Tesis Fernando Martínez

INSTITUTO POLITCNICINSTITUTO POLITCNICINSTITUTO POLITCNICINSTITUTO POLITCNICO NACIONALO NACIONALO NACIONALO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE ESCUELA SUPERIOR DE ESCUELA SUPERIOR DE ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERINGENIERINGENIERINGENIERAAAA

MECNICA Y ELCTRICAMECNICA Y ELCTRICAMECNICA Y ELCTRICAMECNICA Y ELCTRICA

SECCIN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIN

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LPEZ MATEOS

DISEO Y MANUFACTURADISEO Y MANUFACTURADISEO Y MANUFACTURADISEO Y MANUFACTURA DE CHASIS DE MOTOCICDE CHASIS DE MOTOCICDE CHASIS DE MOTOCICDE CHASIS DE MOTOCICLETA LETA LETA LETA

ENDURO PARA GENTE COENDURO PARA GENTE COENDURO PARA GENTE COENDURO PARA GENTE CON FENOTIPO N FENOTIPO N FENOTIPO N FENOTIPO MEXICANOMEXICANOMEXICANOMEXICANO

TESIS

PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERA MECNICA

PRESENTA

ING. FERNANDO MARTNEZ GARCA

DIRECTORES DE TESIS:

DR. GUILLERMO MANUEL URRIOLAGOITIA CALDERN

DR. JOS ANGEL L. ORTEGA HERRERA

CARTA CESIN DE DERECHOS

CARTA CESIN DE DERECHOS

En la Ciudad de Mxico, Distrito Federal el da 31 del mes de ENERO del ao 2011, el (la) que suscribe Fernando Martnez Garca alumno (a) del Programa de Maestra en Ciencias en Ingeniera Mecnica con nmero de registro A090377, adscrito a la Seccin de Estudios de Posgrado e Investigacin de la ESIME Unidad Zacatenco, manifiesta que es autor (a) intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la direccin de Dr. Guillermo Urriolagoitia Caldern y el Dr. Jos ngel L. Ortega Herrera y cede los derechos del trabajo intitulado Diseo y Manufactura de Chasis de Motocicleta para Fenotipo Mexicano, al Instituto Politcnico Nacional para su difusin, con fines acadmicos y de investigacin.

Los usuarios de la informacin no deben reproducir el contenido textual, grficas o datos del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser obtenido escribiendo a la siguiente direccin:

[email protected]

Si el permiso se otorga, el usuario deber dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo.

Ing. Fernando Martnez Garca

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

SECRETARA DE INVESTIGACIN Y POSGRADO

INDICEINDICEINDICEINDICE

RESUMEN ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 8

ABSTRACT ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 9

OBJETIVO ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 10

JUSTIFICACION ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 11

INTRODUCCIN ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 12

CAPTULO I ESTADO DEL ARTE ----- ----- ----- ----- ----- ----- 13

Definiciones ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 14

Motocicleta ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 14

Enduro ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 14

Historia de las Motocicletas tipo enduro ----- ----- ----- ----- 15

Diseos estructurales ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 22

Geometra del chasis de la motocicleta ----- ----- ----- 22

Elementos del chasis de la motocicleta ----- ----- ----- 23

Tipo de chasises ----- ----- ----- ----- ----- ----- 24

Chasis multi-tubular con curvaturas ----- ----- ----- 24

Cuadro Triangulado ----- ----- ----- ----- ----- 25

Chasis mixto ----- ----- ----- ----- ----- ----- 25

Chasis tipo monocoque ----- ----- ----- ----- 26

Manufactura Actual ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 27

Regulaciones y Reglas para la construccin de una motocicleta tipo enduro

FIM: ENDURO TECHNICAL RULES ----- ----- ----- ----- 28

SCORE INTERNATIONAL CHAMPIONSHIP OFF-RAD RACING ----- 29

CAPITULO II ERGONOMIA Y GENTE CON FENOTIPO MEXICANO ----- ----- 34

Planteamiento del Problema ----- ----- ----- ----- ----- ----- 34

Estatura de promedio del mexicano ----- ----- ----- ----- ----- 37

Antropometra del mexicano promedio ----- ----- ----- ----- 39

Descripcin de las posturas ms comunes en la conduccin ----- ----- 40

La postura bsica ----- ----- ----- ----- ----- ----- 40

La posicin sentado ----- ----- ----- ----- ----- ----- 41

Posicin durante vueltas ----- ----- ----- ----- ----- 42

Relaciones dimensionales del sistema piloto-motocicleta ----- ----- 43

Descripcin geomtrica de las posiciones de conduccin ----- 43

La postura bsica ----- ----- ----- ----- ----- 43

Posicin sentado ----- ----- ----- ----- ----- 43

CAPITULO III MOTOCICLETA Y SUBSISTEMAS ----- ----- ----- ----- ----- 46

Motor y Transmisin ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 47

Tipos de motores ----- ----- ----- ----- ----- ----- 47

Combustin interna ----- ----- ----- ----- ----- 47

Combustin externa ----- ----- ----- ----- ----- 47

Energa potencial ----- ----- ----- ----- ----- 47

Otros ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 47

Caracterizacin del motor a utilizar en el proyecto ----- ----- 48

Suspensiones ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 52

Suspensin delantera ----- ----- ----- ----- ----- ----- 53

Suspensin trasera ----- ----- ----- ----- ----- ----- 55

Caracterizacin de suspensin delantera y trasera ----- ----- 57

Frenos ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 60

Tipos de Frenos ----- ----- ----- ----- ----- ----- 61

Frenos de disco ----- ----- ----- ----- ----- ----- 62

CAPITULO IV DISEO Y MODELADO DEL CHASIS ----- ----- ----- ----- 63

Seleccin del tipo de chasis ----- ----- ----- ----- ----- ----- 64

Caractersticas geomtricas ----- ----- ----- ----- ----- ----- 64

ngulo de direccin ----- ----- ----- ----- ----- ----- 64

Distancia entre ejes ----- ----- ----- ----- ----- ----- 65

Tubo de direccin ----- ----- ----- ----- ----- ----- 66

Tubo inferior y Doble semi-cuna ----- ----- ----- ----- 67

Tubos laterales y Puntos de pivote para basculante ----- ----- 69

Tubo de enlace y punto de pivote para amortiguador trasero ----- 71

Soportes del motor ----- ----- ----- ----- ----- ----- 73

Carril de asiento (subchasis) ----- ----- ----- ----- ----- 73

Geometra propuesta ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 74

Seleccin del material ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 74

CAD y Mtodo del Elemento Finito ----- ----- ----- ----- ----- 75

Determinacin de cargas y condiciones iniciales ----- ----- ----- 75

Anlisis Modal ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 75

Anlisis Esttico ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 75

Anlisis Dinmico ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 75

Anlisis por Fatiga ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 75

Diseo Final ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 75

CAPTULO V MANUFACTURA ----- ----- ----- ----- ----- ----- 76

Mtodos actuales de manufactura de chasis de motocicletas ----- ----- 77

Diseo de marco para ensamble y soldado del chasis ----- ----- ----- 78

Maquinado de elementos del chasis ----- ----- ----- ----- ----- 80

Tubo de direccin ----- ----- ----- ----- ----- ----- 80

Elementos de punto de pivote del basculante ----- ----- ----- 81

Elemento de punto de pivote del amortiguador ----- ----- 82

Corte, doblado y maquinado de los tubos del chasis ----- ----- 82

Soldado del chasis ----- ----- ----- ----- ----- ----- 82

Otros elementos del chasis ----- ----- ----- ----- ----- 83

Ensamble del chasis y subchasis ----- ----- ----- ----- ----- 83

Ensamble de subsistemas del chasis ----- ----- ----- ----- ----- 83

CAPTULO VI ANLISIS ECONMICO ----- ----- ----- ----- ----- ----- 85

Costo de manufactura y diseo por pieza ----- ----- ----- ----- 86

Costo total del prototipo ----- ----- ----- ----- ----- ----- 87

CONCLUSIN ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 88

TRABAJOS FUTUROS ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 89

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ----- ----- ----- ----- ----- ----- 90

ANEXOS ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- 91

RESUMENRESUMENRESUMENRESUMEN

La motocicleta de enduro se utiliza para competencias de todo terreno. En 1885 Gottlieb

Daimler y Whilhem Maybach disearon y construyeron la primera motocicleta. Se dio un gran

desarrollo en la industria del motociclismo. Las motocicletas de enduro se producen como tal en la

dcada de los 60s. Las motocicletas de todo terreno se diversificaron en: enduro, motocross, trial

y rally.

Actualmente las motocicletas de enduro no estn diseadas para que las utilicen gente de

baja estatura. La estatura promedio del mexicano es 1.63 m. El problema de ingeniera es

redisear el chasis de una motocicleta tipo enduro para que el mexicano de baja estatura la utilice.

A partir del anlisis geomtrico de las diferentes posturas de conduccin se determina que la

altura mnima del asiento al suelo de 88 cm.

Para el diseo del chasis de motocicleta, tambin se debe tener presente las dimensiones

del motor y transmisin, suspensiones, frenos, tanque de gasolina, etc.

Las caractersticas geomtricas de la motocicleta prototipo son: ngulo de direccin de

27, viaje de 114 mm, altura de la parte ms baja del chasis al suelo de 310 mm, ngulo de tiro de

la cadena de 34 y ngulo de transferencia de masa de 27 y distancia entre ejes de 1485 mm.

Con el diseo geomtrico del chasis multitubular de semi-doble cuna se realiza los anlisis

dinmicos de los fenmenos de aceleracin, desaceleracin o frenado, vueltas, salto y aterrizaje.

De esta manera se determinan las fuerzas que intervienen en el chasis y estos resultados son

utilizados para plantear las condiciones iniciales de los anlisis por medio de MEF y obtener las

soluciones numricas para: frecuencias naturales, esfuerzos y deformaciones mximas.

Dentro de la produccin artesanal de motocicletas es necesario disear y construir un

marco para sostener y dar posicin a cada uno de los tubos y posteriormente soldarlos. As

tambin se describe el proceso de torneado, fresado, cepillado, etc. de piezas tales como el tubo

de direccin, los elementos de punto de pivote para el basculante, el elemento de punto de pivote

del amortiguador, el basculante, el mecanismo de unin, los posapis, etc.

Por ltimo paso de todo el proceso es determinar el costo del prototipo que incluye los

materiales de construccin (tubo, acero, Al, etc), procesos de manufactura(torneado, fresado,

soldadura, etc.), elementos no manufacturados (llantas, plsticos, rines, masas, baleros, frenos,

etc.) y diseo.

ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT

The enduro motorcycle has been used in off-road races. In 1885 the first motorcycle ever

was designed and built by Gottlieb Daimler and Whilhem Maybac. Since then in the motorcycle

industry there has been huge development. In the decade of 60s the enduro motorcycles were

started to built as a only off-road purpose. Nowadays there are different types of off-road

motorcycles: enduro, motocross, trial and rally.

Actually the enduro motorcycles are not designed to be used by short people. The

engineering problem is the enduro motorcycle frame redesign in order to allow short Mexicans

can ride it. By the geometrical analysis of different rider positions during the ride, it is determined

that the ground-seat height is 88 cm.

During the motorcycle chassis design it is important to keep in mind the dimensions of the

motorcycle subsystems as: engine and gears, suspensions, brakes, tank of gas, etc.

Geometrical characteristics of the prototype are: steering rake angle 27, travel 114 mm,

ground lower part of the chassis height is 310 mm, chain pull angle is 34, mass transfer angle is

27 and wheel base is 1485 mm.

Once the geometrical design of the multitubular single tube cradle frame there is possible

to do the dynamics analysis of physics phenomena of acceleration, braking, turn around, jump and

landing. As a result of the previous analysis it is obtained the forces that act on the frame and then

they are applied as initial conditions for FEM analysis and then to obtain the numerical solutions

for: natural frequencies, maximum stress and deformation.

In the workshop motorcycle production it is necessary to design and built an external

frame in order to hold and guide tubing and lately to weld them. It is described the machining

process of steering tube, lateral support, upper rear shock support, swing arm, suspension link,

footpads using milling machine and lathe.

The last part of the process is to determine the prototype cost that includes construction

material (tubing, steel, Al, etc.) machining process (milling, lathing, welding, etc.) and other stuff

(wheel, rims and brakes systems).

OBJETIVOOBJETIVOOBJETIVOOBJETIVO

1. Realizar el diseo y construir el chasis para una motocicleta

tipo enduro para gente con fenotipo mexicano, utilizando

materiales cuyas propiedades mecnicas cumplan con las

normas estipuladas en reglamentos de competencia

nacionales de enduro.

2. Integrar el chasis a todos los sistemas componentes de la

motocicleta.

JUSTIFICACIONJUSTIFICACIONJUSTIFICACIONJUSTIFICACION

Las motocicletas tipo enduro de cualquier marca con cilindradas

de 250 cm3 en adelante, tienen una altura media del asiento al piso de

95 cm (90 cm con carga). Dicha altura se puede reducir con el ajuste

del amortiguador trasero (2 a 5 cm, dependiendo del amortiguador),

pero la altura es an muy grande para el fenotipo de mexicanos con

estatura promedio de 1.63 m y tambin reduce el recorrido de la

suspensin. Con el chasis adecuado al tamao del piloto, este puede

competir con un mximo desempeo, en vez de adecuarse a las

unidades existentes en el mercado nacional. Se mejorarn

caractersticas en la motocicleta tales como la disminucin de la

altura del centro de gravedad y reduccin de peso.

INTRODUCCININTRODUCCININTRODUCCININTRODUCCIN

En esta tesis se muestra al lector paso a paso el proceso seguido para realizar el rediseo

de un chasis de motocicleta tipo enduro, y posteriormente los procesos de manufactura y

ensamble del chasis a los dems subsistemas de la motocicleta.

En el Captulo I se menciona la importancia de la motocicleta como medio de transporte

desde su invencin hasta la actualidad, en la que una de sus modalidades es la competencia y

diversin. Se describe el uso y diversificacin de las motocicletas tipo enduro. As mismo se hace la

descripcin tcnica de los elementos del chasis que posteriormente se hace referencia dentro de

los dems captulos.

En el Captulo II se hace el planteamiento del problema de ingeniera y se realiza el estudio

ergonmico de la motocicleta y por lo tanto se determinan las medidas mnimas que debe tener el

chasis de una motocicleta tipo enduro para que pueda ser utilizada de manera adecuada por un

mexicano con estatura promedio.

En el Captulo III se describen los subsistemas de la motocicleta y se proporciona la

informacin del motor y suspensiones a utilizar.

En el Captulo IV se informa sobre el proceso de diseo de cada uno de los elementos del

chasis, la seleccin del material, resultados de anlisis dinmicos, resultados de anlisis por

elementos finitos para determinar frecuencias naturales, esfuerzos mximos y deformaciones.

En el Captulo V se describe el proceso de manufactura y maquinado de cada elemento del

chasis. Posteriormente se presenta el ensamble final del prototipo.

En el Captulo VI se realiza el anlisis de costo para la produccin del prototipo.

CAPITULO I

ESTADOESTADOESTADOESTADO DEL ARTEDEL ARTEDEL ARTEDEL ARTE

DEFINICIONES

Motocicleta

La motocicleta es definida como un vehculo de dos ruedas impulsado por un motor. El

diseo de este tipo de vehculo est basado en la bicicleta. Actualmente existen diversos tipos de

motocicletas y estas se diferencian en geometra y materiales dependiendo del tipo de aplicacin

para la cual fueron diseadas, por ejemplo estn las de turismo, las urbanas (ideales para moverse

entre el trfico citadino), las deportivas y las de todo terreno.

Enduro

El enduro es considerado una modalidad del motociclismo cuyo objetivo es realizar

recorridos al aire libre a campo traviesa o en circuitos controlados. Los recorridos son contra reloj,

es decir, al igual que en el rally de automviles, todos los participantes recorren las mismas rutas

tratando de hacerlo en el menor tiempo. El ganador es el que posea el menor tiempo de recorrido.

Un ejemplo de este tipo de competencias internacionales es la Baja 100 realizado en la pennsula

de Baja California, cuyo recorrido es de aproximadamente 1000 millas.

Para practicar el enduro se requiere de una motocicleta todo terreno o tipo enduro. Estas son en

apariencia como las utilizadas en el motocross, pero hay diferencias importantes en la mayora de

los sistemas componentes.

Una motocicleta tipo enduro presenta las siguientes caractersticas:

La suspensin delantera con recorridos tan largos como 35 cm.

Suspensin trasera con un recorrido aproximado de 30 cm y amortiguacin ajustable.

Faro delantero para uso nocturno.

Luz trasera de freno.

Fig. 1. Motocicleta tipo enduro. WR450F de Yamaha

Guardas en el manubrio para proteccin en contra de cadas, ramas y rocas.

Placa de proteccin para el motor para evitar el impacto directo de agua, lodo, rocas,

troncos, etc.

Guardas de proteccin para los discos de frenos.

Escape regulados con normas de emisin de contaminantes y niveles de ruido.

Reduccin de transmisin que permiten el desarrollo de alta velocidad (140 km/h) en las

ltimas reducciones y mucho par en las primeras.

La mayora de los chasises son construidos con tubos de acero al Cr-Mo, para otorgar ms

rigidez y resistir esfuerzos producidos por las fuerzas de reaccin al contacto de la

suspensin y llantas a las condiciones irregulares del camino, asimismo a los esfuerzos de

torsin producidos por las reacciones de los pares producidos por la transmisin y

momentos de reaccin giroscpicos del motor y ruedas.

Las motocicletas enduro estn especialmente diseadas para el todo terreno y se necesita de un

buen diseo de ingeniera para que todo el conjunto de sistemas funcionen al mximo

rendimiento y puedan ser ajustable de acuerdo a las necesidades del conductor.

HISTORIA DE LAS MOTOCICLETAS TIPO ENDURO La motocicleta evoluciona a partir del vehculo de dos ruedas impulsado por fuerza

humana, es decir, de la bicicleta. Estructuralmente el chasis de motocicleta tiene como origen el

bastidor de diseo de diamante. Las primeras motocicletas eran bicicletas con motores pequeos

de baja potencia que estaban sujetos al bastidor, por lo que de manera lgica el diseo de

diamante era el ms fcil de adaptar para producir bicicletas motorizadas.

Dentro de las primeras bicicletas motorizadas se encuentra la desarrollada en Francia por

los fabricantes de velocpedos Pierre Michaux e hijos en conjunto con L.G. Perreaux, era un

velocpedo con un motor a vapor, que fue patentado en 1868. Un ao antes en 1867 Sylvester

Howard Roper aadi a una bicicleta un motor a vapor.

Fig. 2. Velocpedo impulsado por motor de vapor inventado por Michaux y Perreaux en 1868. Francia.

Posteriormente en 1885 Gottlieb Daimler y Wilhem Maybach disearon y construyeron un

prototipo llamado Reitwagen o vehculo para montar, este prototipo fue construido con el

propsito de probar el motor a gas de cuatro tiempos que haban diseado, el cual fue montado

en una bicicleta con cuadro de madera. Se le atribuye a Daimler la invencin de la motocicleta

precisamente a que el motor utilizado era un motor de combustin interna.

En los siguientes 30 aos surgieron diferentes productores de motocicletas, la mayora de

ellos fueron fabricantes de bicicletas que modificaban sus productos para adaptar los pequeos

motores de combustin interna. A partir de esos primeros productores muchas marcas actuales

tienen sus orgenes. Por ejemplo en 1901 en Estados Unidos, Carl Hedstrom un inmigrante sueco

realiz la adaptacin un motor de 1.75 Caballos de Fuerza a una bicicleta Indian, con lo que surge

la mtica motocicleta Indian. Por otra parte la primera motocicleta Harley-Dadvison fue diseada y

manufacturada en 1903 en Milwaukee por los estudiantes William Harley and Arthur Davidson.

Fig. 3 Primera motocicleta inventada por Gottlieb Daimler y Wilhem Maybach en 1885. Motor a gas de cuatro tiempos y chasis de madera.

Fig. 4 Primera motocicleta Indian y su creador Carl Hedstrom. 1901.

El uso de las motocicletas y la produccin masiva de estas se incrementa despus de la

primera y segunda guerra mundial ya que por su diseo las motocicletas son vehculos rpidos,

ligeros, econmicos y simples.

El enduro como competencia comienza en las primeras tres dcadas del siglo XX en

Inglaterra. En ese entonces la ley de trfico en caminos no permita que los vehculos impulsados

por motores excedieran el lmite de velocidad de 30 mi/h en caminos y carreteras.

Las primeras competencias de enduro o endurance fueron organizadas por caballeros

que para demostrar su habilidades de conduccin deban recorrer, sin descender de la

motocicleta, una pista a campo traviesa llena de obstculos tales como lodazales, lagos, troncos de

rboles, arenales y caminos de terracera. A partir de estas primeras pruebas dominicales, se

empezaron a organizar las primeras carreras profesionales de motociclismo.

Fig. 5 Primera Harley-Davidson de produccin en serie. 1905

Fig. 6 Motocicleta Gladiator de 350 cm3 usada en 1913 en la primera

competencia oficial de Enduro.

La FIM (Federacin Internacional de Motociclismo) es el organismo gobernante dedicado

regular y reglamentar los eventos de carreras de motociclismo alrededor del mundo. Esta

federacin fue creada desde 1904 y en 1913 sta organiz el primer evento de Enduro.

El primer evento de Enduro organizado por la FIM fue el ISDE en 1913 (International Six

Days Enduro) en Carslisle, Inglaterra.

Una de las primeras motocicletas que participaron en estas pruebas de enduro de 1913

fue la Gladiator de 350 cm3 cuyo motor produca una potencia de 2 HP que estaba montado en un

cuadro de acero reforzado para bicicleta, es decir tena la forma clsica de diamante, el tanque de

combustible estaba integrado en el tubo superior, la suspensin delantera presentaba un pequeo

ngulo de inclinacin.

En los aos siguientes se desarrollaron la capacidad de los motores de combustin interna

para este tipo de vehculo, por lo mismo, aument la potencia de los motores y por tanto se tenan

que disear nuevas estructuras para las motocicletas. En cuanto a las competencias de enduro y

de motocross las motocicletas utilizadas eran motocicletas de produccin para ciudad, pero con

pequeas adaptaciones en suspensin y se agregaban llantas para conduccin en tierra. Un

ejemplo de estas adaptaciones es la Jawa 250 de 1952. A partir de entonces aparecen en este tipo

de competencia las primeras motocicletas marcas que ahora son exitosas fabricantes de enduro

como la Jawa, Husqvarna, Husaberg, Ktm y GasGas.

Fig. 7. Jawa ISDT 250 1958. Motocicleta que gan ISDT DE 1958. Motor de 250 cm

3 con cuadro tubular de acero tipo

cuna, suspensin delantera telescpica y sin suspensin trasera.

Para principios de la dcada de los 60s las motocicletas ya haban adoptado las

suspensiones traseras como parte integral de la estructura, las transmisiones eran diseadas para

proporcionar un gran par de salida a la rueda trasera y se puede decir que las primeras

motocicletas concebidas slo para enduro y motocross aparecen. Por ejemplo est la Husqvarna

1968 F260 I, una motocicleta con motor de 260 cm3, suspensin delantera telescpica, suspensin

trasera de doble amortiguador y cuadro tubular tipo cuna simple.

A partir de la dcada de los 70s con la incorporacin de marcas japonesas al mercado de

motocicletas especializadas para todo terreno se han desarrollado este tipo de vehculos de

manera impresionante, aunque la forma geomtrica de colocar las suspensiones delantera y

trasera no ha cambiado mucho desde entonces los principales avances han sido en los materiales

empleados en la construccin de los cuadros, los motores, los frenos, los escapes y silenciadores,

suspensiones, etc.

Fig. 8 Husqvarna 1968 F260 I. Modelo para competencias de todo terreno.

Las motocicletas de todo terreno se han desarrollado a la par del deporte motor y

actualmente se dividen en cuatro grandes categoras: las de motocross, las de enduro, las de trial y

las de rally.

Actualmente el mercado de las motocicletas en Mxico est dominado por marcas

japonesas tales como Honda, Yamaha, Suzuki y Kawasaki. Aunque tambin hay marcas americanas

como Harley-Dadvison, Indian, Buell y europeas tales como BMW, Ducati, Guzi , KTM, Triumph,

Husqvarna, Husaberg, Gas Gas, Aprillia, etc. Desafortunadamente se ha presentado una invasin

en el mercado con motocicletas de diseo chino de mala calidad y sin regulacin de normas de

emisin de contaminantes.

Fig. 9. Arriba Izquierda, motocicleta de motocross SUZUKI RM250; Arriba Derecha, motocicleta de enduro YAMAHA WR450F; Abajo Izquierda, motocicleta de Rally, KTM Rally 690; Abajo Derecha, motocicleta de Trial, GASGAS Trial TXT Pro 125.

Independientemente de la marca de la motocicleta, estas han demostrado ser un vehculo

que ha evolucionado de ser una herramienta de transporte a un vehculo polivalente para ser

usado como transporte, trabajo, competicin, diversin, cono de moda y forma de vida. As

mismo el diseo de la motocicleta es mejorado continuamente y actualmente se les adaptan

nuevos tipos de motores, tales como motores elctricos que funcionan con bateras o celdas de

hidrgeno, motores diesel y motores de aire comprimido.

Fig. 10 Motocicleta env. Motocicleta de produccin en serie con motor elctrico y alimentacin por celdas de hidrgeno.

Fig. 11. The Green Speed. Motocicleta prototipo diseada en el Real Instituto de Tecnologa de Melbourne. sta funciona con aire comprimido.

DISEOS ESTRUCTURALES

Desde el punto de vista del diseo estructural la evolucin de la motocicleta ha pasado ser

un simple diseo de madera de una bicicleta hasta actualmente diseos tubulares de aleaciones

de acero al Cr-Mb, perfiles de aleaciones de Al ( 7071, 6061) y paneles de fibra de carbono.

El chasis de motocicleta es la estructura esencial en la cual se ensamblan y son sostenidos

todos los sistemas, aporta rigidez al vehculo y proporciona la forma que define el tipo de

motocicleta. Los elementos de los sistemas de la motocicleta son las barras de suspensin

delantera, mono-amortiguador, basculante trasero, tanque de gasolina (bateras y celdas de carga)

y motor (transmisin incluida).

Geometra del chasis de la motocicleta

La funcin geomtrica del chasis consiste principalmente en proporcionar buen

desempeo en la parte ciclomotora, es decir, proporciona las medidas fundamentales de la

motocicleta como: los ngulos adecuados de la direccin, el viaje, la posicin del polo de

momentos, la distancia entre ejes y altura del asiento. En la figura Fig. 12 se muestra cada una de

estas medidas:

Viaje o Trail: Es la distancia entre el punto de interseccin del eje de la direccin con el

suelo A y el punto de contacto de la llanta delantera B.

Fig. 12 Medidas Fundamentales de la Motocicleta. Yamaha WR 450F

ngulo de la direccin o Rake: Es el ngulo comprendido entre el eje de la direccin A y la

vertical D.

Distancia entre ejes o Wheelbase: Es la distancia horizontal entre los centros de la llantas

delantera C y trasera E.

Polo de Momentos o PoM: Es el punto en el cual la suma de momentos debidos a las

fuerzas producidas por la cadena y transmisin es cero. Este se ubica en el punto I de la

interseccin de la lnea recta que pasa por el lado tirante de la cadena y la lnea formada

por el eje del brazo de suspensin trasero1.

Altura del asiento o Seat height: Es la distancia entre el punto ms bajo del asiento F a el

suelo G.

Elementos del chasis de la motocicleta.

El chasis de una motocicleta independientemente del tipo que sea est compuesto de

manera general de los siguientes elementos:

Tubo de direccin: Contiene los baleros del eje de direccin.

Tubo de enlace: Es el tubo que une el tubo de direccin y el punto de pivoteo del

amortiguador trasero.

rea del punto de pivoteo de la suspensin trasera: Es el rea donde necesariamente el

chasis de bifurca hacia el exterior para as poder ensamblar el brazo de suspensin

trasero.

Parte baja de la cuna: Es la seccin que pasa por abajo del motor y que conecta el tubo de

direccin y el rea del punto de pivoteo de la suspensin trasera.

En la Fig. 13 se muestran los nombres de los tubos en un chasis de motocicleta multitubular.

1Cocco Gaetano. MOTORCYCLE DESIGN AND TECHNOLOGY. Motorbooks. 2004. P 53.

Fig. 13. Chasis multitubular de semidoble cuna de motocicleta tipo enduro con nombres de los elementos.

Tipos de chasises

Chasis multi-tubular con curvaturas Es el tipo de cuadro ms comn que se puede encontrar, consisten en una estructura

compuesta de tubos de secciones rectas, curveadas y unidas entre s por medio de soldaduras.

Dentro de esta clasificacin se encuentran los siguientes tipos de chasis:

Tipo cuna. En este tipo de bastidor el tubo inferior describe una curva por debajo del

motor. Cuando el tubo inferior se divide en dos el chasis recibe el nombre de semidoble cuna y si

Fig. 14 Chasis tipo semidoble cuna. KTM SX250 2008

el tubo inferior es substituido por dos tubos el cuadro recibe el nombre de doble cuna. Como estos

son los cuadros de diseo ms simple y robustos, para la produccin en serie resultan prcticos y

por lo tanto son los usados en la mayora de las motocicletas.

Cuadro Triangulado (Lattice-girder o trellis) En este tipo de bastidor puede estar hecho con tubo redondo o cuadrado sin dobleces.

Estos se sueldan unos a otros formando estructuras triangulares debido a que esta forma presenta

una alta eficiencia estructural. Comnmente este tipo de estructuras son utilizadas en

motocicletas con motores muy grandes y poderosos que requieren chasises con mucha rigidez

estructural. Es el motor de la motocicleta acta como elemento estructural para cerrar la red

triangular. Por ejemplo Ducati utiliza este tipo de cuadro en todas sus motocicletas con motores

de cilindradas superiores a los 650 cm3 y 60 kW de potencia.

Chasis mixto Este tipo de estructuras son fabricadas a partir de piezas soldadas y ensambladas. Estas

piezas pueden ser elementos de fundicin, lminas preformadas, tubos rectos o doblados, etc.

Con este tipo de construccin se pueden escoger diferentes tipos de materiales

dependiendo del esfuerzo al cual va a estar sometida la pieza.

Las motocicletas deportivas y las de todo terreno utilizan este tipo de chasis con la

finalidad de disminuir el peso neto de la motocicleta.

Fig. 15. Cuadro Triangulado. Cuadros de Ducati S2R.

Fig. 16. Chasis Mixto. Fabricado con placas fundidas de aluminio soldadas entre si y tubo cuadrado de aluminio. Aprilia Mille R 2004.

Chasis tipo monocoque

Originalmente el trmino monocoque se utiliza para describir a una aeronave que utiliza

placas o lminas de aluminio como elemento estructural y al mismo tiempo como una superficie

exterior lisa para disminuir la resistencia contra el viento. En las motocicletas este tipo de

construccin se utiliz en el mundo de las carreras de velocidad de grad prix. Actualmente este

tipo de estructuras se utiliza con nuevos materiales ligeros y con gran rigidez como la fibra de

carbono.

Fig. 17. Motocicleta con chasis tipo monocoque. Las suspensiones y el motor estn montados directamente en la estructura envolvente. Sharker prototype.

MANUFACTURA ACTUAL

BBR Motorsports es una compaa que desde 2004 se dedica a fabricar bastidores de

aleaciones de aluminio 6061 para motocicletas de produccin en serie tipo motocross con

motores de baja cilindrada, de las marcas Yamaha, Honda, Kawasaki y Suzuki. Estas

motocicletas tienen un chasis de fbrica de acero al cromo-molibdeno, por lo que BBR ofrece la

opcin al pblico de intercambiar ste por uno ms ligero de aluminio.

Aunque sta compaa disea, modela y construye los bastidores de aluminio para,

conserva las mismas caractersticas geomtricas de fbrica, es decir, no propone opciones

geomtricas que satisfagan a clientes con diferentes estatura. Adems slo trabaja con

motocicletas de baja cilindrada.

SANO es otra compaa dedicada a la produccin de bastidores, de tubo de cromo-

molibdeno, para motocicletas tipo motocross. Al igual que el de fbrica, el chasis ofrecido es del

mismo material, pero ste es de tipo cuna abierta, es decir, utiliza al motor como elemento

estructural para formar un link rgido entre el tubo principal y punto del pivote de la suspensin.

Las ventajas de este producto son: la disminucin del peso, se conserva la geometra de la moto.

Fig. 18. Imagen Archivo BBR. Bastidores de aluminio para Honda CRF 150 en el proceso de fabricacin.

Fig. 19. Juego de Bastidor y suspensin SANO para KLX 110. Est hecho con tubo de Cr-Mb y la suspensin es de aluminio 6061.

La desventaja es que slo son para motocicletas de baja cilindrada.

CRISTINI ALL WHEEL DRIVE MOTORCYCLES, compaa dedicada a modificar el bastidor de

las motocicletas de fbrica

esprocket en el mismo eje de salida del motor de la motocicleta, este transmite el movimiento por

medio de cadena a otro esprocket ubicado en uno de los tubos de enlace envolventes, de

medio de una flecha se transmite el movimiento a un diferencial colocado en el tubo principal que

posteriormente conduce el movimiento a un par de flechas cardanes y por ltimo al eje de la masa

de la llanta delantera. Con esta compaa se modifica

conservan las caractersticas geomtricas.

REGULACIONES Y REGLAMOTOCICLETA TIPO ENDDE ENDURO (BASADO EN LA FIM)

FIM: ENDURO TECHNICAL RULES

Fig. 21 Logotipo de la Federacin Internacional de Motociclismo.

La desventaja es que slo son para motocicletas de baja cilindrada.


para incorporar un sistema de traccin a la llanta delantera. Del

sprocket en el mismo eje de salida del motor de la motocicleta, este transmite el movimiento por

medio de cadena a otro esprocket ubicado en uno de los tubos de enlace envolventes, de



Con esta compaa se modifica dinmicamente la motocicleta, pero se

conservan las caractersticas geomtricas.

Fig. 20. Bastidor Modificado Cristini.

REGULACIONES Y REGLAS PARA LA CONSTRUCCIN DE MOTOCICLETA TIPO ENDURO EN EL CAMPEONATO

(BASADO EN LA FIM) Y LA BAJA 1000.

FIM: ENDURO TECHNICAL RULES

Logotipo de la Federacin Internacional de Motociclismo.


para incorporar un sistema de traccin a la llanta delantera. Del

sprocket en el mismo eje de salida del motor de la motocicleta, este transmite el movimiento por

medio de cadena a otro esprocket ubicado en uno de los tubos de enlace envolventes, de ah por



dinmicamente la motocicleta, pero se

LA CONSTRUCCIN DE UNA URO EN EL CAMPEONATO NACIONAL

Y LA BAJA 1000.

A continuacin se transcriben las reglas bajo las cuales se debe realizar la construccin del

chasis de la motocicleta.

01.03 LIBERTAD DE CONSTRUCCIN

Una motocicleta debe ajustarse a los requerimientos de las regulaciones de la FIM, a las

regulaciones suplementarias, as como tambin al nmero de condiciones especficas que

la FIM requiere para ciertas competiciones. Ninguna restriccin se establece en la

construccin o tipo de motocicleta utilizada.

Toda motocicleta debe ser construida de manera que sta sea controlada slo por el

conductor.

01.23 DEFINICIN DE UN PROTOTIPO

Una motocicleta prototipo es un vehculo que debe ajustarse a los requerimientos de los

cdigos de deporte de la FIM y apndices aplicables al tipo de competicin para el cual va

a ser usado.

01.25 ESPECIFICACIONES GENERALES

25.01 El uso de titanio en la construccin del chasis, las horquillas delanteras, manubrio,

basculante y masas delantera y trasera est prohibido

01.26 DEFINICIN DEL CHASIS DE MOTOCICLETA

La estructura o estructuras usadas para unir cualquier mecanismo de direccin al frente

del vehculo con la unidad de motor/trasmisin y a todos los componentes de la

suspensin trasera.

SCORE INTERNATIONAL CHAMPIONSHIP OFF-ROAD RACING: Off-Road Racing Rules and

Regulations.

SCORE INTERNATIONAL es un organismo regulador en el deporte de las carreras todo

terreno en el desierto y es famosa por su principal evento la BAJA 1000.

Fig. 22 Logotipo de SCORE INTERNATIONAL.

Las competencias de SCORE se llevan a cabo en Estados Unidos y en Mxico. Este organismo fue

fundado en 1973 por Mickey Thompson y actualmente est baja la direccin de Sal Fish.

El reglamento para esta competencia organiza a todos los vehculos en diferentes clases, para las

motocicletas existen 6 diferentes clases:

1. CLASE 20: Motocicletas con motores de dos tiempos de hasta 125 cm3 o menores y

motores de cuatro tiempos de hasta 250 cm3 o menores.

2. CLASE 21: Motocicletas con motores de dos tiempos de hasta 250 cm3 o menores y

motores de cuatro tiempos de hasta 450 cm3 o menores.

3. CLASE 22: Motocicletas con motores de 251 cm3 o ms grandes.

4. CLASE 30: Motocicletas con motores de cualquier desplazamiento y con conductores de 30

aos de edad o ms.


aos de edad o ms.


aos de edad o ms.

Las diferentes clases para motocicletas comparten las mismas reglas, a excepcin de definicin

de la clase como tal. Las reglas son:

REGULACIONES GENERALES Los participantes en esta clase debern cumplir todas las regulaciones generales.

En las regulaciones generales se describen las reglas de quines pueden participar en las carreras

organizadas por la SCORE INTERNATIONAL , los trminos de descalificacin, las distancias y

trayectoria de la carrera, protestas y penalizaciones, reglamentacin para PITS y reglas para

tecnologas.

Dentro de las reglas de tecnologa cabe resaltar las siguientes:

GT2, Cada vehculo, sin importar la clase en la que compita debe aprobar

satisfactoriamente la inspeccin de seguridad del Director de Tecnologa o de sus

representantes antes de que le sea permitido en el evento. Una calcomana de inspeccin

ser entregada una vez completada la inspeccin.

GT11, Todos los vehculos debern tener sus estructuras tubulares aprobadas

previamente a una carrera organizada por SCORE. La inspeccin deber ser realizada en la

oficina tcnica de SCORE.

COMPONENTES GENERALES DEL VEHCULO

CR48 CHASIS. Todos los componentes del chasis, incluyendo suspensin delantera y

basculante trasero debern estar libre de defectos. Baleros debern estar sujetos.

CR53 MODIFICACIONES. Todas las construcciones, modificaciones y alteraciones

debern ser realizadas de una manera profesional y estas debern ser aprobadas por

SCORE.

Adems de las reglas anteriormente citadas, en la seccin de componentes generales del

vehculo est la normativa del tipo de mangueras y su sujecin, nmeros de identificacin, equipo

de radio, gps y receptculo para documentos.

En cuanto a la construccin de estructuras tubulares para los vehculos el reglamento slo

hace una sugerencia a que se utilice tubo de acero al cromo molibdeno 4130 y hace hincapi en

que la soldadura debe ser de la mejor calidad, con completa penetracin y sin cortes en las

paredes de los tubos.

CAPITULO II

ERGONOMA Y GENTE COERGONOMA Y GENTE COERGONOMA Y GENTE COERGONOMA Y GENTE CON FENOTIPO MEXICANON FENOTIPO MEXICANON FENOTIPO MEXICANON FENOTIPO MEXICANO

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La conduccin de motocicletas es disfrutable, excitante y divertida. Es tambin una

actividad riesgosa que requiere habilidades y precaucin por parte del piloto. El conductor y

motocicleta forman un sistema interactivo que opera dentro de un ambiente muy demandante

que adems puede ser estudiado por todo el rango completo de las reas de ergonoma y factores

humanos.

El diseo de las motocicletas es una actividad multidisciplinaria, entre las cuales la

ergonoma puede estudiar la relacin piloto-motocicleta, la antropometra del piloto, el

desempeo cognoscitivo del mismo, la sensacin trmica ocasionada por el medio ambiente;

actualmente stos tpicos por lo regular no estn bien representados en el diseo, manufactura y

uso de las motocicletas. Con el aporte de informacin de proyectos como ste y el desarrollo

industrial de los productos existentes en un futuro cercano las motocicletas se adaptarn al

conductor y no al contrario.

El piloto que tiene un motocicleta adecuada a su fsico tendr una conduccin mucho ms

segura, disfrutable y eficiente.

Actualmente un determinado tipo de motocicleta no es adecuada para cualquier tipo de

piloto, es decir, las motocicletas de fbrica tienen una geometra determinada que no es posible

cambiar tales como la distancia entre centros, la altura del asiento, la altura de los posapies, etc.

Por otra parte, cualquier tipo de persona puede tener intenciones de utilizar determinada

motocicleta independientemente de la geometra.

Fig. 23 Los pilotos de motocicletas pueden ser de diferentes tallas.

Un hecho importante es que dependiendo del tipo de motocicleta se puede describir el

tipo de piloto que la usar, por ejemplo, se tiene una motocicleta deportiva que estn orientadas a

personas delgadas y pequeas (1.50 a 1.7 m), las de doble propsito las utilizan los pilotos de

mediana estatura (1.70 a 1.80) y las de cross y enduro son usadas mayormente por gente alta

(1.80m o ms)2.

El problema de ingeniera se enfoca en que el uso de una motocicleta de una geometra

inapropiada a la antropometra del piloto por lo que se generan malestares para el conductor tales

como: dolor en las muecas, en el cuello, en la espalda, en las nalgas y que todo esto que se

resume en una postura desagradable; problemas en la conduccin: prdida de la concentracin,

no poder ver el camino por recorrer, no poder ver por los espejos retrovisores; en la dinmica de

la motocicleta-piloto: incremento o reduccin en la trasferencia de masa en la aceleracin y

2 Stedmon, A.W., Hasseldine, B., Rice, D., Young, M., Markham, S., Hancox, M., Brickell, E., & Noble, J.

MotorcycleSim : an evaluation of rider interaction with an innovative motorcycle simulator (2009 Special issue of The Computer Journal )

Fig. 24. En esta imagen se muestra un ejemplo de una motocicleta no adecuada al tamao del piloto.

Fig. 25. Acoplamiento de una motocicleta tipo enduro. (KX 125)

frenado, las fuerzas aplicadas por el piloto son insuficientes o sobradas para controlar la inercia de

la motocicleta, cambios en la posicin centro de gravedad y reacciones fuera de tiempo de la

motocicleta-piloto a las imperfecciones del camino.

Una solucin para este problema es que las compaas produzcan diferentes tamaos de

chasises para diferentes rangos de estaturas de los pilotos. Este tipo de solucin es actualmente

desarrollado por la industria de las bicicletas: Por ejemplo, el modelo de montaa Aspect 20 de

la marca SCOTT sale a la venta al pblico en 6 diferentes tamaos de chasis dependiendo de la

estatura de la persona que utilizar la bicicleta.

Fig. 26 Imagen de la geometra de los diferentes tamaos de cuadro para una bicicleta SCOTT modelo ASPECT 20.

Otra solucin es que las compaas manufactureras de motocicletas proporcionen a los

usuarios finales la opcin de comprar un kit para disminucin o incremento de altura, que consiste

solamente en un asiento con un perfil ms bajo o alto. A este kit se le podra adicionar un juego

de resortes para modificar la longitud final de las suspensiones delantera y trasera utilizar un

juego nuevo de elementos del acoplamiento de la suspensin trasera con el amortiguador

(dependiendo del tipo de motocicleta).

La primera solucin no se lleva a cabo por ninguna compaa en la industria de las

motocicletas de produccin en serie y la segunda no se ha generalizado. Por lo anterior, en este

trabajo de tesis se propone el diseo de un chasis de motocicleta tipo enduro para gente con

antropometra del mexicano promedio, sin alterar las propuestas geomtricas de fbrica tales

como, distancia entre centros, ngulo de inclinacin de la suspensin delantera, viaje y distancia

mnima del suelo a la parte ms baja de la motocicleta. Se tomar como base el modelo WR450F

2006 de Yamaha

Dentro del anlisis preliminar que se debe realizar se encuentra:

Antropometra del piloto.

El tipo de trabajo efectuado por el piloto en la motocicleta, durante las diferentes

posiciones de conduccin.

Manipulacin de los controles de la motocicleta y dispositivos informativos.

ESTATURA PROMEDIO DEL MEXICANO La estatura promedio del mexicano es de 1.63 m para varones y 1.56 m para mujeres3. Se

debe tener en cuenta que existen diferencias antropomtricas entre individuos mexicanos que

pertenecen a diferentes grupos tnicos, edades y regiones geogrficas. Las zonas sur, sureste, y

centro del pas tienden a tener ms personas con baja estatura (aproximada a la estatura

promedio) al contrario de los que se presenta en el norte del pas.

3 ESTUDIO NACIONAL DE SALUD Y ENVEJECIMIENTO EN MEXICO (ENASEM) 2001.

Fig. 27 Motocicleta cuyas medidas geomtricas se tomaron para el diseo del nuevo bastidor. Yamaha WR450 F 2006.

La desviacin estndar de la estatura de los hombres mexicanos se muestra en la Fig. 28.

Los datos para determinar la grfica son: El tamao total de la muestra: 17 071 personas, la

desviacin estndar: 0.08 m, el error relativo es: 0.213 %.

Fig. 28 Distribucin normal de estatura en varones de Mxico.

Como se observa en la grfica presentada en la Fig. 28 la estatura de la mayor parte de la

poblacin se encuentra entre los 155 cm y los 170 cm. Una propuesta para la produccin de

cuadros para motocicletas tipo enduro slo para Mxico (Latinoamrica) sera:

Dnde en cada tamao de chasis, slo cambiara la geometra del mismo para tener como

resultado final una altura del asiento al suelo adecuada al rango de estatura de los pilotos.

Estatura del piloto

= X (cm)X 190

Cuadro de la

motocicletaNORMAL MEDIANO (TAMAO

ACTUAL DE FBRICA)GRANDE

ATROPOMETRA DEL MEXICANO PROMEDIO El estudio del tamao del cuerpo, tal como la estatura, ancho y forma, el peso y las

propiedades inerciales de las partes del cuerpo es generalmente referido como Antropometra.4

Una prctica comn para determinar las medidas antropomtricas de un determinado

grupo de individuos es utilizando la estatura5. Para este caso se utilizar la Fig. 29 y como dato de

entrada se sabe la estatura promedio del varn mexicano.

Fig. 29 Determinacin de las dimensiones del cuerpo humano a partir de la estatura.

De acuerdo con la informacin de la Fig. 29 y conociendo la estatura promedio del

mexicano se obtiene el resultado de la antropometra del mexicano promedio, estos se muestran

en la siguiente figura.

4 Mark R. Lehto, James R, Buck; HUMAN FACTORS AND ERGONOMICS FOR ENGINEERS; Lawrence Erlbaum

Associates; 2008, New York; Pp. 54 5 Pedro R. Mondelo, Enrique Gregori, Pedro Barrau; ERGONOMIA 1 FUNDAMENTOS; Mutua Universal; 3

Edicin, 1994, Barcelona; Pp. 61, 62

Fig. 30 Dimensiones del varn mexicano con estatura promedio de 163 cm. ( Las dimensiones se muestran en centmetros)

DESCRIPCIN DE LAS POSTURAS MS COMUNES EN LA CONDUCCIN DE MOTOCICLETAS TIPO ENDURO

La postura bsica

Fig. 31. Posicin de pie es la postura fundamental en la conduccin de motocicletas tipo enduro.

La mayor parte del tiempo de conduccin de una motocicleta tipo enduro se utiliza la

posicin de pie. Bsicamente se necesita mantener los codos hacia arriba y adelante. Es esencial

mantener los codos en esta posicin para mantener el control y ejercer la mxima fuerza sobre el

manubrio. En conjunto con la postura de los brazos, es necesario, tambin sujetar los costados de

la motocicleta con las rodillas. El sujetar de esta manera a la motocicleta permite convertir al

piloto en una extensin del vehculo y por lo tanto esta es ms estable en terreno difcil como

saltos, baches, lodo y arena. El resto del cuerpo deber estar centrado sobre el eje vertical arriba

de los estribos, las piernas debern estar un poco flexionadas, las rodillas sujetando la parte

frontal del asiento o trasera del tanque de gasolina. La cabeza deber adelantada un poco, la vista

se debe mantener hacia adelante. La cadera y las rodillas van a ser las encargadas de hacer girar la

motocicleta en vueltas, as mismo, debern actuar simultneamente con el manubrio y la presin

ejercida por los brazos sobre este.

El piloto tendr ms control de la motocicleta utilizando menos fuerza en esta posicin as

se evitar el cansancio prematuro.

La posicin sentado

Para esta posicin hay que identificar primero el punto ms bajo del asiento de la

motocicleta, pues en este punto el piloto podr controlar ms efectivamente el vehculo cuando

Fig. 32. La posicin sentado. Usada comnmente cuando se requiere que la conduccin de la motocicleta sea ms balanceada.

vaya sentado. El piloto se sentar preferentemente en lugar identificado como el punto ms bajo,

pero sin estar sentado sobre el tanque de gasolina ni en la parte trasera del asiento.

La espalda debe ir en una posicin relajada e inclinada ligeramente hacia atrs, los brazos

deben ir extendidos hacia los controles del manubrio, los codos deben permanecer en alto, la

cabeza del piloto debe ir orientada hacia el frente, de tal manera que siempre se observe el

camino hacia donde se quiera conducir la motocicleta. Las rodillas deben ir flexionadas y deben

sujetar en todo posible momento la parte posterior del tanque de gasolina. Las puntas de los pies

deben descansar sobre los posapis. (Ver Fig. 32)

Posicin durante vueltas

El piloto debe ladear la motocicleta hacia el interior de la curva, una vez adentro de la

curva, este debe transferir su peso corporal hacia adelante, es decir, sentndose entre el asiento y

el tanque de gasolina, la cabeza debe ir alineada con el manubrio. La pierna interna a la curva

debe ir estirada y levantada hacia adelante para que sirva como gua. Si es una curva plana, se

utiliza la misma postura, pero la pierna exterior a la curva debe ejercer presin sobre el posapi. (

Ver Fig. 33)

Fig. 33. Posicin de motocicleta-piloto en vueltas planas.

RELACIONES DIMENSIONALES DEL SISTEMA PILOTO-MOTOCICLETA

Descripcin geomtrica de las posiciones de conduccin

Posicin bsica

Para el piloto de la motocicleta en esta posicin, la espalda est aproximadamente a 41o

con respecto a la vertical y el ngulo de las piernas flexionadas con respecto a la parte posterior de

la rodilla es aproximadamente 106o.

Posicin sentado

En esta posicin la espalda se inclina hacia atrs en un ngulo aproximado de 13o, con

respecto a la vertical. El ngulo de las piernas flexionadas es de 46o aproximadamente.

Fig. 34 Posicin parado. En esta imagen se hace una superposicin de lneas en las cuales se miden los ngulos que las extremidades del piloto forman entre si y la vertical.

Fig. 35 Posicin sentado. En esta imagen se hace una superposicin de lneas en las cuales se miden los ngulos que las extremidades del piloto forman entre si y la vertical.

Para que exista una real adaptacin de la motocicleta al piloto, se debe tomar en cuenta

las siguientes dimensiones (desde un punto de vista lateral, en ciertas longitudes es necesario

utilizar la vista superior) :

SG: Altura del punto ms bajo del asiento al suelo.

FPG: Altura del posa-pi al suelo.

FPS: Distancias vertical y horizontal del punto ms bajo del asiento al posa-pi.

HB: Longitud total del manubrio.

HBS: Distancias vertical y horizontal del manubrio al punto ms bajo del asiento.

FPRB: Distancia del posa-pie al mando de los cambios y/o freno trasero.

CLHB: Distancia de la palanca del embrague a la manopla.

BLHB: Distancia de la palanca del freno a la manopla.

RHB: Rotacin total de la manopla de aceleracin.

En el siguiente dibujo se muestran las dimensiones.

Fig. 36 Medidas principales para realizar un diseo ergonmico de la motocicleta.

De los clculos obtenidos en el Anexo I, se tiene:

Fig. 37 Medidas obtenidas despus de realizar anlisis ergonmico.

CAPITULO III

MOTOCICLETA Y SUBSISMOTOCICLETA Y SUBSISMOTOCICLETA Y SUBSISMOTOCICLETA Y SUBSISTEMASTEMASTEMASTEMAS

MOTOR Y TRANSMISIN Como definicin de motor se tiene que es una mquina diseada para convertir energa en

movimiento mecnico.

Tipos de motores

Existen diversos tipos de motores tales como los de combustin interna, combustin

externa (motor Stirling), elctricos, energa potencial y los msculos.

Combustin interna Los motores de combustin interna utilizan un combustible y un oxidante que son

introducidos a una cmara de combustin interna, en donde al realizarse la combustin estos a

presin y temperatura elevadas se produce una expansin de gases y por medio de la presin

resultante se ejerce una fuerza sobre otro componente del motor (puede ser un pistn)

produciendo que este componente se mueva y por lo tanto se tiene energa mecnica utilizable.

Combustin externa Los motores de combustin externa son mquinas trmicas en las cuales un fluido interno

es calentado por una fuente externa a travs de las paredes de la mquina o por medio de un

intercambiador de calor. El fluido interno al calentarse tiende a expandirse y de esta manera con

la presin generada en la cmara de expansin se realiza trabajo sobre los mecanismos internos

del motor (pistones), con lo que se obtiene movimiento que se puede aprovechar.

Energa Potencial En esta categora entran los motores que utilizan energa potencial para convertirla en

movimiento utilizable. Dentro de esta clasificacin se encuentran los motores neumticos que

funcionan con aire comprimido y los motores de resortes.

Otros Los motores elctricos. Son mquinas capaces de transformar la energa elctrica en

mecnica. Estos tienen una alimentacin elctrica de voltaje y corriente, una salida mecnica en

forma de par y rotacin, y prdidas que se representan como calor6.

Los msculos.

6 FUNDAMENTOS DE MQUINAS ELCTRICAS. J.R. Cogdell. Pearson Education. Primera Edicin. 2002. P 31.

Caracterizacin del motor a utilizar en el proyecto

El motor utilizado para de desarrollo del prototipo es el de una motocicleta Suzuki TS

185ERC. Es un motor de combustin interna de dos tiempos de 183 cm3 de un solo cilindro con

una potencia de 12.87 kW a 7000 RPM, tiene un par mximo de 18.22 Nm a 6000 RPM, una

carrera de 57 mm x un dimetro de pistn de 64mm y 1.1 l de capacidad de aceite7. La inyeccin

de combustible a la cmara de combustin es por medio de carburador. El sistema de

enfriamiento es por aire. El material del cuerpo del motor es de fundicin de aluminio. La masa

total (sin lquidos) es de ND.

Fig. 38 Motor de Suzuki TS 185 ERC.

En la siguiente figura se muestra las curvas caractersticas del motor.

7 SUZUKI TS185 SERVICE MANUAL. SUZUKI MOTOR CO. LTD. Service Department. 1976.

Fig. 39 Curvas caractersticas del motor de 183 cm3 de la motocicleta SUZUKI TS 185 ERC. Cortesa de Suzuki Motor

Co.

El sistema de transmisin est integrado al monoblock del motor. La primera reduccin es

la que se realiza del engrane cnico del embrague de 61 dientes al engrane cnico de 19 dientes

que se encuentra solidario al primer eje primario de reduccin. Entre el eje primario y el

secundario hay cinco pares de relaciones de engranes:

1. De 2.750 : 1 con un engrane de 33 dientes en el eje primario y otro de 12 en el secundario.




5. De 0.8000 : 1 con un engrane de 20 dientes en el eje primario y otro de 25 en el

secundario.

Fig. 40 Diagrama de explosin de transmisin de Suzuki TS185. Cortesa de Suzuki Motor Co.

Con cada marcha la velocidad y el par desarrollados son diferentes. Para apreciar dichos

cambios se muestra la siguiente grfica con las curvas de desempeo del motor y transmisin.

Fig. 41 Curvas caractersticas de desempeo del motor de la SUZUKI TS185. Cortesa de Suzuki Motors Co.

Como el motor tiene que estar sujeto al chasis se tiene que conocer las medidas de la

distancia entre centros de cada uno de los barrenos de sujecin en la carcasa del motor, as de

esta manera se pueden proponer los soportes de sujecin del chasis para determinar la altura y

orientacin del motor.

Los barrenos de sujecin se encuentran en diferentes planos vistos desde una vista frontal

por lo que la distancia entre centros se tiene que tomar directamente sobre el chasis de la

motocicleta Suzuki TS 185. Se toma como punto de origen uno de los soportes del motor en el

chasis y a partir de ah se toma la medida de la distancia entre centros con la ayuda de un

calibrador y elemento plano que permite ubicar cada uno de los centros a un solo plano de

referencia. Ver

Fig. 42 Chasis de SUZUKI TS 185 donde se muestra la distribucin de los soportes del motor y medio de toma de dimensiones entre centros.

Las medidas obtenidas se muestran en un plano de vista lateral del motor, este plano se

encuentra en el ANEXO XXX en la pgina.

SUSPENSIONES

En el deporte de todo terreno la potencia del motor no es el principal factor que

determina que tan rpido puede ir la motocicleta, sino las suspensiones, es decir, las llantas deben

estar la mayor parte del tiempo en contacto con el suelo8. La llanta delantera es la que

proporciona la direccin y la llanta trasera transmite la traccin y es por eso que no sirve de

mucho tener un motor muy potente si no se controla la direccin del vehculo o transmite

adecuadamente la traccin al suelo.

La motocicleta est unida a las llantas por medio de las suspensiones y las llantas siempre

siguen las irregularidades del suelo mientras esta avanza. Por lo anterior las funciones principales

de las suspensiones es amortiguar los impactos que llegan al chasis y que son recibidos por las

llantas, disminuir el movimiento vertical del chasis y mantener las llantas pegadas a la superficie

del camino.

Fig. 43 Juego de suspensin delantera y trasera de motocicleta tipo motocross o enduro.

El subsistema de suspensin delantera o trasera debe de ser elstico y al mismo tiempo

amortiguante. Es elstico debido a que las suspensiones utilizan resortes, los cuales se comprimen

bajo la accin de una fuerza y regresan a su posicin original una vez que dicha fuerza es retirada.

En la mayora de las motocicletas los resortes de la suspensin estn hechos de acero enrollado en

espiral, en otros casos son neumticos (por compresin de gas) o combinados. El amortiguamiento

se realiza por medios hidrulicos. Cuando las suspensiones estn trabajando, el movimiento de

expansin o compresin fuerza al aceite de suspensin a pasar a travs de barrenos calibrados en

el pistn por lo que dicho movimiento se realiza de forma ms lenta.

8 Mark Thompson. MOTOCROSS AND OFF-ROAD MOTORCYCLE SETUP GUIDE. Motorbooks. Mineapolis, USA,

2010. P 46.

Suspensin delantera

En cuanto a la suspensin delantera, el sistema ms comn utilizado en motocicletas es la

telescpica u horquilla delantera y que a su vez est incluida la direccin del vehculo.

Como se puede observar en la

elementos tubulares. Si slo observamos un solo lado se tiene: el elemento que se desliza o

tambin llamado tubo interior y el tubo exterior o cartucho. El tubo exterior est sujeto en la parte

superior por medio de la corona del manillar y la abraza

ensambladas al chasis en el tubo de direccin y unidas a travs del eje de direccin. El tubo

interior en la parte inferior se ensambla con la rueda delantera.

Una vez que la suspensin comienza a trabajar y la lla

del camino haciendo movimientos verticales, el tubo interior se mueve dentro del tubo exterior en

la misma direccin que la llanta. Dentro de cada tubo interior hay un resorte helicoidal, casi tan

largo como el tubo, que trabaja a compresin. Hay tambin una unidad hidrulica dentro de cada

tubo exterior compuesto por un mbolo, pistn barrenado, elementos de sellado y vlvulas con

barrenos calibrados9.

Fig. 44 Suspensin delantera invertida d

9 Massimo Clarke. MODERN MOTORCYCLE TECHNOLOGY. MBI Publishing Company.



Como se puede observar en la Fig. 44 la suspensin telescpica est compuest



superior por medio de la corona del manillar y la abrazadera inferior, que a su vez estas estn


interior en la parte inferior se ensambla con la rueda delantera.

Una vez que la suspensin comienza a trabajar y la llanta comienza a seguir la trayectoria



ue trabaja a compresin. Hay tambin una unidad hidrulica dentro de cada


Suspensin delantera invertida de motocicleta tipo enduro. Suzuki RM 450 2010.

Massimo Clarke. MODERN MOTORCYCLE TECHNOLOGY. MBI Publishing Company. 2010. Pp 200,201.



la suspensin telescpica est compuesta por



dera inferior, que a su vez estas estn


nta comienza a seguir la trayectoria



ue trabaja a compresin. Hay tambin una unidad hidrulica dentro de cada


e motocicleta tipo enduro. Suzuki RM 450 2010.

2010. Pp 200,201.

El tubo exterior est hecho de aleaciones de Al 7071 y tiene un recubrimiento interno de

aleaciones con Ti para evitar el desgaste excesivo, as mismo el tubo interior est fabricado en

acero al CrMb tiene un recubrimiento galvanizado de Cr duro.

La elasticidad del resorte est determinada por las constantes mecnicas del material del

resorte (Mdulo de Young y mdulo de Poisson), el dimetro del alambre, radio de la espiral,

longitud total del resorte, dimetro exterior del resorte y nmero de espirales. Muchas veces los

resortes helicoidales tienen constante del resorte k (N/m) variable, es decir que a lo largo de su eje

principal los aspectos como el dimetro del alambre, el radio de la espiral y la separacin entre

espirales puede variar. K aumenta cuando se incrementa el dimetro del alambre o disminuyen el

nmero de hlices y el dimetro exterior.

Fig. 45 Suspensin SFF de Showa de funciones separadas. El lado derecho realiza la funcin elstica y la izquierda realiza la operacin de amortiguamiento. Cortesa de Showa Company Ltd.

Las suspensiones telescpicas actuales como la de la KX250 de Kawasaki mostrada en la

Fig. 45 se denominan SFF por sus siglas en Ingls de Separate Function front Fork. En el brazo

derecho de la suspensin se encuentra el resorte que es ms largo y con un mayor dimetro que

los resortes comunes en suspensiones telescpicas, tambin se puede regular la compresin del

mismo. En el brazo izquierdo se encuentra la unidad hidrulica y una cmara de aire. Se puede

regular la presin interna de este brazo para determinar la constante de amortiguamiento de la

suspensin y la rapidez del rebote. La suspensin SFF reduce hasta un 25 % su peso comparado

con las comunes.

Suspensin trasera

En la mayora de las motocicletas de todo terreno la suspensin trasera consiste en una

horquilla o basculante en forma de H, un amortiguador y un mecanismo de unin. En la Fig. 46 se

puede apreciar cada uno de estos elementos.

Fig. 46 Elementos de la suspensin trasera tipo mono-amortiguador y basculante.

El basculante comnmente es una serie de perfiles estructurales rectangulares hechos de

aleaciones de Al y estn soldados entre s para formar un elemento en forma de H. El extremo

delantero es angosto para poder ser ensamblado por medio de un eje al chasis de la motocicleta y

en otros casos al motor (cundo este se utiliza como elemento estructural). Cerca del extremo

delantero hay un elemento transversal el cual aporte rigidez al basculante y tambin es el lugar en

donde se ensambla alguno de los elementos del mecanismo de cuatro barras que es parte de la

suspensin. En el extremo opuesto es montada la llanta trasera y asimismo el caliper del freno

trasero.

El mecanismo de unin es un mecanismo de cuatro barras en donde el eslabn fijo es el

chasis de la motocicleta, el basculante es uno de los eslabones unidos al eslabn fijo y el eslabn

unido a los mviles es en el que se ensambla el amortiguador trasero. Los eslabones estan hechos

de aleaciones de Al 7071, 6061 o de acero al Cr-Mo.

Fig. 47 Mecanismo de unin. Es un mecanismo de cuatro barras y cuatro pares de revolucin. Eslabn 1 o fijo es el chasis de la motocicleta. Eslabn 4 es el basculante. El amortiguador se une al eslabn 3 por medio del par de

revolucin E.

El movimiento en la suspensin trasera es atenuado por el amortiguador. Este est

localizado en la parte central de la motocicleta. El amortiguador se sujeta al chasis

aproximadamente al final del tubo de enlace en donde se encuentra el punto de pivote para el

amortiguador; en la parte inferior este se sujeta al basculante. El cuerpo del amortiguador (ver

Fig. 48) es un tubo mecnico cuya terminacin es una pieza de sujecin que se ensambla al chasis

por medio de un tornillo. Dentro del tubo mecnico hay un pistn un una serie de vlvulas con

barrenos calibrados para el paso de aceite. El pistn est solidario a un mbolo que en su otro

extremo hay tambin una pieza de sujecin que se ensambla a uno de los eslabones del

mecanismo de unin. El resorte del amortiguador se instala en el exterior del tubo mecnico y el

mbolo.

La ventaja de tener el amortiguador en el extremo delantero del basculante es que el

recorrido del amortiguador es menor al recorrido vertical final de la llanta, el peso de la

suspensin se concentra en el centro de la motocicleta y por lo tanto del centro de gravedad, pero

se tiene que tener un basculante que resista las cargas provocadas por los impactos laterales y

verticales en la llanta y as mismo las reacciones provocadas por el mecanismo de unin y

amortiguador.

Fig. 48. Amortiguador utilizado en motocicletas tipo enduro. Cortesa de WP Company Ltd.

En adicin al aceite utilizado para realizar la amortiguacin se aade un recipiente que

contiene gas a presin y que por medio de una vlvula de paso permite el paso del gas al interior

del tubo mecnico para formar de esta manera una cmara de compresin de aire que sirve como

un colchn de aire cuando el amortiguador trabaja a compresin y regula la velocidad de retorno.

Caracterizacin de suspensin delantera y trasera.

Como parte fundamental de la determinacin de la geometra del chasis a disear se tiene

que conocer las dimensiones y caractersticas de las barras de suspensin delantera, la corona del

manillar, la abrazadera inferior, el amortiguador trasero, el mecanismo de unin y el basculante.

Las caractersticas de la suspensin delantera son:

Cmaras de aire de 41 mm de dimetro

Viaje de la suspensin es de 280 mm

En cuanto a las caractersticas geomtricas se pueden observar en los planos de la

suspensin delantera incluidos en el ANEXO III.

Para la suspensin trasera se dise en base a la geometra de la suspensin de la

motocicleta WR 450 F de Yamaha. Tiene las siguientes caractersticas:

La suspensin es de tipo basculante con mecanismo de unin.

El recorrido de la suspensin (eje de llanta trasera) es de 315mm.

El rin de la llanta trasera comercial es de 457.2 mm (18 in).

El basculante aloja los soportes del caliper.

Se toman las dimensiones del basculante directamente de una motocicleta WR 450 F de

Yamaha. Las medidas obtenidas de muestran en la siguiente figura:

Fig. 49 Basculante de motocicleta WR 450 F de Yamaha que es base para el diseo del basculante a utilizar en el ensamble del prototipo.

Se dise un nuevo basculante para el prototipo tomando en cuenta las dimensiones obtenidas y

la posicin relativa del amortiguador y el mecanismo de unin.

Los parmetros de diseo se presentan en el ANEXO IV y el resultado es el diseo del

prototipo de basculante para maquinar en aleacin de Al 6061 T6 y tendr una masa aproximada

de 6 kg.

Fig. 50 Imagen del modelo en CAD del basculante prototipo a manufacturar.

En cuanto al mecanismo de unin se proponen las distancias D2 y D3 de los eslabones (ver

Fig. 51) 2 y 3 respectivamente, as como la localizacin de los puntos de unin del eslabn 3 con el

amortiguador y el punto de ensamble del eslabn 3 con el basculante. La inclinacin inicial del

amortiguador se obtiene de la configuracin geomtrica de la motocicleta base, es decir, de la WR

450 F de Yamaha.

Fig. 51. Distancias a proponer para el diseo de la suspensin trasera.

La configuracin final de la suspensin trasera se determin mediante el anlisis de

trayectoria del extremo final del basculante en donde se ensambla la llanta. El anlisis se muestra

en el ANEXO IV. El desplazamiento vertical de la llanta trasera debe de ser de 300 mm, por lo que

despus del anlisis se obtienen los siguientes resultados:

D2 es de 200 mm.

D3 es 48.5 mm.

D4 es de 140 mm.

LB es de 565 mm.

Una vez determinada las dimensiones de los eslabones se disea la geometra de estos de tal

manera que permitan el libre movimiento relativo entre ellos y el ensamble y desensamble de

cada pieza. Se elije realizar el maquinado de las piezas en aleacin de Al 6061 T6 para evitar la

acumulacin de masa excesiva en el centro de la motocicleta.

Fig. 52. Mecanismo de unin ya maquinado y ensamblado a basculante y chasis de prueba.

FRENOS

Los frenos son el medio por el cual la motocicleta se puede detener. Los frenos son los

encargados de convertir la energa cintica del vehculo en energa calorfica, por medio de la

friccin. En ocasiones al inicio del frenado se escucha un sonido que tambin es prdida de

energa cintica; en otras ocasiones cuando la fuerza de frenado es muy grande y la energa

cintica tambin, los metales en cuestin se calientan demasiado y toman un color rojo

incandescente por lo que tambin se puede eliminar energa cintica por medio de luz.

La energa cintica de un vehculo depende directamente del producto de su masa por el

cuadrado de la velocidad. Si se desea disminuir la velicad del vehculo entonces la energa que se

debe consumir en el frenado es la diferencia de energa de la motocicleta a la velocidad inicial y la

velocidad final.

Otros elementos que influyen en el frenado de la motocicleta son: El arrastre

aerodinmico, el coeficiente de friccin de las llantas y el suelo, la friccin en los baleros en las

masas de los rines, la friccin en la cadena y en la transmisin.

Los frenos en la motocicleta, independientemente del tipo, deben de estar diseados

tomando en cuenta principalmente el peso del vehculo, el tipo de llantas (coeficiente de friccin

llanta-terreno) y la capacidad de enfriamiento del material utilizado en los frenos.

Tipos de frenos

En las motocicletas todo terreno es comn que los fabricantes instalen frenos de disco en

las llantas delanteras, por otra parte en las llantas traseras se pueden encontrar frenos de disco o

frenos de tambor.

Fig. 53 Freno de disco delantero. El disco se monta directamente al rin y el cliper se monta en un brazo de la suspensin delantera.

Fig. 54 (Izq.) Frendo de disco trasero y (Der.) Freno de tambor trasero. Los frenos de tambor slo se utilizan en motocicletas todo terreno de baja cilindrada y de manufactura econmica sin equipo de carreras.

Frenos de disco

Los frenos de disco tienen buen desempeo, son ligeros, tienden a durar ms y el

mantenimiento es sencillo pero el costo de cada uno de los elementos componentes es caro.

Los frenos de disco estn compuestos por un rotor o disco de freno que est conectado a

la rueda y un cliper que va fijo a la suspensin y que es activado por una palanca en el manubrio

en el caso del freno delantero o un pedal si es el trasero. Cuando se activa el cliper este ejerce

presin a unas pastillas de freno que a su vez presionan ambas caras del disco freno, lo que

permite que se aminore o se detenga la rotacin de las llantas.

El cliper es controlado por un sistema hidrulico compuesto de una bomba o cilindro

maestro (que es directamente activado por el piloto por medio de la palanca de frenos o el pedal

de freno trasero) y un sistema de lneas de tubera de freno que comunican a la bomba de freno

con el cliper.

Fig. 55. Cilindros maestros. Izquierda, bomba de freno trasera y Derecha, bomba de freno delantera con palanca.

CAPITULO IV

DISEO Y MODELADO DEDISEO Y MODELADO DEDISEO Y MODELADO DEDISEO Y MODELADO DEL CHASIS L CHASIS L CHASIS L CHASIS

SELECCIN DEL TIPO DE CHASIS

Independientemente del tipo de motocicleta para la cual se tiene como objetivo

desarrollar el prototipo de chasis, se elije utilizar un chasis multitubular con doble semi-cuna. El

diseo final de este tipo de estructura tiende a ser simple y robusto. Adems la construccin del

chasis se facilita con el tipo de mquinas disponibles, los procesos de manufactura que se

planearon para la construccin son conocidos y la materia prima es fcil de conseguir.

CARACTERSTICAS GEOMTRICAS

Como se ha mencionado anteriormente en el CAPTULO II las medidas fundamentales para

el diseo geomtrico del chasis se toman de la motocicleta tipo enduro WR 450 F de Yamaha

modelo 2006.

Fig. 56 WR 450 F de Yamaha 2006 con dimensiones de las medidas fundamentales para el diseo del chasis prototipo.

Angulo de Direccin

Es el ngulo comprendido entre el eje del tubo direccin y una recta vertical, que en este

caso ser de 27. Este ngulo est relacionado con el viaje o trail, que es de 144 mm.

El primer paso del diseo geomtrico es colocar la suspensin delantera a este ngulo para

poder determinar la posicin del tubo de direccin, utilizando las barras de suspensin

seleccionadas, un rin y llanta de 533.4 mm (21 in) de dimetro.

Fig. 57 Modelo de 2D para la inclinacin de la suspensin de acuerdo a un ngulo de direccin de 27 y un viaje de 144mm.

Distancia Entre Ejes

La distancia entre ejes es la medida comprendida entre los centros de la rueda delantera y

la rueda trasera. Para el caso del prototipo se toma la distancia base de 1485 mm. En el diseo

geomtrico se coloca la llanta trasera a esta distancia horizontal de la delantera y se incorpora en

este momento la geometra de la suspensin trasera previamente diseada.

Fig. 58 Modelo en 2D en CAD para la distancia entre centros de la motocicleta prototipo. Se integra en el dibujo la suspensin trasera cuyas medidas previamente se ha diseado.

Tubo de Direccin

El tubo de direccin tiene como objetivo unir el resto del chasis con la suspensin

delantera, contiene a los baleros superior e inferior de la direccin, al eje de direccin que permite

ensamblar la corona de la direccin y la abrazadera inferior con las barras de suspensin.

Fig. 59 Modelo en 2D de CAD del tubo de direccin ya ensamblado con la suspensin delantera y manubrio.

El alto del tubo de direccin debe ser de 157 mm pues esta es la distancia entre la corona

de direccin y la abrazadera inferior de la suspensin. Los baleros de direccin 32005 se alojan en

la parte superior e inferior del tubo, por lo que el dimetro interior en los extremos es de 47 mm,

el alto de la caja para los baleros es de 15 mm y dimetro exterior es de 54 mm, con lo que se

tiene una pared de 3.5 mm. Para reducir peso, en la parte media del tubo de direccin se reduce el

dimetro exterior a 44mm y el interior es de 37 mm con lo que se conserva el mismo espesor de

pared. En el cambio de dimetro exterior se deja un chafln de manera que se elimine un

concentrador de esfuerzos y estticamente es mejor el acabado.

Tubo Inferior y Doble Semi-cuna

El tubo inferior parte del tubo de direccin hacia la parte baja del chasis que conecta con

los tubos de la cuna y cierran la estructura con los tubos laterales. Estos tubos se encargan de

rodear el permetro inferior del motor; es en estos tubos donde se sueldan los soportes del motor.

Para poder definir la posicin que deben ocupar estos tubos se debe colocar en posicin el

motor. La posicin del motor est determinada por lo siguiente:

La distancia del suelo a la parte ms baja de la motocicleta: 317 mm.

La distribucin de masa o posicin del centro de gravedad que se desea. A XX mm del

centro del centro de la llanta delantera.

La ubicacin del pion conductor10.

La inclinacin del motor para el funcionamiento del pistn.

Fig. 60 Al igual que la motocicleta WR 450 F se propone un ngulo de transferencia de masa de 27 y un ngulo de tiro de cadena de 34.

La ubicacin del pin conductor se obtiene de dos consideraciones: 1) la distancia

horizontal que debe tener el centro del pin con respecto al punto de pivote del basculante. En la

WR 450 F es de 120 mm. 2) El ngulo de tiro de la cadena y el ngulo de transferencia de masa. La

10 MOTORCYCLE DESIGN AND TECHNOLOGY .Cocco Gaetano. Motorbooks. 2004. Pp 62-75.

relacin de estos dos ngulos tiene efecto en la actitud de la motocicleta, es decir, en el

comportamiento de la motocicleta en la aceleracin, frenado, giro de la motocicleta, saltos y

dinmica en general, estos aspectos son explicados de manera general en el ANEXO V. Estos

ngulos son tomados tambin de la WR 450F y son de 34 el de tiro de la cadena y 27 el de

transferencia de masa.

Una vez posicionado el motor se determina la geometra del tubo inferior y los tubos de la

semi-doble cuna.

Para el tubo inferior se utiliza un tubo cuadrado de 31.75 mm de ancho y parte de la mitad

del tubo de direccin hacia abajo con una inclinacin de 42 (plano lateral) y con una longitud al

extremo final de 360 mm. A 30 mm antes del extremo del tubo inferior parten los tubos de semi-

doble cuna de dimetro exterior de 22.23 mm con un ngulo de 46 en el plano frontal YZ y con

un ngulo de 49 con respecto al eje del tubo de direccin en el plano lateral XY (Fig. 61). Como los

tubos de semi-doble cuna son simtricos los dobleces se hacen a la misma distancia, por lo que a

50 mm del centro del tubo inferior se realiza un doblez de 140 interno con un radio de 50 mm

(Plano YZ). Despus de 240 mm del primer doblez se realiza otro con un ngulo de 120 con un

radio tambin de 50 mm y el tubo finaliza a 264 mm despus del arco (Plano XY).

Fig. 61. ngulos de los tubos inferior y de semi-doble cuna. Vista lateral.

Fig. 62. Tubos Inferior y de semi-doble cuna.

Tubos laterales y Puntos de Pivote para Basculante

Los elementos de punto de pivote del basculante se colocan a 130 mm del plano central

del chasis, por lo que no se unen directamente con los tubos de semi-doble cuna. Estos elementos

no son estructuras tubulares, por lo que se tom la libertad de disear un elemento en forma de L,

que se tiene que maquinar, en donde se insertan los tubos laterales en la parte superior, el tubo

de enlace inferior en la parte interna, lateral e inferior y los tubos de unin con los de semi-doble

cuna en la parte frontal inferior. En la parte media se une otro elemento cilndrico por medio de

soldadura y que va a ser el punto donde se ensambla el basculante. Las medidas del elemento se

pueden consultar en los planos del prototipo en el Anexo VI.

De los elementos de punto de pivote del basculante se unen en la parte superior, con un

ngulo de 90 en el plano XY y 90 en el plano YZ, a dos tubos simtricos de 25.4 mm de dimetro

exterior. Se hace un doblez, de 142 (ngulo interno) con un radio de 90 mm, a cada tubo a una

distancia de 77 a partir de la unin con los elementos de punto de pivote del basculante.

Fig. 63 Elemento de punto de pivote de basculante.

Fig. 64. Tubos laterales y elementos de punto de pivote de basculante trasero.

Tubo de Enlace y Punto de Pivote para Amortiguador Trasero

Del diseo previo de la suspensin trasera se conoce que el amortiguador est a un ngulo

de 16 respecto a un eje vertical y se sujeta por su parte superior al chasis con un tornillo de

dimetro de 10 mm. La sujecin del amortiguador al chasis se logra por medio de una caja abierta

en dos de sus lados, de esta manera el montaje y desensamble del amortiguador se puede realizar

fcilmente.

Fig. 65. Tubo de enlace y punto de pivote del amortiguador.

El tubo de enlace es de 38.1 mm de dimetro exterior y parte desde el tubo de direccin

hasta la unin de el punto de pivote del amortiguador y los tubos laterales. Como es en el tubo de

enlace donde se monta el tanque de gasolina y sobre el tanque de gasolina se monta la parte

delantera del asiento, se debe tener cuidado de respetar la tolerancia de 880 mm que se

determin en el captulo II, pues de esta manera se asegura que la distancia mxima del asiento al

suelo es adecuada para el varn mexicano promedio de 1.63 m de estatura. El tubo de enlace

parte del tubo de direccin con un ngulo de 7

Tesis Fernando Martínez

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