Selección de materiales en el diseño del cuadro de una bicicleta

El treball s’integra dins al disseny mecànic i te com a finalitat seleccionar els millors materials per fabricar dos quadres de bicicletes amb els següents objectius; el mínim pes en un cas i el mínim preu en l´altre. El quadre es una part fonamental de la bicicleta, que fa de punt d’unió entre la resta de components per la que esta formada, es el que suporta les forces de major intensitat. Per poder valorar els esforços i deformacions als que està sotmès, es fa un estudi de les càrregues com un sistema en equilibri estàtic i es verifica com treballen els diferents components del quadre. L’estratègia per arribar a seleccionar el millor material per al quadre, passa per definir la seva funció, marcar uns objectius, imposar unes restriccions i deixar unes variables lliures. Amb això, calcular una equació de rendiment dels seus components, extreure la funció índex del material i calcular uns valors llindar per algunes propietats materials importants, relacionades amb la resistència mecànica del quadre. Mitjançant gràfiques Ashby configurables amb diferents propietats dels materials i el software Granta Edupack, es seleccionen els materials que millor rendiment prenen per complir la funció que requereixen els components. Per decidir quin és el millor material, es comparen els escollits en funció de la seva resistència, s’estudien algunes característiques i mètodes de producció i s’explica com es podria millorar l’eficiència mecànica del material en funció de la forma que pren. Finalment, els materials seleccionats per fabricar cada quadre son, l´aliatge de titani per el mínim pes i l´aliatge d’alumini per el mínim preu, sempre tenint en compte els objectius i que els components dissenyats siguin funcionals, segurs, útils i competitius.El trabajo se integra dentro del diseño mecánico y tiene como finalidad seleccionar los mejores materiales para fabricar dos cuadros de bicicletas con los siguientes objetivos; el mínimo peso en un caso y el mínimo precio en el otro. El cuadro es una parte fundamental de la bicicleta, que hace de punto de unión entre el resto de componentes que la forman, siendo el que soporta las fuerzas de mayor intensidad. Para poder valorar los esfuerzos y las deformaciones a los que está sometido, se realiza un estudio de cargas en base a un sistema en equilibrio estático y se comprueba cómo trabajan los diferentes componentes del cuadro. La estrategia para llegar a seleccionar el mejor material para el cuadro, pasa por definir su función, marcar unos objetivos, imponer unas restricciones y dejar unas variables libres. A partir de aquí, calcular una ecuación de rendimiento de sus componentes, extraer la función de índice de material y calcular unos valores umbral para algunas propiedades materiales importantes, relacionadas con la resistencia mecánica del cuadro. Mediante gráficas Ashby configurables con diferentes propiedades de los materiales y el software Granta Edupack, se seleccionan los materiales que mejor rendimiento tienen para cumplir la función requerida por los componentes. Para decidir cuál es el mejor material, se comparan los escogidos en función de su resistencia, se estudian algunas características y métodos de producción y se explica cómo podría mejorarse la eficiencia mecánica del material dependiendo de la forma que toma. Finalmente, los materiales seleccionados para fabricar cada cuadro, son; la aleación de titanio para el mínimo peso, y la aleación de aluminio para el mínimo precio, siempre teniendo en cuenta los objetivos y que los componentes diseñados sean funcionales, seguros, útiles y competitivos.This dissertation, integrated into the mechanical design, aims to select the best material to make two bicycle frames with different requirements; on the one hand the minimum weight and on the other the minimum cost . The frame, a fundamental part of the bicycle, serves as a joint between the rest of the components that make it up. At the same time it supports the forces of greatest intensity. In order to assess the stresses and deformations to which it is subjected, a load analysis is carried out, based on a system in static equilibrium so that it is possible to verify how the different elements of the frame work. The strategy to select the best material goes through setting objectives, imposing restrictions and leaving some variables free. With these prescriptions it will be calculated as a performance equation for its components, extract the material index function and calculate threshold values for some important material properties, related to the mechanical strength of the frame. Using configurable Ashby charts with different material properties and the Granta Edupack software, the materials with the best performance are selected to fulfil the function required by the components. To decide which is the best material, those chosen based on their strength are compared, some characteristics and production methods are studied, and it is explained how the mechanical efficiency of the material could be improved depending on the form it takes. Finally, the materials selected to make each painting are; the titanium alloy for the minimum weight, and the aluminium alloy for the minimum price, always keeping in mind the objectives and that the designed components are functional, safe, useful and competitive