Вид трансмиссии никакого значения не имеет - в вашем примере диаметры ведущей и ведомой звездочек являются с точки зрения механики не более чем рычагами, а цепь, как таковая, вообще не имеет значения - звездочки могут взаимодействовать и без нее. Нужно оценивать, в итоге, не звездочки, а работу, которую выполнили ваши мышцы, - во всех комбинациях передаточных чисел звездочек она будет одинаковой и основываться на известной формуле "выигрываем в силе, но проигрываем в расстоянии" и наоборот.
Вы говорите то же, что и я, но другими словами: скорость велосипеда не увеличивается по той причине, что вектор силы от работы мышц ваших ног не может превзойти направленный в обратную сторону вектор силы сопротивления воздуха. На практике есть еще и другие векторы силы, например, сопротивления качению или связанные с ветром, но в общем подходе они не важны.