Redisseny del xasís d'un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d'acers

TREBALL FI DE GRAU Grau en Enginyeria Mecànica Curs 2023 REDISSENY DEL XASSÍS D’UN CICLOMOTOR DELS ANYS 80 CONTEMPLANT NOUS TIPUS D’ACERS Memòria i Annexos Autor: Oriol Pastor Pujante Director: Marc Antoni Soler Convocatòria: Octubre 2023 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 1 1. Resum El present treball de fi de grau pretén fer un redisseny teòric del xassís del ciclomotor Vespino GL que es té en propietat de la família des de fa vora 50 anys. La primera part d’aquest treball es centra en un breu resum de la història de les motocicletes, les característiques o parts generals dels ciclomotors i la història de l’origen de la marca Vespino. La segona part del treball es basa en l’anàlisi de la recopilació d’informació sobre el ciclomotor Vespino GL, per seguidament poder fer el seu modelatge 3D amb el programa o software Solidworks i, posteriorment, mitjançant el programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits Ansys, fer un estudi de deformacions i càrregues en l’estructura. La tercera part d’aquest treball consisteix en fer un redisseny del xassís del ciclomotor Vespino GL (mantenint el màxim de parts i components originals, si és possible) amb un altre tipus de material i provant de millorar les propietats mecàniques envers l’original. Això es fa mitjançant el programa o software de modelatge en 3D Solidworks, per tot seguit, mitjançant el programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits Ansys, fer un estudi de deformacions i càrregues en l’estructura. I, finalment, es farà una comparació entre el xassís original i el redisseny proposat, comparant els resultats obtinguts amb les simulacions dutes a terme amb Ansys. En resum, en el present treball de fi de grau es farà un estudi de viabilitat geomètrica i del material per un redisseny del xassís del Vespino GL. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 2 2. Abstract The present thesis aims to make a theoretical redesign of the chassis of the Vespino GL motorcycle that has been owned by the family for almost 50 years. The first part of this work focuses on a brief summary of the history of motorcycles, the characteristics or general parts of mopeds and the story behind the origin of the Vespino brand. The second part of the work is based on the analysis of the collection of information on the Vespino GL moped to then be able to model it in 3D with the Solidworks program or software and later through the simulation program CAE analysis and simulations for finite elements Ansys do a study of deformations and loads in the structure. The third part of this work consists in redesigning the chassis of the Vespino GL motorcycle (keeping as many original parts and components as possible) with another type of material and trying to improve the mechanical properties towards the original. This is done using the Solidworks 3D modeling program or software and then using the Ansys finite element analysis and simulations CAE simulation program to study deformations and loads in the structure. And finally, a comparison will be made between the original chassis and the proposed redesign, comparing the results obtained by simulations carried out with Ansys. Summarizing, in this thesis a geometrical and material feasibility study will be carried out for a redesign of the Vespino GL chassis. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 3 Índex 1. Resum ...................................................................................................................... 1 2. Abstract ................................................................................................................... 2 3. Objectius .................................................................................................................. 5 4. Antecedents ............................................................................................................. 6 5. Llistat d’il·lustracions ............................................................................................... 7 6. Llistat de taules ...................................................................................................... 13 7. Breu història sobre l’origen de les motocicletes i, en concret, del Vespino GL ........ 14 7.1. Primers models de motocicletes ................................................................................. 14 7.2. Característiques i parts estàndard dels ciclomotors .................................................... 16 8. Origen del Vespino ................................................................................................. 18 9. Característiques generals del Vespino GL .............................................................. 19 10. Procediment per la presa de mesures del xassís original .................................... 22 11. Dibuix obtingut amb Solidworks ........................................................................ 26 12. Criteri de càrregues estàtiques emprat .............................................................. 31 12.1. Càlcul teòric realitzat “a mà” .................................................................................. 31 12.2. Distribució de forces en el programa Ansys ............................................................ 33 13. Resultats del càlcul d’esforç i deformacions en Ansys ........................................ 38 14. Consideracions a tenir en compte a l’hora de fer el redisseny ............................ 44 14.1. Acer estructural ...................................................................................................... 45 14.2. Fibra de carboni ...................................................................................................... 46 14.3. Aleació de titani ...................................................................................................... 47 14.4. Aleació d’alumini .................................................................................................... 49 15. Proposta de redisseny del xassís del Vespino GL ................................................ 50 16. Criteri de càrregues estàtiques emprat .............................................................. 57 16.1. Càlcul teòric realitzat “a mà” .................................................................................. 57 16.2. Distribució de forces en el programa Ansys ............................................................ 59 17. Resultats del càlcul d’esforç i deformacions en Ansys ........................................ 63 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 4 17.1. Resultats amb acer ................................................................................................. 63 17.2. Resultats amb fibra de carboni ............................................................................... 69 17.3. Resultats amb aleació de titani ............................................................................... 75 17.4. Resultats amb aleació d’alumini ............................................................................. 81 18. Comparativa dels resultats obtinguts amb Ansys dels 2 xassís ........................... 87 19. Conclusions ........................................................................................................ 90 20. Treball futur ....................................................................................................... 92 21. Bibliografia ........................................................................................................ 93 22. Definicions paraules tècniques ........................................................................... 96 23. Annexes ............................................................................................................. 97 23.1. Annex A: Càlculs Ansys sobredimensionats o exajerats .......................................... 98 23.1.1. Xassís original (acer estructural) .............................................................................................. 98 23.1.2. Redisseny d’acer estructural ................................................................................................. 102 23.1.3. Redisseny d’aleació de titani ................................................................................................. 106 23.1.4. Redisseny d’aleació de magnesi ............................................................................................ 109 23.2. Annex B: Esbossos i Càlculs a mà .......................................................................... 112 23.2.1. Esbossos ................................................................................................................................. 112 23.2.2. Càlculs a mà ........................................................................................................................... 113 23.3. Annex C: Catàleg de peces de recambi Vespino GL ............................................... 123 23.4. Annex D: Plànols ................................................................................................... 128 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 5 3. Objectius L’objectiu d’aquest treball de fi de grau és fer un estudi i anàlisi de tensions i deformacions del xassís d’un ciclomotor. En concret, d’un Vespino GL a fi d’identificar quina és la seva resistència davant els esforços que pugui patir durant el seu ús, en un cas de càrregues estàtiques. Així mateix, es pretén elaborar una proposta de redisseny del xassís del ciclomotor (“restyling”), proposta que millori, o com a mínim iguali, la resistència del xassís antic, especialment en els punts crítics o d’especial interès que es vagin identificant en el decurs de l’anàlisi. I sense perdre cap de les propietats mecàniques, tot buscant alternatives de materials de fabricació del xassís que permetin una reducció de pes; a més d’intentar afegir alguna millora com seria espai per un petit maleter. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 6 4. Antecedents Previ a la realització d’aquest treball s’ha buscat si hi havia algun treball de fi de grau d’àmbit similar o que s’assemblés a la proposta plantejda, bàsicament un estudi de viabilitat geomètrica i del material pel redisseny del xassís d’un ciclomotor. Tanmateix, la majoria de treballs cercats tracten sobre homologacions de motos antigues, o especialment sobre disseny de parts concretes o bé xassís per a motocicletes de competició (càlcul no estàtic entre d’altres aspectes). Per tant, el present treball de fi d’estudis no está basat en o no parteix de cap altre. Tampoc s’ha trobat cap treball que tractés concretament sobre el cas de càrregues estàtiques. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 7 5. Llistat d’il·lustracions Il·lustració 1: Exemple Moto Howard Roper [font: blog inpertec - enginyeria i projectes S.L.] Il·lustració 2: Esquema moto Werner [font: llibre Motocicletas - M. Arias] Il·lustració 3: Moto Werner [font: Yesterdays Antique Motorcycles] Il·lustració 4: Esquema moto Zundapp K800 [font: llibre Motocicletas - M. Arias] Il·lustració 5: Moto Zundapp K800 [font: Motomania Vintage Motorcycles] Il·lustració 6: Esquema moto Norton Manx [font: llibre mototcicletas - M. Arias] Il·lustració 7: Moto Norton Manx [font: Yesterdays Antique Motorcycles] Il·lustració 8: Esquema tubular bàsic del xassís d’un ciclomotor [font: llibre Motocicletas - M. Arias] Il·lustració 9: Vespino GL que es té en propietat Il·lustració 10: Esquema del xassís original del Vepino [font: catàleg peces de recambi Vespino - MotoVespa] Il·lustració 11: Certificat del ciclomotor Il·lustració 12: Exemple de presa de mesures amb el GIMP Il·lustració 13: Imatge Vespino en propietat per obtenir mesures Il·lustració 14: Imatge perfil xassís Vepino en propietat. Il·lustració 15: Croquis del cos del xassís original del Vespino Il·lustració 16: Croquis del perfil del cos del xassís original del Vespino Il·lustració 17: Croquis de la part del seient del xassís original del Vespino Il·lustració 18: Croquis de la pipa de direcció del xassís original del Vespino Il·lustració 19: Vista isomètrica de la placa o peça subjecció del grup motor del xassís original del Vespino Il·lustració 20: Vista planta de la placa o peça subjecció del grup motor del xassís orignal del Vespino Il·lustració 21: Vista perfil dret de la placa o peça de subjecció del grup motor del xassís original del Vespino Il·lustració 22: Vista alçat del modelatge 3D del xassís original del Vespino Il·lustració 23: Vista planta del modelatge 3D del xassís original del Vespino Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 8 Il·lustració 24: Vista de perfil dret del modelatge 3D del xassís original del Vespino Il·lustració 25: Propietats o característiques del modelatge 3D del xassís original del Vespino Il·lustració 26: Croquis dels pesos del xassís original del Vespino GL i de la idealització dels seus components considerats Il·lustració 27: Mallat obtingut del xassís original del Vespino Il·lustració 28: Zona o element del refinament del mallat del Vespino Il·lustració 29: Refinament obtingut del mallat en la zona o element en qüestió del Vespino Il·lustració 30: Ubicació i direcció de la força 1 considerada en el Vespino Il·lustració 31: Detall de la ubicació de la força 1 considerada en el Vespino Il·lustració 32: Ubicació i direcció de la força 2 considerada en el Vespino Il·lustració 33: Ubicació del suport fixe 1 considerat en el Vespino Il·lustració 34: Ubicació del suport fixe 2 considerat en el Vespino Il·lustració 35: Ubicació dels suports i de les forces considerades en el Vespino Il·lustració 36: Resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansys del Vespino Il·lustració 37: Detall dels resultat dels desplaçaments totals obtinguts amb ansys del Vespino Il·lustració 38: Resultats dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts en anys del Vespino Il·lustració 39: Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts en anys del Vespino Il·lustració 40: Detall dels reusltats dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts en anys del Vespino Il·lustració 41: Resultat dels desplaçaments direccionals en X obtinguts en ansys del Vespino Il·lustració 42: Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en X obtinguts en ansys del Vespino Il·lustració 43: Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en X obtinguts en ansys del Vespino Il·lustració 44: Resultats dels esforç de Von Misses obtinguts en ansys del Vespino Il·lustració 45: Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts en ansys del Vespino Il·lustració 46: Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts en ansys del Vespino Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 15 Cal destacar que, amb el pas del temps, les motos han anat evolucionant augmentant la rigidesa de l’estructura i la secció dels tubs (del que seria el xassís o bastidor). El 1936 es va creat la Zundapp K800 que es caracteritzava per tenir un xassís de xapa d’acer premsat. La xapa no s’utilitza de manera massiva, sinó que es tallava i es doblegava, aconseguint una estructura més dura i rígida. Tenia un xassís tubular que envolta el motor i que arribava fins el punt d’anclatge de la roda posterior i la suspensió davantera (no s’havia inventat encara la forquilla telescòpica). Il·lustració 3. Moto Werner Il·lustració 4. Esquema moto Zundapp K800 Il·lustració 5. Moto Zundapp K800 Il·lustració 2. Esquema moto Werner Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 16 Avançant encara més en el temps, i deixant endarrera la segona guerra mundial, el 1950 es va crear la Norton Manx, que es caracteritzava per tenir un xassis de doble tub d’acer de cunya tancada que envoltava el motor i que incorporava un subxassis que servia tant de suport com de seint. Des de la invenció de la primera motocicleta s’han utilitzat diversos tipus de xassís o bastidors, la tendència a l’actualitat, i des de ja fa un temps, és que siguin dels tipus cunya fets mitjançant tubs d’acer de diferents seccions, o bé de doble biga (per motos de carretera principalment). Els materials més utilitzats per a fer xassís o bastidors són l’acer i l’alumini, especialment el primer en tant que el seu cost és inferior. A partir dels voltants del 2000 es pot considerar que hi va haver una estandardització dels xassís, cosa que va fer que ja no hi hagués tanta diferència d’estètica entre els diferents models. S’utilitzaven els mateixos materials, si fa no fa els mateixos components i especificacions semblants. 7.2. Característiques i parts estàndard dels ciclomotors Les motocicletes i ciclomotors estan formats per un conjunt de components i mecanismes on cadascun té una funció concreta. Simplificant molt, es pot classificar aquest mecanisme en 2 components o parts generals: d’una banda, el motor i, d’altra, el xassís o bastidor (que engloba tot allò que no forma part del motor). En el present treball em centraré en la part del xassís o bastidor, en tant que estructura que resisteix la influència de càrregues aplicades sobre ella. Il·lustració 6. Esquema Moto Norton Manx Il·lustració 7. Moto Norton Manx Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 17 L’estructura de xassís o bastidor normalitzada i més básica, més utilitzada en els ciclomotors acostuma a constar de: - Pipa de direcció normalment baixa més o menys mateixa alçada que el seient [A]. - Forquilla telescòpica - Xassís o bastidor d’estructura oberta formada normalment per tubs força gruixuts de xapa d’acer estampada [B i T]. - Part posterior o Seient del mateix material [C]. La funció del xassís o bastidor és bàsicament la de donar rigidesa a l’estructura, a més de servir de recolzament i subjecció dels diferents elements o components que conformen el ciclomotor. És molt important la rigidesa del xassís o bastidor, però és igualment important que aquesta rigidesa permeti unes prestacions i un comportament estàtic i dinàmic adequat sota l’efecte d’un o més pesos. La raó per la qual s’han imposat o s’imposen les estructures obertes en els ciclomotors és degut a que afavoreixen la comoditat del pilot, ja que permeten un accés al vehicle molt fàcil. El motor acostuma a tenir funcions resistents, ja que la transmissió i la roda solen estar integrades en el mateix motor o bé amb un basculant. Per tant, el xassís teòricament només ha de suportar la suspensió davantera i el pilot. Cal destacar que en les motocicletes on la velocitat està força limitada (els ciclomotors entrarien dins d’aquesta classificació) no és necessari que la rigidesa del xassís sigui excessivament elevada. El material més utilitzat és l’acer atesa la seva bona relació qualitat-preu. Segons el R.D. 2822/1998, del 23 de desembre, “Reglamento General de Vehiculos” es defineix com a ciclomotor tot vehicle de 2 rodes que disposi d’un motor de cilindrada no superior a 50 !"! , si és de combustió interna, i amb una velocitat màxima no superior a 45km/h. Il·lustració 8. Esquema bàsic del xassís d'un ciclomotor Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 18 8. Origen del Vespino Els primers models de motocicletes es situen sobre la dècada dels anys 50, més concretament en el “boom” del vehicle privat viscut a Europa i que es va acabar de consolidar durant la dècada dels 60. Espanya, en aquella época, estava superant la postguerra i força persones necessitaven d’un mitjà de transport econòmic per als desplaçamens quotidians. D’aquesta manera, els vehicles de dues rodes es van convertir en l’alternativa per davant de l’autobús i el tramvia per a desplaçaments quotidians de mitjans del segle XX. A destacar l’obertura d’una fàbrica Vespa (MOTO VESPA S.A.) a Madrid per part de Enrico Piaggio juntament amb el INI (Instituo Nacional de Industria) amb l’objectiu de satisfer la creiexent demanada de motocicletes, i que va comportar la producció de la primera Vespa espanyola el febrer del 1953. D’altra banda, l’any 1957 va aparèixer a Espanya el Seat 600. Tanmateix, el seu elevat cost i, també, la llarga llista d’espera per accedir-ne encara van fer més atractiva l’opció dels vehicles de dues rodes que van guanyar molt de pes entre el públic nacional. Als voltants dels anys 70, el sector de l’automòbil comença a notar els efectes de la crisis, de manera que l’objectiu de les principals marques és produir quelcom accessible i fàcil de mantenir, sobretot econòmicament, pel seu ús en trajectes curts (estava enfocat majoritàriament cap el sector jove de la població). A més, l’entrada en vigor d’una nova legislació a Espanya obligava als ciclomotors a tenir una sèrie de característiques específiques, fet que va comportar que alguns models de Vespa (cas de la Vespa 50) no entressin dins de la classificació de ciclomotor. Dins d’aquest context, el 19 de febrer de 1968 Moto Vespa S.A., sota la mà de l’enginyer Vicente Carranza Hernandez, va fabricar el primer Vespino de la historia, dissenyat i fabricat per la fàbrica Vespa de Madrid. Centrant-nos en el model de Vespino GL o “Gran Lujo”, aquest model va ser presentat i tret al mercat l’any 1976 amb motiu de la celebració del Saló de l’automòbil de Barcelona. El Vespino GL tenia notables avenços tècnics i estètics per l’època. I l’any 1977 es bat el rècord de producció anual de Vespino, que va tenir especialment èxit en el sector jove de la població, amb prop de 55.000 unitats produïdes a la fàbrica madrilenya. Aquest tipus de vehicle es va convertir en un èxit atès al seu concepte, la bona relació qualitat-preu, la seva fàcil maniobrabilitat, el seu no massa elevat manteniment, la fàcil reparació i fàcil disponibilitat de recanvis (fabricació íntegra nacional), així com la seva estètica característica. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 19 9. Característiques generals del Vespino GL Les dades o característiques generals del Vespino GL, segons el manual d’instruccions d’ús i manteniment d’abril de 1977, entre d’altre fonts, són les que a continuació es detallen. Té un dipòsit de 3’3 L de capacitat i una reserva de 0’7 L amb un consum als 100 km de 1’6 L. L’alçada màxima d’aquest ciclomotor té un valor de 1080 mm i la longitud màxima un valor de 1760mm. I la distància entre eixos té un valor de 1130mm i el pes total en el buit (xassís i tots els components muntats, així com el dipòsit ple) és de 52’4 Kg aproximadament. Té un xassís o bastidor tubular d’acer rectangular corbat amb cuna oberta resistent i lleuger, que en la seva part anterior porta soldat un tub on s’allotgen els coixinets de la direcció. En la seva part posterior té un pern on es fixa el capçal superior de l’amortiguador trasser al mateix temps de servir per fixar el seient, el portaequipatges i el “guardabarros” posterior. En la part més inferior del tub (xassís) hi ha dos suports: el posterior serveix per fixar el grup motortransmissió i el davanter per fixar el dipòsit de combustible. Cal destacar que aquests components situats en la part més inferior del ciclomotor, estàn protegits i envoltats amb un “cubremotor” abatible cap endavant (una mena de carcassa o caixetí abatible). Té un manillar fet d’un sola peça o estructura d’aleació lleugera amb una llum i el comptaquilòmetres incorporat. Il·lustració 9. Vespino GL que es té en propietat Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 20 El mètode de direcció que utilitza és una forquilla telescòpica giratòria allotjada sobre dos coixinets de boles. I la suspensió davantera està formada per una forquilla telescòpica en bany d’oli, mentres que la suspensió trassera és un amortiguador de molles (el grup motor-transmissió és oscil·lant). El sistema de frenada és d’expansió en les dues rodes (frens de tambor) i tenen les mides següents: 2 1/4" X 18” (uns 45’72 cm d’aro interior). Cal destacar que són rodes grans, com les que portaven la Vespa o la Lambretta, i la roda posterior es fàcilment desmuntable amb un sistema força semblant als utilitzats amb els automòbils. Aquest disseny s’adaptava perfectament a la legislació espanyola que hi havia llavors, que obligava a tots els ciclomotors a portar pedals practicables. El certificat de ciclomotor de 1974 del Ministeri d’Indústria de la Delegació provincial de Madrid, ens diu la següent informació: El vehicle de marca Vespino amb nº de bastidor 8550960374 i nº de motor 855M960383 té les característiques següents: - El motor ha de ser de cilindrada no superior a 50 !"! . - Per construcció, no pot desenvolupar una velocitat superior a 40 km/h. - Ha de tenir pedals i que siguin practicables. - Amb independència del motor, es pot accionar el vehicle amb els pedals amb una velocitat normal/suficient per al seu ús normal. El recorregut mínim per cada volta de pedal és superior a 2’8 m. Il·lustració 10. Esquema del xassís del Vespino GL Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 21 - El seu pes amb tots els components/dispositius i el dipòsit ple de benzina no excedeix de 55 Kg. Per la llei vigent de llavors; el vehicle amb les característiques senyalades queda classificat com a ciclomotor (qualsevol alteració de les mateixes, a part d’una sanció comportarà la obligació de matriculació) a 7 de Novembre de 1974. Il·lustració 11. Certificat de ciclomotor actualitzat el 12 de desembre de 1983 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 22 10. Procediment per la presa de mesures del xassís original Fer esment a la problemàtica que m’he trobat per obtenir les mesures del Vespino GL. Doncs a banda de les “4 mesures” que donava el manual d’instruccions d’ús i manteniment, i les mesures trobades en un foro/blog/pàgina web (que no eren ben bé iguals), no he trobat cap altra font fiable. Al ser un ciclomotor fabricat el 1974, les dades buscades “en paper” no estaven disponibles per Internet degut a la seva antiguitat. De manera que a part d’algun dibuix de “despiece”, no s’ha trobat cap esquema ni plànol que ens indiqués les mesures exactes del xassís o bastidor del Vespino GL. El que sí que he pogut aconsseguir és el catàleg de peces de recanvi o “despiece” de MotoVespa; cosa que m’ha ajudat bastant per acabar d’identificar l’estructura i la seva geometria amb la qual es centra aquest treball de fi de grau; el xassís o bastidor (aquest catàleg es troba íntegrament en l’apartat d’anexes). De manera que un cop identificada l’estructura principal del xassís o bastidor del Vespino GL, per tal de poder-lo dibuixar/modelar amb l’ordinador en 3D i realitzar els diferents càlculs de càrregues i desplaçaments de l’estructura són necessàries les mides o mesures. El procediment que s’ha dut a terme per l’obtenció de les mesures ha constat de 2 parts: 1) Presa de mesures a mà orientatives, de tot allò que era possible de mesurar mitjançant una cinta mètrica convencional i una cinta mètrica “de cosir”. 2) Presa de mesures amb l’ajuda del programa GIMP, a partir d’una fotografia es van anar comptant píxels de les parts que ens interessava saber les mesures per posteriorment fer-n’hi la conversió a cm. Mètode 1: De la mateixa manera que s’ha esmentat anteriorment, es va intentar prendre les diferents mesures que necessitàvem per a fer el modelatge en 3D del xassís original del Vespino GL mitjançant una cinta mètrica i una cinta mètrica de cosir. Aquí ens vam trobar la problemàtica que moltes de les peces o components que es volien saber les mesures o bé no eren “peces planes” o n’hi havia d’altres ajuntades a sobre l’estructura principal del xassís mitjançant fixació (claus o soldadura) amb la qual cosa l’exactitud de les mesures era molt Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 23 complicat de clavar (a part de que l’aparell de meusra utilitzat es de resolució i exactitud més haviat baixa). De manera que les mesures obtingudes a mà, es consideren com orientatives ja que ens ajudaran a l’hora de comprovar/comparar els resultats obtinguts amb l’altre mètode així com amb les mesures ja especificades en els diferents manuals d’ús i manteniment i foros. Mètode 2: Tal i com s’ha comentat anteriorment, es va realitzar una foto de manera que el vehicle estigués el més pla i perpendicular possible amb algun objecte al costat posicionat de manera semblant el qual en sabem les mesures. Seguidament s’obre la imatge en qüestió amb el programa o software de retoc/edició fotogràfic GIMP. Amb aquest programa d’edició d’imatge primer es va marca orientativament amb línies la forma o geometria del xassís per a continuació mesurar amb l’eina regle els píxels de les diferents parts considerades com a parts del xassís o bastidor. Gràcies a que sabem les mesures de la caixa i mitjançant factors de conversió (simples) s’obté el valor d’aquests píxel “a la realitat” en cm (relació píxels-centímetres). Al final es va decidir que les mesures amb les qual es basaria el disseny 3D del xassís original del Vespino GL serien les obtingudes mitjançant el segon mètode. Ja que s’utilitza un millor aparell de mesura (millor resolució i exactitud). A continuació es mostra una il·lustració exemple de com s’han obtingut les mesures en píxels: Il·lustració 12. Exemple de presa de mesures amb GIMP Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 24 Les mesures obtingudes de la primera fotografia amb el GIMP: Element guía Píxels cm Distància vertical caixa 1106,30 58,00 Distància horitzontal caixa 366,00 20,00 Exemple del càlcul de la conversió: 515%&í()*+ ×"#$%& ''(),!($+í-./0 =27%!" i 515%&í()*+ ×1($%& !))$+í-./0 =28,14%!" Per tal d’obtenir el valor final, es fa la mitjana dels valors obtinguts: 1231#,'4 1=27,57%!" Obtenció de mesures Part Píxels Conversió Radi Rodes 515,00 27,57 cm Distància vertical Pipa de direcció 412,80 22,1 cm Distància horitzontal pipa de direcció 132,20 7,07 cm Angle pipa direcció _ 71'57º "Primera part recte" xassís 454,40 24,33 cm "Primera part corva" xassís 293,00 15,7 cm "Segona part recte" xassís 279,00 14,94 cm "Segona part corva" xassís 247,00 13,23 cm "Tercera part recte" xassís 274,10 14,7 cm Angle "Primera part recte" xassís _ 69'44º Angle "Tercera part recte" xassís _ 67'71º Distància horitzontal part seient 748,00 40'04 cm Gruix paret pipa direcció 40,00 2,14 cm Taula 1. Mesures Caixa Taula 2. Mesures obtingudes del xassís del Vespino GL Il·lustració 23. Imatge utilitzada en el GIMP per l’obtenció de mesures del xassís Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 31 12. Criteri de càrregues estàtiques emprat Amb la finalitat de facilitar l’anàlisi ens ubicarem en el cas ideal en el qual hi ha absència de moviment i lliscament i on les úniques forces externes que intervenen són la gravetat i el pes del pilot. Es pot considerar com l’instant o moment en el qual el pilot o conductor està assegut o recolzat sobre el ciclomotor, l’instant abans que faci la primera pedalada per engegar el motor. Es considera, també, que el conjunt pilot-Vespino està perpendicular amb el terra; tot i que a la realitat estarà una mica inclinat respecte el seu centre de gravetat i l’eix Z que entra i surt del full. Cal destacar que en aquest model d’estudi també s’han idealitzat la majoria de components del conjunt considerats. Aquesta premisa ens servirà per comprovar quines són les zones d’especial interès del xassís d’un ciclomotor. 12.1. Càlcul teòric realitzat “a mà” Abans de realitzar l’estudi de deformacions i càrregues s’ha realitzat el càlcul dels diferents centres de gravetat dels components idealitzats i s’ha ubicat correctament el centre de masses o de gravetat de tot el conjunt. Els components idealitzats que es consideraran “individualment” del conjunt pilot-Vespino són els següents: 2 rodes, 2 suspensions davanteres considerades com elements estructurals “fixes” (no amortiguació, transmeten el mateix que reben), la placa inferior de la forquilla telescòpica, el dipòsit, suspensió trassera, grup motor i “cos” del xassís o bastidor. Aquest càlcul es farà seguint les fórmules de l’assignatura Sistemes mecànics, el llibre Mecánica Vectorial para ingenieros Estática i l’explicació del càlcul del centre de masses o de gravetat en els appendix del llibre “motorcycle handling and chasis design – the art and science. Tony Foale”. Un esbós del conjunt, amb els pesos dels diferents components aplicats en el seu respectiu centre de gravetat seria: Il·lustració 26. Croquis dels pesos del xassís original del Vespino GL i de la idealització dels seus components considerats. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 32 A partir d’aquest esbòs idealitzat, es procedeix a calcular el centre de gravetat o de masses del conjunt seguint les següents fòrmules: Χ " !"!#$ = ∑ &! ' ' ' (×(*" # " ∑ *" # " = ∑ &! ' ' ' (×(+" # " ∑ +" # " $ i Υ & !"!#$ = ∑ ,! ' ' ' (×(*" # " ∑ *" # " = ∑ ,! ' ' ' (×(+" # " ∑ +" # " Ja que à ' - ( ( ) = *.× , ) Si escollim com a punt orígent (0,0) el punt de contacte entre la roda davantera i el terra obtenim les següents dades: De manera que el centre de gravetat o de masses del conjunt está situat a (respecte el punt de contacte entre el terra i la roda davantera): Dades centre de masses o centre de gravetat Component Massa (Kg) Xi (m) Yi (m) Unitats Xi · M Yi · M Suspensió Davantera 8,00 0,07 0,50 2 0,58 3,96 Placa Inferior 1,25 0,19 0,71 1 0,24 0,89 Dipòsit 5,00 0,44 0,38 1 2,19 1,92 Suspensió Trasera 3,00 0,99 0,54 1 2,97 1,63 Grup Motor 20,25 0,86 0,30 1 17,37 5,99 Roda Trasera 2,75 1,13 0,28 1 3,11 0,76 Roda Davantera 2,75 0,00 0,28 1 0,00 0,76 Cos Xassís 12,00 0,71 0,65 1 8,48 7,85 Pilot 90,00 0,90 0,70 1 81,00 63,27 Pes total ciclomotor (Kg) 55,00 X total (m) 0,80 Distància eixos (m) 1,13 Y total (m) 0,60 Pes total (Kg) 145,00 Taula 5. Massa i posició del centre de gravetat dels components idealitzats considerats Taula 6. Mesura distància eixos rodes i pesos totals Taula 7. Posició centre de masses o de gravetat xassís original Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 33 12.2. Distribució de forces en el programa Ansys El primer pas que s’ha fet un cop s’ha obert el programa Ansys ha sigut importar la geometria dibuixada o modelada en 3D amb el Solidworks, en format Step. Un cop importada la geometria, el següent pas consisteix en seleccionar el material. Això es pot fer tant seleccionant un dels materials que té a la base de dades el mateix programa o bé creant-ne un de nou introduïnt-hi les dades de manera manual. En el cas del xassís original s’ha seleccionat el material acer estructural, que estaba dins de la biblioteca o base de dades del mateix programa. El mallat que s’ha realitzat en el programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits Ansys és el següent: El mallat que es pot veure en la il·lustració superior consta de 37643 elements de mida 5mm i 75990 nodes. A més el programa també ens indica que el xassís té una massa de 6’27 Kg. Degut a les diferents proves o anàlisis fets anteriorment, s’ha vist que es recomanable fer un refinament del mallat en el pern o cilindre de subjecció de la suspensió trasera per intentar ajustar la geometria el màxim possible, per tal de que no surti un error matemàtic de càlcul (artefacte matemàtic). Cal destacar que s’ha intentat resoldre aquest artefacte fent també un arrodoniment entre el punt d’unió de la part del seient amb el pern o cilindre de subjecció de la suspensió trasera. Il·lustració 27. Mallat obtingut del xassís original del Vespino GL Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 34 El refinament que s’ha fet en la zona en qüestió és el següent: Il·lustració 28. Zona o element del refinament del mallat Il·lustració 29. Refinament del mallat obtingut Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 35 La distribució de càrregues o forces que s’ha considerat en el programa Ansys és la següent: Tal com s’ha pogut veure en les il·lustracions anteriors, les forces “externes” que s’han considerat que actuen sobre el xassís o bastidor han sigut dues. D’una banda una força vertical de valor 809’35 N aplicada uniformement sobre el centre de gravetat del xassís (zones més properes al final) que representa tant el seu pes com els dels seus diferents components i mecanismes que el conformen (dipòsit ple, motor, amortiguadors...). I d’altra, una altra força vertical de valor 1324’35 N aplicada uniformement sobre la part que correspon al seient del pilot que representa “l’impacte del seu pes” sobre l’estructura. Cal destacar que el valor de les forces considerades s’ha fet amb un criteri o factor de seguretat de valor 1’5. Il·lustració 30. Ubicació i direcció força 1 Il·lustració 31. Ubicació i direcció força 2 Il·lustració 32. Detall ubicació força 1 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 36 Per altra banda, els recolzaments o fixacions en l’espai que s’han considerat en el xassís en el programa de càlcul Ansys són els següents: Tal i com s’ha pogut veure en les il·lustracions anteriors, les fixacions que s’han considerat en el xassís o bastidor han sigut dues. Tant la pipa de direcció com el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera s’ha fixat totalment en l’espai ja que en cap cas cap d’aquest dos cossos o components es poden desplaçar. Il·lustració 33. Ubicació Suport fixe 1 Il·lustració 34. Ubicació Suport fixe 2 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 37 El primer serveix juntament amb la forquilla telescòpica, les suspensions davanteres i la roda davantera per poder mantenir una direcció a l’hora del ús del vehicle. De manera que estructuralment és d’essencial importància que aquesta part es consideri com a fixe per tal de poder estudiar el comportament del xassís sota les càrregues considerades (a més de servir per allotjar el manillar). El segon serveix com a punt d’anclatge o suport superior de la suspensió trassera i per tant aquest element igual que en el primer és estructuralment important que aquesta part també es consideri com a fixe per tal de poder estudiar millor el comportament del xassís sota les càrregues considerades. Una respresentació o imatge “global” dels suports i les càrregues considerades es mostra a continuació: Il·lustració 35. Ubicació Suports i forces considerades Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 38 13. Resultats del càlcul d’esforç i deformacions en Ansys A continuació es mostra els resultats obtinguts amb el programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits Ansys del xassís original; amb el material esmentat i sota el criteri de forces i fixacions esmentat en el punt anterior. Total Deformation (desplaçament total) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució total dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura: Il·lustració 36. Resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansys Il·lustració 37. Detall resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 39 Directional deformation (desplaçament en una direcció concreta) - Eix y: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució del desplaçament (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades Y: Il·lustració 38. Resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys Il·lustració 39. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys Il·lustració 40. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 40 - Eix x: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució del desplaçament (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades X: Il·lustració 41. Resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys Il·lustració 42. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys Il·lustració 43. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 47 14.3. Aleació de titani El titani és un metall amb una alta relació resistència-pes, bona resistència a la corrosió a temperatura ambient i en temperaturas elevades i és relativament lleuger amb un densitat de 4,54g/ !"! . Cosa que fa que sigui un material molt interessant per a diverses aplicacions com: aeronaus, motors de propulsió, cotxes de carreres, pals de golf, cascs de submarins, implants ortopèdics…. El titani no aliat conegut comercialment com a titani pur, té una excel·lent resistencia a la corrosió, per aplicacions on la resistència no es l’objectiu principal. Es pot aliar amb materials com l’alumini I el magnesi per tal d’aportar-li propietats com ho serien una millor capactiat de treball, resistència i templabilitat. Malgrat tot les propietats i característiques de la manufactura de les aleacions de titani són altament sensibles a petites variacions en quant a elements d’aleació i elements residuals. De manera que és important controlar-n’he la composició i el seu processament; especialment cal prevenir la contaminació de la supefície amb hidrogen, oxígen o nitrogen durant el procés de conformat o manufactura ja que el fragilitzen (li fan perdre tenacitat i ductilitat). És un metall car degut a la seva reactivitat, a la seva difícil extracció (obtenció) i transformació. A temperatures elevades es combina fàcilment amb l’oxígen, el nitrogen, lhidrogen, el carboni i el ferro; per la qual cosa són necessàries tècniques de buit durant el seu conformat. Il·lustració 49. Propietats del Titanium Alloy de la biblioteca d’ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 48 La resistència del titani és molt elevada (684 MPa per Ti de 99% de puresa) la qual cosa fa que puguin competir favorablement amb les aleacions de Al per algunes aplicacions aeroespacials malgrat el seu major pes (unes 2 vegades superior). És un material que té un preu de mercat alt de valor 0’01 €/g (13270€/tona). Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 49 14.4. Aleació d’alumini L’alumini i les seves aleacions es caracteritzen per la seva alta relació resitència-pes, per la seva resistència a la corrosió de productes químics, alta conductivitat térmica i eléctrica, bona formabilitat i bona maquinabilitat a més de no ser magnètics. Es considera un metal lleuger ja que té una densitat de 2,7 g/ !"! . Els usos principals de l’alumini i les seves aleacions s’utilitza en molts àmbits diferents, alguns exemples serien (de major a menor): containers i empaquetaments, edificis i altres tipus de construccions, transport, aplicacions elèctriques, productes de consum… (el 82% dels components estructurals del suport de càrrega de l’avió Boieng 747 estan fets d’alumini). Per aquesta raó, l’alumini s’utilitza quan el pes és un factor important a tenir en compte (sector naval i de l’automoció). Respon bé a diferents mecanismes d’enduriment, el mètode més destacat és el de precipitació on s’aconssegueix augmentar fins 30 vegades la duresa (respecte el pur). Com té un baix punt de fusió, no es comporta bé a temperatures elevades però a temperatura ambient no hi ha problema. És un material que té un preu de mercat baix de valor 0’002 €/g (2264€/tona). Il·lustració 48. Propietats del Aluminum Alloy de la biblioteca d’ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 50 15. Proposta de redisseny del xassís del Vespino GL En el redisseny que es proposa a continuació es segueixen les pautes considerades de l’apartat anterior. S’ha intentat mantenir dins del possible la geometria o estil característic del xassís original. El redisseny s’ha fet mitjançant un perfil tubular de cuna o cunya oberta, on destaca que el grup motor es segueix fixant en la part inferior, i tan el motor com el dipòsit (el qual s’ha reubicat) són protegits amb la mítica caixa o carcassa abatible. S’ha augmentat la secció útil del tub principal (més diàmetre) i també s’ha disminuït el gruix de les seves parets. En línies generals s’han reduït les mides veritcals i s’han augmentat les mides horitzontals del “cos del xassís” del redisseny en comparació el xassís original. Pel que fa al dipòsit s’ha considerat raonable una reubicació, en concret es proposa reubicar-lo de manera que quedi allotjat entre el perfil tubular principal i la barra de reforç (de menor secció) ubicada entre un dels extrems exteriors del seient i la part interior de la pipa de direcció. De mateixa manera que passa amb el xassís original, tot i la “reubicació” segueix estan protegit amb la caixa o carcassa abatible. S’ha volgut mantenir la distància entre els eixos de les rodes, cosa que ha comportant una reducció de la longitud de les suspensions i un canvi en el l’angle d’inclinació de les suspensions. Els angles anteriors eren d’aproximadament 72º ambos i ara són de 64º la davantera i 66º la trasera respectivament. Cal destacar que inicialment aquesta no era la intenció, però el fet de voler mantenir la distància entre eixos a més de mantenir les diferents mides dels components idealitzats juntament ha provocat aquesta modificació. Pel que fa a la part que correspon al seient del pilot, s’ha canviat completament la geometria amb la intenció d’intentar aprofitar l’espai generat per intentar tenir un petit espai o maleter per guardar-hi algun paquet no molt voluminós com ho seria una maleta o bé el casc. Cal remarcar que la part del seient del xassís del redisseny té una longitud semblant al xassís original. Una altra modificació o intent de millora és que es proposa és tenir doble suspensió trasera (ubicades en mateixa posició i angle a banda esquerra i dreta de la part del seient) en contraposició al xassís original que tant sols en tenia una (a la part dreta del seient). Això s’ha fet amb la intenció Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 51 de millorar els desplaçaments i per tant la deformació (si n’hi ha) en l’eix X, fer que es comporti igual el xassís a banda i banda de la línia neutra i a priori millorar o repertir les càrregues provocades pel pilot en aquella zona tot i que això pugui comportar també un petit augment en el pes total o pes en buit del ciclomotor. El dibuix o modelatge en 3D del redisseny del xassís del Vespino GL s’ha fet també mitjançant el programa/software Solidworks. El primer pas consisteix en dibuixar en format croquis “un filament” amb la geometria i mides que es vol que tingui el “cos del xassís” del redisseny. Il·lustració 51. Croquis del cos del redisseny pel modelatge 3D Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 52 Seguidament en el pla de planta, en un dels extrems del corquis fet es dibuixa el perfil tubular, amb gruix de paret de 1’3mm, per tal de poder-lo extruïr en el croquis realitzat anteriorment. La pipa de direcció s’ha dibuixat de la mateixa manera que amb el xassís original (mitjançant revolució al voltant d’un eix). Abans de fer la part del seient, s’ha ubicat i dibuixat el perfil tubular la barra de suport del cos del xassís, que té un gruix 2mm. Il·lustració 52. Croquis del perfil tubular del cos del redisseny pel modelatge 3D Il·lustració 53. Croquis de la barra de suport del cos del redisseny pel modelatge 3D Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 53 A continuació s’ha ubicat i dibuixat el perfil tubular de la part corresponent del seient mitjançant un croquis en 3D, aquest tub té un gruix de també 2mm. Il·lustració 54. Croquis del perfil de la barra de suport del redisseny pel modelatge 3D Il·lustració 55. Croquis de la part del seient del redisseny pel modelatge 3D Il·lustració 56. Croquis del perfil de la part del seient del redisseny pel modelatge 3D Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 54 Els cilindre de fixació o pern que serveix de fixació del la suspensió posterior, s’ha fet seguint el mateix procediment que en el xassís original. Quant a la placa que conté el pern o cilindre de fixació del grup motor, s’ha fet en un document a part. La peça o component en qüestió ha quedat de la següent manera: Il·lustració 57. Vista isomètrica de la placa de subjecció del grup motor del redisseny Il·lustració 58. Vista perfil dret de la placa de subjecció del grup motor del redisseny Il·lustració 59. Vista planta de la placa de subjecció del grup motor del redisseny Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 55 S’ha afegit el color o la tonalitat vermellosa característica dels Vespino GL i s’ha ajuntat la placa de subjecció amb “la part general del xassís” mitjançant l’opció d’ensamblatge. De manera que el disseny o modelatge 3D del redisseny del Vespino GL és el següent: Il·lustració 60. Vista alçat del modelatge 3D del redisseny Il·lustració 61. Vista planta del modelatge 3D del redisseny Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 56 Algunes de les característiques proporcionades pel software de dibuix o modaltge 3D Solidworks són les següents: Il·lustració 62. Vista perfil dret del modelatge 3D del redisseny Il·lustració 63. Propietats donades per Solidworks del modelatge 3D del redisseny Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 63 17. Resultats del càlcul d’esforç i deformacions en Ansys A continuació es mostra els resultats obtinguts amb el programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits Ansys del redisseny, sota el criteri de forces i fixacions esmentat en el punt anterior i per els diferents materials a estudiar: 17.1. Resultats amb acer Total deformation (desplaçament total) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució total dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura: Il·lustració 70. Resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb acer Il·lustració 71. Detall dels resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb acer Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 64 Directional deformation (desplaçaments en una direcció concreta) - Eix y: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades Y: Il·lustració 72. Resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys amb acer Il·lustració 73. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys amb acer Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 65 - Eix x: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades X: Il·lustració 74. Resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys amb acer Il·lustració 75. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys amb acer Il·lustració 76. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys amb acer Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 66 Equivalent Stress Von-Misses (càrregues de Von Misses) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels esforços de Von Misses (en MPa) que pateix o està sotmesa la estructura: Il·lustració 77. Resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb acer Il·lustració 78. Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb acer Il·lustració 79. Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb acer Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 67 Els resultats obtinguts en els diferents anàlisis mostrats anteriorment són els següents: Pel que fa als desplaçaments totals de l’estructura: El punt o node que es deformarà més en totes les direccions de l’espai; tal i com es pot veure en les il·lustracions 70 i 71, està ubicat l’extrem posterior de la part del seient del pilot, amb un valor de 1’25mm. Cosa que sembla lògica, degut a que en el redisseny hi ha doble suspensió trassera (1 en cada banda del seient) i per tant la màxima deformació ens apareix en la part més allunyada del punt on es fixen les 2 suspensions trasseres en la part del seient del pilot. Per altre banda, el punt o node que menys es deformarà en totes les direccions de l’espai; està ubicat en l’element o node que correspon al punt on s’ajunta el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera esquerra i la part del seient del pilot, té un valor de 0mm. Aquest punt o node on es té la mínima deformació total en l’espai, està ubicat en una de les 2 fixacions considerades de l’estructura. Pel que fa als desplaçaments direccionals de l’estructura: Les zones o elements que més i menys es deformaran direccionalment en la direcció de l’eix de coordenades Y, tal i com es pot veure en les il·lustracions 72 i 73, són en la part posterior intermitja del seient del pilot i la part anterior del xassís (pipa de direcció fins més o menys la meitat del “cos del xassís) amb un valor de 1’25 mm i 0’002 mm, respectivament (aquests elements esmentats el programa per defecte ens ho marca o indica el màxim com a mínim i viceversa). Tal i com es pot apreciar, pel que fa a les deformacions en l’eix de coordenades Y la meitat posterior del seient és la que més es deformarà mentres que la part anterior de tota l’estructura és la que menys. Les zones o elements que més i menys es deformaran direccionalment en la direcció de l’eix de coordenades X, tal i com es pot veure de les il·lustracions 74 a 76, són o estan ubicats en l’element o node de l’extrem posterior superior i inferior de la part del seient del pilot amb un valor de 0,053 mm (el programa per defecte ens ho marca com a mínim) i la franja d’elements de color verd clar amb un valor d’entre 0’005 mm i 0’006 mm, respectivament. Aquí es pot apreciar que el canvi fet de 2 suspensions trasseres enlloc de 1, a simple vista no ens aporta una millora de la rigidesa de l’estructura en l’eix de coordenades X. Pel que fa a la distribució d’esforç de Von Misses que pateix o està sotmesa l’estructura: En línies generals, l’estructura té un comportament força uniforme en tota la seva superfície. El màxim valor d’esforç es troba situat en un dels nodes entre la part del seient i el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera de la banda esquerra, concretament té un valor de 495’49 MPa i es pot veure de les il·lustracions 77 a 79. Tot i ser un valor força elevat en comparació amb els que hi ha en altres elements i nodes de l’estructura, ni comporta un perill ni es probable que es produeixi Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 68 una falla catastròfica ni que s’entri en règim plàstic; sempre que el material tingui un límit elàstic superior de 496 MPa. Es pot considerar com un artefacte matemàtic, que apareix o pot ser degut a un mal ajust entre el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera i la part del seient. En canvi, el mínim valor d’esforç es troba situat en la part interior de la pipa de direcció i té un valor d’aproximadament 0 MPa com es pot veure en la il·lustració 77. Això ens diu o indica que sota el criteri de càrregues i fixacions considerades, en cap cas s’experimentarà un esforç el suficientment gran com per produir una fallada catastròfica en la zona de la pipa de direcció. En línies generals, en cap punt/node i ni en cap element/zona de la estructura es pot apreciar ni una deformació ni un esforç que ens hagi de fer preocupar per la resistència i la rigidesa de l’estructura a excepció de l’artefacte matemàtic. De manera que es pot afirmar que sota el criteri de càrregues i fixacions considerat no es produirà en cap cas una falla catastròfica de l’estructura (almenys durant la seva vida útil). Això és així ja que no hi ha cap valor de deformació ni cap valor d’esforç que ens faci pensar que l’estructura passi de treballar de règim elàstic a plàstic. Sempre que s’utilitzi un acer amb un límit elàstic superior de 496 MPa. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 69 17.2. Resultats amb fibra de carboni Total deformation (desplaçament total) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució total dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura: Il·lustració 80. Resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb fibra de carboni Il·lustració 81. Detall dels resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb fibra de carboni Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 70 Directional deformation (desplaçament en una direcció concreta) - Eix y: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades Y: Il·lustració 82. Resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Il·lustració 83. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 71 - Eix x: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades X: Il·lustració 84. Resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Il·lustració 85. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 72 Equivalent Stress Von-Misses (càrregues de Von Misses) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels esforços de Von Mises (en MPa) que pateix o està sotmesa la estructura: Il·lustració 86. Resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Il·lustració 87. Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Il·lustració 88. Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb fibra de carboni Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 79 Els resultats obtinguts en els diferents anàlisis mostrats anteriorment són els següents: Pel que fa als desplaçaments totals de l’estructura: El punt o node que es deformarà més en totes les direccions de l’espai; tal i com es pot veure de la il·lustració 89 a 91, està ubicat l’extrem posterior de la part del seint del pilot, amb un valor de 2’612mm. Cosa que sembla lògica, degut a que en el redisseny hi ha doble suspensió trassera (1 en cada banda del seient) i per tant la màxima deformació ens apareix en la part més allunyada del punt on es fixen les 2 suspensions trasseres en la part del seient del pilot. Per altre banda, el punt o node que menys es deformarà en totes les direccions de l’espai; tal i com es pot veure en la il·lustració 106 està ubicat en l’element o node que correspon al punt on s’ajunta el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera dreta i la part del seient del pilot, té un valor de 0mm. Aquest punt o node on es té la mínima deformació total en l’espai, està ubicat en una de les 2 fixacions considerades de l’estructura. Pel que fa als desplaçaments direccionals de l’estructura: Les zones o elements que més i menys es deformaran direccionalment en la direcció de l’eix de coordenades Y, tal i com es pot veure de la il·lustració 92 a 94, són en la part posterior del seient del pilot i en la part anterior del cos del xassís (pipa de direcció fins més o menys la meitat del “cos del xassís”) amb un valor de 2’61 mm i 0’004 mm, respectivament (aquests elements esmentats el programa per defecte ens ho marca o indica el màxim com a mínim i viceversa). Tal i com es pot apreciar, pel que fa a les deformacions en l’eix de coordenades Y la zona o elements ubicats en la part posterior de tota l’estructura (progressivament fins l’extrem posterior del seient) és la que més es deformarà mentres que la part que es deformarà menys és des de la meitat fins la part anterior de tota la estructura (pipa de direcció). Les zones o elements que més i menys es deformaran direccionalment en la direcció de l’eix de coordenades X, tal i com es pot veure de la il·lustració 95 a 97, són o estan ubicats en l’element o node de l’extrem posterior inferior i superior de la part del seient del pilot amb un valor de 0’11mm i els elements dins la franja de color verd clar amb uns valors d’entre 0’011 mm i 0’013mm, respectivament. Aquí es pot apreciar que el canvi fet de 2 suspensions trasseres enlloc de 1, a simple vista no ens aporta una millora de la rigidesa de l’estructura en l’eix de coordenades X. Pel que fa a la distribució d’esforç de Von Misses que pateix o està sotmesa l’estructura: En línies generals, l’estructura té un comportament uniforme en tota la seva superfície. El màxim valor d’esforç es troba situat en un dels nodes entre la part del seient i el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera de la banda esquerra, concretment té un valor de 475’8 MPa i es pot veure de la il·lustració 98 a 100. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 80 Tot i ser un valor força elevat en comparació amb els que hi ha en altres elements i nodes de l’estructura, ni comporta un perill ni es probable que es produeixi una falla catastròfica ni que s’entri en règim plàstic; sempre que s’utilitzi un material amb límit elàstic superior de 475’8 MPa. Es pot considerar com un artefacte matemàtic, que apareix o pot ser degut a un mal ajust entre el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera i la part del seient. En canvi, el mínim valor d’esforç es troba situat en la part exterior anterior de la pipa de direcció i té un valor d’aproximadament 0 MPa tal i com es pot veure en la il·lustració 99. Això ens diu o indica que sota el criteri de càrregues i fixacions considerades, en cap cas s’experimentarà un esforç el suficientment gran com per produir una fallada catastròfica en la zona de la pipa de direcció. En línies generals, en cap punt/node i ni en cap element/zona de la estructura es pot apreciar ni una deformació ni un esforç que ens hagi de fer preocupar per la resistència i la rigidesa de l’estructura a excepció de l’artefacte matemàtic. De manera que es pot afirmar que sota el criteri de càrregues i fixacions considerat no es produirà en cap cas una falla catastròfica de l’estructura (almenys durant la seva vida útil). Això és així ja que no hi ha cap valor de deformació ni cap valor d’esforç que ens faci pensar que l’estructura passi de treballar de règim elàstic a plàstic. Sempre que s’utilitzi una aleació de titani amb límit elàstic superior de 475’8 MPa. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 81 17.4. Resultats amb aleació d’alumini Total deformation (desplaçament total) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució total dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura: Il·lustració 101. Resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Il·lustració 102. Detall dels resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Il·lustració 103. Detall dels resultats dels desplaçaments totals obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 82 Directional deformation (desplaçament en una direcció concreta) - Eix y: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades Y: Il·lustració 104. Resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Il·lustració 105. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Il·lustració 106. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en y obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 83 - Eix x: En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels desplaçaments (en mm) que pateix la estructura en la direcció de l’eix de coordenades X: Il·lustració 107. Resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Il·lustració 108. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Il·lustració 109. Detall dels resultats dels desplaçaments direccionals en x obtinguts amb ansy amb aleació d’alumini Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 84 Equivalent Stress Von-Misses (càrregues de Von Misses) En les il·lustracions següents se’ns mostra o es pot veure la distribució dels esforços de Von Misses (en MPa) que pateix o està sotmesa la estructura: Il·lustració 110. Resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb aleació d’alumini Il·lustració 111. Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb aleació d’alumini Il·lustració 112. Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys amb aleació d’alumini Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 85 Els resultats obtinguts en els diferents anàlisis mostrats anteriorment són els següents: Pel que fa als desplaçaments totals de l’estructura: El punt o node que es deformarà més en totes les direccions de l’espai; tal i com es pot veure de la il·lustració 101 a 103, està ubicat l’extrem posterior de la part del seint del pilot, amb un valor de 3’5274mm. Cosa que sembla lògica, degut a que en el redisseny hi ha doble suspensió trassera (1 en cada banda del seient) i per tant la màxima deformació ens apareix en la part més allunyada del punt on es fixen les 2 suspensions trasseres en la part del seient del pilot. Per altre banda, el punt o node que menys es deformarà en totes les direccions de l’espai; està ubicat en l’element o node que correspon al punt on s’ajunta el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera esquerra i la part del seient del pilot, té un valor de 0mm. Aquest punt o node on es té la mínima deformació total en l’espai, està ubicat en una de les 2 fixacions considerades de l’estructura. Pel que fa als desplaçaments direccionals de l’estructura: Les zones o elements que més i menys es deformaran direccionalment en la direcció de l’eix de coordenades Y, tal i com es pot veure de la il·lustració 104 a 106, són la part posterior del seient del pilot amb un valor de 3,52 mmi la part anterior del xassís (pipa de direcció fins més o menys la meitat del “cos del xassís) amb un valor de 0’006 mm, respectivament (aquests elements esmentats el programa per defecte ens ho marca o indica el màxim com a mínim i viceversa). Tal i com es pot apreciar, pel que fa a les deformacions en l’eix de coordenades Y la part posterior de tota l’estructura (part final del seient) és la que més es deformarà i la meitat anterior de tota la estructura és la que menys. Les zones o elements que més i menys es deformaran direccionalment en la direcció de l’eix de coordenades X, tal i com es pot veure de la il·lustració 107 a 109, són o estan ubicats en l’element o node de l’extrem posterior inferior i superior de la part del seient del pilot amb un valor de 0,15mm i els elements dins la franja de color verd clar amb un valor d’entre 0’015 mm i 0’017 mm, respectivament. Aquí es pot apreciar que el canvi fet de 2 suspensions trasseres enlloc de 1, a sinple vista no ens aporta una millora de la rigidesa de l’estructura en l’eix de coordenades X. Pel que fa a la distribució d’esforç de Von Misses que pateix o està sotmesa l’estructura: En línies generals, l’estructura té un comportament força uniforme en tota la seva superfície. El màxim valor d’esforç es troba situat en un dels nodes entre la part del seient i el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera de la banda esquerra, concretment té un valor de 486’23 MPa i es pot veure de la il·lustració 110 a 112. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 86 Tot i ser un valor força elevat en comparació amb els que hi ha en altres elements i nodes de l’estructura, ni comporta un perill ni es probable que es produeixi una falla catastròfica ni que s’entri en règim plàstic; sempre que s’utilitzi un material amb límit elàstic superior de 487MPa. Es pot considerar com un artefacte matemàtic; que apareix o pot ser degut a un mal ajust entre el pern o cilindre de fixació de la suspensió trassera i la part del seient. En canvi, el mínim valor d’esforç es troba situat en la part exterior de la pipa de direcció i té un valor d’aproximadament 0 MPa tal i com es pot veure en la il·lustració 111. Això ens diu o indica que sota el criteri de càrregues i fixacions considerades, en cap cas s’experimentarà un esforç el suficientment gran com per produir una fallada catastròfica en la zona de la pipa de direcció. En línies generals, en cap punt/node i ni en cap element/zona de la estructura es pot apreciar ni una deformació ni un esforç que ens hagi de fer preocupar per la resistència i la rigidesa de l’estructura a excepció de l’artefacte matemàtic. De manera que es pot afirmar que sota el criteri de càrregues i fixacions considerat no es produirà en cap cas una falla catastròfica de l’estructura (almenys durant la seva vida útil). Això és així ja que no hi ha cap valor de deformació ni cap valor d’esforç que ens faci pensar que l’estructura passi de treballar de règim elàstic a plàstic. Sempre que s’utilitzi una aleació d’alumini amb límit elàstic superior de 487 MPa. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 87 18. Comparativa dels resultats obtinguts amb Ansys dels 2 xassís Abans de comparar els resultats obtinguts del xassís original i del redisseny mitjançant el programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits Ansys és necessari escollir quin dels material dels estudiats és el més adequat, seguint sobretot criteris tècnics i, en última instància, criteris econòmics. Tal i com s’ha esmentat anteriorment, ens interessa un material amb bones propietats mecàniques, a poder ser baixa densitat i un límit elàstic el més elevat possible. Tot i que no s’ha esmentat anteriorment, ja que no s’ha aconseguit definir correctament els diferents cordons de soldadura, les diferents parts tant del xassís com del redisseny estan ajuntades entre elles ja sigiui per elements mecànics o bé mitjançant un cordó de soldadura. Per tant, el material escollit per a fer el redisseny haurà de ser un que no presenti masses problemes a l’hora de soldar, a més de tenir les característiques esmentades en els dos anteriors paràgrafs. Sota aquests criteris, dels 3 material estudiats, diferents del que està fabricat el original, es descarta la fibra de carboni. Això es degut a que és el material que es coneix menys, hi ha disponibles menors informacions sobre les seves característiques mecàniques en comparació els materials tradicionals, a més, i molt especialment el seu elevat cost de mercat i difcultat i elevat preu de manufactura. De manera que el redisseny es farà o bé d’aleació d’aluminni o d’aleació de titani. L’aleació de titani malgrat tenir les millors propietats mecàniques dels diferents materials estudiats, té elevat preu de mercat i requereix ser curós a l’hora de soldar per tal que no perdi propietats; fet que ha comportar decidir que tampoc serà d’aleació de titani. Material Massa [Kg] Directional Deformation Y [mm] Directional Deformation X [mm] Equivalent Stress Von Misses [Mpa] Màxim Mínim Mitjana Màxim Mínim Mitjana Màxim Mínim Mitjana Structural Steel 5,48 -1,25 0,00 -0,16 -0,05 0,01 0,00 495,49 0,00 11,33 Carbon Fiber 1,26 -1,47 0,01 -0,55 -0,37 -0,01 0,06 568,21 0,00 12,71 Titanium Alloy 3,23 -2,61 0,00 -0,34 -0,11 0,01 0,01 475,80 0,00 11,26 Aluminium Alloy 1,93 -3,53 0,01 -0,45 -0,15 0,02 0,01 486,23 0,00 11,30 Taula 11. Recopilació dels resultats obtinguts amb Ansys del Redisseny amb els diferents materials probats Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 88 Per tant, el material escollit per el redisseny és una aleació d’alumini. El programa Ansys ens indica que el xassís té una massa de 1’93 Kg. Un exemple concret d’aleació d’alumini que ens pot servir pel Redisseny, segons les nostres necessitats, seria el 7050-T7651: Ara es procedirà a comprar els resultats obtinguts amb el programa Ansys, del xassís original i el redisseny fet amb aleació d’alumini. Pel que respecte al pes i la densitat del material, en el redisseny s’ha aconseguit una reducció important de massa en comparació amb l’original (xassís original fet d’acer i el redisseny d’aleació d’alumini). En quant als desplaçaments que patirà l’estructura, malgrat afegir una suspensió trasera de més i d’afegir “la millora del maleter” en la part del seient, els valors obtinguts no aconsegueixen millorar els resultats del xassís original. Pel que fa a desplaçaments en la direcció vertical (eix de coordenades Y) el canvi de la part del seient del redisseny ha provocat que ens aparegui un desplaçament i per tant una deformació en la part Xassís Massa [Kg] Directional Deformation Y [mm] Directional Deformation X [mm] Equivalent Stress Von Misses [Mpa] Màxim Mínim Mitjana Màxim Mínim Mitjana Màxim Mínim Mitjana Original 6,28 -0,20 0,01 -0,02 -0,02 0,00 0,00 64,39 0,00 4,07 Redisseny 1,93 -3,53 0,01 -0,45 -0,15 0,02 0,01 486,23 0,00 11,30 Taula 12. Recopilació dels resultats obtinguts amb Ansys del xassís original i el redisseny Il·lustració 113. Propietats aleació d’alumini 7050-T7651 Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 95 - Beer, F.; Johnston, E.; Muzarek, D.; Eisenberg, E. Mecánica vectorial para ingenieros, Estática. 9a Edició. México D.F. : McGraw-Hill/Interamericana Editores S.A. , 2010. 9786071502773 - Roberto Zamarbide. El ingeniero salmantino que invento la Vespino [en linia]. Salamanca: Grupo Promotor Salmantino S.A., 2021. Disponible a: <https://www.lagacetadesalamanca.es/salamanca/el-ingeniero-salmantino-queinvento-la-vespinoJD9713913?ref=https%3A%2F%2Fwww.lagacetadesalamanca.es%2Fsalamanca%2Felingeniero-salmantino-que-invento-la-vespino-JD9713913> - Ester Corredera. Emotivo homenaje de los vespineros y de San Felices de los Gallegos a Vicente Carranza [en linia]. Salamanca: Diario de Salamanca S.L., 2023. Disponible a: <https://salamancartvaldia.es/noticia/2023-06-10-emotivo-homenaje-de-losvespineros-y-de-san-felices-de-los-gallegos-a-vicente-carranza-323953> - Unidad 13 Aleaciones para ingenieria [en linia]. València: UPV Curso de Fundamentos de Ciencia de Materiales. Disponible a: <https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm13/fcm13_4.html> - Real Decreto 2822/1998, de 23 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento general de vehículos. [en linia]. Disponible a: <https://www.boe.es/buscar/doc.php?id=BOE-A-1999-1826> - William D. Callister. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. 2a Edició. México D.F. : Limusa Wiley, 2009. 9786075000251. - Serope Kalpakjian, Steven R. Schimd. Manufactura, ingeniería y tecnologia. 5a Edició. México: Pearson Educación, 2008. 9789702610267. - Wolfram Research, Inc. Wolfram|Alpha, computational intelligence [en línia]. Estats Units: Wolfram Research Inc. Disponible a: <https://www.wolframalpha.com> - Juan Carlos Lopez. Fibra de carbono: qué es y por qué es tan atractiva para la electrónica de consumo como para la aeronàutica o la automoción [en línia]. Madrid: Webedia Spain, 2019. Disponible a: <https://www.xataka.com/investigacion/fibracarbono-que-que-atractiva-para-electronica-consumo-como-para-aeronauticaautomocion#:~:text=La%20fibra%20de%20carbono%20de,es%20un%20valor%20muy %20alto> - Javier Costas. La fibra de carbono será pronto una alternativa raonable al aluminio y el acero [en línia]. Ceptual Media: 2014. Disponible a: <https://www.motorpasion.com/tecnologia/la-fibra-de-carbono-sera-pronto-unaalternativa-razonable-al-aluminio-y-elacero#:~:text=Actualmente%20la%20media%20de%20precio,resto%20a%20mano%20 de%20obra> Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 96 22. Definicions paraules tècniques - Forquilla telescòpica = tipus de suspensió de motocicleta on bàsicament les molles i els amortidors estan allotjats a l’interior de tubs. - Rigidesa de l’estructura = és una propietat dels diferents elements estructurals d’oposar-se a la deformació (soportar càrregues o forces sense desplaçar-se o deformar-se). - Basculant = un dels elements que forma la suspensió trasera, és la peça que connecta la roda trasera amb l’estructura del xassís i fixa horitzontalment la roda. - Pes en buit del vehicle = massa total del vehicle amb tots els seus components i mecanismes i amb el dipòsit ple. - Ciclomotor = vehicle de dos rodes amb un motor de cilindrada no superior a 50 cc i amb una velocitat màxima per construcció no superior a 45 km/h. - Moto = vehicle de dos rodes amb un motor de cilindrada superior de 50 cc i amb una velocitat màxima per construcció superior de 45 km/h. - Aleació lleugera = aleació que té com a material principal l’alumini. - GIMP = aplicació o programa de creació, edición i retoc d’imatges en pixels fixes o animats. - Solidworks = aplicació o programa de modelatge i disseny CAD 3D. - Ansys = aplicació o programa de simulació CAE d’anàlisi i simulacions per elements finits - Idealitzar model = establir un seguit dhipòtesis o condicions en un model científic, per tal de simplificar-lo. Alguns d’aquests principis poden ser no 100% reals o acurats amb la realitat. Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 97 23. Annexes Annex A: Càlcul Ansys sobredimensionat o exajerat Annex B: Esbosos i càlculs a a mà Annex C: Catàleg de peces de recambi Vespino GL Annex D: Plànols Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 98 23.1. Annex A: Càlculs Ansys sobredimensionats o exajerats Els càlculs d’Ansys que es mostren a continuació s’han fet seguint la mateixa metodologia que aquells realitzats en la memòria del treball. Les úniques diferències que hi ha és l’exajeració o sobredimensionament del valor de les forces aplicades, una distribució de les càrregues en zones diferents i un major valor de factor de seguretat. 23.1.1. Xassís original (acer estructural) Un cop importada la geometria, el mallat realitzat en Ansys és el següent: Una representació o imatge “global” dels suports i càrregues considerades seria: Ubicació suports i forces considerades Mallat obtingut xassís original Vespino GL Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 99 A continuació es motren els resultats obtinguts amb Ansys del càlcul sobredimensionat o exajerat del xassís original fet d’acer estructural, sota el criteri de càrregues i fixacions mostrat. Directional deformation (desplaçament en una direcció concreta) - Eix y: En les il·lustracions següents es pot veure la distribució del desplaçament (en mm) que pateix l’estructura en la direcció de l’eix de coordenades Y: Resultats dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts amb ansys Detall dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 100 - Eix x: En les il·lustracions següents es pot veure la distribució del desplaçament (en mm) que pateix l’estructura en la direcció de l’eix de coordenades X: Resultats dels desplaçaments direccionals en X obtinguts amb ansys Detall dels desplaçaments direccionals en X obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 101 Equivalent Stress Von-Misses (càrregues de Von Misses) En les il·lustracions següents es pot veure la distribució dels esforços de Von Misses (en MPa) que pateix o està sotmesa la estructura: Resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 102 23.1.2. Redisseny d’acer estructural Un cop importada la geometria, el mallat realitzat en Ansys és el següent: Una representació o imatge “global” dels suports i càrregues considerades seria: Mallat obtingut del redisseny Ubicació suports i forces considerades Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 103 A continuació es motren els resultats obtinguts amb Ansys del càlcul sobredimensionat o exajerat del redisseny fet d’acer estructural, sota el criteri de càrregues i fixacions mostrat. Directional deformation (desplaçament en una direcció concreta) - Eix y: En les il·lustracions següents es pot veure la distribució del desplaçament (en mm) que pateix l’estructura en la direcció de l’eix de coordenades Y: Resultats dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts amb ansys Detall dels desplaçaments direccionals en Y obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 104 - Eix x: En les il·lustracions següents es pot veure la distribució del desplaçament (en mm) que pateix l’estructura en la direcció de l’eix de coordenades X: Resultats dels desplaçaments direccionals en X obtinguts amb ansys Detall dels desplaçaments direccionals en X obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 111 Equivalent Stress Von-Misses (càrregues de Von Misses) En les il·lustracions següents es pot veure la distribució dels esforços de Von Misses (en MPa) que pateix o està sotmesa la estructura: Resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys Detall dels resultats dels esforç de Von Misses obtinguts amb ansys Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 112 23.2. Annex B: Esbossos i Càlculs a mà 23.2.1. Esbossos Prèviament a l’obtenció o presa de mesures, del xassís original del Vespino GL, s’han realitzat uns esbossos orientatius amb l’objectiu de facilitar, entendre i identificar l’estructura principal del Vespino. Esbòs del xassís original del Vespino GL Esbòs de la placa de subjecció del grup motor Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 113 23.2.2. Càlculs a mà La distribució de càrregues o sol·licitacions mecàniques del cas d’estudi que s’ha considerat té el següent esquema o DSL (Diagrama del Solid Lliure) general o de tot el conjunt del xassís original: Del qual obtenim les següents equacions d’equilibri: ∑ 9: = 0 à +<= +<> − ( 145 × 9581 ) = 0 à +<= +<> =1422545%< ∑ B!. 5. = 0 à −<= × 05799 +<> × 05331 − ( 90 × 9581 ) × 0,101 = 0 à à −<= × 05799 +<> × 05331 =895173%< · " Solucionant el sistema d’equacions obtingut: <> =108457%< <= =337575%< Aquesta estructura es pot considerar com un entramat o màquina ja que almenys un dels seus membres és multi força. Per tant, no es podrà resoldre correctament tant sols aplicant DSL (Diagrama del Sòlid Lliure) de tot el conjunt i condicions d’equilibri, que és el mètode utilitzat de resolució per a estructures simples. El que s’haurà de fer és aïllar cada component amb el seu respectiu DSL, i aplicar llavors condicions d’equilibri i el principi d’acció-reacció. DSL general o de tot el conjunt idealitzat Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 114 Pel que fa al DSL del conjunt, és de vital importància ubicar correctament el centre de gravetat de tot el conjunt a més de formular correctament les reaccions en les diferents articulacions. Quant al DSL de cada component, és també de vital importància ubicar correctament els diferents centres de gravetat per poder aplicar-hi el seu pes, a més de respectar el principi d’acció-reacció i formular correctament les reaccions en les diferents articulacions. El fet d’haver treballat amb elements idealitzats ens facilitarà a l’hora de calcular, però no ens donaran resultats concloents, tant sols orientatius. Ara aïllem cada membre i realitzem el seu respectiu DSL, apliquem condicions d’equilibri i el principi d’acció-reacció: Roda davantera: ∑ 9: = 0 à +<> +E: − ( 2′75 × 9581 ) = 0 à à E: = −1084′7%< % Grup motor: ∑ 9: = 0 à +G> ×sin(72º) − E:5− ( 20525 ×%9581 ) +=: = 0 à à +=: +G> ×sin(72º) = 12565374%< ∑ 9( = 0 à −G> ×cos ( 72º ) + E(5−=( = 0 à −E( −G> ×cos ( 72º ) −=( = 0 DSL de la roda davantera idealitzada DSL del grup motor idealitzat Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 115 Suspensió trasera: ∑ 9: = 0 à −G>5×sin ( 72º ) +9O ×cos%(72º) − (3 ×%9581) = 0 à à +%G> ×sin(72º) + 9O% ×%cos(72ª) = 29543%< Roda davantera: ∑ 9: = 0 à +9Q ×sin ( 72º ) +<= − (2′75 ×%9581) = 0 à à +%9Q ×sin(72º) + 337575% − 26′977% = 0 à à 9Q =%−3265766%< Suspensió davantera: ∑ 9: = 0 à −9Q′ × sin ( 72º ) +G= ×cos%(72º) − (8 ×%9581) = 0 à à +%9Q ×sin(72º) + %G= ×cos%(72º)%− 78578%<% = 0 à à G= = %409′284%< DSL de la suspensió trasera idealitzada DSL de la roda trasera idealitzada DSL de la suspensió davantera idealitzada Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 116 Placa inferior: ∑ 9: = 0 à +9R ×sin ( 72º ) −G=′ × sin%(72º) − (1′25 ×%9581) = 0 à à +%9R ×sin(72º) + %G= ×sin%(72º)%− 125262%<% = 0 à à 9R =%−396′391%< Cos xassís: ∑ 9: = 0% à − ( 17 × 9581 ) − =:5− ( 90 × 9,81 ) − 9O5×sin ( 72 ) −9R′ × sin ( 72 ) = 0 à à +=: +9O ×sin(72) − 1049,67 −376,99 = 0 à +=: +9O ×sin(72) = 1426,66%< ∑ 9( = 0 à +=(5+ 9O5×cos ( 72 ) − 9R5×cos ( 72 ) = 0 à à −=( −9O ×cos ( 72 ) = +122,49%< ∑ B67 = %0 à +=(5× 0,238 − =:5× 0,466 −166,77 × 0,483 −882,9 × 0,678 + 9O5× cos ( 72 ) × 0,038 − 9O5×sin ( 72 ) × 0,723 = 0 à à −0,238=( + 0,466=: −679,156 − 0,0389O ×cos ( 72 ) + 0,7239O ×sin ( 72 ) = 0 DSL de la placa inferior de la pipa de direcció idealitzada DSL del cos del xassís idealitzat Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 117 Solucionant o més ben dit aïllant en les equacions obtingudes: =: =%+1426,66 −9O ×sin(72) i =( =%−122,491 −9O ×cos(72) +29,152 + 0,2389O ×cos ( 72 ) +644,823 − 0,4669O ×sin ( 72 ) − 0,00389O ×cos ( 72 ) + 0,723 ×sin ( 72 ) =679,156 à à +693,975 + 0,3039O =679,156 à 9O =%−48,907%< Per tant: =: =1473,173%< I =( = −107,384%< Si solucionem ara el sistema d’equacions restant, que és el de la suspensió trassera: −29,43 +G> ×sin ( 72 ) +9O ×sin ( 72 ) = 0 à −29,43 +G> ×sin ( 72 ) −46,513 = 0 à à G> =%+79,851%< Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 118 La distribució de càrregues o sol·licitacions mecàniques del cas d’estudi que s’ha considerat té el següent esquema o DSL (Diagrama del Solid Lliure) general o de tot el conjunt del redisseny: Del qual obtenim les següents equacions d’equilibri: ∑ 9: = 0 à +<= +<> − ( 146,53 × 9581 ) = 0 à +<= +<> =1437546%< ∑ B!. 5. = 0 à −<= × 0582 +<> × 0531 − ( 90 × 9581 ) × %0,105 = 0 à à −<= × 0582 +<> × 0531 =925704%< · " Solucionant el sistema d’equacions obtingut: <> =1125,15%%< <= = %312,31%<% Aquesta estructura es pot considerar com un entramat o màquina, ja que almenys un dels seus membres és multi força. Per tant, no es podrà resoldre correctament tant sols aplicant DSL (Diagrama del Sòlid Lliure) de tot el conjunt i condicions d’equilibri, que és el mètode utilitzat de resolució per a estructures simples. El que s’haurà de fer és aïllar cada component amb el seu respectiu DSL, i aplicar llavors condicions d’equilibri i el principi d’acció-reacció. Pel que fa al DSL del conjunt, és de vital importància ubicar correctament el centre de gravetat de tot el conjunt a més de formular correctament les reaccions en les diferents articulacions. DSL general o de tot el conjunt idealitzat Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 119 En quant al DSL de cada component; és de vital importància ubicar correctament els diferents centres de gravetat per poder aplicar-hi el seu pes, a més de respectar el principi d’acció-reacció i formular correctament les reaccions en les diferents articulacions. El fet d’haver treballat amb elements idealitzats, ens facilitarà a l’hora de calcular però no ens donaran resultats concloents, tant sols orientatius. Ara Aïllem cada membre i realitzem el seu respectiu DSL, apliquem condicions d’equilibri i el principi d’acció-reacció: Roda davantera: ∑ 9: = 0 à +<> +E: − ( 2′75 × 9581 ) = 0 à à E: = −1098′17%< Grup motor: ∑ 9: = 0 à +G> ×sin ( 66º ) − E:5− ( 20525 ×%9581 ) %+ =: = 0 à à +=: +G> ×sin(66º) = 1296582%< ∑ 9( = 0 à −G> ×cos ( 66º ) + E(5−=( = 0 à −E( −G> ×cos ( 66º ) −=( = 0 DSL de la roda davantera idealitzada DSL del grup motor idealitzat Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 120 Suspensió trasera: ∑ 9: = 0 à −G>5×sin ( 66º ) +9O ×cos%(66º) − (6 ×%9581) = 0 à à +%G> ×sin(66º) + 9O% ×%cos(66ª) = 58586%< (valor calculat per les dues suspensions, cada una fa la meitat d’aquest valor) Roda davantera: ∑ 9: = 0 à +9Q ×sin ( 64º ) +<= − (2′75 ×%9581) = 0 à à +%9Q ×sin(64º) + 312531% − 26′977% = 0 à à 9Q =%−317546%< Suspensió davantera: ∑ 9: = 0 à −9Q′ × sin ( 64º ) +G= ×cos%(64º) − (8 ×%9581) = 0 à à +%9Q ×sin(64º) + %G= ×cos%(64º)%− 78578%<% = 0 à à G= = %404′77%< DSL de la suspensió trasera idealitzada DSL de la roda trasera idealitzada DSL de la suspensió davantera idealitzada !"#$%&'()*++("&,&-*++*)&,&('%".*!#(/%" Redisseny del xassís d’un ciclomotor dels anys 80 contemplant nous tipus d’acers 128 23.4. Annex D: Plànols  O 1 P AA BB CC DD EE FF 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 MAERIAL: LO: N. DE DIBJO ESCALA:1:5 HOJA 1 DE 3 A3 A E PESO: P, A  6'28 K 40,00 379,17 39,00 103,00 5,00 431,53 R128,59 189,72 149,40 R104,02 147,00 419,33 386,81 R10,00 272,30 40,44 10,00 475,47 27,00 49,00 10,90 Pdc SOLIDWORKS Edcaa. S aa  e a eeaa. 71,57 67,71 69,44  O 2 P AA BB CC DD EE FF 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 MAERIAL: LO: N. DE DIBJO ECALA:1:5 HOJA 2 DE 3 A3 A E PEO: 6'28 K B A 10,00 257,03 10,00 30,00 200,43 MM D A ECALA 1 : 2.5 221,00 120,59 6,27 70,80 60,95 IA B ECALA 1 : 1 66,52 ECCI M-M ECALA 1 : 1 2,00 R13,70 35,20 21,60 Pdc SOLIDWORKS Edcaa. S aa  e a eeaa. HOJA 3 DE 3 A E AA BB CC DD EE FF 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 MAERIAL: LO: N. DE DIBJO  O 3 ESCALA:1:2 A3    PESO: P S 0'42 K 131,64 38,60 37,50 27,12 10,00 99,05 R148,73 6,50 46,31 103,00 53,00 5,00 R15,70 21,60 2,00 Pdc SOLIDWORKS Edcaa. S aa  e a eeaa.  P A 'A AA BB CC DD EE FF 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 MAERIAL: LO: N. DE DIBJO ECALA:1:5 HOJA 1 DE 3 A3 PEO:  R1 P, A 1'93 K 39,08 116,00 38,91 10,00 135,00 R76,98 198,22 240,00 413,36 299,78 41,64 464,52 C CB B ECCI B-B ECALA 1 : 2 16 30,00 20,00 10,70 R42,40 372,02 23,00 ECCI C-C ECALA 1 : 1 10,04 10,00 10,00 2,01 Pdc SOLIDWORKS Edcaa. S aa  e a eeaa. 65 70 64 117,03 30,00 P A 'A AA BB CC DD EE FF 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 MAERIAL: LO: N. DE DIBJO ECALA:1:5 HOJA 2 DE 3 A3 PEO:  R 2 1'93 K DEALL A ECALA 2 : 5 70,80 123,58 221,00 37,75 40,71 B A 131,62 10,00 10,00 10,00 237,43 416,14 MM ECCI M-M ECALA 1 : 1 50,00 R10,00 1,30 IA B ECALA 1 : 1 66,52 Pdc SOLIDWORKS Edcaa. S aa  e a eeaa. HOJA 3 DE 3  R 3 AA BB CC DD EE FF 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 MAERIAL: A 'A N. DE DIBJO LO: ECALA:1:2 A3 G M R PEO: P  0'13 K 116,00 3,00 70,00 70,03 R86,06 10,00 70,00 62,22 1,55 4,97 13,00 4,25 63,00 70 50,00 R13,00 3,00 Pdc SOLIDWORKS Edcaa. S aa  e a eeaa.