Diseño de una caja de cambios de 12 marchas para la rueda posterior de una bicicleta

Abstract

[ES] Gran parte del mercado de las bicicletas lo ocupan aquellas que utilizan desviadores debido, en gran medida, a su bajo coste. Sin embargo, este sistema de cambio de marcha presenta desventajas como la ergonomía, el mantenimiento y el desgaste. Por ello, en este proyecto se presenta un sistema de cambio en el cual estas desventajas quedan reducidas. Se trata de una caja de cambios situada en la rueda posterior compuesta de trenes epicicloidales. Este tipo de sistema no requiere de dos mandos de cambio en el manillar por su configuración en la rueda trasera y, además, permite realizar un diseño en el cual exista una progresión continua entre las distintas relaciones de transmisión. Con este tipo de sistema no se puede realizar la misma cantidad de cambios que utilizando dos desviadores, por lo que se ha buscado realizar un diseño optimizado con un considerable número de cambios para conseguir un amplio rango de velocidades. A causa de los condicionantes, este proyecto ha sufrido dos cambios. El primer diseño fue realizar un sistema de tres marchas mediante dos trenes y un embrague, situado en el eje del pedalier, pero se cambió porque requería de un desviador en la rueda posterior y, por lo tanto, las desventajas se mantenían. El siguiente diseño fue un sistema de ocho cambios en la rueda posterior mediante cuatro trenes y dos embragues. El segundo cambio se realizó debido a que con este diseño no se lograba una progresión continua entre las relaciones de transmisión. De esta manera se pasó a realizar un diseño final aplicando los trenes compuestos. Este consta de doce marchas utilizando un tren compuesto de dos trenes, otro de tres, un tren simple y dos embragues. Con el último cambio se consigue realizar una simplificación del sistema permitiendo optimizar los engranajes para obtener una progresión continua entre las relaciones de transmisión. Además, se logra diseñar engranajes con mayor anchura en un mismo espacio y dividir el sistema en tres etapas diferenciadas: reductora, tres relaciones de reducción progresivas y multiplicadora.

[EN] A large part of the bicycle market is occupied by bicycles using derailleurs, mainly because of their low cost. However, this derailleur system has disadvantages such as ergonomics, maintenance and wear. Therefore, this project presents a gear system in which these disadvantages are reduced.It consists of a gearbox located on the back wheel made up of epicycloidal trains. This type of system does not require two gear controls on the handlebars due to its configuration on the back wheel and, furthermore, allows for a design in which there is continuous progression between the different transmission ratios. With this type of system, you cannot make the same amount of changes as using two derailleurs, so it has been looked to make an optimised design with a considerable number of changes to achieve a wide range of speeds. Due to the constraints, this project has suffered two changes. The first design was a three-gear system using two trains and a clutch, located in the pedalier’s axle, but it was changed because it required a derailleur on the back wheel and, therefore, the disadvantages remained. The next design was an eight-gear system on the back wheel with four trains and two clutches. The second change was made because with this design there was no continuous progression between the transmission ratios. This led to a final design using the composite trains. This consists of twelve gears using a composite train of two trains, another of three, a single train and two clutches. With the last change, the system has been simplified, allowing the gears to be optimised to obtain a continuous progression between the transmission ratios. In addition, it is possible to design wider gears in the same space and divide the system into three different stages: reduction gear, three progressive reduction ratios and a multiplier.

[CA] Gran part del mercat de les bicicletes l'ocupen aquelles que utilitzen desviadors degut, en gran manera, al seu baix cost. No obstant això, aquest sistema de canvi de marxa presenta desavantatges com l'ergonomia, el manteniment i el desgast. Per això, en aquest projecte es presenta un sistema de canvi en el qual aquests desavantatges queden reduïdes. Es tracta d'una caixa de canvis situada en la roda posterior composta de trens epicicloidals. Aquest tipus de sistema no requereix dos comandaments de canvi en el manillar per la seua configuració en la roda posterior i, a més, permet realitzar un disseny en el qual existisca una progressió contínua entre les diferents relacions de transmissió. Amb aquest tipus de sistema no es pot realitzar la mateixa quantitat de canvis que utilitzant dos desviadors, per la qual cosa s'ha buscat realitzar un disseny optimitzat amb un considerable nombre de canvis per a aconseguir un ampli rang de velocitats. A causa dels condicionants, aquest projecte ha patit dues canvis. El primer disseny va ser realitzar un sistema de tres marxes mitjançant dos trens i un embragatge, situat en l'eix del pedalier, però es va canviar perquè requeria un desviador en la roda posterior i, per tant, els desavantatges es mantenien. El següent disseny es va tractar d'un sistema de huit canvis mitjançant quatre trens i dos embragatges. El segon canvi es va realitzar pel fet que amb aquest disseny no s'aconseguia una progressió contínua entre les relacions de transmissió. D'aquesta manera es va passar a realitzar un disseny final aplicant els trens compostos. Aquest consta de dotze marxes utilitzant un tren compost de dos trens, un altre de tres, un tren simple i dos embragatges. Amb l'últim canvi s'aconsegueix realitzar una simplificació del sistema permetent optimitzar els engranatges per a obtenir una progressió contínua entre les relacions de transmissió. A més, s'aconsegueix dissenyar en un mateix espai engranatges amb major amplària i dividir el sistema en tres etapes diferenciades: reductora, tres relacions de reducció progressives i multiplicadora.