Diseño en CATIA V5 de una moto de...

DISEÑO EN CATIA V5 DE UNA MOTOCICLETA DE CARRERAS

PROYECTO FIN DE CARRERA

INGENIERÍA INDUSTRIAL

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD DE SEVILLA

AUTOR: VÍCTOR VALLEJO GONZÁLEZ

TUTORES: MARÍA GLORIA DEL RIO CIDONCHA

JUAN MARTÍNEZ PALACIOS

FECHA: JULIO 2014

Diseño en CATIA V5 de una motocicleta de carreras Víctor Vallejo González

2

ÍNDICE

ÍNDICE ......................................................................................................... 2

Capítulo 1. Introducción y Objetivos .............................................................. 4

1.1 Introducción ..................................................................................... 4

1.2 Estructura del proyecto ...................................................................... 5

1.3 Objetivo ........................................................................................... 5

Capítulo 2. Introducción histórica al diseño asistido por ordenador .................... 6

2.1. Antes de 1970 .................................................................................. 6

2.2. 1970-1980 ....................................................................................... 7

2.3. 1980-1990 ....................................................................................... 8

2.4. 1990-1999 ....................................................................................... 9

2.5. 2000 hasta la actualidad ................................................................... 10

Capítulo 3. Introducción a las motocicletas y el motociclismo ........................... 11

3.1. Introducción histórica de la motocicleta. .............................................. 11

3.2. Componentes básicos de una motocicleta ............................................ 13

3.3. Introducción histórica del motociclismo ............................................... 16

Capítulo 4. Herramientas de representación gráfica ........................................ 20

4.1. Comparación entre diferentes software comerciales .............................. 20

4.2. CATIA V5 ........................................................................................ 23

Capítulo 5. Diseño de piezas ........................................................................ 28

5.1. Llantas ............................................................................................ 29

5.2. Chasis ............................................................................................. 35

5.3. Amortiguación trasera ....................................................................... 41

5.4. Piñón, plato y cadena ........................................................................ 44

5.5. Tornillería ........................................................................................ 48

5.6. Otras piezas .................................................................................... 51

Capítulo 6. Ensamblaje ............................................................................... 61

6.1. Rueda delantera ............................................................................... 62

6.2. Rueda trasera .................................................................................. 64

6.3. Chasis, subchasis y estriberas ............................................................ 67

6.4. Otros conjuntos ............................................................................... 71

Capítulo 7. Despiece y Animación ................................................................. 76

7.1. DMU Kinematics: .............................................................................. 76

7.2. DMU Fitting ..................................................................................... 81

7.3. Video .............................................................................................. 89

Capítulo 8. Renderizado .............................................................................. 91


3

Capítulo 9. Conclusión ................................................................................ 94

Capítulo 10. Bibliografía ................................................................................ 96


4

Capítulo 1. Introducción y

Objetivos

1.1 Introducción

El proyecto, que aquí se presenta, consiste en el diseño 3D de una moto

de carrera usando el programa CATIA V5 R20. Más concretamente, la moto

a diseñar es un prototipo de Moto3 del equipo de motos de competición de

la universidad de Sevilla, US-Racing Engineering.

El equipo US-Racing Engineering está formado por alumnos de distintas

facultades y escuelas de la Universidad de Sevilla, como son la Escuela

Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla, la Escuela Politécnica Superior de

Sevilla, la Facultad de Comunicación y la Facultad de Ciencias del Trabajo.

US-Racing Engineering está inscrito en la competición promovida por Moto

Engineering Foundation, Motostudent.

Motostudent [1] es una competición entre equipos universitarios a nivel

europeo y mundial, en el que los participantes tienen que diseñar, construir

y probar una moto de carrera atendiendo a las especificaciones de una

Moto3, es decir es obligatorio el uso de un motor de combustión interna

alternativo de cuatro tiempos, monocilíndrico y con una capacidad de 250

cc.

Como prueba final, se cita a todos los equipos en el circuito de velocidad

Motorland (Alcañiz, Teruel) donde los prototipos son sometidos a distintas

pruebas de fiabilidad estructural, frenada, manejabilidad y durabilidad.

Ilustración 1 Ilustración 2


5

1.2 Estructura del proyecto

La memoria se estructura en dos bloques. Un primero que está

constituido por los primeros cuatro capítulos, donde se explica la evolución

histórica del diseño asistido por ordenador (CAD) hasta la actualidad,

además de una introducción histórica al mundo de la motocicleta y su paso

a la competición. Se finaliza el bloque con una descripción más profunda del

programa de diseño utilizado, CATIA V5, y los motivos por el que ha sido

elegido frente a sus competidores en el mercado.

El segundo bloque se centra en el trabajo de diseño, realizando una

breve descripción de cada pieza, su funcionalidad dentro del conjunto, y en

el caso de que sea necesario y el proceso de diseño haya sido lo

suficientemente notable, una explicación de cómo se ha llegado a esa

solución. Además se describe el ensamblaje final, y como se ha creado la

animación del modelo final. Se finaliza el bloque con serie de imágenes

foto-realistas o renders de la motocicleta creadas con el programa KeyShot.

1.3 Objetivo

El diseño completo de la moto es fundamental para el desarrollo del

equipo US-Racing Engineering, ya que determina la geometría general, la

disposición de todas y cada una de las piezas dentro del conjunto y la

interacción entre ellas, además de definir e influenciar de una forma notoria

en el proceso de fabricación.

El hecho de que este proyecto se haya realizado dentro del marco de un

equipo de competición conlleva una dificultad añadida, y es ser capaz de

coordinar el trabajo de varios departamentos y lidiar con la exigencia propia

de este tipo de equipos. Es por ello que, durante la etapa de diseño no sólo

se modeló en CATIA, sino que era necesaria una atención constante a las

exigencias de cada pieza y cada departamento, para finalmente llegar a una

solución de compromiso entre todas las partes y cumplir los requisitos

impuestos por el propio equipo y por la organización de la competición.

Por lo tanto el objetivo del proyecto es diseñar el modelo final de la

motocicleta de carrera del equipo US-Racing Engineering, para llegar a

fabricarla y competir dentro de la competición Motostudent.


6

Capítulo 2. Introducción histórica

al diseño asistido por

ordenador1

La aparición del CAD (Computer Aided Design) supuso un enorme

avance en el mundo del diseño. Éste tenía grandes ventajas frente al lápiz o

la tinta:

Producción más rápida de dibujos.

Mayor precisión.

Mayor limpieza y facilidad de corrección.

Mayor rapidez en el análisis y cálculo de los diseños.

Posibilidad de integración en otras disciplinas, como por ejemplo

el análisis en elementos finitos.

2.1. Antes de 1970

El primer sistema gráfico se crea a mediados de los 50, desarrollado por

el laboratorio Lincoln del MIT (Massachusetts Institute of Technology). El US

Air Force’s SAGE (Semi Automatic Ground Environment) air defence system

consistía en un sistema para mostrar la información computada por el radar

junto con otras informaciones.

En 1960, también en el MIT, Ivan Sutherland realiza un proyecto

llamado SKETCHPAD, que se considera el primer paso hacia la industria del

CAD. Otros proyectos paralelos se desarrollaban en ITEK y General Motors.

El proyecto de ITEK se llamaba The Electronic Drafting Machine y la entrada

de datos se realizaba con un lápiz de luz electrónico.

Al principio los primeros programas de CAD consistían en simples

algoritmos para mostrar modelos de líneas en dos dimensiones.

El único intento significativo de crear un sistemas de CAD comercial lo

realiza Control Data Corporation’s Digigraphics division, sucesora de ITEK.

El sistema costaba medio millón de dólares y se vendieron muy pocas

unidades.

En 1965 el departamento de ingeniería de la Universidad de Cambridge

decide meterse en el campo del CAD. Una de las primeras áreas de

búsqueda fue cómo definir la intersección de dos cilindros. En 1968

1 Datos históricos consultados y traducidos de [13]


7

pensaban que los ordenadores podrían ayuda a los diseñadores a resolver

los problemas del modelado de formas complejas en 3D; cuando en ese

momento solamente había disponibles sistemas 2D básicos utilizables desde

terminales conectados a un gran ordenador central.

2.2. 1970-1980

Al principio de los 70 varias compañías empiezan a ofrecer sistemas

automatizados de dibujo y diseño. Muchas de estas empresas son en

realidad empresas orientadas a otros sectores, pero empiezan a emigrar a

la industria gráfica, ya sea en su totalidad o bien un departamento en

concreto. Ocurrió además un importante desarrollo en la mayoría de las

empresas aeronáuticas y de automoción, tales como General Motors, Ford,

Chrysler y Lockheed; que se pusieron a trabajar intensamente en el

CAD/CAM.

En 1971 se funda Manufacturing and Consulting Services Inc. y empieza

a producir Arvil Express. Su fundador era diseñador en General Motors de

DAC (Design Automated by computer), el primer sistema de producción de

gráficos interactivos para la fabricación.

En 1972 CUED (Cambridge University Engineering Department)

consigue obtener dos máquinas de control numérico de 3 ejes, permitiendo

utilizar el trabajo realizado para el CAD en el CAM. A finales de 1973 y

principios de 1974 múltiples empresas se interesan en la creación de piezas

usando un sistema CAD/CAM.

A finales de los 70 aparecen los primeros programas de modelado

sólido. Estos utilizan geometrías básicas, como esferas, cilindros y

paralelepípedos; combinándolas usando operaciones booleanas.

En 1977 Avions Marcel Dassault encarga a sus ingenieros la creación de

un programa tridimensional e interactivo, el precursor de CATIA Computer-

Aided Three- Dimensional Interactive Application). Pasan así al modelado

3D.

En 1979 Boeing, General Electric y NIST desarrollan un formato de

archivo neutral para el intercambio de información CAD/CAM entre sistemas

distintos. El formato IGES (Initial Graphic Exchange Standard), se

convertirá en el formato estándar de la industria y el más ampliamente

aceptado para transferir información de superficies complejas.

A finales de los 70 el típico sistema de CAD está constituido por un

microordenador de 16 bits con un máximo de 512 Kb de memoria y sistema

de almacenamiento con una capacidad de 20 a 300 Mb; a un precio de unos

125000 dólares.


8

2.3. 1980-1990

1981: Avions Marcel Dassault crea Dassault Systemes, y firma un acuerdo

con IBM.

Unigraphics crea el primer sistema de modelado sólido UniSolid.

1982: Aparece CATIA Version 1, producto para el diseño 3D, modelado de

superficies y programación de control numérico.

Empiezan a aparecer ordenadores con mucha más potencia y menor

coste; esto implica un gran paso adelante, pero no es hasta 1984 cuando la

tecnología empieza a ser competitiva usando los métodos tradicionales.

Durante muchos años en la industria aeronáutica se había estado diseñando

utilizando computadoras; pero no hasta este momento cuando empieza a

ser económicamente posible diseñar, por ejemplo utensilios domésticos con

formas complejas 3D, usando ordenadores.

Autodesk es fundada en California por dieciséis personas por

iniciativa de Jonh Walker. El objetivo era crear un programa de CAD a un

precio de 1.000 $ que pudiese funcionar en un PC. En noviembre en Las

Vegas se hace la primera demostración pública en el mundo de un

programa de CAD que funciona en un PC.

1983: Aparece en el mercado Unigraphics II.

Empiezan los trabajos para un nuevo sistema universal de

transferencia de datos, llamado STEP (Standar for The Exchange of Product

model data). STEP puede transferir información CAD incluyendo detalles

complejos del modelado del producto, material y múltiples parámetros de

diseño. El primer “traductor” disponible de STEP aparecerá en 1991.

1985: MicroStation proporciona CAD avanzado para PC. MicroStation había

empezado como un “clon” de otro paquete de CAD; llamándose

originalmente PseudoStation, permitiendo ver dibujos IGDS sin necesidad

del software de Intergraph. La versión siguiente ya se llamó MicroStation y

permitía editar los archivos IGDS.

CATIA se convierte en la aplicación líder del sector aeronáutico. Su

Version 2 incluye dibujo, sólidos y robotización completamente integrados.

1986: La versión 2.18 de AutoCAD incluye el completo lenguaje de

programación AutoLISP. Este, es un lenguaje basado en el ASCII, permite a

los usuarios escribir y grabar programas LISP que complementan de forma

personalizada los comandos.

1988: Aparece Canvas 2.0, convirtiéndose en una potente herramienta del

naciente mundo de los gráficos digitales. Esta versión incluye grandes


9

innovaciones como: curvas de Bezier de múltiples puntos, número de capas

ilimitado, color de 32-bit, dibujo de precisión, separación por colores,...

Se anuncia CATIA Version 3, con funciones de AEC (Architectural

Engineering and Construction). CATIA se convierte en la aplicación líder del

sector automovilístico.

1989: Unigraphics anuncia un compromiso con UNIX y arquitectura de

código abierto.

2.4. 1990-1999

1990: Autodesk lanza AutoCAD Release 11, con soporte para red, lo que

permite instalar una única copia del programa en un servidor de red.

También aparece Auto Shade 2, un complemento para AutoCAD que

permite sombrear los modelos tridimensionales creados.

Microsoft desarrolla Open GL, para su uso con Windows NT. Open GL

es un interfaz de software para la producción de gráficos 3D. Incorpora

aproximadamente 120 comandos para dibujar varias formas primitivas

como puntos, líneas y polígonos; también incluye soporte para el

sombreado, aplicación de texturas, iluminación, animación, efectos

atmosféricos (como neblina) y simulación de la profundidad de campo.

Open GL, desarrollado por Silicon Graphics, es un estándar para la

programación y renderizado de gráficos 3D en color.

1993: Unigraphics Solutions compra la empresa especialista en CAM UNC

Software Gmbh. Introduce el modelado híbrido, caracterizado por utilizar

tanto parametrización avanzada como las tradicionales tecnologías de

modelado constructivo.

Se presenta CATIA-CADAM Version 4, que mejora de forma

significativa la línea de producción, la robustez del sistema, la arquitectura

abierta de programación, capacidades y facilidad de uso. Permite desarrollar

múltiples operaciones en simultáneo - ingeniería concurrente - permitiendo

una concepción global del diseño.

Se funda una nueva compañía de CAD llamada SolidWorks Inc.

1995: Bentley incorpora a MicroStation un avanzado sistema de modelado

sólido para diseño mecánico. El número de puestos instalados llega a los

200.000.

Autodesk lanza la primera versión de Mechanical Desktop, un sistema

de diseño para el módulo de trabajo mecánico integrado en AutoCAD 13.


10

1996: General Motors firma el mayor contrato de CAD/CAM de la historia

escogiendo Unigraphics como el único programa para el desarrollo de sus

vehículos.

Solid Edge version 3 de Intergraph impacta en el mercado al lanzarse

a un precio de unos 6000 dólares.

SolidWorks Co. lanza Solid Works, un ambicioso paquete 3D.

Incorpora un complejo modelador de superficies y una buena interfaz de

usuario gráfica.

1997: Dassault Systemes S.A. compra Deneb, el reconocido proveedor de

las soluciones líderes en producción digital. Dassault Systemes S.A. y

SolidWorks Corporation anuncia la firma de un acuerdo definitivo por el cual

Dassault Systemes adquiere SolidWorks, el proveedor líder de software de

diseño mecánico para Windows.

1998: Dassault Systemes crea ENOVIA Corporation, una subempresa

encargada de desarrollar las soluciones de ENOVIA PDM II (Product

Development Management).

Autodesk lanza 3D Studio MAX version 2.5, Autodesk Architectural

Desktop y AutoCAD Mechanical (herramienta mecánica para integrar en

AutoCAD 14).

1999: Dassault systemes presenta CATIA Versión 5 para sistemas basados

en Windows NT y UNIX.

2.5. 2000 hasta la actualidad

2000: Bentley Systems anuncia una nueva tecnología de

visualización, “Particle tracing” que proporciona soluciones de iluminación

foto realistas para grandes modelos creados por arquitectos, diseñadores de

interiores y diseñadores de plantas.

Dassault Systemes integra Microsoft Visual BASIC para aplicaciones

en sus productos SolidWorks, CATIA, SmarTeam, ENOVIA y DELMIA.

Actualmente la industria del CAD está dominada por 3 grandes

empresas: IBM-Dassault Systemes con CATIA & ENOVIA, UGS con

Unigraphics & iMAN, y PTC con Pro/Engineer & WindChill; and Autodesk,

cuyo valor de mercado está ligeramente por debajo del de Dassault

Systemes. SolidWorks y SolidEdge (Dassault Systemes y UGS

respectivamente) continúan peleando con Autodesk's Inventor en el

mercado de los programas CAD de precio medio.


11

Capítulo 3. Introducción a las

motocicletas y el

motociclismo

3.1. Introducción histórica de la motocicleta.

La primera motocicleta fue construida por Sylvester Howard Roper en

1868 [2], y no estaba propulsada por un motor de gasolina sino por motor

de vapor. Su bicicleta de vapor fue expuesta en feria del este de Estados

Unidos en 1867, pero no tuvo una gran aceptación, a pesar de que anticipó

muchas características de las motocicletas actuales, como por ejemplo el

puño del acelerador.

El primer diseño comercial de bicicleta autopropulsada fue un diseño de

tres ruedas denominado Butler Petrol Cycle [3] (Ilustración 3), concebido y

construido por Edward Butler en Inglaterra, 1884. Este prototipo fue

exhibido en el Stanley Cycle Show en Londres, 1884, dos años antes de

que Karl Benz inventara su primer automóvil, quien es generalmente

reconocido como el inventor del automóvil moderno.

El Butler Petrol Cycle estaba equipado con un motor de 5/8 hp, 600cc y

4 cilindros [4], con refrigeración por agua. La velocidad estaba controlada a

través de una válvula de palanca y no tenía sistema de frenos; el vehículo

se paraba bombeando una palanca colocada en la rueda trasera, que era la

conductora. Sin embargo el proyecto fracaso por falta de apoyo económico.

Una de las primeras motocicletas propulsadas por un motor de

combustión interna alternativa fue la Daimler Reitwagen, diseñada y

construida por los inventores alemanes Gottlieb Daimler y Wilhelm

Maybach, 1885. Su invento no se parecía a las motocicletas de la época

Ilustración 3


12

donde el ángulo de avance era prácticamente nulo, el cual sirvió como

comienzo del desarrollo de la dinámica de la motocicleta, sino que se

apoyaba en dos ruedas que permanecían derechas al girar [5].

Si no se consideran las motocicletas propulsadas por vapor, la Daimler

Reitwagen fue la primera motocicleta en el mundo. De no ser así, la primicia

la tendría el velocípedo de vapor del francés Michaux-Perreaux, 1868 [6].

En 1894, Hilderbrand &

Wolfmüller se convirtió en la

primera motocicleta de

producción en serie (Ilustración

4), y la primera en ser llamada

motocicleta [6].

En los comienzos de la

fabricación de motocicletas, los

fabricantes adaptaban sus

diseños a los nuevos motores de

combustión interna alternativos. A la vez que los motores se hacían más

potentes, los diseños se distanciaban de los originales y el número de

motocicletas producidas aumentaba.

A finales de siglo, los mayores fabricantes del mundo se asentaron,

como el caso de Triumph Motorcycles que en 1898 comenzó su producción,

y en 1903 superaba las 500 unidades anuales [7]. En 1901, Indian

empezaba a producir, y dos años más tarde le seguía Harley Davidson.

El comienzo de la Primera Guerra Mundial supuso un impulso en

mercado de la motocicleta, ya que la creciente necesidad de una vía de

comunicación efectiva, rápida y dinámica reemplazó al caballo por la

motocicleta. Compañías americanas como Harley Davidson dedicaron más

del 50% de su producción para el ejército de Estados Unidos, a su vez

Triumph vendió más de 30.000 unidades al ejército aliado durante la guerra

[8].

En la post-guerra, Harley Davidson se convirtió en el mayor productor

mundial, exportando a 67 países [9].

En los 50´s, al aerodinámica empezó a tomar un papel importante en el

diseño y desarrollo de las motocicletas de carreras, el concepto dustbin

fairing ayudó a un cambio radical en el sector [10]. NSU fabricaba los

diseños más avanzados, pero tras la muerte de cuatro pilotos entre las

temporadas 1954-1956, abandonaron su desarrollo y salieron del mundo de

la competición.

Ilustración 4


13

En el siglo 21, la industria está dominada principalmente por las

compañías japonesas.

Además de las motocicletas de gran capacidad, hay un enorme mercado

en las de menor capacidad, principalmente concentrado en países asiáticos

y africanos, donde compañías indias son las dominantes.

3.2. Componentes básicos de una motocicleta

No importa qué tipo de motocicleta se esté considerando, si una

scooter, una superbike o de trial, todas tienen una serie de componentes en

común. Dependiendo de la motocicleta, cada uno de esos componentes

tiene unas exigencias y prestaciones que cumplir, siendo ésta máxima en

las motocicletas de carrera.

Chasis: Es la estructura principal en una motocicleta a la que se

conectan todos los demás componentes y accesorios de la motocicleta.

Tiene varios puntos de anclaje para el motor (siendo éste en ocasiones

parte estructural del chasis) y las suspensiones.

Al igual que la propia motocicleta, el diseño del chasis ha ido

evolucionando con el tiempo, existiendo en la actualidad varios tipos:

tubular, de simple cuna, de doble cuna, multi-tubular, de doble viga [11].

Suspensión: Una motocicleta está equipada con dos sistemas de

suspensiones, delantera y trasera. Ambas tienen como objetivo mantener

las ruedas en contacto con el suelo el máximo tiempo posible al paso por

irregularidades, asegurando la estabilidad y aumentando el confort y la

seguridad.

Ilustración 5


14

La suspensión delantera más empleada (y

casi universal) es la horquilla telescópica, la cual

está formada por dos brazos que se unen a la

pipa de dirección a través de las cazoletas, y al

eje de la rueda delantera. Cada brazo está

formado por dos tubos concéntricos, uno de

mayor diámetro que el otro, de manera que la

distancia entre el eje y las cazoletas puede variar.

Además cada brazo se equipa con un muelle de

manera que siempre tiendan a estirarse al

máximo [11].

Con el fin de aumentar el confort en la

conducción se empezó a equipar a las

motocicletas con suspensión trasera. En los

comienzos era un simple muelle bajo el asiento.

Más tarde se impuso los sistemas en los que a la

rueda trasera se le dotaba con un mínimo de

desplazamiento vertical, para ello la rueda trasera se anclaba sobre un

soporte deslizante al que le llegaban dos muelles o amortiguadores.

Fue después de la Segunda Guerra Mundial cuando se desarrolló el

brazo basculante que conocemos en la actualidad. Está formado por un

basculante (Ilustración 7) que une la rueda trasera al chasis, y un sistema

muelle-amortiguador que une el basculante al chasis [11].

Motor: Normalmente una motocicleta está propulsada por un motor de

gasolina de 2 (2T) ó 4 tiempos (4T) y un número determinado de cilindros.

Dependiendo de la potencia del motor estos parámetros cambian. Para

motocicletas de baja potencia se suele usar motores 2T y un bajo número

de cilindros (uno o dos cilindros), aunque la tendencia actual es usar los 4T

debido a su menor contaminación.

Ilustración 6

Ilustración 7


15

La gran mayoría de motos del mercado sitúan el motor en modo

transversal, es decir, con el cigüeñal perpendicular a la marcha, aunque

existen algunos modelos de marcas como BMW que usan los llamados

motores bóxers, en los que el cigüeñal se sitúa paralelo a la marcha.

Carenado: Cuando se dice

que una motocicleta es más

bonita que otra, normalmente

el factor determinante es este

elemento, aunque existen

algunos tipos como las naked

(Ilustración 8) que carecen de

este componente.

Es en el mundo de la competición

donde el carenado toma mayor

protagonismo, ya que es el encargado

de hacer que la motocicleta sea lo más

aerodinámicamente efectiva posible;

esto quiere decir que las pérdidas por

drag (arrastre) sean lo mínimas posible.

Ruedas y frenos: Las ruedas son uno de los componentes más

importante de las motocicletas ya que transmiten las fuerzas de conducción,

frenado y dirección al suelo, además soportan el peso del conductor y de la

propia moto. La conducción se lleva a cabo por la articulación de la rueda

delantera (que gira según un eje vertical), consiguiendo mediante

basculación sobre la vertical, la trayectoria en curva requerida por el

conductor. Va controlada a través del manillar.

La motocicleta se mantiene erguida en recta y mantiene la estabilidad

en curva gracias al efecto giroscópico de las ruedas y los ejes que sostienen

las mismas, los cuales deben permitir que las ruedas giren libremente

manteniendo su dirección correcta.

Los frenos son imprescindibles para detener la motocicleta. Suelen ir

anclados a las llantas y son accionados por una palanca en el manillar

(freno delantero) o en el pie (freno trasero). Los hay de dos tipos: de

tambor y de disco.

Los frenos de disco han ido ganando terreno en el total de motocicletas

distribuidas, por ser más eficaces, y disipar mejor el calor generado en la

Ilustración 8

Ilustración 9


16

frenada.

3.3. Introducción histórica del motociclismo2

A pesar de existir diversas disciplinas en el motociclismo (enduro,

motocross, trial, supermoto), la más popular y televisada es el motociclismo

de velocidad, siendo su categoría reina el Campeonato del Mundo de

MotoGP.

Es en 1949 cuando ocurre la primera competición anual. Esta primera

edición del Mundial acogió a cuatro categorías, siendo el inglés Leslie

Graham quien ganó el primer título de 500cc, la categoría reina, subido a

una AJS. Freddie Frith, también británico, obtuvo con la Velocette, la corona

en 350cc, mientras los italianos Bruno Ruffo (Moto Guzzi) y Nello Pagani

(Mondial) fueron los campeones en 250cc y 125cc respectivamente.

Los constructores italianos, como Mondial y Moto Guzzi, además de

Gilera y MV Augusta, dominaron el Campeonato del Mundo a lo largo de la

década de los 50, reflejando el poderío de la industria italiana en esos

tiempos. MV Augusta consiguió ganar en todas las categorías de 1958 a

1969, además ganó durante 17 años consecutivos (1958-1974) en 500cc.

Durante los años 60, la industria japonesa empezó a crecer y

expandirse, aterrizando también en el Campeonato del Mundo de MotoGP.

Constructores como Honda, Suzuki o Yamaha consiguieron sus primeros

títulos y victorias en 125cc, 250cc y 500cc. Suzuki obtuvo grandes éxitos en

la categoría, estrenada en 1962, de 50cc.

A finales de los sesenta, empezaron los

éxitos de una de las leyendas del MotoGP:

Giacomo Agostini (Ilustración 10) es aún

el piloto que más logros ha cosechado en

la historia del Campeonato. Como

curiosidad comentar que Agostini competía

simultáneamente en varias cilindradas, a

diferencia de los pilotos actuales que se

centran en una categoría. El italiano ganó

durante cinco años consecutivos las

categorías de 350cc y 500cc, siempre

defendiendo los colores de MV Augusta.

La escala de costes asociada a las

motos de Gran Premio llegó a niveles

insostenibles para las marcas niponas. Al final de los sesenta, Yamaha

abandonó la competición

2 Datos consultados en [15]

Ilustración 10


17

En el siguiente período, la batalla por la victoria se vio inmersa en una

espiral de creciente competitividad. Se acabaron los tiempos en que algunas

marcas italianas o japonesas dominaban con mano de hierro. Constructores

europeos como Bultaco, Kreidler MV Augusta; japoneses, Kawasaki, Suzuki,

Yamaha; o estadounidenses, Harley Davidson; se alzaron con algún título.

Las marcas japonesas consiguieron también acabar con la hegemonía de MV

Augusta en 500cc a mitad de los 70.

A finales de los 70 vuelve la presencia de Honda en el Campeonato. Es

en 1983, cuando la marca nipona cambia su filosofía, dejando las máquinas

de 4 tiempos, por las V3 de 500cc y de 2T. Con la mítica NS500, Freddie

Spencer consiguió su primer título mundial que fue también el primero para

Honda desde su vuelta a la máxima competición.

La temporada anterior había sido la última en la que se celebraron

carreras de 350cc, dejando el Campeonato con 4 categorías: 500cc, 250cc,

125cc y 50cc. Esta última fue sustituida en 1984 por 80cc. De las seis

temporadas en que se corrió con motos de 80cc, Derbi ganó 4 títulos, tres

de ellos de la mano del español Jorge Martínez Aspar.

A partir de 1980, la competitividad de la categoría reina creció

espectacularmente con la rivalidad entre los constructores japoneses,

Honda, Yamaha y Suzuki y la llegada de las grandes estrellas americanas

como Eddie Lawson, Randy Mamola, Freddie Spencer, Wayne Rainey o

Kevin Schwantz. Mientras, en 125cc y 250cc, los fabricantes europeos como

Derbi, Garelli o Aprilia luchaban de tú a tú contra los gigantes japoneses.

A finales de los 90, Mick Doohan, héroe de Honda y Leyenda del

MotoGP, dominó los 500cc, llevándose el título mundial en cinco ocasiones

consecutivas (1994-1998). Una grave caída, a principios de la temporada

1999, forzó la retirada del piloto australiano.

Antes de la revisión de la

normativa, que provocó el cambio a

motores de 990cc y 4Tiempos, más

acorde a las nuevas líneas de

producción y desarrollo tecnológico

modernos, Valentino Rossi

(Ilustración 11) había conseguido el

último título con motos de 500cc y

2T, de la mano de Honda. En 1997 y

1999, el piloto italiano había ganado

los títulos en las cilindradas de 125cc y 250cc con Aprilia.

Después de la reformulación en 2002 del Campeonato del Mundo, que

pasó a conocerse como MotoGP, ya con motos de 990cc, Rossi repitió

Ilustración 11


18

victoria durante 4 ediciones más. En las dos primeras lo hizo con Honda y

en las dos siguientes con Yamaha.

En las últimas temporadas, los pilotos europeos han vuelto a revalidar

los trofeos en las cilindradas más pequeñas, antes de dar el salto a MotoGP.

Dani Pedrosa consiguió el título por tres años consecutivos, uno en 125cc y

dos en 250cc, corriendo para Honda. En 2006, su primera temporada en

MotoGP, el español compartió el box del Repsol Honda con Nicky Hayden,

quién gracias a su constancia y al gran trabajo realizado obtuvo el título,

resuelto en un ajustado final en la última carrera contra el hasta entonces

imbatible Rossi. El estadounidense rompía así con la racha de victorias de la

estrella italiana.

Al inicio de la temporada 2007, nuevas modificaciones en la normativa,

en la que se restringió el número de neumáticos a usar durante el fin de

semana de Gran Premio y la disminución de la cilindrada del motor, de

990cc a 800cc, alteró las cosas. Ducati, equipada con gomas Bridgestone,

aprovechó su ocasión de la mano de Casey Stoner, el primer Campeón de la

nueva generación de pilotos. Ducati devolvía el trofeo de constructores a

Europa, después de más de 33 años en manos de los fabricantes japoneses.

En 2008, sin embargo, Rossi volvió a auparse en la cima y sumó su sexto

título mundial en la categoría reina.

En la temporada 2009 se introdujo la normativa del neumático único,

Bridgestone fue designado como proveedor exclusivo de la categoría de

MotoGP. Rossi obtuvo su séptimo título en la categoría reina tras una

dilatada batalla con su compañero de equipo Jorge Lorenzo. El italiano se

queda por el momento a un título de igualar el récord de todos los tiempos,

las ocho coronas acumuladas por su compatriota Giacomo Agostini.

La temporada 2010 inscribió un nuevo nombre en los anales de la

historia de MotoGP: Jorge Lorenzo se coronó Campeón del Mundo de la

categoría reina tras una larga y emocionante batalla por el título a lo largo

de la temporada con su compañero de equipo Valentino Rossi.

En 2011, Casey Stoner pasó a competir con el equipo de fábrica de

Honda, un cambio que resultó un éxito rotundo. Stoner se aseguró el título

de esa campaña con una victoria en Phillip Island (Australia).

En 2012, año en el que la parrilla pasó a competir con motos de 1000cc,

el piloto del Yamaha Factory Racing, Jorge Lorenzo, conquistó el título en

Phillip Island, donde fue segundo. El mallorquín mantuvo un pulso con Dani

Pedrosa (Repsol Honda) a lo largo de la temporada, mientras que Casey

Stoner terminó su última temporada en MotoGP en tercera posición después

de superar una lesión ocurrida a mitad del Campeonato.


19

El actual Campeón del Mundo de

MotoGP es el piloto Marc Márquez

(Ilustración 12), del equipo Repsol Honda,

quien en 2013 conquistó su primera

corona mundial de MotoGP en su campaña

de debut en la categoría, batiendo

numerosos récords durante la campaña.

Jorge Lorenzo, del Yamaha Factory

Racing, logró el subcampeonato y quedó

muy cerca de Márquez tras una serie de

intensas batallas a lo largo de la

temporada.

Ilustración 12


20

Capítulo 4. Herramientas de

representación

gráfica

CAD es el acrónimo de “Computer Aided Design” o “Diseño Asistido por

Ordenador”. Puede definirse como el conjunto de procedimientos y

herramientas necesarias para la creación, visualización, manipulación,

análisis y representación de formas planas o espaciales. La función principal

en estas herramientas es la definición de la geometría del diseño (pieza

mecánica, arquitectura, circuito electrónico, etc.) ya que esta es esencial

para las actividades subsecuentes en el ciclo del producto.

El termino CAM (Computer Aided Manufacturing) se refiere a cualquier

proceso de fabricación automático que esté controlada por ordenadores. El

control sobre las maquinas herramientas de fabricación se realiza a través

del Control Numérico (CN). Este consiste en una serie de instrucciones

programadas que la maquina pueda entender, como el posicionamiento de

la punta de una broca, activar el lubricante, cambiar de herramienta, etc.

Con el CAM se consigue una automatización en la creación de estas

instrucciones por el ordenador, evitando así posible error humano,

aumentar los niveles de producción con menor esfuerzo, ahorre de coste y

tiempo, mayor versatilidad de objetos fabricados y productos de mayor

calidad. Esto se conoce como Control Numérico Computarizado (CNC).

4.1. Comparación entre diferentes software

comerciales

Hoy en día existen una gran cantidad de softwares comerciales para el

desarrollo del modelado tridimensional. Se analizaran los tres programas

utilizados principalmente en este sector:

SOLIDWORKS: En 1993, Jon Hirschtick, fundador de SolidWorks,

contrató un equipo de ingenieros con la misión explícita de hacer que la

tecnología CAD 3D fuera más accesible. Lo lograron creando el primer

programa capaz de ejecutarse en una plataforma Windows sin necesitar

sistemas caros de hardware y software para funcionar. En 1995 se lanzó la

primera versión del software SolidWorks. En el plazo de dos meses, dicha

versión era alabada por su facilidad de uso, ya que permitía a más


21

ingenieros que nunca aprovechar las ventajas del CAD 3D para darles vida a

sus diseños. [12]

El programa utiliza una función paramétrica que permite una gran

libertad a la hora de realizar el diseño del producto, gracias a la cual, si una

vez terminada la pieza se decide cambiar un parámetro, el resto se reajusta

automáticamente, siendo muy útil esta característica a la hora de diseños

preliminares donde aun no se tienen muy claras la forma final deseada para

obra. SolidWorks fue pionero en este desarrollo paramétrico que permite al

usuario hacer cambios, añadir características adicionales, o cambiar la

secuencia en que se realizan las operaciones establecidas.

Posee además módulos adicionales que permiten una gran variedad de

procesos y análisis que facilitarán saber si el diseño realizado es adecuado

para la aplicación que deseamos. Algunos de estos módulos son:

- SolidWorks Simulation. Con este módulo se puede hacer un análisis

por elementos finitos del diseño, lo que proporcionara una primera idea de

los resultados más importantes, como pueden ser: tensiones,

desplazamientos, frecuencias, pandeo,…

- Indigo Renderer. Un renderizador de calidad fotográfica que produce

resultados muy realistas.

- SolidWorks Toolbox. Es una biblioteca de elementos de sujeción

predefinidos, engranajes, levas, clavos y otros accesorios. Esta base de

datos puede ser modificada. También se pueden crear piezas estándar

creadas por el usuario y añadirlas a esta biblioteca para su uso posterior en

otros proyectos.

- SolidWorks Animation. Tiene la capacidad de la explosión del

ensamblaje. Puede producir la salida de video con el movimiento

implementado del conjunto, pudiendo comprobar si las piezas realizan la

acción deseada y si existen interferencias entre piezas.

Además de estas ayudas, este programa trae un interfaz de

programación de aplicaciones (API) para el desarrollo de macros que son

muy útiles para tareas repetitivas.

Esta desarrollado en una interfaz típica de Windows, que es muy

familiar y fácil de usar. Por todo esto, es uno de los programas más

utilizados en la industria del diseño y fabricación, sobre todo en donde no es

necesaria una gran complicación en el diseño de superficies, que es el punto

más flojo del programa.

SOLID EDGE: Permite el modelado de piezas de distintos materiales,

doblado de chapas, ensamblaje de conjuntos, soldaduras y funciones de

dibujo en plano para ingenieros.


22

Presentado en 1996, inicialmente fue desarrollado por Intergraph como

uno de los primeros entornos basados en CAD para Windows NT. Ahora

pertenece y es desarrollado por SIEMENS AG. Su kernel de modelado

geométrico era originalmente ACIS, pero fue cambiado a Parasolid. El

núcleo Parasolid es desarrollado actualmente por Siemens PLM Software y

es usado ampliamente como el motor geométrico de otras herramientas

CADs (SolidWorks, IronCAD,…)

Con la adquisición por parte de SIEMENS AG, empieza a formar parte de

todas sus plantas de producción e ingeniería, por lo que está sufriendo unas

mejoras considerables dentro del software. Dentro de las mejoras más

notables en su última versión, cabe destacar la traducción de archivos de

otras plataformas, lo que permitirá sin duda que se abra paso en sectores

antes condenados al uso de un determinado software por la falta de

compatibilidad de sus archivos con otros paquetes de CAD.

CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive

Application): programa CAD/CAM/CAE comercial desarrollado por Dassault

Systemes, Francia. El programa está desarrollado para proporcionar apoyo

desde la concepción del diseño hasta la producción y el análisis de

productos. Actualmente la versión V6 es la más puntera de este grupo,

aunque la mayor parte de empresas tiene implantada la versión V5.

CATIA fue inicialmente desarrollado para servir en la industria

aeronáutica, por lo que se ha hecho un gran hincapié en el manejo de

superficies complejas. Prueba de ello es que fue el programa con el cual se

realizo el diseño del museo Guggenheim en Bilbao, ya que ningún otro

programa era capaz de trabajar con tales superficies. Aparte de la

aeronáutica y la construcción, también es ampliamente usado en la

industria del automóvil para el diseño y desarrollo de componentes de

carrocería. Concretamente empresas como el Grupo VW, BMW, Renault y

Porsche hacen un gran uso del programa.

Provee una arquitectura abierta para el desarrollo de aplicaciones o para

personalizar el programa. También es un programa que se conforma por

una gran cantidad de módulos que nos facilitan el diseño de las piezas o

conjuntos. Eligiendo el más adecuado para cada aplicación se puede llegar a

ahorrar mucho tiempo, siendo necesario un gran conocimiento del

programa para poder sacarle todo su potencial.

Una vez analizados los tres principales programas de representación

gráfica del mercado, se puede concluir que CATIA es el más potente y apto

para el trabajo que se va a desempeñar.

CATIA es considerado el “hermano mayor” de SolidWorks, por lo que no

sólo contiene sus módulos, sino que están mejorados y ampliados.


23

Atendiendo a SolidEdge, se puede afirmar que a pesar de la mejora a la

que se ha visto sometido el programa tras la incorporación de Siemens, aún

se sitúa en un nivel inferior que CATIA.

Se concluye que para realización de este proyecto se utilizará CATIA V5,

concretamente su Release número 20.

4.2. CATIA V53

CATIA V5 posee una estructura modular, donde cada módulo se utiliza

para realizar una tarea diferente. Los módulos se agrupan en espacios de

trabajo, de forma que cada uno posee varios módulos destinados a un

mismo objetivo, pero realizando funciones diferentes.

Los espacios de trabajo más importantes son los siguientes:

Infrastructure. Utilizado para controlar el aspecto del diseño,

elaborar catálogos e interactuar con otras versiones de Catia.

Mechanical Design. Es un conjunto de módulos destinados a la

concepción de piezas.

Shape. Conjunto de módulos destinados al diseño de superficies.

Analisys and Simulation. Usado para hacer cálculos mediante el

método de los elementos finitos.

NC Manufacturing. Se utiliza para elaborar programas de control

numérico.

Digital Mockup. Conjunto de módulos destinados a realizar

animaciones y análisis de los conjuntos.

Equipments and Systems. Se usa en el diseño de tuberías,

equipos y todo tipo de sistemas en general.

Ergonomics Design. Agrupa los módulos destinados al estudio de

la interacción humana con el conjunto diseñado.

3 Documento consultado [16]


24

Knowledgeware. Son módulos de conocimiento.

Los módulos que van a ser usados con mayor frecuencia durante la

realización de este proyecto son:

Mechanical Design: Part Design, Sketcher, Assembly Design,

Generative Shape Design.

Digital Mockup: DMU Kinematics, DMU Fitting.

A continuación se realiza una pequeña introducción al espacio de trabajo

de CATIA V5.

En la pantalla principal (Ilustración 13) se visualizan los siguientes

elementos:

Menú Principal. Es el menú que permite ejecutar la mayoría de los

comandos ubicados en los menús del entorno, el cual cambiará

dependiendo del módulo en el que se esté trabajando, permitiendo realizar

unas tareas u otras.

Compás. Es un elemento muy utilizado en los módulos de conjuntos

donde varias piezas se encuentran ensambladas. Se utiliza para mover una

pieza respecto a otra dentro del conjunto.

Árbol de especificaciones. Es el lugar donde se van recogiendo todas las

operaciones que se realizan en el documento. Tiene una estructura vertical

y lineal. Un elemento situado más abajo que otro no implica

obligatoriamente que haya sido creado después.

Menús del entorno. Son los menús donde se contienen los comandos

que por defecto vienen en cada uno de los módulos. Por un lado se

encuentra la paleta de funciones (derecha de la pantalla) del módulo activo.

Y por otro lado, la barra de herramientas (debajo de la pantalla),

prácticamente común a todos los módulos, la cual permite realizar acciones

tales como abrir o guardar documentos, medir, aplicar materiales, cambiar

el modo de visualización, etc. Estos menús son personalizables, pudiendo

insertar o eliminar comandos de un menú.


25

Además de los ya explicados, existe el menú contextual (Ilustración 14)

que no es más que el menú que posee cada elemento creado. Este menú se

despliega seleccionando en el árbol de especificaciones el elemento y

pinchando con el botón derecho del ratón. Este menú permitirá realizar

operaciones para el elemento seleccionado tales como cortar, copiar,

mover, etc.


Ilustración 13


26

Para cambiar de un módulo a otro se debe pinchar en Start del menú

principal (Ilustración 15), y seleccionar cualquiera de los que aparece en la

lista.

Al cambiar de módulo, el entorno de CATIA cambia y los menús se

adaptan a la nueva configuración apareciendo nuevas herramientas que

facilitan un trabajo u otro dependiendo de cual se haya activado.

Existen varios tipos de documentos en CATIA V5 y a cada tipo de

documento le corresponde un conjunto de módulos determinados.

Los documentos que van a ser utilizados son los siguientes:

Part. Es el documento que contiene la geometría de la pieza. En un Part

se almacenan todos los elementos necesarios para construir dicha

geometría. La extensión que poseen estos archivos es CATPart. Los módulos

más importantes compatibles con este tipo de archivos son: Part Design,

Sketcher, Wireframe and Surface Design, Generative Shape Design ó

Knowledge Advisor entre otros.

Product. Un Product está constituido por una serie de Parts orientados

unos con respecto a otros formando un conjunto. En este documento se

almacena el posicionamiento de los Parts que contiene. También guarda

otras informaciones relativas a los Parts, como los enlaces que se

establezcan entre piezas dentro del Product, las simulaciones, los análisis de

interferencias, etc. La extensión de este archivo es CATProduct y los

módulos más usados son: Assembly Design, todos los del Digital Mockup,

Photo Studio, Real Time Rendering, Knowledge Expert ó Knowledge Advisor.

En cuanto a las herramientas de recreación virtual, CATIA V5 ofrece

numerosos módulos, de los cuales, en este documento, se usaran los

siguientes:

DIGITAL MOCKUP:

Este espacio de trabajo contiene varios módulos que permiten verificar

la corrección del diseño realizado permitiendo realizar una gran variedad de

simulaciones para comprobar la validez del mismo, puesto que el diseño es

en realidad una “maqueta digital”.

DMU Kinematics: Define, simula y analiza mecanismos, usando una

amplia variedad pares cinemáticos. Proporciona análisis de interferencias y

distancias mínimas durante el movimiento, de modo que es posible verificar

la validez del mismo durante la simulación del movimiento. Permite

simulaciones combinadas mediante la integración de otras aplicaciones

DMU.


27

DMU Fitting: Permite la simulación y análisis de despieces y montajes

de conjuntos, además poseer herramientas como PathFinder donde

seleccionada una pieza y un escenario el programa calcula la ruta de

escape.

INFRASTRUCTURE:

Los módulos de los que se compone este espacio sirven para

complementar y estructurar el diseño, no para realizar el diseño en si

mismo.

Catalog Editor: A través de este módulo se pueden crear catálogos de

piezas no normalizadas, permitiendo al usuario poder usar una de las piezas

del catálogo cada vez que lo necesite evitando tener que volver a

modelarla.


28

Capítulo 5. Diseño de piezas

Una vez elegido CATIA V5 como programa de CAD, se pasa al diseño de

todas las piezas que conformarán la motocicleta.

El actual capítulo no pretende ser un manual de CATIA con el que el

lector pueda reproducir fielmente el trabajo aquí expuesto, sino una

muestra de los procesos de diseño más interesantes, ya sea por su

dificultad o por ser poco habituales; y una demostración de las habilidades y

conocimientos adquiridos con CATIA V5.

Para el diseño de las piezas se han usado principalmente dos módulos:

Part Design y Generative Shape Design. El primero se encuentra en el

espacio de trabajo Mechanical Design y el segundo en Shape.

Ambos módulos, al igual que muchos otros, se basan en uno común:

Sketcher, módulo encargado del diseño bidimensional, y que servirá como

soporte a la hora de crear sólidos y superficies.

Durante el proceso de modelado no sólo hay que conseguir un diseño

atractivo y funcional, sino además se deben de tener en cuenta factores

como el proceso de fabricación y la perfecta coexistencia entre piezas.

El objetivo principal del equipo es construir una motocicleta de carrera,

todas las piezas que se representarán a continuación se enviarán a fabricar

y por tanto se “diseña como se va a fabricar”. Esta filosofía facilitará el

trabajo al centro de mecanizado y repercutirá en un ahorro de los costes de

fabricación.

Se debe de tener en consideración que cada pieza formará parte de un

mecanismo o un conjunto, lo que supone prestar una especial atención a la

coincidencia de ejes ó caras de contacto. CATIA tiene a disposición del

usuario varias herramientas con las que analizar un conjunto y poder

subsanar posibles conflictos, esto se verá en capítulos posteriores.

Se prosigue con la descripción de una serie de piezas cuyo proceso de

diseño se considera de interés.


29

5.1. Llantas

Las llantas son las

encargadas de alojar los

neumáticos, los discos de

freno y soportar el peso de

toda la motocicleta. Es por ello

que deben ser suficientemente

rígidas, además de ligeras, ya

que un elevado peso supondría

altas inercias debido a la

velocidad de rotación propia

de la llanta, y por lo tanto un

inconveniente añadido a la

hora de frenar la motocicleta

con garantías. Las llantas se

fabrican en aleación de

aluminio o magnesio, materiales con un módulo elástico suficiente (el

aluminio tras un tratamiento térmico T6 puede superar los 400MPa, y el

magnesio superior a 350MPa) y una densidad baja (el aluminio

2700kg/mm3; el magnesio 1700kg/mm3).

La organización de la competición provee a todos los equipos de algunos

componentes básicos con el fin de unificar una serie de parámetros de la

motocicleta, entre ellos las llantas. Por consiguiente, la finalidad del diseño

de esta pieza es conseguir una reproducción exacta de la misma.

Previo al proceso de diseño, se toman medidas de la pieza con la ayuda

de un calibre o pie de rey, y se utiliza como punto de partida los planos

administrados por la organización.

Ilustración 16


30

Una vez definida perfectamente la geometría de las llantas, se pasa a

diseñar en CATIA V5. Lo primero que un usuario de CATIA debe preguntarse

antes de diseñar es, ¿qué módulo es el más apropiado para la pieza que se

quiere diseñar? En este caso la duda lógica sería elegir entre Part Design y

Generative Shape Design.

Se analiza detenidamente la llanta y se decide usar el módulo

Generative Shape Design. El motivo principal que ha llevado a esta decisión

ha sido la compleja geometría de los radios, los cuales están formados por

caras cuyos ángulos de inclinación van variando. Es cierto que podría

realizarse perfectamente con el módulo Part Design, pero para ello habría

que crear los radios como sólidos rectos ó incluso con cierta inclinación

gracias a la herramienta multi-section, y posteriormente realizar vaciados

hasta conseguir el resultado deseado. En este caso el módulo Generative

Shape Design es más potente, versátil, y rápido.

La filosofía que se va a seguir es dividir la llanta en perfil superior, eje,

cuerpo central, radio y cogidas del disco de freno (Ilustración 19).



31

Ilustración 19

A través de superficies, se crea la “cáscara” cerrada de cada parte en la

que se ha dividido la llanta, para posteriormente rellenar de material sólido,

y terminar ensamblando. A continuación se explican estos pasos con más

detalle.

Se comienza por el cuerpo superior, que es la parte que abrazará y

alojará al neumático. Para crearla simplemente se dibuja el perfil y usando

la herramienta revolute, tomando como eje de revolución el paralelo al

perfil, se crea la superficie (Ilustración 20).

A continuación se modela el eje, que no es más que un cilindro. Se

dibuja un sketch que contenga una circunferencia. Volviendo al módulo, se

usa la herramienta extrude. Para cerrar el cilindro se aplican dos fill, uno en

cada extremo (Ilustración 21).



32

El siguiente paso será añadir la

cogida del freno y un radio. Estos son

los dos elementos más complejos en la

llanta. Las herramientas principales que

se utilizan son extrude, multi-section y

sweep (Ilustración 22). Es esta última

herramienta probablemente la más

completa dentro del módulo Generative

Shape Design, en la que se pueden

elegir entre cuatro tipos de perfiles, lo

cuales a su vez se dividen en subtipos

según la información de entrada que se

aporte a la herramienta (perfil y líneas

guía, perfil más superficie tangente y

dirección,…)

Es importante comentar que una vez

creadas todas las superficies de una de

las partes, es necesario unirlas, ya que

si no se hace el programa las toma

como superficies independientes e inconexas. Para crear estas uniones hay

dos opciones principales dependiendo del caso: trim y joint.

Trim (Ilustración 23) es una herramienta con la que CATIA corta y une

dos superficies que intersecan, pudiendo el usuario elegir una de las cuatro

opciones que se originan en dicha situación.

Ilustración 22


33

Ilustración 23

La herramienta joint simplemente une todas las superficies que el

usuario seleccione. Se usa cuando la unión entre todas las superficies está

perfectamente definida.



34

Una vez se tienen totalmente definidas las superficies de cada una de

las partes, se tienen que “rellenar” de material.

Se pasa al módulo de Part Design y a través de la herramienta close

surface, se selecciona el espacio definido por las superficies, la propia

herramienta ocupa de material sólido el volumen definido por las

superficies. Incluso si una cara estuviera sin tapar por una superficie, la

herramienta es capaz de rellenarlo, siempre y cuando dicha superficie sea

un plano.

Cabe destacar que para evitar tener que repetir los radios y las cogidas

del disco de freno cinco veces, se hace uso de la herramienta circular

pattern, el cual copia una operación y la repite siguiendo un patrón, en este

caso circular.

Ilustración 27

Ilustración 26


35

Una vez se tiene la llanta en bruto (Ilustración 27), se procede a

realizar las últimas operaciones: vaciados, agujeros roscados, agujeros

pasantes y redondeos oportunos.

Debido a la imposibilidad de realizar un patrón sobre una operación de

vaciado directamente, se opta por realizar estos como cuerpos sólidos,

almacenados en un nuevo body, para posteriormente aplicar una operación

booleana de eliminación (remove). Por último se aplica un circular pattern al

body logrando el resultado deseado.

Tras la realización de las operaciones finales, se obtiene la llanta

terminada con un grado de fidelidad a la original muy alta.

Ilustración 28

5.2. Chasis

El chasis es junto con el basculante uno de los elementos de la

motocicleta más complejos de diseñar, no debido a la fase de diseño

propiamente dicha, sino por la cantidad de requisitos técnicos y mecánicos

que tiene que cumplir, y por los ensayos tan restrictivos a los que se ve

sometido. No debe olvidarse que el chasis es el principal elemento

estructural de la motocicleta y que debe soportar las cargas típicas de una

conducción en carrera (fuertes frenadas, torsiones debido a los giros en

curva).


36

Lo primero que hay que decidir a la hora de diseñar y construir un

chasis es que tipo se va a usar. Ya se vio que existen varios tipos, siendo el

doble-viga (Ilustración 29) y el multi-tubular (Ilustración 30) los más

comunes en competición.

Se abogó por un chasis multi-tubular por dos razones principales, la

primera es su mayor facilidad de fabricación y por ello menor coste; y la

segunda, los buenos resultados obtenidos en la edición pasada de la

competición con este tipo de chasis.

El siguiente paso es elegir el material que va a ser utilizado. Se barajan

dos opciones principales: Aluminio y Acero. El primero más ligero (casi dos

tercios menos pesado que el acero), pero con unas propiedades mecánicas

más bajas y una peor soldabilidad; sin embargo el acero es una apuesta

segura mecánicamente hablando, pero tiene como desafío optimizar la

cantidad de material utilizada.

En un principio se decidió fabricar en Aluminio. Se realizaron todos los

ensayos necesarios en el programa de elementos finitos (Ansys) y se

comprobó que el chasis de aluminio era apto para los requerimientos

solicitados, pero debido a la incertidumbre generada por las zonas afectadas

térmicamente durante el proceso de soldadura (rebajan las propiedades

mecánicas hasta un 40%), se tomó la decisión final de usar Acero.

Como se puntualizó anteriormente, diseñar un chasis de acero

competitivo no sólo conlleva que sea resistente y tenga una vida a fatiga

suficiente, sino conseguir esto mismo con el mínimo peso posible.

A continuación se decide la geometría del chasis y la disposición de los

tubos, para posteriormente entrar en un bucle de trabajo en el que primero



37

se elige una geometría de tubos (diámetro exterior y espesor) atendiendo a

un catálogo comercial de acero, para después exportar el archivo CATIA al

programa Ansys donde se comprueba que cumpla todos los ensayos

programados. De ser así, se baja el tamaño del perfil del tubo; se vuelve a

ensayar hasta encontrar un perfil que no cumpla alguno de los ensayos,

siendo el inmediatamente superior el perfil óptimo.

Ahora empieza el proceso de diseño en CATIA. Atendiendo a la

mecánica de trabajo expuesto anteriormente, los pasos que se debe seguir

en CATIA son: Parametrizar las dimensiones básicas de los tubos, como

diámetro exterior y espesor de perfil. Posteriormente se modela el chasis

propiamente dicho. De esta forma se evita tener que cambiar uno a uno

todos los perfiles en cada cambio que sea necesario hacer, sino que

directamente se modifican los valores de los parámetros creados.

Para parametrizar un fichero se pulsa en la herramienta formula dentro

de la paleta knowledge. Una vez dentro se tiene que elegir el tipo de

parámetro que se quiere añadir (longitud, ángulo, área,…) y pulsar el botón

New parameter of type, y se añade un valor al parámetro. Por último, y si

se desea cambiar el nombre, se puede hacer en la barra de texto

inmediatamente superior. Siguiendo estos pasos para todas las dimensiones

necesarias se tiene el chasis perfectamente parametrizado.

Ilustración 31

Puede ocurrir que al crear los parámetros no se visualicen en el árbol

(Ilustración 32), para solucionarlo simplemente se tiene que seguir esta

secuencia de comandos: Tools -> Options -> Infrastucture -> Part

Infrastucture -> Display. La casilla de Parameters debe estar marcada.


38

Para trasladar la información parametrizada al modelo hay que realizar

un sketch con el perfil del tubo. Se añaden las constraint pertinentes y a

continuación haciendo doble click y pulsando con el botón derecho sobre el

espacio que contiene el valor de la dimensión, se abre el menú contextual,

donde se pulsa Edit formula… Aparece el editor de fórmulas con una barra

de texto donde el usuario puede escribir una fórmula usando parámetros,

este valor estará asociado a la restricción sobre la que estamos trabajando.

Se prosigue con el modelado del chasis. Como ya se ha comentado,

para modelar el chasis de una forma sencilla y rápida se debe tener siempre

Ilustración 32

Ilustración 33


39

en mente la fabricación, de esta forma se obtendrá un modelo factible de

producir y fiel a la realidad.

Se comienza con las barras que servirán de guía para el resto, como son

la pipa y la barra de refuerzo medio, además de las dos placas.

Hay que comentar que para el modelado de las barras, en primer lugar

se crean las líneas guía y posteriormente el perfil, que irá soportado por un

plano perpendicular la línea guía en su punto medio. De esta forma cuando

se realice un pad o un rib, se aplicará en las dos direcciones de la línea. Con

este método lo que se pretende es que cuando haya un cruce de barras se

realice el pad o rib hasta la siguiente superficie, consiguiendo un acople

entre barras perfecto. De otra forma habría que recortar las barras

sobrantes.

Se continúan añadiendo tubos siguiendo la filosofía anteriormente

descrita.

Ilustración 34

Ilustración 35


40

Por último se añade la cuna. Ante la imposibilidad de conocer si el motor

puede usarse como elemento estructural (se desconocen sus características

mecánicas) se decide diseñar una cuna que confiera mayor rigidez al

conjunto.


Ilustración 38


41

Finalmente se obtiene el chasis definitivo:

5.3. Amortiguación trasera

La suspensión trasera es uno de los componentes fundamentales en una

motocicleta, la cual está compuesta por dos elementos principales:

basculante y amortiguación. En esta sección se hablará del diseño de este

último elemento.

Al igual que las llantas, la organización del campeonato provee a todos

los equipos del mismo sistema de amortiguación trasera, por lo que la

finalidad en este apartado será de nuevo conseguir una reproducción exacta

del conjunto.

El sistema de amortiguación trasera se divide en el propio amortiguador

y un muelle. El muelle es el encargado de absorber los impactos y los

desplazamientos rápidos del eje trasero, además de devolver al sistema a

su estado original; el amortiguador confiere estabilidad al sistema y disipa

la energía acumulada por el muelle, sin él el muelle no alcanzaría su

posición natural en un espacio de tiempo adecuado.

Lo primero que se debe hacer es modelar la base y el vástago del

amortiguador, con sus respectivas cogidas (Ilustraciones 40 y 41). Debido a

que ambas partes tendrán movimientos relativos diferentes, se realizan en

archivos CATPart diferentes (este concepto se explicará en mayor

profundidad en capítulos posteriores).

Ilustración 39


42

Ambas piezas se modelan fácilmente usando las herramientas Pad,

Pocket y Hole.

El componente más complejo de modelar es el muelle, aún así sigue la

misma filosofía que los tubos en el chasis, se dibuja una línea guía y usando

la herramienta rib, se crea el sólido. La dificultad reside en una buena

elección de los parámetros que controlan la línea guía.

Para dibujar dicha línea guía, hay que seleccionar el módulo Wireframe

and Surface Design dentro del espacio de trabajo Part Design; como su

propio nombre indica, este módulo permite diseño alámbrico y superficial.

Se pincha en la herramienta Helix, la cual pide un punto inicial, y una

dirección para poder crear la hélice. Además se pueden modificar una serie

de parámetros como el paso, la altura de la hélice o el ángulo inicial.

Se pretende modelar el sistema de amortiguación de forma que el

muelle se adapte según varíe la distancia de sus extremos, conseguirlo no

es trivial y supone incluso modificar las opciones de CATIA. Se explica con

detenimiento a continuación.

Para permitir que el programa actualice relaciones entre Parts dentro de

un Product, se debe seguir la siguiente rutina: Tools -> Options ->

Infrastucture -> Part Infrastucture -> General. Dentro de este cuadro, la

opción Synchronize all external references when updating tiene que estar

activa. Una vez hecho esto, dentro del módulo de Assembly Design se

ensamblan la base y el vástago (el capítulo 6 profundizará en dicho

módulo). Se crea un nuevo Part dentro del Product que contendrá el muelle.

A continuación se mide la distancia entre los soportes del muelle con la

herramienta Measure Between y se mantiene la medida (Ilustración 43).

Ilustración 40 Ilustración 42 Ilustración 41


43

Cuando se proceda a seleccionar la altura de la hélice, se presiona con

el botón derecho del ratón dentro del cuadro de diálogo y se selecciona Edit

Formula, dentro del nuevo cuadro que aparece se hace doble click en la

medida que anteriormente se realizó, y se pulsa Ok. Con esto lo que se

consigue es que la altura del muelle siempre dependa de esa medida, de

forma que cuando esa medida varíe, la altura lo haga y el muelle siempre

esté encajado en sus soportes sin necesidad de tener que cambiar los

parámetros de la hélice en cada modificación.

Una vez concluido este paso ya se tiene finalizado el sistema de

amortiguación trasera.

Ilustración 43



44

5.4. Piñón, plato y cadena

El motor es el elemento que aporta la potencia y permite a la

motocicleta moverse longitudinalmente, pero esa potencia y movimiento

necesita ser transmitida a la rueda trasera. El primer elemento encargado

de la transmisión es la caja de cambios, en este caso está incorporada

dentro del motor, por lo que no es necesario de modelar.

El eje de salida de la caja de cambios, llamado primario, tiene acoplado

en su extremo el piñón o corona primaria, el cual se une con la corona de la

rueda trasera a través de una cadena. Por tanto es necesario diseñar el

juego de transmisión piñón-cadena-corona, atendiendo a las prestaciones

de la motocicleta y las características del trazado.

El piñón y la corona

son ruedas dentadas cuyos

parámetros geométricos

fundamentales de diseño

son el número de dientes

(Z), paso (P) y radio de pie

de diente (r1).

El número de dientes

es un parámetro definidos

por el usuario, y el radio

de pie de diente y el paso

lo son por la cadena, el

resto de parámetros

dependen directamente

de los anteriores ó son definidos por las solicitaciones de la rueda.

Parámetros

Tabla 1

Para que la transmisión se realice con éxito los parámetros impuestos

por la cadena deben coincidir con los del piñón y el plato, por lo tanto lo

primero que hay que elegir es la propia cadena. Sus parámetros están

estandarizados a través de un número de serie, siendo las más comunes en

una motocicleta de características Moto3 las series 415 y 428.

Ilustración 46


45

Serie Paso (mm) Diámetro rodillo

415 12,7 7,77

428 12,7 8,51 Tabla 2

El siguiente paso a seguir es elegir el número de dientes que tendrán el

piñón y la corona. Éste valor está íntimamente relacionado con la velocidad

de giro de ambas ruedas dentadas como se comprueba a continuación.

El objetivo para elegir una pareja de piñón-corona es conseguir la

máxima velocidad punta posible, valor que vendrá dado principalmente por

el circuito y su tramo de aceleración máxima. Utilizando un simulador

(MotoGP13, PlayStation) se llegó a la conclusión que la velocidad máxima

será 185 km/h.

Debido a limitaciones geométricas del motor, el número de dientes del

piñón no puede superar los 16.

Realizando un cálculo iterativo:

Zpiñón Zplato

13 35

14 38

15 40

16 43 Tabla 3

Se pasa a describir el proceso de diseño.

El éxito del diseño de una rueda dentada se basa en el correcto diseño

del perfil del diente, para lo que se usa el módulo Sketcher.

Previamente se parametriza (Ilustración 47) siguiendo las ecuaciones

expuestas anteriormente (Tabla 1).


46

Una vez dibujado, se realiza un Pad y un patrón circular imponiendo el

número de dientes deseado.

Ilustración 47

Ilustración 48


47

Una vez diseñadas las ruedas dentadas, se prosigue con la cadena.

La cadena se divide en tres partes, las placas (Ilustración 50), los

bulones (Ilustración 52) y los cojinetes (Ilustración 51). Dentro de las

placas las hay de dos tipos, dependiendo si es un eslabón interior o

exterior.

Se procede de la misma manera que en la rueda dentada, primero se

parametriza y posteriormente se modela. Y al igual que en el caso anterior,

los modelos se basan en un perfil dentro de un sketch y una operación de

pad.

Para formar la cadena completa se trabaja con dos módulos Assembly

design y DMU Kinematic, los cuales se explicarán en profundidad en

capítulos posteriores.

Ilustración 49



48

5.5. Tornillería

La principal forma de unión entre elementos es la unión atornillada, por

lo que la cantidad de tornillos y tuercas que se usan en un modelo de esta

magnitud es muy alta. Por esta razón se realiza un catálogo atendiendo a

las dimensiones estándar de estos elementos gracias al módulo de trabajo

Catalog Editor dentro del espacio de trabajo Infrastucture.

El primer paso es crear una tabla de valores en Excel, donde la primera

columna se llame “PartNumber”. Hay que comentar que las unidades de las

dimensiones se escriben en la primera celda de cada columna, tras el

nombre de la dimensión y entre paréntesis.

Un ejemplo sería el siguiente:

Ilustración 54

A continuación hay que crear todos los parámetros que haya en la

tabla de Excel en el archivo de CATIA. Una vez hecho esto, se pulsa el

botón Design Table dentro de la paleta Knowledge. Se selecciona la opción

crear tabla desde un archivo ya existente, y el programa preguntará si se

quiere asociar automáticamente valores con el mismo nombre. En el caso

de que al crear los parámetros en CATIA se hayan nombrado de la misma



49

forma que en la tabla Excel, se acepta; en caso contrario los tendrá que

asociar uno a uno el propio usuario.

Con la tabla ya creada y los parámetros asociados, se entra dentro

del módulo Catalog Editor. El espacio de trabajo (Ilustración 55) es

totalmente diferente al conocido hasta ahora, se divide en dos zonas, una a

la izquierda que contiene un árbol, y un espacio central. Por supuesto la

derecha y abajo están las barras de herramientas.

Ilustración 55

Primero hay que crear una familia de elementos, se pulsa el botón Add

Family dentro de la paleta Chapter. Posteriormente, dentro de esta familia,

se añaden los datos pulsando Add Generative Part dentro de la paleta Data

y seleccionando el documento que contiene la tabla y los parámetros

anteriormente creados.

De esta forma ya está creado el catálogo. Para hacer uso de él

simplemente hay que pulsar el botón Catalog Browser dentro de la paleta

Tools, seleccionar el catálogo creado y hacer doble click sobre la pieza que

se quiera añadir al espacio de trabajo (Ilustración 56).


50

Ilustración 56

El diseño de un tornillo y una tuerca es una tarea muy básica, donde

simplemente hay que dibujar en un sketch el perfil deseado y utilizar la

herramienta Pad. Para asociar los parámetros con el modelo, se procede de

la misma forma que se hizo con el chasis.



51

5.6. Otras piezas

A continuación se presentan las piezas más significativas diseñadas para

la realización de la motocicleta.

Neumático

Ilustración 59

Disco de freno

Ilustración 60


52

Botellas de la suspensión delantera

Cazoleta inferior

Ilustración 63



53

Puños

Ilustración 64

Semi-manillares



54

Manillar

Ilustración 67

Embrague de masa

Ilustración 68


55

Adaptador del plato

Ilustración 69

Sujeta plato

Ilustración 70

Empujador del plato

Ilustración 71


56

Dashboard

Ilustración 72

Como se explicó en el Capítulo 1 de esta memoria, este proyecto forma

parte de uno más grande en el que se engloba a todo un equipo. Hay piezas

de especial importancia que han sido diseñadas por otros compañeros o

por la organización de la competición y que son vitales para el

funcionamiento de la motocicleta. Se exponen a continuación.

Estribera

Ilustración 73


57

Pedal

Ilustración 74

Spider

Ilustración 75

Cazoleta superior

Ilustración 76


58

Porta-pinza delantero

Ilustración 77

Basculante

Ilustración 78


59

Bieletas

Subchasis

Ilustración 81



60

Motor

Ilustración 82

Pinza de freno delantero

Ilustración 83


61

Capítulo 6. Ensamblaje

Una vez modeladas todas las piezas que compondrán la motocicleta, el

siguiente paso es ensamblarlas.

Uno de los módulos de CATIA ya expuesto es Assembly Design dentro

del espacio de trabajo Mechanical Design. Este módulo permite al usuario

crear restricciones entre las diferentes piezas que crean un conjunto,

limitando los grados de libertad de cada una según convenga.

Cuando se crea un

ensamblaje, se definen varios

niveles. El principal es

denominado Product, éste

puede contener a su vez

otros Products, Components

y/o Parts. Un Component

tiene categoría de Product,

pero no se guarda un archivo

en el ordenador como ocurre

con el Product. De esta

forma se crea una estructura

jerárquica, donde el Product

principal es el que controla el

conjunto.

La filosofía seguida a la

hora de definir un

ensamblaje viene dada por la propia cinemática del modelo. Cada Product o

Part tiene 6 grados de libertad que habrá que restringir. De esta forma un

Part contenido en un Product de segundo nivel no puede tener un

movimiento relativo al Product principal independiente del resto de piezas

de su propio nivel.

Al igual que en el capítulo anterior, se procede a explicar de forma clara

y concisa las acciones realizadas para obtener los distintos ensamblajes,

además de comentar las diferentes herramientas analíticas que este módulo

contiene según sea conveniente.

Ilustración 84


62

6.1. Rueda delantera

El primer paso es seleccionar la pieza base, es decir entorno a la cual se

creará el conjunto, en este caso es la llanta. Para elegir un archivo ya

existente se pulsa Existing Component dentro de la paleta Product Structure

Tools, y se ancla, pulsando la herramienta Fix Component dentro de la

paleta Constraint.

Ilustración 85

A continuación se coloca el neumático (Ilustración 86). Se hace

coincidencia de centros usando la herramienta Coincidence y

posteriormente se centra en la llanta. Para hacer esta última operación

existen dos opciones iguales de válidas, la primera sería usando la

herramienta Contact Surface, con la que se haría coincidencia de superficie

no planas, o de nuevo Coincidence entre los planos medios de las dos

piezas.


63

Ilustración 86

El siguiente paso consiste en colocar el disco de freno. La llanta tiene

unas pestañitas concéntricas donde se centrará el disco, además de una

serie de agujeros roscados para fijarlo. Lo primero que se hace es

coincidencia de ejes eligiendo cualquiera dos entre los cinco de las fijaciones

y el central. Una vez fijado en un plano, se hace de nuevo coincidencia

entre las caras que irán en contacto.

Ilustración 87

Por último se fijan los tornillos (Ilustración 88). Se selecciona un tornillo

de la medida deseada dentro del catálogo, en este caso M4. Para

seleccionar el resto de tornillos se usará la herramienta Define Multi


64

Instantiation donde el programa pide número de veces que quiere que se

repita una pieza, distancia entre ellas y dirección. De esta forma el archivo

sólo almacenará un tornillo, mientras que si se hace Existing Component

tantas veces como tornillos se necesitara, se guardarían otras tantas.

Ilustración 88

6.2. Rueda trasera

El ensamblaje de la rueda trasera es prácticamente igual a la delantera,

con la salvedad de que además del disco de freno, ésta tiene que sujetar al

plato. Es en el sistema de sujeción del plato donde se centrará este

apartado, ya que es un sistema particular de invención propia del autor de

este trabajo junto a otro compañero, especialmente pensado para la

competición.

Se comienza con el sistema de sujeción del plato propio de la llanta.

Primero se colocan cuatro silent-blocks en un alojamiento determinado para

ellos (Ilustración 89). Se utilizan las herramientas de Coincidence y Contact

Surface.

Ilustración 89


65

A continuación se posiciona el embrague de masa, pieza inicialmente

encargada de sujetar y centrar el plato.

Ilustración 90

El sistema ideado es el siguiente, el plato o corona tendrá colocado en

cada uno de sus agujeros un tornillo con su respectiva tuerca de forma

permanente. Con ello se consigue que el plato tenga una serie de tetones

en ambas caras (Ilustración 91) con los que transmitir el movimiento del

motor a la rueda.

Ilustración 91


66

Una de las piezas de invención propia para este sistema es el adaptador

del plato, la cual va fijada al embrague de masa a partir de 6 tornillos.

Contiene 3 alojamientos para los tetones del plato, y está perfectamente

centrado en la llanta gracias a una acanaladura en su parte posterior.

Se coloca el plato sobre el adaptador y a continuación una serie de

piezas cuyo objetivo es centrar y sujetar el plato, además de permitir el

giro relativo entre la llanta y el eje. Estas piezas son un casquillo, un

rodamiento y dos piezas también de invención propia, como son el sujeta-

plato y el empujador.

Ilustración 94

Para tener una imagen más clara del montaje y comprobar el perfecto

ajuste de todas las piezas que componen el conjunto, se hace uso de la



67

herramienta Sectioning (Ilustración 95). Se puede acceder a ella a través de

la paleta de herramientas Space Analysis o desplegando el menú Analyze de

la barra de herramientas. Esta herramienta permite realizar un corte de una

pieza o conjunto a partir de un plano, el cual puede colocarse según

convenga.

Ilustración 95

6.3. Chasis, subchasis y estriberas

Como se comentó anteriormente, el chasis es la pieza estructural más

importante y a él se unen otras como las estriberas o el subchasis,

fundamentales para una conducción cómoda por parte del piloto.

Al realizarse durante el montaje de este conjunto un gran número de

operaciones de ensamblaje, se debe comprobar que todo tiene un encaje

perfecto y no ocurran interferencias no deseadas. Para realizar esta

comprobación se hace uso de la herramienta Clash dentro de la paleta

Space Analysis.

Como es habitual en este módulo, se comienza con la pieza principal,

que será anclada. En este caso parece lógico empezar por el propio chasis.

A continuación se colocan las placas de las estriberas y los pedales.


68

Ilustración 96

Se decide ensamblar al chasis los ejes del motor y de las bieletas,

además de todos los tornillos oportunos, ya que estas piezas serán parte

fija con el chasis y en el caso de las bieletas servirán como eje de rotación.

Ilustración 97

Para fijar los ejes y tornillos, se usan tuercas normalizadas.


69

Ilustración 98

Por último se coloca el subchasis. Su posición relativa dentro del chasis

se definió atendiendo a las medidas del piloto y con el objetivo de

proporcionarle una posición de pilotaje cómoda.

Ilustración 99

Para comprobar posibles interferencias se usa la herramienta Clash. Lo

primero que pregunta el programa es el tipo de contacto que se quiere

visualizar, pudiéndose permitir una penetración entre piezas con una

distancia a definir por el usuario. En este caso se realiza el análisis

predeterminado que incluye interferencias y contactos entre todos los

elementos.


70

Aparece el siguiente cuadro:

Ilustración 100

Se puede observar que se muestra los dos cuerpos entre los que existe

un contacto o interferencia, el tipo de contacto y en el caso de ser una

interferencia, su valor. Además el propio programa de forma

predeterminada los clasifica en relevantes, no relevantes, inspeccionados,

no inspeccionados; esto es muy útil a la hora de crear un informe.

En este caso existen varios contactos, y algunas interferencias. Éstas

últimas se deben a los tornillos de las estriberas. Los agujeros se realizaron

con la herramienta Hole seleccionado un agujero roscado y normalizado.

CATIA toma como diámetro de un agujero roscado la distancia entre picos

del filete, la cual es inferior al diámetro del tornillo, y por lo tanto se crea

una interferencia. Al ser unas interferencias controladas, se anotan como no

relevantes.

Además CATIA abre una ventana secundaria (Ilustración 101) donde se

visualiza el contacto o interferencia entre las dos piezas, representando

exclusivamente estas piezas para una mayor claridad del evento.


71

Ilustración 101

6.4. Otros conjuntos

Horquilla de dirección

Ilustración 102


72

Botellas de dirección

Ilustración 103

Manillares

Ilustración 104


73

Ilustración 105

Bieletas

Se le ha dado un grado de transparencia a las propias bieletas para

poder observar con mayor claridad el conjunto.



74

Basculante

Ilustración 108

Finalmente se puede proceder a realizar el ensamblaje final de todos los

sub-ensamblajes anteriormente expuestos, atendiendo a las restricciones

geométricas que definen la motocicleta y que se decidieron en procesos

anteriores al diseño.

Con la intención de usar este montaje en el módulo de DMU Kinematics,

lo primero que se hace es definir un cuerpo base que servirá como

carretera. Consiste en tres líneas rectas, una sería el suelo propiamente

dicho, y las otras dos servirán de apoyo a los ejes de las ruedas.

Si se montara la motocicleta de forma real, al apoyarla en el suelo

ambas suspensiones se acomodarían al peso propio de la motocicleta,

quedando, lógicamente, las dos ruedas reposando sobre el suelo. Este

acomode de las suspensiones no se puede conocer a priori. Las cuatro

variables que definen la geometría de la motocicleta en reposo son:

Distancia entre ejes, Ángulo de avance (ángulo formado entre la pipa y la

vertical), distancia entre ejes del amortiguador trasero y distancia entre el

eje de la rueda delantera y la cabeza de los cilindros. El ángulo de avance

se definió al decidir la geometría del chasis y viene determinado por ser una

motocicleta de carreras; por lo tanto se opta por definir la distancia entre

ejes del amortiguador trasero, dejando las otras dos variables libre de

forma que la motocicleta se pueda adaptar a todas las restricciones

impuestas.

El proceso seguido fue: colocar ambas ruedas (haciendo Coincidence de

cada eje con su línea correspondiente), colocar las botellas de la dirección


75

sobre la rueda delantera, a continuación los cilindros con las cazoletas, los

manillares y posteriormente el chasis. Para terminar se monta el sistema de

suspensión trasero (bieletas, basculante y amortiguador trasero) uniendo la

rueda trasera al eje del basculante.

El resultado es el siguiente:

Ilustración 109

Ilustración 110


76

Capítulo 7. Animación y Despiece

Además de modelar piezas y crear conjuntos, CATIA tiene la posibilidad

de poder animar mecanismos y crear vídeos de estas animaciones.

El espacio de trabajo en cuestión se llama Digital Mockup, en el que se

permite no sólo crear animaciones, sino también realizar comprobaciones y

análisis de los mecanismos. Dentro de las posibilidades que ofrece este

espacio de trabajo, los módulos que se expondrán en este capítulo son DMU

Fitting y DMU Kinematics.

7.1. DMU Kinematics:

Todo sólido rígido tiene seis grados de libertad, tres translaciones y tres

giros, pero si este sólido forma parte de un mecanismo, los pares

cinemáticos entre sólidos restringen estos grados de libertad de forma que

sólo queda el movimiento permitido por el conjunto. Esta es la filosofía en la

que se basa DMU Kinematics, el cual trabaja a partir de un ensamblaje ya

creado en Assembly Design.

El primer paso necesario para crear un mecanismo es elegir un sólido

base, a partir del cual se unirán el resto. Para ello se pulsa la herramienta

Fixed Part dentro de la paleta DMU Kinematics. Posteriormente se podrán

definir todos los pares cinemáticos necesarios entre los sólidos que formen

el mecanismo usando la paleta de herramientas Kinematics Joints.

En el proyecto que nos ocupa, se toma el sólido base (carretera)

definido en el capítulo anterior como sólido fijo para la simulación.

Se pretende conseguir que la motocicleta recorra una distancia en línea

recta. Si no se tiene en cuenta la transferencia de carga durante el

movimiento, se puede suponer que la motocicleta está formada por un

sólido rígido sobre dos ruedas. De esta forma y usando la herramienta Rigid

Joint se unen la suspensión delantera, el chasis y la suspensión trasera a un

sólido auxiliar. Este sólido consiste en una línea horizontal coincidente con

el sólido base, y tres líneas perpendiculares al plano medio de la moto en

los ejes de las ruedas y el piñón.

A continuación se usa la herramienta de par prismático entre el sólido

auxiliar y el sólido base para definir el movimiento rectilíneo de la

motocicleta sobre dicho sólido base y seguidamente se definen dos pares de

revolución entre las ruedas y el sólido auxiliar.


77

El siguiente paso es poder relacionar los pares anteriores, ya que en la

realidad la motocicleta se mueve sobre la carretera porque el piñón

transmite el movimiento del motor a través de la cadena al plato, y éste a

la rueda trasera, la cual gracias al rozamiento entre el neumático y el

asfalto impulsa a la motocicleta hacia delante, y por lo tanto la rueda

delantera también se mueve.

Para conseguir esta serie de movimientos se usan las herramientas

Gear Joint y Rack Joint. La primera es un par de engranaje, para lo que se

necesitan dos pares de revolución y una relación entre ellos. Este tipo de

par de usa entre el piñón y la rueda trasera; y entre las dos ruedas. La

relación de engranaje entre el piñón y la rueda trasera viene definida por el

número de dientes del piñón y el plato (como se explicó en el capítulo 5).

El segundo par es un par piñón-cremallera y se usa para simular el

movimiento transmitido por la rueda trasera al suelo, en este caso el sólido

base.

A continuación se da movimiento a la cadena. Debido a limitaciones

técnicas se decide modelar y simular la cadena en un archivo CatProduct

distinto. Para conseguir que la cadena se mueva a la vez que lo hace la

motocicleta, es necesario ensamblarla dentro del conjunto final, lo que

supone añadir más de 100 sólidos y más de 200 restricciones y pares

cinemáticos. Nuestro ordenador no está preparado para manejar tanta

información de una forma efectiva.

Se prosigue con la explicación de montaje de la cadena.

La elaboración de la cadena es uno de los trabajos más laboriosos y

tediosos dentro del proyecto, ya que no sólo se trata de modelar, lo que

facilitaría la tarea enormemente, sino de dar movimiento a la propia cadena

de forma coherente al de la motocicleta.

La cadena tiene una relación muy estrecha con el piñón y el plato o

corona, como ya se comentó en capítulos anteriores. Esta relación

determinará el movimiento de las piezas.

Dentro del módulo de Assembly Design, lo primero que debe realizarse

es la creación de un Part que servirá de base, el cual constará de dos poli-

líneas, que a su vez se forman por dos curvas y dos rectas, cuya geometría

viene definida por el piñón y el plato.

A continuación se coloca el primer eslabón que servirá como guía al

resto usando relaciones de ensamblaje. Posteriormente se pasa al módulo

DMU Kinematics donde hay que definir el mecanismo eligiendo al Part con

las líneas guías como anclaje. Este primer eslabón necesita de tres pares

cinemáticos para quedar definido (dos pares de punto deslizante y uno de


78

rodadura con deslizamiento). El siguiente eslabón sólo necesitará dos (par

de revolución entre eslabones y punto deslizante con la línea guía). El resto

de eslabones también necesitarán sólo dos pares.

Una vez rellanada una de las rectas que forman las líneas guía, ya que

no se pueden seleccionar líneas curvas a la hora de imponer restricciones

de montaje, se tiene que mover el conjunto para hacer espacio a más

eslabones. Para ello se simula pinchando en Simulation with Commands.

Aparecerá un cuadro (Ilustración 111) en el que se puede mover una barra

y desplazarse por la animación usando las teclas típicas de vídeo.

Ilustración 111

Una vez colocada la cadena en el lugar deseado, se vuelve al módulo de

Assembly Design, donde se pedirá actualizar. Como se ha comentado

anteriormente, no se puede seleccionar una línea curva al imponer

restricciones de ensamblaje, por lo que CATIA interpreta que todos los

eslabones deben estar en la línea recta, por lo tanto si se actualiza el

archivo, todos los eslabones se alinearán (Ilustración 112), lo cual no es un

resultado posible. Para evitar esto, lo que se debe hacer es trabajar en el

árbol.

Se abren las Constraint y desplazándose verticalmente se observa que

algunas necesitan actualización (todas aquellas que están involucradas con

la línea guía). Abriendo el menú contextual y pinchando sobre Object se

despliega un sub-menú contextual donde una de las opciones es Deactivate,

se pulsa sobre ella. Se tiene que realizar la misma acción sobre todas y

cada una de las restricciones que necesiten actualización. De esta forma se

evita que la cadena se desplace.


79

Ilustración 112

Realizando este proceso las veces necesarias hasta rellenar la línea

guía, se obtiene la cadena.

Ilustración 113

Finalmente se añaden el piñón y el plato (Ilustración 114). Usando el

par de engranaje, se relaciona el giro de ambos. Se selecciona el giro del

piñón como variable de entrada, o Command.


80

Ilustración 114

En estos momentos se tienen dos variables de entrada, una para la

cadena y otra para el piñón-plato, pero ambas están relacionadas. Para

definir esa relación se necesita un vínculo y este será un sketch aleatorio

sobre el Part Base. Pinchando en el árbol sobre los dos Commands, se

selecciona Object, Definition donde se abrirá una nueva ventana (Ilustración

115). En ella aparece una opción Link donde se podrá elegir el sketch

anterior. Realizando esto sobre las dos variables de entrada, ambas estarán

conectadas.

Ilustración 115

De forma predeterminada la relación entre ambas variables es de 1mm

recorrido por la cadena corresponde a 1º de giro del piñón, por tanto se

tiene un movimiento descompensado entre ambos elementos.

Se calcula la longitud de un arco de circunferencia del diámetro

primitivo del piñón para 1º. En este caso es de 0,463mm. Cambiando esta

relación que se tenía como predeterminada por la calculada, se tiene una

perfecta sincronización entre la cadena y las ruedas dentadas.


81

7.2. DMU Fitting

Para realizar un estallado y montaje de un conjunto existen dos

opciones en CATIA DMU Navigator o DMU Fitting. La gran diferencia que

existe entre ambos es la posibilidad que tiene el segundo en seleccionar y

mover más de un sólido a la vez, lo que es muy útil en conjuntos de

muchas piezas como es el caso.

DMU Fitting ofrece dos herramientas para realizar los movimientos:

Shuttle o Track.

En el primer caso el proceso consiste en definir los grupos de piezas que

se quieran mover conjuntamente, desplazándolos poco a poco y grabando

en Simulation las distintas posiciones.

El segundo caso implica, como su propio nombre indica, generar una

serie de trayectorias asociadas a las piezas o conjuntos de piezas que

después se unirán en una secuencia.

A grandes rasgos éstas son las características de las dos posibilidades

que se presentan. Para realizar la animación se ha optado por una

combinación de las dos; es decir, se han creado grupos de piezas a mover

conjuntamente con Shuttle, pero se han definido sus movimientos a través

de una serie de trayectorias. Este es el procedimiento más óptimo para

generar un despiece.

Cabría la posibilidad de realizar todo el proceso usando sólo la opción

Shuttle, pero su inconveniente es que la simulación se tendría que crear

paso a paso, lo que resulta lento y tedioso. Al igual que si sólo se usara

Track se tendría que mover pieza a pieza.

Por tanto la metodología a seguir es, usando Shuttle se crean todos los

grupos de piezas que tendrán un movimiento conjunto, incluso si son piezas

unitarias. De esta forma se deja todo preparado para crear las trayectorias

de cada grupo con Track.

Para crear un Track de forma eficaz se recomienda usar la herramienta

Editor dentro de la paleta Manipulation (Ilustración 116), la cual permite

mover cualquier pieza o grupo de piezas de forma exacta a partir de unos

valores en desplazamiento y rotación a rellenar por el usuario. Aunque

también se pueden realizar los movimientos simplemente arrastrando el

Compass.


82

Ilustración 116

Algo muy importante que hay que tener en cuenta al manejar Tracks, es

que las piezas quedan en la posición final del desplazamiento. Esto es muy

útil para encadenar movimientos y hacer movimientos compuestos (como

mover primero un grupo de piezas, y desde la nueva posición, mover tan

sólo unas pocas piezas de todo el conjunto). Para devolver las piezas a su

posición original bastará con pulsar sobre el icono de Reset.

Ilustración 117


83

Ilustración 118

Una vez creados todos los Tracks, se quiere crear la simulación del

despiece de forma continuada, es decir crear una secuencia. La herramienta

Edit Sequence (Ilustración 119) permite organizar los Tracks a través de un

cuadro en el que se pueden modificar el orden y duración de los Tracks,

además de unir dos ó más en una secuencia, ó configurar solape entre dos

de ellos.


84

Ilustración 119

El objetivo del despiece no es otro que llegar a tener un mayor

entendimiento de la motocicleta y su funcionamiento, por ello se pretende

que este despiece y montaje siga la forma más fidedigna posible a la

realidad, aunque hay ocasiones donde la propia tecnología de CATIA hace

imposible conseguirlo. Es el caso por ejemplo de la cadena; en la realidad,

la primera vez que se montase, ésta debería estar abierta para poder

colocarla atravesando el basculante y el porta-estribera, como en CATIA no

existe la opción de abrir la cadena es imposible que se realice el montaje de

esta manera.

A continuación se muestran una serie de ilustraciones representando

diferentes escenas del despiece realizado.


85

Ilustración 120

Ilustración 121


86

Ilustración 122

Ilustración 123


87

Ilustración 124

Ilustración 125


88

Ilustración 126

Ilustración 127


89

7.3. Video

Tanto para la simulación cinemática como para el despiece se pueden

crear vídeos con formato externo a CATIA (.avi) para una posterior

reproducción en un ordenador o reproductor sin necesidad de tener

instalado el programa.

Para el caso del módulo Kinematics, lo primero que hay que hacer es

crear una simulación a partir de la herramienta Simulation dentro de la

paleta DMU Generic Animation. A continuación, pulsando sobre Compile

Simulation se tiene la opción de crear un replay, que no es más que una

repetición de la simulación, o crear un archivo de video.

En el caso del módulo Fitting, se crea el archivo de vídeo directamente

de la secuencia. Para ello, pulsando sobre Tools en la barra de

herramientas, se encontrará una opción llamada Simulation y dentro de

ésta, Generate Video, donde simplemente se pide elegir la secuencia que se

quiera grabar.

Además de estas opciones, de forma común a ambas es posible generar

un vídeo grabando directamente la pantalla de trabajo de CATIA a partir de

una herramienta propia del programa. Desplazándose por la barra Tools se

observa la opción Image donde además de realizar instantáneas de la

pantalla (Capture), se puede grabar todo lo que se haga en directo (Video).

Todos los casos anteriores tienen dos problemas fundamentales, uno

que el tamaño de los archivos de vídeo que se crean son enormes, llegando

al ratio de más de 100Mb por segundo de vídeo. Además de existir una

incompatibilidad de Codecs (programas encargados de decodificar y

codificar archivos de audio y vídeo para su correcta reproducción).

Debido a las dificultades encontradas, se decide hacer uso de un

programa externo a CATIA llamado Camtasia, el cual permite la grabación

continúa de la pantalla. De esta forma el procedimiento a seguir es, se

enciende Camtasia, se reproduce una simulación o una secuencia y se

apaga el programa. Posteriormente, se edita el vídeo creado en el mismo

programa, obteniéndose la porción deseada, tanto en tiempo como en

pantalla.

A continuación se muestra una la interfaz que muestra el programa

cuando se edita un video.


90

Ilustración 128


91

Capítulo 8. Renderizado

El término Render proviene del inglés y se refiere a la creación de

imágenes foto-realistas a partir de un espacio creado por estructuras

poligonales. Durante el proceso se añaden colores, texturas e iluminación,

consiguiendo resultados muy cercanos a la realidad.

CATIA contiene un módulo dentro del espacio de trabajo Infrastucture

denominado Real Time Rendering, donde se puede aplicar material a cada

pieza, cambiar colores o posicionar un objeto en un escenario, consiguiendo

resultados aceptables dentro del mundo del renderizado.

En el mercado existen programas especialmente diseñados para esta

tarea donde se consiguen resultados más potentes que en CATIA. Debido a

que, como ya se comentó en el capítulo introductorio, el trabajo aquí

realizado forma parte de un proyecto que engloba a un equipo de

competición donde la excelencia es un requisito, se decide utilizar un

programa externo a CATIA para este cometido.

Dentro del mercado existen varias opciones, como 3DStudio (también

de la empresa Dassault Systemes), Indigo Render ó V-ray. Frente a todas

estas opciones se eligió el software KeyShot. El más recomendado por su

fácil manejo, por ser muy intuitivo, lo que no lo limita a la hora de

conseguir resultados profesionales.

La interfaz es muy sencilla (Ilustración 120), dividiéndose la pantalla en

tres partes, una a la izquierda conteniendo la biblioteca de colores,

texturas, etiquetas, iluminación y fondos; otra central donde se encontrará

el objeto a renderizar; y una a la derecha donde se encuentran las opciones

de configuración.

Ilustración 129


92

A continuación se expone en imágenes el proceso seguido hasta el

resultado final obtenido:

Ilustración 130

Ilustración 131


93

Ilustración 132

Ilustración 133


94

Capítulo 9. Conclusión

Durante la realización de este proyecto se han explorado y explotado

varios módulos de trabajo del programa CATIA V5 R20, tales como Part

Design, Generative Shape Design, Assembly Design, DMU Kinematics ó

DMU Fitting demostrándose un manejo suficiente en todos ellos y

enseñando las bondades y puntos menos fuertes de este programa.

Se puede concluir que CATIA V5 es uno de los programas CAD más

potentes en el mercado, donde se consiguen resultados reales y totalmente

aplicables a la industria. Además CATIA se caracteriza por tener un entorno

intuitivo al que el usuario puede adaptarse fácilmente, lo que ayuda a su

integración dentro de una empresa.

Hay también que mencionar que además de muchas cualidades, CATIA

tiene puntos débiles que se han ido encontrando a lo largo del proyecto,

como es el caso del diseño de la cadena. El hecho de que no se permita

seleccionar una línea curva en la determinación de un par de punto

deslizante en el módulo DMU Kinematics, obligó a crear una cadena

totalmente tensa lo que no es real ni efectivo. Este hecho sumado a que la

distancia entre ejes del piñón y el plato estaba fijada por la geometría de la

motocicleta, trajo como consecuencia que fuese imposible hacer coincidir el

perímetro de la cadena con el número de eslabones, obteniéndose una

cadena no cerrada.

El objetivo impuesto al comienzo de este proyecto fue el de diseñar una

motocicleta de carrera, lo cual se puede afirmar que como mecanismo si se

ha conseguido (estando modeladas en su totalidad las ruedas, la

suspensión delantera, el chasis, el amortiguador trasero, junto con el

basculante y el motor, la motocicleta puede mantenerse en pie e incluso

rodar), aunque faltan algunas piezas imprescindibles para su

funcionamiento real, como serían el radiador, las manetas de frenos y

embrague ó el depósito.

Completar la motocicleta se deja para posteriores trabajos dentro del

equipo o para futuros proyectos.

Se quiere además hacer mención de que la ejecución de este proyecto

no sólo supuso el diseño propiamente dicho de una motocicleta de carrera

sino además coordinar un grupo de trabajo. Como se ha mencionado

anteriormente, el proyecto forma parte del equipo US-Racing Engineering,

el cual lo forman más de 20 estudiantes, algunos de ellos encargados del

diseño de piezas concretas (las cuales se pueden ver en el Capítulo 5). Este


95

hecho conlleva crear una metodología de trabajo, decidir un tipo de fichero

común, además de llevar un seguimiento periódico del proceso de diseño,

para que no sólo se llegue a obtener satisfactoriamente una pieza unitaria,

sino que además quede perfectamente englobada dentro de un conjunto

más amplio.


96

Capítulo 10. Bibliografía

[1] Motostudent.com, «Motostudent 2013,» [En línea]. Available:

http://www.motostudent.com/. [Último acceso: 11 Mayo 2014].

[2] Totalmotorcycle.com, «The History and Future of Motorcycles and

motorcycling - From 1885 to the Future. Electric, Gas, Diesel, Hybrid

Motorcycles,» [En línea]. Available:

http://www.totalmotorcycle.com/future.htm#1800s. [Último acceso:

11 Mayo 2014].

[3] E. Britannica, «motorcycle (vehicle),» [En línea]. Available:

http://global.britannica.com/EBchecked/topic/394358/motorcycle.

[Último acceso: 11 Mayo 2014].

[4] G. Georgano, Early and vintage years 1886-1930, Broomhall: MAson

Crest Publishers, 2002.

[5] J. Lienhard, Inventing modern, Nueva York: Oxford University Press,

2005, pp. 120-121.

[6] L. Setright, The Guinness book of motorcycling facts and feats, Enfield:

Guinness Superlative, 1979.

[7] M. Walker, Motorcycle, Baltimore: Johns Hopkins University Press,

2006.

[8] M. USA, «Triumph Motorcycle History,» [En línea]. Available:

http://www.motorcycle-usa.com/689/2598/Motorcycle-

Article/Triumph-Motorcycle-History.aspx. [Último acceso: 11 Mayo

2014].

[9] Pcmotors.com, «History of Harley-Davidson Motor Company,» [En

línea]. Available: http://pcmotors.com/harley.html. [Último acceso: 11

Mayo 2014].

[10] V. Willoughby, Exotic motorcycles, Londres: Osprey, 1982.

[11] M. A. Paz, Motocicletas, Madrid: Dossat, 2003.

[12] SolidWorks, «Historia de la empresa,» [En línea]. Available:

http://www.solidworks.es/sw/656_ESN_HTML.htm. [Último acceso: 18


97

06 2014].

[13] Mbinfo.mbdesign.net, «Marian Bozdoc's History of CAD,» [En línea].

Available: http://mbinfo.mbdesign.net/CAD-History.htm. [Último

acceso: 11 Mayo 2014].

[14] Cadazz.com, «CAD software history CAD CAM computer aided design,»

[En línea]. Available: http://www.cadazz.com/cad-software-

history.htm. [Último acceso: 11 Mayo 2014].

[15] Motogp.com, «motogp.com,» [En línea]. Available:

http://www.motogp.com/es/MotoGP+Basics/history. [Último acceso:

12 Mayo 2014].

[16] F. J. R. Gómez, «Recreación virtual del primer barco de vapor con

ruedas de paletas. Proyecto fin de carrera,» 2010.

Diseño en CATIA V5 de una moto de...

Documents

Transcript of Diseño en CATIA V5 de una moto de...