Choosing the optimum material for making a bicycle frame

Eligiendo el material óptimo para fabricar un cuadro de bicicleta

Este artículo presenta los resultados obtenidos tras las simulaciones por el método de los elementos finitos (MEF) en un cuadro de bicicleta fabricado con 3 materiales diferentes, Al6061, fibra de carbono y Ti6Al4V, con el fin de identificar el material óptimo para la fabricación del respectivo cuadro. Las piezas del cuadro fabricadas con Al6061, Ti6Al4V se unirán mediante el método WIG (gas inerte wolframio). Teniendo en cuenta los resultados obtenidos y siguiendo los experimentos, podemos ver que el material óptimo para fabricar el cuadro de la bicicleta es el Ti6Al4V, pero el principal impedimento para el uso a gran escala del material es su elevado coste

INTRODUCCIÓN

Uno de los principales problemas relacionados con el diseño de cualquier producto es la elección del material adecuado para soportar todas las cargas y tensiones, permanentes o accidentales, que puedan producirse durante su utilización. Con el fin de reducir el tiempo necesario para la fabricación y el ensayo de los productos, se pueden realizar una serie de simulaciones que podrían ayudar a los diseñadores a reducir significativamente el número de posibles materiales de los que pueden estar hechos los futuros productos.

En general, una bicicleta puede definirse como un vehículo de carretera con dos ruedas, dispuestas una detrás de otra, que se pone en movimiento mediante dos pedales. Se estima que montar en bicicleta es tres veces más eficiente que caminar, mientras que la velocidad es de tres a cuatro veces mayor [1].

El ciclismo se divide en las siguientes ramas [2 - 4]: BMX; Trial; Street; Dirt; XC - Cross Country; Marathon; Tr - Trail; AM - Allmountain; Fr - Freeride; Dh - Downhill.

El tamaño del cuadro está representado por la longitud del tubo del cuadro desde el eje del pedalier hasta la parte superior del tubo del sillín; los tamaños varían de una categoría a otra y de un ciclista a otro.

Otra característica especial se encuentra en los cuadros Dh - Downhill, ya que tienen suspensión total, lo que significa que el cuadro está formado por el propio cuadro y una pieza de amortiguación (neumática o hidráulica).

MATERIALES Y MÉTODOS

En la actualidad, para la fabricación de cuadros de bicicleta se utilizan principalmente los siguientes materiales:

• Aleación Al 6061 - para las bicicletas utilizadas en Trial, Street, XC, Tr, Am y Fr;
• fibra de carbono - para las bicicletas utilizadas en maratones;
• titanio: se utiliza cada vez más para fabricar cuadros de bicicleta.