Tecnologia: Ciclística e arquitectura da moto – o quadro

By on 26 Maio, 2021

O quadro é a espinha dorsal da moto, pode ter diferentes formas, geometrias distintas, mas a redução de peso e rigidez são a solução frequentemente mais procurada pelos fabricantes. Do simples berço, perimétrico, às plataformas monocoque, treliça ou delta-box, o objetivo é sempre o mesmo: fazer motos peso-pluma, capazes de exalar altas performance sem comprometer a rigidez!

As primeiras motos eram nos primeiros tempos bicicletas com motor. Usavam quadros de bicicletas, que nesse tempo eram estruturas perfeitamente planas e carentes de rigidez, tubos muito leves mas demasiado estreitos e pouco fortes – algo que cada vez menos sucede nas modernas bicicletas de BTT e estrada atuais, quando concebidas com materiais nobres.

Para acolherem motores maiores, começou-se por dividir a parte inferior da estrutura, criando os primeiros berços divididos simples. Então, para ganhar rigidez, separou-se o mais possivel o berço da coluna de direção, o que deixou a estrutura mais larga e, portanto, mais rígida. Pode perceber isto de uma forma simples, pegando numa simples oflha de papel. Verá que sendo uma folha ela é extremamente flexível, mas que quanto mais dobras fizer aumentando a sua espessura geral, mais ficará rigidae resistente à flexão. Ou seja, passamos de uma estrutura bidimensional (comprimento e altura) para uma estrutura tridimensional (comprimento, altura e espessura) – que é extammente o que acontece nas “motos reais”.

A espessura dos tubos não importa … ou quase

Se a noção de espessura vale na escala da moldura, vale também na escala dos tubos que a compõem. Na verdade, dá-se rigidez a um tubo de duas maneiras diferentes. Ou aumentamos a espessura das suas paredes, que são pesadas, ineficientes, mas paradoxalmente não são caras. Ou aumentamos o diâmetro do tubo, reduzindo sua espessura. Isso não altera o seu peso, mas aumenta a sua resistência à flexão dramaticamente. Na verdade, aumenta proporcionalmente ao raio do tubo, elevado à potência de 4! Então, passando de 20 a 30 mm de diâmetro, ou seja, um aumento de 50% do raio, multiplicamos por 5 a rigidez de um tubo! 

Quadro da BMW HP4 em carbono

É por isso que vimos o nascimento da moda para quadros de MTB “oversize”. O que importa, portanto, mais do que a espessura dos tubos, é o seu volume. Isto aplica-se tanto a tubos redondos, retangulares ou quadrados, com proporções ligeiramente diferentes. Mas, do ponto de vista da manufatura industrial, os tubos finos apresentam muitos problemas. Dobram facilmente com o risco de se partirem e exigem muito virtuosismo para serem soldados. É por esta razão que tubos grossos e, portanto, pesados ​​são encontrados em bicicletas infantis e motos utilitárias. 

A revolução dos anos oitenta

Foi na década de 1980 que a estrutura das motos mudou. Essa metamorfose, correspondeu à maior aderência oferecida pelos pneus radiais. Isso minou as estruturas muito frágeis das máquinas da época. Para ganhar rigidez sem ganhar peso, os fabricantes projetaram quadros de longarina dupla. Essas estruturas volumosas e leves oferecem a vantagem de grande rigidez. Cada vez mais distante do quadro original da bicicleta, a estrutura torna-se mais ampla, o que é favorável à sua rigidez, ao mesmo tempo que utiliza perfis que, por sua vez, apresentam uma grande rigidez natural. O ganho em performances torna-se portanto, enorme e a tecnologia é aplicada com o mesmo sucesso no braço oscilante da moto. Às vezes, chega-se até a ir longe demais, com motos demasiado ligeira e ágeis para a potência cada vez maior dos motores… Além disso, o tamanho tornou-se outro factor muito importante, o que também afetou adversamente a aerodinâmica. E portanto, voltamos às longarinas mais finas nos anos 2000/2010 para recuperar um pouco de flexibilidade.

Alumínio ou aço?

Entra-se então num vasto debate sobre os materiais empregues na construção, passam a ser considerados o magnésio, o titânio, e especialmente o carbono. Os materiais de construção são realmente múltiplos e cada um oferece as suas vantagens. 

Quase 3 vezes mais leve que o aço (exatamente 2,9), o alumínio também é três vezes menos rígido! Na verdade, para uma resistência igual, é necessário 3,4 vezes mais do que o aço! A sua utilização é particularmente optimizada em armações de longarina dupla que permitem reduzir as espessuras a valores industrialmente aceitáveis ​​em termos de aplicação 

Se você fizesse uma estrutura de quadro delta de aço, seria tão fina que dobraria facilmente se a empurrasse com a mão. Quanto à sua soldagem, seria delicada, no mínimo. Podemos fazer aproximadamente a mesma observação com o titânio. Muito popular nos quadros das bicicletas durante um período, na verdade nunca ‘vingou’ nas motos, chegando até a ser proibido o uso desse material (titanio) pelos regulamentos técnicos – sem dúvida com o louvável objetivo de limitar a diferença que o seu uso influencaria nos resultados de quem o utilizasse nas corridas. 

Para o carbono, é mais difícil de determinar o resultado, porque depende muito do tipo de desenho do quadro e das geometria aplicada

O que se pode dizer, entretanto, é que uma peça metálica não é substituída por uma peça idêntica feita de materiais compósitos. Deve ser concebida de forma diferente para direcionar adequadamente os esforços e as restrições. O magnésio, ainda mais leve que o alumínio, é adequado para fundições. Pode ser encontrado em belas motos italianas, sejam em monobraços traseiros ou quadros monocoque. Cada material tem as  suas áreas de predileção e o que conta antes de tudo é o que é feito dele. Vamos terminar esta breve visão geral com a impressão 3D, que agora oferece possibilidades incríveis com novos materiais, formas, materiais e possibilidades de design. Existe aqui um campo de investigação muito vasto a ser descoberto.

Na verdade, agrupando várias funções na mesma peça, o quadro pode ser substituído por uma estrutura mais global, como as dos automíveis de uma única peça (do tipo monocoque) que desde há muito substituiram os chassis convencionais.

Alguns exemplos dos fabricantes

Quadro monobloco da 1400 ZZR

 A Kawasaki assumiu esse risco com a sua ZX12 R e outras como a 1400 ZZR, mas também a Ducati com a sua Panigale. Neste tipo de quadro, por exemplo a caixa de ar é peça integrante da estrutura do quadro, foi significativamente reduzido o número de peças, mas também o tamanho e o peso da moto. Está tudo bem … ou quase, porque no MotoGP, o piloto esforça-se muito mais para identificar as reações de uma máquina que não “fala” mais com ele. A Ducati por exemplo, teve que voltar atrás e adotar um quadro de dupla viga nas suas motos de Grandes Prémios que adoptou duplo de longarina em suas máquinas GP, persistiu e, no entanto, assinou em suas Panigales, V2 ou V4.

Ducati Panigale V4 SP 2021

Na Buell, a abordagem foi diferente, com uma grande longarina dupla que também servia como depósito de combustível. Em motos de corrida, mas também em ciclomotores (Blue Mobs, etc.) já existiram quadros com essa ssolução, a servir como também com a função de depósitos de combustível.

Por outro lado, preparadores como a francesa JBB de Jean-Bertrand Bruneau, foram ainda mais longe na questão do quadro. Ao remover também o garfo dianteiro, substituido por um um duplo braço à frente (como na Bimota Tesi) a JBB elimina o efeito de alavanca que causa e que restringe de forma absurda o quadro. Ao tirar as forças diretamente do eixo da roda, sem reduzi-las, isso reduz a carga sobre o eixo dianteiro. Assim, os braços da suspensão ancoram diretamente ao motor – as forças aqui são 3 ou 4 vezes menores do que no nível da coluna de direção. A economia de peso e espaço é ótima! 

A importância do peso

Os construtores às vezes são surpreendentes. Assim, durante a apresentação da Kawasaki Z 650, os engenheiros orgulhosamente anunciaram uma diminuição de 10 quilos no quadro em comparação com a antiga ER6. Ou seja, um peso final de 15 kg na Z. O que nos coloca na extremidade inferior, o quadro da ER 6 a 25 kg !!!

O quadro da ER6

Como conseguir esse resultado? Como ter deixado passar isto, quando sabemos que um treliça da KTM RC8 pesa cerca de 7,5 kg por 170 cv, contra 100 a menos para a pequena Kawasaki?! Como justificar um chassi três vezes mais pesado numa pequena naked? Na verdade o quadro da ER6 era mais pesado devido ao amortecedor lateral e à distribuição das forças que este impunha. .

Para outras referências, saiba que o quadro da BMW S 1000 RR pesava 12 kg quando foi lançado (e 6,2 kg o braço oscilante) e que a sua versão de carbono pesa agora apenas 7,8 kg na balança. Vamos terminar com o melhor, com o peso do quadro de alumínio com caixa de ar da Ducati Panigale 1199 que pesava 4,2 kg. Mas fique atento que a versão carbono ainda mostrou 40% menos na 1299 Superleggera, ou seja, cerca de 2,5 kg !!! Observe que o magnésio da braço pesava, por sua vez, 5,1 kg!!!

O treliça não acabou!

O quadro treliça tubular não acabou e continua a nos surpreender. Vemo-lo regressar em força nos Grandes Prémios sob a liderança da KTM. As razões do seu sucesso? A sua estrutura triangulada que faz com que os tubos trabalhem em tração e compressão. Pegue na mão uma vulgar esferográfica ‘Bic e tente parti-la. Será difícil, para não dizer impossivel . Na verdade, o quadro treliça tubular tem uma excelente relação peso / rigidez. Até hoje continua a ser um compromisso muito bom, bastante competitivo contra quadros de dupla longarina, como vimos esta temporada na Moto2. Muitas vezes, a simplicidade é a melhor solução. 

0 Comentários
Inline Feedbacks
View all comments