Midiendo la rigidez de un chasis

Uno de los factores más importantes a la hora de diseñar el chasis de una moto es la rigidez (a torsión, a flexión lateral y también a la hora de frenar). En la fase de diseño se pueden calcular estas rigideces de forma aproximada mediante el método de los elementos finitos.


BOTT XR1 frame finite element analysis

Pero una cosa es la teoría y otra la práctica, sobre todo en un chasis como el de las Buell XB (y también en el chasis de nuestra BOTT XR1) que se ancla al motor mediante el sistema Uniplanar patentado por Erik Buell. Este sistema tiene como objetivo aislar el chasis de las vibraciones del motor. Para ello el chasis se ancla al motor mediante unos bloques de goma que permiten que el motor se mueva libremente en sentido vertical y longitudinal, y también mediante unas rótulas que impiden que el motor se pueda mover lateralmente con respecto al chasis. Estas rótulas son las que proporcionan en gran medida tanto la rigidez lateral como la rigidez torsional.

Todos estos elementos (bloques de goma y rótulas) complican el cálculo teórico de la rigidez del chasis, por lo que en este caso (realmente en todos, pero en este todavía más) resulta muy interesante poder medir la rigidez del chasis.

En 2008 diseñé y construí un útil para poder medir rigideces de chasis. Es una herramienta sencilla y muy práctica, que nos permite medir la rigidez a flexión lateral y a torsión de chasis de moto y basculantes. Esta herramienta no sirve para establecer valores de rigidez absolutos, pero sí que es muy útil para poder comparar unos chasis con otros y sobre todo comparar modificaciones de un mismo chasis o familia de chasis.
El funcionamiento es muy sencillo, se aplica una carga y con un comparador se mide la deformación que se produce. Se va incrementando poco a poco la carga y se van midiendo las deformaciones. Con esa información podemos dibujar una gráfica que nos da la rigidez.
Además de utilizar esta herramienta para el desarrollo de nuestros propios chasis, también la utilizamos dando este servicio a otros constructores..

La siguiente foto muestra la medida de rigidez a flexión lateral de un chasis Buell XB.


Measuring lateral stiffness of a Buell XB frame

Y aquí tenemos la misma medida hecha con el chasis de nuestra BOTT XR1.


Measuring lateral stiffness of a BOTT XR1 frame

En la siguiente foto estamos midiendo la rigidez torsional del chasis de la Buell XB.


Measuring torsional stiffness of a Buell XB frame

Y aquí hacemos lo mismo con el chasis de la BOTT XR1.


Measuring torsional stiffness of a BOTT XR1 frame

Como ya he comentado estas medidiones no sirven para establecer valores absolutos, pero sí que nos resultan muy útiles para comprender el comportamiento de nuestros chasis y para poder evaluar y comparar modificaciones y nuevos diseños.
En ningún caso el objetivo es aplicar cargas similares a las que tendrá la moto en su uso normal, ni “ver cuanto aguanta” el chasis. Las cargas aplicadas son siempre pequeñas. El objetivo es medir la rigidez del chasis, del mismo modo que hay máquinas que sirven para medir la rigidez de un muelle.

Cada año damos la oportunidad a uno o dos estudiantes de ingeniería o de diseño industrial para que hagan prácticas o su proyecto final de carrera con nosotros. Este año hemos contado con Ferrán Gallego, estudiante de ingeniería de la Universidad Politécnica de Valencia, que ha estado haciendo su proyecto final de carrera midiendo rigideces de chasis con nuestro potro.<(P>

La BOTT XR1R con la que corrimos en Pikes Peak llevaba la última evolución de nuestro chasis (de acero, porque el reglamento no Pikes Peak no permite utilizar un chasis de titanio) diseñado para tener una mayor rigidez ya que el motor de la XBRR tiene un 5o% más de potencia que el motor de la Buell XB que usamos en nuestras BOTT XR1 standard.
En breve pasaremos a introducir algunas de estas modificaciones en todos nuestros chasis.

Ya estamos trabajando en la evolución de la BOTT XR1R con la que volveremos en 2018 a Pikes Peak.
Con respecto al diseño del chasis, el siguiente paso que vamos a dar será instrumentar el chasis mediante galgas extensométricas que nos permitirán medir valores de tensión en distintos puntos del mismo. Estas medidas las llevaremos a cabo tanto en nuestro laboratorio (con el mismo útil que muestran las fotos) como con la moto rodando en pista.
La moto ya dispone de un sistema de adquisición de datos con el que podremos adquirir también esta información.

Una pieza realmente interesante para instrumentar con galgas extensométricas son las rótulas del sistema Uniplanar, ya que por ellas pasan todas las cargas laterales que se generan al tomar las curvas. Básicamente, con la ayuda de galgas extensométricas podemos convertir estas rótulas en células de carga que midan de forma continua todas las cargas que pasen a través de ellas.

Hablaremos de ello en un próximo post.