Rueda de radios

Las ruedas de radios de alambre (también denominadas ruedas de radios tensos o ruedas en suspensión por la forma en que trabajan) son un tipo de rueda cuya llanta se conecta al cubo mediante numerosos radios metálicos delgados.[1][2][3] Aunque estos alambres son generalmente más rígidos que un cable de acero típico, funcionan mecánicamente como si fuesen cables flexibles tensos, manteniendo la forma de la llanta mientras soportan las cargas aplicadas. El término rueda en suspensión (puesto que en la práctica, es como si la llanta estuviese colgada de los alambres) no debe confundirse con la propia suspensión del vehículo.[3]

Ruedas de radios de alambre en un biciclo
Ruedas de radios de alambre en un Blériot XI
Ruedas de radios de alambre en un Alfa Romeo 6C 1750 Spyder Supersport de 1929
Rueda de radios de alambre Rudge-Whitworth en un Vauxhall (Londres) 25 de 1922
Ruedas de radios de alambre en un MGA de 1957

Las ruedas de radios de alambre se usan en la inmensa mayoría de las bicicletas y todavía se emplean en muchas motocicletas. Fueron inventadas por el ingeniero aeronáutico británico George Cayley en 1808.[4] Aunque Cayley propuso por primera vez las ruedas de radios de alambre, no solicitó una patente. La primera patente para este tipo de ruedas se emitió a nombre de Theodore Jones de Londres, Inglaterra, el 11 de octubre de 1826.[5] El inventor francés Eugène Meyer fue el primero en recibir, en 1869, una patente para ruedas de radios de alambre para una bicicleta.[6]

Las ruedas de bicicleta no fueron lo suficientemente fuertes como para usarse en los automóviles hasta el desarrollo de las ruedas de radios tangenciales. Se introdujeron rápidamente en el mundo de la bicicleta y de los triciclos motorizados, pero no se generalizaron en los automóviles hasta 1907. Esto fue fomentado por las ruedas desmontables e intercambiables patentadas por el fabricante Rudge-Whitworth, diseñadas por John Pugh. Estas ruedas debían a sus dos filas internas de radios tangenciales su resistencia al frenado y a las tensiones provocadas por la aceleración. Una fila exterior de radios radiales proporcionaba resistencia lateral contra las tensiones en las curvas. Estas ruedas tenían una profundidad entre caras mucho mayor que las ruedas de bicicleta, para que los pivotes de dirección pudieran estar lo más cerca posible de la línea central de los neumáticos. Su segunda característica era que podían desmontarse fácilmente gracias a unos sobrebujes acanalados.

En automóviles

Desde los primeros días, los automóviles usaron ruedas con radios de madera (similares a las de los coches de caballos), ruedas de alambre (parecidas a las de las bicicletas), o llantas de acero prensado. El desarrollo de las ruedas de desmontaje rápido diseñadas por las empresas Rudge-Whitworth o Riley hizo mucho por popularizar las ruedas de alambre y, de paso, condujo a la instalación de ruedas de repuesto. Después de que las ruedas de artillería con radios de madera se mostraran insuficientes, muchos fabricantes estadounidenses le pagaron a John Pugh la licencia del sistema Rudge-Whitworth para fabricar ruedas de alambre con sus patentes. Las ruedas de artillería cayeron en desgracia a fines de la década de 1920, y la mejora de las llantas de acero prensado (perfeccionadas por la metalúrgica británica GKN de Joseph Sankey), más baratas, supuso la sustitución de las ruedas de alambre, cuyo mayor precio no estaba justificado por su ahorro de peso.

  • Algunos automóviles originalmente equipados con ruedas de radios
  • Cadillac
    Cadillac
  • Chrysler
    Chrysler
  • Ford
    Ford
  • Lincoln
    Lincoln
  • Packard
    Packard
  • Rolls-Royce Phantom III de 1937, con ruedas de radios carenadas
    Rolls-Royce Phantom III de 1937, con ruedas de radios carenadas

Coches deportivos
Véanse también: Rudge-Whitworth, Borrani y Magneti Marelli.

Antes de 1960, los automóviles deportivos y de carreras solían montar ruedas Rudge-Whitworth con bloqueo central, equipadas con cubos ranurados y un casquillo de cierre "desmontable" (tuerca de ala central) de liberación rápida.[note 1] que podía desenroscarse golpeando un ala de la tuerca con un mazo especial de aleación o "martillo de desmontaje".[7] Las regulaciones técnicas de algunos países, incluida Alemania Occidental, prohibieron los tapacubos de orejetas.[cita requerida] Algunos fabricantes (por ejemplo, Maserati) prefirieron mantener la rueda con el eje ranurado sujeto con una sola tuerca sin el ala convencional, lo que requiere una llave grande especial.

En la década de 1960, incluso los modelos de llantas de aleación más ligeras se convirtieron en algo habitual, al principio con cubos ranurados y tapas desmontables, y ahora predominan. Aún se fabrican nuevas versiones de ruedas de radios de alambre, pero a menudo sobre la base de pernos de cubo estándar cubiertos por una tapa central para poder usarse sin necesidad de adaptadores.

  • Tapacubos con radios de alambre. Cadillac Brougham (1989)
    Tapacubos con radios de alambre. Cadillac Brougham (1989)
  • Rueda de radios de alambre con cierre de orejetas de un Ferraridel fabricante italiano Ruote Borrani, de Milán
    Rueda de radios de alambre con cierre de orejetas de un Ferrari
    del fabricante italiano Ruote Borrani, de Milán
  • Rueda de aleación de un Ferrari con cierre de orejetasdel fabricante italiano Cromodora, de Brescia
    Rueda de aleación de un Ferrari con cierre de orejetas
    del fabricante italiano Cromodora, de Brescia

En motocicletas

Durante mucho tiempo, las motocicletas utilizaron ruedas de radios de alambre, pero, a excepción de las dirtbikes, ahora se usan principalmente por su aspecto retro.

  • Ruedas de radios de alambre en una motocicleta Curtiss V-8 de 1906
    Ruedas de radios de alambre en una motocicleta Curtiss V-8 de 1906
  • Motocicleta francesa San Sou Pap
    Motocicleta francesa San Sou Pap
  • Modelo de estilo motocrós
    Modelo de estilo motocrós
  • Motocicleta de estilo enduro
    Motocicleta de estilo enduro
  • Ruedas de radios de alambre en una cruiser moderna
    Ruedas de radios de alambre en una cruiser moderna
  • Ruedas de radios de alambre en la primera motocicleta Harley-Davidson
    Ruedas de radios de alambre en la primera motocicleta Harley-Davidson

En bicicletas

El primer uso comercialmente exitoso de ruedas con radios de alambre fue en las bicicletas. Se introdujeron desde el principio de su desarrollo, poco después de la adopción de neumáticos de caucho macizo. Este desarrollo marcó una mejora importante respecto a las ruedas de madera más antiguas, tanto en términos de peso como de confort (la mayor elasticidad de la rueda ayuda a absorber las vibraciones de la carretera).[8]

En Inglaterra, el ingeniero William Stanley desarrolló la rueda de araña con cable de acero en 1849, una mejora con respecto a las engorrosas ruedas con radios de madera que se ajustaban a los triciclos que su empresa estaba fabricando.[9][10][11]

Los fabricantes de bicicletas construyen millones de ruedas anualmente, utilizando patrones comunes de radios adyacentes cruzados, regidos por el número de radios montados en la rueda. Los constructores de ruedas para los equipos de carreras y para las tiendas de bicicletas de alta gama construyen ruedas con otros patrones, como el de dos cruces, el de un cruce o sin cruces (generalmente denominado radial). Muchos de estos patrones se siguen utilizando desde que fueron inventados.

Se dice que los patrones cruzados tienen mayor resistencia y estabilidad, mientras que los patrones irregulares son diseños estéticos y poseen una menor eficiencia estructural.[12]

En la década de 1980, comenzaron a aparecer ruedas fundidas de una pieza, con 5 o 6 radios rígidos (también llamados bastones) en los Juegos Olímpicos y carreras profesionales: tienen ventajas en aplicaciones especializadas, como las carreras contrarreloj, pero las ruedas con radios de alambre se utilizan para la mayoría de los propósitos.

Reacción ante las cargas

La reacción a una carga radial de una rueda con radios de alambre bien tensados, como la de un ciclista sentado en una bicicleta, es que la rueda se aplana ligeramente cerca del área de contacto con el suelo. El resto de la rueda permanece aproximadamente circular.[13][14][15][16] La tensión de todos los radios no aumenta significativamente. En su lugar, solo los radios directamente debajo del cubo disminuyen su tensión.[12][17][18][19] Se debate la cuestión de cómo describir mejor esta situación.[20] A pesar de este hecho, algunos autores concluyen que la rueda reposa sobre estos radios situados inmediatamente debajo del cubo (que experimentan una reducción en la tensión), aunque estos radios no ejercen ninguna fuerza hacia arriba y pueden ser reemplazados por cadenas sin cambiar demasiado la física de la rueda.[15][12] Otros autores concluyen que el núcleo cuelga de los radios situadas por encima, que ejercen una fuerza ascendente sobre el centro, y que tienen una tensión más alta que los radios situados debajo del cubo, que tiran de él hacia abajo.[18][21]

A pesar de estar compuestas por radios delgados y relativamente flexibles, las ruedas de alambre son rígidas radialmente y presentan un reducido efecto a las cargas incluso cuando se montan neumáticos de alta presión.[22][23][24][25]

Galería
  • Ruedas de bicicleta con un patrón radial (izquierda) y tangencial con tres cruces (derecha)
    Ruedas de bicicleta con un patrón radial (izquierda) y tangencial con tres cruces (derecha)
  • Una de las primeras Harley-Davidson con ruedas de radios de alambre
    Una de las primeras Harley-Davidson con ruedas de radios de alambre
  • Rueda en suspensión en el Portland Basin Canal Warehouse
    Rueda en suspensión en el Portland Basin Canal Warehouse

Notas
  1. 1.3.4 Ruedas de radios
    Las ruedas de radios de alambre de cierre central se asocian tradicionalmente con automóviles deportivos antiguos y de carreras, y para aquellos de nosotros de edad avanzada, la sangre todavía se nos agita con los recuerdos de las fracciones de segundo ahorradas por la hábil aplicación de martillos con cabeza de cobre sobre los tapacubos de orejetas. También recordamos... página 5, Colin Campbell New Directions in Suspension Design: Making the Fast Car Faster Taylor & Francis, 1981, USA. ISBN 0-8376-0150-9.

Referencias
  1. Forester, John (August 1980). «Held Up By Downward Pull». American Wheelmen. Consultado el 26 de junio de 2012. «how the tension spoked wheel carries its load ».
  2. Brown, Sheldon. «Bicycle Tires and Tubes, How a Tire Supports its Load». Consultado el 26 de junio de 2012. «The tension-spoked wheel and the pneumatic tire are two examples of what are called preloaded tensile structures, brilliant, counterintuitive designs working together remarkably to support as much as 100 times their own weight. »
  3. C. S. Walker (1920). «Wire Wheels». Sociedad de Ingenieros de Automoción. pp. 425-432. Consultado el 26 de junio de 2012. «As the wire wheel is a "suspension" wheel, the car weight is hung or "cradled" from scores of resilient, flexible spokes. »
  4. En su diario, con fecha 19 de marzo de 1808, Cayley proponía que para producir "la rueda más ligera posible destinada a los vehículos de navegación aérea, «uno debe» eliminar los radios de madera y fiar toda la firmeza de la rueda a la fuerza de la llanta únicamente, mediante la intervención de una cuerda fuerte y apretada…" Véase: J.A.D. Ackroyd (2011) "Sir George Cayley: The invention of the aeroplane near Scarborough at the time of Trafalgar," Archivado el 26 de diciembre de 2013 en Wayback Machine. Journal of Aeronautical History [Internet publication], paper no. 6, pages 130-181. La rueda de radios tensos de Cayley aparece en la página 152, "3.7 The Tension Wheel, 1808".
  5. Véase:
    • Notice of Theodore Jones' patent for wire wheels: Repertory of patent inventions, etc., no. 17 (November 1826), page 320.
    • Illustrations and description of Jones' wire wheel: Luke Hebert, ed. (April 20, 1828) "Patent suspension wheels," The Register of Arts, and Journal of Patent Inventions, 2nd series, 2 (29) : pages 65-66.
  6. Bulletin des lois de la République française (1873) 12th series, vol. 6, page 648, patent no. 86,705: "Perfectionnements dans les roues de vélocipèdes" (Perfeccionamientos en las ruedas de las bicicletas), edición: 4, agosto de 1869.
  7. Wilson McComb. «Principles of the Centre-Lock Wire Wheel». Consultado el 18 de mayo de 2013. «Echemos un vistazo más de cerca a este conjunto, refiriéndonos a la parte central como el "centro de la rueda", que se ajusta al cubo y se fija en su lugar con una tapa de cierre. »
  8. Herlihy, David V (2004). Bicycle: the History. Yale University Press. pp. 141-142. ISBN 0-300-10418-9.
  9. McConnell, Anita (2004). «Stanley, William Ford Robinson (1829–1909)». Dictionary of National Biography (subscription required - free to holders of tickets for British libraries). Oxford University Press. Consultado el 9 de septiembre de 2009.
  10. Owen, W.B. (1912). Sir Sidney Lee, ed. Dictionary of National Biography - William Ford Robinson Stanley. Second Supplement. III (Neil-Young). London: Smith, Elder & Co. pp. 393-394.
  11. «Good week to go for ride». The Croydon Guardian. 10 de junio de 2006. Consultado el 9 de septiembre de 2009.
  12. Brandt, Jobst (1981). The Bicycle Wheel. Avocet. pp. 12-20. ISBN 0-9607236-2-5.
  13. Forester, John (August 1980). «Held Up By Downward Pull». American Wheelmen.
  14. Whitt, Frank R.; David G. Wilson (1982). Bicycling Science (Second edición). Massachusetts Institute of Technology. pp. 106-138. ISBN 0-262-23111-5.
  15. Ian Smith. «Bicycle Wheel Analysis». Consultado el 31 de diciembre de 2008. «Llegué a la conclusión de que es perfectamente razonable decir que el cubo reposa sobre los radios inferiores, y que no cuelga de los radios superiores. »
  16. C.J. Burgoyne and R. Dilmaghanian (March 1993). «Bicycle Wheel as Prestressed Structure» (pdf). Journal of Engineering Mechanics 119 (3): 439-455. ISSN 0733-9399. doi:10.1061/(asce)0733-9399(1993)119:3(439). «Solo los rayos en contacto con el suelo, o cerca del suelo, muestran tensiones significativas. »
  17. Wilson, David Gordon; Jim Papadopoulos (2004). Bicycling Science (Third edición). Massachusetts Institute of Technology. pp. 389–390. ISBN 0-262-73154-1.
  18. Tom Fine (September 1998). «Hubs hang from the rim!». Consultado el 16 de marzo de 2010. «Todavía digo, sin ninguna duda, que el cubo cuelga de los radios superiores. »
  19. Henri P. Gavin (August 1996). «Bicycle Wheel Spoke Patterns and Spoke Fatigue» (pdf). ASCE Journal of Engineering Mechanics 122 (8): 736-742. doi:10.1061/(ASCE)0733-9399(1996)122:8(736).
  20. Kraig Willett (5 de septiembre de 2004). «Hang or Stand?». BikeTech Review. Archivado desde el original el 11 de marzo de 2010. Consultado el 16 de marzo de 2010. «Un debate semántico poco conocido ... ha estado enfureciendo en los grupos de noticias de Usenet durante bastante tiempo. El punto de discusión en este debate es si una rueda de bicicleta cargada ¿"reposa" sobre los radios inferiores, o "cuelga" de los superiores? »
  21. Samuel K. Clark, V. E. Gough (1981). Mechanics of Pneumatic Tires. U.S. Department of Transportation. p. 241. «El sistema de transmisión de la carga es análogo al de una rueda de bicicleta, donde el cubo se cuelga de los radios de alambre de acero desde la parte superior de la llanta, que se carga en la parte inferior. »
  22. John Swanson (2006). «Performance of the Bicycle Wheel, A Method for Analysis». BikePhysics.com. Archivado desde el original el 15 de septiembre de 2012. Consultado el 25 de junio de 2012. «Rigidez radial: la dimensión vertical de la rueda se mantiene prácticamente inalterable y las personas que insisten en que pueden sentir la flexibilidad vertical o la blandura de una rueda se confunden. La rigidez radial de una rueda de bicicleta es ~ 3-4000 N/mm. Esto equivale a una deflexión de 0.1 mm bajo una carga de 40 kg. Lo siento, princesa, pero este valor es inapreciable si se compara con la deformación de los neumáticos, de la horquilla, del sillín, del manillar, del cuadro y hasta de los guantes. »
  23. Henri P. Gavin (1996). «Bicycle Wheel Spoke Patterns and Spoke Fatigue». ASCE Journal of Engineering Mechanics. Consultado el 25 de junio de 2012. «radial wheel stiffness (N/mm): 2500-5000 ».
  24. Ian (2002). «Spoke Patterns». astounding.org.uk. Consultado el 25 de junio de 2012. «Una rueda de radios radiales es aproximadamente un 4,6% más rígida que una de radios tangenciales. Alternativamente, si se aplican 1000N (aproximadamente 100 kg, 220 lb) a cada una de las ruedas, los radios tangenciales (con el cruce de cuatro radios) se deforman 0.0075 mm (0.0003 pulgadas) más que los alambres radiales. Dado que es probable que el neumático se deforme varios milímetros como mínimo (si son unos 3 mm, se tienen unas 400 veces más de deflexión), se concluye que es poco probable que el cruce de los radios produzca una diferencia perceptible en la rigidez vertical de la rueda. »
  25. Jobst Brandt (1981). «Sheldon Brown's Bicycle Glossary: Radial spoking». Sheldon Brown (mecánico de bicicletas). Consultado el 25 de junio de 2012. «No hay cambio en la elasticidad radial entre una rueda de alambres radiales y otra cruzada con los mismos componentes, que no sea debido a la longitud de los radios. Un radio de 290 mm es un 3% más rígido que un radio de 300 mm del mismo tipo. Como los radios se estiran elásticamente alrededor de 0.1 mm en un bache duro (no en las ondulaciones ordinarias de la carretera), la diferencia elástica entre las ruedas de alambres radiales y tangenciales es de 3% x 0.1 mm = 0.003 mm. El papel de una fotocopiadora tiene un grosor de 0.075 mm, y si puedes sentirlo cuando montas sobre una superficie de hormigón lisa y pulida, por favor, avísame. Tienes mayor sensibilidad que la dama en la fábula de "La princesa y el guisante". »

Enlaces externos
  • Astounding.org.uk, un análisis de la desviación de las ruedas de radios de alambre.
  • Duke.edu, un análisis de la deflexión de las ruedas de radios de alambre (formato PDF).
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