1 INTRODUCCIN Este captulo servir para dar una visin general de la fsica de una

motocicleta as como una serie de definiciones y conceptos que sern tiles a la hora de poder entender el funcionamiento de los diferentes modelos. Tambin se har un pequeo recorrido histrico por los diferentes componentes de la motocicleta.

1.1 MANEJABILIDAD

La manejabilidad indica la facilidad, el estilo y el tacto con que la motocicleta responde a nuestras acciones. Depende fundamentalmente de la geometra, la rigidez del chasis, el peso y su distribucin, del tipo de neumticos y su tamao y del piloto, teniendo un gran efecto sobre la interaccin global de las fuerzas dinmicas que controlan el movimiento de la motocicleta las respuestas de dicho piloto.

1.2 ADHERENCIA O AGARRE A LA CARRETERA

La adherencia indica la aptitud de la motocicleta para mantenerse en contacto con el suelo a travs de los neumticos. Depende principalmente del tipo de neumticos y su tamao, de las caractersticas de la suspensin, del peso y su distribucin y de la rigidez que existe entre ambas ruedas para que puedan mantener la relacin correcta entre ellas, es decir, que el eje de direccin debe permanecer en el mismo plano que la rueda trasera, de forma que la geometra de direccin no se vea afectada por deformaciones del chasis.

1.3 ESTABILIDAD

La estabilidad es:

La aptitud para mantener la maniobra propuesta (por ejemplo, continuar en lnea recta o trazar una curva) sin que exista una tendencia inherente a desviarse de la trayectoria elegida.

La aptitud para volver a la maniobra propuesta cuando alguna fuerza externa produce alguna perturbacin (por ejemplo un bache, viento lateral, etc).

La manejabilidad, la adherencia y la estabilidad adems de verse afectado cada uno de ellos por diversos parmetros, tambin estn relacionados entre ellos.

1.4 MOVIMIENTOS DE LA MOTOCICLETA

La motocicleta puede tener una serie de movimientos que se pueden clasificar de manera general en dos grandes grupos, que son, movimientos lineales y angulares. A su vez los movimientos lineales se pueden clasificar en:

Movimiento hacia delante, controlado por el motor y los frenos.

Movimiento en direccin vertical, debido a las ondulaciones en la carretera y las subidas y bajadas.

Movimiento lateral, debido al viento lateral.

Los movimientos angulares se pueden describir considerando el movimiento que tiene lugar alrededor de tres ejes que forman ngulos rectos entre ellos y son conocidos como:

Eje de inclinacin: horizontal y orientado a lo largo de la moto. Une las huellas de contacto de los neumticos delantero y trasero.

Eje de cabeceo: horizontal y atraviesa la moto de lado a lado.

Eje de guiada: eje vertical.

Fig. 1.- Descripcin de movimientos angulares.

A continuacin se describir cada uno de los movimientos angulares alrededor de los ejes anteriormente definidos:

Movimiento de inclinacin: Ocurre cuando la motocicleta se tumba para tomar una curva.

Movimiento de cabeceo: Movimiento que tiene lugar cuando se acelera o se frena la motocicleta y tambin se produce con las irregularidades de la carretera.

Movimiento de guiada: Tiene lugar alrededor de un eje vertical y ocurre cuando se gira la moto alrededor de una curva aunque tambin se genera debido a alguna perturbacin lateral como por ejemplo el viento.

1.5 FUNCIN DEL CHASIS El chasis cumple fundamentalmente dos tipos de funciones:

1.- Esttica: El chasis debe soportar el peso de la motocicleta y el del piloto o piloto y pasajero, el motor, la transmisin y los accesorios necesarios tales como los depsitos tanto de aceite como de gasolina, etc.

2.- Dinmica: El chasis y el resto de la motocicleta (suspensin y ruedas) deben proporcionar en conjunto una direccin precisa, una buena manejabilidad, un buen agarre y un buen confort.

1.6 SUSPENSIN DELANTERA El primer sistema en incorporar algn tipo de suspensin fue el tren

delantero. Desde que se comenz a montar suspensiones en el tren delantero se utilizaron una gran variedad de sistemas, entre los que cabe destacar la horquilla tipo `girder, la horquilla telescpica, de tipo `rueda empujada (leading link) y tipo `rueda tirada (trailing-link). En la figura 2 se puede observar un dibujo de los distintos tipos de suspensiones delanteras y la trayectoria que sigue el eje de la rueda a lo largo de su recorrido. De izquierda a derecha los sistemas de suspensin son: Girder, telescpica, rueda empujada y rueda tirada.

Fig. 2.- Tipos de suspensiones delanteras.

El primer tipo de suspensin en ser adoptado de forma generaliza fue la horquilla tipo `girder tanto con muelles laterales como con muelle central

situado delante de la pipa de direccin. Despus de un largo tiempo en el que las horquillas `girder fueron las reinantes, stas dejaron paso a las horquillas telescpicas con amortiguacin hidrulica y que actualmente sigue siendo usada de forma generalizada.

Comparando ambos tipos de horquillas, la horquilla telescpica no necesita mantenimiento ni necesita ser engrasada peridicamente, permite un recorrido mayor de la rueda, proporciona un avance casi constante en la mayora de los casos (excepto en las ocasiones en que la moto se hunde de delante al frenar, entonces el avance se reduce) y tiene unas caractersticas de amortiguacin superiores.

Muchas de las horquillas girder tenan sistemas de amortiguacin por friccin, pero las caractersticas obtenidas eran contrarias a las deseadas debido a que la resistencia al inicio del movimiento era demasiado alta (rozamiento esttico) y una vez que comenzaba el movimiento de reduca considerablemente. Sin embargo, la amortiguacin hidrulica es proporcional a la velocidad con que se mueve la suspensin y no tiene por que proporcionar la misma resistencia en ambas direcciones, al contrario que sucede en la amortiguacin por friccin.

En el caso de que el fabricante estuviese ms interesando en la calidad que en tener un bajo coste o un aspecto ms limpio, se emplea una suspensin de tipo `rueda empujada (leading link) en lugar de la horquilla telescpica debido a sus defectos dinmicos y estructurales. La suspensin de tipo `rueda empujada proporciona una mayor rigidez lateral y torsional, una menor masa no suspendida, un mejor amortiguamiento (mediante amortiguadores similares a los del tren trasero) y la posibilidad de usar una geometra de direccin que poda proporcionar un avance y una distancia de ejes constante, dependiendo de la inclinacin de los brazos que sujetaban la rueda. Los fabricantes desistieron en este diseo debido a la dificultad de conseguir un modelo de suspensin lo suficientemente limpio.

1.7 SUSPENSIN TRASERA Debido al dominio de los chasis rgidos usados en competiciones, la

suspensin trasera comenz a usarse varias dcadas ms tarde que la suspensin delantera.

El sistema Plunger fue el primero que empez a usarse ampliamente, debido en parte a que ste era el sistema que se poda adaptar de manera ms fcil a un chasis rgido. Pero sus limitaciones quedaron patentes desde un primer momento porque, primero la incorporacin de los muelles arruinaba los efectos de la triangulacin de la parte trasera de la moto debido a que cada lado poda flectar de manera independiente en el plano vertical, pudiendo incluso producir roturas por fatiga. Y en segundo lugar, la resistencia de la rueda a inclinarse dependa tambin de que el eje de la rueda estuviera sujeto de forma muy rgida al sistema. Pero el movimiento rectilneo que segua la rueda tensaba mucho la cadena en los extremos del recorrido, limitando el recorrido de la rueda, montndose la cadena con mucha holgura en su posicin esttica.

Fig. 3.- Sistema Plunger.

La mayora de fabricantes consideraron que los chasis rgidos que producan eran adecuados para intentar montarles la suspensin trasera con

basculante y pronto se reconoci que este tipo de suspensin era mejor que el sistema Plunger.

Algunos ejemplos de basculantes pueden ser el Vincent-HDR que construy un basculante triangulado, consiguiendo un sistema muy rgido y resistente al construir un basculante muy ancho en la zona de pivotamiento y con ambos brazos triangulados. Adems empleaban rodamientos de aguja precargados para eliminar el juego.

Moto Guzzi tambin opt por triangular sus basculantes al introducir la suspensin trasera, aunque ms tarde cambiaron a un basculante plano fabricado soldando tubos de gran dimetro, afirmando que eran igual de rgido a torsin y ms rgido lateralmente (ya que el primer basculante estaba triangulado slo verticalmente).

Otro basculante construido para proporcionar una amplia rigidez sin estar triangulado fue introducido por Velocette, figura 4. En este caso los brazos estaban formados por tubos de seccin variable.

Fig. 4.- Basculante Velocette.

Al carecer muchos basculantes planos de una rigidez torsional adecuada se empezaron a montar parejas de amortiguadores ajustados para tratar de esta forma minimizar una de las causas de la torsin.

Han existido grandes permutaciones con los tipos de basculantes y los amortiguadores, por ejemplo un basculante por encima de su eje de giro se presta a montar un monoamortiguador actuado por el extremo superior del basculante.

Fig. 5.- Basculante con monoamortiguador.

El primer basculante de Moto Guzzi estaba triangulado por debajo del eje de giro para intentar conseguir un centro de gravedad bajo. Luego surgi una nueva manera de amortiguar la parte trasera, esta era a travs de bieletas. En el primer diseo montaba un solo amortiguador que se situaba de manera vertical detrs de la caja de cambio y se anclaba al chasis por su extremo inferior. Luego este basculante se triangul por encima del eje de giro y se conect el vrtice del basculante al balancn por medio de una bieleta corta y en este caso el amortiguador ya no estaba anclado a chasis sino al propio basculante, justo por detrs del eje de giro.

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El propsito de ambos diseos era conseguir una resistencia que se fuera endureciendo progresivamente conforme suba la rueda (usando un muelle con una dureza constante) de forma que se pudiese conseguir un sistema de amortiguacin sensible a los pequeos baches y que aumentara el control en los grandes.

En la actualidad es en esta parte trasera donde existen ms variedad de diseos en las motocicletas, existiendo varios modelos incluso dentro de una misma marca. En definitiva, no hay un sistema de amortiguacin trasero universal como ocurre en el caso de la suspensin delantera con las horquillas telescpicas.

2 CONSIDERACIONES GENERALES

Este captulo servir para poder tener una visin general de la geometra de una motocicleta as como los aspectos bsicos de su fsica y los diferentes comportamientos que tiene cuando alguno de esos aspectos vara.

2.1 GEOMETRA BSICA DE UNA MOTOCICLETA En las figuras 6 y 7 se ha dispuesto una motocicleta general para poder

ver los principales parmetros de los que depende su geometra y ms adelante se estudiar como influyen dichos parmetros en el comportamiento de la moto.

Fig. 6.- Geometra motocicleta.

Fig. 7.- Geometra motocicleta.

En estos dibujos se puede destacar:

El eje de direccin es la lnea sobre la cual gira el sistema de direccin.

El lanzamiento es la inclinacin hacia atrs que tiene el eje de direccin.

El avance es la distancia que existe a nivel de suelo entre el centro de la huella de contacto del neumtico y el punto en el que el eje de direccin intersecta con el suelo. A este avance se le conoce como avance de suelo, pero tambin existe otro avance que se conoce como avance real y se mide en ngulo recto con respecto al eje de direccin y se ve reducido con respecto al avance en el suelo al multiplicarse por el coseno del ngulo de lanzamiento (para un ngulo de lanzamiento tpico es aproximadamente el 90% del avance en el suelo). Tanto la rueda trasera como la delantera tienen sus propios valores de avance tanto de avance en el suelo como de avance real.

2.2 AVANCE

El avance tiene una funcin principal que es proporcionar una cierta estabilidad direccional y adems es de gran importancia en el inicio de la fase de inclinacin de la motocicleta al negociar una curva.

El hecho de que tanto el neumtico delantero como el trasero toque el suelo por detrs del punto donde el eje de direccin lo toca provoca un efecto de auto centrado en ambas ruedas. El avance positivo y la fuerza lateral debida al ngulo de deriva (ngulo que existe entre el plano del neumtico y la direccin de la tangente a la curva) se combinan para producir un momento alrededor del eje de direccin que tiende a poner a la rueda recta otra vez, proporcionando un cierto grado de estabilidad.

Fig. 8.- Auto centrado rueda delantera.

Como la huella de contacto queda por detrs del eje de direccin (avance positivo), esta fuerza acta a travs de un brazo de palanca que genera un momento corrector sobre la rueda girada, siendo este brazo igual al avance real y distinto al avance en el suelo. Por tanto el avance real es el ms importante de los avances, sin embargo el avance en el suelo es el ms especificado comnmente.

Si la direccin se gira debido a alguna causa (por ejemplo el mal estado del firme, algn bache lateral, etc.), el avance positivo automticamente contrarresta el giro proporcionando estabilidad direccional, siempre y cuando el efecto de inestabilidad no sea demasiado grande.

Si la huella de contacto estuviese por delante del eje de direccin (avance negativo), el momento generado reforzara la perturbacin original y la moto se volvera direccionalmente inestable.

Se observa que el avance positivo de la rueda delantera (50-100 mm) es mucho menor que el de la rueda trasera (1300-1500 mm) y debido a esto se puede pensar que el avance trasero es mucho ms importante que el delantero siendo en la realidad al contrario. Ante un desplazamiento lateral de la huella de contacto del neumtico, debido a que el ngulo de deriva de la rueda trasera es mucho menor que el de la rueda delantera para un determinado desplazamiento lateral, la fuerza lateral que acta en cada neumtico ser de la misma forma, es decir menor en la rueda trasera. Esta fuerza que se produce en la parte trasera tiene que actuar sobre gran parte de la moto y el piloto, que tienen una inercia mucho mayor, por lo que la respuesta es mucho menor que en el caso de la rueda delantera.

Fig. 9.- Importancia avance delantero.

Resumiendo, se puede decir que aunque el avance de la rueda trasera sea grande, tiene un efecto autoalineante pequeo, esto queda compensado porque el efecto del desplazamiento de la rueda trasera en la estabilidad direccional tambin es pequeo.

Como se ha observado, el avance es un medio para incrementar la tendencia a auto alinearse de las ruedas pero a medida que se aumenta dicho avance (siempre en una misma cantidad) el beneficio obtenido ser cada vez menor. El avance en una motocicleta no tiene un valor fijo en todo el recorrido de sta y existen varios factores como por ejemplo el ngulo de inclinacin, el ngulo de direccin y el radio del perfil del neumtico, que hace que vare durante la conduccin.

Aunque el propsito principal del avance de la rueda delantera es proporcionar una cierta estabilidad direccional, se producen otros efectos secundarios como el efecto direccional y el tacto en lnea recta, que sern explicados a continuacin.

2.2.1 EFECTO DIRECCIONAL

Si se inclina la motocicleta parada hacia un lado y se gira el manillar, la pipa de direccin sube o baja, dependiendo de la posicin de la direccin. El peso de la motocicleta (que acta en la huella de contacto del neumtico) produce un par alrededor del eje de direccin que tiende a girar la direccin hacia la posicin en la que la pipa est mas baja (posicin de mnima energa potencial).

Para un avance dado, ste ngulo de la direccin se ve afectado por el lanzamiento y por el dimetro de la rueda. Si se tiene un avance positivo, entonces el efecto de la inclinacin es hacia el interior de la curva y sera en el otro sentido en el caso de que el avance sea negativo.

Cuando la motocicleta se encuentra en movimiento, su peso efectivo y el del piloto que soporta la pipa se transmite al suelo a travs de la huella de contacto del neumtico.

2.2.2 TACTO EN LNEA RECTA

Para trazar una hipottica lnea recta se tendra que realizar una serie de curvas de correccin con el manillar girando levemente de lado a lado todo el tiempo.

Un pequeo desplazamiento de la direccin causa un ngulo de deriva del neumtico, que produce un par autoalineante el cual depende de las propiedades del neumtico, de la adherencia superficial y del avance para un ngulo de deriva dado. As, a travs de la direccin, se tendr una indicacin (dependiente del avance) de las condiciones de la carretera y de la cantidad de agarre disponible.

2.3 LANZAMIENTO

El lanzamiento es la inclinacin del ngulo de direccin y entre otros factores resulta conveniente tener un lanzamiento normal por un lado por facilidad de construccin del chasis y por otro lado para conseguir un montaje directo del manillar. Sin embargo, para un mismo avance, una pipa de direccin vertical da problemas en ambos aspectos.

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Fig. 10.- Lanzamiento.

El avance es dependiente del ngulo de lanzamiento y si tiene un valor comprendido entre 10-15 grados proporcionar una gran estabilidad y un buen comportamiento direccional, aunque estos valores de ngulos sean mucho menores que los que habituales montados en las motocicletas comerciales.

2.3.1 REDUCCIN DEL EFECTO PROVOCADO POR EL LANZAMIENTO

Para un valor dado del avance en el suelo, el par autoalineante en la rueda delantera y horquilla depende de la longitud del brazo de palanca, es decir, depende del avance real (avance en el suelo multiplicado por el coseno del ngulo de lanzamiento).

Este brazo de palanca se reduce conforme aumenta el lanzamiento, para un valor determinado de avance, como se puede observar en la figura 11. Esto significa que se necesitar un mayor avance en el suelo conforme el ngulo de lanzamiento se hace mayor. Por tanto se puede afirmar que el ngulo de lanzamiento tiene un efecto anti-avance.

Fig. 11.- Brazo de palanca con diferentes lanzamientos.

Esta reduccin en el avance real se ve favorecido cuando se aplica un cierto ngulo a la direccin.

2.3.2 AVANCE NEGATIVO

Con grandes ngulos de giro de la rueda, el lanzamiento puede llegar a hacer que el avance sea negativo, si bien los ngulos de giro son muy amplios, slo puede conseguirse a muy bajas velocidades. En la figura 12 se observa que con la direccin girada 90 grados se tiene un avance positivo con cero grados de lanzamiento y sin embargo para un ngulo de lanzamiento normal el avance puede llegar a ser incluso negativo.

Fig. 12.- Valores de avance para diferentes lanzamientos.

Aunque para obtener un avance negativo hace falta ngulos de giro de la direccin bastante elevados, tambin es cierto que con ngulos de giro pequeos se produce una cierta reduccin en el avance. Este hecho puede provocar la necesidad de usar un avance inicial grande. Este es uno de los motivos por los cuales las motos de trial suelen utilizar ngulos de lanzamientos pequeos, debido a que sus maniobras a baja velocidad implican grandes ngulos de giro del manillar y con un ngulos de lanzamientos pequeos se produce una menor reduccin del avance efectivo.

2.3.3 CADA DE LA PIPA DE DIRECCIN

En una motocicleta con avance positivo, en posicin vertical, conforme se gire el manillar hacia un lado, la pipa de direccin ir bajando y cuanto mayor sea el ngulo de lanzamiento, mayor ser la cada. Este hecho se observa en la figura 13 donde, para que se note mejor, se le ha dado a la motocicleta un ngulo de lanzamiento exagerado. Para el caso de 90 grados de ngulo de lanzamiento se puede ver fcilmente la cada de la pipa de direccin al girar la direccin. Con cero grados de lanzamiento estos efectos no tienen lugar.

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Fig. 13.- Cada pipa direccin.

Esta cada de la pipa de direccin provoca un efecto contrario a la propiedad autoalineante del lanzamiento porque para volver a girar el manillar hasta la posicin de lnea recta se debe levantar el peso que soporta la pipa de direccin. Este efecto es perjudicial para el equilibrio y para la estabilidad direccional mientras se viaja en lnea recta, al contrario que sucede cuando se toma una curva debido a que ayuda a girar la rueda cuando se inclina la moto al tomarla.

2.3.4 DESCENTRAMIENTO DEL EJE DE LA RUEDA

En la figura 14 se observa la diferencia en el descentramiento requerido para obtener un cierto valor de avance con distintos ngulos de lanzamiento. Se puede ver que para un lanzamiento de cero grados se necesita el mayor descentramiento. Aunque para un lanzamiento normal el avance en el suelo se ve reducido, un lanzamiento de cero grados requerira menos avance y por

tanto menos descentramiento. En general, siendo el resto de valores igual, es una ventaja tener un descentramiento mnimo debido a que proporciona una menor inercia alrededor del eje de direccin.

Fig. 14.- Descentramientos para diferentes ngulos de lanzamientos.

Cuando la motocicleta esta parada, debido a que el decalaje desplaza el centro de gravedad de la rueda y de la horquilla por delante del eje de giro de la direccin, se produce un par que tiende a girar la rueda hacia el interior de la curva mientras la moto est inclinada.

2.3.5 RESUMEN

Exceptuando el caso en el que exista un mnimo descentramiento, parece que un lanzamiento distinto de cero no da buenos resultados pero esto es solo para ngulos de giro de la direccin elevados, sin embargo en el caso de las motocicletas convencionales estos ngulos de giro son pequeos y el efecto perjudicial no es tan pronunciado.

La figura 15 es una representacin de una motocicleta, como dos planos que intersectan a lo largo del eje de direccin, puede ayudar a ver los efectos geomtricos debidos a la inclinacin y el giro. Uno de los planos representa la mayor parte del chasis incluyendo la rueda trasera, el otro plano es el central de la rueda delantera. El plano frontal puede girar alrededor del eje de direccin contenido en el plano trasero y el plano trasero puede inclinarse respecto a la vertical.

Fig. 15.- Efectos geomtricos.

2.4 DISTANCIA ENTRE EJES

La distancia entre los distintos ejes de las ruedas tienen diferentes efectos, pero generalmente cuanto mayor es esta distancia mayor es la estabilidad direccional y mayor es el esfuerzo para negociar las curvas, debido a tres motivos principales, ngulo de giro requerido, ngulo de la rueda trasera y efectos de inercia.

2.4.1 NGULO DE GIRO REQUERIDO

En la figura 16 se observa como en una motocicleta, a mayor distancia entre ejes se requiere un mayor giro de la rueda delantera para poder tomar la curva hacia el interior y como consecuencia tambin hace falta un mayor esfuerzo para negociar las curvas.

Fig. 16.- ngulo de giro en curvas.

2.4.2 NGULO DE LA RUEDA TRASERA

Para una determinada flexin lateral, el ngulo de la rueda trasera y la direccin de viaje se reduce a medida que la distancia entre ejes aumenta, lo cual mejora la estabilidad direccional.

Fig. 17.- Relacin ngulo rueda trasera-distancia entre ejes.

2.4.3 EFECTOS DE INERCIA

Mientras la moto est frenando y acelerando se produce una transferencia de peso en la que influye la distancia entre ejes, por ejemplo, para una altura dada del centro de gravedad, cuanto mayor sea la distancia entre ejes, menor ser la transferencia de peso. Los momentos de inercia de los planos de cabeceo y de guiada se incrementaran. Con esto lo que se consigue es hacer la motocicleta ms estable.

Resumiendo, la distancia entre ejes es un compromiso que depende del uso que se le pretenda dar a la motocicleta. Por ejemplo, para las motocicletas de trial se necesita una buena manejabilidad, principalmente a baja velocidad, por lo que se necesita una distancia entre ejes pequea, sin embargo para motos de turismo como es el caso de este proyecto, se necesita mayores distancia de ejes (alrededor de 1400-1550 mm) para conseguir una buena estabilidad direccional, aunque al ser la distancia entre eje demasiado larga se reduce la manejabilidad en el trafico.

2.5 RIGIDEZ DEL CHASIS

En la construccin del chasis habr que enfrentarse a ms problemas que llegar a un compromiso entre los distintos aspectos geomtricos.

Para que la motocicleta mantenga un buen comportamiento, se debe minimizar las muchas fuentes de flexin que posee. El aspecto ms importante a tener en cuenta es mantener el alineamiento entre los planos medios de las ruedas y el eje de la direccin para tener una buena estabilidad direccional. En el tren delantero, que es el ms importante de los dos, este alineamiento lo proporciona sobre todo la rigidez lateral de la horquilla y la rueda.

Fig. 18.- Flexin tren delantero.

Las horquillas telescpicas soportadas por una convencional pipa de direccin, que son las que se van a montar en este proyecto, carecen de rigidez en un plano longitudinal; esto no tiene tanta importancia, excepto cuando se frena pudiendo crear problemas de temblores y rebotes de la rueda.

Fig. 19.- Frenada en horquilla telescpica.

En conduccin normal, la rigidez torsional entre el manillar y el eje de la rueda no suele crear demasiados problemas.

Mantener la rueda trasera alineada con el eje de direccin implica rigidez lateral de la rueda, rigidez torsional y lateral del chasis y del basculante.

El piloto en recibe gran parte de la informacin del comportamiento de la motocicleta gracias al asiento y por tanto si este tiene un comportamiento diferente al del chasis, el piloto estar recibiendo una informacin diferente a la que en realidad sucede.

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Fig. 20.- Desplazamiento de la motocicleta debido a torsin y flexin del

chasis.

2.6 PESO Y SU POSICIN En trminos generales, cuanto menos masa posea la motocicleta mejor,

porque bajo una misma fuerza dada, la moto de menor peso acelerar antes. Esto no slo significa una enrgica respuesta para un motor con una potencia dada sino que tambin implica que la motocicleta es ms sensible a cualquier fuerza que haga el piloto. Aparte de la masa de la motocicleta es muy importante su distribucin y la ubicacin del centro de gravedad, como se muestra a continuacin:

2.6.1 EQUILIBRIO

Un peso contenido y un centro de gravedad bajo ayudan a mantener una buen equilibrio. En la figura 21 se observa como el par desestabilizador (W*x) es directamente proporcional al peso y a la altura del centro de gravedad, para una determinada inclinacin de la motocicleta, por lo que un centro de gravedad alto proporciona un mayor efecto desestabilizador.

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Fig. 21.- Par desestabilizador

2.6.2 TRANSFERENCIA DE CARGA

La carga, durante la frenada, se transfiere desde la rueda trasera hacia la delantera, al contrario que sucede en la aceleracin. Si se aumenta la distancia entre ejes, la transferencia de carga disminuye y lo mismo ocurre si se baja el centro de gravedad o se reduce la masa. Sin embargo, la transferencia de masa no se ve afectada por la localizacin longitudinal del centro de gravedad, aunque con esto se controla la carga esttica que soporta cada rueda.

2.6.3 TRACCIN

Dado que las motocicletas tienen traccin trasera, la fuerza propulsora que pueda transmitir al suelo es proporcional a la carga que la rueda soporta, por lo que una distribucin de peso cargada atrs mejora la traccin. Por otro lado hay que tener en cuenta que la rueda delantera se debe mantener en contacto con el suelo para que la moto pueda girar. Por tanto, una distribucin

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de peso que cargue mas el tren delantero ayuda a mejorar la estabilidad direccional.

2.6.3.1 NGULO DE INCLINACIN Cuando se toma una curva, el ngulo de inclinacin es necesario para

equilibrar la fuerza centrfuga y a su vez se ve afectado por la altura del centro de gravedad.

Un centro de gravedad bajo requiere un menor grado de inclinacin pero que puede verse contrarrestado por un efecto opuesto debido a la anchura del neumtico, ver figura 22.

En la figura 23 puede verse los distintos ngulos de inclinacin requeridos para distintas alturas del centro de gravedad, debido a la anchura del neumtico (efecto contrario al anteriormente descrito).

Fig. 22.- Distintos ngulos de inclinacin para diferentes alturas del CdG.

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Fig. 23.- Distintos ngulos de inclinacin para diferentes alturas del CdG.

2.7 MOVIMIENTOS ANGULARES

En los movimientos angulares de cabeceo, guiada e inclinacin, la distribucin de masa es ms importante que la cantidad de masa debido a que es la que interviene en los momentos de inercia, que nos da una medida del efecto de inercia alrededor de cada eje en particular y su valor determina la facilidad con la que se puede aplicar una aceleracin angular a la moto alrededor de ese eje.

2.7.1 CABECEO

La inercia de cabeceo controla la velocidad con la que la motocicleta se hunde hacia delante o hacia atrs cuando frena, acelera o avanza por un firme en malas condiciones. No es necesario que la respuesta de giro alrededor del eje sea muy rpida porque de esta forma se puede contribuir a mejorar el confort. La definicin geomtrica del eje alrededor del cual la moto cabecea es complicada porque vara con la configuracin de la moto. En el caso de este proyecto en el que la motocicleta tiene muelles en ambos trenes, delantero y trasero, el eje de cabeceo depende de la geometra de la suspensin y de la dureza de los muelles.

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De los tres posibles movimientos angulares, el cabeceo es el nico que supone fundamentalmente un movimiento de la masa suspendida con respecto a las ruedas, ya que la inclinacin y la guiada son movimientos relativos a las coordenadas de la tierra.

2.7.2 GUIADA

Al entrar en una curva, la motocicleta, como cualquier otro vehculo, se ver sometida a una aceleracin de guiada. Elegir un momento de inercia alto mejora la estabilidad direccional mientras que un valor bajo facilita los cambios rpidos de direccin y minimiza los efectos de un derrapaje. En la practica parece mejor conseguir un momento de guiada bajo, que implica concentrar la masa de la motocicleta lo mas cerca posible de su centro longitudinal. Con esta medida se reduce el momento de cabeceo tambin.

2.7.3 INCLINACIN

El momento de inercia alrededor del eje de inclinacin es la suma de las componentes individuales de todas las masas multiplicada por el cuadrado de la distancia que las separa de un eje de inclinacin que pase por el centro de gravedad. Para poder conseguir cambios rpidos en el ngulo de inclinacin de la moto sin mucho esfuerzo, es necesario un bajo momento de inercia de inclinacin.

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Fig. 24.- Movimiento angular y lineal.

3 PARTES DE UNA MOTOCICLETA

3.1 EL CHASIS

El chasis es el cuerpo principal de la motocicleta y donde el piloto ir ubicado as como el motor. Su estructura general, de manera independiente de su tipo, consta de una zona de anclaje de la suspensin delantera se denomina pipa de direccin, situndose en la parte ms adelantada y ms alta del chasis. El otro punto de anclaje es el eje del basculante, que debe combinarse con un soporte para el amortiguador trasero. Al ser zonas sometidas a altos esfuerzos, debern de tener una alta rigidez. Donde existe la variedad de chasis es en la parte que une estas dos zonas, pudiendo ser tanto tubos, chapas, vigas, etc.

En un chasis todos los elementos que la componen, a excepcin de las suspensiones y las piezas unidas a ellas, estn perfectamente fijados. Como consecuencia, el chasis define una serie de caractersticas estructurales que adems influyen sobre el comportamiento de la motocicleta. Son por una parte las que definen la geometra de la moto, y por otra las que condicionan el reparto de pesos.

3.1.1 FUNCIN DEL CHASIS

Los requisitos mecnicos que debe cumplir el chasis son:

Para obtener una direccin precisa, el chasis debe resistir adecuadamente los esfuerzos de flexin y torsin, de forma que las ruedas puedan mantener una relacin correcta entre ellas a pesar de las cargas impuestas por la transmisin, los baches, las curvas y los frenos. De todas formas ningn sistema de direccin podr ser efectivo si las ruedas no estn en contacto con el suelo, de aqu el importante papel que juega el agarre (de forma especial el tren delantero).

Por una buena manejabilidad se entiende que ante un esfuerzo fsico pequeo del piloto, la motocicleta responder dichas acciones, evitando

de esta forma el cansancio del conductor. Este aspecto depende fundamentalmente de la altura del centro de gravedad, el peso total, la rigidez, la geometra de direccin, el tamao de los neumticos y el momento de inercia tanto de las ruedas como del conjunto moto /piloto.

Para tener un buen confort, y con ello minimizar el cansancio del piloto, es preciso que la suspensin absorba los baches sin sacudir al piloto ni producir movimientos de cabeceo.

3.1.2 TIPOS DE CHASIS

Cabe destacar dos grandes grupos de chasis que son, los chasis para los ciclomotores y los chasis para motocicletas de mayor cilindrada. En este caso solo se comentar el segundo tipo puesto que ser el objeto de este proyecto.

Dentro de los diferentes tipos de chasis para las motocicletas se puede distinguir dos tipos, los tubulares, formados por tubos de seccin circular, y los realizados a partir de vigas de seccin ancha.

Entre los tubulares se puede sealar los de simple cuna, que a su vez pueden ser completos o interrumpir su seccin inferior usando el motor como elemento resistente. Una tercera posibilidad es la formacin de una cuna simple, que se desdobla a la altura del motor.

Fig. 25.- Diferentes tipos de chasis.

La doble cuna se puede considerar como una mejora del chasis anterior, manteniendo las mismas caractersticas a las cunas simples con la salvedad de la existencia de dos tubos delanteros T.

Fig. 26.- Chasis de doble cuna.

Los chasis de doble cuna son ms rgidos que los de cuna simple por estar cerrados en casi todos los casos, formando una estructura ms rgida.

Otra modelo de chasis tubulares son aquellos en los que el motor se encuentra colgado, adquiriendo ste una importante funcin resistente, aprovechando su gran rigidez. Hay algunos tipos de chasis, como los de espina central, en los que hay un nico tubo grueso en la parte superior, pero lo ms habitual es contar con una estructura superior de tubos que integra la pipa de direccin y el anclaje al basculante, pudiendo ste estar unido tambin al motor.

Fig. 27.- Chasis multitubular.

Una importante variedad de este tipo de chasis son los multitubulares de elementos rectos. En este tipo de chasis la estructura se forma nicamente con tubos rectos de modo que slo trabajen a traccin y compresin. La forma ms habitual es un elemento que una la pipa de direccin con el eje del basculante de una manera directa, con una serie de tubos que refuerzan esta funcin.

Fig. 28.- Chasis multitubular de tubos rectos.

En el segundo grupo de chasis, que son aquellos compuestos a partir de vigas (tubos de seccin gruesa), la funcin resistente que anteriormente realizaba el entramado de tubos, ahora recae sobre un par de vigas, que une la pipa con el anclaje del basculante.

En el caso de realizarse en aluminio en vez de acero, la pipa de direccin y el anclaje, que son las zonas que reciben mayor esfuerzo, suelen estar fundidas y son macizas.

Fig. 29.- Chasis de tipo doble viga.

3.2 LA SUSPENSIN

3.2.1 MASA SUSPENDIDA Y MASA NO SUSPENDIDA

Se define como masa suspendida a la que est apoyada en la parte superior de la suspensin, siendo en una motocicleta toda la moto menos las ruedas, los frenos y parte de los componentes de la suspensin. De esta forma, la masa no suspendida estar compuesta por la masa total de la moto menos la masa suspendida, es decir que estar compuesta por las ruedas, los frenos y parte de los componentes de la suspensin.

El clculo de estos valores no es fcil de determinar debido a que dependen de algunos factores, por ejemplo la masa de algunos componentes de la suspensin, como los muelles. Pero en el caso que aqu se trata, la reparticin de la masa del muelle no es problema porque con el programa que se va a modelar, el muelle carece de masa.

A la hora de repartir la proporcin adecuada del total de la masa suspendida a cada uno de los trenes (delantero y trasero) se realiza en la

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misma relacin que la distribucin de pesos esttica, aunque esta distribucin tambin tiene sus defectos debido a que no siempre la distribucin ser as. El ejemplo ms claro es cuando se realiza un caballito con la moto. En ese momento la suspensin delantera no est activa y por tanto la suspensin trasera debe soportar todo el peso, as la masa suspendida referente al tren trasero debe ser toda la masa suspendida.

Cuando se buscan las mximas prestaciones de la suspensin, lo que importa es la relacin entre la masa suspendida y la no suspendida, interesando que sta relacin sea lo mayor posible, siendo difcil de conseguir este aspecto en motocicletas muy ligeras.

3.2.2 FRECUENCIA DE LA SUSPENSIN

Se considerar un sistema formado por una masa, un muelle y un amortiguador, como se ve en la figura 30.

Fig. 30.- Sistema de amortiguacin.

Con frecuencias de perturbacin mucho menores que la frecuencia natural de la suspensin, la masa suspendida se mueve con una magnitud cercana a la de la perturbacin, a pesar de tener el amortiguamiento.

Por otro lado la respuesta es menor cuando la frecuencia aplicada es varia veces mayor que la frecuencia natural, as para conseguir una conduccin ms suave sobre un mayor rango de condiciones posibles, habr que tener una suspensin con una frecuencia natural baja, es decir, con muelles blandos.

El clculo de la frecuencia de la suspensin sin amortiguamiento se puede hacer de manera sencilla mediante la siguiente frmula:

F = ( K/M )/( 2* ) Donde K = Constante del muelle

F = Frecuencia, en Hz

M = Masa suspendida

Viniendo la constante del muelle dada por la grfica siguiente en funcin de la frecuencia natural de la suspensin:

Fig. 31.- Constante del muelle en funcin de la frecuencia natural.

3.2.3 RELACIN ENTRE LA MASA SUSPENDIDA Y LA MASA NO SUSPENDIDA

Normalmente se suele decir que contra mayor sea esta relacin, mayor ser el beneficio obtenido. Pero esto no suele cumplirse en todos los casos, debido a que las demandas de agarre en carretera y las del confort suelen ser opuestas. El agarre requiere la mnima variacin dinmica de la fuerza vertical que existe entre el neumtico y la carretera, para ello interesa que la masa no suspendida sea lo ms pequea posible. Sin embargo para mejorar el confort se querr que se transmita la mnima fuerza posible a la masa suspendida, vindose favorecido este fenmeno si la masa no suspendida es muy grande cuando se alcanza un bache que sube hacia arriba (no ocurre lo mismo con las cavidades).

Para tener un buen agarre a la carretera (una respuesta rpida de la masa no suspendida) se necesita que esta relacin entre ambas masas sea lo ms grande posible, sin embargo existe un lmite a la hora de tratar de aligerar la masa no suspendida y por lo tanto un incremento de la masa suspendida y de la constante del muelle mejora el agarre en las carreteras que se encuentren bacheadas y tambin aumenta la velocidad de respuesta de la masa no suspendida, teniendo por tanto las ruedas un mejor contacto con la superficie.

Considerando ahora el caso en el que se tiene un neumtico entre la carretera y la llanta (masa no suspendida) que conduce a que con una masa no suspendida mayor aumenta el confort de la persona que conduce la motocicleta cuando la rueda impacta contra un bache, debido a que se reduce el impacto que llega al centro de gravedad. Suponiendo ahora que la rueda es infinitamente pesada; al impactar contra un bache, el neumtico se deformara para absorber el impacto pero la rueda no se movera y al no moverse no transmite ninguna perturbacin al piloto. El otro caso extremo ocurre cuando la masa no suspendida es nula, el impacto pasara hasta el piloto a travs de la rigidez del neumtico actuando en serie con la rigidez de la suspensin. Para mejorar el confort del piloto, tanto la rueda como el neumtico deben soportar grandes cargas. Cuando el neumtico ha alcanzado la parte superior del

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bache, la mayor masa de la rueda tiende a seguir subiendo pudiendo llegar a despegarse del suelo, en detrimento del agarre a la carretera.

Despus de todo lo anterior se llega a una solucin de compromiso teniendo normalmente la relacin entre la masa suspendida y la no suspendida un valor entorno a 4.5.

3.2.4 ALTURA DE MARCHA Y PRECARGA

Los amortiguadores suelen incorporar un ajuste para la longitud inicial del muelle (precarga); si existe en ellos un desplazamiento debido a la carga esttica, este ajuste alterar la altura de marcha.

Si se precarga los muelles no se tomarn mejor las cavidades que si se tuviese un chasis rgido por lo que en la actualidad se utilizan unos basculantes muy rgidos, un amortiguamiento eficiente y muelles blandos ajustados para permitir una cierta extensin de la suspensin ante las diferentes cavidades que se pueda encontrar la motocicleta en su trayectoria.

Algunos diseadores de chasis solan dedicar 1/3 del recorrido disponible para la extensin (tambin llamado hundimiento esttico) y 2/3 para la compresin. Debido a los efectos de transferencia de carga y a diversas respuestas dinmicas, al frenar y al acelerar, cada rueda puede ver reducida su carga. Durante la levantada de una de las ruedas, la delantera o la trasera, tanto la suspensin delantera como la trasera se estiran hasta llegar a sus topes de extensin y sera de esperar que el nivel de precarga de los muelles tuviese un efecto significativo en las respuestas transitorias de la suspensin durante este tipo de maniobras. Si los muelles de la suspensin estn precargados, habr dos aspectos principales a tener en cuenta:

La posicin esttica de la suspensin, que cuando est cargada est ms cerca del tope de extensin y por tanto existe menos recorrido de suspensin disponible antes de llegar al tope.

La fuerza de precarga implica que cuando la suspensin hace tope lo har de forma ms violenta.

Adems si se precarga los muelles, tanto la rueda delantera como la trasera se despegarn del suelo pudindose llegar incluso, en el caso de la rueda delantera a tener que soltar el freno, debido a que comenzara a rebotar la rueda de forma creciente.

Actualmente los sistemas de suspensin trasera se pueden ajustar de manera independiente la longitud del muelle y la longitud total del amortiguador. El aumento de la altura de la parte trasera tiene varios efectos:

La reduccin del ngulo de lanzamiento y del avance, volvindose la direccin de la moto ms rpida.

Aumenta la altura del centro de gravedad, incrementndose la transferencia de carga al acelerar y frenar.

Altera la relacin entre la altura del eje de la rueda trasera, la altura del eje del basculante y la altura del pin de la cadena, afectando a las caractersticas del anti-squat, que se ver en otro captulo.

Se aumenta tambin la carga en el tren delantero aunque dicho aumento no es demasiado.

3.2.5 DISTANCIA ENTRE EJES

En determinadas circunstancias, la distancia entre ejes puede tener cierto efecto en el comportamiento de la suspensin y cuando la motocicleta tiene un movimiento de cabeceo, el ngulo de cabeceo, en general, ser inversamente proporcional a la distancia entre ejes, por ejemplo si se multiplica por dos la distancia entre ejes, el cabeceo se ver reducido a la mitad. Adems si la motocicleta es ms larga, tambin tendr un momento de inercia de cabeceo mayor, de manera que se suavizar la respuesta.

La distancia entre ejes produce otro efecto menos apreciable que se combina con las condiciones de la superficie sobre la que se circula, para influir de manera notable en la calidad de la conduccin. Si al viajar se hace sobre una serie de baches, una superficie ondulada por ejemplo, los movimientos que

se transmiten al piloto dependern en gran parte de s la distancia entre ejes es mltiplo de la longitud de onda de los baches.

En las curvas la distancia entre ejes coincide con la longitud de onda del bache, la parte delantera, la trasera y el centro de gravedad se mueve al unsono. Lo que sucede en este caso es que cada rueda est viajando sobre la misma parte del bache adyacente al mismo tiempo. Sin embargo, cuando la longitud del bache es el doble de la distancia entre ejes, cuando la rueda delantera est encima de un bache, la rueda trasera est en la parte ms baja, de forma que los movimientos verticales delante y detrs son opuestos por lo que el centro de gravedad, que estar ms o menos en el centro de la moto, posee un movimiento muy pequeo.

Fig. 32.- Desplazamiento de ruedas delantera, trasera y del CdG en baches.

Por tanto este ltimo caso es de mayor comodidad para el piloto pero la moto poseer un movimiento de cabeceo que consiste en que cuando la parte delantera sube, la trasera est bajando y viceversa, por lo que la motocicleta estar cabeceando hacia delante y hacia atrs. Estas son las dos respuestas ms extremas determinadas por la relacin entre la distancia entre ejes y la longitud de onda del bache. Otros valores distintos de esta relacin producirn una conduccin que producir cierto cabeceo combinado con cierto movimiento vertical. A la hora de disear una motocicleta y su suspensin no se conocer la longitud de onda de una serie de baches que se encuentra la moto circulando y por tanto no ser un parmetro que se pueda tener en cuenta para elegir la distancia entre ejes.

3.2.6 RESUMEN

La suspensin de las motocicletas es un sistema dinmico acoplado (delante y detrs) que comprende muelles, amortiguadores y la masa no suspendida y suspendida. Los neumticos son el elemento ms importante del sistema que forma la suspensin. En general una suspensin blanda supone beneficios pero debe estar compensada con el movimiento disponible y las variaciones de la geometra. La gran cantidad de requisitos que necesita una suspensin hace que resulte imposible disear una suspensin que nos proporcione una puesta a punto perfecta para una mquina determinada, por lo que resultar inevitable llegar a un compromiso.

El movimiento de la suspensin tiene lugar en el plano central, pero debido al elevado nivel de acoplamiento que existe en la dinmica de la motocicleta puede dar lugar a respuestas alrededor de otro eje, el de guiada o el de inclinacin por ejemplo. Una suspensin mal ajustada puede reducir la adherencia y/o permitir que estas respuestas se conviertan en inestabilidades peligrosas.

3.3 LA SUSPENSIN DELANTERA A pesar de todos los modelos que han existido de suspensin

delantera, solo un pequeo nmero de diseos han sido aceptados para ser fabricados en serie, entre ellos la horquilla tipo girder fue la primera. Luego en los primeros aos 50, la horquilla telescpica fue establecindose debido a que mejoraba la conduccin respecto a las girders sin amortiguacin o con amortiguacin mediante friccin.

Fig. 33.- Horquilla tipo girder.

Con todos los defectos que pueda tener las horquillas telescpicas, se puede decir que es el sistema ms empleado en motocicletas y que en trminos de produccin es el que ha dominado de forma prcticamente absoluta desde alrededor de 1950 y aunque marcas como BMW y Yamaha se han atrevido a probar con una alternativa, al final todas o vuelven al modelo telescpico o mantienen su apariencia.

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Son muchos los diferentes los distintos tipos de suspensiones delanteras que se han intentado desarrollar y en trminos generales se pueden separar en dos grandes grupos:

Aquellos que requieren una pipa de direccin convencional para definir el eje de direccin y que usan horquillas. Aqu se encuentra incluida la horquilla telescpica, las suspensiones por rueda tirada y las horquillas tipo girder.

Aquellos en los que el chasis no tiene pipa de direccin. Dentro de este grupo existe una amplia variedad de diseos, donde destaca los sistemas llamados hub-centre.

3.3.1 HORQUILLAS CON PIPA DE DIRECCIN

Todos estos sistemas de suspensin/ direccin tiene la caracterstica de que se montan y giran alrededor de una pipa de direccin. El esquema de la figura 34 muestra cmo cualquier flexin lateral de las barras de la horquilla permite que la huella de contacto del neumtico se mueva alejndose del eje de direccin. Este desalineamiento puede provocar wobbles (ms adelante sern explicados en detalle) o aumentar seriamente su magnitud, tanto en carreteras con buen firme circulando a una velocidad determinada, como circulando a cualquier velocidad sobre una superficie bacheada. Existen otros muchos problemas que provienen del empleo de la horquilla telescpica pero quizs el ms importante viene dado por esta posibilidad de desplazamiento lateral de la huella de contacto. Otra desventaja es el gran brazo de palanca que existe sobre la pipa de direccin, especialmente al frenar. Esto da lugar a fuerzas muy grandes que tiene que resistir un robusto y pesado chasis.

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Fig. 34.- Flexin lateral de la suspensin delantera.

El uso de la horquilla telescpica es prcticamente universal en todas las motocicletas excepto en algunos scooters y pequeas motos utilitarias. Su xito no se justifica en bases de diseo e ingeniera, debido a que tiene varias caractersticas adversas; su bajo coste tampoco es una explicacin vlida (a veces se suele decir esto basndose en que los principales componentes se fabrican en serie). El motivo principal por el cual la horquilla telescpica es la suspensin delantera ms importante se debe al miedo colectivo que existen en los departamentos de marketing de los principales fabricantes a que el aficionado no acepte un cambio en la apariencia esttica del tren delantero aunque tambin existen otros factores a su favor y es por ejemplo el largo periodo de desarrollo y la evolucin que posee con el que no puede competir cualquiera de los diseos alternativos.

La horquilla telescpica tradicional comprende un par de botellas de aluminio o acero en las que se ajustan unas barras hechas con tubo de acero cromado que se anclan en unas tijas situadas en la parte superior e inferior de la columna de direccin. Normalmente los muelles que montan son de un dimetro menor que el de las botellas y estn metidos dentro de ellas. En el interior de las botellas se incorpora un sistema de amortiguacin hidrulica y el aceite de amortiguacin sirve tambin como lubricante.

Ahora se considerarn algunos de los principales problemas que son inherentes a la horquilla telescpica:

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Cuando la horquilla est totalmente extendida existe una sujecin mnima de las botellas, de forma que el efecto de la holgura existente aumenta considerablemente en la zona del eje de la rueda.

Las barras se pueden mover de forma independiente excepto por el efecto de refuerzo del eje de la rueda en la parte inferior.

Si se considera las cargas y los brazos de palanca que soportan, las barras tiene un dimetro muy pequeo (normalmente de unos 35 38 mm).

Este tipo de horquillas suele estar sometidas a un gran hundimiento en las frenadas.

Debido al ngulo de lanzamiento, aparecen cargas de flexin en las barras de la horquilla, debidas a cargas estticas, dando lugar a un rozamiento al inicio del movimiento, que endurece la respuesta ante pequeos baches. Con un ngulo de lanzamiento normal, el simple motivo de soportar el peso de la motocicleta produce una fuerza que es perpendicular en la botella, dando lugar a un incremento de la friccin y una reduccin de sensibilidad ante baches pequeos.

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Fig. 35.- Hundimiento de las horquillas telescpicas.

Estas caractersticas se unen al hecho de que una horquilla es relativamente flexible en casi todas las direcciones, y como se dijo anteriormente, la flexin lateral puede empeorar la estabilidad.

Al frenar, las horquillas telescpicas se hunden, y aunque este efecto se atribuye nicamente a la transferencia de carga hacia la parte delantera, para un ngulo de lanzamiento normal, existe otro factor que es la componente de la fuerza de frenado que tiende a comprimir la horquilla (esta componente es igual a (F*sin)). Cuando se frena, el ngulo de lanzamiento hace que parte de la fuerza de frenada est compensada por un incremento de la fuerza del muelle. De tal forma que tanto la compresin del muelle como el hundimiento tienen un valor mayor que el debido solamente a la transferencia de pesos. Cabe destacar como en frenadas fuertes, la carga sobre la suspensin puede a llegar al triple que en el caso de la carga esttica.

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En las horquillas telescpicas se suele decir que el avance permanece constante a lo largo de toda la trayectoria que sigue la moto pero si esto realmente fuera as, primeramente esto supondra que el avance constante es algo deseable (cosa que no es cierta) y, en segundo lugar, que no existe ninguna variacin en la posicin del resto de la moto mientras la horquilla se comprime porque vara la altura del suelo que est debajo de la rueda delantera. Esto puede verse en la figura 36, en donde se observa todas las condiciones necesarias para que el avance pueda permanecer constante al comprimirse la horquilla (esquema de la izquierda). A la derecha se muestra la reduccin del avance debido al hundimiento de la parte delantera al frenar.

Fig. 36.-Avance constante en la frenada.

La horquilla normalmente se comprime debido a que o existe un hundimiento de la parte delantera al frenar (en cuyo caso existe una reduccin del ngulo de lanzamiento y el avance disminuye) o bien porque se alcanza un bache, provocando que la huella de contacto se mueva hacia delante, reduciendo de esta forma tambin el avance pudiendo incluso llegar a hacerse negativo, como es el caso que puede verse en la figura 37.

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Fig. 37.- Avance negativo.

Conforme la rueda va avanzando por el bache, el avance primero vuelve a su valor esttico y luego se hace mayor conforme la huella de contacto se mueve hacia atrs, volviendo a recuperar su valor inicial slo cuando la rueda recupera el nivel de la carretera. Con lo dicho es difcil suponer que una horquilla telescpica (o de cualquier otro tipo) pueda mantener el avance constante.

Los baches en la carretera provocan una fuerza longitudinal en las ruedas, aparte de la fuerza vertical. El movimiento hacia atrs de la rueda delantera cuando la horquilla se comprime, ayuda a absorber esta fuerza, mejorando tanto el confort como el control sobre la motocicleta.

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Fig. 38.- Fuerza producida en un bache.

3.3.2 OTROS TIPOS DE SUSPENSIONES

Aparte de la suspensin mediante horquilla telescpica, existen otros sistemas de suspensin, aunque estos no se vern con detenimiento debido a que no sern los montados en los modelos de motocicleta de este proyecto.

Suspensiones por rueda empujada: En lneas generales, consisten en una estructura tubular o de acero estampado que conecta la columna de direccin con los brazos articulados, y que incorporan tambin anclajes para los amortiguadores. Los brazos articulados pueden ser independientes o tener forma de U alrededor de la parte trasera de la rueda. Los beneficios de este tipo de horquilla dependen en gran medida de la calidad del diseo de detalle. En algunos aspectos, una suspensin por rueda empujada que est bien diseada puede tener algunos beneficios sobre la horquilla telescpica, por ejemplo, se puede conseguir una mayor rigidez, que beneficiar la estabilidad y un mejor control. Tambin tendr una mayor sensibilidad ante baches pequeos debido a la reduccin del rozamiento esttico y ser posible disearla para cualquier grado de antihundimiento ante frenadas fuertes. La trayectoria que sigue la rueda en el recorrido de la suspensin depende de la altura relativa entre el eje del pivote del brazo articulado y el eje de

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la rueda, como puede verse en la figura 39. Debido a la trayectoria que sigue la rueda, que es curvilnea, estas horquillas no son adecuadas para los movimientos de las motocicletas.

Fig. 39.- Sistema de rueda empujada.

Fig. 40.- Sistema de rueda empujada.

Suspensin por rueda tirada: Las suspensiones por rueda tirada se diferencian de las de rueda empujada en que los brazos articulados quedan por delante del eje de la rueda, en vez de por detrs. Su

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desventaja es que posee una mayor inercia alrededor del eje de direccin, ya que la mayor parte de la masa est relativamente lejos del eje de direccin.

Fig. 41.- Sistema por rueda tirada.

Horquillas Girder: En su da este tipo de horquillas fueron de un uso tan amplio como el que hoy en da posee las telescpicas. Estructuralmente este tipo de horquillas es muy recomendable si se disean bien pero su comportamiento estaba limitado debido a que se empleaban amortiguadores de friccin, muy toscos si se compara con los amortiguadores hidrulicos que actualmente se usan. Las articulaciones que permitan el movimiento de la suspensin eran muy cortas y slo permitan movimientos de suspensin pequeos.

Otras alternativas a la horquilla que se monta en la pipa de direccin: Existen varias posibilidades para dividir este grupo en categoras, por ejemplo en estos cuatro grupos:

1.- Tipo hub centre: Este tipo tiene el anclaje principal y el sistema de direccin montada en el interior del buje de la rueda.

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2.- Doble brazo articulado: Es parecido al sistema de doble brazo que se usa en los automviles, pero girado 90 grados.

Fig. 42.- Sistema de doble brazo oscilante.

3.- Tipo McPherson.

4.-Sistema con eje de direccin virtual.

3.4 LA SUSPENSIN TRASERA De una u otra forma, el brazo oscilante trasero, conocido como

basculante, se ha impuesto como sistema de suspensin trasera y aunque no es perfecto, es difcil pensar en una alternativa que pueda ser mejor. Normalmente el basculante estaba formado por un tubo transversal que alojaba los rodamientos de giro y un par de tubos laterales que soportaban la rueda y los amortiguadores, pero este diseo tena una carencia de rigidez torsional y era necesario usar dos amortiguadores que evitaran el par que producan las fuerzas de suspensin.

Para eliminar estos defectos, la relacin ms eficaz entre rigidez y peso se obtiene triangulando el basculante y conectando el vrtice al amortiguador. Existen dos tipos de basculantes para la suspensin trasera, basculante monobrazo y de dos brazos, pudiendo usar uno o dos amortiguadores.

Un aspecto a tener en cuenta en el diseo de un basculante trasero son las cargas que soportan los rodamientos del eje de giro. Pero en un sencillo

basculante tradicional, controlados por un par de amortiguadores situados prcticamente verticales cerca del eje de la rueda, las fuerzas de suspensin afectan muy poco al punto de giro. Este tipo de basculante (de dos brazos y con los dos amortiguadores) ser el montado en esta motocicleta.

En la figura 43 puede verse el diseo tradicional de una suspensin trasera, donde el peso de la parte trasera se equilibra directamente a travs de los amortiguadores, por tanto no hay ninguna carga inducida sobre el anclaje del basculante. Aunque en el caso del modelo de este proyecto, los amortiguadores no se montarn completamente vertical, sino con un pequeo ngulo de inclinacin, teniendo el anclaje al chasis una determinada carga inducida.

Fig. 43.- Diseo tradicional de una suspensin trasera.

3.4.1 CONSTANTE EFECTIVA DEL MUELLE

A no ser que el amortiguador est montado como la figura anterior, es decir, completamente vertical, la constante en la rueda ser diferente de la constante del amortiguador, normalmente ser menor.

Si los amortiguadores estn demasiado o muy pocos inclinados, la variacin de la constante a lo largo del recorrido podr a llegar a ser regresiva, es decir, la constante disminuye conforme aumenta la compresin.

3.4.2 SISTEMAS DE BIELETAS

Cuando se comenz a querer aumentar el recorrido de las suspensiones, se empez a poner atencin en aquellos diseos que aplicaban algn tipo de palanca al amortiguador para reducir su movimiento longitudinal ya que resultaba complicado conseguir unos movimientos tan grandes con la ubicacin tradicional de los amortiguadores. Estos sistemas permite utilizar un nico amortiguador con un movimiento reducido y un buen control geomtrico de las propiedades de la constante del muelle, pudindose conseguir fcilmente progresividad, regresividad y combinaciones de ambas .

Fig. 44.- Sistema de bieletas.

En la figura 44 se observa como debido a que la relacin entre L1 y L2 vara con el movimiento de la rueda, este sistema de suspensin trasera da lugar a una constante progresiva tanto para el muelle como para el amortiguador. En la posicin extendida el lado conectado al basculante tiene una mayor ventaja mecnica y por consiguiente la constante ser ms blanda que cuando el sistema est comprimido.

Para comparar diseos diferentes de suspensiones, slo hace falta considerar unas pocas caractersticas:

Peso del sistema.

Masa no suspendida.

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Integridad estructural.

Caractersticas de la constante del muelle y de amortiguacin, es decir, cmo vara la constante con la compresin de la suspensin.

Compacidad, al ser el espacio un factor de gran importancia en la actualidad. El amortiguador necesita un flujo de aire para poder refrigerarse por lo que habr que estudiar bien donde colocarlo.

El nmero de articulaciones debido a que cada una es una fuente de rozamiento y holguras, siendo ambas cosas perjudiciales para el buen comportamiento de la suspensin. Por tanto es conveniente minimizar el nmero de articulaciones.

Fig. 45.- Sistema de bieletas.

Fig. 46.- Sistema de bieletas.

3.4.3 TRAYECTORIA DE LA RUEDA

En el captulo de la suspensin delantera se muestra cmo el movimiento hacia atrs que tiene la rueda delantera en el momento que alcanza un bache es muy importante para poder absorber de forma eficiente la fuerza que genera el bache. Estas mismas consideraciones pueden ser aplicadas tambin a la suspensin trasera.

En la figura 47 puede verse una disposicin clsica (anloga a la montada en este proyecto) de un basculante y se muestra el desplazamiento casi vertical de la rueda al impactar con un bache.

Fig. 47.- Desplazamiento del basculante al impactar con un bache.

La fuerza del bache (F) acta radialmente, desde el punto de contacto hacia el centro de la rueda, y requiere que la rueda haga un movimiento hacia atrs para poder de esa forma minimizar el impacto. Si la direccin de la fuerza generada por el bache no est alineada con el movimiento de la rueda, entonces se crear una componente hacia atrs, que deber ser compensada por fuerzas horizontales que alcanzarn directamente al cuerpo principal de la motocicleta sin que hayan sido antes amortiguadas por la suspensin. Debido a que cada bache tiene un tamao distinto, no se puede hacer un diseo de la suspensin que sea el ptimo para todas las condiciones, aunque los baches ms grandes son los que crearn fuerzas mayores y por tanto son los que habr que tener ms en cuenta.

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3.4.4 CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES

La flexibilidad del basculante permite que la rueda se pueda mover hacia los lados, creando ngulos de comba y de deriva y por tanto fuerzas de direccin. Al no estar estas acciones controladas por el piloto, se puede pensar que va en deterioro del comportamiento dinmico y de la estabilidad, pero en cierto modo actan de forma parecida al avance de la rueda delantera. Tanto la variacin del ngulo de comba como del ngulo de deriva actan oponindose a la fuerza perturbadora, y en algunos casos puede producir una distorsin menor en la direccin.

3.4.5 MONOBRAZO Y DOBLE BRAZO

Los basculantes monobrazo son los ms comunes en ciclomotores de bajo precio y en la mayora de los scooters; dos ejemplos pueden verse en las figuras 48 y 49.

Fig. 48.- Basculante monobrazo de scooter.

Fig. 49.- Basculante monobrazo.

El basculante se emplea tanto como para cubrir la transmisin como para sujetar el motor. Actualmente se usan tambin para motocicletas deportivas grandes y para motos de competicin. Sin embargo, la mayora de los fabricantes siguen usando el basculante de doble brazo debido, quizs a la tradicin, consideraciones de fiabilidad del producto, esttica o que el diseo simtrico del basculante de dos brazos tiene algunas ventajas tcnicas.

Primero se ver qu caractersticas hacen a un basculante bueno y como ambos tipos de basculantes llegan a encontrar esos requerimientos.

Partiendo de la base que ambas variantes tienen la misma geometra (misma longitud y los mismos puntos de anclaje al chasis), y que el muelle y el amortiguamiento son iguales. Existen tres criterios principales para compararlos:

Rigidez estructural.

Peso total.

Masa no suspendida.

3.4.5.1 COMPARACIN ESTRUCTURAL Debido a que el diseo de un basculante monobrazo y de uno de dos

brazos vara tanto, resulta difcil poder compararlos. Las caractersticas de deformacin de un basculante de dos brazos dependen en gran medida de la naturaleza y la rigidez del eje de la rueda y de su mtodo de anclaje. El peor caso se encuentra en los basculantes que tiene una fina chapa en su extremo con una ranura para el ajuste de la cadena, este caso se aproxima al de un eje con articulaciones en ambos extremos. Y el mejor caso aparece en mquinas con transmisin por cardan, que suelen tener un eje con un anclaje muy rgido.. En el caso real, los basculantes tendrn una deformacin intermedia entre estos dos casos extremos.

La deformacin torsional del basculante tiene tres fuentes principales de flexibilidad que se debe considerar:

Torsin en el eje de pivotamiento del basculante.

Flexin vertical de los brazos.

Torsin de los brazos laterales, que dependen del tipo de anclaje del eje de la rueda.

Pruebas realizadas a ambos tipos de basculantes se llegan a la conclusin de que ninguno tiene una ventaja clara sobre el otro. Por ejemplo en rigidez ambos poseen prcticamente la misma. En lo que se refiere al ngulo de comba y al desplazamiento lateral, el monobrazo es casi el doble de rgido, pero la situacin es contraria en el ngulo que gira la rueda (ngulo de guiada). Para este proyecto se ha decidido montar un basculante de doble brazo, en los que la resistencia de la rueda a girar con un movimiento de guiada depende mucho de la disposicin de diseo, por ejemplo si los dos brazos son paralelos, se tendr un ngulo de giro muy pequeo a pesar de la flexibilidad lateral de los brazos. As pues, resulta complicado generalizar sobre las caractersticas de diseo de doble brazo y habr que estudiar los detalles de ejemplos especficos.

3.4.6 RESUMEN

Hoy en da, la suspensin trasera mediante basculante es un diseo casi universal y a lo largo de los aos se ha ido incrementando la rigidez estructural, lo que en general he beneficiado el comportamiento dinmico.

En la actualidad existe una discusin, aunque sin llegar a ningn acuerdo, acerca de s merece la pena utilizar basculantes monobrazo en lugar de los habituales de doble brazo.

3.5 LAS RUEDAS

Las motocicletas se mueven mediante el giro de sus dos ruedas sobre el terreno correspondiente. El resto de los elementos que la componen tienen como objetivo primordial el mantener al piloto sobre el vehculo o posibilitar que las dos ruedas se mantengan en movimiento y en continuo contacto con el suelo.

Las ruedas se componen de dos elementos, las llantas, que es la parte rgida, y los neumticos, que es el elemento que estar en contacto con el terreno, llevando unidos a ellas otros elementos pero que en este modelo no se tendrn en cuenta.

Los neumticos poseen unas caractersticas elsticas y una capacidad de deformacin que le dan la propiedad de poder adaptarse a las superficies por donde transita la moto y por ello es la parte de la motocicleta que mayor influencia ejerce sobre la manejabilidad de la misma. A travs de las zonas de contacto del neumtico con la carretera se transmite la potencia al suelo a la vez que soportan el peso de la moto y el piloto y las fuerzas que se generan al tomar una curva (que pueden llegar a alcanzar el valor del peso de la moto y piloto).

Si se aplica la 3 ley de Newton (Para cada fuerza existe otra igual y de sentido contrario q la resiste o de otra forma La accin y la reaccin son iguales y opuestas) a los neumticos significa que al presionar stos sobre la carretera, sta estar presionando con igual fuerza al neumtico.

Los neumticos inicialmente comenzaron a utilizarse para mejorar el confort y reducir las cargas sobre las ruedas pero en realidad realizan multitud de tareas, entre la que cabe destacar que es la primera defensa para absorber los baches de la carretera.

3.5.1 LAS LLANTAS

Las llantas son la parte rgida de las ruedas y aunque en sus inicios estaban compuestas de radios de madera, esta disposicin dejara paso rpidamente a los materiales metlicos, de mayor elasticidad y resistencia. Normalmente estn formadas por radios, habiendo una gran diversidad de llantas, pero en nuestro caso, en el modelo de Adams, la llanta no estar compuesta de radios sino que ser una superficie homognea, sin radios, debido a que es as como viene definido por defecto en el programa. Los bordes de la llanta se encargar de sujetar el neumtico. Esta zona est sometida a importantes esfuerzos debido al deslizamiento que puede producirse entre ambos.

3.5.2 LOS NEUMTICOS

Como se dijo anteriormente, los neumticos son los elementos de la motocicleta que estn en contacto con el suelo, siendo los encargados de mantener a la moto en la direccin adecuada tanto durante la trayectoria recta como en la de las curvas. Los neumticos estn formados por una banda de caucho que se monta sobre el arco de la llanta.

La seccin del neumtico se divide en varias zonas, la parte que est en contacto con el suelo, se denomina banda de rodadura, la que apoya sobra la llanta se denomina taln y la superficie lateral que sirve de unin entre las dos partes anteriores se denomina flanco u hombro.

Las medidas de los neumticos estn limitadas por razones de perdida de potencia y de maniobrabilidad, debido a que el rozamiento que se produce entre el suelo y la banda de rodadura absorbe potencia, siendo mayor la potencia absorbida contra mayor sea la seccin empeorando de esta manera la facilidad para inclinar la moto. Actualmente las medidas ms habituales para

motos de cilindrada media y alta son de 120 mm en el tren delantero y hasta 180 mm en el tren trasero.

La medida de los neumticos tiene una denominacin especial, habiendo dos formas de designarlo. La primera de ellas se emplea la anchura en pulgadas nicamente seguida del dimetro de la llanta en la misma medida. En la segunda forma de denominar al neumtico, primero se designa la anchura de ste, posteriormente el porcentaje del perfil y finalmente el dimetro de la llanta. Esta forma de nombrar a los neumticos es la ms normal actualmente y ser la usada para designar a los neumticos de los modelos de este proyecto. Un ejemplo sera, 160/60-17 que quiere decir, 160 mm de anchura, una altura del 60% de la anchura, es decir 96 mm y con una llanta de 17.

3.5.3 SOPORTE DEL PESO

La funcin ms obvia que puede realizar un neumtico es la de soportar el peso de la moto en cualquier situacin, tanto en vertical como cuando esta inclinada tomando una curva.

En este aspecto y en la transmisin de las cargas a la carretera a travs de los neumticos va a intervenir la influencia de la presin de hinchado del neumtico parmetro que vendr dado segn el tipo de archivo de neumtico de Adams que se importe y este ser un valor que no se modificar en este proyecto y dicha presin vendr impuesta del archivo importado.

El neumtico como parte de la suspensin

El neumtico es la primera parte del conjunto de la motocicleta que percibe cualquier perturbacin que se produzca en la carretera debido a que es la nica parte que esta en contacto con ella y por este motivo es la parte ms importante del conjunto de la suspensin.

Como dato significativo de la importancia del neumtico cabe resaltar que si la motocicleta no tuviese y se encontrara con un bache de unos 25 mm de altura, la rueda sufrira una carga media de 245 KN, carga que romper la rueda. Sin embargo al equiparla con un neumtico normal la carga se reducira

en unas 400 veces la carga anterior. Tambin cabe resear que sin neumtico la carga de la suspensin que pasara a la parte suspendida sera mucho mayor. La velocidad vertical de la rueda sera mucho mayor y las fuerzas se transmiten directamente a la motocicleta y al piloto.

Aunque el neumtico acta como absorbedor de baches no se puede disear una suspensin de tal forma que ste elimine todos los efectos de los baches debido a que se podra dar el caso de que apareciesen rebotes incontrolados en la motocicleta.

3.5.4 FRICCIN (ADHERENCIA)

Los neumticos, al ser el nico contacto de la moto con el suelo, son un elemento muy importante para proporcionar la adherencia necesaria para poder transmitir las fuerzas de traccin, frenada y curva. La cantidad de agarre disponible depende del peso que soporta cada neumtico, de tal manera que al aumentar el peso, aumenta el agarre. Se define el coeficiente de rozamiento como la relacin entre el mximo agarre y la carga vertical. Este coeficiente no es constante y normalmente disminuye con la carga vertical, esto es, con el aumento de la presin en la huella de contacto.

El incremento de la seccin de los neumticos en las motocicletas trae consigo una disminucin de la presin en la huella de contacto y un aumento del coeficiente de rozamiento y del agarre a la carretera. La relacin que existe entre la carga y el coeficiente de rozamiento se puede observar en las frenadas fuertes en las que se produce una importante transferencia de carga hacia el tren delantero (puede llegar a ser tan importante que el neumtico delantero puede llegar a soportar todo el peso de la moto) haciendo que se incremente la presin en la huella de contacto de la rueda delantera y la reduce en la trasera. De esta forma la fuerza de friccin que se dispone para frenar es menor que la que se tendra si la transferencia de carga fuese menor. Por tanto para obtener una buena frenada la moto debera de tener una distancia entre ejes grande y un centro de gravedad bajo.

!

Otro motivo que justifica el uso de neumticos de gran seccin en las motocicletas es el peso y la potencia de stas, debido a que si no tuvieran esas secciones grandes habra un gran desgaste y unas elevadas temperaturas.

Para que las fuerzas de adherencia sean proporcionales a las cargas individuales, se utilizan secciones diferentes en la rueda delantera y trasera siendo la trasera mayor debido a que el tren trasero es el que proporciona la potencia y la que tiene una mayor carga debido al peso del piloto. Al poner un neumtico ms grande detrs, el coeficiente de friccin ser mayor que en la parte delantera y el neumtico que tenga menor coeficiente de friccin ser el que pierda primero la adherencia, en nuestro caso ser el delantero, que es el de menor tamao.

Tambin cabe destacar que los neumticos de las motos son menores en tamao que los neumticos de los automviles debido a que el peso y la potencia de stos son mayores y tambin debido a la necesidad de tener que inclinar la moto al tener que tomar una curva, ya que si el neumtico fuera muy ancho podra perjudicar la manejabilidad, aunque se mejore la adherencia.

En un neumtico existen problemas cuando se circula en lnea recta, debido a la existencia de fuerzas que inciden en el neumtico que no estn alineadas con el eje de direccin (por ejemplo al encontrarse una piedra) produciendo momentos en la direccin que tiende a girar la rueda hacia ese lado. Si el neumtico es ms ancho entonces tendr una mayor probabilidad de poder encontrar alguna perturbacin y tambin al ser mayores producirn momentos mayores.

Fig. 50.- Fuerza producida por una piedra.

A cualquier velocidad que no sea muy baja, el fundamento de la adherencia entre un neumtico y un firme asfaltado implica la sorprendente existencia de cierta forma de deslizamiento entre el neumtico y la carretera. Normalmente la mxima adherencia tanto al frenar como al acelerar se produce cuando entre el neumtico y la carretera existe un 10 % de deslizamiento.

3.5.5 FRENADA Y ACELERACIN

Cuando se circula normalmente y se aprieta la maneta del freno, se transmite un par a la rueda a travs de la huella de contacto mediante una fuerza horizontal en la superficie de la carretera. El asfalto empuja al neumtico hacia atrs y por la tercera ley de Newton, el neumtico empuja con la misma intensidad al asfalto hacia delante.

El caso de la aceleracin es anlogo al de la frenada, excepto que las direcciones de las fuerzas son al revs.

4 DINMICA DE UNA MOTOCICLETA

4.1 SQUAT Y HUNDIMIENTO

4.1.1 TRANSFERENCIA DE CARGA

El peso de cualquier cuerpo es la atraccin gravitatoria de todas las partculas hacia el centro de la tierra y normalmente se considera que la suma de esas fuerzas acta en el centro de gravedad. En el caso particular de la motocicleta, ni la aceleracin ni la frenada pueden provocar que este peso se transfiera a ninguna parte.

Al frenar o al acelerar se puede sentir como la carga en uno de los neumticos se reduce mientras la del otro aumenta. La carga transferida varia de una moto a otra, pero lo que se cumple en todas es que la carga vertical total que soportan ambos neumticos es siempre la misma en condiciones estables, en otras palabras, que la carga transferida a una de las ruedas es la carga que se descarga la otra, de tal forma que la suma total sea el peso total de la moto. El caso ms extremo seria que la moto solo estuviese en contacto con una sola rueda con la carretera, en este caso el neumtico en contacto soportara todo el peso de la moto.

A tener las motocicletas el centro de gravedad relativamente alto en comparacin con la distancia entre ejes, el efecto de la transferencia de carga es mucho mayor que la que sufren otro tipo de vehculos (la relacin entre el centro de gravedad y la distancia entre ejes en una moto es aproximadamente del 50%).

La transferencia de carga en una moto tiene tres fuentes principales:

1. Inercial: Provocada al acelerar y frenar la moto.

2. Aerodinmica: La fuerza de resistencia aerodinmica tiende a levantar la parte delantera de la moto y a cargar la delantera (sta no ser tenida en cuenta en la realizacin del modelo).

3. Posicional: Al bajar una pendiente, el tren delantero soporta ms peso y viceversa.

El momento de reaccin que aparece al acelerar el cigeal, el embrague, etc. Pero esto slo tiene aplicacin en motos con motores transversales y en nuestro caso tampoco se tendr en consideracin debido a que no se modelar motor alguno.

4.1.2 CLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CARGA

La transferencia de carga que se produce en una motocicleta cuando en sta se produce una aceleracin o una frenada se puede calcular siempre y cuando se conozca la aceleracin con la que se produce tanto dicha aceleracin como la frenada.

Suponiendo el siguiente modelo de motocicleta compuesta por las dos ruedas y la masa , que se supondr concentrada en el centro de gravedad:

Fig. 51.- Transferencia de carga.

Donde:

L = Distancia entre ejes

h = Altura del centro de gravedad

M = Masa de la moto

a = Aceleracin

Wf = Transferencia de carga delante

Wr = Transferencia de carga detrs

g = Constante gravitatoria

La fuerza horizontal de aceleracin que acta en el centro de gravedad tendr un valor de (Ma/g). Y el momento debido a esta fuerza ser (Mah/g)

Este momento deber de ser contrarrestado por otro igual debido a la transferencia de carga que acta sobre la distancia entre ejes. Por consiguiente:

Wr*L = -Wf*L = (Mah/g)

As que la transferencia de carga tendr un valor:

Wr = -Wf = (Mah/g)

Se puede observar que la transferencia de carga es proporcional a la masa de la moto, la altura del centro de gravedad y la aceleracin, e inversamente proporcional a la distancia entre ejes. Sin embargo cabe destacar que la posicin longitudinal del centro de gravedad no afecta a la transferencia de carga pero si a la carga existente en cada rueda.

Considerando los efectos que la aceleracin produce en la transferencia de carga total, se observa que los nicos parmetros que intervienen son la distancia entre ejes, la altura del centro de gravedad, la aceleracin existente y la masa de la moto y el piloto. Sin embargo, la posicin longitudinal del centro de gravedad no afecta a la transferencia de carga pero s a la carga existente en cada rueda, por ejemplo si el centro de gravedad est ms retrasado, el tren delantero estar menos cargado y har falta menos transferencia de carga para que la rueda delantera se levante.

4.1.3 SQUAT Y HUNDIMIENTO

Estos trminos hacen referencia a cambios de cabeceo y altura de la parte suspendida de la moto. El hundimiento es un cabeceo hacia delante que ocurre normalmente al frenar y el squat es una rotacin hacia atrs provocado por la aceleracin y las fuerzas aerodinmicas provocando que la parte de delante se levante y la de atrs se hunda.

Para evitar el comportamiento de squat que sufre la moto, en el tren delantero de horquilla se puede hacer poca cosa debido a que se elevar dependiendo de la ubicacin del centro de gravedad por lo que slo es relevante en este aspecto el comportamiento del tren trasero que depender de la inclinacin que tenga el basculante.

Suponiendo que nuestra motocicleta tenga un sistema de transmisin de fuerzas por cadena y que el basculante tiene un pequeo ngulo de inclinacin positivo, tal y como se muestra en la figura 52:

Fig. 52.- Fuerzas de traccin por cadena.

La cadena tirar hacia atrs de la mayor parte de la moto, pero la fuerza en el basculante de la moto es mayor, haciendo que el modelo, al acelerar, vaya hacia delante. Como muestra el dibujo, al tener el basculante y la cadena un ngulo positivo, la componente vertical de la fuerza de la cadena es hacia abajo, favoreciendo el pro-squat, pero la componente vertical de la fuerza del basculante es mayor y acta hacia arriba producindose de esta manera un efecto global anti-squat.

Este proceso depender de la inclinacin del basculante y de su longitud, as como del radio del pin de la cadena, obtenindose de la interseccin entre ambas lneas el centro instantneo de fuerzas. Un pin de pequeo radio proporciona un mayor anti-squat que un pin de mayor tamao. De la misma forma una corona trasera ms grande produce un efecto similar que un pin delantero pequeo.

Fig. 53.- Anti-squat para diferentes tamaos de pin delantero.

Tambin si la suspensin est extendida, la moto tendr un elevado grado de anti-squat, sin embargo al comprimirse, debido a baches, fuerzas generadas en una curva o una mayor carga, el efecto anti-squat se ver reducido.

Por tanto cmo puede verse el squat es un proceso bastante complicado que depende de muchos factores, los cuales algunos no se han

tenido en cuenta a la hora de hacer el modelo de motocicleta, como por ejemplo que la motocicleta est modelada sin transmisin y la aceleracin vendr o por una fuerza que actuar en la rueda trasera de la motocicleta o por una velocidad que se le imponga en dicha rueda.

4.1.3.1 REACCIN AL FRENAR Al frenar, tanto si se hace con el freno delantero como con el trasero, se

produce una transferencia de carga del tren trasero al delantero, actuando el momento del freno trasero sobre el chasis a travs del basculante, tratando de bajar el eje de giro del mismo, de forma que la suspensin trasera tiende a comprimirse, produciendo el efecto contrario al que se produca cuando se acelera.

Cuando al frenar se aprieta la maneta del freno se produce un momento brusco sobre el basculante, que tiende a comprimir la suspensin, y debido a que la masa no suspendida es mucho menor que la masa suspendida, la rueda tender a despegarse del suelo ms rpido que el resto de la motocicleta debido a que al pesar menos, la gravedad tendr una menor influencia sobre ella. Conforme la rueda se va separando de la carretera y el neumtico va perdiendo traccin, el freno se bloquea y el momento anterior que tenda a comprimir la suspensin desaparece, volviendo la rueda (todava bloqueada) al suelo, pudiendo derrapar debido a dicho bloqueo y la carga repentina sobre el neumtico vuelve a causar una nueva frenada brusca haciendo que se vuelva a repetir el proceso anterior.

A este fenmeno anteriormente descrito se le conoce con el nombre de anti-levantamiento. En la figura 54 puede observarse que el grado de anti-levantamiento depende de la longitud del basculante. En el caso de que se tenga un basculante corto, ste puede proporcionar ms de un 100% de anti-levantamiento, excediendo de esta forma al levantamiento debido a la transferencia de carga, provocando que la parte trasera baje solamente al frenar con el freno trasero. Cualquier anti-levantamiento de este tipo depende de las reacciones que provienen del freno trasero, de tal forma que si slo se frena con el freno, estos efectos desaparecern.

Fig. 54.- Grado de anti-levantamiento en funcin de la longitud del basculante.

4.1.4 HUNDIMIENTO DEL TREN DELANTERO

En este caso el tren delantero est formado por una horquilla telescpica, existiendo en este caso dos fuentes de hundimiento siendo una de ellas el efecto de la transferencia de carga, que depende de la altura del centro de gravedad de la motocicleta y de la distancia entre ejes, y la otra fuente de hundimiento sera debido al lanzamiento de la horquilla, siendo este hecho menos obvio que el anteriormente mencionado.

El lanzamiento del tren delantero hace que la fuerza de frenado en el neumtico delantero pueda descomponerse en dos componentes, una en lnea con la horquilla que tiende a comprimir los muelles (teniendo un valor aproximado del 42% de la fuerza de frenado para valores de lanzamiento normales) y una segunda componente que formar un ngulo recto con la horquilla y tratar de doblarla (que ser un 90% de la fuerza de frenado). La transferencia de carga hace que la fuerza en los muelles se vea incrementada en un 45% aproximadamente. Debido a estos incrementos de fuerzas, las horquillas telescpicas sufren unos grandes hundimientos.

El hundimiento del tren delantero est relacionado con la compresin de la horquilla por el coseno del ngulo de lanzamiento. Por otro lado, para mantener fija la constante del muelle en sentido vertical, la dureza del muelle debe reducirse conforme aumenta el ngulo de lanzamiento.

Todos los modelos de motocicletas que aqu se van a realizar irn montados con una horquilla telescpica, teniendo por tanto un grado de anti-hundimiento de un 100%.

4.1.5 EFECTOS DINMICOS

Las caractersticas de traccin y de frenada y la conexin neumtico /suelo estn controladas por la variacin dinmica de la carga vertical que existe en el punto de contacto con la carretera, que depender en gran medida de las reacciones del squat/ anti-squat y del hundimiento/ anti-hundimiento as como de las caractersticas generales de las suspensin y de los neumticos.

En el caso de que se produzca una aceleracin, el basculante trasero producir en su recorrido una variacin del nivel de anti-squat de la motocicleta, dependiendo la compresin producida del porcentaje de anti-squat que posea la moto, aunque en