1

Contenido

I. INTRODUCCIN............................................................................................................. 3

II. OBJETIVOS..................................................................................................................... 3

1. DIMENSIONAMIENTO DEL MARCO ............................................................................. 4

2. DISEO INICIAL ............................................................................................................. 7

3. ANLISIS DE RESISTENCIA EN EL MARCO............................................................... 9

3.1 PRIMER ESTADO DE CARGA........................................................................................ 9

3.1.1 Descripcin del problema fsico .................................................................................... 9

3.1.2 Simplificaciones ........................................................................................................... 10

3.1.3 Contactos..................................................................................................................... 10

3.1.3 Discretizacin del Continuo......................................................................................... 10

3.1.4 Anlisis de Convergencia ............................................................................................ 16

3.1.5 Visualizacin de Resultados ....................................................................................... 17

3.2 SEGUNDO ESTADO DE CARGA ................................................................................. 18

3.2.1 Discretizacin del Continuo......................................................................................... 19

3.2.3 Anlisis de Convergencia ............................................................................................ 21

4. ANLISIS DE RESULTADOS....................................................................................... 22

5. DISEO DE ARTICULACIONES.................................................................................. 24

5.1 Articulacin 1 y 2 ............................................................................................................ 24

5.2 Articulacin 2 y 3 ............................................................................................................ 26

5.3 Articulaciones del manubrio ........................................................................................... 27

6. SELECCIN DE COMPONENTES .............................................................................. 28

6.1 Frenos ............................................................................................................................. 28

6.2 Neumticos ..................................................................................................................... 29

6.3 Silln y Mangos ............................................................................................................... 30

2

6.4 Conjunto Plato - Biela .................................................................................................... 31

6.5 Cadena ........................................................................................................................... 32

6.6 Manzanas ....................................................................................................................... 33

6.7 Pedales ........................................................................................................................... 33

6.8 Manubrio y espiga ......................................................................................................... 33

7. Apartado Comercial .......................................................................................................... 34

7.1 Identidad del producto .................................................................................................... 34

7.1 Nicho de Mercado .......................................................................................................... 35

7.2 Introduccin al mercado ................................................................................................. 35

8. Bibliografa ........................................................................................................................ 37

3

I. INTRODUCCIN

Las mquinas son una invencin del hombre para hacer la vida ms sencilla. Estas han

liberado al ser humano de la aplicacin de la fuerza bruta por medio de un uso racional y

eficiente de la energa. El diseo de mquinas es una disciplina que combina conceptos de

varias ciencias para ponerlos al servicio de la creatividad del ser humano, creando

mquinas que automatizan tareas demasiado tediosas, repetitivas, difciles o peligrosas

para ser desempeadas por un ser humano. El trabajo de un ingeniero mecnico es crear

diseos que satisfagan una necesidad y sean viables econmica, ambiental y

tecnolgicamente.

Uno de los ms grandes desafos en las sociedades modernas es la organizacin de

sistemas de transporte ambientalmente amigables y eficientes para las grandes

aglomeraciones urbanas. Los numerosos problemas de movilidad en las ciudades

ocasionados por la masificacin descontrolada del vehculo particular y la creciente

demanda de servicios de transporte en zonas densamente pobladas, han puesto los ojos

del mundo en la promocin de los sistemas transporte alternativos, siendo la bicicleta uno

de ellos.

El presente trabajo es el reporte del proceso de diseo de una bicicleta porttil, continuacin

de la primera entrega de seleccin de alternativa de diseo. Se detallan los pasos de

dimensionamiento y diseo de la geometra del marco de la bicicleta y la seleccin de

componentes y materiales para las partes accesorias. Se hacen anlisis de resistencia de

materiales para asegurar el correcto funcionamiento de la bicicleta para las condiciones de

uso determinadas. Con el trabajo se adjuntan los planos de los componentes de la bicicleta.

II. OBJETIVOS

General:

Seguimiento del proceso detallado de diseo de una bicicleta portable, con nfasis en la

descripcin de las diferentes etapas del proceso.

Especficos:

Dimensionamiento de la bicicleta

Anlisis de resistencia de la geometra seleccionada

Diseo de articulaciones

Seleccin de partes comerciales

4

1. DIMENSIONAMIENTO DEL MARCO

Durante el proceso de diseo del marco de la bicicleta, se buscaron consideraciones

apropiadas para el dimensionamiento del marco, de acuerdo a la anatoma del usuario final

y condiciones de portabilidad. Se encontraron diferentes tablas que relacionan dimensiones

anatmicas con el tamao ideal del marco para diferentes tipos de bicicleta. En la siguiente

tabla se muestran tamaos sugeridos de marco con respecto a la estatura y tiro de la

entrepierna (medida desde la ingle hasta los tobillos), para bicicletas todoterreno comunes [1]:

Tabla 1. Tamao sugerido de Marco

La regin delimitada por el rectngulo rojo representa el rango de estaturas objetivo para la

bicicleta a disear (161 cm a 175 cm). Este intervalo cubre la estatura promedio para

hombres y mujeres en Colombia. En esta zona, se ve como el tamao de marco (Frame

size) sugerido est entre 15 y 18 pulgadas. En la siguiente imagen se muestra la ubicacin

de la medida

.

Fig. 1. Ubicacin de la medida de tamao de marco

5

De la anterior imagen, vemos como la distancia entre el silln en posicin normal y el eje de

los pedales es el tamao de marco ms la medida del tubo del silln, que representa

aproximadamente la quinta parte del tamao de marco para la imagen mostrada.

Debido a las caractersticas de portabilidad de la bicicleta a disear, es necesario garantizar

un tamao de marco lo ms pequeo posible. Por lo tanto, para reducir el tamao de marco

sin afectar la medida principal de funcionamiento, que es la distancia entre el silln en

posicin normal y el eje de los pedales, se har un tubo de silln mucho ms largo que en

las bicicletas convencionales.

Como medida de trabajo se asumir una distancia del silln en posicin normal al eje de los

pedales de 30 pulgadas, teniendo en cuenta las 18 pulgadas del tamao de marco

recomendado y 12 pulgadas adicionales de lo que sera la longitud del tubo del silln en una

bicicleta convencional.

Para la seleccin del tamao de las ruedas de la bicicleta, se debe tener en cuenta el

equilibrio entre tamao y eficiencia al pedaleo. Una rueda de dimetro muy pequeo ser

compacta pero presentar mayor resistencia al avance con respecto a una de dimetro

mayor. Conforme a este principio y a la norma ISO 5775 para las llantas de bicicleta [2], se

escogen llantas de 16 pulgadas de dimetro, el dimetro comercial ms usado en bicicletas

plegables.

Para la determinacin del resto de dimensiones de la bicicleta, es necesario explicar el

proceso de plegado del marco, el cual consta de dos pasos:

Retraccin del tubo superior: El tubo superior est compuesto por dos partes, una

desliza sobre la otra para reducir las dimensiones de la bicicleta.

Doblado del marco: Una vez retrado el tubo superior, se dobla el marco en torno a un

eje, de forma que las dos ruedas se superpongan.

Siguiendo este principio de doblado, para asegurar que las ruedas se superpongan al estar

la bicicleta plegada, el tubo superior debe retraerse una longitud especfica. Se defini que

el tubo superior se retraer 3/8 de la longitud total. Con las longitudes de diseo ya

establecidas y esta condicin, se empez a dimensionar la bicicleta de tal forma que el eje

de revolucin de plegado de la bicicleta coincida con el tubo de asiento. El eje de revolucin

de plegado corresponde a la recta perpendicular que pasa por el punto medio de la recta

que une a las dos ruedas cuando el tubo superior de la bicicleta se encuentra contrado.

Este dimensionamiento se efectu por medio de un proceso de sntesis iterativo, y se

obtuvieron las medidas preliminares para la estructura general de la bicicleta, como se

puede observar en la siguiente imagen.

6

Fig. 2. Dimensiones generales de la bicicleta en mm.

En la siguiente imagen se muestra la bicicleta con el tubo superior retrado. Se puede

observar que el eje de giro anteriormente descrito cumple la condicin deseada.

Fig. 3. Bicicleta con el eje superior retrado (medidas en mm).

7

2. DISEO INICIAL

Despus de tener las dimensiones generales de la bicicleta, obtenidas durante la sntesis

anteriormente expuesta, se procede al diseo de la estructura general de la bicicleta, la

cual est compuesta por el marco, el tenedor y el tubo que soporta el asiento

Para obtener un plegado de mayor ajuste, se opt por que el sistema de sujecin de las

ruedas sea de tipo lefty, es decir, solo se sostengan por un lado, diferente a un tenedor de

bicicleta convencional.

El marco est compuesto por tres partes:

Parte 1: Se refiere a la parte del tubo superior que sostiene el tenedor. Esta parte se desliza

al interior de la parte 2 al momento de plegar la bicicleta, ya que estas dos partes conforman

un conjunto telescpico.

Parte 2: Esta parte va ensamblada con las partes 3 y 1. Esta parte rota con respecto a la

parte 3 para el plegado de la bicicleta.

Parte 3: Esta parte soporta la llanta trasera y el tubo del asiento. En esta pieza se

encuentra el eje de rotacin para el plegado de la bicicleta.

8

Tenedor: Parte del marco que sostiene la rueda frontal

Con el fin de comprobar la resistencia mecnica del diseo del marco durante su uso

normal, se har un anlisis por elementos finitos del ensamble sometido a cargas

especficas.

Fig. 4. Marco ensamblado.

9

3. ANLISIS DE RESISTENCIA EN EL MARCO

Durante el proceso de diseo del marco, se utiliz el mtodo de los elementos finitos, para

determinar su resistencia ante condiciones de trabajo especficas, por medio del software

ANSYS. Para este anlisis se sigui el flujo de trabajo convencional de pre procesamiento,

procesamiento y post-procesamiento para detallar las diferentes etapas del proceso.

Se someti el ensamble de las partes del marco a dos pruebas, correspondientes a

diferentes estados de uso, extrados de la literatura existente para el diseo de marcos de

bicicleta:

El primer estado es el de una carga vertical en el asiento de 2400 N, basado en un

caso extremo para la situacin de un ciclista sentado.

El segundo estado de carga corresponde al escenario hipottico del ciclista pedaleando

parado en los pedales, con la carga concentrada en el pedal derecho, cargas de

resistencia del aire y cargas en los extremos del manubrio.

3.1 PRIMER ESTADO DE CARGA

3.1.1 Descripcin del problema fsico

Los dos estados de carga que fueron analizados corresponden a los extremos de uso

planteados por Maestrelli y Falsini (2008), utilizados por Covill y Begg (2014) en el estudio

de anlisis por elementos finitos para diferentes geometras de marcos de bicicleta [3]. En

el primer caso, se hace el anlisis para una persona sentada en el silln, con una carga

completamente vertical de 2400 N. En la imagen se muestra el estado de carga analizado.

Fig. 5. Estado de carga 1.

10

En la geometra analizada, diferente a la de la literatura, se opt por situar las reacciones

en la mitad superior de los agujeros que sostienen las dos ruedas.

3.1.2 Simplificaciones

Para la resolucin del problema, se considerarn las siguientes simplificaciones:

Anlisis esttico

Conservacin de la energa mecnica (no se considerarn efectos trmicos)

Material elstico, homogneo, isotrpico y lineal.

3.1.3 Contactos

El ensamble del marco consta de cinco piezas, unidas por cuatro regiones de contacto.

Para un correcto anlisis es necesario determinar el tipo de contacto adecuado para cada

unin, teniendo en cuenta sus caractersticas y comportamiento mecnico en el uso normal

de la bicicleta.

Contacto 1: Unin de la pieza 1 con el tenedor. En este contacto, se utiliz del tipo sin

friccin, ya que se debe tener en cuenta la posibilidad de movimiento del manubrio, en torno

a un eje, con el fin de darle direccin a la bicicleta. Este tipo de contacto permite el

movimiento relativo entre superficies, pues asume un coeficiente de friccin de 0.

Contacto 2: Unin de la pieza 1 con la pieza 2. En este caso se utiliz un contacto tipo

bonded. Estas dos piezas no presentan movimiento relativo entre ellas, y en caso de una

deformacin, las dos piezas se deformarn juntas, sin existir separacin entre ellas.

Contacto 3: Unin de la pieza 2 con la pieza 3. En estado normal de funcionamiento, la

parte 2 no debe girar con respecto a la 3. Con el fin de satisfacer esta exigencia, se utiliz

un contacto Rough, el cual no permite el movimiento relativo entre superficies (coeficiente

de friccin infinito), pero si permite el desprendimiento de las superficies cuando estn

sometidas a cargas lo suficientemente altas.

3.1.3 Discretizacin del Continuo

Durante el anlisis del sistema por el mtodo de elementos finitos, se decidi usar la

herramienta del anlisis de convergencia para tener un nivel aceptable de certeza sobre los

resultados obtenidos. De esta forma, se realizaron mallados paulatinamente ms refinados,

hasta obtener una variacin mnima en el resultado del esfuerzo mximo de Von mises, que

se utiliz como marco de referencia para el anlisis de convergencia.

11

Se hicieron 4 simulaciones antes de llegar a un resultado aceptable. Se describir cada una

de las mallas elaboradas durante el proceso.

Malla 1

Inicialmente, se inici con el mallado automtico de ansys, solamente modificando el

parmetro de sizing. En esta primera simulacin, se utiliz el mismo tipo de malla y tamao

de elemento en todo el ensamble, con el fin de observar el comportamiento general del

ensamble y determinar las zonas de inters para los anlisis siguientes.

Los elementos asignados por el software son del tipo hexagonal, con un tamao mnimo de

6 mm. A continuacin se muestran los detalles de la malla obtenida.

En los resultados de la simulacin, se observa que los mayores esfuerzos se encuentran

en el tubo del silln y la parte trasera del marco.

12

Fig. 5. Esfuerzos resultantes (estado de carga 1, malla 1).

Malla 2

Esta segunda malla se hizo con el fin de verificar la ubicacin de los valores de esfuerzo y

deformacin en el marco, y la variacin en su ubicacin al usar un tamao de elemento

menor al de la malla 1. Se us el mismo tipo de mallado que en el caso anterior, igual para

todo el ensamble, nicamente modificando el tamao de elemento, con un mnimo de 5 y

un mximo de 7 milmetros. Los detalles de la malla obtenida se dan en la siguiente imagen.

13

La distribucin de los esfuerzos fue igual al caso de la malla 1, afirmando el tubo del silln

y el soporte trasero como zonas de inters para las siguientes simulaciones.

Malla 3

En este mallado se modific el parmetro de relevancia de la malla, elevndolo a 100. El

resto de parmetros generales se dejaron igual a la malla 2.

La principal modificacin en este caso fue el refinamiento de la malla en los sectores de

mayor inters, esto es, en el agujero de sujecin del marco con la rueda trasera y el tubo

del silln

El uso de esta herramienta, permiti una malla mucho ms fina en estas zonas de inters,

como se puede apreciar en las siguientes figuras:

14

Figs. 6 y 7. Refinamientos en los puntos de mayor esfuerzo.

Con este refinamiento, el nmero de elementos de la malla se increment

considerablemente con respecto a las mallas 1 y 2.

Malla 4

Para esta malla, se modificaron tres parmetros. Se aument la intensidad del suavizado

de malla (mesh smoothing), con el fin de tener una malla ms lisa, con una correspondencia

ms precisa a la geometra real. Tambin se modific el parmetro de transicin por una

suave, para que los cambios en el tamao de los elementos fueran menos bruscos. Por

ltimo se cambiaron los tamaos mximos y mnimos de los elementos para la zona general

del ensamble. A continuacin se ven los detalles de la malla 4.

15

En el refinamiento de la parte trasera, se disminuy el tamao de los elementos.

Fig.8. Refinamiento en el apoyo trasero.

16

3.1.4 Anlisis de Convergencia

Se recopilaron datos de las simulaciones llevadas a cabo, con el fin de verificar una

tendencia a la estabilidad o convergencia del anlisis, tomando como dato de referencia el

esfuerzo mximo de Von Mises, un criterio vlido para materiales dctiles como la aleacin

de aluminio utilizada.

Se tom como valido el resultado de la cuarta simulacin, en la que el valor del esfuerzo

presento una variacin de 4,2% respecto a la simulacin anterior. En la siguiente tabla se

muestran los resultados para las 4 simulaciones.

Malla Nmero de elementos

Calidad Promedio de los elementos

Deformacin mxima (mm)

Esfuerzo Mximo de Von Mises (Mpa)

Factor de Seguridad Mnimo

Variacin del Esfuerzo Mximo (%)

1 58447 0,777 15,15 211,01 1,308 -NA-

2 85040 0,816 14,966 283,57 0,973 34,386

3 128961 0,781 14,998 558,99 0,493 97,125

4 154033 0,785 15,011 582,63 0,4737 4,229

211,01

283,57

558,99

582,63

0

100

200

300

400

500

600

700

58447 85040 128961 154033

Es

fue

rzo

m

xim

o (

Mp

a)

Nmero de elementos

Anlisis de ConvergenciaPrimer estado de carga

17

3.1.5 Visualizacin de Resultados

Se muestran resultados para la simulacin definitiva del primer estado de carga.

Posteriormente se har un anlisis global de resultados.

Fig. 9 Deformacin total (Estado de carga 1)

Fig. 10 Esfuerzo mximo de Von Mises (Estado de carga 1)

18

Fig. 11 Factor de seguridad (Estado de carga 1)

Fig.12 Regiones con Factor de Seguridad menor a 1 (Estado de carga 1)

3.2 SEGUNDO ESTADO DE CARGA

El segundo estado de carga se obtuvo de la misma fuente citada anteriormente. En este

caso, se simula a un usuario parado en los pedales, con el peso concentrado en el pedal

derecho y cargas en el manubrio.

19

Fig.13 Estado de carga 2

En el caso de la geometra analizada, al no tener el manubrio instalado, se pusieron

momentos equivalentes a las fuerzas del modelo a la distancia que se prev estarn los

mangos del eje del tenedor.

En el anlisis de este estado de carga se utilizaron las mismas simplificaciones y contactos

que en el primer estado de carga, por lo que se pasar directamente a la explicacin de la

etapa de Discretizacin del ensamble.

3.2.1 Discretizacin del Continuo

Se sigui la misma estrategia de mallado anterior, iniciando con mallas ms burdas y

refinando el modelo de acuerdo a el comportamiento mecnico en el estado de carga en

cuestin, tratando de lograr una convergencia aceptable. Se describir cada mallado

Malla 1

Como malla 1, se utiliz la herramienta de mallado automtico del Ansys, obteniendo

exactamente la misma malla 1 del estado de carga 1, con un mallado uniforme en todo el

ensamble. Esto con el fin de ver el comportamiento del marco ante la carga y determinar

puntos de inters para los siguientes mallados.

Malla 2

Para esta malla se us el mismo sizing para todo el ensamble, modificando nicamente el

tamao de los elementos, con un mnimo de 5 y un mximo de 7. Se obtuvo una malla casi

idntica a la malla 2 del estado de carga 1.

20

Malla 3

En este mallado se modific el parmetro de relevancia de la malla, elevndolo a 100. El

resto de parmetros se dejaron igual a la malla 2.

La estrategia de mallado fue muy similar a la de la malla 3 para el estado de carga 1. La

diferencia es que en este caso se aplic un tamao de malla de 3 mm para la superficie

mostrada en la imagen, zona de inters para el estado de carga actual.

Fig.14 Zona de aplicacin de mesh sizing (Malla 3, estado de carga 2)

Malla 4

Para la malla 4, se modific el proximity min size, dejndolo en 4 mm. Tambin se cambi

el tamao de elemento de la parte mostrada en la malla anterior, disminuyndolo a 2 mm.

En la siguiente tabla se muestran los principales tems de la malla 4.

21

3.2.3 Anlisis de Convergencia

Se sigui el mismo procedimiento que en el estado de carga anterior para el anlisis de

convergencia.

El anlisis de convergencia finaliz con la cuarta simulacin, en el cual el valor del esfuerzo

present una variacin de 13,95% respecto a la simulacin anterior. En este caso, se

acept una variacin mayor al 10%, ya que de acuerdo a los resultados obtenidos, el estado

de carga crtico es el 1, con esfuerzos mximos en puntos similares al estado de carga 2.

Otro factor que influy en esta decisin fue que se consider que el nmero de elementos

de la malla 4 es elevado, y un refinamiento en la malla conllevara un costo computacional

alto en comparacin al aumento potencial en la precisin de los resultados, que por las

razones expuestas anteriormente seran de menor relevancia que los obtenidos en el

estado de carga 1.

En la siguiente tabla se muestran los resultados para las 4 simulaciones.

Malla Nmero de

elementos

Calidad Promedio

de los elementos

Deformacin

mxima (mm)

Esfuerzo Mximo de Von

Mises (Mpa)

Factor de Seguridad

Mnimo

Variacin del

Esfuerzo Mximo (%)

1 58447 0,777 6,18 117,04 2.358 -NA-

2 85064 0,816 6,17 151,97 1,816 29,8

3 120405 0,812 6,20 215,69 1,2796 29,54

4 284840 0,831 6,21 250,66 1,1011 13,95

22

4. ANLISIS DE RESULTADOS

De los anlisis de previamente desarrollados, se determin que la bicicleta falla bajo las

condiciones del primer estado de carga. Los resultados muestran como en la zona del

soporte ubicada en el orificio para sostener la rueda trasera, existen fragmentos de material

con un factor de seguridad inferior a 1, por lo cual fue necesario modificar el diseo en esta

zona, ya que se deseaba conservar el material de construccin debido a sus caractersticas

ptimas de peso y maquinabilidad, deseables en el producto final.

Se modificaron las partes trasera y delantera del marco eliminando los agujeros que

funcionaban como concentradores de esfuerzos. Para ello, fue necesario modificar el

sistema de sujecin de las ruedas de la bicicleta, cambindolo por el propio de las bicicletas

tipo lefty. Este en lugar de un agujero, tiene un brazo macizo en el cual encajan las

manzanas tipo lefty. Con esta modificacin, se refuerza la parte trasera del marco y se

adapta el marco correctamente a la aplicacin deseada.

117,04

151,97

215,69

250,66

0

50

100

150

200

250

300

58447 85064 120405 284840

Es

fue

rzo

M

xim

o (

Mp

a)

Nmero de Elementos

Anlisis de ConvergenciaSegundo estado de carga

23

Fig.15 Modificacin del soporte de la rueda trasera

Se realiz una simulacin del estado de carga 1 para la geometra modificada del marco,

con una malla de mayor calidad a las definitivas en anlisis previos, para brindar un marco

de comparacin vlido a los resultados entre simulaciones.

En la verificacin del factor de seguridad, se observa como la modificacin a la geometra

subi el factor de seguridad en la zona crtica, dejndolo por encima de 1.

24

Fig.16 Factor de seguridad con geometra modificada

De esta manera, podemos confirmar que el rediseo fue exitoso para los estados de carga

simulados. Sin embargo, es necesario aclarar que estos estados de carga se basaron en

operacin normal, sin tener en cuenta posibles impactos de la bicicleta contra el suelo

durante su operacin (saltos) y que generan cargas mayores a las fuerzas simuladas.

Por lo tanto, se har una restriccin al peso mximo que debe llevar la bicicleta, con el fin

de determinar un margen de seguridad mayor para el usuario. Como decisin del equipo

de diseo, teniendo como marco de referencia el equivalente de 240 kilos en el estado de

carga 1 simulado, se decidi que el peso mximo recomendado ser de 110 Kg.

Con la estructura bsica del marco definida, se procede al diseo de articulaciones,

componentes esenciales del mecanismo de plegado.

5. DISEO DE ARTICULACIONES

Las piezas del marco requieren de conectores que las mantengan ensambladas. Para ello,

se disearon cuatro articulaciones: la unin de las piezas 2 y 3, la de las piezas 1 y 2 y las

2 articulaciones del manubrio.

5.1 Articulacin 1 y 2

Para esta articulacin, se requiere un mecanismo que permita ajustar dos tubos

concntricos en posiciones fijas. Durante el diseo, se us como inspiracin el mecanismo

de ajuste de algunos modelos de muletas, que consta de resortes que empujan pines hacia

afuera en agujeros hechos en las posiciones deseadas, creando un bloqueo al

deslizamiento entre los tubos.

25

Fig.18 Mecanismo utilizado en muletas.

Para el diseo de los pines, se asumir que el esfuerzo al que estn sometidos es cortante

puro, debido al efecto fsico que tiene la tendencia al deslizamiento sobre el pin. Para

determinar el estimado de la fuerza cortante, se utiliz como referencia el estado de cargas

obtenido por Lessard, Nemes y Lizotte (1995) [4], para un marco de bicicleta durante un

sprint intenso.

Fig.19 Estado de carga de referencia.

Con estas fuerzas como referencia, supondremos que en algn momento crtico el pin

estar sometido a una fuerza cortante total de 2000 N. Haremos el clculo del dimetro

mnimo del pin, fabricndolo con aluminio 6061 (resistencia mxima a la cortante: 207 Mpa

[5]). Tenemos que:

26

=

=2000

(207)(10)6= 9.66 (10)6 2

Para tener esta rea

= 22000

(207)(10)6= 3.5

As, determinamos que el dimetro mnimo de un solo pin para resistir la cortante es de 3.5

mm.

Fig.20 Articulacin entre piezas 1 y 2.

5.2 Articulacin 2 y 3

Para estas dos piezas, se usar un sistema similar de pasadorresorte, con la diferencia

de que en este caso el resorte se accionar desde el exterior de la bicicleta. Como material

de este pasador se usar acero AISI 1040, con una resistencia mxima a la cortante de

aproximadamente 393 Mpa [6]. Se usar un pin de 6 mm de dimetro. Procederemos a

calcular la fuerza cortante mxima soportada por este pin.

= 393(10)6()(0.003)2 = 11111.8

Esta fuerza se considera muy superior a cualquier condicin normal de uso, como se puede

apreciar en los estados de carga experimentales consultados anteriormente, por lo que se

considera que el pin seleccionado cumplir con su funcin correctamente.

27

Fig.21 Articulacin entre piezas 2 y 3.

5.3 Articulaciones del manubrio

El manubrio consta de dos articulaciones: una para plegar el eje central y otra para permitir

al manubrio girar en torno al eje central. Para la primera articulacin se us un sistema tipo

bisagra convencional.

Fig.22 Articulacin tipo bisagra del manubrio

La segunda articulacin permite al manubrio girar con libertad en torno al eje central, con el

fin de proporcionar un plegado final ms compacto. Para esta funcin se adaptaron

mordazas para bicicletas comerciales, que desaseguran el manubrio cuando este se pliega.

28

Fig.23 Segunda articulacin del manubrio

6. SELECCIN DE COMPONENTES

Una vez finalizado el marco, se procede a hacer una seleccin de los diferentes

componentes comerciales a utilizar en el diseo final. Estos elementos se eligen teniendo

en cuenta los parmetros geomtricos y las caractersticas estticas deseadas en el

producto final.

6.1 Frenos

En la seleccin de el tipo de sistema de frenos para la bicicleta se tuvieron en cuenta las

caractersticas del marco, cuyo diseo plantea que las ruedas sean sostenidas por un solo

lado. Esta caracterstica impide la instalacin de sistemas de frenos convencionales de

llanta como los cantilever o de pinza, ya que estos requieren de sosten en dos puntos. Por

lo tanto, se opt por frenos de disco mecnicos, que son comerciales, no requieren

modificacin y presentan una alta potencia de frenado y prolongada vida util.

Los sistemas frenos de disco constan de diversas partes disponibles comercialmente. Para

la implementacin en la bicicleta , se selecciona el Vktech Disc Brake Set, que contiene

las siguientes partes:

2 Discos de Frenado

2 Pinzas para freno de disco

2 Palancas de frenado

Cable para freno

29

Caractersticas del producto:

Material Aluminio

Ajuste Ajuste por alcance de palanca de freno, disco mecnico

Dimetro de disco 160 mm

Precio 38 USD/ 90000 COP

Fig.24 . Vktech Brake set

6.2 Neumticos

Como se expuso anteriormente, las se escogieron llantas de 16 pulgadas de dimetro, la

dimensin ms comn en bicicletas plegables, debido a la buena relacin tamao /

resistencia al avance. Se selecciona un neumtico Kenda K909A Smooth Wire Bead,

fabricado por Michelin . Este neumtico es liso, apropiado para el uso en reas urbanas,

con un acabado ideal para la bicicleta diseada. El costo es de 26 dlares

(aproximadamente 62400 COP) para el par de neumticos.

Fig.25. Kenda K909A, Neumtico de 16 pulgadas.

30

6.3 Silln y Mangos

Se busc que el silln y los mangos tuvieran una apariencia acorde a la lnea de diseo de

la bicicleta. El silln escogido fue el MTB GW, fabricado por la empresa colombiana GW. En

la siguiente imagen se muestran algunas de sus caractersticas:

El tubo del silln ser un tubo de aluminio 6061- T6, de la referencia TC0979, fabricado por

la marca local alumina. Este tiene un espesor de pared de 4 mm y un dimetro de 22.2 mm.

Los mangos para el manubrio de la bicicleta son GW, de la referencia Lock On:

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6.4 Conjunto Plato - Biela

Originalmente se decidi utilizar una transmisin estndar sin cambios, debido a las

caractersticas de uso urbano de la bicicleta. Sin embargo, debido a las caractersticas

geogrficas de la ciudad, se decidi crear las dos alternativas, una lnea con cambios y otra

sin cambios. Para la transmisin sin cambios se escogi un sistema plato-biela Retrospec

de las siguientes caractersticas

Material Aluminio

Longitud de la Biela 165 mm

BCD (Bolt Circle Diameter) 151 mm

Precio 30 USD/ 69000 COP

Fig.26. Conjunto Plato- Biela Retrospec.

En el caso de la transmisin con cambios, el conjunto elegido es un Shimano Altus FC-

M311 7/8 Speed Crankset con las siguientes caractersticas.

Material Aluminio

Longitud de la Biela 170 mm

Relacin de engranajes 42-222-2

Precio 35 USD/ 80500 COP

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Fig.27. Conjunto Plato-biela Shimano Atlus.

Para la versin con cambios, se utiliza el tensor Shimano Altus 7/8-speed RD-M310,

compatible con el conjunto plato-biela descrito anteriormente.

Fig.28. Tensor Shimano Atlus.

6.5 Cadena

Las cadenas a utilizar son cadenas comunes KMC Z410, en sus dos versiones de

transmisin de una y mltiples velocidades. Estas cadenas tienen un costo de

aproximadamente 18000 pesos

Fig.29. Cadena KMC Z410, (modelo de una velocidad).

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6.6 Manzanas

Se usarn manzanas lefty IS de la marca Cannondale. Estas son especiales para el tipo

de sujecin usado en el diseo implementado.

Fig.30. Manzana Lefty IS Cannondale

6.7 Pedales

Se buscan pedales abatibles, apropiados para bicicletas plegables. El pedal seleccionado

fue el Eleven81 Folding 9/16" Pedal Aly/Resin, de la marca Eleven81. Su tamao de 9/ 16

pulgadas, y el peso de 426 gramos por par, la hacen una buena alternativa para nuestro

diseo. El precio es de 15 dlares por par (aproximadamente 34500 COP).

Fig.29 . Folding 9/16 de Eleven81.

6.8 Manubrio y espiga

El manubrio escogido es de la marca Race Face, referencia Riser. Este tiene un ancho de

660 mm y un elevacin de de pulgada, especial para bicicletas de BMX.

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Fig.30 . Manubrio Race Face Riser.

Para la espiga se opt por una del modelo Origin8 Pro Fit Ergo Stem, fabricada en la

aleacin aluminio 6061 T6

Fig.31 . Origin8 Pro Fit Ergo stem.

7 . Apartado Comercial

El producto diseado representa una nueva alternativa en el creciente del transporte

alternativo. Por lo tanto, se har una breve descripcin de la componente comercial

pensada para el diseo desarrollado, donde se determinan variables como los clientes

objetivo y las estrategias de introduccin al mercado de la bicicleta.

7.1 Identidad del producto

El logo del producto har referencia a la sensacin de libertad y salud que brinda

desprenderse del catico trfico de las ciudades a hora pico. Estas cualidades se

englobarn en el trmino Fluidez, que ser la parte central de la identidad del producto, en

torno a lo cual se generar una imagen.

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A continuacin se muestran dos logos ya existentes [7], que son una muestra de la esttica

que se busca transmitir al cliente (no la imagen de la empresa). En nuestro producto, la

fluidez y la vida urbana convergen para brindar una experiencia que mejora la calidad de

vida

7.1 Nicho de Mercado

La bicicleta es un producto dirigido a personas de ambos sexos, de los 17 a los 60 aos,

de los estratos 3 al 6 situadas en zonas urbanas y suburbanas de Colombia, que buscan

una alternativa a los evidentes problemas de movilidad y contaminacin que sufren las

ciudades densamente pobladas a causa del uso de los medios de transporte privados

alimentados por hidrocarburos.

Nuestros clientes son personas conscientes de la importancia del cuidado del medio

ambiente y de la salud personal. Son personas activas, que desean ser parte de la

solucin y no del grave problema que deteriora la calidad de vida en las ciudades. Este

grupo de personas da prioridad al bienestar colectivo, y creen en el transporte pblico y la

bicicleta como medios poderosos de transformacin urbanstica.

7.2 Introduccin al mercado

El producto tendr una campaa de promocin por medio de varios medios, enfocados

principalmente en internet: redes sociales y publicidad en diversos sitios de noticias, salud

y tecnologa. Esta eleccin se toma debido al conocimiento que tienen los clientes

modernos del mundo digital y su capacidad para identificar opciones novedosas, que salgan

del estndar comn impuesto en medios como la televisin y la radio. Tambin se buscar

la presencia fsica por medio de vallas en la calle y anuncio en los sistemas de transporte

masivo y gimnasios de la ciudad.

La bicicleta tendr un precio de lanzamiento al mercado de alrededor de 1,200.000 pesos,

brindndole al cliente la posibilidad de escoger entre varias opciones de color y

enfocndose en un servicio posventa del ms alto nivel, con un servicio de garantas

responsable y eficiente.

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Fig.32. Algunos modelos de colores potenciales para el producto.

Fig.33. Bicicleta en su posicin plegada.

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Fig.33. Bicicleta en su posicin de uso.

8. Bibliografa

[1] http://www.ebicycles.com/custom/content_files/ebicycles-bicycle-sizing-chart-mountain-

bikes.pdf

[2] http://www.etrto.org/files/files/INDEX_2014/sm_05_mc.pdf

[3] Derek Covill, Steven Begg. Parametric finite element analysis of bicycle frame geometries . The 2014 conference of the International Sports Engineering Association.

School of Computing, Engineering and Mathematics, University of Brighton.

[4] Larry B. Lesard, James A. Nemes, Patrick L. Lizotte. Utilization of FEA in the design of composite bicycle frames. Composites, Volumen 26 (1995). Mechanical Engineering Department, McGill University. [5] http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=MA6061t6

[6] http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Matter/shear_tensile.htm

[7] http://bpando.org/2011/07/05/logo-fluid-money/