INTRODUCCIÓN
El chasis de una motocicleta es la estructura que integra entre sí y sujeta tanto los componentes mecánicos como el grupo propulsor y la suspensión, incluyendo, si fuera el caso la carrocería.
Aporta rigidez y forma a la motocicleta, además, sostiene varias partes mecánicas como el motor, la suspensión el sistema de escape y la dirección.
Existen muchos tipos diferentes de chasis donde cabe destacar el chasis simple, de doble cuna, multitubular, de chapa estampada, de viga, etc…. El material más
empleado para su constitución es el acero, aunque los podemos encontrar también de aluminio y otros materiales (carbono, titanio o magnesio).
La rigidez y geometría del chasis son vitales para la estabilidad de la motocicleta, normalmente la rigidez es función de las características a las que se quiera dotar a la motocicleta (potencia, velocidad máxima, tipo de terreno...) Antes de hablar de
geometría se deben definir una serie de términos que se emplean al en un chasis, para esto, se empleará la Figura.
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Figura 1: Conceptos de chasis (http://bibing.us.es)
Avance: Distancia existente a nivel del suelo entre el punto de contacto de la rueda con la calzada y el punto en el cual intersecta el eje de dirección con el suelo. Se habla de avance de la rueda trasera y de avance de la rueda
delantera.
A medida que el avance aumenta, la motocicleta es más estable en rectas, pero su manejo se ve penalizado en curvas pronunciadas.
Lanzamiento: Ángulo de inclinación del eje de dirección con respecto a la vertical.
Descentramiento del eje de la rueda y el eje de la dirección: Distancia entre los ejes de rueda y dirección en perpendicular al eje de dirección.
Recibe el nombre de “subchasis” el conjunto de piezas que sujetan indirectamente el resto dl cuerpo de la motocicleta, como son el asiento, la maleta….
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EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LAS MOTOCICLETAS
La motocicleta procede de un intento de crear un nuevo vehículo partiendo de una bicicleta y de un coche.
En Inglaterra el ingeniero Edouard Butter en 1884 presentó una patente de una bicicleta de tres ruedas con un motor de combustión, al principio la sociedad rechazó estas invenciones e incluso se burló.
Mientras tanto en Alemania un año más tarde los ingenieros Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler, innovaron con una motocicleta con un motor de combustión, la cual era interna, y que llegaría a la velocidad de 18 km/h.
En 1897 se toma en serio la motocicleta, al aparecer en el mercado la máquina de los hermanos Eugène y Michel Werner. Estos dos periodistas de origen ruso montaron un pequeño motor en una bicicleta. Al principio lo colocaron en forma horizontal encima de la rueda trasera, luego delante del manillar, con una correa de cuero que lo unía a la rueda delantera. El éxito no se hizo esperar y ya en 1898 se comenzó a fabricar. La motocicleta, marca presentada por los hermanos Werner, entró muy pronto en el lenguaje corriente para referirse a todos los biciclos equipados con motor.
Los franceses a principios del siglo XIX inventaron el Autosillón, más concretamente fue Georges Gauthier, ellos lo llamaban scooter. Es una motocicleta más pequeña que una normal, sus ruedas son de una medida muy inferior a las normales llegando a los extremos de 8 pulgadas, el scooter se diseñó para que el/los ocupantes viajen
sentados. El primer scooter fue fabricado en 1914 y cinco años más tarde obtuvo su gran desarrollo. El scooter más famoso fue la Vespa italiana, fue diseñada por
d´Ascanio, adquiere este nombre ya que Vespa significa avispa en italiano y fue debido a que su escape emitía un zumbido muy particular. Otra de estas motocicletas tan particulares fue la Lambretta, también era italiana.
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La considerada primera motocicleta de la historia fue la diseñada por Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler (Figura 2), la cual montaba un motor de combustión interna, diseñado por Nikolaus August Otto (ciclo Otto), sobre una estructura de madera, tenía dos pequeñas ruedas de estabilización, por lo que técnicamente no era de hecho una motocicleta.
Figura 2: Motocicleta Maybach Daimler (http://motogps.galeon.com/)
La primera motocicleta fabricada en serie y con marcados objetivos comerciales se presentó en Múnich por Hildebrand y Wolfmüller en el año 1894 (Figura 3) la cual se mantuvo en producción hasta 1897.
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Figura 3: Motocicleta Hildebrand Wolfmüller (http://www.motorpasionmoto.com)
Esta motocicleta presenta un chasis tubular, de simple cuna y similar a lo que hoy en día es una scooter.
Pocos años más tarde, la empresa NSU, dedicada inicialmente a la fabricación de bicicletas consiguió gran fama en el diseño de bastidores hasta el punto que los ya nombrados Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler emplearon los mismos para instalarles sus motores.
Más tarde y después del éxito alcanzado, la empresa NSU comenzó a fabricar sus propias motocicletas, empleando para ello motores Zedel.
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Figura 4: Primera motocicleta fabricada por N.S.U. (http://www.tadforo.com/)
A partir de la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), cuando la industria dejó de fabricar material militar y empezó a cobrar fuerza la competición, el desarrollo de las motocicletas entró en auge y comenzó realmente la revolución.
Apareció una nueva motocicleta, la motocicleta Vincent con un chasis completamente novedoso, ya que empleaba el motor como elemento estructural de la motocicleta.
Figura 5: Motocicleta Vincent (http://www.dosveinterecambiosyaccesorios.com)
En los años cincuenta surgió un nuevo chasis llamado “featherbed” con dos
estructuras, una en doble cuna cerrada para el motor y un subchasis trasero que sirve de soporte para el conductor y la suspensión posterior.
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La gran revolución a partir de entonces surgió gracias al ingeniero español Antonio Cobas (1952-2004) y el desarrollo del chasis de doble viga.
38 TIPOS DE CHASIS
Los principales tipos de chasis que se pueden encontrar en el mundo de las motocicletas son los siguientes:
Chasis tubulares
Son chasis basados en la unión mediante soldadura o con adhesivos de alta resistencia de tubos de un material que forman una red de largueros y travesaños y que dan forma a la motocicleta (Figura 6).
Figura 6: Chasis tubular (http://www.centro-zaragoza.com)
Este chasis aporta la ventaja de una baja relación rigidez/peso en función del material que se utilice, es por eso que será el tipo de chasis que se empleará para la motocicleta objeto de este proyecto.. En función de la cantidad de tubos que partan de la pipa de dirección se hablará de chasis de simple o de doble cuna.
- Chasis de simple cuna (Figura 7)
Es un chasis muy similar al de las bicicletas, y es el más utilizado en las motocicletas.
Forma una cuna por debajo del motor hasta la pipa de dirección junto con otro pequeño chasis estilo espina central que cierra por la parte de arriba y que aporta rigidez al conjunto.
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Debido a su no demasiado elevada rigidez, suele ser empleado para motocicletas de baja cilindrada y potencia, como ciclomotores.
Figura 7: Chasis de simple cuna (http://www.portalscooter.com)
- Chasis de cuna doble cuna (Figura 8)
Consiste en una evolución del chasis de simple cuna, presentan mayor rigidez debido a que se trata de una estructura cerrada y además sujeta la motocicleta por ambos lados.
Los chasis de doble cuna han sido utilizados con mayor asiduidad en los casos en los que el motor es de dimensiones superiores.
Hay diferentes tipos de chasis de doble cuna y la clasificación más importante se refiere a la geometría que tengan los tubos entre sí, ya sea triangulada o no. En este sentido, existe el chasis multitubular convencional (sin triangulación) y el chasis tubular con triangulación (Figura 9).
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Figura 9: Chasis de doble cuna con triangulación (http://desmopassione.blogspot.com.es/)
El primero de ellos se emplea con mayor frecuencia aunque no es de los mejores en cuanto a rigidez se refiere, el segundo de los presentados, a pesar de presentar una eficiencia estructural elevada no es empleado por muchos de los fabricantes de mayor relevancia. Una de las marcas que lo emplea
históricamente es la italiana Ducati.
Chasis de viga
La creación del chasis de viga supone otra manera de enfrentarse al objetivo de conseguir una elevada resistencia tanto a torsión como a flexión. Se trata de emplear una viga de gran sección (circular o cualquier otra) como elemento principal del chasis.
Una viga plana no puede conectar la pipa de dirección con el eje de la rueda trasera, por lo que dicha viga se bifurca dejando espacio para la rueda trasera y tomando forma de “U”, restaurando así la rigidez.
Los chasis de vida se pueden dividir en dos grupos, los chasis monoviga y los chasis de doble viga. De los chasis monoviga (Figura 10), el más importante es el de espina central, con gran eficiencia estructural, aunque no del todo útil para motocicletas con motores voluminosos.
El chasis de doble viga (Figura 11) fue diseñado por un ingeniero español, Antonio Cobas, y supuso una gran revolución ya que hoy en día se emplea para numerosas motocicletas encuadradas en el tipo de motocicletas deportivas. No
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se trata de un chasis especialmente bueno en cuanto a propiedades
estructurales, la ventaja más importante que presenta es la capacidad de alojar el motor entre las dos vigas, lo que supone un gran ahorro de espacio.
Figura 10: Chasis monoviga (http://www.impormotor.com)
Figura 11: Chasis de doble viga (http://www.centro- zaragoza.com)
Chasis con motor estructural
Este tipo de chasis (Figura 12), tanto tubular como de viga, obtienen rigidez gracias al uso del motor como elemento estructural, aunque esto implica un motor con mayores refuerzos y que pueda soportar esfuerzos superiores a los que se verá sometido, consecuentemente tendrá una masa superior, una tecnología en sus materiales más avanzada y por lo tanto, su precio será más elevado. Esta forma de bastidor es la más adecuada para motores voluminosos. Un ejemplo de este tipo de chasis son las motocicletas Vincent (Figura 12), las cuales contaban con motores bicilindricos en V así como un chasis de espina central de chapa soldada. En la actualidad, los modelos de motocilcetas BMW con motores Boxer emplean el conjunto motriz también como la estructura principal de la motocicleta.
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Figura 12: Chasis de motor estructural (http://www.motofan.com)
Figura 13: Motocicleta con chasis de motor estructural (http://karamelocycles.blogspot.com.es)
Chasis de scooters
El motivo de que los chasis de scooters (Figura 14) tengan un capítulo aparte es su especial configuración y los diferentes tipos de chasis de scooter existentes, que no son más que una variación de los vistos anteriormente.
La estructura de estas motocicletas es bastante general, la pipa de dirección (A) suele estar situada bastante baja, la estructura del chasis (B) es abierta,
formada por un tubo grueso (T) que hace muchas veces de depósito de combustible.
Figura 14: Esquema chasis de scooter clásico (http://bibing.us.es)
Estas motocicletas, cuya velocidad está bastante limitada, no requieren de una rigidez estructural demasiado elevada, es por esto, que predominan las
43 PROCESO DE DISEÑO DE UN CHASIS
La técnica “ensayo-error” ha sido históricamente la más empleada en el proceso de diseño de los chasis en general, esta técnica, tan infalible como costosa ha quedado obsoleta debido a las fuertes inversiones y grandes plazos de desarrollo que exige en comparación con las técnicas actuales, basadas en programas informáticos de gran potencia que nos permiten ensamblar el chasis con el resto de componentes de la motocicleta sin tocar una sola tuerca.
Figura 15: Modelo CAD de una motocicleta (http://www.motorcycle-usa.com)
También las nuevas tecnologías han dado paso a un sinfín de programas de cálculo y simulación a través de los cuales se puede prever con bastante exactitud el
comportamiento de la estructura bajo cargas similares a las que actúan sobre una moto en la vida real. Esto representa un avance importantísimo en la reducción de costes y tiempos de desarrollo ya que permite someter a nuestro chasis a ensayos virtuales de diversas naturalezas sin tener que fabricar prototipos para ensayarlos en la realidad, sólo hace falta modificar la configuración de nuestro modelo virtual a través del software apropiado y el ordenador hará el resto.
El diseño por ordenador de un chasis (Figura 15), dado un motor ya existente, sigue una línea de trabajo bien definida:
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Definición de las cotas que se deseen para la motocicleta. Entre dichas cotas destacan la distancia entre ejes, el diámetro de las ruedas, dimensiones de las suspensiones y del motor. Este paso es muy importante ya que es en el que se deben colocar las masas, cuanto más concentradas en un punto, más
manejable será la moto, además se define un aspecto importante de la motocicleta como es el reparto de estas masas respecto al eje delantero y trasero.
Diseño mediante software CAD de los elementos anteriores para tener una primera aproximación del chasis. Establecer la estructura del chasis, para llevar a cabo después la adaptación del conjunto hasta su optimización. Gracias a que se trata de un software paramétrico se puede hacer y deshacer, remodelar y modificar cuanto se desee con el fin de obtener la geometría deseada.
Cálculo de esfuerzos y deformaciones, mediante software MEF (método de elementos finitos, Figura 16), decidiendo bajo qué estado de cargas, tanto longitudinales (frenada y aceleración), como verticales (peso propio de la moto), se quiere ensayar el chasis. Si los resultados de todos estos análisis son correctos, se da por bueno el chasis y se pasa a su fabricación, sino podemos volver al paso anterior y redefinir los parámetros que nos interesen para alcanzar los compromisos funcionales definidos para el chasis que queremos diseñar.
Figura 16: Modelo de elementos finitos de chasis (http://desmopassione.blogspot.com.es/)
Figura 17: Chasis real
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En las imágenes anteriores se puede observar en la Figura 16 el modelo de elementos finitos de un chasis de una motocicleta de la marca italiana Ducati, en la Figura 17 se observa el chasis real, una vez fabricado, el cual se corresponde, como es de esperar, con el modelo de elementos finitos.
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