudente aggiungere almeno un rapporto basso in più per affrontare lo scenario peggiore.
In questo contesto, c’è in genere molto meno bisogno di rapporti alti, soprattutto quando si precipita su strade poco conosciute, quindi un paio di rapporti alti possono essere sacrificati senza influenzare l’utilità della moto. Infatti, c’è generalmente troppa enfasi sul preservare i rapporti alti sulle bici da strada, dato che la maggior parte dei piloti semplicemente non ha i cavalli per spingere queste marce in qualsiasi momento tranne che in una discesa, a quel punto la gravità può eseguire gran parte del lavoro.
Per coloro che sono nel processo di selezione delle parti per una bici da strada personalizzata costruire, il cambio su una bici esistente servirà come un punto di partenza abbastanza buono. Se le dimensioni della ruota e del pneumatico sono identiche, allora piccole modifiche alle dimensioni delle ruote dentate possono essere tutto ciò che è necessario, ma vale la pena passare attraverso un confronto dei rapporti offerti da specifiche combinazioni di ingranaggi (come dettagliato sopra) prima di prendere una decisione finale sulle pedivelle.
Alcune note sull’hardware
C’è stato un tempo (oltre 20 anni fa) quando i pignoni erano venduti singolarmente e i piloti potevano scegliere le dimensioni che volevano per la ruota posteriore. Al giorno d’oggi, gli acquirenti sono limitati da ciò che i produttori di cassette scelgono di assemblare, quindi c’è molta meno libertà quando si tratta di scegliere il cambio per una bicicletta.
Per esempio, quando si guardano le cassette a 11 velocità attualmente in offerta da Shimano e SRAM, quasi tutte favoriscono un pignone da 11T, anche quando sono inclusi pignoni che sono grandi come 32T o 36T. Ci sono solo tre eccezioni – 12-25T, 12-28T e 14-28T – tutte offerte da Shimano.
Lo stesso tipo di vincoli si applica anche alla selezione degli ingranaggi – dove una volta era possibile ottenere ingranaggi stradali con incrementi di un dente, ora è limitato a poche scelte. La gamma di opzioni per qualsiasi pedivella è ulteriormente limitata dal modello di bullone (ad esempio quattro bulloni contro cinque bulloni) e dal diametro del cerchio del bullone (ad esempio 110mm contro 130mm). Come risultato, c’è molta meno intercambiabilità tra gli ingranaggi di quanto ci si potrebbe aspettare.
Una varietà di incompatibilità riguarda anche i deragliatori. Nel caso del deragliatore anteriore, mentre è possibile utilizzare molti modelli attuali con una gamma di anelli grandi (46-54T), c’è un limite (dovuto alle dimensioni della gabbia) su quanto più piccola può essere la seconda corona. Questo è tipicamente non più di 16T, che è il motivo per cui un 34T non può mai essere accoppiato con un 53T.
Per quanto riguarda il deragliatore posteriore, la geometria di questo componente detta le dimensioni dei pignoni che possono essere utilizzati. I deragliatori con gabbia corta sono limitati a 28T (o 29T nel caso di Campagnolo); le gabbie di media lunghezza possono ospitare pignoni fino a 32T; mentre un deragliatore con gabbia lunga è necessario per un pignone da 36T. In alcuni casi è possibile utilizzare un pignone leggermente più grande per un determinato deragliatore, ma questo deve essere valutato caso per caso, preferibilmente da un meccanico esperto.
Pensieri finali e riassunto
I ciclisti su strada di oggi sono dotati di più rapporti di trasmissione che mai, e grazie alla crescente dimensione dei pignoni e agli ingranaggi sempre più piccoli, anche questi rapporti si sono ridotti. È quest’ultimo che ha servito bene lo sport, abbassando la barriera d’ingresso e rendendo possibile per i ciclisti occasionali di trascorrere più tempo sulla bici.
Mentre l’industria ha fornito una gamma ragionevolmente generosa di dimensioni di ingranaggi e pignoni, non c’è un modo semplice per un ciclista di decidere l’utilità di qualsiasi combinazione data senza metterla in uso. In definitiva, il cambio è una scelta personale e ogni ciclista dovrebbe avere la libertà di decidere la questione per se stesso piuttosto che obbedire alla saggezza convenzionale.
A questo proposito, la comparsa di nuove tecnologie che circondano i gruppi elettronici mostrano molte promesse. È ora possibile visualizzare e raccogliere dati su quanto tempo viene speso utilizzando ogni rapporto di trasmissione sulla bicicletta e questo tipo di informazioni si rivelerà prezioso per valutare l’utilità di specifiche combinazioni di ingranaggi e pignoni. Quando combinato con la frequenza cardiaca e / o le misurazioni di potenza, c’è il potenziale per identificare quei rapporti che sono più efficienti per un pilota, evidenziando eventuali cattive abitudini che possono aver sviluppato (come il cross-catena per periodi prolungati).
Nel tempo, le trasmissioni stradali possono progredire fino al punto in cui il cambio intelligente diventa una realtà, intervenendo per preservare l’efficienza del motore umano piuttosto che lasciare la scelta del cambio nelle mani di un pilota inesperto. Mentre questa nozione può offendere i puristi, c’è la promessa che libererà i piloti dall’onere di operare le marce in modo che siano più in grado di godersi l’attività. E a quel punto, non ci sarà bisogno che riflettano sulle sfumature dei rapporti del cambio.
