ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL
REDISEÑO DEL CHASIS DE UNA MOTOCICLETA: DUCATI MONSTER S2R 800
Autor: Manuel Ayllón Escudero Director: Jesús Jiménez Octavio
Madrid Agosto de 2013
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL
REDISEÑO DEL CHASIS DE UNA MOTOCICLETA: DUCATI MONSTER S2R 800
Autor: Manuel Ayllón Escudero Director: Jesús Jiménez Octavio
Madrid Agosto de 2013
REDISEÑO DEL CHASIS DE UNA MOTOCICLETA: DUCATI MONSTER S2R 800 Autor: Manuel Ayllón Escudero Director: Jesús Jiménez Octavio Entidad Colaboradora: Universidad Pontificia de Comillas – ICAI
RESUMEN
1. Motivación del proyecto La motivación del proyecto consiste en, partiendo de una motocicleta existente sin modificar su sistema de propulsión de ninguna manera, acabar con otra motocicleta que únicamente con modificaciones estructurales sea capaz de completar un trazado en asfalto más rápido que la original. Usando exactamente el mismo motor, ruedas, basculante y suspensión que en una Ducati Monster S2R 800 original, se rediseñará el chasis de manera que la motocicleta final posea unas prestaciones deportivas superiores a la motocicleta de partida. Para ello se van a fijar tres objetivos prácticos que, de cumplirse, verificarían el objetivo conceptual ya expuesto. Son los siguientes: ·
Que el chasis ofrezca deformaciones mínimas ante los esfuerzos que soportará durante su uso.
· Que tanto el chasis como la motocicleta final sean más ligeros que sus respectivos originales. · Que la motocicleta final sea funcional y pueda utilizarse y conducirse, independientemente de las restricciones legales y de tráfico.
2. Metodología
Para conseguir acabar con un producto que verifique los tres objetivos anteriormente mencionados se va a proceder según diagrama mostrado. En la fase de diseño, se usa la idea de minimalismo para resolver los tres objetivos simultáneamente. Es importante encontrar una idea o concepto para aplicar en todas las variables del diseño para que el producto final esté claramente enfocado y sea coherente entre sus diferentes partes. En la fase de simulación se somete al chasis a los esfuerzos más desfavorables que va a soportar en la conducción para la que se concibe. Esto se hace mediante el paquete de software CATIA VR5.17, que simula virtualmente mediante elementos finitos las tensiones y deformaciones que se producen en una estructura según los esfuerzos que se coloquen. Al final de esta fase se tiene un chasis con todas las cotas y espesores validados para cumplir los objetivos marcados. Las tensiones máximas son menores que las admisibles por el metal sin deformación plástica, y de los casos simulados, el mayor desplazamiento es de 1,3 mm en la pipa de dirección. A continuación se muestran los resultados de tensiones y desplazamientos de las dos simulaciones más críticas.
El proceso de fabricación consiste en fabricar físicamente el chasis. Esto se lleva a cabo en Todd’s Cycle, taller de construcción de motocicletas custom en Huntington Beach,
California con ayuda de Chassis Design Co., empresa especializada en la construcción de chasis de motocicletas situada en Riverside, California.
3. Conclusión Una vez acabado el proceso de fabricación se han verificado los tres objetivos prácticos de manera teórica. Es necesaria una verificación empírica para garantizar que se han cumplido verdaderamente. Se pesó el chasis alternativo frente al original y el peso fue de 6,023kg frente a los 12,450 kg del chasis original. Esto supone una reducción de peso del aproximadamente 50% sólo del chasis. Al pesar la moto entera en condiciones de funcionamiento (peso húmedo), se obtuvo un peso de 155 kg frente a los 195 kg de la motocicleta original. Esta reducción de peso de 40 kg sobre el peso original es un valor extraordinario. El objetivo de funcionalidad también se verifica ya que la motocicleta se puede conducir a pesar de las restricciones de homologación que impiden su circulación por vía pública. Es importante también notificar que no se ha podido cuantificar las deformaciones del chasis durante su uso, solamente se ha podido realizar una verificación visual en funcionamiento de resultado satisfactorio. Por equipamiento y tiempo no se pudo realizar una última verificación en pista del tiempo necesario para recorrer un trazado que supondría la verificación absoluta del objetivo conceptual.
REDESIGN OF A MOTORCYCLE FRAME: DUCATI MONSTER S2R 800 Author: Manuel Ayllón Escudero Director: Jesús Jimenez Octavio Collaborating Organization: Universidad Pontificia de Comillas – ICAI
ABSTRACT
1. Motivation for the Project The project consists on the design and construction of an alternative motorcycle frame for the Ducati Monster S2R 800 so that with structural changes only, the final motorcycle is able to outperform the original one on paved ground. Using the same engine, wheels, swingarm and suspension, the frame will be redesigned so that, in combination with the exact same powerplant, the motorcycle will have better sporting characteristics. To achieve objective, three practical that if verified, they successful consecution objetive:
this conceptual targets were set so will lead to the of the conceptual
· The frame must offer minimal deformation when stressed with use · The frame and the final motorcycle must both be lighter that their original counterparts. · The final motorcycle must be able to be driven without regard to legal and traffic considerations. It must end up in running order.
2. Methodology
To end up with a motorcycle and a frame that verify the three targets set before, the project will consist of the `stages shown in the diagram For the design stage, the concept of minimalism is going to be use to solve all of the three targets at the same time. It is very important to find an idea or a concept to apply to all of the different variables of the design process so that the final product is clearly focused and is coherent with its different parts. The stage of simulation consists of virtually stressing the frame to the stress it will suffer in the most critical situations it was meant to withstand. This is done with the software package CATIA VR5.17, which calculates the possible peak stress and deformations using finite elements. By the end of this stage, all of the specifications of the frame will be calculated and validated. The following images show the results for Von-Misses stress and deformations in the two most critical situations the frame will suffer.
The fabrication stage basically consists of building the actual frame already designed and validated to its correct specifications. This is done in Todd’s Cycle, a custom motorcycle shop located in Huntington Beach, California, with the help of Chassis Design Co., a company specialized in building motorcycle frames.
3. Conclusion By the end of the fabrication stage, it can be stated that the three practical target have been verified only theoretically. It is therefore necessary to verify these targets have been successfully met by empirical methods. The original frame was weighed at 12,450 kg, and the alternative frame only put 6,023 kg on the scale. This means a weight reduction of almost 50 % on the original weight of the frame. On the other hand, when the motorcycle was weighed in running order (wet weight), it was found to weigh 155 kg opposed to the 195 kg of the original frame. This weight reduction of 40 kg is outstanding and exceeds original expectations. The target of functionality is also met as the motorcycle can be driven and is in running order. On the other hand, traffic regulations prevent it from being driven on public roads. The deformations the frame suffers with its use have not been able to be measured numerically. A visual verification gives positive results, but due t o lack of equipment, it has not been possible to quantify the deformations. The last verification possible, racing both the original and alternative motorcycles in a closed circuit and compare their lap times, has not been able to be completed due to lack of equipment and time, but all of the results obtained seem to say it will also be successfully verified. Nevertheless, without empirical results, nothing can be assured.
F t = m · g · u = 270 · 10 · 1 = 2700 N
T =
R 3r · F t = r r
·
2700 = 8100 N
F = T + F t = 8100 + 2700 = 10800 N
P = m · g = 270 · 10 = 2700 N
a = 430 mm b = 100 mm c = 270 mm
P = 2700 N F c = 11610 N F m = 14310 N
F = m · a = 270 · 1, 6 = 432 N
cos24
X = cos 24
·
=
X 0, 55
0 , 55 = 0 , 502 m
M = F · d = 432 · 0, 502 = 216 , 86 N m
P = m · g = 270 · 10 = 2700 N
sen24
=
b = 0, 55 · sen24
b 0, 55 = 0, 22 m
M = F · b = 2700 · 0, 22 = 604 Nm
M = M 1 − M 2 = 604 − 216, 86 = 387, 14 N m
F = m ∗ a = 270 ∗ 1, 2 = 324 N
P = m ∗ g = 270 ∗ 10 = 2700 N P/2 = 2700/2 = 1350 N
a = 180, 75 mm b = 140, 63 mm c = 348, 56 mm d = 410, 52 mm e = 223, 71 mm
F = 162 N N = 1350 N F 1 = 162 N N 1 = 1350 N M = 168, 23 N m F 2 = 162 N N 2 = 1350 N M 1 = 572, 29 Nm M 2 = 302, 01 Nm
a = 430 mm b = 100 mm c = 270 mm N = 1350 N F m = 5805 N F c = 7155 N
: http 2005/index p olivalencia.html ?cod =
//motos.autocity.com/pruebas/Ducati/S 2R/05
−
F = 162 N N = 1350 N F 1 = 162 N N 1 = 1350 N M = 168, 23 N m F 2 = 162 N N 2 = 1350 N M 1 = 572, 29 N m M 2 = 302, 01 N m
