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[ES] En el presente trabajo se plantea realizar inicialmente un análisis del estado de arte sobre la evolución de la bicicleta según diferentes modalidades y usos, los componentes que la forman y materiales empleados, así como los procesos de fabricación. Con ello, se propone como objetivo principal del diseño, cálculo y selección de materiales para un cuadro de bicicleta de carretera a partir de los requerimientos funcionales determinados. En una primera fase, se plantea establecer una geometría básica sobre la que poder realizar la hipótesis de carga mediante el empleo del método de los elementos finitos que originaría un ciclista de forma estática y en movimiento. Esta etapa puede sufrir diferentes iteraciones hasta lograr optimizar la geometría del cuadro. A partir del análisis de fuerzas a las que el cuadro está sometido, se podrá en una segunda etapa estudiar los distintos materiales seleccionados con ayuda del software GRANTA CES Edupack. Se tendrá en cuenta también en esta fase, aspectos relacionados con los procesos de fabricación y acabado superficial. Finalmente, se propone un estudio económico en el que se incluyan los diferentes requisitos del proceso de diseño llevado a cabo., [CAT] En aquest treball es planteja realitzar inicialment una anàlisi de l'estat d'art sobre l'evolució de la bicicleta segons diferents modalitats i usos, els components que la formen i els materials emprats, així com els processos de fabricació. Amb això, es proposa com a objectiu principal del disseny, càlcul i selecció de materials per a un quadre de bicicleta de carretera a partir dels requeriments funcionals determinats. En una primera fase, es planteja establir una geometria bàsica sobre la qual poder fer la hipòtesi de càrrega mitjançant l'ús del mètode dels elements finits que originaria un ciclista de forma estàtica i en moviment. Aquesta etapa pot patir diferents iteracions fins aconseguir optimitzar la geometria del quadre. A partir de l'anàlisi de forces a què el quadre està sotmès, es podrà en una segona etapa estudiar els diferents materials seleccionats amb ajuda del programari GRANTA CES Edupack. Es tindrà en compte també en aquesta fase aspectes relacionats amb els processos de fabricació i acabat superficial. Finalment, es proposa un estudi econòmic en què s'incloguin els diferents requisits del procés de disseny dut a terme., [EN] In the present work, it is proposed to initially carry out an analysis of the state of the art on the evolution of the bicycle according to different modalities and uses, the components that form it and the materials used, as well as the manufacturing processes. With this, it is proposed as the main objective of the design, calculation and selection of materials for a road bicycle frame based on the determined functional requirements. In a first phase, it is proposed to establish a basic geometry on which to carry out the load hypothesis by using the finite element method that a static and moving cyclist would originate. This stage can undergo different iterations until the geometry of the frame is optimized. From the analysis of the forces to which the frame is subjected, it will be possible in a second stage to study the different materials selected with the help of the GRANTA CES Edupack software. In this phase, aspects related to manufacturing processes and surface finishing will also be taken into account. Finally, an economic study is proposed in which the different requirements of the process are included, both from the point of view of the material and the manufacturing process of a road bicycle frame.

[ES] El objetivo de este TFG es el diseño de un cuadro de bicicleta comprobando la influencia que pueden tener parámetros de fabricación como el uso de distintos materiales (acero, aluminio, titanio), la forma de los tubos (sección circular o elíptica) o la posición de las soldaduras, entre otros, en los parámetros importantes para su comportamiento como el peso, la absorción de vibraciones debidas al estado de la carretera o la resistencia a la flexión debida a las fuerzas del pedaleo (rigidez lateral), teniendo también en cuenta el coste. Para analizar el comportamiento del cuadro se empleará el método de los elementos finitos., [EN] The objective of this final degree project is the design of a bicycle frame, checking the influence that manufacturing parameters such as the use of different materials (steel, aluminum, titanium), the shape of the tubes (circular or elliptical) or the position of the welds, among others, in important parameters such as weight, absorption of vibrations due to road conditions or resistance to bending due to pedaling forces (lateral stiffness), also taking into account the cost, To analyze the behavior of the frame, the finite elements method will be used., [CA] L’objectiu d’aquest treball de fi de grau és el diseny d’un quadre de bicicleta comprovant la influència que poden tindre paràmetres de fabricació com l’ús de diferents materials (acer, alumini, titani), la forma dels tubs (secció circular o elíptica) o la posició de les soldadures, entre altres, en els paràmetres importants com el pes, l’absorcio de vibracions degudes a l’estat de la carretera o a la resistència a la flexió deguda a les forces de pedaleig (rigidesa lateral), tenint en compte també el cost. Per a analitzar el comportament del quadre s’utilitzarà el métode d’elements finits.

Grado en Ingeniería Mecánica

RESUMEN: El presente Proyecto surge de la necesidad de diseñar un cuadro de bicicleta, para la modalidad de ciclismo en carretera, que cumpla las exigencias aplicables a esta disciplina, que es la más practicada. Son dos las partes en que se divide este proyecto: 1. Diseño en software CAD. Mediante Inventor se ha construido la totalidad de cuadro en formato 3D, mediante la definición de la geometría en bruto (2D) y la posterior definición de las secciones de tubo. Estas secciones son solevadas a lo largo de la longitud total de los tubos, consiguiendo el 3D final de la pieza. 2. Se hace uso del software Ansys con el que, por medio del método de elementos finitos (MEF), se consigue la simulación de los 5 ensayos correspondientes al apartado número 6, métodos de ensayo del cuadro y la horquilla, de la norma UNE-EN-ISO 4210, requisitos de seguridad para bicicletas. Se trata de 3 ensayos de fatiga: por fuerzas horizontales, fuerzas verticales y fuerzas de pedaleo; y 2 ensayos de impacto, con la inclusión de percutores o masas ancladas a distintas posiciones del cuadro. El presente Proyecto consigue un resultado atractivo con la resistencia estructural requerida y con un peso que se ajusta a la perfección a los de las marcas más punteras. El coste total para construir una sola unidad asciende a 5926,21 EUROS. ABSTRACT: This Project comes from the demand of desing a bike frame, specificly for road cycling, that fulfill the requirements applicable to this discipline, which it is the most practiced. The Project is divided in two parts: 1. Design in CAD software. Through Inventor it has been built the whole frame in 3D format, through the definition of the raw geometry (2D) and the later definition of the tubes sections. These sections are licked along the total tube longitude, getting the final model in 3D. 2. It is used the software Ansys with which, through the finite elements method (FEM), it is got the simulation of the 5 tests corresponding to the document 6, frame and fork test methods, of the norm UNE-EN-ISO 4210, security requirements for bicycles. It is about three fatigue test: by horizontal loads, vertical loads and pedaling loads; and two impact test, by the action of a firing pin and adding masses in diferent points of the frame. The present Proyect achieve an atractive result with the structural resistence required and a very good wheight, that fullfil perfectly to those of the best brands of the market. The final cost for building only one part amount to 5926,21 EUROS. Grado en Ingeniería Mecánica

Resumen: en el presente proyecto se realizará el diseño y el análisis de un cuadro de bicicleta, con el objetivo de simular el cuadro bajo distintas solicitaciones y realizar dos ensayos de fatiga definidos en la Norma ISO 4210-6:2015. Primeramente, se estudiarán los efectos de los distintos parámetros del cuadro en el rendimiento de la bicicleta, tanto los aspectos geométricos como los materiales de fabricación. Esta información se utilizará para desarrollar un diseño del cuadro, que posteriormente será objeto de análisis. Para llevar a cabo el proyecto se utilizarán programas de modelado para el diseño del cuadro y de simulación por Elementos Finitos. El análisis del cuadro consta de 5 ensayos diferentes: tres correspondientes al estudio de las fuerzas que transmite el ciclista en diferentes situaciones (empezando a pedalear, subiendo una pendiente y frenando); y dos ensayos de fatiga según la normativa vigente (ensayo de fatiga por fuerzas horizontales y ensayo de fatiga con una fuerza vertical). Laburpena: proiektu honek, bizikleta baten koadroaren diseinu eta analisia du helburutzat. Koadroak hainbat egoeratan jasaten dituen kargak simulatuko dira eta horrez gain, ISO 4210-6:2015 araudiaren araberako bi neke entsegu burutuko dira. Lehenik, koadroaren zenbait parametrok bizikletaren errendimenduan zelan eragiten duten ezagutuko da, bai karakteristika geometrikoek zein koadroaren materialek. Informazio honetaz baliatuta, koadroaren diseinu bat proposatuko da, geroxeago entseatu egingo dena. Bi programa mota erabiliko dira proiektuan zehar; bata, diseinua egiteko eta bestea, Elementu Finituen bitartezko simulazio programa bat. Koadroaren analisia 5 entseguz eratzen da: hiru entsegu txirrindulariak egoera desberdinetan transmititzen dituen indarren ikerketak omen dira (pedalei eragiten hasten denean, aldapan gora doanean eta gelditzerakoan) eta beste biak, araudiaren araberako neke entseguak (indar horizontalen neke entsegua eta indar bertikal bakarraren neke entsegua). Abstract: the following project will deal with the design and analysis of a bicycle frame. The aim is to simulate the frame under certain loads and carry out two fatigue tests, specified in the ISO 4210-6:2015 standard. Firstly, the effect that the parameters of the frame have on the performance will be studied (geometrical aspects of the frame and the materials). Once this is known, the design of the frame will be developed. In order to accomplish the project, two different types of programs were used: a CAD software for the modelling and a Finite Element analysis software for the trials. 5 different tests will be carried out: three of them concerning the study of the frame under certain loads in different cycling situations (starting, climbing and braking) and two fatigue tests according to the ISO standards (fatigue test under horizontal forces and fatigue test under a vertical force).

[ES] El proyecto se centra en el diseño y optimización del componente más importante de una bicicleta, su cuadro, ya que todos los elementos que componen una bicicleta van unidos a él. Mediante el empleo de materiales compuestos y laminados reforzados con fibras se pretende diseñar un cuadro ligero, duradero y de altas cualidades, en concreto para una bicicleta de la modalidad de Trail, destinada a un usuario estándar. El presente proyecto contempla diversas disciplinas en el ámbito de la Ingeniería Mecánica: prediseño y optimización de diseños mediante análisis y simulaciones, estudio de estados tensionales, fijaciones, análisis resistentes, dimensionamiento final, pre-estudio de fabricación y pre-análisis de costes., [EN] The project focuses on the design and optimization of the most important component of a bicycle, its frame, since all the elements that make up a bicycle go together with it. Through the use of composite materials and laminates reinforced with fibers, the aim is to design a light, durable and high-quality frame, specifically for a Trail-type bike, intended for a standard user. The present project contemplates diverse disciplines in the field of Mechanical Engineering: predesign and optimization of designs through analysis and simulations, study of tensional states, fixations, resistant analysis, final sizing, pre-study of manufacture and pre-analysis of costs.

El principal objetivo de este proyecto es la simulación del ensayo de un cuadro de bicicleta, concretamente del Ensayo de choque (caída de una masa) definida en la norma española UNE-EN ISO 4210-6 que se describirá más adelante. Para ello será necesario crear el modelo del cuadro junto con la horquilla y la masa con la que se efectuará el choque. La simulación y el análisis se llevarán a cabo mediante un software de Elementos Finitos. Proiektu honen helburu nagusia bizikleta baten koadroaren entsegu baten simulazioa da, hain zuzen ere, UNE-EN ISO 4210-6 arau espainarrean definitutako Talka entsegua (masa baten erorketa), aurrerago azladuko dena. Honetarako, beharrezkoa izango da koadroaren modeloa eraikitzea urkila eta talka sortuko duen masarekin batera. Entseguaren simulazioa eta analisia Elementu Finituen software baten bitartez lortuko dira. The main objective of this project is the simulation of a bicycle frame test, precisely the Crash test (fall of a mass) described in the Spanish standard UNE-EN ISO 4210-6. To do so, the creation of the frame will be needed, along with the fork and the mass, which would carry out the crash. The simulation and the analysis will be developed by a Finite Element software.

En el presente proyecto se tratará la modelización y análisis de dos diseños de cuadros de bicicleta. En concreto, los cuadros a diseñar y analizar son cuadros para bicicleta de montaña rígidos. Para llevar a cabo el proyecto se utilizarán herramientas de modelado y simulación cada vez más presentes en la ingeniería, y que facilitan el estudio del producto antes de la realización del prototipo consiguiendo disminuir el tiempo de fabricación y abaratando costes. En cuanto a la elaboración del proyecto se tratará de conocer, en primer lugar, la evolución de los cuadros hasta la actualidad, las modalidades de ciclismo de montaña que existen y las características de los cuadros utilizados en cada una, los materiales utilizados en la fabricación de los cuadros, y, por último, las técnicas de fabricación. Una vez recopilada dicha información, se utilizará para desarrollar los diseños y realizar los análisis correspondientes. En segundo lugar, se estudiarán los parámetros geométricos que influyen en el diseño del cuadro y se detallarán las características requeridas de los modelos. Los cuadros a realizar son un cuadro que simula la fabricación mediante tubos soldados y otro que simula una configuración monocasco, es decir, fabricado en una única pieza. Por último, una vez realizados los diseños, se procederá a aplicar la normativa vigente para ensayarlos. Esto se realizará con el fin de comparar los modelos entre sí y con otros similares. This project will deal with the modeling and analysis of two designs of bicycle frames, using the well-known, finite element method. Particularly, the frames to be designed and analyzed are made for hardtail mountain bicycles. To carry out the project will be used modeling and simulation tools that are widely used in engineering nowadays, and that make easier the study of the product before the manufacturing of the prototype, reducing time and costs of prototyping process. In order to prepare the project, it will be necessary to know, first of all, the evolution of the bicycle frames up to the present time, the different modalities of mountain biking that are practiced and the characteristics of the frames used in each one of them. It is also important to study which materials are used in the manufacturing process of the frames, and the techniques used on them. Once this information has been collected, it will be put into practice to develop the designs and perform the proper analyzes. Secondly, we will study the geometric parameters applied in the bicycles frames and will be detailed the characteristics required for them. One of the frames will be designed by simulating that it has been made with welded pipes, and the other model simulates a monocoque configuration, that is, made in a single piece. Finally, once the designs have been made, we will apply the current regulations to test both frames. The aim of these tests is to compare both frames with each other and with similar models that bicycles brands show on their product catalogues. Ingeniería Mecánica

Grado en Ingeniería Mecánica

La presente tesina tiene por objetivo exponer el diseño y el análisis de un cuadro de bicicleta de doble suspensión. Dicho cuadro ha intentado reflejar la tendencia mayoritaria de los ciclistas, ya que se compone de llantas de 26 pulgadas y una talla M. Todo lo expuesto será esclarecido de manera clara y concisa para su rápido entendimiento de todas las tareas que se han llevado a cabo, así como definir una metodología clara para su procedimiento en todas las fases de la tesina. Por tanto la finalidad de la tesina será de ver como es el comportamiento de un cuadro modelado mediante software actual, y ver como estos programas son capaces de ayudarnos en las tareas de diseño y simulación de nuestra tesina.