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domingo, 11 de agosto de 2013

Cota Prototipo Open III: El subchasis

Cuando comenzaron a diseñarse las motos con monoamortiguadores, la parte del chasis que anteriormente soportaba los dos amortiguadores traseros, el asiento y el guardabarros trasero, paso a ser menos resistente ya que los grandes esfuerzos exigidos a la amortiguación trasera pasaban a transmitirse por el monoamortiguador directamente a la espina dorsal de la moto, en su anclaje superior. Esta parte del chasis denominada subchasis, pasó en muchas monturas a unirse atornillada al chasis principal en vez de soldada y permitiendo luego que se pudiera fabricar en materiales más ligeros, como aluminio e incluso plástico, como he visto en algunas enduro actuales, que aunque lo llamen fibra no deja de ser un polímero.

Partiendo del chasis elegido de una Cota 310 para nuestra prototipo lista para correr en categoria Open, nos queda solucionar la selección del subchasis teniendo en cuenta que en este caso va a soportar dos amortiguadores con un esfuerzo importante cuando exijamos a la amortiguación trasera el máximo. Este subchasis para dar la rigidez y consistencia adecuadas, le debemos soldar al chasis por lo que podemos descartar el de la 310 al estar hecho de aluminio. Podemos utilizar el de acero de la Cota 307 que disponemos de él por haber utilizado ya el basculante de la misma moto donante. Pero nos convence más el de la 309, que además de ser geométricamente igual que el de la 310, esta construido en acero y soldable por tanto. El subchasis de la Cota 309 tiene la zona del asiento situada en un plano más bajo todavía, lo cual para trial es muy conveniente por razones de movilidad dejando un altura al suelo muy baja.


Menor altura de la zona del asiento en el subchasis de aluminio de la cota 310, geométricamente  idéntico al de la 309.
Es obvio que la única posición posible de los soportes superiores de los amortiguadores es en la intersección de los lados trasero del subchasis con la cuna casi horizontal soporte del guadabarros, ya que es en este punto dónde los esfuerzos de los amortiguadores se van a transmitir directamente a las barras del subchasis.

Esquema de descomposición de fuerzas en el punto de anclaje superior de amortiguadores 
Apertura de huecos dónde soldar el eje apoyo amortiguadores 

Es conveniente que los soportes superiores de los amortiguadores al igual que hicimos con los inferiores sobre el basculante queden bien alineados, paralelos al eje basculante y por tanto, perpendiculares al plano longitudinal de la moto. Para ello comprobamos mediante dos barras de suficiente longitud que las entallas practicadas en el subchasis donde soldaremos los soportes están bien alineadas. Y para que los dos ejes sobre los que pivotan levemente los amortiguadores traseros estén perfectamente alineados, mandamos fabricar a torno la pieza de la foto de abajo. Partiendo de varilla de acero calibrada de diámetro 18, se cilindran los dos asientos de los amortiguadores en ambos extremos a diámetro 12 y a la distancia conveniente para los amortiguadores The Magicals que voy a instalar. Sendas roscas internas en los extremos de M6 permitirán fijar los tornillos y arandelas que harán tope lateral de los amortiguadores impidiendo que se salgan. Me inspiro en el diseño de la Cota 242, como alguien habrá podido observar.


Nunca llegué a comunicar verbalmente con el tornero ya que lo hice a través de un amigo al cual le envié el croquis electrónicamente y este a su vez al taller de mecanizados. El croquis es el lenguaje de la ingeniería de fabricación. Un croquis bien hecho especifica como es una pieza concreta univocamente, y eso que según me recuerda el profesor Agulló, me salto todas las reglas de croquización, de las que no me acuerdo.



Con el objeto de ganar recorrido de suspensión trasera queremos que ambos soportes de amortiguadores, superior e inferior, estén lo más adelantados posible. Esto hará que el angulo de giro de replegamiento del basculante sea mayor y, por tanto, el recorrido de la rueda trasera. Es por esto por lo que tratamos de llevarnos el subchasis hacia adelante, en lugar de soldarlo al chasis en la posición en que originalmente iba atornillado. Sin embargo tenemos un límite de adelantamiento del suchasis por dos motivos, el espacio que ocupan el silencioso intermedio del escape y la caja de filtro que van en el hueco entre subchasis y chasis.

Subchasis adelantado en la zona superior


Subchasis adelantado en la zona inferior

La inclinación de los amortigudores nos va a proporcionar la progresividad de la amortiguación. Modelizamos el mecanismo de la amortiguación trasera, basculante y amortiguadores, en una hoja Excel con representación gráfica. De esta forma y en función de las configuraciones posibles obtenemos tanto el recorrido de la suspensión como la progresividad de ésta.

Para lo primero es determinante la posición de los anclajes del amortiguador, el propio recorrido de los amortiguadores The Magicals y, algo que no debe pasarse por alto, que es la longitud del amortiguador libre, es decir, completamente extendido.  En mi caso por lo menos las variables longitud de amortiguador y recorrido de éste las tenía fijas, pues para que no se me disparara el presupuesto quería utilizar los The Magicals de mi Cota 349. Estos miden 350 mm. entre centros y tienen un recorrido de 95 mm. Para medir el recorrido se desmonta el muelle del amortiguador y simplemente se mide lo que se puede encoger. Podemos comprobar que el muelle se puede encoger mucho más que el vástago, no suponiendo ningún límite en el recorrido. Quiero decir que el muelle con el amortiguador comprimido a tope, todavia tiene sus espiras algo separadas.

Casi infinitas presentaciones y montajes antes de puntear. Todo tiene que acoplar a la perfección..

Si hubiese podido escoger del mercado unos amortiguadores, podría haber elegido los The Magicals de 340 mm. pues creo que estos tienen el mismo recorrido que los de 350 mm., pero que al ser más cortos permitiría un anclaje en el basculante trasero todavía más adelantado, dándonos más recorrido a la amortiguación, aunque habríamos perdido en progresividad y éstos hubiesen quedado en una posición demasiado vertical y antiestética.

La progresividad la observamos con el modelo realizado en la hoja Excel y comparando las gráficas que obtenemos de la deformación angular versus fuerza en la rueda trasera. La curva con una amortiguación lineal sería una recta y con progresividad una curva concava, blanda al principio del recorrido y dura al final. Cuanta más panza en la curva más progresiva es. La inclinación de los amortiguadores y el anclaje de estos al chasis y al basculante nos van a dar distintas progresividades. Observamos por ejemplo, cómo la geometría de una Ossa TR80 es mayor que en un Cappra VB dónde los amortiguadores están muy verticales. Pero hay que decirlo, no hay mucha diferencia y la panza o progresividad es muy leve en los simples mecanismos de las twin-shock.

Siento no poder ofrecer mejores imágenes de los modelos para el cálculo de los sistemas de suspensión trasera, pero la única forma que tengo es grabándolos con cámara de vídeo. En el primero se tiene el modelo desarrollado para el sistema de basculante simple y dos amortiguadores. En el segundo vídeo se puede observar y calcular el comportamiento del sistema de bieletas PRS de la Cota 310.

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Alguien iniciado en geometría descriptiva y trigonometría puede hacerse cargo de cómo se calcula el mecanismo de una suspensión trasera. El mecanismo en sí es muy simple pero el desarrollo de la formulación de los triángulos es bastante largo y tedioso, aunque una vez hecho cualquier combinación geométrica de longitudes de basculantes, posición de anclajes, durezas de muelles, etc. se observa matemáticamente su comportamiento, pudiéndose hacer hacer comparativas y optimizaciones. Sin embargo, y por la curiosidad que me carcomía me entretuve unas cuantas horas en desarrollar el modelo también para una suspensión basada en bieletas. Aquí la formulación se hace extremadamente complicada por la cantidad de triángulos a resolver y la infinidad de términos trigonómetricos anidados, directos e inversos que resulta. De hecho para calcular la serie de giro basculante vs. esfuerzo en rueda trasera con una fórmula en una celda, ésta no cabía y la tuve que hacer por trozos, descomponiendola en tres parámetros

Definición de ángulos variables, segmentos, triángulos y cuadriláteros deformables






Cuatro parámetros como el que está editado en Excel a base de funciones componen el esfuerzo del terreno sobre la rueda trasera de una Cota 310 en función del ángulo de giro del basculante. ¡Para volverse loco!


Comparativa del comportamiento de varias suspensiones traseras


Pero mi curiosidad se quedó satisfecha al observar que en una moto con bieletas la progresividad de la amortiguación trasera es enorme en comparación con una de doble amortiguador. Nada que ver. Ahora entiendo porqué en mi moto de trial moderna o en una Cota 310 es casi imposible hacer tope con la amortiguación trasera y sin embargo al principio del recorrido se mueve como un flan.

Volviendo al prototipo, que me pierdo. Para soldar el subchasis al chasis lo más alineado posible me hago con dos perfiles de hierro agujereados a distancias iguales y atravesados a la altura del eje del basculante y del eje soporte amortiguadores, como en la foto. De esta manera me aseguro el perfecto y deseado paralelismo de ejes.





Mediante dos perfiles agujereados a la misma distancia situo el suchasis con los ejes basculante y soporte amortiguadores paralelos


Detalle del soporte superior amortiguadores, el cual cortaremos la parte central.


Subchasis punteado y refuerzo triangular en soportes superiores amortiguadores 

El punto que más va a trabajar a tracción cuando se le exija lo máximo a la amortiguación trasera  requiere un refuerzo.

Después de soldar, la tuerca se elimina

Pero el subchasis de Cota 309 elegido por ser todavía más bajo que el de Cota 307, tiene una pega y es que las barras horizontales dónde apoyará el asiento tienen un doblez para permitir precisamente que el asiento se quede en una situación más baja. Estas curvas de las barras horizontales del subchasis a la altura del asiento no dan continuidad al esfuerzo a compresión que se produce en éstas como se vio en la figura de la descomposición de fuerzas que se produce en el anclaje superior del amortiguador. Como además en la Cota 309 el subchasis no soporta la amortiguación trasera, los esfuerzos que tiene que soportar este elemento son distintos y menores; el peso del piloto cuando se sienta o algún golpe de caídas. Es por ello que el tubo de cromolibdeno del que esta construido los chasis de estas motos, más concretamente de acero 25CrMo4 o en denominación UNE F-2220 es de menor sección que en el chasis de la última twin-shock de la familia, la Cota 242.


Con los dos tubos rojos damos continuidad a la estructura permitiendo que la componente a compresión  descargue en la espina dorsal de forma directa


Esta mencionada doblez impide la continuidad de la estructura tan deseada en resistencia de materiales y provocando que las barras dejen de trabajar sólo a compresión y pasen a hacerlo, en este punto, también a flexión. Decidimos por tanto darle a la estructura esa continuidad y prolongar estas barras hasta la espina dorsal soldándoles dos tubos del mismo material F-2220 y proveniente de otro chasis de color rojo. De esta manera reforzamos en el punto crítico del subchasis previamente habiendo comprobado que no interfiere con ningún otro elemento, como el carburador que cae muy próximo.

Vista desde abajo de los tubos prolongadores rojos a espina dorsal presentados con alambre.

Vista desde arriba

Vista desde detrás

Otra zona necesaria de refuerzo es la parte superior del subchasis. Aquí se producen los dos grandes esfuerzos de cada amortiguador cuando le pedimos a la amortiguación trasera el máximo, en trial, por ejemplo, yendo muy rápido en interzona y saltar una zanja imprevista con la rueda delantera elevada. Contra la trasera se produce el máximo esfuerzo, llevándola a hace tope fácilmente. Para que el reparto de fuerzas en esta zona y su transmisión al subchasis sea rígida le soldamos la pieza de acero en forma de visera que se observa en las fotos agujereada para aligerar.

Subchasis ya soldado, con refuerzo superior y barra sobrante soportes amortiguadores eliminada.

Subchasis soldado y geometría trasera definida
Con el chasis ya soldado en sus partes claves, procedemos a soldar los soportes de accesorios como la orejeta soporte del escape, orejeta adicional para la caja filtro,


el soporte trasero del triangulo que une espina dorsal con culata, las chapitas en las Us de los soportes estriberas para que estas queden perfectamente horizontales.






¡Ya va quedando menos!

1 comentario:

Carlos Martín dijo...

Buenos días, enhorabuena por la proto, es una auténtica maravilla por técnica y estética, es una reforma muy estudiada, chapó. Estoy dándole vueltas a modificar una cota 309 para adecuarla a la estética de la 307 y mi consulta es si el chásis de la 309 y subchásis trasero de la 307 son compatibles al 100% a fin de anclar el conjunto depósito-sillín-guardabarros. Muchas gracias por tu ayuda y nuevamente enhorabuena por tu trabajo, da gusto verlo. Carlos.