Diseño y construcción del marco y basculante para una bicicleta eléctrica por medio de la técnica de optimización estructural topológica

Abstract

El objetivo principal del presente trabajo de investigación fue diseñar y construir un marco y basculante para una bicicleta eléctrica por medio de la técnica de optimización estructural topológica. Para el diseño de estos componentes se seleccionó medidas para una talla de bicicleta M que es para una persona de 160 a 180 cm de estatura, se utilizó el software SolidWorks para los diseños y; para la simulación y optimización topológica se utilizó Ansys Student. Una vez comprobado en Ansys el comportamiento estructural del diseño optimizado se procedió a construir el marco y basculante, en este caso el material seleccionado fue el acero estructural A36 y el proceso de soldadura empleado fue el MIG; la optimización se realizó mediante el corte por plasma para posteriormente pasar por un proceso de pulido de los cortes y de esta forma dar un mejor acabado. Los resultados obtenidos mostraron que con la optimización topológica en los diseños construidos se reduce una cantidad del 16.13% del peso total de los elementos, este resultado varía con respecto al valor obtenido en el software que fue del 17.82%, sin embargo, esta diferencia no es muy significativa. En el caso de los diseños construidos, el peso inicial total fue de 6.2 Kg, al realizar el pesaje de cada elemento una vez optimizados se comprobó que a cada elemento se redujo 0.5 Kg, de esta forma se pudo afirmar que se redujo un peso total de 1 kg del diseño. Además, los análisis estructurales mostraron que los diseños optimizados si soportarán la carga aplicada, en este caso la carga fue de 1112.07 N correspondiente a una persona de 113,4 Kg, el factor de seguridad mínimo obtenido fue de 1.03 que corresponde a la prueba a fatiga cuando el ciclista está sentado, por otro lado, el valor más alto fue de 3.38 correspondiente a la prueba estática con el ciclista también sentado. Para el ensamble final de la bicicleta se utilizó una suspensión delantera de aire y para la trasera una suspensión combinada de aire y resorte, de esta forma se garantizó la aplicación para una bicicleta eléctrica. Con la optimización topológica realizada se logró reducir el material innecesario lo que es una reducción de peso el cual permite un mayor aprovechamiento de la energía utilizada para mover a la bicicleta.