Estudi, disseny i validació d’un xassís de motocicleta

TREBALL FI DE GRAU Grau en Enginyeria Mecànica ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA Volum I: Memòria i Annexos Autor: Marc Bendle Domingo Director: Óscar Farrerons Vidal Departament: Enginyeria Gràfica i de Disseny Convocatòria: Gener 2023 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA i Resum L’objecte d’aquest Treball de Final de Grau és conèixer de primera mà el procés de disseny d’un xassís d’una motocicleta comercial, agafant com a base un model comercial ja existent, validar el resultat al qual s’ha arribat i estudiar l’impacte ambiental que aquest tindria. Per realitzar-ho, primer s’explica què és una motocicleta, la seva història i els seus components. A continuació, es presenten els diferents tipus de xassís i els conceptes tècnics que afecten el seu disseny. Posteriorment, es mostra el procés de disseny on s’escull la geometria i el material del producte fent un estudi de les forces a les que el xassís es troba sotmès quan treballa. Finalment, es valida el disseny mitjançant un estudi de deformacions i tensions amb les forces que s’han calculat anteriorment per comprovar que el disseny és adequat. La informació tècnica que es troba en aquest projecte, majoritàriament, prové de llibres especialitzats, apunts d’assignatures i altres estudis realitzats. El disseny 3D es fa amb el software de CAD Solidworks®, el primer estudi es fa amb 3D Experience i la validació amb el software ANSYS. Memòria ii Resumen El objeto de este Trabajo Final de Grado es conocer de primera mano el proceso de diseño de un chasis de una motocicleta comercial, usando como base un modelo comercial ya existente, validar el resultado al que se ha llegado i estudiar el impacto ambiental que tendría éste. Para hacerlo, primero se explica qué es una motocicleta, su historia i sus componentes. A continuación, se presentan los diferentes tipos de chasis i los conceptos técnicos que afectan a su diseño. Posteriormente, se muestra el proceso de diseño donde se escoge la geometría i el material del producto realizando un estudio de las fuerzas a las que el chasis se encuentra sometido cuando trabaja. Finalmente, se valida el diseño mediante un estudio de deformaciones i tensiones con las fuerzas que se han calculado anteriormente para comprobar que el diseño es adecuado. La información técnica que se encuentra en este proyecto proviene, mayoritariamente de libros especializados, apuntes de asignaturas i otros estudios realizados. El diseño 3D se ha hecho con el software de CAD Solidworks®, el primer estudio se realiza con 3D Experience i la validación con el software ANSYS. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA iii Abstract The aim of this Final Degree Project is to learn first-hand about the design process of a commercial motorbike chassis, using an existing model as a basis, to validate the result achieved and to study the environmental impact it would have. In order to do this, we first explain what a motorbike is, its history and components. Next, the different types of chassis and the technical concepts that affect their design are presented. Subsequently, the design process is shown, where the product’s geometry and material of are chosen by carrying out a study of the forces to which the chassis is subjected when working. Finally, the design is validated by means of a study of deformations and stresses with the forces that have been previously calculated to check that the design is adequate. The technical information found in this project comes mainly from specialised books, course notes and other studies. The 3D design has been done with the CAD software Solidworks®, the first study is done with 3D Experience and the validation with the ANSYS software. Memòria iv ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA v Índex RESUM ______________________________________________________________ I RESUMEN __________________________________________________________ II ABSTRACT __________________________________________________________ III 1. PREFACI _______________________________________________________ 1 1.1. Origen del treball ..................................................................................................... 1 1.2. Motivació ................................................................................................................. 1 1.3. Requeriments previs ................................................................................................ 1 2. INTRODUCCIÓ __________________________________________________ 3 2.1. Objectius del treball ................................................................................................. 3 2.2. Abast del treball ....................................................................................................... 3 2.3. Cronologia ................................................................................................................ 3 3. LA MOTOCICLETA ________________________________________________ 5 3.1. Historia ..................................................................................................................... 5 3.2. Components ........................................................................................................... 10 3.2.1. Motor .................................................................................................................... 10 3.2.2. Transmissió ........................................................................................................... 13 3.2.3. Suspensió .............................................................................................................. 15 3.2.4. Frens ..................................................................................................................... 16 3.2.5. Xassís ..................................................................................................................... 17 3.2.6. Sistema d’escapament ......................................................................................... 18 3.2.7. Basculant .............................................................................................................. 19 3.3. Geometria i paràmetres de disseny ...................................................................... 20 3.3.1. Distància entre eixos ............................................................................................ 20 3.3.2. Avanç o “Trail” ...................................................................................................... 22 3.3.3. Angle de llançament o “rake” .............................................................................. 24 3.3.4. Mesura de les rodes ............................................................................................. 25 3.3.5. Distribució del pes ................................................................................................ 25 3.3.6. Moviments angulars ............................................................................................. 26 4. XASSÍS DE MOTOCICLETA ________________________________________ 28 4.1. Evolució dels elements .......................................................................................... 28 4.1.1. Tubulars ................................................................................................................ 28 Memòria vi 4.1.2. Bigues .................................................................................................................... 30 4.1.3. Motor com a element estructural ........................................................................ 32 4.2. Tipus ....................................................................................................................... 33 4.2.1. Bressol Simple ....................................................................................................... 33 4.2.2. Doble Bressol ........................................................................................................ 34 4.2.3. Multitubular .......................................................................................................... 35 4.2.4. Monobiga.............................................................................................................. 36 4.2.5. Doble biga ............................................................................................................. 36 4.2.6. Monocasc ............................................................................................................. 37 4.2.7. Omega................................................................................................................... 38 4.2.8. Diamant ................................................................................................................ 38 5. DISSENY ______________________________________________________ 39 5.1. Motocicleta Base .................................................................................................... 39 5.1.1. Xassís original ........................................................................................................ 39 5.1.2. Geometria ............................................................................................................. 40 5.2. Procés de disseny ................................................................................................... 41 5.2.1. Consideracions estructurals ................................................................................. 41 5.2.2. Predisseny ............................................................................................................. 42 5.2.3. Primera iteració .................................................................................................... 43 5.2.4. Segona iteració ..................................................................................................... 45 5.3. Materials ................................................................................................................ 48 5.3.1. Acer ....................................................................................................................... 50 5.3.2. Acer al crom-molibdè ........................................................................................... 52 5.3.3. Alumini .................................................................................................................. 52 5.3.4. Titani ..................................................................................................................... 53 5.3.5. Fibra de carboni .................................................................................................... 54 5.3.6. Magnesi ................................................................................................................ 55 5.3.7. Material escollit .................................................................................................... 56 5.4. Estudi de forces ...................................................................................................... 60 5.4.1. Acceleració ............................................................................................................ 61 5.4.2. Frenada ................................................................................................................. 67 5.4.3. Pas per corba ........................................................................................................ 70 5.5. Disseny final ........................................................................................................... 75 6. VALIDACIÓ ____________________________________________________ 79 6.1. Aplicació dels esforços ........................................................................................... 79 6.1.1. Acceleració ............................................................................................................ 79 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA vii 6.1.2. Frenada ................................................................................................................. 81 6.1.3. Pas per corba ........................................................................................................ 82 6.2. Malla ....................................................................................................................... 84 6.3. Resultats ................................................................................................................. 86 6.3.1. Acceleració ............................................................................................................ 86 6.3.2. Frenada ................................................................................................................. 89 6.3.3. Pas per corba ........................................................................................................ 92 6.3.4. Fatiga .................................................................................................................... 95 7. ANÀLISI DE L’IMPACTE AMBIENTAL ________________________________ 99 CONCLUSIONS _____________________________________________________ 100 BIBLIOGRAFIA _____________________________________________________ 101 ANNEX A _________________________________________________________ 105 A1. Acceleració ........................................................................................................... 105 A2. Frenada ................................................................................................................ 111 A3. Pas per corba ........................................................................................................ 117 Memòria xiv Índex de taules Taula 5.1. Mesures geometria 40 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 1 1. Prefaci 1.1. Origen del treball Aquest projecte origina en la passió pel món de l’automoció i, en concret, es va escollir dissenyar un xassís perquè la part del grau que més interès generava va ser la part de càlcul estructural i, com que el component estructural més important en el món de l’automoció és el xassís, s’ha dut a terme un projecte que estudia aquest component. 1.2. Motivació La principal motivació per realitzar aquest projecte va ser el creixent interès propi pel món de les motocicletes i per descobrir l’enginyeria que hi ha darrere. Es buscava ampliar els coneixements sobre l’enginyeria d’automoció i, com que el recurs que més es tenia a mà era una motocicleta, es va decidir centrar el projecte al voltant d’aquesta. 1.3. Requeriments previs Prèviament al desenvolupament d’aquest projecte va ser necessari dur a terme un curs del software 3D Experience per poder fer la última iteració del disseny inspirada en els resultats obtinguts per la simulació realitzada amb aquest software. A part, per realitzar el disseny s’ha partit d’un model ja existent i s’ha desenvolupat el projecte amb la geometria d’aquest, per tant, es va haver de cercar aquestes mesures per poder realitzar el disseny. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 3 2. Introducció En aquest treball es vol realitzar el disseny d’un xassís de motocicleta tenint en compte les càrregues estructurals d’aquest element, els materials que s’utilitzaran i l’efecte que tenen aquests en el medi ambient. 2.1. Objectius del treball L’objectiu del Treball de Final de Grau resideix en fer un estudi del procés de disseny d’un element bàsic d’una motocicleta com n’és el xassís per posar en pràctica els coneixements obtinguts en disseny CAD 3D, de ciències dels materials i de càlcul estructural apresos durant el grau d’enginyeria mecànica. El projecte tractarà el disseny, validació, pressupost i optimització d’un xassís de motocicleta de carretera. 2.2. Abast del treball El disseny i estudi de materials es resoldrà mitjançant els softwares SolidWorks, ANSYS i 3D Experience els quals ens permeten obtenir estudis dels esforços i deformacions que patirà la peça durant la seva vida útil. Es durà a terme un anàlisis estructural del resultat tenint en compte les forces que aguantaria la peça durant el seu ús. Es conclourà els resultats obtinguts amb diferents materials per comparar-ne la relació costprestacions per optimitzar el disseny segons les necessitats existents. 2.3. Cronologia Per dur a terme el projecte s’ha disposat de 20 setmanes que s’han separat en les següents tasques. • Descripció del contingut del projecte i el seu abast. • Estudi de la història, components i geometria de la motocicleta. • Estudi de l’evolució del xassís i els tipus que existeixen. • El procés de disseny de les dues primeres iteracions. • L’estudi de materials. • L’estudi de forces sota les quals treballarà el xassís. • El disseny final obtingut segons l’estudi de forces. Memòria 4 • La validació del disseny final. • La realització dels plànols del xassís. • La realització del pressupost del projecte • L’anàlisi de l’impacte ambiental. • Realitzar les conclusions del projecte. • Revisió i correcció del projecte. SETMANA TASCA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 Descripció Motocicleta Xassís Procés de disseny Materials Estudi de forces Disseny final Validació Plànols Pressupost Impacte ambiental Conclusions Correcció Figura 2.1. Diagrama de Gantt del projecte. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 5 3. LA MOTOCICLETA 3.1. Historia Les primeres motocicletes Hi ha certa divergència d’opinions sobre quan es va crear la primera motocicleta, perquè alguns experts consideren que una motocicleta és com una bicicleta, però propulsada per un motor tèrmic de qualsevol classe, mentre que altres experts creuen que només pot ser propulsada per un motor tèrmic de gasolina. En aquest treball no es seguirà la definició de l’Oxford English Dictionary “un vehicle amb dues rodes amb un motor de combustió interna”, ja que les opinions anteriors s’han quedat antiquades amb l’aparició de les motocicletes elèctriques i aquesta descarta els primers dissenys a vapor. No està clar qui va crear el primer disseny de les primeres motocicletes de vapor, pel fet que es van fer amb poc temps entre ells. El model Michaux-Perreaux a vapor es va crear entre 1867 i 1871 quan Ernest Michaux, fill de Pierre Michaux (un constructor de les primeres bicicletes a pedals), va posar un petit motor de vapor monocilíndric que feia servir una caldera d’alcohol creat per Louis-Guillaume Perreaux a una bicicleta dissenyada pel seu pare. [42] Aproximadament per les mateixes dates, Sylvester h. Roper a Roxbury, Massachusetts va fabricar una caldera de vapor de dos temps que feia servir carbó com a combustible i la va posar a una bicicleta, donant lloc al velocípede de vapor Roper. Figura 3.1. Model Michaux-Perraux (Font: https://www.flickr.com/photos/machadobrazil/4060561407/ ) Memòria 6 Seguint la definició de l’Oxford English Dictionary, la primera motocicleta seria el Daimler Petroleum Reitwagen, fabricat per Gottlieb Daimler i Wilhelm Maybach a Stuttgart el 1885. Es tracta de la primera motocicleta amb un motor de combustió interna de gasolina. El seu motor desenvolupava mig cavall de vapor de potència i arribava als 18 km/h. Industrialització Els creadors de la Reitwagen, juntament amb Alois Wolfmüller el 1892, van fabricar en sèrie 1000 unitats d’un disseny que incorporava un motor de gasolina de dos cilindres i quatre temps, tot i que va ser un fracàs pel fet que s’havia d’arrancar empenyent-la i després saltar-hi a sobre i que, tot i ser bastant lleugera (50 kg només), era bastant incòmode i difícil de conduir. Es va deixar de comercialitzar el 1897. Figura 3.2. Daimler Petroleum Rietwagen (Font: https://platiniumoil.com/las-primeras-motos-de-la-historia/ ) Figura 3.3. “Motocyclette” de 1897. (Font: https://motards21.motards.net/t6528-les-freres-werner-inventent-en-1897-le- mot-motocyclette ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 7 Al mateix any, els germans francesos d’origen rus Eugéne i Michel Werner van comercialitzar la “motocyclette”, model del qual van vendre milers d’unitats. Era tan popular que el seu nom es va començar a fer servir al carrer per referir-se als ciclomotors i d’aquí n’origina el nom. Duia un motor de 216 cc muntat a l’eix de la direcció i conduint la roda davantera. Tot i això, el seu model més popular va venir el 1900 amb la “New Werner” que feia servir un quadre amb el motor muntat a la part inferior. [35] Automobiles et Cycles Peugeot va néixer l’any 1898 amb la creació del Peugeot Tipo 2 (considerat el primer cotxe amb motor tèrmic) i d’una motocicleta amb un motor Dion-Bouton, per tant, es considera com la marca de motocicletes més antiga. A partir d’això, la tecnologia aplicada a les motos va evolucionar ràpidament fins que el 1901 la marca va mostrar el disseny que s’ha copiat fins al present, amb un quadre rígid i el motor en una posició més baixa, diferenciant el disseny de les motos del disseny de les bicicletes. [30] En aquesta època neixen grans marques conegudes encara en l’actualitat com Royal Enfield (1901), Indian Motorbike Company (1901), Victory (1902) o Harley Davidson (1903), marca que l’any 1905 va introduir el puny de gas en el manillar per accelerar, va integrar motor biclindrics en “V” el 1909 i transmissions amb marxes el 1911. Gran part d’aquests avenços prové de l’augment en interès en les curses de motocicletes. L’any 1902 Georges Gauthier va crear el “Autofauteuil” o “Auto-sillón”, disseny que va precedir el Scooter i permetia al conductor anar assegut con en una cadira normal. Aquest invent es va fabricar Figura 3.4. Motocicleta Peugeot (Font: https://www.moto1pro.com/reportajes-motos/un-viaje-por-la-historia-de-peugeot- motorcycles-una-marca-fundada-en-el-siglo-xix ) Memòria 8 començar en sèrie el 1914 i va guanyar popularitat entre els joves, però el concepte va arribar al seu punt àlgid amb l’aparició de la Vespa el 1946. Primera Guerra Mundial Com que les motocicletes van substituir als cavalls com a principal mètode per transportar béns i personal a les primeres línies de combat, va haver-hi un gran augment en la producció d’aquestes resultant en el fet que un 50% de la producció de Harley Davidson es destinava a la guerra. A la vegada, gràcies a la guerra es va dissenyar la primera motocicleta moderna sense pedals, la Victory Design H tenia un motor monocilindric de quatre temps 499 cc. Aquest model va tenir molt d’èxit entre les tropes amb més de 30.000 unitats produïdes. Postguerra A la dècada que va seguir la Primera Guerra Mundial, les motocicletes van guanyar popularitat i les marques del moment van començar una tendència a refinar els seus dissenys i van decidir posar motors de major cilindrada en els seus productes. En aquest context, Triumph va presentar el seu model amb el qual va dominar el mercat la “Speed Twin”, aquest feia servir un motor bicilindric de 500 cc. D'altra banda, el 1923 BMW llença al mercat el seu primer disseny de motocicleta, la R32. Aquesta presenta una nova idea que encara es fa servir avui en dia, l’ús del motor com a component estressat del xassís. Figura 3.5. “Triumph Speed Twin” (Font: https://anthonygodin.co.uk/car/triumph-speed-twin-5t-mk1-sprung-hub/ ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 9 Segona Guerra Mundial Durant la Segona Guerra Mundial les motocicletes eren vistes com una forma de transport còmode i eficient per la infanteria. Van ser especialment importants pels paracaigudistes i per les tropes aerotransportades, ja que aquestes estaven bastant limitades a l’hora de carregar coses. Un exemple rellevant és la Welbike o parascooter, una scooter senzilla i plegable per poder ser llençada en paracaigudes. [35] Post Segona Guerra Mundial En finalitzar la guerra, la producció de motos va augmentar significativament amb la popularitat dels scooters i que les motos van començar a substituir els cotxes com a mètode de transport gràcies al fet que van abaixar-ne els preus i l’interès en elles va pujar. Durant els anys cinquanta, diverses marques japoneses com Yamaha, Kawasaki, Honda o Suzuki van guanyar pes en el mercat gràcies amb els seus excel·lents dissenys, baixos preus i bona qualitat del producte. [42] Figura 3.6. Wellbike (Font: https://revivaler.com/welbike-paratrooper-motorcycle/) Memòria 16 D’altra banda, la suspensió darrera sol estar formada per un amortidor tipus McPherson, compost per una molla exterior i un amortidor hidràulic, que es connecta al basculant i a la roda darrera. [41] 3.2.4. Frens Els frens són un component bàsic pel fet que la seva funció és frenar la motocicleta, per tant, és un element clau pel que fa a la seguretat del conductor. Els frens moderns acostumen a ser de disc, un sistema en el qual un disc muntat a la roda és pinçat per unes pinces. Aquestes es componen per uns pistons hidràulics que empenyen unes pastilles, que són els components que fan contacte amb el disc i crea la fricció que frena la moto. La força per empènyer els pistons prové de la maneta, en el cas del fre davanter, o del pedal, en el cas del fre darrer. Aquests transmeten la força exercida pel conductor a una bomba que multiplica la força que rep i la transmet al pistó mitjançant un líquid en unes mànegues. L’altre tipus més comú són els frens de tambor, però aquests es feien servir en els models més antics. En aquest sistema, una sabata de fre s’empeny contra el tambor creant una força de fricció que frena la roda. Figura 3.15. Suspensió davantera a la dreta i darrera a l’esquerra (Font: https://www.pruebaderuta.com/las-suspensiones-de-las-motocicletas.php ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 17 3.2.5. Xassís El xassís és l’esquelet de la motocicleta, aquest sosté el conjunt motor i sobre ell es munten la resta de components que formen la motocicleta. Pot tenir diferents formes, com es presentarà més endavant, o estar fabricat de diferents materials segons la finalitat de la motocicleta i els esforços que rebrà aquest. Els factors més importants a l’hora d’escollir-ne el disseny són les característiques dinàmiques que es vol que tingui la moto i les característiques del motor, ja que com més potència generi aquest, més rígid haurà de ser el xassís. A part, també cal tenir en compte que tots els esforços que rebi la motocicleta es transmetran a través d’ell. Per tant, cal estudiar les forces resultants durant la frenada, acceleració, pas per corba i, en el cas de les motocicletes “Offroad” o de trial, cal estudiar com treballaria en el cas de salts o d’irregularitats fortes en el terreny. Figura 3.16. Components frens de disc (Font: http://www.revistaautopartes.co/sistemas-del- vehiculo/ver/?tx_ttnews%5Btt_news%5D=99&cHash=54031b0be97753e76120cf833500260f ) Memòria 18 Com es pot veure a la figura 3.17, un bastidor està format per diverses parts. A la part més alta trobem la Pipa de direcció (A), la zona on es munta la suspensió davantera, mentre que B és el punt on es munta el basculant, a C l’amortidor darrer i a D les bieletes de la suspensió, els components de la suspensió posterior. Aquestes estan sotmeses a una gran càrrega, per tant, cal fer-les com més rígides possible. A part, els dos punts d’ancoratge s’uneixen a través d’una estructura (E), que pot tenir moltes formes segons el tipus de disseny. Finalment, trobem els punts d’ancoratge del motor (F), el subxassís (G), on s’asseu el conductor i el basculant (H). [1] 3.2.6. Sistema d’escapament Els sistemes d’escapament és, bàsicament, un conjunt de tubs que condueixen els gasos resultants de la combustió del motor lluny del conductor. Antigament, només tenien aquesta funció, però avui en dia s’encarreguen de regular les emissions del motor, tant de gasos com sonores. Estan formats per un conjunt de col·lectors que recullen els gasos que emet el motor, després els gasos passen per una sèrie de catalitzadors, que redueixen les emissions contaminants dels gasos, i finalment es troben els silenciadors, que redueixen la intensitat del so dels gasos i varien el seu to. D’aquesta forma es pot variar la tonalitat i el so que fan els motors. [32] Figura 3.17. Parts d’un bastidor. (Font: Manuel Arias-Paz Guitián, “Motocicletas”) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 19 3.2.7. Basculant El basculant connecta l’eix de la roda motriu a l’estructura del xassís i permet que la roda darrera es mogui lliurement en l’eix vertical, mentre que impossibilita el moviment en el pla horitzontal. A part, serveix per muntar els elements de la suspensió darrera. Aquest s’encarrega de transmetre al xassís les forces que produeix la cadena al girar, assegurar el contacte entre la roda i el terra i absorbir les irregularitats del terra. Existeixen diferents tipus de basculant segons l’ús de la motocicleta, els basculants de doble braç són els més comuns i els monobraç es reserven per les motocicletes de major potència. [29] Figura 3.18. Sistema d’escapament marca Akrapovic per una Honda CBR 1000 RR-R Fireblade SP (Font: https://www.ramirezmoto.es/Escape-Akrapovic-S-H10E3-APLT-Honda-CBR-1000RR-R-Fireblade-SP- 2020/127926.html) Figura 3.19. Basculant monobraç (Font: https://docplayer.es/91303454-Diseno-de-un-basculante-trasero-para-motocicleta.html ) Memòria 20 3.3. Geometria i paràmetres de disseny 3.3.1. Distància entre eixos És la mesura a nivell del terra entre els eixos d’ambdues rodes amb la motocicleta reposant sobre el terra verticalment i sense carregar pes. La distancia entre eixos afecta diferents aspectes de la conducció, però, generalment, contribueix a l’estabilitat de la moto sent més gran aquesta com més distància hi hagi entre els eixos. És a dir, com més llarga sigui la moto, més estable serà a altes velocitats, però més difícil serà de girar. Per exemple, les motos dissenyades per fer molts quilòmetres per l’autopista com les “cruisers” tenen una gran distància entre eixos, mentre que les esportives o les scooters la tenen més reduïda perquè busquen ser àgils i maniobrables. Això és degut a tres motius principals. Angle de gir requerit Donat el radi de gir d’una corba, una distància entre eixos major requereix un major angle de gir i, per tant, un major esforç. D’altra banda, qualsevol irregularitat en el terreny tindrà un menor efecte en l’estabilitat. Figura 3.20. Comparació de l’angle de gir segons la distància entre eixos. Diagrama basat en la geometria d’Ackerman, però també s’aplicaria en girs reals. (Font: Tony Foale, “Motorcycle Handling and Chassis Design: The Art and Science “) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 21 Angle de la roda darrera Donat un desplaçament lateral, l’angle entre la roda darrere i la direcció del moviment és menor com més gran sigui la distància entre eixos, per tant, hi ha una major estabilitat a l’hora de canviar de direcció. Efectes de la inèrcia El desplaçament del pes durant l’acceleració i la frenada depèn de la distància entre els eixos, com menor sigui aquesta, menys es desplaça el pes. A part, com més petita sigui, més petits seran els moments d’inèrcia en el capcineig (moviment vertical del morro i la cua en accelerar o frenar) i la guinyada (moviment cap als costats en la direcció en què es mou). Figura 3.21. Comparació de l’angle de la roda darrere segons la distància entre eixos. (Font: Tony Foale, “Motorcycle Handling ans Chassis Design: The Art and Science” ) Figura 3.22. Eixos de rotació d’una motocicleta. (Font: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/120465/tfg-memoria-definitiu-gerard- franco.pdf?sequence=1&isAllowed=y) Memòria 22 3.3.2. Avanç o “Trail” Es tracta de la distància, en el pla del terra, entre el punt de contacte del pneumàtic i el punt on interseca l’eix de la direcció i el pla del terra. És una aproximació de l’avanç real, que mesura la distància entre l’eix de la roda i l’eix de la direcció. L’avanç serveix per generar una certa estabilitat direccional, tot i que també té un paper important a l’inici de la fase d’inclinació en l’entrada a una corba. Com que ambdós pneumàtics tenen el punt de contacte amb el terra més enrere d’on l’eix de direcció talla amb el terra, es crea un efecte d’autocentrament a les rodes. Això fa que qualsevol força que rebi el pneumàtic creï un moment en el sentit de rotació de la roda ajudant a conduir-la. D’altra banda, com es veu a la figura 3.24, quan es circula es crea una força de fricció F amb la mateixa direcció, però en sentit contrari al moviment de la moto V a la zona de contacte del pneumàtic davanter amb el terra P. Aleshores, quan es gira, la força segueix en la mateixa direcció, però es pot descompondre en dos components, una que frena la roda N i l’altre que retorna la roda al punt de repòs T. D’aquesta forma es crea un moment que retorna la roda a la seva posició inicial i s’impedeix que el pneumàtic davanter es desviï. [1] Figura 3.23. Diferencia entre l’avanç (trail) i l’avanç real (real trail). (Font: https://publimotos.com/index.php/especiales/tips-y-curiosidades/1791-geometria-basica-de- una-motocicleta ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 23 El seu valor és mesura en mil·límetres i sol trobar-se entre 120 mm i 140 mm en les motos comercials, mentre que en competició es situen entre 100 mm i 110 mm. Cal tenir en compte que no es tracta d’un valor fix, ja que varia durant la conducció per culpa de l’angle d’inclinació de la moto, l’angle de direcció i el radi del pneumàtic. Figura 3.24. Diagrama dels esforços direccionals d’una roda davantera. (Font: Manuel Arias-Paz Guitián, “Motocicletas” ) Figura 3.25. Valors efectius de l’avanç davanter per diferents combinacions de l’angle de direcció (Steering angle) i d’inclinació (Lean angle). La zona fosca mostra la zona amb combinacions que es podrien veure en la vida real. (Font: Tony Foale, “Motorcycle Handling and Chassis Design” ) Memòria 24 Tot i que el principal efecte que té sigui l’estabilitat direccional que es genera, també hi ha altres efectes com el parell resistent que es sent en girar o com es perd la sensació de la direcció en línia recta quan el terra està humit. 3.3.3. Angle de llançament o “rake” Com es veu a la figura 3.23, es tracta de l’angle que es forma entre l’eix de la pipa de direcció i el pla normal al terra que passa per l’eix de la roda i serveix, generalment, per variar l’avanç. Es desconeix la raó exacta perquè s’ha arribat a aquesta conclusió, ja que hi intervenen molts factors, però actualment la majoria de marques fan servir entre 23 i 30 graus de llançament. Cal destacar que un factor important és la facilitat de construcció d’aquest rang. D’altra banda, els dissenys més esportius i de competició fan servir llançaments més tancats i existeix una tendència a tancar-los encara més. Abans es consideraven dissenys molt inestables, però alguns dissenys actuals es troben al voltant dels 20 graus. Això es deu en part a la facilitat de construcció, ja que, cada cop més, es busca de portar el pes del conductor més endavant per posar més càrrega sobre la direcció per obtenir-ne una millor resposta. Per tant, cal fer ús d’angles més tancats per posar la pipa de direcció més endavant. Donada una quantitat fixa d’avanç, variant el llançament s’aconsegueix disminuir l’avanç real a mesura que s’obre l’angle. Aquesta relació s’exagera quan s’afegeix angle de gir, com es pot veure a la figura 3.26, fins a un punt on l’avanç es torna negatiu i la moto es torna inestable. Figura 3.26. Reducció de l’avanç real en relació a l’augment de l’angle de direcció (steering angle) per diferents angles de llançament (rake). (Font: Tony Foale, “Motorcycle Handling and Chassis Design” ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 25 3.3.4. Mesura de les rodes El comportament de la motocicleta depèn de les mesures dels pneumàtics, especialment de la seva alçada i amplada. Es tracta d’una àrea del disseny on cal fer compromisos, ja que existeixen avantatges i desavantatges a l’hora d’escollir la mesura. Mantenint una amplada constant, les rodes més petites redueixen la massa no suspesa (massa que no aguanta la suspensió i que el seu efecte en la maniobrabilitat de la moto s’amplifica), la inèrcia de les rodes i les forces giroscòpiques (forces que tendeixen a estabilitzar a majors velocitats, però frenen la resposta de la direcció). A part, les rodes més petites amplifiquen l’efecte d’autocentrament de l’avanç i són més rígides estructuralment. D’altra banda, les rodes més grans combaten millor els terrenys irregulars, ja que no s’enfonsen tant en forats i necessiten menys esforç per superar obstacles. També hi haurà més pneumàtic en contacte amb el terra com més gran sigui la roda. 3.3.5. Distribució del pes Generalment, com menor sigui el pes d’una màquina millor. Com menys pesi, més ràpidament accelerarà en aplicar-li una força, per tant, menys esforç es requereix per maniobrar i més accelerarà donada una certa potència del motor. Igual d’important és on es troba aquest pes i com es distribueix pels següents aspectes. Transferència de masses El centre de masses es mou en l’eix longitudinal durant l’acceleració i la frenada, quan s’accelera es mou enrere i, quan es frena, es mou endavant. Aquest efecte es redueix allargant la distància entre eixos i baixant el centre de masses. La posició longitudinal del pes no afecta la transferència de masses, però si afecta quin percentatge de la massa es carrega a cada roda. Equilibri Un centre de gravetat i un pes baix ajuden a tenir un bon equilibri. Com es veu a la figura 3.27, l’alçada d’aquest afecte desequilibra la motocicleta en una corba. Memòria 32 4.1.3. Motor com a element estructural Un dels elements més resistents a la torsió en una motocicleta és el motor, ja que està dissenyat per aguantar explosions dins seu repetidament. Per això, pot resistir, sense cap problema, els esforços que es transmeten pel xassís. Un dels primers fabricants a fer-ne aquest ús va ser P&M amb la Panther 500 cc on el motor monocilindric feia de tub frontal, però es treia la càrrega del bloc motor mitjançant cargols molt llargs que unien la culata i el càrter. Un altre exemple a destacar són els models de la marca Vincent, que van aconseguir renom després de la Segona Guerra Mundial. Aquests muntaven motors bicilindrics en “V” en un xassís monobiga de xapa soldada rectangular i es connectava les culates amb la biga i la part inferior del xassís feia de dipòsit d’oli. Aquest tipus es fa servir més en motos amb motors de gran cilindrada normalment relacionades amb la competició, però no sempre és el cas. Per exemple, molts models de Ducati en fan ús i els models actuals de BMW que fan servir motors boxer també. [2] Figura 4.7. Xassís Ducati Monster 1200 S del 2014 (Font: https://experienciasdeunmotero.wordpress.com/2014/04/28/prueba-ducati-monster-1200-s-divina- creatura/) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 33 4.2. Tipus 4.2.1. Bressol Simple Tancat Aquest tipus de xassís està format per perfils en un únic pla vertical que comencen a la pipa de direcció i acaben a l’eix del basculant. D’aquesta forma, un únic tub frontal de secció constant surt de la pipa i passa per sota el motor formant un bressol. Aquesta estructura està composta per tubs buits soldats i dins ella es munta el motor. Es trobava en motos no esportives de potència baixa, ja que no és una estructura gaire rígida. Avui en dia és poc comuna en el mercat. Obert És una variant del xassís de bressol simple tancat, però en aquest el tub que surt de la pipa es troba interromput pel motor, que substitueix el tub inferior i fa d’element estructural. Són bastant habituals per la seva senzillesa i baix cost, sobretot es troben en motos de baixa cilindrada i de trail. Figura 4.8. Xassís de Bressol Simple tancat (Font: https://experienciasdeunmotero.wordpress.com/2015/06/11/el-chasis-de-la-moto-ese-gran- desconocido-al-que-tanto-debemos/ ) Memòria 34 Desdoblat És una variant del bressol tancat, però en aquest cas el tub frontal es divideix en dos tubs a l’alçada del motor que arriben fins al basculant separats. Aquest tipus és bastant comú en motos de camp i de trail. 4.2.2. Doble Bressol En aquest tipus de xassís, dos tubs baixen des de la pipa de direcció i passen per sota del motor fent un bressol cada un i envoltant el motor pels laterals del càrter, arribant al basculant separats. Figura 4.9. Xassís de Bressol Simple obert (Font: https://www.pruebaderuta.com/tipos-de-chasis-en-la-motocicleta.php ) Figura 4.10. Xassís de Bressol Simple desdoblat (Font: https://publimotos.com/mtips/61-tips_moto/2350-tipos-de-marcos-para-motocicleta ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 35 Aquest tipus de xassís és més rígid que els de bressol simple gràcies al fet que l’estructura generada és més sòlida. A part, en alguns casos la part inferior del xassís va cargolada per poder introduir o treure el motor molt més fàcilment. Es sol trobar en les motos d’estil Custom i en motocicletes amb motors de gran cilindrada dels anys vuitanta. 4.2.3. Multitubular Aquest tipus és, bàsicament, dues bigues compostes per diferents tubs rectes que envolten el motor pels laterals, que van des de la pipa de direcció fins al basculant. Aquests tubs, col·locats en estructures triangulars, solen ser curts, de secció transversal circular i fets d’acer resultant en una gran rigidesa del conjunt. Aquests sistemes es solen dissenyar perquè els tubs només treballin amb esforços longitudinals, no tallants o de torsió. En molts casos es fa servir el motor com a element autoportant, fins i tot com a ancoratge pel basculant. Figura 4.11. Xassís de Doble Bressol (Font: https://www.pruebaderuta.com/tipos-de-chasis-en-la-motocicleta.php ) Figura 4.12. Xassís Multitubular (Font: https://revistamoto.com/wp_rm/tipos-de-chasis-en-la-motocicleta/ ) Memòria 36 4.2.4. Monobiga Aquests són com un xassís tubular, on el tub superior té més importància i mida, arribant a considerarse com una biga. En aquest tipus, el motor no està envoltat per un bressol i es troba penjat sota el perfil tubular o l’espina del xassís. 4.2.5. Doble biga Perimetral L’estructura d’aquest xassís està formada per dues bigues de secció transversal gran envoltant el motor pels laterals, començant a la pipa de direcció i estenent-se fins al basculant. A part, tenen plaques verticals soldades a les bigues per ancorar el motor. Les bigues abracen el motor per la seva part superior i solen estar fetes d’algun aliatge d’alumini. És el tipus més utilitzat en motos esportives. En alguns casos es fan obertures a les bigues per poder circular aire cap a l’admissió. Figura 4.13. Xassís Monobiga (Font: https://publimotos.com/mtips/61-tips_moto/2350-tipos-de-marcos-para-motocicleta ) Figura 4.14. Xassís Doble Biga perimetral (Font: https://pistonmaike.wordpress.com/2015/07/27/chasisdeltabox-el-chasis-de-doble/ ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 37 Tancat És una variant de l’anterior on, a part d’haver-hi les dues bigues que envolten el motor per la part superior, també surten dos tubs de la pipa de direcció que formen dos bressols que passen per sota del motor i acaben al basculant. Aquests tenen una secció transversal molt menor a la de les bigues. Aquest tipus de xassís es va utilitzar molt en motocicletes esportives i de carretera durant els anys noranta com, per exemple, la Suzuki GSX R 750 o la Kawasaki ZXR 750. 4.2.6. Monocasc El xassís monocasc autoportant de xapa estampada fa, a la vegada, de xassís i de carrosseria. Es tracta d’una tècnica utilitzada sobretot en els cotxes, però poc comuna en les motocicletes. Va ser fet servir durant molt temps en les Vespa o en altres models com la Kawasaki ZX12R o ZZR 1400, on el xassís formava part de la capsa d’admissió. Figura 4.15. Xassís Doble Biga tancat (Font: https://directomotor.com/tipos-de-chasis/ ) Figura 4.16. Xassís Monocasc (Font: https://www.pruebaderuta.com/tipos-de-chasis-en-la-motocicleta.php) Memòria 38 4.2.7. Omega S’anomena això per la similitud que té la seva forma amb la lletra de l’abecedari grec. La forquilla davantera té una forma semblant a un basculant, però permetia girar la roda davantera per canviar de direcció. A part, es feia servir una estructura multitubular per subjectar la pipa de direcció. És un tipus de xassís molt poc comú que només es troba en pocs models com la Yamaha GTS 1000 de 1993 i la Bimota Tesi. [34] 4.2.8. Diamant En aquest cas, els tubs inferiors davanters i el suport del motor es troben desconnectats, però units a través del càrter del motor. D’aquesta forma es genera una estructura més rígida i permet distribuir les càrregues d’una forma més eficient i equitativa. Figura 4.17. Xassís Omega (Font: https://publimotos.com/mtips/61-tips_moto/2350-tipos-de-marcos-para-motocicleta ) Figura 4.18. Xassís tipus Diamant (Font: https://www.motorcyclevalley.com/dictionary/diamond-frame/ ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 39 5. DISSENY 5.1. Motocicleta Base 5.1.1. Xassís original Aquest projecte estudia l’Honda CBR 500 R de l’any 2016. Es tracta d’una motocicleta esportiva d’iniciació que compta amb un motor bicilindric en paral·lel de 471 cc que ofereix una potència de 47 cavalls de vapor a 8.500 rpm. El conjunt pesa 192 kg i té un xassís de tipus diamant de tubs d’acer de 35 mm de diàmetre. Figura 5.1. Honda CBR 500R 2016 (Font: https://www.hondaprokevin.com/motorcycles-models/2016/hondacbr500r-review-specs-cbr500rg-sport#foobox-3/3/2016-honda-cbr500r-sport-bike-motorcycle-cbr- 500-cb500f-cb500x-4.jpg ) Figura 5.2. Xassís Honda CBR 500R 2016 (Font: https://www.hondaprokevin.com/motorcyclesmodels/2016/honda-cbr500r-review-specs-cbr500rg-sport#foobox-3/3/2016-honda-cbr500r- sport-bike-motorcycle-cbr-500-cb500f-cb500x-4.jpg ) Memòria 40 5.1.2. Geometria Avanç 103 mm Angle de llançament 25,5° Distància entre eixos 1.410 mm Llargada màxima 2.075 mm Alçada seient 790 mm Mida pneumàtics Davant: 120/70 R-17 – Diàmetre exterior 599,8 mm Darrera: 160/60 ZR17 – Diàmetre exterior 623,8 mm Figura 5.3. Geometria Honda CBR 500R 2016 amb les mesures en mm (Font pròpia ) Taula 5.1. Mesures geometria. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 41 5.2. Procés de disseny 5.2.1. Consideracions estructurals Fatiga La fatiga prové de l’aplicació cíclica d’una càrrega, per exemple, per les irregularitats de la carretera o les vibracions del motor. A la pràctica, en una estructura caldrien milions de cicles per poder arribar a trencar el material. La resistència a la fatiga varia molt de material a material, per exemple, els acers tenen un límit sota el qual el material no arribarà a fer fallida independentment dels cicles que s’hagin fet. D’altra banda, l’alumini és un material que té una vida limitada a fatiga, però es pot calcular de forma que aquesta arribi més enllà de la seva vida útil. La ruptura d’un material rarament prové de la càrrega estàtica de forces, sinó que sol resultar d’un impacte o per fatiga. Per això, si el xassís d’una motocicleta només es troba afectat per les càrregues de treball, probablement, la seva ruptura serà per fatiga. Per tant, és important assegurar que aquesta ruptura es donarà més enllà de la vida útil del producte. Eficiència estructural Si un xassís és prou rígid, la resistència no sol ser un problema. Per això, un bon indicador de disseny és la relació rigidesa/pes. A la pràctica, el cost està molt relacionat amb la lleugeresa del material, per tant, també es pot aplicar la relació rigidesa/cost. Es pot aconseguir de dues formes, utilitzant molts tubs de secció petita en un disseny triangulat o pocs de secció gran aprofitant la seva resistència a la torsió i flexió. Triangulació Quan s’aplica una força a un costat d’una estructura quadrada es deformarà formant un romboide evitant la ruptura segons la resistència a la flexió dels costats que es deformen, mentre que, en un triangle només es pot deformar un costat. Per augmentar la rigidesa una estructura quadrada es pot afegir una diagonal de gran secció que pugui treballar a compressió o dues diagonals fines que, fins i tot, poden ser cables perquè si un treballa a compressió l’altre estarà a tracció. Aquests dissenys ofereixen avantatges estructurals, però, a la vegada, els nodes es podrien moure per desgast o toleràncies massa grans. A part, la secció dels tubs fa que sigui impossible crear una estructura perfectament triangular generant moments flectors imprevistos. [2] Memòria 48 5.3. Materials Abans d’escollir quin material és el més adequat pel disseny, cal tenir en compte les propietats bàsiques dels materials que afecten el comportament de la peça. En general, parlem de la rigidesa, resistència, resistència a la fatiga, densitat i ductilitat del material. D’altra banda, també cal tenir en compte si existeixen mètodes per poder unir diferents peces d’aquest material, el preu d’aquest i el cost de mecanitzar-lo i treballar-lo. La importància relativa d’aquestes propietats depèn de l’ús que es vol fer de la peça a fabricar. Per entendre els conceptes anteriors, primer cal definir la deformació dels materials i els esforços que reben. La deformació d’un material es mesura amb la deformació unitària (ε), un concepte adimensional que relaciona la distància que s’ha allargat (ΔL) un material en relació amb la seva llargada inicial (L) expressada en tant per 1. És a dir: 𝜀 =∆𝐿 𝐿 Figura 5.14. Segona iteració opció 2.2 amb punts d’ancoratge (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 49 Aquesta depèn de la força (F) que s’hagi aplicat sobre la secció (A) a estudiar, aleshores definim l’esforç (σ) aplicat a aquesta secció com: 𝜎 =𝐹 𝐴 (𝑃𝑎) Aquests dos conceptes es relacionen mitjançant la llei de Hooke, ja que la deformació que rep una peça per a un esforç determinat depèn del material. Per tant, la llei de Hooke incorpora una constant de proporcionalitat (E) anomenada Mòdul de Young o Mòdul elàstic, mesurada en Pascals. 𝜎=𝐸·𝜀 Com que, per un esforç donat el valor de la deformació es redueix a mesura que s’augmenta el Mòdul de Young, podem dir que com més alt sigui aquest més rígid és el material. Uns altres factors importants són el límit elàstic (𝜎𝑦), que representa l’esforç a partir del qual el material passa de deformar-se elàsticament a deformar-se plàsticament, i la càrrega de trencament (𝜎𝑢), que és la tensió amb la qual el material es trenca. En una deformació elàstica, la peça recupera la seva forma prèvia a l’aplicació de la càrrega quan es deixa d’aplicar l’esforç, mentre que, en una deformació plàstica la peça es deforma permanentment fins al trencament. Aquests valors depenen del material que s’estudia i són molt rellevants a l’hora d’escollir el material a utilitzar perquè quantifiquen la resistència del material, com més elevat sigui el valor més resistent és el material. Figura 5.15. Corba esforç – deformació típica d’un metall. (Font: Pere Roure Grabulosa, “Apunts de fonaments de ciència de materials”) gR Memòria 50 La ductilitat d’un material és la seva capacitat per deformar-se plàsticament. Es sol mesurar amb l’assaig de tracció, on s’aplica un esforç de tracció a una peça fins a trencar-la. Com menor sigui la deformació unitària al trencament (𝜀𝑓), major és la ductilitat del material. Aquest tipus de materials són molt interessants a l’hora de dissenyar un xassís, ja que podran suportar una gran càrrega sense arribar a fracturar-se. Malauradament, com més resistent és un material, menys dúctil acostuma a ser. La densitat (ρ) mesura la quantitat de massa de material (m) que es troba per unitat volumètrica (V). ρ=𝑚 𝑉 (𝑘𝑔 𝑚3) Aquesta mesura permet comparar les propietats de diferents materials entre elles mitjançant la gravetat específica, que és la relació entre la densitat del material i la densitat de l’aigua en condicions normals. Dividint el valor de la propietat a estudiar entre la seva gravetat específica obtenim una constant que podem comparar amb altres materials. Per exemple, l’alumini té un terç de la densitat del ferro, però també té un terç de la seva resistència. Per tant, donada una quantitat de massa igual l’alumini és aproximadament igual de rígid que el ferro, el magnesi i el titani. Aquest efecte només s’aplica a esforços axials. [7] La resistència a la flexió i a la torsió no només depèn del Mòdul de Young i de la secció de la peça, sinó que també depèn del moment d’inèrcia de la peça. Aquest és la resistència que ofereix un cos a girar en els seus diferents eixos de rotació i depèn de la distribució de les masses respecte a cada eix de rotació. Es pot comparar al concepte de massa en un moviment rectilini. En el disseny de xassís de motocicletes, es fan servir majoritàriament seccions buides, ja que per mantenir o augmentar la resistència a la flexió i torsió es pot augmentar el perímetre exterior de la biga o augmentar-ne l’espessor. Mantenint un mateix gruix, un tub d’alumini necessitaria el doble de diàmetre que un tub d’acer, però pesant un 30% menys. Per tant, la forma més eficient d’utilitzar materials lleugers és fer servir perímetres exteriors molt grans i mantenint un espessor constant. Tenint en compte aquests factors, s’han plantejat 6 possibles materials: 5.3.1. Acer L’acer és un aliatge compost per ferro i carboni, amb un percentatge de carboni entre un 0,03% i un 2%. Si el nivell de carboni és superior al 2% obtenim fosa i si és inferior al 0,03% s’aconsegueix ferro dolç. L’acer es divideix en acer al carboni (acer comú) i acer aliat, que conté diferents elements químics per assolir les propietats que es desitgen. Les propietats del material també varien molt segons la fracció de carboni present i a la fase on es trobi, com es mostra a la següent figura. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 51 D’altra banda, l’acer pot tractar-se tèrmicament per millorar-ne la duresa mitjançant tractaments tèrmics superficials, on es calenta la peça a altes temperatures i es refreda ràpidament per canviar-ne la fase i obtenir martensita, una fase molt més dura, a la superfície. També es poden aplicar diferents mètodes químics que augmenten la fracció de carboni o creant nitrurs a la superfície, aconseguint un material més dur, i mantenint la resistència al nucli de la peça. Figura 5.16. Efecte del percentatge de carboni en la duresa (negre), resistència a la tracció (vermell) i ductilitat (verd) a l’esquerra i la deformació unitària (blau) i la resistència a impactes (verd) a la dreta. (Font: Jose M. Manero Planella, “Ciència i Enginyeria de Materials”) Figura 5.17. Diagrama d’equilibri Fe-C on es mostren les diferents fases. (Font: Jose M. Manero Planella, “Ciència i Enginyeria de Materials”) Memòria 52 Fora dels acers al carboni existeixen una gran varietat d’acers especials que s’anomenen segons els aliatges predominants en el material (acers al silici), si poden ser tractats amb alguna tècnica específica (acers de cementació), si tenen alguna propietat a destacar (acers inoxidables) o segons el seu ús principal (acers estructurals). [5] L’acer és un material molt utilitzat en certs tipus de xassís a causa del seu baix cost, la seva disponibilitat i que existeixen moltes tècniques per mecanitzar-lo, manipular-lo i unir-ne diferents peces. A part, com que té un Mòdul de Young alt, ofereix molta rigidesa i bons resultats després de ser soldat. 5.3.2. Acer al crom-molibdè Aquest és un aliatge menys comú en els xassissos de les motocicletes per culpa del seu alt cost. Es tracta d’un acer inoxidable conegut com a Reynolds 532, T45 o AISI 4130, amb entre 0,4 i 1,1%Cr, entre 0,08 i 0,35%Mo i aproximadament 0,3%C. Tant el crom com el molibdè es fan servir perquè no hi hagi corrosió ni oxidació en el material i, a part, el molibdè millora la resistència als impactes. Aquest material té el mateix Mòdul de Young i densitat que la resta d’aliatges d’acer, però és capaç d’aguantar majors càrregues abans d’arribar a la ruptura, sobretot després de soldar, procés en el qual es perd resistència. 5.3.3. Alumini L’alumini és un material amb una baixa densitat (ρ=2.700 𝑘𝑔 𝑚3), bona resistència als impactes, ductilitat, presenta una capa d’òxids superficial resistent a la corrosió, amb baix punt de fusió i amb una alta conductivitat específica. Per això, es tracta d’un material perfecte per a moltes aplicacions diferents, especialment en el món del transport (automoció, aeronàutica, naval, etc.), on es busca un alt rendiment i baix pes. D’altra banda, es requereix molta despesa energètica per poder obtenir-ne, dificultant-ne l’ús i el reciclatge. A part, les seves propietats mecàniques, temperatura d’ús i Mòdul de Young són limitats. La seva densitat és aproximadament un terç de la de l’acer o el coure, és un material dúctil i molt mal·leable, per tant, apte per ser tractat per mecanitzat i fosa. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 53 Els millors aliatges d’alumini per soldar són els que contenen magnesi o manganès. Un dels més comuns és l’Al-Zn-Mg, ja que, tot i requerir un procés delicat de soldadura (TIG), presenta una recuperació de la zona modificada tèrmicament del 90%. Els avantatges de l’alumini comparant-lo amb l’acer resideixen en la seva baixa densitat, gràcies a la qual s’obtenen peces resistents i lleugeres, i al fet que no s’oxida ni s’erosiona fàcilment, com fan la majoria dels acers. D’altra banda, l’acer és molt més barat, abundant, fàcil de treballar i resistent als impactes. A part, per culpa de la seva reduïda resistència a la fatiga, la fractura d’algun component subjecte a esforços cíclics és inevitable a llarg termini. Per això, en models de carrer s’ha de reduir els esforços augmentant la secció de la peça reduint l’avantatge guanyada per fer servir alumini. Antigament l’alumini es feia servir per fer prototips i motos de competició, fins que Yamaha va començar a fer xassís d’alumini i ara els xassís de doble biga es solen construir amb perfils d’alumini aliat en diferents models esportius i de competició. 5.3.4. Titani El titani és un material lleuger (ρ=4.507 𝑘𝑔 𝑚3), amb un alt punt de fusió, dues formes al·lotròpiques, excel·lent resistència a la corrosió i a la tracció, un límit elàstic alt i molt dur. Presenta propietats semblants a les de l’acer, però amb certs avantatges com n’és la capacitat de mantenir molt bones Figura 5.18. Comparació propietats de diferents materials. (Font: Jose M. Manero Planella, “Ciència i Enginyeria de Materials”) Memòria 54 propietats mecàniques i, a la vegada, ser lleuger. Malauradament, és complicat tractar-lo, ja que requereix unes tècniques de soldadura sofisticades. L’aliatge que més es fa servir és el Ti-6Al-4V (conté una fracció 6% d’alumini i un 4% de vanadi), perquè té unes molt bones propietats mecàniques (resistència a la tracció de 896 MPa, límit elàstic de 827 MPa, allargament unitari final del 10%, duresa de 33HRB) i molta facilitat per soldar. El titani va començar a fer-se servir per construir xassís al voltant dels anys 60, quan es va deixar de fer servir només per a la indústria aeronàutica, però amb certes diferències entre els aliatges que es feien servir. Inicialment, es feia servir per a xassissos tubulars mantenint la secció, però aquests flectaven massa perquè el Mòdul de Young del titani és aproximadament la meitat que el de l’acer i el seu cost era massa alt pels resultats que s’obtenien. Als anys setanta, com que poques empreses podien invertir en desenvolupament de mètodes per tractar el titani era molt complicat tenir-ne accés. Actualment, aquest material és més accessible i existeixen diverses tècniques per poder manipular-lo, però encara continua sent car. 5.3.5. Fibra de carboni S’anomena fibra de carboni a un material compost per una matriu polimèrica reforçada amb grafit o amb fibres de carboni. Es tracta d’un material molt lleuger i resistent, però és molt car. La part del compost que fa de matriu sol ser resina epoxy, però també pot ser polièster o vinilèster. Té una densitat molt baixa (ρ=1.760 𝑘𝑔 𝑚3), bona conductivitat elèctrica, és un bon aïllament tèrmic, gran resistència, és un material molt elàstic i Mòdul de Young alt. Quan es calenta, es contrau, la secció transversal augmenta i les fibres s’escurcen. Figura 5.19. Comparació de les propietats de l’acer S355 i del cable d’acer amb fibra de carboni estàndard, d’alta resistència i d’alta rigidesa. D’esquerra a dreta: densitat, esforç de ruptura i Mòdul elàstic. (Font: https://www.tchaintech.com/ES/NDETAIL/the_differences_between_carbon_fiber_and_steel) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 55 El seu alt cost d’adquisició es deu a l’alt cost de producció de les fibres i que l’ús de components termoestables per produir-la dificulta el procés de fabricació, ja que aquest requereix maquinària complexa. El procediment de fabricació de la matriu es duu a terme en una atmosfera d’hidrogen durant un període que pot durar mesos, segons la qualitat final que es busqui, i requereix temperatures que poden arribar als 1100 o 2500°C. Està compost per molts filaments, cada un dels quals està format per moltes fibres de carboni juntes, que s’uneixen en una matriu polimèrica. Cada filament és un petit tub d’entre 5 i 8 micròmetres compost majoritàriament de carboni. L’estructura atòmica de la fibra és semblant a la del grafit, tractant-se de làmines d’àtoms de carboni distribuïts en patrons hexagonals. Al contrari d’aquest, que té una estructura cristal·lina, les fibres de carboni tenen una estructura amorfa, on les làmines de carboni es creuen i s’ajunten, resultant en un material molt més resistent. S’ha començat a fer servir fa relativament poc, sobretot a l’indústria aeronàutica, aeroespacial i d’automoció, on s’exploten les seves excel·lents propietats mecàniques i la seva lleugeresa. El seu major rang d’aplicació a l’últim es troba a la competició i en els vehicles d’altes prestacions on el pressupost és molt més ampli. En el món del motociclisme el seu ús en les peces estructurals de motocicletes no està gaire estès, però es troba més present en peces que no tenen una funció estructural. [5] 5.3.6. Magnesi El magnesi és un metall amb un grau mitjà de resistència i impermeable gràcies a una capa fina d’òxid que es troba a la seva superfície. Aquest material és altament inflamable a causa del fet que és fàcil que es produeixi una combustió quan està en forma de pols, però és més segur quan està conformat. A part, és complicat apagar el foc quan crema perquè el material reacciona amb el nitrogen i el diòxid de carboni present a l’atmosfera. Per aquestes raons, és complicat treballar amb ell i, sobretot, de soldar o unir diferents peces d’aquest material. Es tracta d’un material car amb una vida limitada per culpa del possible trencament del material per fatiga o per concentració de tensions en zones debilitades per la corrosió. No és un material comú en la construcció de xassís, però Porsche va fer-lo servir en el model de competició 917 en un xassís triangulat de tubs de magnesi soldats i també es pot trobar en models amb xassís monobiga. Memòria 56 5.3.7. Material escollit Després d’estudiar les propietats de diferents materials s’ha escollit utilitzar alumini per construir el xassís, però cal decidir quin aliatge utilitzar. Per això, es farà un estudi de les diferents propietats que es valoren en el xassís. S’han seleccionat els aliatges que es fan servir per peces d’alumini extrudit. El primer dígit de la nomenclatura marca l’element d’aliatge principal (1 Al, 2 Al-Cu-Mg, 3 Al-Mn, 4 Al- Si, 5 Al-Mg, 6 Al-Mg-Si-Mn i 7 Al-Zn-Mg), el segon si hi ha control d’impureses o no, el tercer i quart la puresa de l’alumini (%Al) i el la lletra i el número del final marca el tractament que rep el material. Figura 5.20. Càrrega de trencament per diferents aliatges d’alumini. (Font: Catàleg AluStock) Figura 5.21. Límit elàstic de diferents aliatges d’alumini. (Font: Catàleg AluStock) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 57 Tenint en compte les anteriors figures, el cost de cada aliatge i la disponibilitat que hi ha de cada s’han preseleccionat 3 opcions. 6063 T5 Juntament amb el 6060 és el més utilitzat en perfils extruïts. Té propietats mecàniques inferiors a altres aliatges, però permet obtenir peces més complexes gràcies a la seva excel·lent capacitat d’extrusió. Té un Mòdul de Young de 69,5 GPa, densitat ρ=2.700 𝑘𝑔 𝑚3, bon allargament, però càrrega de ruptura i límit elàstic limitats i un cost de 11,94€/kg. Aquest aliatge té entre 0,2 i 0,6%C, 0,35%Fe, 0,1%Cu, 0,1%Mn, entre 0,45 i 0,9%Mg, 0,1%Cr, 0,1%Zn i 0,1%Ti. D’altra banda, rep un tractament tèrmic T5, que es basa a refredar fins a la temperatura de treball i madurar la peça artificialment. Figura 5.22. Allargament de diferents aliatges d’alumini. (Font: Catàleg AluStock) Figura 5.23. Propietats Al 6063 T5 per tubs extruïts. (Font: Catàleg AluStock) Memòria 64 D’altra banda, el basculant transmet les forces que fa la cadena quan transmet parell. La cadena té un pas amb nomenclatura Standard 520. És a dir, la distància entre els pins de la cadena és de 5/8 de polzada o 𝑝=15,875 𝑚𝑚 i, com s’ha comentat abans, el pinyó d’atac (connectat a la transmissió) té 15 dents i la corona de la roda darrera en té 41 i la distància entre els eixos és de 780,21 mm. [6] 𝑑 =𝑝·𝑧 𝜋→𝑑1=𝑝·15 𝜋=75,798 𝑚𝑚; 𝑑2=𝑝·41 𝜋=207,179 𝑚𝑚 𝑀𝑡1 =𝜂𝑇·𝑀𝑇 𝑟𝑐=𝑆1·𝑑1 2→𝑆1=165,197 𝑁 𝛽 =180−2arccos(𝑑2−𝑑1 2𝑐 ) 2=4,829 ° 𝐹𝑙𝑐 =𝑆1·cos(𝛽)=164,611 𝑁 𝐹𝑜𝑟𝑡𝑜 =𝑆1·sin(𝛽)=13,907 𝑁 A part, el motor té una inèrcia i un pes que es troba sostingut pel xassís. Per tant, existirà una força perpendicular al terra de valor 𝑃𝑚=𝑚𝑚·𝑔 =608,22 𝑁 i una paral·lela al terra de valor 𝐹𝑚=𝑚𝑚· 𝑎 =392,406 𝑁. Aquestes es trobaran repartides pels 4 ancoratges segons la posició relativa dels punts al centre de masses del motor. Quan la suspensió es comprimeix les molles creen una resistència contrària al moviment que busca retornar la moto a la seva posició original. La constant elàstica de la suspensió davantera és de 8,5 N/mm i de 110 N/mm a la suspensió darrera. Durant la transferència de masses en l’acceleració només es comprimirà la suspensió darrera, per tant, podem ignorar la força de la suspensió davantera. Figura 5.32. Forces i geometria d’una transmissió per cadena. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 65 Si considerem que la suspensió es comprimeix el mateix percentatge que el percentatge de transferència de masses (18,256%) i el recorregut de la suspensió darrera és de 120 mm obtenim: 𝐹𝑘=∆𝑙·𝑘 =120·0,18256·110= 2.409,792 𝑁 Per tant, les forces que rep la motocicleta durant l’acceleració de 0 a 100 són: Aleshores, aquestes es transmeten al xassís de la següent forma: - Forces basculant. 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 1,𝑥 =𝐹𝑙𝑐 ·sin(𝛼𝑏𝑎𝑠)+𝐹𝑜𝑟𝑡𝑜 ·cos(𝛼𝑏𝑎𝑠)−𝐹𝑚𝑜𝑡 =−341,023 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 1,𝑦 =−𝐹𝑙𝑐 ·cos(𝛼𝑏𝑎𝑠)+𝐹𝑜𝑟𝑡𝑜 ·sin(𝛼𝑏𝑎𝑠)+𝑃𝑑𝑎𝑟 =1.471,201 𝑁 - Forces subxassís. Si, per simplificar, considerem que el pes i la inèrcia del pilot s’apliquen al punt de contacte amb el seient del copilot es crea aquest triangle. Figura 5.33. Forces que rep la motocicleta durant l’acceleració. (Font Pròpia) 2.409,792 N 1.628,967 N 380,51 N 941,253 N 323,788 N 686,7 N 441,91 N 382,406 N 608,22 N 164,611 N 13,907 N Memòria 66 Com que aquest sistema hauria d’estar en equilibri estàtic, el resolem igualant-ne les forces verticals i horitzontals i els moments dels punts d‘ancoratge. ∑𝐹𝑥=0→𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 −𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 +𝐹𝑃=0 ∑𝐹𝑦=0→𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 +𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 =𝑃𝑃 ∑𝑀𝑃𝑢𝑛𝑡 2 =0→𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 ·(312,02−179,68)−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 ·(512,44−355,12)−𝐹𝑃·312,02 −𝑃𝑃·355,12=0 ∑𝑀𝑃=0 →+𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 ·312,02−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 ·355,12−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 ·179,68−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 ·512,44 =0 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 =2.442,672 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 =686,7 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 = 2.884,583 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 =0 𝑁 - Forces motor Les repartirem equitativament entre els 4 punts d’ancoratge. 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 4,𝑥 =95,602 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 4,𝑦 =−152,055 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 6,𝑥 =95,602 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 6,𝑦 =−152,055 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 9,𝑥 =95,602 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 9,𝑦 =−152,055 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 10,𝑥 =95,602 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 10,𝑦 =−152,055 𝑁 Figura 5.34. Distribució de les forces del subxassís. (Font Pròpia) 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 𝐹𝑃 𝑃𝑃 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 67 - Forces pipa direcció A la pipa de direcció existirà un moment creat pel pes que rep la roda davantera i una força creada per la resistència de l’aire. 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 5,𝑥 =𝐹𝐷=323,788 𝑁 𝑀5,𝑧 =𝑃𝑑𝑎𝑣 ·0,23377=−220,037 𝑁𝑚 - Força suspensió darrera 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 8,𝑥 =−𝐹𝑘·sin(𝛼𝑑𝑎𝑟)=−582,981 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 8,𝑦 =𝐹𝑘·cos(𝛼𝑑𝑎𝑟)=2.338,211 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 =𝐹𝑘·sin(𝛼𝑑𝑎𝑟)=582,981 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 =−𝐹𝑘·cos(𝛼𝑑𝑎𝑟)=−2.338,211 𝑁 Finalment, els resultats obtinguts són: 5.4.2. Frenada En aquest cas, estudiarem una frenada d’emergència de 100 a 0 km/h. Com a l’anterior cas, existeix una transferència de masses en la frenada, però ara cap endavant i considerarem que la roda darrera deixa d’estar en contacte amb el terra. Això es deu al fet que en les acceleracions molt fortes, la moto pot arribar a desaccelerar fins a 1,4 G, és a dir, d’una forma més forta que la força que manté la moto en contacte amb el terra. Per tant, és més probable que la roda darrera s’aixequi. Per això, podem eliminar les forces del fre motor, de la suspensió darrera i el pes a la roda darrera. Aleshores, es té que a la roda davantera hi haurà tota la càrrega del pes 𝑃𝑑𝑎𝑣 =(𝑚𝑀+𝑚𝑃)·𝑔 = 2.570,22 𝑁 i una força de frenada que no pot superar la tracció, per tant, 𝐹𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó =𝜇·𝑃𝑑𝑎𝑣 = 2.056,175 𝑁. A part, la suspensió davantera està composta per dues forquilles amb molles de constant Figura 5.35. Resultat estudi acceleració. (Font Pròpia) Memòria 68 elàstica de 8,5 N/mm i un recorregut de 122 mm. Si considerem que es comprimeix la mateixa proporció que la transferència de masses (50%), obtenim una força resistent 𝐹𝑘=∆𝑙·𝑘 =122· 0,5 · 8,5 · 2= 1.037 𝑁 . D’altra banda, per inèrcia el pilot es mourà endavant i el punt d’aplicació de la seva massa i inèrcia serà a la zona de contacte entre el seient i el tanc de gasolina. Per seguretat, es farà servir una desacceleració de 1,4G, tot i ser un valor molt exagerat. Al punt de contacte les forces seran 𝑃𝑝=𝑚𝑃· 𝑔=686,7 𝑁 i una paral·lela al terra de valor 𝐹𝑝=𝑚𝑃·𝑎 =961,38 𝑁. Finalment, el motor continuarà tenint el mateix pes 𝑃𝑚=𝑚𝑚·𝑔 =608,22 𝑁, però la seva inèrcia anirà cap al sentit contrari i amb valor 𝐹𝑚=𝑚𝑚·𝑎=851,508 𝑁. Aleshores, aquestes es transmeten al xassís de la següent forma: - Forces pipa direcció 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 5,𝑥 =𝐹𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó +𝐹𝑘·sin(𝛼𝑙𝑙)=2.502,615 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 5,𝑦 =𝑃𝑑𝑎𝑣 +𝐹𝑘·cos(𝛼𝑙𝑙)=3.506,201 𝑁 Figura 5.36. Forces que rep la motocicleta durant l’acceleració. (Font Pròpia) 2570,22 N 1037 N 2056,175 N 686,7 N 961,38 N 851,508 N 608,22 N ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 69 𝑀5=𝐹𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó ·0,79428−𝑃𝑑𝑎𝑣 · 0,23377= 1.032,338 𝑁𝑚 - Forces subxassís. Si, per simplificar, considerem que el pes i la inèrcia del pilot s’apliquen al punt de contacte amb el seient del copilot es crea aquest triangle. Com que aquest sistema hauria d’estar en equilibri estàtic, el resolem igualant-ne les forces verticals i horitzontals i els moments dels punts d‘ancoratge. ∑𝐹𝑥=0→𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 +𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 =𝐹𝑃 ∑𝐹𝑦=0→𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 +𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 =𝑃𝑃 ∑𝑀𝑃𝑢𝑛𝑡 2 =0→−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 ·(287,85−152,87)−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 ·(189,43−33,39)+𝐹𝑃·287,85 −𝑃𝑃·33,39=0 ∑𝑀𝑃=0 →−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 ·287,85−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 ·33,39+𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 ·152,87−𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 ·189,43 =0 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 =1.217,904 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 =−1.165,545 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 =−256,524 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 = 1.852,245 𝑁 Figura 5.37. Distribució de les forces del subxassís. (Font Pròpia) 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑥 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑥 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 2,𝑦 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 7,𝑦 𝐹𝑃 𝑃𝑃 Memòria 70 - Forces motor Les repartirem equitativament entre els 4 punts d’ancoratge. 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 4,𝑥 =−212,877 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 4,𝑦 =−152,055 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 6,𝑥 =−212,877𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 6,𝑦 =−152,055 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 9,𝑥 =−212,877 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 9,𝑦 =−152,055 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 10,𝑥 =−212,877 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 10,𝑦 =−152,055 𝑁 Finalment, els resultats obtinguts són: 5.4.3. Pas per corba Per estudiar les càrregues aplicades en un pas per corba fort, es farà un estudi d’un pas per corba a un angle d’inclinació molt extrem 𝛾 =50 ° a 150 km/h (41,667 m/s) perquè la seva velocitat màxima és d’aproximadament 180 km/h, per tant, com es veu a la figura 5.39, el radi d’aquesta haurà de ser de 150 metres. [2] En els dos pneumàtics trobarem una força normal de la càrrega de massa que hi hagi a cada pneumàtic i una força de fricció en direcció al centre de la corba. Si considerem que no hi ha transferència de masses perquè no s’accelera ni es frena en la traçada. 𝑃𝑑𝑎𝑣 =(𝑚𝑀+𝑚𝑃)· 0,5 · 𝑔=1.285,11 𝑁 𝐹𝑡,𝑑𝑎𝑣 =𝜇·𝑃𝑑𝑎𝑣 =1.028,088 𝑁 𝑃𝑑𝑎𝑟 =(𝑚𝑀+𝑚𝑃)· 0,5 · 𝑔=1.285,11 𝑁 𝐹𝑡,𝑑𝑎𝑟 =𝜇·𝑃𝑑𝑎𝑟 =1.028,088 𝑁 Figura 5.38. Resultat estudi frenada. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 71 A part, existeix una relació directa entre l’acceleració radial necessària per mantenir la traçada i l’angle d’inclinació. En aquest cas, tenim una acceleració radial necessària d’ 𝑎𝑛=1,2 𝐺 (11,772 𝑚 𝑠2). Figura 5.39. Gràfic que relaciona el radi d’una corba segons l’angle d’inclinació i la velocitat a la que es traça. (Font: Tony Foale, “Motorcycle Handling and Chassis Design”) Figura 5.40. Gràfic que mostra l’acceleració radial necessària segons l’angle d’inclinació. (Font: Tony Foale, “Motorcycle Handling and Chassis Design”) Memòria 72 D’altra banda, existeix una força centrípeta que empeny la moto cap a l’exterior de la corba. 𝐹𝑐𝑒𝑛𝑡 =𝑣2·(𝑚𝑀+𝑚𝑃) 𝑟𝑐𝑜𝑟𝑏𝑎 ≈(𝑚𝑀+𝑚𝑃)·𝑎𝑛=3032,456 𝑁 Considerarem que la massa del pilot actua en el punt de contacte amb el seient del copilot, ja que, per traçar la corba de la forma òptima el pilot tira el cul enrere, es despenja recolzant-se en aquest punt i cerca l’interior de la corba amb el cos. A part, com que no hi ha acceleració tangencial es negligirà la inèrcia del pilot i del motor. 𝑃𝑝=𝑚𝑃·𝑔 =686,7 𝑁 𝑃𝑚=𝑚𝑚·𝑔 =608,22 𝑁 Finalment, com que aquestes forces comprimeixen les suspensions, n’obtindrem unes reaccions. ∑𝐹 =0→ (𝑃𝑑𝑎𝑣 +𝑃𝑑𝑎𝑟 −(𝑚𝑀+𝑚𝑃) · 𝑔)·cos(𝛾)+(𝐹𝑡,𝑑𝑎𝑣 +𝐹𝑡,𝑑𝑎𝑟 −𝐹𝑐𝑒𝑛𝑡)·sin(𝛾)+𝐹𝑘,𝑡𝑜𝑡 =0 𝐹𝑘,𝑡𝑜𝑡 =𝐹𝑘,𝑑𝑎𝑣 +𝐹𝑘,𝑑𝑎𝑟 =747,874 𝑁 Com que no existeix transferència de masses, les forces de la suspensió es repartiran equitativament. 𝐹𝑘,𝑑𝑎𝑣 =𝐹𝑘,𝑑𝑎𝑟 = 𝐹𝑘,𝑡𝑜𝑡 2=373,937 𝑁 Figura 5.41. Vista lateral de les forces que rep la motocicleta durant el pas per corba. (Font Pròpia) 1285,11 N 373,937 N 1285,11 N 686,7 N 373,937 N 608,22 N ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 73 Aleshores, aquestes es transmeten al xassís de la següent forma: - Forces basculant. 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 1,𝑦 =𝑃𝑑𝑎𝑟 ·cos(𝛾)+𝐹𝑡,𝑑𝑎𝑟 ·sin(𝛾)=1613,614 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 1,𝑧 =−𝑃𝑑𝑎𝑟 ·sin(𝛾)+𝐹𝑡,𝑑𝑎𝑟 ·cos(𝛾)=−323,609 𝑁 - Forces motor Les repartirem equitativament entre els 4 punts d’ancoratge. A part, com que la força centrípeta actua en el centre de masses, que es troba en el motor, també la repartirem entre els 4 ancoratges. 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 4,𝑦 =𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 6,𝑦 =𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 9,𝑦 =𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 10,𝑦 =−𝑃𝑚 4·cos(𝛾)−𝐹𝑐𝑒𝑛𝑡 4·sin(𝛾)=−678,488 𝑁 𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 4,𝑧 =𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 6,𝑧 =𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 9,𝑧 =𝐹𝑃𝑢𝑛𝑡 10,𝑧 =−𝑃𝑚 4·sin(𝛾)−𝐹𝑐𝑒𝑛𝑡 4·cos(𝛾)=−603,787 𝑁 - Forces subxassís. Si, per simplificar, considerem que el pes i la inèrcia del pilot s’apliquen al punt de contacte amb el seient del copilot es crea aquest triangle. Figura 5.42. Vista lateral de les forces que rep la motocicleta durant el pas per corba. (Font https://www.mototaller.info/honda-cbr500r-prueba/) 1285,11 N 1028,088 N 1285,11 N 1028,088 N 3032,456 N 608,22 N 373,937 N 373,937 N 686,7 N Memòria 80 Figura 6.2. Forces a la pipa de direcció (esquerra) i al basculant (dreta). (Font Pròpia) Figura 6.3. Forces del subxassís. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 81 6.1.2. Frenada A les figures 6.5 i 6.6 es mostren les forces totals que s’apliquen a cada punt durant la frenada de 100 a 0 km/h. A la pipa de direcció hi ha una força de 4.307,7 N i un moment de 1.032,3 Nm, als ancoratges del subxassís hi ha unes forces de 1.869,9 N i 1.685,8 N i als ancoratges del motor hi ha una força total de 261,61 N. Figura 6.4. Forces als ancoratges del motor (esquerra), i forces de la suspensió darrera (dreta). (Font Pròpia) Memòria 82 6.1.3. Pas per corba A les figures 6.7, 6.8 i 6.9 es mostren les forces totals que s’apliquen a cada punt durant el pas per corba inclinat a 50 graus a 150 km/h. A la pipa de direcció hi ha una força 1.984,3 N i un moment de 536,53 Nm, al basculant hi ha una força total de 1.645,7 N, als ancoratges del subxassís hi ha unes forces de 1.550,1 N i 2.336,8 N, als ancoratges del motor hi ha una força total de 908,24 N i als ancoratges de la suspensió darrera hi ha dues forces totals de 457,05 N i 373,94 N. Figura 6.5. Forces a la pipa de direcció (esquerra) i al subxassís (dreta). (Font Pròpia) Figura 6.6. Forces als ancoratges del motor. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 83 Figura 6.7. Forces a la pipa de direcció (esquerra) i al basculant (dreta). (Font Pròpia) Figura 6.8. Forces del subxassís. (Font Pròpia) Memòria 84 6.2. Malla La malla s’ha fet amb elements quadràtics de mida 20 mm a les cares menys importants i a les zones més crítiques s’ha refinat la malla a una mida 2,5 mm per poder obtenir uns resultats més precisos en les àrees més importants i optimitzar la simulació. A la secció “Solution information” del ANSYS podem veure que el programa fa servir l’element SOLID187. Aquest és un element de 10 nodes d’un ordre alt 3D. El SOLID187 té un comportament de desplaçament quadràtic i és una bona opció per tractar malles irregulars. L'element està definit per 10 nodes que tenen tres graus de llibertat a cada node: desplaçaments en les direccions x, y i z. És plàstic, hiperelàstic, rígid, i té capacitats de tensió gran. [3] Figura 6.9. Forces als ancoratges del motor (esquerra), i forces de la suspensió darrera (dreta). (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 85 D’aquesta forma, s’ha obtingut la següent malla amb 107.152 nodes i 59.981 elements. Figura 6.10. Element SOLID187. (Font Daniel Di Capua, “Elementos planos 2D”) Figura 6.11. Àrees menys importants a l’esquerra i més crítiques a la dreta. (Font Pròpia) Figura 6.12. Malla resultant. (Font Pròpia) Memòria 86 6.3. Resultats Al capítol dels resultats es mostren els desplaçaments totals de cada node (∆𝐿) expressats en m, la tensió total sota la qual es troba cada node (𝜎𝑉) expressada amb la tensió de Von Mises, que s’obté combinant les tensions en els tres eixos, en Pa i la deformació unitària de cada node (𝜀). 6.3.1. Acceleració Els resultats estan visualment deformats 430 vegades més que la deformació real que patiria el xassís per poder visualitzar correctament l’efecte de les forces d’acceleració. Desplaçaments totals Figura 6.13. Resultats desplaçaments totals. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 87 Tensió de Von Misses (Equivalent Stress) Figura 6.14. Resultats tensió de Von-Mises. (Font Pròpia) Memòria 88 Deformació de Von Misses (Equivalent Strain) Com es pot veure a les figures 5.13, 5.14 i 5.15, el xassís treballa molt bé sota aquestes càrregues perquè la deformació i els desplaçaments generats són molt petits. El desplaçament més gran és a l’ancoratge inferior de la suspensió darrera i les deformacions i tensions més importants es troben on s’ajunten el cos principal del xassís i la base de l’ancoratge superior de la suspensió darrera. Figura 6.15. Resultat deformació de Von-Mises. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 89 6.3.2. Frenada Els resultats estan visualment deformats 600 vegades més que la deformació real que patiria el xassís per poder visualitzar correctament l’efecte de les forces de frenada. Desplaçaments totals Figura 6.16. Resultats desplaçaments totals. (Font Pròpia) Memòria 96 Tensió equivalent a fatiga per la frenada Figura 6.23. Resultats laterals tensió equivalent a fatiga per la frenada. (Font Pròpia) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 97 Tensió equivalent a fatiga pel pas per corba S’ha obtingut una vida útil de 108 cicles en els tres casos, per tant, aquest xassís es consideraria que té vida infinita segons la teoria de falla per fatiga de Wöhler si fos d’acer, ja que aquest té una tensió de resistència a la fatiga. Malauradament, l’alumini no disposa d’aquesta qualitat perquè, com es pot veure a la figura 6.26, el diagrama no acaba mai sent horitzontal com a la figura 6.25. Per tant, el xassís no té vida infinita, però aguantarà un alt nombre de cicles sense problemes. Figura 6.24. Resultats laterals tensió equivalent a fatiga pel pas per corba. (Font Pròpia) Memòria 98 El factor de seguretat del disseny més petit, que relaciona la tensió màxima que pot aguantar el cos a fatiga i la tensió que rep, és de 1,71. Per tant, podem concloure que el disseny té una bona resistència a fatiga, que és un dels factors més importants a tractar amb l’Al 7075-T6. [6] Figura 6.25. Diagrama de Wöhler per una proveta fèrrica. (Font: Pedro Ortiz Morón, “Introducción a la fatiga”) Figura 6.26. Diagrama S-N per una proveta d’Al 7075 anoditzada i una proveta desengreixada. (Font: https://www.researchgate.net/figure/Curvas-S-N-P-para-la-aleacion-de-aluminio-7075-con-anodizado- sulfurico-v-s-desengrasada_fig6_242774504 ) ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 99 7. Anàlisi de l’impacte ambiental L’alumini no és un material que es pugui trobar en estat pur a la natura, s’extreu d’altres minerals o roques compostes com argiles, caolins o feldespats, però principalment s’obté de la bauxita. Aquesta està composta entre un 20 i un 30% d’alumini, donat que està formada per òxids hidratats d’alumini. Es mina a cel obert i, posteriorment, cal tractar-la per poder aconseguir alumini líquid. Primer cal passar-la pel Procés Bayer, on la bauxita es tritura, després es filtren els residus, es continua diluint i precipitant el 𝐴𝑙2𝑂3·3𝐻2𝑂 resultant i, finalment, aquest es calcina per obtenir Alúmina (𝐴𝑙2𝑂3). El primer problema mediambiental prové dels residus que es filtren en aquest procés. La filtració resulta en sorres i fangs que formen fangs càustics, que contaminen greument el medi ambient. Per exemple, el març del 2018 l’empresa noruega Hydro va ser acusada de causar un gran impacte mediambiental al Brasil creat per una fuga de residus tòxics amb alts nivells d’alumini, plom, sodi i altres substàncies per unes canonades il·legals que van afectar diverses comunitats a Barcarena. La següent etapa per obtenir alumini pur consta del procés Hall-Herout, que consisteix en l’electròlisi de l’òxid d’alumini amb criolita (𝑁𝑎3𝐴𝑙𝐹6) per baixar el punt de fusió de l’alúmina de 2000ºC a 935ºC. Es fa passar una corrent per mantenir l’alúmina fosa en una bota i, com que l’alumini fos és més dens, va caient al fons i es separa de l’òxid. Finalment, es fa passar el producte obtingut per una resistència que fon les barres d’alumini per passar d’una puresa aproximada del 99,5% al 99,9%. [20] Les mines de bauxita tenen un gran impacte mediambiental local, perquè les mines obertes fan danys irreversibles al terreny eliminant tota la fauna i flora de l’àrea que es mina i dels accessos a les mines. A part, l’extracció genera una gran quantitat de gasos d’efecte hivernacle i que creen pluja àcida i, a més, requereix una gran quantitat d’energia i aigua. L’alumini utilitzat l’any 2020 a Europa té una emissió mitjana de 8,6 kg de CO2 per kg d’alumini, mentre que reciclant-lo amb energies renovables es pot reduir fins als 4 kg de CO2 per kg d’alumini. D’altra banda, l’alumini és un material molt resistent i que es pot reciclar amb facilitat indefinidament i, per això, un terç de la producció mundial prové del reciclatge d’aquest. A part, el reciclatge fa servir 17 vegades menys energia, emet 1/17 part de les emissions que el procés d’extracció normal, genera 1/8 menys residus sòlids, consumeix 35 vegades menys aigua i manté un 95% de les propietats originals. Per exemple, es necessita la mateixa energia per generar 1 llauna amb alumini minat que per fer-ne 30 amb alumini reciclat. [37] Tenint en compte la tendència existent a utilitzar més alumini reciclat, podem considerar que aquest material seria adequat si el seu origen fos aquest, com per exemple, si es fessin servir de base altres peces d’un desguàs que s’han donat de baixa o no es faran servir, ja que l’aliatge escollit és comú en aquest camp. Memòria 100 Conclusions L’objectiu d’aquest projecte era estudiar les bases del disseny de xassís per a motocicletes, desenvolupar el disseny d’un xassís per una Honda CBR 500R per millorar les prestacions que ofereix aquest model i avaluar el resultat obtingut per veure si el producte final treballaria correctament. Un cop acomplert el projecte, es pot considerar que s’ha aconseguit realitzar el propòsit del treball. S’ha aconseguit un producte final que compleix els requisits que s’han trobat mitjançant un estudi de les càrregues que rep el xassís quan treballa i s’ha refinat mitjançant diferents softwares especialitzats per cada part del procés per obtenir uns resultats més precisos. Les mesures originals del xassís es van obtenir mesurant un xassís semi nu d’un desguàs perquè no es va poder tenir accés a un completament nu, per aquesta raó són bastant aproximades, però permeten fer un disseny preliminar. El producte final és lleuger i només pesa 21.804,47 g i, a part, s’ha obtingut un molt bon resultat en el procés de validació amb un coeficient de seguretat d’1,71 en el camp més crític a estudiar pel material escollit (la fatiga), les deformacions obtingudes són bastant petites i la tensió de Von Mises en cap cas supera el límit elàstic o la tensió de ruptura, per tant, les deformacions mai seran plàstiques ni es trencarà el material. D’altra banda, es podria haver fet una següent iteració amb els resultats assolits per millorar encara més el xassís i optimitzar més profundament el disseny. A part, un cop realitzat el pressupost s’ha obtingut un cost per una producció en sèrie de 100 peces de 1.481,50 € per unitat, donat que un xassís de segona mà d’aquest model amb molt ús es sol trobar per uns 500 a 600 € el preu obtingut és raonable, però la fabricació d’un prototip sortiria molt cara pels alts costos que generen els programes de disseny i la mà d’obra d’enginyeria, però es podria haver reduït variant el material o els recursos utilitzats. A escala personal, durant el desenvolupament d’aquest projecte s’han obtingut molts coneixements nous sobre la importància de la geometria d’un disseny a l’hora d’escollir quin nivell de prestacions es vol obtenir d’un producte, com definir aquesta geometria i quins paràmetres cal variar per aconseguir modificar el comportament de la peça quan treballa. A part, he pogut expandir els meus coneixements en els softwares emprats durant el transcurs de la fase de disseny i de validació, sobretot amb el software 3D Experience que havia fet servir prèviament bastant superficialment i, gràcies a aquest projecte, he pogut veure més profundament com funciona aquest programa. D’altra banda, els recursos aconseguits durant els estudis de Grau d’Enginyeria Mecànica m’han permès tirar endavant el projecte, ja que eren necessaris uns certs coneixements sobre materials, fluids, disseny en 3D, fabricació i estudis d’estructures. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 101 Bibliografia Bibliografia [1] ARIAS PAZ, Manuel: Motocicletas. Madrid: Ed. Dossat, 1993. 29ª Edición. Disponible a: https://pdfcoffee.com/motocicletas-arias-paz-pdf-free.html [2] FOALE, Tony: Motocicletas. Comportamiento dinámico y diseño de chasis: El arte y la ciencia. Madrid: Tony Foale, 2003. Disponible a: https://www.pdfdrive.com/motorcycle-handling-and- chassis-design-the-art-and-science-d157840306.html Apunts Universitat [3] DI CAPUA, Daniel : “Mètodes Numèrics a l’Enginyeria Mecànica” [4] GONZALEZ DRIGO, Jose Ramón: “Estructures i Construccions Industrials” [5] MANERO PLANELLA, Jose M. : “Ciència i Enginyeria de Materials” [6] ORTIZ MORÓN, Pedro: “Disseny de Màquines” [7] ROURE GRABULOSA, Pere: “Fonaments de Ciència de Materials” [8] TORRES CAMARA, Ricardo; FONTANALS GARCIA, Albert: “Enginyeria de Fluids” [9] TRAVIESO RODRIGUEZ, Jose Antonio: “ Fabricació” Tesis i Treballs Final d’Estudis [10] CABRÉ PALLEJÀ, Joaquin Maria: Disseny i desenvolupament del sistema de transmissió d’un automóvil elèctric. Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya, 2022. Disponible a: https://apren.upc.edu/ca/materials/2117_365669 [11] DE LA CALLE GIRONES, Carles: Disseny de quadre semirígid d’una bicicleta d’enduro. Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya, 2017. Disponible a: https://apren.upc.edu/ca/materials/2117_109422 [12] ESCUDERO VERICAT, Joan Marc: Disseny d’un xassís de competición per una motocicleta 250cc 4T. Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya, 2017. Disponible a: https://apren.upc.edu/ca/materials/2117_118397 [13] GRAMUNTELL MAGRANER, Xavier: Diseño y cálculo del chasis de una motocicleta de carretera. Valencia, Universidad Politécnica de Valencia, 2016. Disponible a: https://riunet.upv.es/handle/10251/75967?show=full Annexos 102 [14] LIMOUSIN ARANZABAL, Ernesto; DÍAZ DE CERIO GARCÍA, César: Diseño y cálculo estructural del chasis de una motocicleta de competición. Pamplona, Universidad Pública de Navarra, 2010. Disponible a: https://academica-e.unavarra.es/handle/2454/2245 [15] NUÑEZ GAMONEDA, Yago: Diseño de un chasis ligero monoviga para una motocicleta offroad. Leganés, Universidad Carlos III, 2016. Disponible a: https://earchivo.uc3m.es/handle/10016/24364 [16] PERÉ MARTÍNEZ, Antoni; PUEYO BURREL, David: Diseño de una motocicleta para la marca Suzuki. Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya, 2015. Disponible a: https://upcommons.upc.edu/handle/2099.1/26348 [17] VERGARA CULEBRAS, Patxi: Modelado, análisis y simulación de un chasis de motocicleta. Leganés, Universidad Carlos III, 2011. Disponible a: https://earchivo.uc3m.es/handle/10016/12855#preview [18] VILLANUEVA ROLDÁN, Pedro María: Diseño y estudio de modificación de chasis y basculante de una motocicleta. Pamplona, Universidad Pública de Navarra, 2012. Disponible a: https://academica-e.unavarra.es/handle/2454/5888 Pàgines web consultades [19] ¿Quién Inventó la Moto? ¿Cuándo? || Historia || DUCATI ®». 2021. Ducati Madrid (blog). 29 de abril de 2021. https://ducatimadrid.com/noticias/quien-invento-la-moto/. Última consulta 26/09/2022. [20] «Aleaciones de Aluminio by Alu-Stock s.a. - Issuu». s. f. https://issuu.com/alu-stock/docs/cap11- aleaciones-de-aluminio. Última consulta 22/11/2022. [21] «Aluminio y bauxita: impacto socioambiental y alternativas de consumo | Ecofestes». s. f. https://www.ecofestes.com/aluminio-bauxita-impacto-socioambiental-alternativas-de-consumo- n-47-es. Última consulta 22/11/2022. [22] «Chasis de una moto: ¿Qué es y en qué consiste?» s. f. Motociclismo.. https://www.motociclismo.es/industria/chasis-moto-que-es-nzm_241589_102.html. consulta 5/10/2022. [23] «Diferencias entre un motor de 2 y 4 tiempos | Pruebaderuta.com». 2015. Pruebaderuta.com | Más que un blog de automóviles. 14 de abril de 2015. https://www.pruebaderuta.com/diferencias-entre-un-motor-de-2-y-4-tiempos.php. Última consulta 21/10/2022. [24] «Electric Motorcycle Reviews And Models». s. f. Cycle World. https://www.cycleworld.com/electric-motorcycles/. Última consulta 26/09/2022. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 103 [25] «ESE DATO DESCONOCIDO...520-525-530 ¿QUE SIGNIFICA?» s. f. Cadenas DID Chain · kitdeCADENA.com by batmotos. https://www.kitdecadena.com/es/blog/informacion/el-paso- de-la-cadena-de-la-moto. Última consulta 4/11/2022. [26] «Gearing Commander - Motorcycle Speed and Drive Train Calculator v7». s. f. https://www.gearingcommander.com/. Última consulta 4/11/2022. [27] «Geometría básica de una motocicleta». s. f. Publimotos - Revista de Motos. https://publimotos.com/index.php/especiales/tips-y-curiosidades/1791-geometria-basica-de- una-motocicleta. Última consulta 22/09/2022. [28] «Moto del día: Daimler Petroleum Reitwagen espíritu RACER moto». 2020. espíritu RACER moto. 3 de abril de 2020. https://motos.espirituracer.com/motodeldia/moto-del-dia-daimler- petroleum-reitwagen/. Última consulta 07/09/2022. [29] «Partes de una moto básicas: su funcionamiento». 2020. Motopasión Store (blog). 28 de febrero de 2020. https://motopasionstore.com/blog/partes-moto-basicas-funcionamiento/. Última consulta 14/09/2022. [30] «Peugeot Motocycles, creada en 1898, es la marca de motos más antigua | Valenciacars». s. f. Peugeot Motocycles, creada en 1898, es la marca de motos más antigua | Valenciacars (blog). https://valenciacars.blogspot.com/2020/04/peugeot-motocycles-creada-1898-marca-motos- mas-antigua.html. Última consulta 24/09/2022. [31] «Potencia y Par Motor. Cadena Cinemática. Estabilidad en los Vehículos». s. f. https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn63.html. Última consulta 04/11/2022. [32] «Sistemas de escape». s. f. https://www.formulamoto.es/tecnologia-accesorios/sistemas-de- escape/13207.html. Última consulta 04/10/2022. [33] «Tipos de chasis de moto: El esqueleto de la moto». 2015. Moto1Pro. 20 de agosto de 2015. https://www.moto1pro.com/reportajes-motos/chasis-el-esqueleto-de-la-moto. Última consulta 5/10/2022. [34] «Tipos de chasis en la motocicleta | Pruebaderuta.com». s. f. https://www.pruebaderuta.com/tipos-de-chasis-en-la-motocicleta.php. Última consulta 6/10/2022. [35] «Werner Motors». s. f. https://hmn.wiki/es/Werner_Motors. Última consulta 23/09/2022. [36] Branch, Jon C. 2016. «Welbike Paratrooper Motorcycle». Revivaler. 19 de diciembre de 2016. https://revivaler.com/welbike-paratrooper-motorcycle/. Última consulta 26/09/2022. [37] Cadierno, Manuel. 2020. «El impacto ambiental del aluminio». lumenHAUS (blog). 8 de junio de 2020. https://lumenhaus.es/el-impacto-ambiental-del-aluminio/. Última consulta 22/11/2022. [38] Events, Tyler Malinky · · Posted in, y Features · 19 Comments. s. f. «WWII and The Impact On Motorcycles». Lowbrow Customs. https://www.lowbrowcustoms.com/blogs/eventsfeatures/wwii-impact-motorcycles. Última consulta 26/09/2022. Annexos 104 [39] Historia, CurioSfera. 2022. «Origen de la motocicleta | Quién inventó la motocicleta». CurioSfera Historia. 13 de noviembre de 2022. https://curiosfera-historia.com/historia-de-la-moto/ Última consulta 12/09/2022. [40] R, Richard. 2022. «Motorcycle History: Brief History To Understand | Fodsports Blog». 16 de octubre de 2022. https://www.fodsports.com/blog/motorcycle-history/. Última consulta 26/09/2022. [41] RACE. 2020. «Suspensión de moto delantera y trasera | RACE». 3 de noviembre de 2020. https://www.race.es/suspension-moto-delantera-trasera. Última consulta 4/11/2022. [42] visiture, erin. 2020. «The History of the Motorcycle». Cardo. 14 de mayo de 2020. https://www.cardosystems.com/blog/the-history-of-the-motorcycle/. Última consulta 02/09/2022. ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 105 Annex A A l’annex A es poden veure els resultats de l’estudi de forces amb 3D Experience més en detall. Es mostra una vista isomètrica, les vistes laterals, superior, inferior, frontal i darrera de les diferents opcions plantejades. A les imatges el sòlid original és translúcid per poder veure millor el resultat, que mostra on el programa afegiria o trauria material per optimitzar la solució en color gris. A1. Acceleració Opció 1 Annexos 112 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 113 Opció 2.1 Annexos 114 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 115 Opció 2.2 Annexos 116 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 117 A3. Pas per corba Opció 1 Annexos 118 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 119 Opció 2.1 Annexos 120 ESTUDI, DISSENY I VALIDACIÓ D’UN XASSÍS DE MOTOCICLETA 121 Opció 2.2