Technické řešení univerzálního motocyklového rámu

Bc. Dominik DOLP

Diplomová práce

Engineering design of a universal motorcycle frame

Anotace:

Tato diplomová práce se zaměřuje na návrh univerzálního motocyklového rámu, který umož-ňuje instalaci jak spalovacího motoru, tak elektrického pohonu. Úvodní část práce je věnována rešerši současných konstrukčních řešení motocyklových rámů, používaných materiálů a výrob-ních technologií. Jednotlivé rámové koncepce jsou porovnány na základě dostupných empiric-kých dat, která obecně charakterizují jejich vlastnosti, jako je očekávaná tuhost, hmotnost, vý-robní náročnost a vhodnost pro různé typy pohonů. Cílem této analýzy bylo vybrat takové kon-strukční řešení, které by bylo schopné pojmout oba typy pohonných jednotek bez nutnosti zá-sadních úprav rámu. Na základě provedené analýzy byla zvolena koncepce dvoutrubkového rámu s perimetrovou konstrukcí. Toto řešení je v práci dále rozpracováno s důrazem na možnost jednoduché výměny pohonné jednotky, což je zajištěno pomocí modulárních pomocných rámů a unifikovaných montážních bodů. Praktická část práce se věnuje detailnímu konstrukčnímu návrhu hlavního rámu, zadní kyvné vidlice a pomocných rámů pro oba typy pohonu. Zvláštní pozornost je věno-vána elektrické variantě, pro kterou je navržena vlastní baterie s kapacitou stanovenou na zá-kladě výpočtů jízdních odporů a požadovaného dojezdu. Návrh rovněž zohledňuje optimální umístění baterie a elektromotoru s cílem zachovat vhodné rozložení hmotnosti a svislou polohu těžiště motocyklu. Ověření návrhu bylo provedeno především analýzou tuhosti rámu a kyvné vidlice s využitím metody konečných prvků. Pro úplnost byla dále provedena pevnostní a modální analýza, jejichž výsledky jsou uvedeny v přílohách. Výsledky analýz potvrzují, že navržený rám splňuje poža-davky na tuhost a pevnost v obou konfiguracích pohonu. Závěrem práce je konstatováno, že navržený univerzální rám umožňuje efektivní přechod mezi spalovacím a elektrickým pohonem bez zásadních konstrukčních úprav. Toto řešení přináší výhody z hlediska flexibility výroby, možnosti testování různých technologií i potenciálu pro další optimalizace konstrukce zaměřené na zlepšení jízdních vlastností a snížení hmotnosti.

Abstract:

This thesis focuses on the design of a universal motorcycle frame that allows the installation of both an internal combustion engine and an electric drive. The introductory part of the thesis is devoted to a review of current motorcycle frame design solutions, the materials used, and man-ufacturing technologies. The individual frame concepts are compared based on available empir-ical data, which generally characterize their properties such as expected stiffness, weight, manufacturing complexity, and suitability for different types of powertrains. The aim of this analysis was to select a design solution capable of accommodating both types of power units without the need for major modifications to the frame. Based on the analysis, a double-tube perimeter frame concept was chosen. This solution is fur-ther developed in the thesis with an emphasis on the possibility of easy power unit replace-ment, which is ensured by modular subframes and standardized mounting points. The practical part of the thesis deals with the detailed design of the main frame, the rear swingarm, and the subframes for both types of propulsion. Special attention is paid to the electric variant, for which a custom battery is designed, with its capacity determined based on calculations of driv-ing resistances and the required range. The design also takes into account the optimal place-ment of the battery and electric motor in order to maintain proper weight distribution and a vertical center of gravity for the motorcycle. The verification of the design was carried out primarily through stiffness analysis of the frame and swingarm using the finite element method. For completeness, strength and modal analyses were also performed, the results of which are provided in the appendices. The results of the analyses confirm that the designed frame meets the requirements for stiffness and strength in both drive configurations. In conclusion, the thesis states that the proposed universal frame enables an efficient transition between combustion and electric drives without major structural modifications. This solution offers advantages in terms of manufacturing flexibility, the possibility of testing various tech-nologies, and the potential for further design optimization aimed at improving riding character-istics and reducing weight.

Klíčová slova

motocykl, motocyklový rám, univerzální rám, konstrukce rámu, modularita, torzní tuhost, kyvná vidlice, baterie

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 5. 2025

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Josef Formánek, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta strojní

Magisterský studijní program / obor:
Konstruování strojů a technických zařízení / Konstruování vozidel a manipulačních zařízení