Desenvolvimento de chassi de bicicleta elétrica em material natural, ecomobilidade

Abstract

Atualmente, os problemas ambientais associados a mobilidade são uma questão que levanta cada vez mais preocupações por parte da sociedade. Desta forma, o aumento da utilização de veículos elétricos de duas rodas em ambiente urbano tem surgido como meio para facilitar o deslocamento nas grandes cidades, em alternativa aos veículos com motor a combustão. Na presente dissertação, foi desenvolvido um quadro de bicicleta com apoio elétrico, com utilização de materiais naturais. Usualmente este componente é maioritariamente concebido em materiais metálicos e compósitos como a fibra de carbono. Apesar das boas propriedades mecânicas, o processo de obtenção destes materiais resulta num elevado impacto ambiental. Inicialmente no processo de desenvolvimento foram definidos os requisitos, as especificações e as dimensões da estrutura. Em seguida, na fase de desenvolvimento conceptual foi utilizada uma metodologia de otimização topológica para obter um conceito com reduzida massa sem comprometer a rigidez. A geometria obtida foi adaptada de forma a ser compatível com o fabrico subtrativo por maquinação por controlo numérico computorizado. O trabalho culminou com a construção de um protótipo em painéis de fibra de média densidade (MDF), com a junção de componentes metálicos de reforço, para inclusão dos restantes elementos da bicicleta. Do protótipo construído conclui-se que um quadro em MDF apesar de ser sustentável, apresenta uma massa superior em relação a maioria dos quadros do mercado.

Nowadays, environmental problems associated with mobility are an issue that raises increasingly more concerns in society. Thus, the increased use of electric wheeled vehicles in an urban environment has emerged as means to facilitate travel in large cities and as an alternative to vehicles with combustion engine. In this study, an electric bicycle frame was developed, using natural materials. Usually, this component is mainly designed in metallic and composite materials such as carbon fiber. Despite the good mechanical properties, the obtaining procedures of these materials results in a high environmental impact. Initially in the development process, the requirements, the specifications and the dimensions of the structure were defined. Afterwards, in the conceptual development phase a topological optimization methodology was used to obtain a concept with low mass without compromising its stiffness. The geometry obtained was adapted to be compatible with subtractive manufacturing through computer numerical control machining. The work finished with the construction of a prototype in MDF with the assembly of metallic reinforcement components in order to be able to install the remaining elements of the bicycle. It is concluded that a frame built in MDF, despite being sustainable and innovative, has a higher mass than most frames of the market.