El cuadro de una motocicleta es la estructura central de una motocicleta . Soporta el motor, proporciona una ubicación para la dirección y la suspensión trasera , y sostiene al conductor y a cualquier pasajero o equipaje. También están unidos al marco el tanque de combustible y la batería. En la parte delantera del bastidor se encuentra el tubo de dirección que sujeta la horquilla delantera pivotante , mientras que en la parte trasera hay un punto de pivote para el movimiento de suspensión del basculante . Algunas motocicletas [1] incluyen el motor como miembro estresado que soporta carga; mientras que algunas otras bicicletas no utilizan un solo cuadro, sino que tienen un subchasis delantero y otro trasero unidos al motor. [2]
Al principio, las motocicletas eran poco más que bicicletas motorizadas y, en consecuencia, los cuadros eran de acero tubular . Si bien el uso de tubos de acero sigue siendo común, en los tiempos modernos ahora se utilizan otros materiales, como titanio , aluminio , magnesio y fibra de carbono , junto con compuestos de estos materiales. Como las diferentes motocicletas tienen diferentes parámetros de diseño (como costo, complejidad, distribución del peso , rigidez, potencia y velocidad), no existe un diseño de bastidor único ideal y los diseñadores deben tomar una decisión informada sobre la elección óptima. [3]
En Europa y EE.UU., los tubos de acero eran el material por defecto hasta hace poco. Todos los principales fabricantes (AJS, Ariel, BSA, Matchless, Norton, Sunbeam, Triumph, Velocette, BMW, DKW, Ducati, Moto-Guzzi, Harley-Davidson e Indian) utilizaban tubos de acero.
A diferencia del desarrollo observado en los cuadros de bicicletas, donde los cuadros tubulares de acero fueron reemplazados por cuadros soldados con tubos de aluminio redondos u ovalados, el aluminio en los cuadros de motocicletas se suelda casi exclusivamente en formas más angulares y, a menudo, forma un cuadro monocasco.
En 1983, las motocicletas Armstrong produjeron una motocicleta Grand Prix de 250 cc utilizando un revolucionario cuadro de fibra de carbono . [4] Siguiendo la tecnología utilizada por la industria de la Fórmula Uno , los diseñadores de Armstrong Mike Eatough y Barry Hart crearon la primera motocicleta con un cuadro de fibra de carbono para competir en carreras de Gran Premio. [4]
El motor de la motocicleta está suspendido de una única columna. La columna vertebral podría ser una estructura sólida.
El motor de la motocicleta se sujeta en una única cuna con un solo lomo.
Ejemplos
El motor de la motocicleta se sostiene en una cuna doble con una sola columna y un solo tubo inferior.
El motor de la motocicleta se mantiene en su lugar dentro de un par de soportes separados. El marco Norton Featherbed fue el ejemplo clásico, pero muchos marcos "dúplex" en realidad tienen un solo lomo debajo del tanque.
También llamado viga o doble larguero , dos vigas se envuelven alrededor del motor para unir la pipa de dirección y el basculante en la distancia más corta posible para una mejor rigidez. Las vigas suelen estar hechas de metal prensado (acero/aluminio). El marco enrejado emplea el mismo concepto pero utiliza miembros soldados para formar un enrejado en lugar de metal prensado.
A Antonio Cobas se le atribuye ser pionero en el moderno chasis con marco perimetral de aluminio que ahora se utiliza en muchas motocicletas de carreras y de producción modernas. [7] En 1982, Cobas desarrolló un chasis de aluminio de doble viga más resistente y liviano para reemplazar los marcos de acero. [7] La tecnología fue copiada por los principales fabricantes de motocicletas y, en la década de 1990, todos los principales equipos de carreras en el Gran Premio utilizaban el diseño de cuadro de aluminio del que Cobas fue pionero. [8]
El marco se prensa o estampa a partir de chapa metálica para formar un semimonocasco tipo automóvil . Uno de los primeros ejemplos fue la motocicleta de 965 cc producida por Louis Janoir en 1920, que utilizaba acero prensado para el bastidor, el basculante trasero y las horquillas delanteras. El marco puede estar completamente prensado (Ariel Arrow), o puede tener solo una sección de popa prensada conectada al cabezal de dirección mediante una columna tubular de acero convencional (Honda Super Cub). Tanto la Super Cub como la Arrow también cuentan con horquillas de acero prensado, en lugar de las horquillas telescópicas convencionales .
Más común en el mundo del automóvil, un bastidor monocasco comprende una estructura donde se soportan cargas a través de su revestimiento externo. En motocicletas se utilizan casi exclusivamente en motos de carreras.
El industrial e ingeniero francés Georges Roy intentó en la década de 1920 mejorar los cuadros de motocicletas inspirados en las bicicletas de la época, que carecían de rigidez. Esto limitó su manejo y por tanto su rendimiento. Solicitó una patente en 1926 y en el Salón del Automóvil de París de 1929 presentó su nueva motocicleta, la Majestic 1930 de estilo Art-Deco. Su nuevo tipo de carrocería monocasco resolvió los problemas que había abordado y, junto con una mayor rigidez, cumplió una doble función, ya que el bastidor y la carrocería proporcionaban cierta protección contra los elementos. Estrictamente considerado, era más bien un semimonocasco, ya que utilizaba un marco de acero prensado de sección en caja con rieles laterales gemelos remachados entre sí mediante travesaños, junto con paneles de piso y mamparos delanteros y traseros. [12]
En la década de 1950 se fabricó un scooter ligero Piatti utilizando una carcasa hueca monocasco de chapa de acero soldada entre sí, en la que se instalaban el motor y la transmisión desde abajo. La máquina se podía inclinar de lado, apoyada sobre los estribos atornillados para acceso mecánico. [13]
El fabricante español Ossa desarrolló una motocicleta con estructura monocasco para la temporada de carreras de motos del Gran Premio de 1967 . [14] Aunque el Ossa monocilíndrico tenía 20 caballos de fuerza (15 kW) menos que sus rivales, era 45 libras (20 kg) más liviano y su bastidor monocasco era mucho más rígido que el de las motocicletas convencionales, lo que le otorgaba una agilidad superior en la pista de carreras. [14] Ossa ganó cuatro carreras de Grandes Premios con la motocicleta monocasco antes de que su piloto muriera después de un accidente durante el evento de 250 cc en el TT de la Isla de Man de 1970 , lo que provocó que la fábrica de Ossa se retirara de la competencia de Grandes Premios . [14]
Diseñadores notables como Eric Offenstadt y Dan Hanebrink crearon diseños monocasco únicos para las carreras a principios de los años 1970. [15] Peter Williams ganó el evento F750 en las carreras TT de la Isla de Man de 1973 con el John Player Special con estructura monocasco que ayudó a diseñar basándose en Norton Commando . [16] [17] Honda también experimentó con la NR500 , una motocicleta monocasco de carreras de Gran Premio en 1979 . [18] La motocicleta tenía otras características innovadoras, incluido un motor con cilindros de forma ovalada, y finalmente sucumbió a los problemas asociados con el intento de desarrollar demasiadas tecnologías nuevas a la vez. En 1987, John Britten desarrolló el Aero-D One, con un chasis monocasco compuesto que pesaba sólo 12 kg (26 lb). [19]
Se utilizó por primera vez un bastidor monocasco de aluminio en una motocicleta producida en serie a partir de 2000 en la ZX-12R de Kawasaki , [20] su moto deportiva de producción insignia destinada a ser la motocicleta de producción más rápida . Cycle World lo describió en 2000 como una "columna vertebral monocasco... una única viga de gran diámetro" y "fabricada a partir de una combinación de piezas fundidas y estampados de chapa". [21]
Los cuadros de bicicleta de fibra de carbono de una sola pieza a veces se describen como monocasco; sin embargo, como la mayoría utiliza componentes para formar una estructura de cuadro (incluso si están moldeados en una sola pieza), [22] estos son cuadros, no monocascos, y la industria de las bicicletas de pedales continúa refiriéndose a ellos como conjuntos de cuadros.
Si un cuadro "monocasco" utiliza soporte adicional, como tubos o largueros, es más apropiado llamar "semimonocasco". Un ejemplo es el corredor Norton semimonocasco de Peter Williams .
Un bastidor enrejado conecta la pipa de dirección al pivote del basculante de la forma más directa posible mediante tubos metálicos dispuestos en forma de refuerzo triangulado . Utilizando los principios de las vigas de celosía , un marco enrejado generalmente se construye con segmentos tubulares metálicos de sección redonda u ovalada que se sueldan entre sí . Un marco enrejado bien diseñado debe proporcionar una estructura fuerte y liviana que simplifique la colocación del motor y los componentes, y brinde un buen acceso para el mantenimiento. Aunque la construcción de un marco enrejado requiere un proceso más complicado que, por ejemplo, un marco de viga de aleación, sólo requiere una plantilla simple y un soldador competente. No se requiere un gran desembolso de capital, por lo que un marco enrejado es ideal para un modelo que puede fabricarse en cantidades relativamente pequeñas. Por esta razón, el bastidor enrejado ha gozado del favor de los fabricantes europeos, y de Ducati en particular.
Algunas motocicletas, como la Yamaha TRX850 , tienen bastidores híbridos que emplean piezas fundidas de aleación en el área de pivote del basculante. Otra variación es suspender el motor de un marco enrejado, pero hacer que el pivote del basculante esté fundido en la parte trasera del motor.
Para comodidad del conductor, el motor de una motocicleta se puede montar sobre casquillos de goma para aislar la vibración del resto de la máquina. Esta estrategia significa que el motor contribuye poco a la rigidez del bastidor, y absorber la vibración en lugar de disiparla puede provocar daños por tensión en el bastidor, los tubos de escape y otras piezas. [3]
En cambio, si el motor está montado rígidamente en el bastidor, las vibraciones pasan y se disipan a través de todo el bastidor y del ciclista. El montaje rígido permite que el motor contribuya a la rigidez general del bastidor. También es posible montar el basculante directamente en el motor en lugar de en el bastidor, evitando la necesidad de que los miembros del bastidor se extiendan hacia abajo hasta el pivote del basculante. Al aumentar el número de puntos de montaje entre el motor y el bastidor, las vibraciones y la tensión se pueden disipar mejor en el bastidor, creando normalmente un triángulo entre el basculante en la parte trasera, la culata en la parte superior y el área inferior del cárter en la parte delantera. Si un motor montado rígidamente no sólo contribuye a la rigidez del bastidor, sino que es fundamental para ella, y es parte integral del cierre de la estructura triangular o enrejada que transfiere la fuerza desde el cabezal al basculante, hasta el punto que sin el motor el marco se deformaría, el motor se llama miembro tensionado o motor elevado . Compartir la carga entre el motor y el bastidor reduce el peso total de la motocicleta. [3]
Los motores con miembros estresados fueron pioneros al menos ya en la Harley-Davidson de carreras de 8 válvulas de 1916, y se incorporaron a la producción del Harley-Davidson Modelo W en 1919. [23] Esto se llamó marco trapezoidal o de diamante. [24] [25] El Vincent Serie B Rapide de 1946 fue diseñado con un chasis avanzado, denominado "tour de force para su época", [26] que incluía un motor de miembro estresado. Durante las primeras pruebas de la Kawasaki GPZ900R de 1983 , se incluyeron tubos diagonales gemelos, creando un soporte completo, pero se descubrió que los tubos diagonales soportaban poca carga, por lo que se eliminaron, confiando completamente en la combinación de la columna vertebral de acero y el motor para la rigidez del chasis. [27] Los gemelos de la serie R1100 de BMW de 1994 aliviaron completamente la tensión del bastidor, con el motor transportando la carga total desde la horquilla Telelever delantera hasta la Monolever trasera . [28] [29]
La rigidez del cuadro es un problema para los diseñadores de motocicletas, como lo fue para los cuadros de bicicleta de los que descienden las motocicletas. [30] [31]
Se puede modificar la rigidez de un cuadro producido en fábrica para mejorar las características de manejo. Esto suele hacerse triangulando el marco de fábrica. [30] [32] La triangulación es una técnica utilizada en muchas aplicaciones de ingeniería para reforzar estructuras. [33] Sin embargo, hacerlo también puede tener efectos indeseables si sobrecarga otras partes del marco, ya que un marco flexible actúa como un resorte para absorber algunas cargas. [34]
En el siglo XXI, avances como motores de alta potencia con neumáticos de alta tracción [35] y componentes de suspensión de mejor rendimiento, especialmente horquillas, [36] llevaron a una situación en la que se pusieron a disposición de los consumidores diseños con mayor rigidez general del cuadro. Los analistas difieren sobre si es deseable una rigidez lateral infinita [36] o si es preferible un grado finito de flexión incorporada. [37] [38]
Si el manejo de la motocicleta no es el adecuado, es importante comprobar la deformación de la geometría del bastidor de la motocicleta. Esta medición puede ser importante después de un accidente o antes de comprar una moto usada. [ cita necesaria ]
es una palabra que se usa con frecuencia, pero esta era la primera vez que se construía un cuadro de fibra de carbono para competir en una categoría de Gran Premio.
Los componentes de la suspensión que permiten menos flexión y un movimiento incontrolado de las ruedas necesitan menos tiritas en forma de movimiento de compensación en el chasis.
la flexibilidad lateral ahora debe diseñarse intencionalmente en las partes del chasis para complementar la acción de la suspensión en un ángulo de inclinación alto.
En el sentido estructural, la triangulación se refiere a una técnica utilizada en estructuras de marco para proporcionar resistencia y soporte adicionales.