C4 Necula Catalin Constantin Constructia Unui Nou Tip De Motocicleta [303705]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIE AEROSPAȚIALĂ

DEPARTAMENTUL GRAFICĂ INGINEREASCĂ ȘI DESIGN INDUSTRIAL

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Construcția unui nou tip de motocicletă

BUCUREȘTI

2020

Ideea principală a [anonimizat] s-a transformat în construcția unui nou tip de motocicletă din cauza masei prea mari a tuturor componentelor. [anonimizat] 19 inch, a motorului și a suportului motor.

Introducere

Fiecare dintre noi a vazut la un moment dat o [anonimizat]. [anonimizat], puse în mișcare prin intermediul a două pedale puse înmișcare. [15]

Fig.1. Bicicleta vintage pentru femei [13]

[anonimizat] 3 sau 4 ori mai mare. [1]

Fiind inventate în Europa secolului 19, [anonimizat]. [anonimizat], fitness, [anonimizat]. [15]

Bicicleta a [anonimizat], cât și în cel industrial. [anonimizat] s-a [anonimizat] a [anonimizat], cât și în altele noi. [15]

[anonimizat]. De curând, a [anonimizat] 5 kilometri. [anonimizat] o lungime de 100 de kilometri. [15]

[anonimizat]. Dar o [anonimizat] o istorie plină de controverse și dezinformări. [anonimizat] e că primele biciclete nu arătau deloc precum cele de astăzi.

Forma și configurația de bază a cadrului, roților, pedalelor, șezutului și a ghidonului au suferit doar mici schimbări din 1885, când a [anonimizat], în special odată cu apariția materialelor moderne de fabricație și a proiectării asistate de calculator. Acestea au permis răspândirea modelelor speciale pentru cei ce practică un anume tip de ciclism.

1.1 Istoria bicicletei [5]

Indiferent dacă este o placere simplă a vieții noastre sau o [anonimizat], [anonimizat], ca și cum ar fi existat sub forma actuala de cand s-a inventat. Vom face o [anonimizat]. Așa că daca crezi că schimbatoarele de viteză sau franele sunt indispensabile pentru bicicleta ta, aruncă un ochi asupra primelor astfel de vehicule.

Denumirea de “bicicletă” e originară din Franța, data originii fiind plasată cândva în 1860. A fost data vehiculelor cu doua roți destinate transportului oamenilor, vehicule care îl obligă pe utilizator să-și mențină singur echilibrul.

Ideea unui vehicul pe două roți a apărut pentru prima dată în istoria umanității la Leonardo da Vinci. Una din aceste versiuni, despre care unii pretind ca ar fi prima, este cea bazată pe o schiță care ar fi fost întocmită în 1493 de către Gian Giacomo Caprotti, un elev al lui Leonardo da Vinci.

Cel mai vechi vehicul ce semăna cu o bicicletă a fost, probabil, celeriferul, inventat de contele de Sivrac în 1790. Era un fel de scuter cu două roți, dar, de vreme ce înainta numai când cel așezat pe el alerga cu picioarele pe pământ, cu greu putea fi numit bicicletă. O versiune englezească a echipamentului se numea Celeriferul și avea cam aceeași utilitate ca a căluților de lemn încălecați de copii.

Fig. 2. Celeriferul [5]

Destul de greoi în folosire, fără un sistem de direcție și frânare și cu propulsia asigurată de picioarele celui care se urcase pe acesta fără a folosi pedalele, celeriferul marcat începutul micșorării distanțelor folosind forța proprie. Nu era ceva revoluționar, dar era mai rapid ca mersul pe jos.

27 de ani mai târziu, Karl Dreis, un baron german cu veleități de inventator, ia celeriferul și îi adaugă un sistem de direcție. El avea nevoie să se ajungă repede oriunde pe domeniile aflate în proprietatea sa pentru a-și verifica argații, mersul pe jos nefiind suficient de rapid, iar drezina (denumirea aparatului derivat din numele său, Dreis) îndeplinea aceste cerințe. Dreis însuși a denumit aparatul “mașină de fugă”, destul de corect ținând cont că nu exista nicio urmă de pedale. Invenția de lemn a depășit în scurt timp latura sa practică și a devenit un accesoriu de modă, în 1818 ajungând să fie utilizat la scară largă chiar și în Statele Unite. Totuși, încă nu sosise momentul potrivit pentru consacrarea acestui vehicul, drept pentru care entuziasmul s-a stins 2-3 ani mai târziu.

Fig. 3. Drezina [5]

Prin anul 1865 este rândul francezilor să între în scenă. Pierre Michaux, un fierar parizian, a regândit proiectul drezinei, adâugându-i o roată de față mai mare ca cea de spate, dotată cu pedale atașate direct de axul ei. De fapt, el a fost primul producător la scară largă a acestui vehicul, denumit de unii velociped sau Michauline. Nici cadrul nu mai era din lemn, ci din fontă în primă fază, Clement Ader fabricând același fel de cadru din oțel prin 1868, după ce materialul acesta s-a dovedit a fi superior. Velocipedul stârnise un val de interes, dar și aceasta a fost efemer și la finele anilor 60 a secolului al 19-lea, doar Marea Britanie mai avea un număr ridicat de persoane care îl foloseau.

Fig. 4. Velocipedul [5]

Următorul salt în materie de tehnologie a venit din partea lui H.J. Lawson, un englez din Brighton, care inventează și brevetează primul sistem de transmisie prin lanț. Acest lucru se întâmpla în 1873, după mai multe încercări eșuate ale inventatorului. Bicicleta lui Lawson, poreclită Sussex Dwarf, era revoluționară prin faptul că avea roțile mult mai mici decât ale velocipedelor, 23 de țoli în comparație cu 81, dar era mult mai ușor de acționat mulțumită lanțului care creștea eficiența transmisiei cu 100% față de pedalele atașate direct de roată. Astfel, s-a obținut un câștig în materie de viteza care putea fi generată și de simplitate în utilizare. Nu era deloc ușoară cățărarea pe velociped.

Fig. 5. Sussex Dwarf [5]

Ultimul deceniu al secolului al 19-lea a marcat apariția bicicletei moderne, cu cadru în formă de romb. Pe rând, au fost introduse anvelopele de cauciuc umflate cu aer, dezvoltate de John Dunlop, frânele și pinionul liber (freewheel). Pe lângă vocația de accesoriu la modă, bicicleta a început să fie folosită în competiții sportive. Cursele pe velodrom erau cele mai populare pe atunci, industria pariurilor crescând exponențial mulțumită acestora. De exemplu, Madison Square Garden din New York a fost construit pentru a găzdui un velodrom, aceste curse fiind cot la cot cu cele de hipism ca și popularitate. Dar și ciclismul de șosea începea să capete notorietate, mai ales în urma unor curse ca Liege-Bastogne-Liege, care a avut prima ediție în 1894. Și meseria de ciclist era una cel puțin atractivă, câștigurile din victoriile în diferite curse aducând un premiu care valora cât salariul pe mai mulți ani al unui miner sau fermier.

Fig. 6. John Boyd Dunlop și bicicleta sa [5]

Tipuri de biciclete [9]

a). Bicicleta de curse (cursiera sau semicursiera) este destinată deplasării mai rapide, pe distanțe lungi, prin oraș sau pe drumuri cu denivelări cât mai puține. Anvelopele acestor biciclete au o suprafață de contact foarte mică cu solul, ceea ce scade rezistența la înaintare. Piesele care predomină la aceste biciclete sunt foarte ușoare, cât mai rezistente iar aerodinamica este foarte bună, dar poziția de pedalat nu e tocmai relaxantă.

Fig. 7. Bicicletă cursieră

b). Bicicleta de ciclocros este folosită pentru șosea dar poate intra pe o mică distanță și pe teren accidentat, fiind o bicicletă foarte rigidă și rezistentă la vibrații și șocuri. Cauciucurile acestor biciclete au pintenii mai mari pentru a avea o aderență mai bună.

Fig. 8. Bicicletă de ciclocros

c). Bicicleta de tracking este destinată persoanelor care vor să călătorească mult sau au de transportat un minim de bagaj necesar pe drumul stabilit. Această bicicletă este echipată cu roți de 28 de inch, suport pentru bagaje și oferă o poziție comodă de pedalat.

Fig. 9. Bicicletă de trekking

d). Bicicleta BMX este proiectată pentru distracție maximă. Fără viteze și cu stiluri diverse adaptate pentru curse, pante sau sărituri, această bicicletă reflectă un stil de viață, fiind de asemenea utilă pentru transport. Versiunile mai mici sunt de asemenea populare ca biciclete pentru copii.

BMX este sinonim cu sportul extrem și cu plăcerea de a da trick-uri, de a-ți depăși mereu limitele și de ce nu, ale fizici. Lucrurile sunt simple aici, cadru rezistent, furca fară suspensie, roți de 20 de inch și o șea situată la o înălțime mai mică.

Fig. 10. Bicicletă BMX

e). Bicicleta de munte (MTB) reprezintă o alegere foarte populară pentru multe persoane care doresc o bicicletă de munte, care poate face orice, deși foarte puține biciclete au văzut vreodată realmente un munte. Modelul cadrului, materialele ți componentele sunt proiectate pentru utilizarea lor în condiții dificile, pe teren accidentat, de unde derivă și anvelopele noduroase. Majoritatea au suspensie frontală pentru a filtra șocurile și pentru mărirea comfortului și stabilității, deși din ce în ce mai multe modele au acum suspensie frontală și posterioară.

Fig. 11. Bicicleta MTB de munte

Bicicleta fără lanț și pinioane [2]

Angrenajele cu pinioane, precum și schimbătoarele de viteze sau foi ale bicicletelor, au evoluat de-a lungul timpului în ceea ce privește frecarea, greutatea, precizia sau zgomotul. Și performanțele lanțurilor de distribuție au fost îmbunătățite.

Dezvoltat de CeramicSpeed în colaborare cu Universitatea Colorado din Boulder, Statele Unite, sistemul de transmisie DrivEn elimină aproape complet frecarea. Locul lanțului convențional este luat de un fel de cardan, de un un arbore de antrenare din fibră de carbon, care se rotește pe două lagăre cu frecare redusă, iar cel al pinioanelor spate, de o roată dințată atipică. Capetele axului DrivEn echipate cu arbori circulari, cu o serie de mini-rulmenți, se intersectează cu dinții inelului de angrenare (foaia) și ai roții dințate spate, iar, prin reglarea cu atenție a unghiului și a formei interfeței, CeramicSpeed spune că poate limita frecarea sistemului aproape în întregime.

Fig. 13. Bicicletă fără lanț si pinioane

Deocamdată, Driven este în fază de concept. Iar testele au fost realizate pe un sistem cu o singură viteză, deoarece trecerea la un sistem mai complex, cu rate diferite de multiplicare, pune probleme suplimentare de ordin tehnic. Cea mai dificilă va fi sincronizarea, în mișcare și sub sarcină, a cardanului cu roata dințată spate, pentru a produce schimbarea treptei de viteză. Specialiștii vorbesc deja despre un sistem electronic de control integrat, care să monitorizeze vitezele de mișcare și să știe ce „pistă de dinți“ să selecteze.

Fig. 14. Noul angrenaj de transmitere a cuplulului

„Reinventarea“ bicicletei și lipsa frecării revendicată de DrivEn sunt atrăgătoare. Însă există încă numeroase semne de întrebare în ceea ce privește greutatea noului sistem, aerodinamica și, nu în ultimul rând, durabilitatea. Ce încărcare ar putea suporta DrivEn? Ce se întâmplă când dinții sistemului se murdăresc?

Driven a luat premiul „Eurobike Award“ 2018, una dintre cele mai recunoscute distincții de design din industria bicicletelor. Sistemul premiat are o arhitectură cu 13 viteze și a fost selectat de un juriu specializat din 366 aplicații.

Fig. 15. Transmiterea puterii la roată

3.Geometria bicicletei [10]

Puțină lume își dă seama. sau vrea sa priceapă că cea mai importantă piesă dintr-o bicicletă este cadrul. Materialele, metodele tehnologice de obținere a țevilor, elementele forjate în zonele cheie (de solicitare maximă), metodele de sudură și nu în ultimul rând geometria.

Geometria este cea care dictează felul în care se comportă bicicleta. O bicicletă cu o geometrie bine echilibrată ne face să evităm o echipare mai precară, care face să crească greutatea totală a acesteia. Firmele cunoscute oferă în primul rând un cadru bine gândit, cu multă muncă de dezvoltare în spate, cu rideri care testează produsul și dau feedback de calitate inginerilor, ingineri care în cele mai multe cazuri sunt rideri la rândul lor.

Pentru a vedea și a simți cum reacționează o bicicletă, este evident că trebuie să o testăm personal. Este cel mai legitim mod de a ne face o părere pertinentă despre calitățile acesteia. Cum la noi în țară magazinele nu își permit sau încă nu sunt dispuse să aiba în stoc o flotă de biciclete pentru test, majoritatea își fac o idee după cifrele date de producător. Aici mă refer la geometrie. Sunt câteva cote importante ale bicicletei care trebuie precizate și sunt foarte importante.

Fig. 16. Dimensiuni cadru [10]

a). REACH

Reach-ul este o măsurătoare care a întrat nu demult în industrie și mulți dintre producătorii de biciclete/cadre încă nu o au afișată pe diagramele de geometrie. Este un element binevenit care reflectă cel mai exact lungimea de întindere a bicicletei (lungimea dintre axul pedalier și axul furcii de la raoata din fața) și este de mare ajutor în alegerea cadrelor ce necesită un stil de pedalat mai agresiv. Unde unde poziția de pedalat stând pe șea să nu depășească 30% din timpul total petrecut pe bicicletă. Această cotă este importantă la cursiere.

b).TOP TUBE

Și această măsurătoare ne informează despre lungimea de control (distanta pe verticală dintre șea si coarne). Aici însă lungimea de control este în strânsă legătura cu unghiul dat de tija șeii și cel al gâtului furcii. În cazul unui wheelbase și un C dat (fix), lungimea TT-ului poate să crească odată cu micșorarea unghiului (SA), în timp ce reach-ul rămâne neschimbat.

c). WHEELBASE

Reprezintă măsuratoarea care ne dă distanța dintre axele roților, ampartament pe românește. Această distanță descrie o stabilitate crescută odată cu o creștere a ampatamentului și în același timp o manevrabilitate mai scăzută. Dar și invers se întâmplă același lucru. Lungimea totală dintre axe este însă în strânsă legătura cu lungimea distanței dintre axul pedalier și axul roții de spate (CS – chain stay). Se caută un raport echilibrat între C și CS. Lungimea CS diferă în functie de necesitatea pentru care cadrul a fost construit, ea începând de la 385 mm în cazul bicicletelor de dirt/street de 26" ajungând până la 450 mm la cadrele de downhill. Mai nou însa lungimea CS tinde să scadă din ce în ce mai mult cam la toate cadrele, indiferent de necesitate.

d).HEAD ANGLE

Unghiul de atac sau unghiul descris de gâtul furcii cu linia orizontală a solului. În funcție de cifra care definește acest unghi, viteza de răspuns a roții în momentul abordării unui viraj crește sau scade. În același timp crește sau scade stabilitatea bicicletei la viteze mari sau coborâri abrupte. Această cifră poate sa înceapă de la 63 de grade (caz extrem 61) pentru bicicletele de downhill până la 68.5-70 de grade, la bicicletele de dirt/street și la bicicleta XC să ajunge până la 71 de grade.

e). SEAT TUBE ANGLE (SA)

Acesta este unghiul descris de tija șeii cu linia orizontală a solului. SA-ul relaționează cu lungimea TT, după cum am arătat mai sus. Un exemplu: dacă ai o bicicleta și te hotărăști să-i schimbi cadrul cu un altul de aceeași marime (să zicem 17 inch) . Caracteristicile geometrice sunt la fel: același wheelbase și reach identic. Dacă noul cadru are însă un unghi cu 1.5 grade mai mic decât precedentul s-ar putea să găsești lungimea TT prea mare.

f).BB HEIGHT

Înălțimea axului pedalier este și ea crucială. 330 mm este considerat "zero", fiindcă aproximativ acolo sunt și axele roților la o bicicletă de 26". Amplasarea axului pedalier este aproape întotdeauna un compromis între distanța față de sol și un centru de greutate cât mai redus, care înseamnă totodată și o stabilitate și manevrabilitate mai bună.

4. Materiale pentru cadrele de bicicletă

Producătorii de biciclete oferă în ziua de astăzi, numeroase materiale pentru cadrele de bicicletă : aluminiu, oțel, carbon, titan sau chiar magneziu.

a). Oțelul

Oțelul este cel mai vechi material din care se realizeaza cadrele de bicicletele. În ultima vreme, acesta a cunoscut un real progres tehnologic, nemaifiind necesară o densitate foarte mare a materialului. Ceea ce face ca și greutatea acestuia să fie mult mai scazută decât în anii trecuți. Cadrele de oțel sunt ceva mai complicat de fabricat decât cele de aluminiu, fapt ce reiese și din prețurile acestora : mai scumpe decât cadrele de aluminiu.

Recunoscute pentru rezistența lor foarte bună, cadrele de oțel pot să îndure multe șocuri și multe kilograme în plus până ajung să cedeze. Sudurile sunt de asemenea mult mai rezistente decât la cadrul de aluminiu și mai înguste. O metodă de recunoaștere a cadrului de oțel sunt sudurile foarte mici și țevile care în general sunt mult mai subțiri decât la aluminiu.

Cadrul de oțel este cel mai greu din toate categoriile de cadre și are șanse suficiente să ruginească daca nu este tratat corespunzator : mult timp în ploaie, vopsea sărită etc. Ca și rezistență poate fi lovit fără probleme, în cel mai rău caz rămânând o denivelare în acesta. Este mai puțin rigid decât cadrul de aluminiu, dar are o rezistență mai mare decât acesta.

Avanataje : rezistență bună la greutate mare, durabilitate mare în timp, rezistență foarte bună la lovituri.

Dezavantaje : cel mai greu dintre toate tipurile de metale, ruginește în ploaie, mai scump decât aluminiul.

b). Carbonul

Cadrul de carbon este cel mai ușor și mai rezistent dintre toate materialele puse în acest moment la dispoziția industriei de biciclete. Ca și rezistență, acesta se dovedește a fi de până la 9 ori mai puternic decat aluminiul sau oțelul. Ca și realizare, este foarte costisitor rezultatul fiind un produs finit foarte scump. Există mai multe tipuri de cadre sau chiar componente de carbon : High Density sau High Modulus. A 2-a este o etapă suplimentară de prelucrare, care-i sporește rezistența la lovituri. Această realizare este una dintre cele mai dificile, orice mică eroare putând duce în timp la fisurarea sau chiar spargerea acestuia, deoarece este un material casant.

De asemenea, există posibilitatea ca la o căzătura pe o piatră, acesta să se spargă, putănd fi ulterior reparat, dar cu costuri pe masură sau neputând fi reparat deloc. Deși este vazut ca materialul viitorului, acesta mai are ceva pași până ce va deveni materialul suprem de fabricare al bicicletelor.

Nu beneficiaza de suduri, forma cadrului fiind cea mai placută dintre toate. Rezultatul finit pare a fi o singură piesă, ceea ce și este. Mai poate fi recunoscut și dupa densitatea materialului, daca este lovit usor cu degetul, sunetul produs fiind specific și de neconfundat.

Avantaje : foarte ușor, extrem de rezistent, forma “one piece”.
Dezavantaje : casant, se sparge la lovituri, extrem de scump, dificil de reparat.

c). Aluminiul

Este cel mai răspândit material la ora actuală în producția de biciclete și de componente de biciclete. Cele mai răspândite serii de aluminiu folosit pentru biciclete sunt 6.000 si 7.000 ( de exemplu cadru de aluminiu T 6061 sau 7010). Aceste cifre se regăsesc în general pe orice cadru de bicicletă fabricat din aluminiu, cel puțin la producatorii consacrați acestea există.

Aluminiul este atat de răspândit deoarece este ușor de prelucrat, se poate turna în nenumărate forme, este ușor și are o densitate mai mare, ceea ce automat îi conferă și o rezistență bună. La lovituri acesta este rezistent, nu este casant de aceea raman doar mici zâarieturi în material. Ca durată de exploatare, acesta este mai slab decât majoritatea metalelor, fisuri în cadre sau diverse componente apărând în timp (3-4 ani de exploatare intensă și extremă1).

Din punctul de vedere al rigiditatii, acesta nu ajuta prea mult rider-ul, acesta primind socurile denivelarilor direct in coloana vertebrala. O solutie in acest sens ar fi bicicletele full suspension, care atenueaza mult din socuri.

Poate fi recunoscut dupa suduri, acestea fiind mult mai late decat la alte materiale, forma de solzi fiind foarte de vizibila .

Avantaje : Usor de prelucrat, greutate scazuta, rezistent la lovituri, nu rugineste
Dezavantaje : Durabilitate pe termen lung scazuta, nu are rezistenta carbonului, foarte rigid.

d). Titanul

Majoritatea cadrelor de titan au o singura culoare si anume un gri lucios. Acesta este tipic pentru toate cadrele din titan, deoarece este rezultatul procesului de fabricatie. Este vazut ca materialul cu viata vesnica si rezistenta cu pina la 50% mai mare decat cea a otelului. Deasemenea, greutatea foarte scazuta il face sa fie atractiv pentru multi producatori de biciclete. Dar nu mai usor decat carbonul. Procesul de fabricatie insa il face sa fie greu accesibil producatorilor de biciclete si componente pentru biciclete, deoarece este un material foarte pretentios. Daca nu este exploatat corespunzator in procesul de productie, acesta se deterioreaza fiind necesara inlocuirea portiunilor afectate.

Poate fi recunoscut dupa culoare, care este inconfundabila, dar si dupa suduri ceva mai mari decat cele de pe cadrul de otel. Tevile sunt subtiri, asemanatoare cu cele de otel, ofera o amortizare buna a socurilor, ceea ce-l face recomandat pentru cadrele hard tail.

Un cadru de titan bun este garantat pe viata, sansele ca acesta sa se rupa sau sa se fisureze fiind egale cu zero. Un concurent de temut al carbonului, acesta ramane insa disponibil pentru serii limitate de biciclete, sau doar pentru cativa producatori consacrati, de aceea este gasit un magazine foarte rar.

Avantaje : extrem de rezistent chiar si la lovituri, garantat pe viata, greutate foarte scazuta, culoare inimitabila

Dezavantaje : foarte greu de prelucrat, extrem de scump, doar pentru biciclete hardtail.

Greu de spus, desi totul se rezuma la bugetul planificat pentru bicicleta. Daca vrei ceva ieftin, decent si bun alegi aluminiu sau otel, daca ai foarte multi bani de investit alegi carbonul sau titanul. Performantele unui cadru sunt direct proportionale cu pretul acestuia, deci nu vei gasi niciodata (oricum nu prea curand) un cadru de carbon ieftin. Calitatea se plateste intotdeauna, mai ales la cadrele cu o rezistenta foarte mare si cu o greutate foarte mica.

Pentru bicicletele de munte sau downhill sunt recomandate cadrele de aluminiu. Biciclete de oras City Bike sau cele de DirtJump au in general cadre de otel, mai ales dupa revenirea otelului din ultima perioada, mult mai rezistent si mai suor decat generatiile precedente. In ultima perioada, pentru probele de Cross Country tot mai multi producatori aleg carbonul ca agregat pentru cadrele produse. Deasemenea, carbonul este din ce in ce mai intalnit si la cursiere sau semicursiere, fiind in prezent revelatia in domeniul materialelor. Titanul in schimb, poate fi utilizat si exploatat la orice fel de proba de biking, ramane totusi rezervat celor cu foarte multi bani.

Magneziul este momentan o abordare noua in materialele pentru biciclete.

Alegerea noastra ramane in prezent aluminiul, deoarece este un material usor si ieftin. Foarte raspandit, acesta echipeaza majoritatea bicicletelor din ziua de astazi, dar si componentele acestora.

5. Alegerea și proiectarea principalelor componente ale bicicletei

Principala dificultatea în această proiectare va fi cadrul, deoarece acesta este principala piesă de rezistență și de noutate în acest domeniu al industriei. Pentru a putea face această proiectare cât mai reală și cât mai exactă, avem nevoie de câteva puncte de reper principale ale schițtei. Aceste puncte vor fi aflate prin alegerea unor componente esențiale schiței bicicletei.

5.1. Alegerea și proiectarea roții spate

Principalele caracteristici importante în alegerea jantei sunt:

-cost redus (maxim 600 de lei);

-să fie destul de mare încât să ascundă în cea mai mare parte biciclistul la vederea din spate (minim 18 inch);

-să poată permite un cauciuc lat și un balon mic ( balon≤45 mm, lățime cauciuc>225 mm);

-duritate mare (această caracteristică poate fi satisfăcută prin alegerea unei jante de aliaj).

Prin urmare janta va avea următoarele caracteristici:

-mărimea: 19 inch;

-jantă din aliaj care să permită un cauciuc cu lățimea de minim 225 mm.

Fig. 17. Vedere isometrica a roții spate

Fig. 18. Dimensiunile de gabarit ale roții spate

Din dimensiunile de gabarit ale roții spate s-a observat că un punct important al cadrului și a discului spate este centrul cercului roții. Acest punct se află la 260 de mm față de pământ. Janta s-a găsit pe un BMW seria 7 la un târg de dezmembrări și a costat 600 de lei.

5.2. Alegerea cauciucului pentru roata din spate

Alegerea cauciucului s-a făcut în funcție de dimensiunile roții ( diametru, etaj, lățime) și în funcție de preț. După o scurtă căutare pe Emag s-a remarcat faptul că un cauciuc cu lățimea de 295 de mm are un preț cuprins între 350 de lei și 4000 de lei. În urma unei scurte analize s-a ales o anvelopă de vară Dunlop SP SPORT MAXX 255/ 45/ R19.

Fig. 19. Anvelopă de vară Dunlop SPORT MAXX 255/ 45/ R19

Fig. 20. Secțiune a ansamblului cauciuc-jantă spate

Prin această alegere a rezultat că centrul cercului roții se va muta mai sus datorită grosimii balonului cauciucului. Prin urmare:

(1)

(2)

5.3. Alegerea și proiectarea roții față

Principalele caracteristici importante în alegerea jantei sunt:

-cost redus (maxim 200 de lei);

-să fie de maxim 13 inch;

-să poată permite montarea unui cauciuc îngust cu un balon mare (lățime≤140 mm, înălțime balon>50mm ;

-greutate <4kg;

Prin urmare janta va avea următoarele caracteristici:

-mărimea: 13 inch;

-jantă aluminiu care să pemită un cauciuc cu o lățime de maxim 140 de mm.

Fig. 21. Vederea isometrică și dimensiunile de gabarit ale roții față

Din dimensiunile de gabarit ale roții față s-a observat că un punct important al cadrului și al furcii față este centrul cercului roții. Acest punct se află la 170 de mm față de pământ.

5.4. Alegerea cauciucului pentru roata din față

Alegerea cauciucului s-a făcut în funcție de dimensiunile roții ( diametru, etaj, lățime) și în funcție de preț.

Fig. 22. Anvelopă de vară Michelin 140/ 60/ R13

Prin această alegere a rezultat că centrul cercului roții se va muta mai sus datorită grosimii balonului cauciucului. Prin urmare:

(3)

(4)

5.5. Proiectarea furcii și a coarnelor

Coarnele nu trebuie să incomodeze vederea biciclistului. Prin urmare coarnele nu trebuie să depășească în înălțime 650 mm. Roata față are diametrul de 340 mm. Rezultă că furca are în înălțime 480 mm.

Fig. 23. Vederea isometrică și dimensiunile de gabarit ale furcii bicicletei

5.6. Proiectarea cadrului bicicletei

Această componentă este cea mai importantă deoarece trebuie să reziste șocurilor și forței generate de greutatea biciclistului. Dar în același timp trebuie să fie și foarte ușor pentru a evita ca biciclistul să depună un efort prea mare pentru deplasarea vehiculului.

Fig. 24. Vederea isometrică a cadrului

Fig. 25. Dimensiunile de gabarit ale cadrului bicicletei

5.7. Discul de susținere al roții spate

Acest disc trebuie să se potrivească cu găurile destinate prezoanelor jantei spate. Prin urmare a fost ales un disc tot de la BMW.

Fig. 26. Vederea isometrică și dimensiunile de gabarit ale discului roții spate

6. Realizarea ansamblului bicicletei in Catia V5

Realizarea acestei asamblări a bicicletei se va face în Catia PartAssembly ca și Product.

Fig. 27. Vedere isometrică a bicicletei

Fig. 28. Vedere isometrică a bicicletei

Fig. 29. Vederea frontală a ansamblului bicicletei

Din figura 11 se poate observa că unele cote principale nu sunt respectate. Coarnele sunt prea depărtate de spătarul scaunului, ceea ce duce la inconfortul biciclistului. Roata față este doar cu 20 de mm mai îndepărtată de punctul în care ar trebui să se afle. Acest lucru nu este o eroare foarte gravă însă se va remedia și această neconformitate ulterior în lucrare.

7. Selectarea și achiziționarea componentelor folosite

În urma unei analizei asupra timpului necesar, a costurilor și a utilajelor necesare pentru realizarea acestui tip de bicicletă s-a luat decizia ca mare parte din componente să fie achiziționate. În urma acestei decizii s-a ales alt model și altă formă a bicicletei (care se poate observa în Figura 1). S-a decis să fie folosite componente de pe motocicleta Aprilis RS 125 1995 (Fig. 2), dar s-a păstrat ideea de a folosi o roată pe spatele bicicletei egală cu mărimea de 19 inch.

Fig. 30. Aprilia RS 125 1995 fără motor

Mai exact, pentru acest model se vor preleva de pe Aprilia RS 125 următoarele subansambluri menționate în Tabelul 1.

Tabelul 1

Subansamblurile care urmează a fi înlocuite sunt:

Subansamblul basculă (Fig.3);

Subansamblul roată spate (Fig. 4).

Fig. 31 Vechea basculă Fig. 32. Vechea roată spate

8. Proiectare, calcul și simulare pentru Subansamblul basculei roții din spate

8.1 Proiectarea componentelor Ansamblului basculă spate

Componența subansamblului basculă spate este prezentată în Tabelul 2.

Tabelul 2

Fig. 33. Schiță explodată cu Ansamblul basculă spate

În urma montajului pieselor reprezentate în Figura 5 s-a obținut Ansamblul basculă spate montat și reprezentat în Figura 6.

Fig. 34. Ansamblul basculă spate montat

Urmând acest principiu Ansamblul basculă spate conține două lagăre de sprijin (reprezentate de cei doi rulmenți (5) și (8) ), prin care se rotește planetara (6). Planetara (6) transmite momentul de rotație de la pinionul montat pe Flanșa pentru pinion (4) la roata spate montată pe Flanșa roată (9). La ambele ambele capete ale planetarei (6) se montează câte o piuliță pentru eliminarea jocului axial al întregului Ansamblu basculă spate.

Planetara (6) prezintă în capătul de angrenare al Flanșei roată (9) dinți conici de angrenare, în timp ce la capătul opus Flanșa pentru pinion (4) se montează pe aceasta cu Pană (3).

Roata spate și cauciucul au rămas aceleași ca în Cercetare nr. 2 (Fig. 7, 8).

Greutatea cadrului este de 32 de kilograme.

8.2 Diagrame de solicitări și dimensionare bară

Pentru a rezolva mai ușor problema dimensionării țevii pentru Ans. basculă spate s-a simplificat structura acestuia. S-a decis acest lucru deoarece o parte din structură ajută la creșterea rezistenței la încovoiere. Schița de simplificare este prezentată în Figura 7.

Fig. 35. Simplificarea calculului basculei

În urma calculelor se vor reprezenta diagramele de forțe tăietoare și momente de încovoiere.

În acest calcul se va considera Bascula ca fiind o grindă poziționată orizontal și solicitată la încovoiere. Grinda aceasta are lungimea întregii bascule și este sprijinită la un capăt pe o articulație rigidă și celălalt pe un reazem simplu rigid.

Ținând cont că amortizorul apasă în zona de prindere pe basculă, care este foarte redusă, se va alege ca forța să fie simplă (nu distribuită) și să fie reprezentată de greutatea G. Zona în care amortizorul apasă este marcată printr-o linia albastră în Figura 7. Calculul se va face ținând cont că amortizorul este rigid și nu lucrează.

(1)

(2)

(3)

În aceste ecuații m1 reprezintă masa pasagerului, care are valoarea de 90 [kg], m2 reprezintă masa bicicletei (mai puțin roata față), adică 35 [kg] și msiguranță 100 [kg].

Din aceste alegeri rezultă că masa va avea valoarea:

(4)

Lungimea grinzii are valoarea:

(5)

Lungimea grinzii până la punctul de aplicare a forței este:

] (6)

Fig. 36. Schița de lucru

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

Fig. 37. Diagrama forțelor tăietoare

Momentele de îconvoietoare au următoarele valori:

(14)

Momentul înconvoietor variază liniar pe cele două porțiuni:

(15)

(16)

(17)

(18)

Valoarea maximă a momentului încovoietor este Mmax și apare în secțiunea 3.

(18)

Fig. 38. Momentul maxim de încovoiere

Dimensionarea bării se face prin încastrarea acesteia la un capăt și calculele propriu-zise. Tensiunea aplicată bării se Consideră a fi 160 MPa.

Bara este de fapt o țeavă cu cele două diametre:

(19)

(20)

Fig. 39. Schemă de lucru

Fig. 40. Diagrama de momente

Din diagrama de momente reiese că găsim secțiunea periculoasă exact în încastrare.

(21)

Diametrul exterior (D) și interior (d) se pot afla prin aplicarea formulei tensiunii de echilibru din zona critică.

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

Pentru această basculă se va alege o țeavă cu diametrul interior (d) 55 mm.

(30)

(31)

8.3 Simulare în Ansys

Simularea se face în Ansys 2015, mai exact în modulul Explicit Dynamics. Bascula spate se va importa din catia și asupra acesteia va acționa un corp etalon (care are aceeasi greutate cu m de la subpunctul 2.2) cu o viteză mare. Se caută să se observe dacă bascula va rezista acestui impact.

Pentru realizarea acestei simulări s-a folosit un laptop Asus x550L, cu procesor i7 și cu 8 Gb de memorie internă. Din această cauză nu s-a putut efectua simularea întregului ansamblu.

8.3.1 Condiții inițiale:

(32)

(33)

Se vor aplica la urmă constrângeri de încastrare în cele două alejaze ale Basculei spate.

8.3.2 Condiții la limită:

(a). Pentru Oțelul Basculei spate

(34)

(b). Pentru Oțelul proiectilului etalon

Se va alege densitatea în funcție de masa și de volumul piesei etalon.

Volumul piesei etalon se va măsura în Catia V5, de unde rezultă:

(35)

Din relațiile (35) și (36) rezultă că densitatea pentru greutatea etalon introdusă în Ansys va fi:

(36)

Introducerea acestor densități se face în secțiunea de început a programului, adică în Engineering Data.

Pentru basculă s-a ales ca material Structural steel, iar pentru greutatea etalon s-a ales ca material Stainless Steel.

Singura modificare în această decțiune va fi la densitatea materialului greutății etalon. Valoarea aceasta se va transforma din 7750 kg/ m3 în densitatea calculate mai sus, adică 112500 kg/ m3.

În secțiunea de Modelare din Explicit Dynamics se ca alege ca Mesh-ul să conțină elemente de 15 mm. Acest lucru va face ca rezolvarea programului să fie cât mai simplă și rapidă.

În secțiunea Analysis Settings timpul selectat ca avea valoarea de 0,005 s. Această valoare este atât de mică aleasă pentru ca programul să ruleze cât mai repede.

După ce toate aceste valori au fost introduse, se dă click dreapta pe Solution și apoi Solve. Se poate vizualiza timpul de rezolvare al simulării printr-un simplu click pe Solution Information.

În cazul de față rularea programului a durat 4 ore si 50 de minute.

În urma simulării s-a observat că această nouă basculă rezistă la un posibil impact de masă directă a masei bicicletei încărcate.

Fig. 41. Prima parte a simulării

Fig. 42. Finalul simulării

9.Proiectarea și studiul de concept al Subans. intermediar de distribuție

Fig. 43. Subans. intermediar de distribuție

Fig. 44. Subans. Intermediar cu lungimea de 300 mm

Fig. 45. Aprecierea variantelor de concept pentru Subans. Intermediar de distribuție

10. Concluzii initiale

În urma acestei cercetări s-a ajuns la concluzia că Subansamble: Basculă spate, Roată Spate și Intermediar pot fi folosite pentru construcția acestui prototip.

Însă există un mare inconveninent al acestui proiect. Greutatea întregului ansamblu depășește valoarea de 150 de kg. În acest caz s-a luat hotărârea ca în ultima parte să se atașeze un motor întregului ansamblu și să se construiască o motocicletă.

Calcul pentru alegerea motorului si a pinioanelor

Fig. 46. Schema de principiu angrenare roata spate

Se cauta intr-o prima faza ca motocicleta sa atinga viteza de 50 [km/h] prin constructie.

In stoc se presupune ca exista deja achizitionat un motor de 6,5 [cp]. Se doreste sa se verifice daca acest motor are puterea necesara pt. a propulsa motocicleta si pilotul.

Date de intrare:

(37)

(38)

; 4,77 [KW] (39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

Din nr. de dinti al pinioanelor rezulta raportul de transmisie „i”.

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

Puterea necesara a motorului pt. a se deplasa intregul ansamblu este .

Din acest calcul s-a ales un motor OHV pe benzina in 4 timpi de 6,5 [cp].

Puterea necesara a motorului pt. a ajunge la 20 [km/h] in 2 [s].

(53)

(54)

(55)

Din acest calcul rezulta ca pentru a ajunge cu motocicleta la 20 [km/h] intr-un interval de timp de 2 secunde trebuie ca motorul sa aiba puterea .

Construcția motocicletei

12.1 Construcția basculei spate pentru motocicletă

Conform proiectării și simulării noului concept de basculă de motocicletă s-a folosit o țeavă cu diametrele 55×80. Am ales valoarea de 80 deoarece dispuneam de această țeavă și deoarece acest diametru este peste cel care reiese din calcul. Această valoare a fost aleasă ca și siguranță.

Pentru curbura țevii s-au folosit coate de 55×78, deoarece nu era posibilă curbarea țevii doar cu aparatele de care dispuneam.

Tăierea țevilor s-a realizat cu flex unghiular de banc cu pânză de 215 mm, puterea 1200W. Pregătirea muchiilor pentru sudură s-a realizat cu Polizor de banc Einhell cu piatră abrazivă fină. Sudura s-a realizat cu aparat de sudură Energo 145 A, cu electrozi bazici 2,5mm.

Pentru realizarea unghiurilor drepte de sudură s-a folosit colțarul. Flanșa basculei s-a realizat dintr-o țeavă de gaze cu flașă DN5 cu diametrul de țeavă de 55×70 și cu flanșa 55x130x20.

Țeava care se montează pe axul cadrului și de care se sudează bascula este de 60×45.

Fig. 47. Sudarea tevilor basculei

Înainte de sudură țeava de gaze DN5 a fost prelucrată pe strung pt a putea permite inserarea unui rulment radial considerat și lagăr. Flanșa basculei a mai fost și găurită pentru a permite montajul rulmentului.

Fig. 48. Pregătire țeavă pentru sudură

Fig. 49. Poziționarea roții spate pentru sudura finală

Poziționarea finală s-a realizat cu 2 echere foarte mari și cu o cumpănă după care s-a sudat final bascula spate. De menționat faptul că înainte de fiecare sudură s-a aftuit cu câteva puncte de sudură penru ca piesele sa mai poată fi mișcate foarte puțin ulterior.

După o întreagă zi de muncă s-a reușit să se realizezeși bascula spate pentru proiect.

Fig. 50. Bascula finală

Construcția subans. intermediar de distribuție

Fig. 51. Subans. intermediar de distribuție

Acest subansamblu face legătura între pinionul de roată și pinionul motorului prin intermediul a două lanțuri.

După cum se poate observa din poză, acest subansmblu este format din câteva componente:

Axul-flanșă: care este reprezentat in poză ca fiind acel corp ce se află între cele 2 pinioane.Acest ax s-a realizat prin debitarea unei țevi 22×28, care a fost sudată cu electrozi bazici de 2,5 mm de cele 2 flanșe realizate pe strung. Cele 2 flanșe sunt prevăzute cu 4 găuri de fixare cu filet a fiecărui pinion și cu un alezaj interior de 30×15 ce permite montarea a câte un rulment pe fiecare parte a acestui subansamblu. Pentru o mai ușoară fixare și sudare a țevii, între cele două flanșe, s-a realizat câte o teșitură pe fiecare parte;

Axul de fixare interior: acest ax are diametrul de mijloc de 20 și este prevăzut cu umăr (diametrul mai mic pe care se fixează rulmentul) la fiecare cap pt ca celor doi rulmenți să nu li se permită mișcarea spre interiorul subansamblului. La fiecare capăt mai este realizat și câte un filet M16x1 pentru fixarea axului pe motocicletă dar și pentru fixarea rulmenților în alezaje;

2 rulmenți radiali cu bile 30x18x15;

6 piulițe M16x1. Două dintre acestea fixează cei 2 rulmenți pe axul interior al subansamblului. Cele patru rămase se utilizează pentru fixarea subansamblului inermediar de distribuție pe motocicletă, mai exact a axului interior cu filet;

8 șuruburi M8x1x20: acestea se utilizează la fixarea celor 2 pinioane pe flanșele subansamblului;

2 pinioane cu 38 de dinți și cu pas 420 H, de motocicletă;

2 lanțuri de distribuție pas 420H de motocicletă;

subans. întinzător: acest subansamblu a fost construit ca o necesitate pentru ca lanțul să nu atingă cadrul și să țină lanțul în permanență întins.

Acest subansamblu a fost lăsat în discuție la final deoarece este unul mai complex.

Fig. 52. Subans. întinzător

Fixare subansamblului întinzător s-a realizat prin găurirea cadrului gros de aluminiu la un unghi care să permită o bună funcționare a acestuia. S-au realizat 2 găuri de 10 în țeava de legătura a cadrului.

Componența subansamblului întinzător:

placa cu urechi: este vorba de piesa de fixare a acestui ansamblu pe cadrul motocicletei. S-au realizat două găuri de 10 prin această placă pentru montajul celor două șuruburi. Cele două urechi au rolul de fixare a axului ansamblului

două șuruburi M8x1x90;

două piulițe M8x1x10;

două șaibe grover 8×1;

ax: acest ax este prevăzut doar cu un umăr pentru a îi bloca mișcarea axială a rulmentului și este prevăzut cu 2 filete M14x1 la ambele capete;

rulmentul 16x20x10;

cinci piulițe M14x1x10: acestea au rolul ca și la ans. intermediar de distribuție, de fixare eliminare a mișcării axiale a rulmentului și de fixare pe placa cu urechi a axului;

pinion cu 16 dinți pas 420 H de motocicletă;

întinzător pentru lanț motocicletă: acest întinzător este sudat pe partea dorsală a plăcii cu urechi și are rolul de a ține lanțul întins și ridicat pentru a nu atinge parte de cadru din zona posterioară a motocicletei.

Construcția suportului motor

Fig. 53. Suportul motor

Suportul motor a fost realizat din țeavă pătrată de 22×1 mm și plabandă de 45×1 mm. Pentru o aerisire mai bună a motorului pe carburație în patru timpi s-a ales această construcție simplă dar și foarte rezistentă. Sudura s-a realizat cu electrozici bazici de 2 mm.

Prinderea pe cadru s-a realizat prin șuruburi M8x1 pentru plabandele de sus și cu o tijă filetată M8x1 la baza suportului. Vopseaua aplicată cadrului este una rezistentă la temperaturi înalte, de preferat vopsea spray pentru etrieri.

Fig. 54. Motocicleta echipata cu noua basculă și cu noul suport de motor

Asamblarea și testarea motocicletei

Înainte ca asamblarea să se realizeze s-au recondiționat următoarele subansamble importante:

Furca motocicletei: mai exact pentru fiecare amortizor s-au schimbat: garnitura, semeringul și uleiul de furcă;

Rulmenții roții din față au fost înlocuiți;

Amortizorul principal din spate a fost uns

Marotitatea pieselor din plastic și din fier ce proveneau de la motocicleta Aprilia și se regăsesc acum pe motocicletă au fost reparate, curățate și revopsite.

Fig. 55. Etrierul spate al motocicletei

Fig. 56. Rezervorul de ulei

Fig. 57. Plastice recondiționate și revopsite

Fig. 58. Roata față a motocicletei

Fig. 59. Alte componente metalice recondiționate și revopsite

S-a început cu montajul lanțului de la pinionul din spate.

Fig. 60. Motocicleta cu lanțul spate montat

Bibliografie

[1] https://jurnalspiritual.eu/inventii-care-au-schimbat-lumea-secolului-al-xix-leabicicleta1879/?fbclid=IwAR003Wu1sFjg0asXEvIs2y1ZWSHw84i0Pgxq9Raqz6YdL69OXUgk2FICaU

[2] https://newsweek.ro/timp-liber/bicicleta-fara-lant-si-pinioane?fbclid=IwAR0xcB2MfXtZF0echk_HW7vfT5CDYUVVb-cwFIVG93eHZkCkqzq4HqzP_Uw

[3] https://evz.ro/cum-a-cazut-omul-modern-de-pe-velociped-pe-bicicleta-907341.html?fbclid=IwAR22uiBJMM-4eCCOwbivPO06fsdl6mLvZ2V86vwqmrnUY_hxv8Vq7AHLvdQ

[4] http://animale.hosk.info/istoria-bicicleta-2/?fbclid=IwAR159ADq0rwSVw-KZSG98G37b6-jmhk7yJRcVhgifr1cRlz3WT2IYytR9Nw

[5] https://despre-biciclete.blogspot.com/2015/12/evolutia-bicicletei.html?fbclid=IwAR1gmkX4KfagfcCLRL6R8zcs3Ld0ylNSq7EUoP7tX8x0iS8UsEsVPnAMzfU

[6] https://cultural.bzi.ro/scurt-istoric-al-bicicletei-5987?fbclid=IwAR251JE4spbgc2XOnyh83J2iTW4qYP80BHpR50NnS7h_nSbpmnoUk1i1tes

[7] https://ciprianursuleac.weebly.com/lectie-de-istorie/prima-pagina-din-cartea-de-istorie?fbclid=IwAR003Wu1sFjg0asXEvIs2y1ZWSHw84i0Pgxq9vRaqz6YdL69OXUgk2FICaU

[8] https://www.scribd.com/doc/128734586/Evolutia-bicicletei?fbclid=IwAR1bx4nQNFgHs4YQV6TEEvXv8-HMl5VYxf6u-pACZ9W3toBoTGmdrdX2n50

[9] https://www.sportguru.ro/ghid/tipuri-de-biciclete/?fbclid=IwAR1aj1Zg1babtNClhlEke5yxloGXs6vHRHTnKPJFf_RBx7xECG9mzC2evwk

[10] https://www.dirtbike.ro/mag/repere-de-baza-geometria-bicicletei?fbclid=IwAR251JE4spbgc2XOnyh83J2iTW4qYP80BHpR50NnS7h_nSbpmnoUk1i1tes

[11] https://www.historia.ro/sectiune/general/articol/caii-de-fier-scurt-istoric-al-bicicletelor?fbclid=IwAR0yMks4RESQAZeG-4n7nDotViWIFuq6pHnI1-oFUyUnqXLpGhFFVLNXW5U

[12] https://www.freerider.ro/mag/istoria-bicicletei-inainte-de-bicicleta-asa-cum-o-stim-27326.html?fbclid=IwAR251JE4spbgc2XOnyh83J2iTW4qYP80BHpR50NnS7h_nSbpmnoUk1i1tes

[13]https://www.google.com/search?biw=1440&bih=709&tbm=isch&sa=1&ei=vJg7XODRGsbosAfdooTQBQ&q=biciclete+wallpapers&oq=biciclete+wallpapers&gs_l=img.3..35i39.5930.9454..9631…0.0..1.460.2962.7j9j3j0j1……1….1..gws-wiz-img…….0i67j0j0i24.HbbZJ21ISR4#imgrc=HfaBNbSQHqM38M:

[14] http://ziarullumina.ro/o-scurta-istorie-a-bicicletei-68143.html?fbclid=IwAR0WUCXHVYO2LRVcnWPX-0Cb-ATZmkwIdoiqWw4XcYQsVD4Xm0-XoXCF8Dg

[15] https://ro.wikipedia.org/wiki/Biciclet%C4%83

[16] https://www.freerider.ro/mag/materiale-pentru-cadrele-de-bicicleta-2431.html?fbclid=IwAR23yCVUrmZhuw3VKRtjgTHa0riWKCE8SJB7J_cfNs3UEuqPCTXEQV-UR24

videoclip

Evoluţia bicicletei, într-un video de un minut. Toate etapele parcurse de această invenţie până a devenit ceea ce ştim acum. VIDEO