Marco de bicicleta

Un cuadro de bicicleta es el componente principal de una bicicleta, sobre el que se montan las ruedas y otros componentes. El diseño de cuadro moderno y más común para una bicicleta vertical se basa en la bicicleta de seguridad y consta de dos triángulos: un triángulo principal y un triángulo trasero emparejado. Esto se conoce como el marco de diamante. Se requiere que los marcos sean fuertes, rígidos y livianos, y lo logran al combinar diferentes materiales y formas.

Un cuadro consta del cuadro y la horquilla de una bicicleta y, en ocasiones, incluye la dirección y la tija del sillín. Los constructores de cuadros a menudo producirán el cuadro y la horquilla juntos como un conjunto emparejado.

Variaciones

Además del omnipresente cuadro de diamante, se han desarrollado muchos tipos de cuadros diferentes para la bicicleta, varios de los cuales todavía son de uso común en la actualidad.

Diamante

En el marco de diamantes, el "triángulo" principal en realidad no es un triángulo porque consta de cuatro tubos: el tubo de dirección, el tubo superior, el tubo inferior y el tubo del asiento. El triángulo trasero consiste en el tubo del asiento unido por pares de vainas y vainas del asiento.

El tubo de dirección contiene la dirección, la interfaz con la horquilla. El tubo superior conecta el tubo de dirección con el tubo del asiento en la parte superior. El tubo superior se puede colocar horizontalmente (paralelo al suelo) o se puede inclinar hacia abajo, hacia el tubo del asiento, para tener un espacio libre adicional. El tubo inferior conecta el tubo de dirección a la carcasa del pedalier.

El triángulo trasero se conecta a los extremos de la horquilla trasera, donde se fija la rueda trasera. Se compone del tubo del sillín y vainas y vainas emparejadas. La cadena permanece conectada conectando el soporte inferior a los extremos de la horquilla trasera. Los soportes del asiento conectan la parte superior del tubo del asiento (a menudo en o cerca del mismo punto que el tubo superior) a los extremos de la horquilla trasera.

Paso a paso

Históricamente, los cuadros de las bicicletas para mujeres tenían un tubo superior que se conectaba en el medio del tubo del asiento en lugar de en la parte superior, lo que resultaba en una altura de entrepierna más baja. Esto fue para permitir que el jinete desmontara mientras usaba una falda o un vestido. Desde entonces, el diseño se ha utilizado en bicicletas utilitarias unisex para facilitar el montaje y desmontaje, y también se conoce como cuadro de paso o cuadro abierto. Otro estilo que logra resultados similares es el mixte.

Voladizo

En un cuadro de bicicleta en voladizo, los soportes del asiento continúan más allá de la tija del sillín y se curvan hacia abajo para encontrarse con el tubo inferior. Los marcos voladizos son populares en la bicicleta de crucero, la bicicleta lowrider y la bicicleta con ruedas. En muchos cuadros voladizos, los únicos tubos rectos son el tubo del asiento y el tubo de dirección.

Recostado

La bicicleta reclinada mueve las bielas a una posición por delante del ciclista en lugar de por debajo, lo que generalmente mejora la estela alrededor del ciclista sin la característica curva pronunciada en la cintura que usan los corredores de bicicletas con cuadro de diamante. Prohibido participar en las carreras de bicicletas en Francia en 1934 para evitar que las bicicletas con cuadro de diamante quedaran obsoletas en las carreras, la fabricación de bicicletas reclinadas permaneció deprimida durante otro medio siglo, pero muchos modelos de una variedad de fabricantes estaban disponibles para el año 2000.

Propensa

(feminine)

La poco común bicicleta boca abajo mueve las bielas hacia la parte trasera del ciclista, lo que da como resultado una posición de conducción con la cabeza hacia adelante y el pecho hacia abajo.

Cruz o viga

Un cuadro cruzado consta principalmente de dos tubos que forman una cruz: un tubo de asiento desde el soporte inferior hasta el sillín y una columna vertebral desde el tubo de dirección hasta el buje trasero.

Armadura

Un marco de truss utiliza tubos adicionales para formar un truss. Los ejemplos incluyen Humbers, Pedersens y el que se muestra en la imagen.

Monocasco

Un marco monocasco consta únicamente de una carcasa hueca sin estructura interna.

Plegado

Los cuadros de bicicleta plegables se caracterizan por la capacidad de plegarse en una forma compacta para su transporte o almacenamiento.

Penny-farthing

Los cuadros de penique se caracterizan por una rueda delantera grande y una rueda trasera pequeña.

Tándem y sociable

Los cuadros tándem y sociables admiten varios ciclistas.

Otros

Hay muchas variaciones en el diseño básico del marco de diamantes.

• Marcos sin tubos de asiento, como el Trek Y-Foil, el Zipp 2001, el Kestrel Airfoil, y la mayoría de marcos por Softride.
• Marcos sin tubos superiores como "Felice Antiguo" por Graeme Obree.
• Frames que utilizan cables para miembros que sólo están bajo tensión, como la bicicleta Dursley Pedersen, la bicicleta Pocket, el 2009 Viva Wire, la bicicleta Wire del diseñador Ionut Predescu, o la serie plegable Slingshot Bicycles.
• Marcos con aros reemplazando el tubo de asiento, estancias de cadena y estancias de asiento: llamados "detalles".
• La bicicleta de estancia en cadena elevada fue popular a principios de los 90. Presentaba un triángulo trasero con altas estancias en el marco inferior, negando la necesidad de que la cadena se dibujara a través del marco trasero. Esto permitió un manejo más corto y mejorado durante los ascensos técnicos, a costa de la integridad comprometida y el consiguiente aumento del margen flex (sin reforzar) en comparación con un marco con las estancias de cadena tradicionales.

El artículo de tipos de ciclos describe variaciones adicionales.

También es posible agregar acopladores durante la fabricación o como actualización para que el marco se pueda desmontar en piezas más pequeñas para facilitar el embalaje y el viaje.

Tubos de marco

El marco de diamante consta de dos triángulos, un triángulo principal y un triángulo posterior emparejado. El triángulo principal está formado por el tubo de dirección, el tubo superior, el tubo inferior y el tubo del sillín. El triángulo trasero consta del tubo del sillín y vainas y tirantes emparejados.

Tubo de dirección

El tubo de dirección contiene la dirección, los cojinetes de la horquilla a través de su tubo de dirección. En un juego de dirección integrado, los cojinetes del cartucho interactúan directamente con la superficie en el interior del tubo de dirección, en los juegos de dirección no integrados, los cojinetes (en un cartucho o no) interactúan con las "tazas" presionado en el tubo de dirección.

Tubo superior

El tubo superior, o barra transversal, conecta la parte superior del tubo de dirección con la parte superior del tubo del sillín.

En un marco de diamante de geometría tradicional, el tubo superior es horizontal (paralelo al suelo). En un cuadro de geometría compacta, el tubo superior normalmente está inclinado hacia abajo, hacia el tubo del sillín, para obtener un espacio libre adicional entre los soportes. En un cuadro de bicicleta de montaña, el tubo superior casi siempre está inclinado hacia abajo, hacia el tubo del asiento. Los tubos superiores inclinados radicalmente que comprometen la integridad del marco de diamante tradicional pueden requerir tubos de refuerzo adicionales, una construcción de marco alternativa o diferentes materiales para una resistencia equivalente. (Consulte Bicicletas de carretera y triatlón para obtener más información sobre geometrías.)

Los cuadros de paso por lo general tienen un tubo superior que desciende abruptamente para permitir que el ciclista se suba y baje de la bicicleta más fácilmente. Los diseños paso a paso alternativos pueden incluir omitir el tubo superior por completo, como en los diseños de bastidor principal monocasco que usan un tubo de asiento separado o con bisagras, y tubos superiores gemelos que continúan hasta los extremos de la horquilla trasera como con el cuadro Mixte. Estas alternativas al marco de diamante brindan una mayor versatilidad, aunque a expensas de un peso adicional para lograr una resistencia y rigidez equivalentes.

Los cables de control se colocan a lo largo de los soportes del tubo superior o, a veces, dentro del tubo superior. Por lo general, esto incluye el cable del freno trasero, pero algunas bicicletas de montaña y bicicletas híbridas también pasan los cables del desviador delantero y trasero a lo largo del tubo superior. El enrutamiento interior, que antes solo estaba presente en los rangos de precios más altos, protege los cables de daños y suciedad, que pueden, p. hacer que el cambio de marchas no sea fiable.

El espacio entre el tubo superior y la ingle del ciclista mientras se sienta a horcajadas sobre la bicicleta y se para en el suelo se denomina espacio libre. La altura total desde el suelo hasta este punto se llama palanca de altura.

Tubo inferior

El tubo inferior conecta el tubo de dirección a la carcasa del pedalier. En las bicicletas de carreras y algunas bicicletas de montaña e híbridas, los cables del desviador van a lo largo del tubo inferior o dentro del tubo inferior. En las bicicletas de carreras más antiguas, las palancas de cambio estaban montadas en el tubo inferior. En los más nuevos, se montan con las manetas de freno en el manillar.

Los soportes del portabidón también se encuentran en el tubo inferior, generalmente en la parte superior, a veces también en la parte inferior. Además de las jaulas para botellas, también se pueden instalar pequeñas bombas de aire en estos soportes.

Tubo de asiento

El tubo del sillín contiene la tija del sillín de la bicicleta, que se conecta al sillín. La altura del sillín se puede ajustar cambiando la distancia a la que se inserta la tija del sillín en el tubo del sillín. En algunas bicicletas, esto se logra usando una palanca de liberación rápida. La tija del sillín debe insertarse al menos una cierta longitud; esto está marcado con una marca de inserción mínima.

El tubo del sillín también puede tener soportes soldados para un portabidón o un desviador delantero.

Estantes de cadena

Los vainas corren paralelos a la cadena, conectando la carcasa del pedalier (que sostiene el eje alrededor del cual giran los pedales y las bielas) a los extremos de la horquilla trasera o las punteras. Una vaina de cadena más corta generalmente significa que la bicicleta acelerará más rápido y será más fácil subir cuestas, al menos mientras el ciclista pueda evitar que la rueda delantera pierda contacto con el suelo.

Cuando el cable del desviador trasero se coloca parcialmente a lo largo del tubo inferior, también se coloca a lo largo de la vaina inferior. Ocasionalmente (principalmente en cuadros fabricados desde finales de la década de 1990) se colocarán soportes para frenos de disco en las vainas. Puede haber una pequeña abrazadera que conecta las vainas de la cadena delante de la rueda trasera y detrás de la carcasa del pedalier.

Las vainas de la cadena se pueden diseñar con tubos cónicos o no cónicos. Pueden estar rebajados, ovalados, ondulados, en forma de S o elevados para permitir espacio adicional para la rueda trasera, la cadena, las bielas o el talón del pie.

Reposapiés

Los varales conectan la parte superior del tubo del asiento (a menudo en el mismo punto que el tubo superior o cerca de él) a las punteras de la horquilla trasera. Un cuadro tradicional utiliza un conjunto simple de tubos paralelos conectados por un puente sobre la rueda trasera. Cuando el cable del desviador trasero se enruta parcialmente a lo largo del tubo superior, generalmente también se enruta a lo largo del tirante del asiento.

A lo largo de los años, se han introducido muchas alternativas al diseño tradicional de tirantes. Un estilo de tirante de asiento que se extiende hacia adelante del tubo del asiento, debajo del extremo trasero del tubo superior y se conecta al tubo superior en frente del tubo del asiento, creando un pequeño triángulo, se llama helénica tirantes después del constructor de cuadros británico Fred Hellens, quien los introdujo en 1923. Los tirantes de los asientos helénicos añaden atractivo estético a expensas del peso añadido. Este estilo de tirantes fue popularizado nuevamente a finales del siglo XX por GT Bicycles (bajo el apodo de "triángulo triple"), que había incorporado el elemento de diseño en sus cuadros de BMX, ya que también lo hacía mucho más rígido. triángulo trasero (una ventaja en las carreras); este elemento de diseño también se ha utilizado en sus cuadros de bicicleta de montaña por razones similares.

En 2012, Volagi Cycles patentó una variación del tirante de asiento tradicional que pasa por alto el tubo del asiento y se conecta más adentro del tubo superior. Este elemento del cuadro agregó longitud al diseño tradicional de los tirantes del asiento, lo que hace que la conducción sea más suave sacrificando la rigidez del cuadro.

Otra variante común de tirantes de asiento es el espoleta, tirante de asiento único o tirante mono, que une los tirantes justo por encima de la parte trasera rueda en un monotubo que va unido al tubo del sillín. Un diseño de horquilla agrega rigidez vertical sin aumentar la rigidez lateral, generalmente un rasgo indeseable para bicicletas con ruedas traseras sin suspensión. El diseño de horquilla es más apropiado cuando se usa como parte de un bastidor auxiliar triangular trasero en una bicicleta con suspensión trasera independiente.

Un soporte de asiento doble se refiere a los tirantes de asiento que se encuentran con el triángulo delantero de la bicicleta en dos puntos separados, generalmente uno al lado del otro.

Los tirantes del asiento Fastback se encuentran con el tubo del asiento en la parte posterior en lugar de los lados del tubo.

En la mayoría de los tirantes de los asientos, normalmente se usa un puente o abrazadera para conectar los tirantes por encima de la rueda trasera y por debajo de la conexión con el tubo del asiento. Además de proporcionar rigidez lateral, este puente proporciona un punto de montaje para frenos traseros, guardabarros y portaequipajes. Los propios tirantes también pueden estar equipados con soportes de freno. Los soportes de freno a menudo están ausentes en los soportes de asiento de bicicleta de pista o de piñón fijo.

Caja de pedalier

La carcasa del pedalier es un tubo corto y de gran diámetro, en relación con los otros tubos del cuadro, que corre de lado a lado y sujeta el pedalier. Por lo general, está roscado, a menudo roscado a la izquierda en el lado derecho (de transmisión) de la bicicleta para evitar que se afloje por la precesión inducida por fricción, y roscado a la derecha en el lado izquierdo (sin transmisión). Hay muchas variaciones, como un eje de pedalier excéntrico, que permite ajustar la tensión de la cadena de la bicicleta. Por lo general, es más grande, sin rosca y, a veces, dividido. Las vainas de la cadena, el tubo del asiento y el tubo inferior generalmente se conectan a la carcasa del pedalier.

Hay algunos anchos de carcasa estándar tradicionales (68, 70 o 73 mm). Las bicicletas de carretera suelen utilizar 68 mm; Las bicicletas de carretera italianas usan 70 mm; Los primeros modelos de bicicletas de montaña usan 73 mm; los modelos posteriores (1995 y más nuevos) usan 68 mm más comúnmente. Algunas bicicletas modernas tienen anchos de carcasa de 83 o 100 mm y son para aplicaciones especializadas de ciclismo de montaña o de nieve. El ancho de la calota influye en el factor Q o banda de rodadura de la bicicleta. Hay algunos diámetros de carcasa estándar (34,798 - 36 mm) con pasos de rosca asociados (24 - 28 tpi).

En algunas bicicletas con caja de cambios, la carcasa del pedalier se puede reemplazar por una caja de cambios integrada o una ubicación de montaje para una caja de cambios desmontable.

Geometría del marco

La longitud de los tubos y los ángulos en los que se unen definen una geometría del marco. Al comparar diferentes geometrías de cuadros, los diseñadores suelen comparar el ángulo del tubo del sillín, el ángulo del tubo de dirección, la longitud del tubo superior (virtual) y la longitud del tubo del sillín. Para completar la especificación de una bicicleta para su uso, el ciclista ajusta las posiciones relativas del sillín, los pedales y el manillar:

• altura de silla de montar, la distancia desde el centro del soporte inferior hasta el punto de referencia en la parte superior del centro de la silla.
• pila, la distancia vertical desde el centro del soporte inferior hasta la parte superior del tubo de la cabeza.
• alcance, la distancia horizontal desde el centro del soporte inferior hasta la parte superior del tubo de la cabeza.
• Subtítulos, la distancia por la que el centro del soporte inferior se encuentra debajo del nivel del centro trasero.
• manillar gota, la distancia vertical entre la referencia en la parte superior de la silla de montar al manillar.
• Retroceso de sillas, la distancia horizontal entre el frente de la silla y el centro del soporte inferior.
• altura de pie, la altura del tubo superior sobre el suelo.
• centro frontal, la distancia desde el centro del soporte inferior al centro del centro frontal.
• toe overlap, la cantidad que los pies pueden interferir con el volante delantero.

La geometría del marco depende del uso previsto. Por ejemplo, una bicicleta de carretera colocará el manillar en una posición más baja y más alejada con respecto al sillín, dando una posición de conducción más agachada; mientras que una bicicleta utilitaria enfatiza la comodidad y tiene manillares más altos, lo que da como resultado una posición de conducción erguida.

La geometría del marco también afecta las características de manejo. Para obtener más información, consulte los artículos sobre geometría de bicicletas y motocicletas y dinámica de bicicletas y motocicletas.

Tamaño del marco

El tamaño del cuadro se medía tradicionalmente a lo largo del tubo del sillín desde el centro del soporte inferior hasta el centro del tubo superior. Típico "medio" los tamaños son 54 o 56 cm (aproximadamente 21,2 o 22 pulgadas) para una bicicleta de carreras europea para hombres o 46 cm (aproximadamente 18,5 pulgadas) para una bicicleta de montaña para hombres. La gama más amplia de geometrías de cuadros que existen ahora también ha dado lugar a otros métodos para medir el tamaño de los cuadros. Los cuadros de turismo tienden a ser más largos, mientras que los cuadros de carreras son más compactos.

Bicicletas de carretera y triatlón

Una bicicleta de carretera está diseñada para una transferencia de potencia eficiente con un peso y una resistencia mínimos. En términos generales, la geometría de la bicicleta de carretera se clasifica como una geometría tradicional con un tubo superior horizontal o una geometría compacta con un tubo superior inclinado.

Los cuadros de carretera de geometría tradicional a menudo se asocian con una mayor comodidad y una mayor estabilidad, y tienden a tener una distancia entre ejes más larga que contribuye a estos dos aspectos. La geometría compacta permite que la parte superior del tubo de dirección quede por encima de la parte superior del tubo del sillín, lo que reduce la altura del soporte y, por lo tanto, aumenta el espacio libre del soporte y reduce el centro de gravedad. Las opiniones están divididas sobre los méritos de conducción del cuadro compacto, pero varios fabricantes afirman que una gama reducida de tamaños puede adaptarse a la mayoría de los ciclistas y que es más fácil construir un cuadro sin un tubo superior perfectamente nivelado.

Las bicicletas de carretera para carreras suelen tener un ángulo del tubo del sillín más pronunciado, medido desde el plano horizontal. Esto posiciona al ciclista aerodinámicamente y posiblemente en una posición de brazada más fuerte. La compensación es la comodidad. Tradicionalmente, las bicicletas de turismo y de confort tienden a tener un ángulo del tubo del asiento más flojo (menos vertical). Esto coloca al ciclista más sobre los isquiones y quita peso de las muñecas, los brazos y el cuello y, en el caso de los hombres, mejora la circulación en las áreas urinaria y reproductiva. Con un ángulo más flojo, los diseñadores alargan la vaina de la cadena para que el centro de gravedad (que de otro modo estaría más hacia atrás sobre la rueda) se reubique de manera más ideal sobre el centro del cuadro de la bicicleta. La distancia entre ejes más larga contribuye a una absorción de impactos eficaz. En las modernas bicicletas de turismo y confort fabricadas en serie, el ángulo del tubo del sillín es insignificantemente más flojo, quizás para reducir los costos de fabricación al evitar la necesidad de restablecer las plantillas de soldadura en procesos automatizados y, por lo tanto, no brindan la comodidad de las tradicionales o personalizadas. Marcos fabricados que tienen ángulos de tubo de asiento notablemente más flojos.

Las bicicletas de carretera que se utilizan en carreras autorizadas por la UCI se rigen por las normas de la UCI, que establecen, entre otras cosas, que el cuadro debe constar de dos triángulos. Por lo tanto, no se permiten diseños que carezcan de tubo de asiento o tubo superior.

Los cuadros específicos para triatlón o contrarreloj giran al ciclista hacia adelante alrededor del eje del soporte inferior de la bicicleta en comparación con el cuadro de bicicleta de ruta estándar. Esto es para colocar al ciclista en una posición aún más baja y aerodinámica. Si bien se reduce el manejo y la estabilidad, estas bicicletas están diseñadas para ser montadas en entornos con menos aspectos de conducción en grupo. Estos cuadros tienden a tener ángulos de tubo de sillín pronunciados y tubos de dirección bajos, y una distancia entre ejes más corta para el alcance correcto desde el sillín hasta el manillar. Además, dado que no se rigen por la UCI, algunas bicicletas de triatlón, como Zipp 2001, Cheetah y Softride, tienen diseños de cuadro no tradicionales, lo que puede producir una mejor aerodinámica.

Bicicletas de pista

Los cuadros de pista tienen mucho en común con los cuadros de carretera y contrarreloj, pero vienen con extremos de horquilla traseros horizontales orientados hacia atrás, en lugar de punteras, para permitir ajustar la posición de la rueda trasera horizontalmente para colocar la cadena adecuada tensión. El espacio del buje trasero es de 120 milímetros (4,7 pulgadas) en lugar de 130 milímetros (5,1 pulgadas) o más para los cuadros de carretera. La caída del pedalier es más pequeña, normalmente de 50 a 60 milímetros (2,0 a 2,4 pulgadas). Además, el ángulo del tubo del sillín es más pronunciado que en las bicicletas de carretera.

Bicicletas de montaña

Para mayor comodidad de conducción y mejor manejo, a menudo se utilizan amortiguadores; hay una serie de variantes, incluidos los modelos de suspensión total, que proporcionan absorción de impactos para las ruedas delanteras y traseras; y modelos con suspensión delantera únicamente (hardtails) que se ocupan únicamente de los golpes que surgen de la rueda delantera. El desarrollo de sofisticados sistemas de suspensión en la década de 1990 resultó rápidamente en muchas modificaciones al marco de diamante clásico.

Las bicicletas de montaña recientes con sistemas de suspensión trasera tienen un triángulo trasero pivotante para accionar el amortiguador trasero. Existe una gran variedad de fabricantes en el diseño del cuadro de las bicicletas de montaña con doble suspensión y diferentes diseños para diferentes propósitos de conducción.

Roadster/bicicletas utilitarias

Las bicicletas Roadster tradicionalmente tienen un tubo del asiento y un ángulo del tubo de dirección bastante flojos, de aproximadamente 66 o 67 grados, lo que produce un "sentarse y comenzar" muy cómodo y erguido. posición de conducción Otras características incluyen una distancia entre ejes larga, de más de 40 pulgadas (a menudo entre 43 y 47 pulgadas, o 57 pulgadas para una bicicleta larga) y una horquilla larga, a menudo de unas 3 pulgadas (76 mm en comparación con los 40 mm de la mayoría de las bicicletas de carretera). Este estilo de cuadro ha tenido un resurgimiento en popularidad en los últimos años debido a su mayor comodidad en comparación con las bicicletas de montaña o de carretera. Una variante de este tipo de bicicleta es la "sport roadster" (también conocido como el 'roadster ligero'), que normalmente tiene un marco más ligero y un tubo de asiento y un ángulo del tubo de dirección ligeramente más inclinados de aproximadamente 70 a 72 grados.

Materiales del marco

Históricamente, el material más común para los tubos de un cuadro de bicicleta ha sido el acero. Los marcos de acero pueden fabricarse con diversos grados de acero, desde acero al carbono muy económico hasta aleaciones de acero al cromo molibdeno más costosas y de mayor calidad. Los marcos también pueden estar hechos de aleaciones de aluminio, titanio, fibra de carbono e incluso bambú y cartón. Ocasionalmente, los marcos (en forma de diamante) se han formado a partir de secciones distintas de los tubos. Estos incluyen vigas I y monocasco. Los materiales que se han utilizado en estos marcos incluyen madera (sólida o laminada), magnesio (vigas en I fundidas) y termoplástico. Varias propiedades de un material ayudan a decidir si es apropiado en la construcción de un cuadro de bicicleta:

• La densidad (o la gravedad específica) es una medida de cuán ligero o pesado el material por volumen de unidad.
• El olor (o el módulo elástico) puede afectar en teoría la comodidad del viaje y la eficiencia de transmisión de potencia. En la práctica, ya que incluso un marco muy flexible es mucho más rígido que los neumáticos y la silla de montar, el confort de montar es en última instancia más un factor de elección de sillas, geometría de marco, elección de neumáticos y ajuste en bicicleta. La rigidez lateral es mucho más difícil de lograr debido al perfil estrecho de un marco, y demasiada flexibilidad puede afectar la transmisión de energía, principalmente a través del escrúpulo de neumáticos en la carretera debido a la distorsión del triángulo trasero, los frenos frotando en los bordes y la cadena frotando en los mecanismos de engranaje. En casos extremos, los engranajes pueden cambiarse cuando el jinete aplica un par alto de la silla.
• La fuerza de rendimiento determina cuánta fuerza es necesaria para deformar permanentemente el material (por fallos).
• Elongación determina cuánta deformidad permite el material antes de romperse (por fallo-valoridad).
• El límite de fatiga y el límite de resistencia determina la durabilidad del marco cuando se somete al estrés cíclico de pedales o golpes de paseo.

La ingeniería de tubos y la geometría del marco pueden superar muchas de las deficiencias percibidas de estos materiales en particular.

Los materiales del marco se enumeran por uso común.

Acero

Los marcos de acero a menudo se construyen con varios tipos de aleaciones de acero, incluido el cromoly. Son fuertes, fáciles de trabajar y relativamente económicos. Sin embargo, son más densos (y, por lo tanto, generalmente más pesados) que muchos otros materiales estructurales. En comparación con los marcos de aluminio, los marcos de acero generalmente ofrecen una experiencia de conducción más suave. Es común (a partir de 2018, en bicicletas urbanas híbridas) usar acero para las hojas de la horquilla incluso cuando el resto del cuadro está hecho de un material diferente, porque el acero ofrece una mejor amortiguación de vibraciones.

Un tipo clásico de construcción tanto para bicicletas de carretera como para bicicletas de montaña utiliza tubos de acero cilíndricos estándar que se conectan con argollas. Las orejetas son accesorios hechos de piezas de acero más gruesas. Los tubos se encajan en las orejetas, que rodean el extremo del tubo, y luego se sueldan a la orejeta. Históricamente, las temperaturas más bajas asociadas con la soldadura fuerte (la soldadura fuerte de plata en particular) tenían un impacto negativo menor en la resistencia de la tubería que la soldadura a alta temperatura, lo que permitía usar tubos relativamente livianos sin pérdida de resistencia. Los avances recientes en la metalurgia ("acero endurecido al aire") han creado tubos que no se ven afectados negativamente, o cuyas propiedades incluso mejoran con las temperaturas de soldadura a alta temperatura, lo que ha permitido tanto TIG como TIG. Soldadura MIG para la construcción con tacos laterales en casi todas las bicicletas de gama alta. Las bicicletas con cuadro con tacos más caras tienen tacos que se liman a mano en formas elegantes, tanto para ahorrar peso como para mostrar artesanía. A diferencia de los marcos soldados MIG o TIG, un marco con orejetas se puede reparar más fácilmente en el campo debido a su construcción simple. Además, dado que los tubos de acero pueden oxidarse (aunque en la práctica, la pintura y los aerosoles anticorrosión pueden prevenir eficazmente la oxidación), el marco con tacos permite un reemplazo rápido de los tubos prácticamente sin dañar físicamente los tubos vecinos.

Un método más económico de construcción de cuadros de bicicletas utiliza tubos de acero cilíndricos conectados mediante soldadura TIG, que no requiere orejetas para mantener los tubos juntos. En cambio, los tubos del marco se alinean con precisión en una plantilla y se fijan en su lugar hasta que se completa la soldadura. La soldadura fuerte de filete es otro método para unir tubos de marco sin orejetas. Requiere más mano de obra y, en consecuencia, es menos probable que se utilice para marcos de producción. Al igual que con la soldadura TIG, los tubos de marco de filete se muescan o cortan en inglete con precisión y luego se suelda un filete de latón en la unión, similar al proceso de construcción con orejetas. Un marco de soldadura fuerte de filete puede lograr una mayor unidad estética (apariencia curva suave) que un marco soldado.

Entre los marcos de acero, el uso de tubos a tope reduce el peso y aumenta los costos. A tope significa que el grosor de la pared del tubo cambia de grueso en los extremos (para mayor resistencia) a más delgado en el medio (para un peso más ligero).

Los cuadros de bicicleta de acero más baratos están hechos de acero dulce, también llamado acero de alta resistencia, como el que podría usarse para fabricar automóviles u otros artículos comunes. Sin embargo, los cuadros de bicicleta de mayor calidad están hechos de aleaciones de acero de alta resistencia (generalmente cromo-molibdeno, o aleaciones de acero "cromolibdeno") que se pueden convertir en tubos livianos con calibres de pared muy delgados. Uno de los aceros más antiguos de mayor éxito fue Reynolds "531", un acero de aleación de manganeso y molibdeno. Más común ahora es 4130 ChromMoly o aleaciones similares. Reynolds y Columbus son dos de los fabricantes más famosos de tubos para bicicletas. Algunas bicicletas de calidad media utilizaron estas aleaciones de acero solo para algunos de los tubos del cuadro. Un ejemplo fue el Schwinn Le tour (al menos algunos modelos), que usaba acero cromado para los tubos superior e inferior, pero usaba acero de menor calidad para el resto del marco.

Un marco de acero de alta calidad suele ser más ligero que un marco de acero normal. En igualdad de condiciones, esta pérdida de peso puede mejorar la aceleración y el rendimiento de ascenso de la bicicleta.

Si se ha perdido la etiqueta del tubo, se puede reconocer un marco de acero de alta calidad (cromolibdeno o manganeso) golpeándolo fuertemente con un movimiento rápido de la uña. Un marco de alta calidad producirá un timbre similar a una campana, mientras que un marco de acero de calidad regular producirá un ruido sordo. También se pueden reconocer por su peso (alrededor de 2,5 kg para el cuadro y las horquillas) y el tipo de orejetas y extremos de horquilla utilizados.

Aleaciones de aluminio

Las aleaciones de aluminio tienen una menor densidad y menor resistencia en comparación con las aleaciones de acero; sin embargo, poseen una mejor relación resistencia-peso, lo que les otorga notables ventajas de peso sobre el acero. Las primeras estructuras de aluminio han demostrado ser más vulnerables a la fatiga, ya sea debido a aleaciones ineficaces o al uso de técnicas de soldadura imperfectas. Esto contrasta con algunas aleaciones de acero y titanio, que tienen claros límites de fatiga y son más fáciles de soldar o soldar juntas. Sin embargo, algunas de estas desventajas se han mitigado desde entonces con mano de obra más calificada capaz de producir soldaduras de mejor calidad, automatización y mayor accesibilidad a las modernas aleaciones de aluminio. La atractiva relación resistencia/peso del aluminio en comparación con el acero, y ciertas propiedades mecánicas, le aseguran un lugar entre los materiales de construcción de armazones preferidos.

Las aleaciones populares para cuadros de bicicleta son el aluminio 6061 y el aluminio 7005.

El tipo de construcción más popular en la actualidad utiliza tubos de aleación de aluminio que se conectan entre sí mediante soldadura Tungsten Inert Gas (TIG). Los cuadros de bicicleta de aluminio soldado comenzaron a aparecer en el mercado solo después de que este tipo de soldadura se volviera económico en la década de 1970.

El aluminio tiene un espesor de pared óptimo diferente al diámetro del tubo que el acero. Es más fuerte en alrededor de 200:1 (diámetro:espesor de la pared), mientras que el acero es una pequeña fracción de eso. Sin embargo, con esta relación, el grosor de la pared sería comparable al de una lata de bebida, demasiado frágil frente a los impactos. Por lo tanto, los tubos de bicicleta de aluminio son un compromiso, ya que ofrecen una relación de espesor de pared a diámetro que no es de la máxima eficiencia, pero nos brinda tubos sobredimensionados de proporciones aerodinámicamente aceptables más razonables y buena resistencia al impacto. Esto da como resultado un marco que es significativamente más rígido que el acero. Si bien muchos ciclistas afirman que los cuadros de acero brindan una conducción más suave que el aluminio porque los cuadros de aluminio están diseñados para ser más rígidos, esa afirmación tiene una validez cuestionable: el cuadro de la bicicleta en sí es extremadamente rígido verticalmente porque está hecho de triángulos. Por el contrario, este mismo argumento cuestiona la afirmación de que los marcos de aluminio tienen una mayor rigidez vertical. Por otro lado, la rigidez lateral y de torsión (torsional) mejora la aceleración y el manejo en algunas circunstancias.

Por lo general, se reconoce que los marcos de aluminio pesan menos que los de acero, aunque no siempre es así. Un marco de aluminio de baja calidad puede ser más pesado que un marco de acero de alta calidad. Algunos fabricantes utilizan tubos de aluminio a tope, en los que el grosor de la pared de las secciones intermedias es más delgado que el de las secciones finales, para ahorrar peso. Los tubos no redondos se utilizan por una variedad de razones, que incluyen rigidez, aerodinámica y marketing. Varias formas se enfocan en uno u otro de estos objetivos y rara vez logran todos.

Titanio

El titanio es un material relativamente especializado para cuadros de bicicleta. Tiene muchas características deseables que incluyen una alta resistencia específica, alto límite de fatiga y excelente resistencia a la corrosión. Si bien no es tan liviano como la fibra de carbono, el titanio puede proporcionar una calidad de conducción más placentera, lo que hace que el material sea popular entre los ciclistas que buscan comodidad sobre el rendimiento. Sin embargo, el titanio tiene un alto costo de material y es más difícil de mecanizar que el acero o el aluminio, lo que se traduce en marcos relativamente caros en comparación con el acero, el aluminio y la fibra de carbono.

Los marcos de titanio suelen utilizar aleaciones y tubos de titanio que se desarrollaron originalmente para la industria aeroespacial. La aleación más utilizada en cuadros de bicicleta de titanio es 3AL-2.5V (3,5 % aluminio y 2,5 % vanadio), seguida de 6AL-4V (6 % aluminio y 4 % vanadio). Algunos fabricantes están experimentando con otras aleaciones diseñadas específicamente para el ciclismo. Los tubos se pueden estirar en frío e hidroformar en varias formas y permitir el cableado interno. La soldadura generalmente se realiza en condiciones inertes para proteger las soldaduras de la oxidación.

Fibra de carbono

El compuesto de fibra de carbono es un material no metálico popular que se usa comúnmente para cuadros de bicicletas. Aunque caro, es liviano, resistente a la corrosión y fuerte, y se le puede dar casi cualquier forma deseada. El resultado es un cuadro que se puede ajustar para una fuerza específica donde se necesita (para soportar las fuerzas de pedaleo), al tiempo que permite flexibilidad en otras secciones del cuadro (para mayor comodidad). Los cuadros de bicicleta de fibra de carbono personalizados pueden incluso diseñarse con tubos individuales que son fuertes en una dirección (como lateralmente), mientras que cumplen en otra dirección (como verticalmente). La capacidad de diseñar un tubo compuesto individual con propiedades que varían según la orientación no se puede lograr con ninguna construcción de marco de metal comúnmente en producción. Algunos marcos de fibra de carbono usan tubos cilíndricos que se unen con adhesivos y orejetas, en un método algo análogo a un marco de acero con orejetas. Otro tipo de cuadros de fibra de carbono se fabrican en una sola pieza, denominada construcción monocasco.

En una serie de pruebas realizadas por Santa Cruz Bicycles, se demostró que para un diseño de cuadro con forma idéntica y peso casi similar, el cuadro de carbono es considerablemente más fuerte que el aluminio, cuando se somete a una carga de fuerza total (sometiendo el cuadro tanto a la tensión como a la compresión) y la resistencia al impacto. Si bien los cuadros de carbono pueden ser livianos y fuertes, pueden tener una menor resistencia al impacto en comparación con otros materiales y pueden ser propensos a sufrir daños si se chocan o se manipulan mal. El agrietamiento y la falla pueden ser el resultado de una colisión, pero también de un ajuste excesivo o de una instalación incorrecta de los componentes. Se ha sugerido que estos materiales pueden ser vulnerables a fallas por fatiga, un proceso que ocurre con el uso durante un largo período de tiempo, aunque esto a menudo se limita a grietas interlaminares o grietas en el adhesivo en las juntas, donde las tensiones pueden controlarse bien con un buen prácticas de diseño. Es posible reparar cuadros de carbono rotos, pero debido a preocupaciones de seguridad, solo deben hacerlo firmas profesionales con los estándares más altos posibles.

Muchas bicicletas de carreras construidas para carreras de contrarreloj individuales y triatlones emplean una construcción compuesta porque el cuadro puede tener una forma con un perfil aerodinámico que no es posible con tubos cilíndricos, o sería excesivamente pesado en otros materiales. Si bien este tipo de cuadro puede, de hecho, ser más pesado que otros, su eficiencia aerodinámica puede ayudar al ciclista a alcanzar una mayor velocidad general.

Se pueden agregar a la matriz otros materiales además de la fibra de carbono, como el boro metálico, para mejorar aún más la rigidez. Algunos cuadros de gama alta más nuevos están incorporando fibras de Kevlar en los tejidos de carbono para mejorar la amortiguación de vibraciones y la resistencia al impacto, particularmente en los tubos diagonales, tirantes y vainas.

Termoplástico

Los termoplásticos son una categoría de polímeros que se pueden recalentar y remodelar, y existen varias formas de usarlos para crear un cuadro de bicicleta. Una implementación de cuadros de bicicleta termoplásticos son esencialmente cuadros de fibra de carbono con las fibras incrustadas en un material termoplástico en lugar de los materiales epoxi termoendurecibles más comunes. GT Bicycles fue uno de los primeros fabricantes importantes en producir un cuadro de termoplástico con sus cuadros del sistema STS a mediados de la década de 1990. Las fibras de carbono se tejían sin apretar en un tubo junto con fibras de termoplástico. Este tubo se colocó en un molde con una vejiga en el interior que luego se infló para forzar el tubo de carbono y plástico contra el interior del molde. A continuación, el molde se calentó para fundir el termoplástico. Una vez que el termoplástico se enfrió, se retiró del molde en su forma final.

Magnesio

Un puñado de cuadros de bicicleta están hechos de magnesio, que tiene alrededor del 64 % de la densidad del aluminio. En la década de 1980, un ingeniero, Frank Kirk, ideó una forma novedosa de marco que fue moldeado a presión en una sola pieza y compuesto por vigas I en lugar de tubos. Se estableció una empresa, Kirk Precision Ltd, en Gran Bretaña para fabricar cuadros de bicicletas de carretera y de montaña con esta tecnología. Sin embargo, a pesar de cierto éxito comercial temprano, hubo problemas de confiabilidad y la fabricación se detuvo en 1992. La pequeña cantidad de marcos de magnesio modernos en producción se construyen de manera convencional utilizando tubos.

Aleación de aluminio escandio

Algunos fabricantes de bicicletas fabrican cuadros con aleaciones de aluminio que contienen escandio, generalmente denominado simplemente escandio con fines comerciales, aunque el contenido de Sc es inferior al 0,5 %. El escandio mejora las características de soldadura de algunas aleaciones de aluminio con una mayor resistencia a la fatiga, lo que permite el uso de tubos de menor diámetro, lo que permite una mayor flexibilidad en el diseño del marco.

Berilio

American Bicycle Manufacturing de St. Cloud, Minnesota, ofreció brevemente un cuadro hecho de tubos de berilio (unidos a orejetas de aluminio), con un precio de $26,000. Los informes indicaron que el viaje fue muy duro, pero el marco también era muy flexible lateralmente.

Bambú

Se han fabricado varios cuadros de bicicleta con tubos de bambú conectados con carpintería metálica o compuesta. El atractivo estético a menudo ha sido un motivador tanto como las características mecánicas.

Madera

Se han fabricado varios cuadros de bicicleta de madera, ya sea maciza o laminada. Aunque uno sobrevivió a los 265 agotadores kilómetros de la carrera París-Roubaix, el atractivo estético a menudo ha sido un motivador tanto como las características de conducción. La madera se usa para fabricar bicicletas en el este de África. El cartón también se ha utilizado para cuadros de bicicletas.

Combinaciones

La combinación de diferentes materiales puede proporcionar la rigidez, el cumplimiento o la amortiguación deseados en diferentes áreas mejor de lo que se puede lograr con un solo material. Los materiales combinados suelen ser fibra de carbono y un metal, ya sea acero, aluminio o titanio. Una implementación de este enfoque incluye un tubo inferior de metal y vainas con tubo superior, tubo de asiento y vainas de carbono. Otro es un triángulo principal de metal y vainas de cadena con solo vainas de asiento de carbono. Las horquillas de carbono se han vuelto muy comunes en las bicicletas de carreras de todos los materiales del cuadro.

Otro

El artículo de tipos de bicicletas describe variaciones adicionales.

Tubo a tope

La tubería a tope tiene un mayor grosor cerca de las uniones para mayor resistencia mientras mantiene el peso bajo con material más delgado en otras partes. Por ejemplo, triple conificado significa que el tubo, generalmente de una aleación de aluminio, tiene tres espesores diferentes, con las secciones más gruesas en el extremo donde se sueldan. El mismo material se puede utilizar en los manillares.

Braze-ons

Una variedad de pequeñas características (orificios de montaje del portabidones, salientes de la palanca de cambios, topes de cable, clavijas de bomba, guías de cable, etc.) se describen como soldaduras porque originalmente eran, y a veces todavía son, soldadas.

Suspensión

Muchas bicicletas, especialmente las de montaña, tienen suspensión.