Há mais para a transmissão numa bicicleta do que simplesmente o tamanho do grande anel. Em suma, o tamanho não importa porque são os rácios que são gerados por cada combinação das rodas dentadas com as rodas dentadas que são mais importantes. Neste post – uma versão actualizada de um artigo publicado pela primeira vez em 2014 – o editor técnico australiano Matt Wikstrom analisa como dar sentido às relações de transmissão e discute todas as nuances que elas podem fornecer.
Nos últimos 30 anos, o número de mudanças de velocidade nas bicicletas de estrada tem aumentado de forma constante. Os grupos actuais fornecem agora 22 velocidades através da combinação de duas rodas dentadas e 11 rodas dentadas. A gama de tamanhos para as rodas dentadas e engrenagens também cresceu nesse tempo, proporcionando aos motociclistas bastante espaço para afinar as engrenagens nas suas bicicletas.
Com um número tão generoso de engrenagens em oferta, é tentador pensar que não faria muito sentido afinar com elas, mas o motor humano exige-o. Afinal, há uma quantidade finita de potência em oferta e a eficiência do sistema depende da manutenção de uma cadência consistente (~80rpm), independentemente de qualquer mudança no terreno ou nas condições de condução.
Todos os ciclistas de estrada compreendem que o tamanho das rodas ditam a engrenagem da bicicleta, no entanto, há mais no conceito do que simplesmente o número de dentes envolvidos. O mais importante é a relação e a forma como as rodas dentadas multiplicam o esforço feito com o anel da corrente.
Uma introdução às relações de transmissão
Antes do advento da corrente, os primeiros ciclistas determinaram que o tamanho da roda dentada tinha um impacto profundo sobre as velocidades que podiam ser alcançadas. As centavos não foram concebidas com uma roda dianteira enorme por razões estéticas – a circunferência maciça permitia velocidades mais elevadas desde que o ciclista fosse suficientemente forte para rodar a roda.
A introdução do accionamento por corrente melhorou a eficiência da bicicleta porque as engrenagens podiam ser utilizadas. Ao combinar uma engrenagem grande nas manivelas com uma pequena na roda, uma única volta das manivelas produziu múltiplas rotações da roda traseira, pelo que podia funcionar tal como a roda motriz maciça de um Penny-farthing.
Calcular o número de rotações das rodas produzidas pela engrenagem de uma bicicleta é simplesmente uma questão de determinar a relação entre o anel da corrente e o pinhão traseiro. Por exemplo, quando um anel de corrente 53T é emparelhado com uma engrenagem de 12T, tem uma relação de 53:12, ou 4,42, pelo que uma rotação completa da manivela fará com que a roda traseira gire 4,42 vezes. Em contraste, 39 x 25T produz uma relação de engrenagens de 1,56.
Relações de engrenagens de comparação
Com todas as opções disponíveis para os ciclistas de estrada actuais, é possível produzir relações de engrenagens tão pequenas quanto 1,0 e tão grandes quanto 5,0 com incrementos de 0,15-0,40. Por si só, esses números não são particularmente descritivos, mas podem ser transformados em valores mais significativos numa de duas maneiras.
O primeiro método é relacionar a relação de engrenagens com o tamanho da roda multiplicando a relação de engrenagens pelo diâmetro da roda (Figura 1A). No caso de uma roda de estrada, 27 polegadas podem ser utilizadas para simplificar (embora o diâmetro real de uma jante de 700c equipada com um pneu de 23mm seja mais parecido com 26,3 polegadas). O valor resultante, polegadas de engrenagem, representa o diâmetro de uma roda de condução directa equivalente (como a roda dianteira de um penny-farthing).
Por exemplo, utilizar uma relação de engrenagem elevada, como 53 x 12T, é equivalente a conduzir um penny-farthing com uma roda dianteira de quase 10 pés (ou 3m) de altura. Em contraste, uma relação de engrenagem baixa como 39 x 25T é equivalente a uma roda de 42 polegadas.
O segundo método, roll-out (a.k.a. metros de desenvolvimento), é calculado multiplicando a relação da engrenagem pela circunferência da roda (medida em metros, Figura 1B). Este valor representa a distância que a bicicleta irá percorrer com uma rotação da manivela. Assim, 53 x 12T rende 9,28 metros de roll-out para uma bicicleta de estrada equipada com pneus 25C em comparação com 3,28 metros para 39 x 25T.
Das duas, o roll-out é um pouco mais informativo, quanto mais não seja porque é mais tangível do que um diâmetro teórico da roda. No entanto, qualquer dos valores pode ser utilizado para calcular facilmente a velocidade esperada para qualquer cadência:
Velocidade (km/h) = Roll-out/1000 x cadência (rpm) x 60
Velocidade (milhas/h) = Polegadas/63, 360 x Pi (3,14159) x cadência (rpm) x 60
Tantas considerações são críticas para os pilotos que utilizam uma engrenagem fixa (por exemplo, corredores de pista e BMX). Neste cenário, uma pequena diferença nas relações de transmissão (0,1m/1 polegada de engrenagem) pode afectar a facilidade com que o ciclista pode acelerar e a velocidade máxima que pode atingir. No entanto, tais diferenças não serão sentidas na estrada e, em geral, incrementos maiores (0,5m/5 polegadas) são mais significativos.
Um olhar para o roll-out para os conjuntos de rodas dentadas
Figure 2 mostra a gama de roll-outs fornecidos por cada uma das principais combinações de anéis de corrente – padrão (53/39T), semi-compacto (52/36T), e compacto (50/34T) – com uma variedade de tamanhos de roda dentada. Ao valor facial, é fácil ver que um conjunto de manivelas padrão gera maiores rotações do que as outras combinações de anéis de corrente, no entanto, também há muita sobreposição. De facto, existe muito mais semelhança entre os três conjuntos de manivelas do que diferenças reais.
Por exemplo, existem seis combinações de anéis de corrente e rodas dentadas que fornecerão 5m de enrolamento: 39 x 16T, 36 x 15T, 34 x 14T, 53 x 23T, 52 x 21T, e 50 x 21T. Com uma cadência de 80rpm, um ciclista acabará sempre em cruzeiro a 24km/h, independentemente da combinação específica que utilizam.
O mesmo se aplica a quase todos os roll-out: a relação da engrenagem é muito mais importante do que o número de dentes envolvidos. É apenas quando um ciclista espera maximizar, ou minimizar, o lançamento da bicicleta que se torna importante prestar atenção ao tamanho das engrenagens e/ou rodas dentadas.
2x transmissões produzem um número significativo de relações de transmissão redundantes
No valor facial, a combinação de duas engrenagens e 11 rodas dentadas promete uma gama impressionante de relações de transmissão, no entanto também dá origem a uma quantidade significativa de redundância, independentemente do conjunto de manivelas e rodas dentadas em uso (Figura 3A).
Esta redundância ocorre sempre a meio da gama de relações de engrenagens, onde os roll-outs gerados pelo pequeno anel da corrente e pelas rodas dentadas mais pequenas correspondem essencialmente aos produzidos pelo grande anel e pelas rodas dentadas maiores. Quando esta sobreposição é removida, o número de relações de transmissão discretas oferecido por uma transmissão 2 x 11 pode ser tão pequeno quanto 14 e tão grande quanto 17, dependendo da gama de rodas dentadas (Figura 3B; ver também Figura 7).
Para aqueles cavaleiros que diligentemente se abstêm de cadeias cruzadas, grande parte desta redundância passará despercebida. É simplesmente o produto da diferença relativamente modesta entre os anéis de corrente grandes e pequenos, pelo que não há forma de a reduzir ou eliminar sem optar por uma combinação muito diferente de anéis de corrente.
Por exemplo, um conjunto de manivelas 53/28T combinado com uma cassete de 7 velocidades 11-19T fornecerá o mesmo número de rácios discretos que um conjunto de manivelas padrão emparelhado com uma cassete de 11-27T, como mostra a Figura 4.
p>Embora a ideia de um drive-train sem quaisquer relações redundantes possa ser bastante apelativa, essas combinações “desperdiçadas” tornam a transmissão mais conveniente de utilizar. Isto porque não há necessidade estrita de passar de uma corrente para a outra para encontrar a próxima relação de transmissão. O facto de cada fabricante de grupos ter criado desviadores frontais mais capazes de acomodar melhor as correntes cruzadas só aumenta esta comodidade.
É importante notar que se um ciclista de correntes cruzadas durante longos períodos de tempo, irá acelerar o desgaste da corrente, cassete e anéis de corrente. Pode também indicar que o cavaleiro irá beneficiar de uma mudança subtil nas relações de transmissão.
O tamanho das correntes tem um efeito subtil em todas as relações de transmissão
Já discuti o facto de que os cranksets standard, semi-compactos, e compactos geram todos muitas das mesmas relações de transmissão. No entanto, para qualquer conjunto de rodas dentadas, um conjunto de manivelas padrão gerará sempre mais roll-out do que os conjuntos de manivelas semi-compactas e compactas (Figura 2). Assim, a escolha das rodas dentadas faz muito para determinar a sensação geral da engrenagem da bicicleta.
Para os ciclistas que gostam de rodar e podem manter uma cadência elevada durante longos períodos, as rodas dentadas compactas são provavelmente mais adequadas do que uma combinação padrão. Em contraste, os ciclistas que podem empurrar engrenagens maiores com uma cadência mais baixa são mais propensos a preferir anéis de corrente maiores.
No entanto, há mais efeitos do tamanho da corrente na engrenagem da bicicleta do que simplesmente maximizar ou minimizar a sua colocação. Também tem um efeito sobre o tamanho dos degraus entre cada relação de engrenagens. Alguma noção disto pode ser obtida a partir da Figura 2, mas é mais fácil de visualizar utilizando um gráfico de linhas para traçar os mesmos valores, como mostrado na Figura 5A.
É a inclinação de cada linha desta figura que é importante: torna-se mais acentuada à medida que os passos entre as relações de transmissão se tornam maiores. Neste exemplo para uma cassete de 11 velocidades 11-28T, a inclinação da linha para um conjunto de manivelas padrão é mais acentuada do que as manivelas compactas, especialmente para o pequeno anel da corrente, pelo que existem passos relativamente maiores entre cada relação de engrenagens. O mesmo se aplica às manivelas semi-compactas, embora as diferenças não sejam tão acentuadas.
p>Será que serão sentidas na estrada? Para alguns cavaleiros, a resposta é um sim definitivo, enquanto para outros, pode não passar de uma nuance. Em última análise, dependerá da rapidez com que um cavaleiro é capaz de variar a sua cadência e se tem ou não a liberdade de ditar o seu próprio ritmo. Para os ciclistas que precisam de afinar a sua cadência para uma dada velocidade (por exemplo, quando em corridas ou em provas de tempo), tais nuances serão importantes e os benefícios podem ser medidos em termos de conforto e eficiência.
Mas há um ponto, quando os degraus entre mudanças de velocidade podem ser demasiado grandes para o ciclismo de estrada. A figura 5B compara os enrolamentos para uma transmissão de 1×11 (anel de corrente de 50T/10-42T cassete) com um conjunto de manivelas padrão emparelhado com uma cassete de 11-32T. Na extremidade baixa, ambas as combinações oferecem as mesmas relações de transmissão com passos relativamente suaves, mas à medida que o rolamento aumenta, os passos tornam-se progressivamente maiores para a transmissão 1x.
Embora estes passos maiores prometam maiores aumentos de velocidade com cada mudança de velocidade, os ciclistas podem achar muito mais difícil manter uma cadeência uniforme sem fazer mudanças abruptas na sua velocidade (ou vice-versa). No entanto, pelo menos uma equipa profissional irá utilizar 1x transmissões no pelotão no próximo ano, embora com uma mudança para uma cassete de 12 velocidades e talvez a introdução de uma roda dentada 9T.
Vale a pena prestar atenção também às rodas dentadas
O tamanho das rodas dentadas também afecta a progressão das relações de transmissão. Quando existem pequenas diferenças entre cada roda dentada (isto é, 1-2T), as relações de transmissão exibirão passos relativamente pequenos em comparação com uma cassete onde existem diferenças maiores entre as rodas dentadas (isto é, 3-4T).
Por exemplo, uma cassete de 11 velocidades 11-23T oferece uma progressão muito suave dos roll-outs devido ao facto de haver uma diferença de um dente entre todas as rodas dentadas à excepção das duas maiores (Figura 6A). Em contraste, a maioria das rodas dentadas (9/11) que compõem uma cassete de 11-32T estão separadas por dois dentes ou mais, pelo que, embora forneça três relações inferiores, os passos são geralmente mais inclinados e a progressão muito mais acidentada.
O mesmo efeito também pode ser visto ao comparar uma cassete de 11-28T de velocidade com uma cassete de 14-28T (Figura 6B). Em ambos os casos, uma gama mais pequena de tamanhos de roda dentada não só suaviza a progressão dos roll-outs, como também acrescenta ao número de relações de transmissão discretas. No entanto, limitará a gama global de relações de transmissão, pelo que os pilotos devem estar preparados para sacrificar pelo menos um par de engrenagens num extremo do espectro, a fim de desfrutarem de pequenos passos entre cada relação de transmissão.
Neste ponto, vale a pena notar que as transmissões 3x podem ultrapassar muito deste tipo de compromisso, alargando a gama de relações de transmissão baixas ao mesmo tempo que preserva uma taxa modesta de progressão (embora isto acabe por depender da escolha das rodas dentadas traseiras). Contudo, as transmissões 3x desapareceram largamente do mercado, e para os produtos que ainda persistem, podem nem sempre ser compatíveis com um quadro rodoviário contemporâneo.
A dimensão dos pneus tem um efeito na engrenagem de uma bicicleta
Nos últimos anos, houve uma mudança de pensamento e os condutores de estrada começaram a celebrar o conforto e aderência extra proporcionados por pneus mais largos. À medida que um pneu se torna mais largo, também se torna mais alto, aumentando tanto o diâmetro como a circunferência da roda. Isto, por sua vez, irá aumentar o alargamento para cada combinação de mudanças na bicicleta.
Este efeito pode ser largamente descartado quando a diferença no tamanho dos pneus é pequena. Por exemplo, a circunferência de um pneu de 28C é apenas 1,4% maior do que um pneu de 23C, pelo que tem apenas um efeito ligeiro no roll-out (Figura 7A). Em contraste, o diâmetro de um pneu 40C é quase 4% maior do que um pneu 23C, e o efeito no lançamento da bicicleta é equivalente à adição de dois dentes extra a cada anel da corrente (Figura 7B).
P>Assim, para aqueles que olham para uma bicicleta de cascalho/all-road, vale a pena considerar um conjunto de manivelas compacto ou mesmo sub-compacto para compensar a mudança de engrenagem.
Como escolher a engrenagem
A única maneira de decidir como qualquer um destes efeitos na engrenagem de uma bicicleta se traduz para a estrada é pô-los à prova. Este pode ser um exercício dispendioso, especialmente quando se considera uma mudança de engrenagens, pelo que o melhor momento para explorar a questão é quando uma ou todas as partes da transmissão estão para ser substituídas. Em geral, a mudança das rodas dentadas terá um efeito menor na engrenagem da bicicleta do que a substituição do tamanho dos anéis de corrente.
Para os pilotos que estão a planear uma viagem para enfrentar terrenos mais difíceis (por exemplo, visitar os Alpes franceses), então é possível fazer algumas suposições com base na gama de rácios baixos que estão actualmente em uso. Ninguém quer ficar preso a desejar uma relação mais baixa, por isso é prudente acrescentar pelo menos uma relação mais baixa para enfrentar o pior cenário.
Neste contexto, há tipicamente muito menos necessidade de relações de transmissão elevadas, especialmente quando se despenha em estradas desconhecidas, pelo que algumas relações elevadas podem ser sacrificadas sem afectar a utilidade da bicicleta. De facto, há geralmente demasiada ênfase na preservação de relações de transmissão elevadas em bicicletas de estrada, uma vez que a maioria dos ciclistas simplesmente não tem a potência para empurrar estas velocidades em qualquer altura, excepto numa descida, altura em que a gravidade pode realizar grande parte do trabalho.
Para aqueles que estão no processo de selecção das peças para uma bicicleta de estrada personalizada, a transmissão numa bicicleta existente servirá como um bom ponto de partida. Se as dimensões da roda e dos pneus forem idênticas, então pequenas alterações às dimensões das rodas dentadas podem ser tudo o que é necessário, mas vale a pena passar por uma comparação das proporções oferecidas por combinações específicas de anéis de corrente (como detalhado acima) antes de tomar uma decisão final sobre as manivelas.
Algumas notas sobre o hardware
Há um tempo (há mais de 20 anos) em que as rodas dentadas eram vendidas individualmente e os ciclistas podiam escolher e escolher os tamanhos que queriam para a roda traseira. Hoje em dia, os compradores são limitados pelo que os fabricantes de cassetes escolhem para montar, pelo que há muito menos liberdade quando se trata de escolher as rodas dentadas para uma bicicleta.
Por exemplo, ao olhar para as cassetes de 11 velocidades actualmente em oferta da Shimano e da SRAM, quase todos favorecem uma roda dentada de 11T, mesmo quando se incluem rodas dentadas de 32T ou 36T. Existem apenas três excepções – 12-25T, 12-28T, e 14-28T – todas elas oferecidas por Shimano.
O mesmo tipo de restrições também se aplica à selecção de rodas de corrente – onde outrora era possível obter rodas de corrente em incrementos de um dente, agora está limitada a apenas algumas escolhas. A gama de opções para qualquer manivela é ainda mais limitada pelo padrão de parafusos (por exemplo, quatro parafusos versus cinco parafusos) e diâmetro do círculo de parafusos (por exemplo, 110mm versus 130mm). Como resultado, há muito menos permutabilidade entre as correntes do que se poderia esperar.
Uma variedade de incompatibilidades afecta também os desviadores. No caso do desviador frontal, embora seja possível utilizar muitos modelos actuais com uma gama de anéis grandes (46-54T), há um limite (devido às dimensões da gaiola) de quanto mais pequeno pode ser o segundo anel de corrente. Isto não é tipicamente mais do que 16T, razão pela qual um 34T nunca pode ser emparelhado com um 53T.
Como para o desviador traseiro, a geometria deste componente dita o tamanho das rodas dentadas que podem ser utilizadas. Os desviadores com gaiola curta são limitados a 28T (ou 29T no caso do Campagnolo); gaiolas de comprimento médio podem acomodar rodas dentadas até 32T; enquanto um desviador de gaiola longa é necessário para uma roda dentada de 36T. Em alguns casos, é possível utilizar uma roda dentada ligeiramente maior para um determinado desviador, mas isto deve ser avaliado caso a caso. de preferência por um mecânico experiente.
Pensamentos finais e resumo
Os ciclistas de estrada de hoje estão equipados com mais relações de transmissão do que nunca, e graças ao tamanho crescente das rodas dentadas e das engrenagens retrácteis, essas relações também têm vindo a diminuir. É esta última que tem servido bem o desporto, baixando a barreira à entrada e tornando possível aos ciclistas ocasionais passar mais tempo na bicicleta.
Embora a indústria tenha fornecido uma gama razoavelmente generosa de tamanhos de rodas dentadas e de engrenagens, não há maneira fácil para um ciclista decidir a utilidade de uma dada combinação sem a colocar em uso. Em última análise, a engrenagem é uma escolha pessoal e cada ciclista deve ter a liberdade de decidir o assunto por si próprio, em vez de obedecer à sabedoria convencional.
A este respeito, o aparecimento de novas tecnologias em torno de conjuntos de grupos electrónicos mostra uma grande promessa. É agora possível visualizar e recolher dados sobre quanto tempo é gasto utilizando cada relação de engrenagem na bicicleta e este tipo de informação revelar-se-á inestimável para avaliar a utilidade de combinações específicas de correntes e rodas dentadas. Quando combinadas com medições da velocidade cardíaca e/ou da potência, existe o potencial para identificar as relações que são mais eficientes para um ciclista, ao mesmo tempo que realça quaisquer maus hábitos que possam ter desenvolvido (tais como a cadeia cruzada por períodos prolongados).
No tempo, as transmissões rodoviárias podem progredir ao ponto de se tornar realidade a mudança inteligente, intervindo para preservar a eficiência do motor humano em vez de deixar a escolha da mudança nas mãos de um ciclista inexperiente. Embora esta noção possa ofender os puristas, existe a promessa de que irá libertar os condutores do fardo de operar as mudanças de velocidade para que possam desfrutar melhor da actividade. E nessa fase, não haverá necessidade de ponderar as nuances das relações de transmissão.
