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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO DE TRACCIÓN MECÁNICA
(VTM), EN EL MARCO DEL SEGUNDO GRAN PREMIO DE INNOVACION Y
DISENO AUTOMOTRIZ UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER
JUAN SEBASTIÁN SUAREZ CABALLERO
SERGIO NICOLÁS FIGUEROA MUÑOZ
MIGUEL ANGEL CUEVAS MARTÍNEZ
MARYITH LIZETH RÍOS GÓMEZ
ELKIN MAURICIO MERCHÁN RODRÍGUEZ
UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER
TECNOLOGIA EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO,
TECNOLOGIA ELECTROMECANICA
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIA
BUCARAMANGA
2014
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO DE TRACCIÓN MECÁNICA
(VTM), EN EL MARCO DEL SEGUNDO GRAN PREMIO DE INNOVACION Y
DISENO AUTOMOTRIZ UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER
JUAN SEBASTIÁN SUAREZ CABALLERO SERGIO NICOLÁS FIGUEROA MUÑOZ
MIGUEL ANGEL CUEVAS MARTÍNEZ MARYITH LIZETH RÍOS GÓMEZ
ELKIN MAURICIO MERCHÁN RODRÍGUEZ
Trabajo de grado para optar al título de Tecnólogo electromecánica, tecnólogo en
operación y mantenimiento electromecánico.
Director
JESSICA GISSELLA MARADEY LAZARO
Ingeniera Mecánica
UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER
TECNOLOGIA EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO,
TECNOLOGIA ELECTROMECANICA
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIA
BUCARAMANGA
2014
DEDICATORIA
Quiero dedicar este proyecto a todas aquellas personas que de algún u otra manera
han sido responsables de su culminación, personas que sin lugar a dudas me han
enseñado el valor de hacer un buen trabajo y del sacrificio que esto conlleva.
Principalmente a la persona que ha estado conmigo el 100% del tiempo dándome
no solo animo sino también enseñándome con su ejemplo sobre paciencia,
dedicación y sacrificio para lograr lo que nos proponemos, a la persona que es el
más grande ejemplo de lo que es el amor, a ella a quien debo todo lo que soy y que
amo inmensamente mi madre Janeth.
A una gran amiga y compañera quien también se convirtió en un gran apoyo anímico
personal, que supo con su cariño y especial forma de ser, siempre acudir en cada
momento de dificultad en las que me sentía derrotado para brindar su mas sincera
amistad y compromiso, de la cual también me siento muy orgulloso por su valor para
enfrentarse a cada reto en el cual se vio inmersa, pues no es fácil como única mujer
del grupo obtener reconocimientos y mas en un campo donde los hombres
pretendían siempre dominar, a ella por demostrar con carácter, inteligencia y
capacidad de hacer las cosas con igual rapidez y exactitud que cualquier persona,
a una gran persona y amiga Lizeth.
A mi familia a la cual no encuentro igual, siempre pendientes, siempre dispuestos a
colaborar en todo, con amor y bondad, mi hermana Paula y mi tía Sandra que se
encuentran lejos pero que siempre me hicieron saber de su apoyo y amor
incondicionales; a mis abuelos, tíos, tías y primos que demuestran cada día el valor
de una familia unida, a Dios quien permite semejantes bendiciones en mi vida, a
todos quienes debo mis eternos agradecimientos.
A cada uno de mis compañeros de equipo, quienes soportaron junto a mi cada
piedra en el camino para la realización de nuestro vehículo y aportaron sus
habilidades y conocimientos para superar cada uno de estos tropiezos, espero
seguir contando con su apoyo para el largo camino que nos queda por recorrer a
ellos Lizeth, Sergio, Miguel y Elkin.
.Juan Sebastián Suarez Caballero
DEDICATORIA
A Dios por acompañarme en cada reto que me propongo en la vida y me ayuda a
salir victoriosa.
A mis Padres por su apoyo incondicional a quien les debo todo lo que soy, los que
me dan motivos para seguir siempre triunfando por mis sueños, por mis ideales, a
ellos que siempre con sus esfuerzos y dedicación me han brindado amor, cariño y
comprensión a Martha Cecilia Gómez y Heriberto Rios Solano que los Amo y les
doy Gracias por apoyarme en cada reto de mi vida.
A mis abuelos, tíos y hermanos que siempre estuvieron dispuestos ayudar a José
Luis Pulido, Giovanny Rios, Erick Rios Gómez y Diego Fernando Ríos Gómez.
A Luis Carlos Pinto Otero que sin importar el lugar siempre se encuentra
apoyándome y brindándome amor.
A mis compañeros que fueron mis maestros, especialmente a mi gran Amigo Juan
Sebastián Suarez Caballero que con su gran experiencia en el campo automotriz
me ha enseño con detalle cada elemento y sistema que compone un auto, a él un
excelente piloto que además se defendió en la carrera, demostrando que con
esfuerzo y dedicación se puede conseguir cada objetivo y sueño. A Miguel angel
Cuevas que con su habilidad en el solid works me ha enseñado que todo es posible
sin importar lo difícil que pueda ser, a Sergio Figueroa al cual le tengo respecto y
admiración por su trabajo realizado, a Elkin merchán por su paciencia y esfuerzo.
A Carlos Yesid Gamboa y Julio Triana mis compañeros de estudio que siempre
han estado ahí, apoyándome, respaldándome, son los que me han ayudado cuando
más lo he necesitado y con los que he compartido momentos tristes y alegres.
Maryith Lizeth Rios Gómez
AGRADECIMIENTOS
A nuestra directora de proyecto Jessica Maradey, más que nuestra directora, una
gran amiga que nos acompañó en cada fase del proyecto aportando su valioso
conocimiento.
A la familia de Lizeth que nos ofrecieron su casa para la construcción del vehículo,
con atenciones inigualables; participaron activamente en los procesos de
manufactura y fueron un apoyo constante a la moral del equipo de trabajo.
A cada una de nuestras familias que con apoyo y paciencia nos ayudaron en
nuestro proyecto.
A las UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER por brindarnos
conocimiento de calidad y ayudarnos en nuestro desarrollo profesional.
Maryith Lizeth Ríos Gómez
Juan Sebastián Suarez
Sergio Nicolás Figueroa
Miguel Ángel Cuevas
Elkin Mauricio Merchán
Contenido
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................16
2. REGLAMENTO TECNICO DE LA FCAD...............................................................17
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN: ................................26
4. ESTADO DEL ARTE .................................................................................................28
5. OBJETIVOS DEL TRABAJO DE GRADO .............................................................31
5.1 GENERAL:................................................................................................................31
5.2 ESPECÍFICOS: ........................................................................................................31
6. METODOLOGIA.........................................................................................................32
7. ESTRUCTURA/ CHASIS ..........................................................................................37
8. DETERMINACION CARGAS QUE SOPORTA EL CHASIS ..............................48
8.1 Peso del vehículo ....................................................................................................48
8.2 Aceleración máxima ................................................................................................48
8.3 Aceleración Longitudinal ........................................................................................48
8.4 Frenada brusca. .......................................................................................................51
8.5 Fuerzas presentes en entradas a curva. .............................................................53
8.6 Fuerza de inercia del chasis en curva..................................................................54
9. APLICACIÓN DE CARGAS EN EL CHASIS .........................................................56
9.1 Estudio de aplicación de cargas laterales .......................................................56
9.2 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte frontal. ......................58
9.3 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte trasera......................60
9.4 Estudio de aplicación de cargas verticales. ....................................................62
10. PROPIEDADES FÍSICAS DEL CHASIS. ............................................................64
11. MOTOR ....................................................................................................................65
11.1 Potencia indicada ..................................................................................................70
11.2 Potencia efectiva ...................................................................................................73
11.3 Potencia absorbida ...............................................................................................74
12. SISTEMA DE TRANSMISIÓN ..............................................................................76
12,1 Tipo de diferenciales.............................................................................................78
12.2 Diseño del sistema de transmisión .....................................................................80
12.3 Calculo de la Cadena ...........................................................................................80
12.4 Ejes y juntas homocinéticas ................................................................................81
12.5 Tipos de cajas de cambio ....................................................................................81
12.6 ENCENDIDO CDI10...............................................................................................85
13. DISEÑO DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN ..........................................................86
14. DISEÑO DE SUSPENSIÓN. .................................................................................93
14.1 Selección de tipos de suspensión.................................................................93
14.2 Geometría de la suspensión ..........................................................................94
15. FRENOS...................................................................................................................94
16. LLANTAS..................................................................................................................98
16.1 Neumático...............................................................................................................98
16.2 Estructura ...............................................................................................................98
17. SUSPENSION3..................................................................................................... 101
17.1 Componentes de la suspensión....................................................................... 103
17.2 Tipos de suspensión .......................................................................................... 105
18. SEGURIDAD11...................................................................................................... 107
18.1 Tipos de cinturones ............................................................................................ 108
19. SISTEMA DE COMBUSTIBLE12 ....................................................................... 108
20. AERODINÁMICA13 .............................................................................................. 110
21. PRUEBAS AERODINÁMICAS........................................................................... 115
22. PROCESO DE CONSTRUCCION, PRESUPUESTO Y PRUEBAS DEL
VEHICULO BIPLAZA MAKO UTS .............................................................................. 124
22.1 CONSTRUCCION DEL BIPLAZA MAKO UTS ........................................ 124
23. PRUEBAS Y RESULTADOS ............................................................................. 145
24. CONCLUSIONES ................................................................................................ 147
25. RECOMENDACIONES ....................................................................................... 149
26. BIBLIOGRAFIA..................................................................................................... 150
Lista de Figuras
Figura 1.arco principal......................................................................................................17
Figura 2 jaula de seguridad .............................................................................................19
Figura 3 Elementos de refuerzo .....................................................................................19
Figura 4 punto de anclaje de suspensión .....................................................................20
Figura 5 Rigidez a Flexión..............................................................................................42
Figura 6 Rigidez a torsión................................................................................................42
Figura 7 Dimensiones funcionales del cuerpo humano..............................................44
Figura 8 Carga ejercida por el peso del piloto .............................................................45
Figura 9 Peso de la estructura........................................................................................46
Figura 10: Diagrama de fuerzas ejercido por la inercia del piloto sobre la
estructura en la aceleración .............................................................................................46
Figura 11 Estudio de aplicación de cargas laterales .................................................56
Figura 12 Desplazamiento laterales ..............................................................................57
Figura 13 Trazado de módulos cortantes- momentos laterales ................................57
Figura 14 Factor de seguridad lateral............................................................................58
Figura 15 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte frontal ...................58
Figura 16 Desplazamiento parte frontal ........................................................................59
Figura 17 Trazado de módulos cortante frontal........................................................59
Figura 18 Factor de seguridad parte frontal .................................................................60
Figura 19 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte trasera .................60
Figura 20 Desplazamiento parte trasera.......................................................................61
Figura 21 Trazado de módulos cortante parte trasera ...............................................61
Figura 22 Factor de seguridad parte trasera ................................................................62
Figura 23 Estudio de aplicación de cargas verticales.................................................62
Figura 24 Desplazamiento parte verticales ..................................................................63
Figura 25 Trazado de módulos cortante parte verticales ...........................................63
Figura 26 Factor de seguridad parte vertical................................................................64
Figura 27 motor .................................................................................................................65
Figura 28 p-v......................................................................................................................66
Figura 29 cilindro...............................................................................................................67
Figura 30 válvulas .............................................................................................................68
Figura 31 motor-combustion-interna-combustion-presion-constante-ciclo-diesel..68
Figura 32 tiempos .............................................................................................................69
Figura 33 Grafica de motor cilindro reales....................................................................71
Figura 34 pistón ...............................................................................................................73
Figura 35 Trayectoria de las ruedas de un automóvil en curva ................................77
Figura 36 Sistema de transmisión de un Vehículo de tracción Mecánica ...............77
Figura 37 Diferencial convencional ................................................................................79
Figura 38 Piñon Catalina de moto suzuki Ts 185 cc...................................................79
Figura 39 Diagrama de fuerzas sobre la cadena.........................................................80
Figura 40 Eje y juntas homocinéticas ............................................................................81
Figura 41 caja ....................................................................................................................81
Figura 42 encendido CDI .................................................................................................85
Figura 43 sistema de dirección .......................................................................................86
Figura 44 eje delantero ....................................................................................................87
Figura 45 Huella de un paralelogramo articulado........................................................87
Figura 46 regla de Jeantaud ...........................................................................................88
Figura 47 Huella de un trapecio articulado, y brazo de acoplamiento arqueado ...88
Figura 48 regla de Jeantaud ..........................................................................................88
Figura 49 subviraje y sobreviraje ...................................................................................90
Figura 50 dirección, mecanismos...................................................................................92
Figura 51 Frenos ...............................................................................................................94
Figura 52 freno hidráulico ................................................................................................94
Figura 53 Neumático ........................................................................................................98
Figura 54 Normas ............................................................................................................99
Figura 55 suspensión .................................................................................................... 101
Figura 56 oscilaciones en el automóvil ...................................................................... 102
Figura 57muelles helicoidales...................................................................................... 103
Figura 58 Amortiguadores convencionales ............................................................... 104
Figura 59 amortiguador de gas.................................................................................... 104
Figura 60 Geometría del tren delantero ..................................................................... 105
Figura 61 tipo de suspensión ....................................................................................... 105
Figura 62 Amortiguadores traseros ............................................................................ 106
Figura 63 Amortiguadores delanteros ........................................................................ 107
Figura 64 cinturón de seguridad .................................................................................. 107
Figura 65 tipo de cinturón ............................................................................................. 108
Figura 66 simbolo .......................................................................................................... 108
Figura 67 Tanque de gasolina .................................................................................... 109
Figura 68 aerodinámica ................................................................................................ 110
Figura 69 aerodinámica ................................................................................................ 111
Figura 70 aerodinámica ................................................................................................ 112
Figura 71 Fuerzas en el motor..................................................................................... 113
Figura 72 resistencia aerodinámica ............................................................................ 114
Figura 73 Carrocería ..................................................................................................... 115
Figura 74 vista isométrica de cambios de velocidad .............................................. 116
Figura 75 vista frontal de cambios de velocidad .................................................... 116
Figura 76 vista lateral de cambios de velocidad...................................................... 117
Figura 77 Densidad de flujo vista isométrica............................................................. 117
Figura 78 vista lateral de cambios de velocidad...................................................... 118
Figura 79 Temperatura vista isométrica..................................................................... 118
Figura 80 vista lateral de Temperatura ..................................................................... 119
Figura 81 vista frontal de Temperatura ...................................................................... 119
Figura 82 Presión vista lateral ..................................................................................... 120
Figura 83 Presión Vista trasera .................................................................................. 120
Figura 84 Presión Vista isométrica ............................................................................. 121
Figura 85 Numero de mach vista isométrica ............................................................. 121
Figura 86 vista isométrica de vorticidad ..................................................................... 122
Figura 87 vista frontal de vorticidad ............................................................................ 122
Figura 88 Presión relativa............................................................................................. 123
Figura 89 Cortes del chasis.......................................................................................... 128
Figura 90 Puliendo el chasis ........................................................................................ 128
Figura 91 Puntos de soldadura.................................................................................... 129
Figura 92 Soldadura ...................................................................................................... 130
Figura 93 aplicando hueso duro .................................................................................. 130
Figura 94 corrosivos y pintura...................................................................................... 131
Figura 95 Motor DCR 200 ............................................................................................ 131
Figura 96 Tensores y grapas del motor ..................................................................... 132
Figura 97 Chasis reuti lizado......................................................................................... 133
Figura 98 Filtro y exosto ............................................................................................... 133
Figura 99 sistema de dirección .................................................................................... 134
Figura 100 porta catalina y catalina ........................................................................... 135
Figura 101 Eje homocinético y diferencial ................................................................. 135
Figura 102 Sistema de dirección ................................................................................. 136
Figura 103 Tie rod, Extensión y punta de dirección ................................................. 136
Figura 104 Dirección ..................................................................................................... 136
Figura 105 Tijera y anclaje ........................................................................................... 137
Figura 106 Suspensión delantera .............................................................................. 137
Figura 107 Suspensión trasera.................................................................................... 138
Figura 108 Bomba de freno.......................................................................................... 138
Figura 109 Elementos de Sistema de freno .............................................................. 139
Figura 110 Gatillo selectores de cambios.................................................................. 140
Figura 111 Guayas selección de cambios ................................................................. 140
Lista de tablas
Tabla 1 Materiales .............................................................................................................21
Tabla 2 División y planeación de actividades principales ...........................................34
Tabla 3 Materiales .............................................................................................................39
Tabla 4 Grado del acero ...................................................................................................40
Tabla 5 Parámetros del chasis ........................................................................................44
Tabla 6 Propiedades físicas del chasis ..........................................................................64
Tabla 7 par y potencia daewoo matiz ............................................................................74
Tabla 8 Sistema de transmisión ......................................................................................76
Tabla 9 Elementos de la transmisión..............................................................................78
Tabla 10 Factor de servicio para cargas en transmisión por cadenas......................80
Tabla 11 cálculo de velocidades en la caja de cambio................................................84
Tabla 12 velocidades para actuar sobre el cambio ......................................................84
Tabla 13 Manufactura realizada para las piezas ....................................................... 124
Tabla 14 de ejecución de procesos para cada sistema del vehiculo ..................... 125
Tabla 15 Componentes de la dirección ....................................................................... 137
Tabla 16 Presupuesto detallado ................................................................................... 142
Lista de anexos
Anexo 1 FOTOS DEL VEHICULO BIPLAZA UTS..................................................... 151
Anexo 2............................................................................................................................. 152
RESUMEN
TITULO:
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO DE TRACCIÓN MECÁNICA
(VTM), EN EL MARCO DEL SEGUNDO GRAN PREMIO DE INNOVACION Y
DISENO AUTOMOTRIZ DE LAS UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER.
AUTORES:
Lizeth Ríos Gómez Juan Sebastián Suarez
Sergio Nicolás Figueroa Miguel Ángel Cuevas
Elkin Mauricio Merchán PALABRAS CLAVE:
Diseño y construcción, automotriz, chasis, transmisión, suspensión, diferencial. DESCRIPCION:
Diseñar, modelar y construir un vehículo de tracción mecánica (VTM) en
cumplimiento de la misión de las Unidades Tecnológicas de Santander de generar
conocimiento a través del desarrollo tecnológico integral e incentivar la participación
de la comunidad educativa en competencia afines al campo automotriz a nivel
regional y nacional.
Para el diseño y construcción se tuvo en cuenta los parámetros técnicos
establecidos por las Unidades Tecnológicas de Santander con apoyo directo de la
Federación Colombiana de Automovilismo Deportivo (FCAD), estos últimos
organizadores de la carrera compartiendo su experiencia con todas las
especificaciones técnicas de una competencia de automovilismo deportivo de alto
nivel.
_________________________________________________________ Trabajo de grado
Facultad de ciencias naturales e ingenierías, Tecnología Electromecánica, Ing. Jessica Maradey.
ABSTRACT
TITLE:
DESIGN AND CONSTRUCTION OF A VEHICLE DRIVE MECHANIC, UNDER
THE SECOND GRAND PRIX OF AUTOMOTIVE INNOVATION AND DESIGN,
THE UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER.
AUTHORS:
Lizeth Ríos Gómez
Juan Sebastián Suarez
Sergio Nicolás Figueroa
Miguel Ángel Cuevas
Elkin Mauricio Merchán
KEYWORDS:
Design and construction, automotive, chassis, transmission, suspension,
differential.
DESCRIPTION:
Design, model and build a mechanically-propelled vehicles (VTM) in fulfilling the
mission of Technological Units Santander to generate knowledge through
comprehensive technology development and encourage the participation of the
educational community in the automotive related field competition at the regional
level and national.
For the design and construction took into account the technical parameters
established by the Unidades Tecnologicas de Santander with direct support from
the Colombian Motorsport Federation (FCAD), the latter race organizers sharing
their experience with all the technical specifications of competition of high-level
motorsport.
________________________________________________________
Degree work
Faculty of Science and Engineering, Electromechanical Technology, Ing. Jessica Maradey.
1. INTRODUCCIÓN
El vehículo es la maquina con la que más tenemos que ver en la actualidad, es nu
estro medio de transporte, nuestro apoyo en las labores cotidianas tanto en zonas
urbanas como rurales, y también participa en diferentes deportes que nos divierten
al rededor del mundo, mucho tenemos que ver con los vehículos pero poco compr
endemos de su funcionamiento y lo que se requiere para llegar a obtener un vehíc
ulo funcional y seguro para nosotros.
Las Unidades Tecnológicas de Santander realizan esfuerzos para motivar a sus es
tudiantes y a la comunidad educativa de la región a participar en eventos de autom
ovilismo, con estos tenemos la oportunidad de conocer los diferentes sistemas qu
e componen el vehículo y los procesos de manufactura necesarios para su constru
cción, se requiere de investigación e innovación, pero quienes nos interesamos en
este campo nos resulta sumamente motivante, ya que en nuestro país no se cuent
a con políticas que promuevan y apoyen la investigación en este campo, salvo algu
nos esfuerzos desinteresados de algunas universidades como la nuestra y el apoy
o incondicional de la Federación Colombiana de Automovilismo Deportivo que con
su experiencia aseguran un buen precedente a este tipo de actividades.
El vehículo biplaza llamado MAKO es el ejemplo de la investigación y dedicación d
e nuestro equipo de trabajo, en él se ve la innovación y desarrollo de sus diferente
s sistemas adaptados para el tipo de competencia organizado por las UTS, espera
mos con este trabajo motivar a las siguientes generaciones de estudiantes a seguir
participando para ampliar el conocimiento y así la calidad de los vehículos.
2. REGLAMENTO TECNICO DE LA FCAD
CAPITULO EQUIPO DE SEGURIDAD
El siguiente equipo de seguridad, es de carácter obligatorio para todas las
categorías y grupos:
ARTICULO No. 1 Extintores:
Sistema extintor fijo (integral); capacidad mínima de 3000 gr. Se deben instalar dos
(2) accionadores; uno en el exterior del vehículo, en el costado derecho, el otro debe
ser accionado por el piloto sentado con el arnés de seguridad debidamente colocado
y asegurado. El sistema debe tener mínimo tres boquillas (hacia compartimiento
habitáculo, compartimiento motor y depósito de combustible). La tubería debe ser
de material ignifugo se recomienda tubería metálica. El agente extintor será CO2 ó
Solcaflam.
El sistema extintor debe estar ubicado en posición vertical a excepción aquellos que
estén diseñados para trabajar horizontalmente. Las boquillas no deben disparar
directamente a la cara del piloto (riesgo de quemaduras por frío).
Deben contar con manómetro y vigencia (Fecha de vencimiento) visibles y marcado
con su respectivo número de identificación del vehículo. Los accionadores deben
estar marcados con círculo rojo y la letra E.
ARTICULO No. 2Jaula de Seguridad:
Es obligatorio el uso de jaulas de seguridad conformes con las siguientes
condiciones:
Definiciones:
1. Jaula de seguridad: Armadura estructural concebida con el fin de evitar una
deformación importante de la carrocería en caso de choque o de vuelco.
2. Arco de seguridad: Marco o arco estructural con sus bases de anclaje.
3. Jaula antivuelco: Armadura estructural compuesta de un arco principal, un arco
delantero (o compuesto de dos arcos laterales), sus tirantes de conexión, un tirante
diagonal, tirantes longitudinales y de bases de anclaje. (Por ejemplo, ver gráfica 1)
Figura 1.arco principal
4. Arco principal: Estructura constituida por un marco o arco vertical situado en un
plano transversal al vehículo, inmediatamente detrás de los asientos delanteros.
5. Arco delantero: similar al arco principal pero su forma sigue los parales laterales
y el borde superior del parabrisas.
6. Arco lateral: Estructura constituida por un marco o arco vertical, situado a lo largo
de la parte derecha e izquierda del vehículo. Los montantes traseros de un arco
lateral deberán estar justo detrás de los asientos delanteros. Los montantes
delanteros deben seguir los montantes del parabrisas y de la puerta de forma tal
que no impidan la entrada o la salida del piloto y del copiloto.
7. Tirante longitudinal: Tubo longitudinal que no forma parte del arco principal,
delantero o lateral, que une estos arcos, así como los tirantes de refuerzo trasero.
8. Tirante diagonal: Tubo transversal que une los ángulos superiores del arco
principal o el extremo superior de un tirante de refuerzo trasero y el pie de anclaje
opuesto inferior del arco o del tirante de refuerzo trasero.
9. Refuerzo de armadura: Tirante de refuerzo anclado a la jaula de seguridad para
mejorar su eficacia estructural.
10. Placa de refuerzo: Placa metálica fijada a la carrocería o a la estructura del
chasis bajo el pie de anclaje de un arco para repartir mejor la carga sobre la
estructura.
11. Pie de anclaje: Placa soldada a un tubo del arco para permitir su atornillado o
soldadura sobre la carrocería o sobre la estructura del chasis, generalmente sobre
una placa de refuerzo.
12. Tirantes desmontables: Miembros estructurales de una jaula de seguridad que
se pueden desmontar.
ARTICULO No. 3 Especificaciones Generales:
1. Las jaulas de seguridad deberán diseñarse y construirse de forma tal que,
correctamente instaladas, reduzcan sustancialmente la deformación de la
carrocería y por lo tanto el riesgo de daños a las personas que se encuentran a
bordo. Las características esenciales de las jaulas de seguridad son: una
construcción sólida diseñada para adecuarse al vehículo concreto, fijaciones
adecuadas y un montaje adaptado a la carrocería.
Los tubos no deben transportar fluidos. La jaula de seguridad no debe dificultar la
entrada o salida del piloto y copiloto. Los elementos de la jaula podrán ocupar el
espacio de los ocupantes atravesando el salpicadero (tablero de instrumentos) y los
revestimientos delanteros, así como el asiento y revestimientos traseros. El asiento
trasero puede desmontarse.
Longitudinalmente, la jaula de seguridad debe estar contenida entre los puntos de
anclaje de los elementos de la suspensión delanteros y traseros encargados de
soportar las cargas verticales (amortiguadores y sistemas de resortes). Se permiten
refuerzos entre la jaula de seguridad y los anclajes de la barra estabilizadora trasera
por medio de tubos que no excedan una dimensión de 30 x 5 mm.
2. aula de seguridad básica: Sólo deberán utilizarse jaulas de seguridad.
3. Tirante diagonal obligatorio. Diferentes formas de montar el tirante diagonal
obligatorio: Ver dibujos 2 a 4. Se permite combinar varios elementos.
Figura 2 jaula de seguridad
4. Elementos de refuerzo opcionales: Cada tipo de elemento (dibujos que se
muestran a continuación) puede usarse separadamente o combinado con otros
Figura 3 Elementos de refuerzo
Puntos de anclaje de la suspensión.
Figura 4 punto de anclaje de suspensión
ARTICULO No. 4 Especificaciones Técnicas:
1. Arco principal, delantero o lateral: Estos marcos o arcos deben estar hechos de
una pieza sin uniones. Su construcción debe ser uniforme y desprovista de
ondulaciones o fisuras. La parte vertical del arco principal debe ser tan recto como
sea posible y estar lo más próxima al contorno interior de la carrocería. El montante
frontal de un arco delantero o de un arco lateral debe ser recto, o si esto no es
posible, debe seguir los montantes del parabrisas y tener una sola curvatura en su
parte vertical inferior. Si un arco principal constituye los montantes traseros de un
arco lateral (dibujo 3), la conexión al arco lateral deberá estar a nivel del techo.
Para conseguir un montaje eficaz a la carrocería, el revestimiento original del interior
se podrá modificar alrededor de las jaulas de seguridad y sus anclajes cortándolo o
deformándolo. Sin embargo, esta modificación no permite retirar partes completas
de las guarniciones o revestimientos.
Si fuera necesario, se puede desplazar la caja de fusibles con el fin de instalar la
jaula.
Los tornillos y las tuercas deben ser de una calidad ISO 8.8 ó superior.
Se advierte que las conexiones desmontables no pueden formar parte del arco
principal, delantero o lateral, dado que estas actúan como elementos bisagra en la
estructura permitiendo su deformación. Su uso está reservada a los tirantes de los
arcos y a la unión de un arco lateral al arco principal.
2. Indicaciones para la soldadura: Todas las soldaduras deben ser de la mejor
calidad posible y de una penetración total (preferentemente soldadura al arco en
atmósfera de gas inerte). Deberán cubrir todo el perímetro del tubo. Aunque una
buena apariencia exterior no garantiza necesariamente la calidad de la soldadura,
una soldadura de mala apariencia no será nunca señal de un buen trabajo.
En el caso de utilizar acero tratado térmicamente deben seguirse las instrucciones
del fabricante (electrodos especiales, soldadura en atmósfera inerte). Debe
señalarse que la utilización de aceros tratados térmicamente o con alto contenido
en carbono puede ocasionar problemas y una mala fabricación puede resultar en
una disminución de la resistencia (causada por las zonas afectadas por el calor),
una tenacidad inadecuada y contracciones internas.
Tabla 1 Materiales
Prestar atención a la obtención de buenas propiedades de elongación y adecuadas
características de soldabilidad.
El curvado del tubo debe hacerse en frío con un radio de curvatura del eje del tubo
de, al menos, 3 veces el diámetro. Si el tubo se abaliza durante esta operación la
relación entre el diámetro menor y mayor no será inferior a 0,9.
ARTICULO No. 16 Batería:
La batería se debe fijar en toda su dimensión transversal, mediante correas de
material resistente a la corrosión o soporte original. Se permite la colocación de la
batería dentro del habitáculo siempre y cuando esté protegida mediante caja de
seguridad que no podrá ser de material conductor a la electricidad.
ARTICULO No. 17 Luz de Posición:
Luz de posición: Es obligatorio en carreras nocturnas mediante dos faros de color
rojo en la parte trasera del vehículo. No se permite el uso de strobes o flash usados
en 88 aviaciones. No se permite el uso de luces giratorias o “licuadoras”. La luz de
posición debe funcionar al encender las limpias brisas. Las luces deben ser fijas.
Es obligatorio el uso de tercer Stop ubicado en la parte superior del vidrio
panorámico trasero.
ARTICULO No. 19Timón:
No se permiten timones con partes de madera.
ARTICULO No. 20 Tubo de Escape:
El tubo de escape debe terminar debajo de la carrocería a los costados, detrás del
paral central a ras con la carrocería, o en la parte posterior, sobresaliente de la línea
de la carrocería un máximo de 5 cm.
ARTICULO No. 21
No se permite llevar objetos dentro del vehículo que puedan tener movilidad y
afectar la integridad física del piloto.
CAPITULO II MEDIDAS DE SEGURIDAD
ARTICULO No. 23
Está terminantemente prohibido el transporte de gasolina adicional en recipientes
que no estén fijados de manera permanente en el vehículo. Deben estar conectados
al sistema de tanqueo rápido de seguridad del vehículo.
ARTICULO No. 24
En caso de carreras nocturnas, la altura de cualquier tipo de faros no debe
sobrepasar la línea inferior del parabrisas o la altura del capot y su número debe ser
siempre par y no mayor de cuatro unidades. Por tanto los vehículos que tengan las
luces originales, solo podrán instalar dos luces exploradoras adicionales. Las luces
originales de doble óptica son consideradas como independientes. (Cada bombillo
cuenta como una luz)
ARTICULO No. 25
No se puede modificar la carrocería en su apariencia original. Se puede remplazar
el material de los siguientes elementos: Capot, guardafangos puertas y tapa de baúl,
sólo en los ST. La carrocería de FL1 y FL2 es libre.
ARTICULO No. 26
Es permitido el uso de spoiler siempre y cuando su perfil no sobrepase el perfil
lateral de la carrocería original. La medida máxima permitida en la altura del spoiler
es de 30 cm, sobre la parte más alta de la carrocería original.
ARTICULO No. 27
El suplemento del guardabarros debe ser firmemente anclado y deberá cubrir la
rueda para las categorías que se permite.
ARTICULO No. 28
Se permite la remoción del material cromado. Es obligatorio la remoción de los
parachoques y soportes de los mismos, si no son parte integral de la carrocería
No se permiten elementos no previstos en el reglamento.
Se permitirá quitar parrillas, boceles, farolas y demás elementos de lujo.
ARTICULO No. 29
La carrocería debe estar en buen estado; no se puede presentar con abolladuras
viejas.
El vehículo debe estar limpio al momento de la revisión técnica.
ARTICULO No. 30
Se permiten orificios para ventilación del habitáculo, siempre y cuando no se afecte
la estructura de la pieza perforada.
ARTICULO No. 31
Se permite soldar, reforzar partes de la carrocería interior o exterior y modificar su
funcionamiento siempre y cuando no se altere la apariencia original del vehículo.
ARTICULO No. 32
Se permiten túneles en el conjunto delantero y trasero para fines aerodinámicos.
ARTICULO No. 33
El peso del vehículo declarado según cada categoría por los participantes, debe
aparecer en el guarda fango delantero derecho, de fácil identificación por parte de
los Comisarios Técnicos, al momento de hacer el pesaje respectivo. La medida
mínima de dicho aviso es de 10 x 10 cm.
ARTICULO No. 34
Es obligatorio proteger los faros delanteros y cualquier tipo de faro adicional con
cinta adhesiva transparente. No aplica a faros plásticos Los faros podrán ser
remplazados por tapas que cubran los orificios que deje su retiro de las posiciones
originales, firmemente ancladas.
ARTICULO No. 35
Internamente y externamente la estructura y la carrocería podrán ser reforzadas en
forma libre pero no alterando su forma original.
ARTICULO No. 36
La puerta delantera del conductor se deberá poder abrir y cerrar para dar acceso
libre al habitáculo.
No es permitido sellar la puerta delantera de los vehículos de fabricación en serie.
Se permitirá remover las cremalleras de los eleva vidrios así como los tapizados.
Los sistemas de apertura interna de la tapa del baúl y el capot deben estar
desconectados, lo mismo que el seguro del timón.
ARTICULO No. 37
El pedal del acelerador, embrague y freno deberán ser accionados mecánicamente
por el pie del piloto.
ARTICULO No. 38
En vehículos que por fabricación tengan la bomba de gasolina, filtros, reguladores
o mangueras de combustible en el interior del habitáculo se exigirá blindaje o
protección de seguridad.
ARTICULO No. 39
Prohibido en cualquier vehículo el uso de vidrios polarizados o con papel ahumado.
ARTICULO No. 41 Nivel de Ruido
El ruido generado por los vehículos no podrá exceder los 120 db a 6300 RPM o 3/4
del máximo de las revoluciones del motor si es menor, medidos a una distancia de
50 cm. y en un ángulo de 45º del punto de salida del exhosto.
Es permitido modificar la plataforma del piso para la ubicación de la tubería creando
túneles que solamente la contengan pero en ningún caso el diámetro podrá exceder
21 cm. Si éste túnel pasa por algún elemento estructural, éste no debe ser
modificado. Sin que haya lugar a ninguna apelación o explicación, la Comisión
Técnica podrá a su juicio exigir un silenciador a cualquier vehículo cuyo ruido
exceda los parámetros audibles que estimen los jueces.
ARTICULO No. 42 Rines
En ninguna categoría se permite correr con rines estampados de lámina de acero,
salvo que éstos porten una homologación específica para competencia. Todos los
demás deben ser de aleación de la más alta especificación.
__________________________________________________________________ Extraído del Reglamento Deportivo Nacional (RDN) disponible en http://www.fedeautos.com.co/document/rdn-
reglamento-deportivo-nacional
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN:
Las Unidades Tecnológicas de Santander en cumplimiento de su misión de formar profesionales con actitud crítica, creativa e innovadora, generando conocimiento y
un desarrollo tecnológico sostenible y de calidad, ha venido en los últimos años creando espacios para la participación de la comunidad uteísta en proyectos y eventos académicos de fuerte impacto social, promoviendo a su vez, la cultura de investig
ación necesaria para una formación integral y altamente competitiva de sus egresados en el entorno regional y nacional.
En su primer intento, en Octubre de 2012, realizó una competencia de vehículos d
enominados VTM (vehículos de tracción mecánica), en el marco del I Simposio Na
cional de Ingeniería Electromecánica, cuyos vehículos fueron construidos por los e
studiantes de Electromecánica con características como: un rango de cilindrada en
los motores de 200 c.c. a 250 c.c. y especificaciones de tamaño máximas de 160 c
m de ancho y 300 cm de largo. En la puesta en marcha pudieron evidenciarse con
diciones desfavorables en el comportamiento de los vehículos en la competencia c
omo: rotura de ejes, funcionamiento deficiente del sistema de frenos, sistema de di
rección mal diseñada presentando atascamientos y dureza en su manejo, razones
por las cuales no se obtuvo el impacto esperado en la comunidad uteísta.
En septiembre de 2013, se realiza por segunda vez este evento en el marco de la f
eria de Bucaramanga, denominado como: “I Gran Premio de Innovación y Diseño A
utomotriz”, el cual constó de dos categorías: VTM (vehículos de tracción mecánica)
y VTH (vehículo de Tracción humana) y durante el cual los estudiantes demostraro
n sus habilidades constructivas y competitivas. Sin embargo, en la puesta en marc
ha pudieron evidenciarse nuevamente deficiencias, a nivel de desempeño, segurid
ad y funcionamiento de los VTM debido a la ausencia de diseño preliminar y model
ado mediante herramientas CAD necesarias para predecir el comportamiento del v
ehículo y corregir posibles condiciones de falla antes de la construcción, evitando c
ostos y esfuerzos adicionales por dichas modificaciones.
Con esta propuesta, se busca diseñar y construir un vehículo de tracción mecánica,
de alto rendimiento (relación potencia–peso) y competitividad, en el marco del II
Gran Premio de Diseño e Innovación Automotriz, evento que se realizará en Agosto
del presente año, mediante la aplicación de una metodología de diseño básica, que
propone el relacionamiento de la fase de planeación, la fase de diseño ( Análisis y
cálculos de ingeniería, modelamiento CAD) y la fase constructiva, logrando una
sinergia esencial para la obtención de un producto seguro y confiable para un evento
de trascendencia e insignia de nuestro departamento e institución. Para el diseño y
construcción de este vehículo se tienen como requisitos las especificaciones dadas
por el comité organizador designado para el desarrollo del evento, y se busca
integrar los cálculos analíticos con el modelamiento en Solid Works, lo cual permitirá
analizar condiciones de falla posibles a nivel estructural, mecánico y aerodinámico
que permitan mantener la estabilidad y la buena respuesta del vehículo, mitigar
puntos críticos y obtener el factor de seguridad más adecuado para todos los
sistemas del vehículo. Como resultado, se obtendrá un vehículo competitivo,
económico, versátil, de fácil maniobrabilidad y mantenimiento, el cual servirá de
base para futuros proyectos de igual índole.
4. ESTADO DEL ARTE
En los vehículos se hace imperativo lograr estructuras más livianas que permitan
reducir peso sin perder resistencia ni potencia teniendo como resultado un alto nivel
de confiabilidad. Fibras, plásticos, nuevos tipos de acero y aluminio son los
materiales que hacen parte de las tendencias de innovación en la industria
automotriz para lograr autos más ligeros, con menor consumo de combustible y con
componentes de mayor calidad.
En los últimos años, el aluminio se ha colocado como uno de los materiales claves
en la producción de paneles de estructura, bloques y bielas de los motores por ser
más ligero que el acero. Incluso 1Volkswagen AG informo que utiliza un nuevo acero
de alta resistencia para hacer automóviles más ligeros y cumplir con las estrictas
normas de emisiones; en contra de las previsiones que apuntan a que el aluminio
será el material más elegido para reducir el peso de los vehículos, ellos aseguran
que el material es hasta seis veces más fuerte que el acero convencional, le ha
ayudado al segundo mayor fabricante de automóviles del mundo a reducir el peso
de los vehículos en alrededor de 100 kilos, lo que genera más eficiencia de
combustible y menor contaminación.
El chasis juega uno de los papeles más importantes en el diseño detallado de un
vehículo ya que éste soporta gran parte del peso del mismo, por tanto la innovación
en nuevos materiales, procesos de manufactura y ensamble es la clave para lograr
la optimización de factores como peso, rigidez y costo. De esta manera, el enfoque
de diseño debe considerar el mayor aprovechamiento de la potencia, reducción de
consumo de combustible y disminución de emisiones como los principales objetivos
en el desarrollo de un vehículo de última generación. La utilización de paquetes 2CAD/CAM permite simular y modelar el comportamiento del vehículo cuando es
sometido a diversas cargas estáticas y dinámicas, mostrando las piezas críticas o
que deben revisarse para tener una fabricación y ensamble exitoso, disminuyendo
costos por retrabajos y mano de obra.
_________________________________________________________________ 1CNNEXPANSIÓN, VW apuesta por acero para reducir peso. [Citado el 24 de Enero de 2013]. Disponible
en:<m.cnnexpansion.com/negocios/2013/01/24/vw-apuesta-por-acero-para-reducir-peso>2Ambas siglas
provienen de su denominación en inglés. Para diseñar usaremos el C.A.D. (Computer Aided Design), mientras
que para la fabricación se emplea el C.A.M. (Computer Aided Manufacturing).El diseño y fabricación con ayuda
de computador, comúnmente llamado CAD/CAM, es una tecnología que podría descomponerse en numerosas
disciplinas pero que normalmente, abarca el diseño gráfico, el manejo de bases de datos para el diseño y la
fabricación, control numérico de máquinas herramientas, robótica y visión computarizada. Históricamente los
CAD comenzaron como una ingeniería tecnológica computarizada, mientras los CAM eran una tecnología
semiautomática para el control de máquinas de forma numérica. Pero estas dos disciplinas se han ido
mezclando gradualmente hasta conseguir una tecnología suma de las dos, de tal forma que los sistemas
CAD/CAM son considerados, hoy día, como una disciplina única identificable.
A nivel internacional se tiene como referencia la 3Fórmula 1 ya que es la máxima
categoría del automovilismo, los automóviles utilizados son monoplazas con la
última tecnología disponible, siempre limitadas por un reglamento técnico; algunas
de estas mejoras que fueron desarrolladas en la Fórmula 1 terminaron siendo
utilizadas en automóviles comerciales, como el freno de disco; otro gran referente
para este tipo de competencias es la Formula SAE, por su implicación con los
estudiantes universitarios, 4La Fórmula SAE es una competición que nace en
Estados Unidos en el año 1982 bajo el patrocinio de la 5Sociedad de Ingenieros de
Automoción (SAE). Su objetivo fundamental es implicar a jóvenes ingenieros en el
diseño, construcción y puesta a punto de un vehículo tipo fórmula. El ámbito de la
competición se extiende desde la evaluación del diseño, habilidades de marketing,
costes y rendimiento ante varios ensayos dinámicos hasta la realización de una
carrera de 22km, en un circuito de máxima exigencia.
Desafortunadamente en Colombiano no se han establecido políticas que den un
fomento suficiente al desarrollo de proyectos de este tipo; sumando la política
automotriz actual y los 6 Tratados de Libre Comercio (TLC) con otros países han
debilitado la integración y la sinergia de las ensambladoras con proveedores
autopartistas nacionales, dando cabida a una mayor presencia de componentes
importados cuya aceptación en el mercado crece cada vez más debido a sus bajos
costos, razón por la cual compañías como 7CCA (Compañía Colombiana
Automotriz) detuvo sus operaciones en Colombia, esta ensambladora de la marca
japonesa de vehículos Mazda, fabricó el último carro el pasado 30 de abril de 2014
y cerró sus puertas; otras empresas se encuentran en la misma situación y piensan
en cesar sus actividades; esto confirma la profunda crisis que atraviesa el sector
automotriz en nuestro país y que dificultan el desarrollo del mismo.
Sin embargo, se hacen presentes algunos esfuerzos colectivos de instituciones
educativas, las olimpiadas 8Formula SENA son un proyecto que inicio en 2009, con
iniciativa del Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA), destinado al fortalecimiento
de la creatividad y liderazgo de los aprendices de dicha institución, mediante la
integración de todas las tecnologías y competencias asociadas al diseño y
construcción de un vehículo de carrera monoplaza, cada regional
_________________________________________________________________ 3Formula 1, también denominada como “la máxima categoría del automovilismo”, es la competición de
automovilismo internacional más popular y prestigioso. La entidad que la dirige es la Federación Internacional
del Automóvil. (FIA) 4Fórmula SAE es una competencia de diseño estudiantil organizada por SAE internacional.
El concurso se inició en 1978 y fue originalmente llamado SAE Mini indy. Disponible
en:<en.m.wikipedia.org/wiki/Formila_SAE. 5SAE Internacional (SAE - Society of Automotive Engineers),
formalmente Sociedad de Ingenieros de Automoción, es la organización enfocada en la movilidad de los
profesionales en la ingeniería aeroespacial, automoción, y todas las industrias comerciales especializadas en
la construcción de los vehículos. El principal objetivo de la sociedad es el desarrollo de los estándares para
todos los tipos de vehículos, incluyendo coches, camiones, barcos, aviones, etc. Cada uno que se interese por
los factores humanos y los estándares ergonómicos, puede ser miembro de esta organización.
participante se conforma de un equipo multidisciplinarios de aprendices e
instructores del SENA y estudiantes universitarios, que trabajan de manera conjunta
en el diseño, validación y construcción del vehículo de carreras, el cual se evalúa
teniendo en cuenta aspectos de seguridad, diseño, presentación, organización,
pruebas en pista entre otros; el principal inconveniente para la participación de las
universidades en estas competencias es el elevado costo que genera la
construcción del vehículo de carreras, el valor de un monoplaza para la formula SAE
o la formula SENA pueden superar los 50 millones de pesos, solo en su construcción
por lo que para estudiantes y directivos es difícil emprender proyectos de esta
magnitud. Con estas dificultades se siguen emprendiendo proyectos para buscar
soluciones a estudiantes que quieren mostrar sus habilidades y aprendizajes con
este tipo de proyectos, tesis de grado como 9DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN
MONOPLAZA COMO SOPORTE PARA LA PROPUESTA DE UNA
COMPETENCIA UNIVERSITARIA DE VEHÍCULOS MONOPLAZA “FORMULA U
COLOMBIA” presentadas en la Universidad Industrial de Santander (UIS), proponen
la realización del diseño, desarrollo y construcción de un vehículo tipo formula con
un costo por debajo de los 7 millones de pesos, con un evento o competencia donde
se permita mostrar los vehículos al pleno de su funcionamiento.
Como también lo hicieran las Unidades Tecnológicas de Santander (UTS) con su “I
Gran Premio de Innovación y Diseño Automotriz”, con un bajo costo se construyeron
vehículos biplaza, que participaron en la carrera con un relevante éxito y que
lograron abrir las puertas para que este evento se repita, esta vez con más
participación y con la enseñanza que da la experiencia.
________________________________________________________________________________
6El Acuerdo de Promociones Comerciales entre países, también llamado TLC en Colombia (en inglés: Trade
Promotion Agreement (TPA)), es un Tratado de Libre Comercio (TLC) entre Colombia y otros países entre ellos
Estados Unidas. Aprobado el 10 de octubre del 2011 por el congreso de los Estados Unidos y en vigencia desde
el 15 de mayo de 2012. Éste tiene diferentes fines que en cierta forma favorecen o perjudican a ciertos sectores
de los dos países. 7La Compañía Colombiana Automotriz (CCA) era una empresa con base en Bogotá, Colombia que se
encargaba de ensamblar vehículos. Inicialmente fundada por Leónidas Lara para ensamblar vehículos de Peugeot, en los
años 1960 a 1970 comenzó la producción de coches italianos y polacos. Después de que en 1983 se vendieran su operación
e instalaciones a Mazda, se ensamblaban, fabricaban y distribuían vehículos Mazda.8Las Olimpiadas Colombianas Formula
SENA cons isten en definitiva en el diseño y la construcción de un vehículo de carrera por cada una de las 12 regionales
participantes a nivel nacional, en asocio de diversas universidades de cada región y empresas del sector privado.
Disponible en internet: <http://www.sildeshare.net/jonanv/presentacion -proyecto-formula-sena>9SERGIO ANDRES
BALAGUERA SUAREZ, ALEXANDER JAVIER FONSECA SIERRA, JULIO CESAR JIMENEZ BRAVO . P. 2011. Diseño y
construcción de un monoplaza como soporte para la propuesta de una competencia universitaria de vehículos
monoplaza “formula u Colombia”. Trabajo de grado para optar al título de ingeniero mecánico. Bucaramanga.
Universidad Industrial de Santander, facultad de ingenierías físico mecánicas, escuela de ingeniería mecánica,
260p.
5. OBJETIVOS DEL TRABAJO DE GRADO
5.1 GENERAL:
Diseñar, modelar y construir un vehículo de tracción mecánica (VTM) en
cumplimiento de la misión de las Unidades Tecnológicas de Santander de generar
conocimiento a través del desarrollo tecnológico integral e incentivar la participación
de la comunidad educativa en competencia afines al campo automotriz a nivel
regional y nacional.
5.2 ESPECÍFICOS:
Diseñar un vehículo de tracción mecánica (VTM) teniendo en cuenta los siguientes requisitos mínimos
Modelar en Solidworks los principales sistemas del vehículo (chasis,
suspensión, dirección, transmisión). Evaluando tensiones, deformaciones y rigideces, previniendo posibles condiciones de fallas en el vehículo.
Construir un vehículo de tracción mecánica (VTM) confiable versátil de fácil mantenimiento, económico, conservando una buena relación potencia- peso que permita tener el mejor rendimiento del motor.
Realizar pruebas de arranque, marcha y frenado previas al evento para garantizar el buen desempeño del vehículo en la competencia.
6. METODOLOGIA
Para el desarrollo del presente proyecto se decidió utilizar una metodología de
diseño básica, debido a la complejidad de otras más específicas y funcionales como
QFD, Ingeniería Concurrente entre otras.
De acuerdo con la experticia de los integrantes se designaron las tareas específicas
para los diferentes sistemas que componen el vehículo y siguiendo paso a paso lo
propuesto en la metodología, el vehículo se condiciono a los requerimientos
técnicos propuestos por las Unidades Tecnológicas de Santander y las sugerencias
de la Federación Colombiana de Automovilismo Deportivo.
A continuación se detallan los pasos a seguir de acuerdo a la metodología
seleccionada:
IDENTIFICACIÓN DE LA
NECESIDAD
Definición del problema.
Investigación preliminar
Planteamiento de objetivos.
Especificaciones de desempeño.
IDEACIÓN E INVENCIÓN
Documentación.
Bocetos de diseños a mano alzada.
Selección de diseño a construir.
ANÁLISIS
Desarrollo de cálculos de estructura.
Análisis estáticos y dinámicos para el
modelo a construir.
SELECCIÓN
Elección del mejor
diseño factible desde el análisis.
PRUEBAS EN EL VEHICULO
Aceleración
Velocidad
Frenado
Entrada en curva
PUESTA EN MARCHA
Últimos ajustes al
vehículo y su aprobación de calidad
MODELAMIENTO Y
CÁLCULOS EN SOLIDWORK
Simulación de elemento en solid Works.
Cálculos generales de los elementos.
DISEÑO DETALLADO
Chasis
Tipo de suspensión
Tipo de transmisión
Soporte ajustable para el motor
Soportes para los diferentes sistemas.
PRODUCCIÓN
Construcción del chasis y los diferentes sistemas
que componen el vehículo.
Tabla 2 División y planeación de actividades principales
Identificación de la necesidad - diseño de tipo de transmisión Encargado Lizeth
Ríos Gómez
Selección y ubicación del sistema de dirección diseño se soporte ajustable para
el motor. Encargado Miguel Angel Cuevas
ACTIVIDAD CONCEPTO
IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD
Definición del problema. Investigación preliminar
Planteamiento de objetivos. Especificaciones de desempeño.
IDEACIÓN E INVENCIÓN
Documentación Entrega de propuestas por cada
integrante del equipo.
Selección del modelo a construir
SELECCIÓN Elección del mejor diseño factible desde el
análisis.
DISEÑO DEL CHASIS
Establecer dimensiones.
Simulación de la estructura en Solidworks. Cálculos generales de la estructura
Selección de material adecuado
DISEÑO DE TIPO DE SUSPENSIÓN
Establecer dimensiones
Selección de tipo de tijeras, amortiguadores, porta manguetas
Simulación de elementos en Solidworks.
Cálculos generales de los elementos.
DISEÑO DE TIPO DE TRANSMISIÓN
Selección de un método de distribución de potencia a las dos ruedas.
Simulación de elementos en solid Works.
SELECCIÓN Y UBICACIÓN DEL
SISTEMA DE DIRECCIÓN
Seleccionar sistema de dirección. Ubicación de la dirección.
Adecuación del chasis para el ensamble de la dirección.
DISEÑO Y SELECCIÓN DE SISTEMA
DE FRENOS Y LLANTAS.
Establecer dimensiones
Diseño de soportes para mordazas de discos. Diseño de freno integrado al diferencial.
Simulación de elementos en solid Works.
Cálculos generales de los elementos.
DISEÑO DE SOPORTE AJUSTABLE
PARA EL MOTOR
Establecer dimensiones
Simulación de elemento en solid Works. Cálculos generales del elemento.
Establecer ubicación dentro del chasis.
Encargado Sebastian Suarez Caballero
DISEÑO DE SOPORTES PARA
ASIENTOS DE PILOTO Y COPILOTO
Establecer dimensiones. Simulación de elemento en solid Works.
Cálculos generales de los elementos.
Ubicación en el chasis.
DISEÑO Y UBICACIÓN DE SOPORTES
Establecer dimensiones de soportes para:
Batería Elementos de encendido electrónico del
motor.
Cinturones de seguridad Tacómetro
Extintor
Mandos de encendido Volante
Pedales Guayas de acelerador y embrague.
Espejos retrovisores
Tanque de combustible Escape
Bomba de freno
Soporte Luces stop Simulación de elemento en solid Works
Cálculos generales de los elementos. Ubicación en el chasis
COMPRA DE ELEMENTOS
MATERIALES
Tubería en acero Motor
Rodamientos Diferencial
Caja de dirección
Amortiguadores Ejes homocinéticos
Llantas Frenos
Fibra de vidrio
Tornillería Bomba de freno
Tubería en cobre ( frenos)
Mangueras ( frenos) Guayas
Accesorios ( extintor, cinturón de seguridad, batería, luces, retrovisores)
Aceite
Grasa Volante
Pintura
Líquido de frenos Gasolina
Soldadura
ACTIVIDAD CONCEPTO
Corte de material fabricación de tijeras Encargado sergio figueroa
Ensamble de sistemas al chasis pruebas al vehículo Encargado elkin merchan
CORTE DE MATERIAL
tubería perfiles
lamina
ejes
FABRICACIÓN DEL CHASIS
Aplicar cordones de soldadura
Doblar tubería chasis Perforar tubería para soportes
Aplicar pintura
FABRICAR SOPORTES Aplicar cordones de soldadura
Perforar soportes para tornillería
Aplicar pintura
FABRICACIÓN TRANSMISIÓN Ensamble de piñón Ensamble de disco de freno
Aplicar pintura
FABRICACIÓN DE TIJERAS
Aplicar cordones de soldadura
Perforar tubería para soportes
Fabricar soporte para suspensión Fabricar porta-mangueta
Aplicar pintura
ENSAMBLE DE SISTEMAS AL CHASIS
Motor
Transmisión suspensión
dirección frenos
cambios
ruedas asientos
accesorios carrocería
ACABADO SUPERFICIAL
acabado de carrocería pintura final
diseño de publicidad( escudo, logo, estampados)
PRUEBAS AL VEHÍCULO
aceleración velocidad
frenado
entrada en curva
ACTIVIDAD CONCEPTO
10Un vehículo es el resultado de cientos de elementos que interactúan entre si y que
componen los sistemas de este, realizar un diseño y construcción de cada elemento
hace muy complejo la construcción de un vehículo para el propósito del evento el
cual es incentivar la participación de la comunidad educativa en el campo
automotriz. Para el diseño y construcción de nuestro vehículo de tracción mecánica
(VTM) se utilizaron sistemas o parte de estos, del diseño de vehículos comerciales
de la marca Renault permitiéndonos estudiar estos elementos por sistemas que
facilitan el ensamble y nos centran en el diseño original e innovador del chasis y sus
sistemas de suspensión.
7. ESTRUCTURA/ CHASIS
Al igual que los huesos en los humanos son los que soportan todo el cuerpo y le
dan rigidez, el chasis y el bastidor cumplen está función en el auto, por lo cual
merecen mucha atención. La importancia del chasis debería ser obvia, pero es un
sistema tan complejo que muchos ingenieros y técnicos lo definen solo como la
unidad que reúne todos los sistemas del auto y los une a una superficie de la calle
o carretera.
El chasis o chasís, diferente a carrocería, consiste en una estructura que aporta
rigidez y forma un vehículo. Consta de un armazón que integra entre sí y sujeta
tanto los componentes mecánicos, como el grupo moto propulsor y la suspensión
de las ruedas, incluyendo la carrocería.
La fase inicial de diseño debe tener en cuenta tanto la resistencia estática como la
resistencia dinámica de acuerdo a las condiciones que se puedan presentar en
competencia, la capacidad de soporte de las uniones y de los miembros
estructurales y por supuesto el método de fabricación empleado; en la construcción
de un chasis se fusionan cuatro factores importantes: la rigidez, la distribución del
espacio, la ligereza o el peso y el costo final del mismo.
PESO
Al utilizar un chasis de bajo peso se aprovecha de la mejor forma la potencia
entregada por el motor y aumenta la maniobrabilidad, mientras que un chasis con
peso considerable desperdicia la potencia del motor y dificulta el control del
vehículo, además que eleva el consumo del combustible en competencia.
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10 Diseño y construcción Del VTM por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo 2Física para Ciencias e Ingeniería, Serway, 4ed,5ed
RIGIDEZ
Es muy importante obtener una estructura que garantice la protección del piloto en
casi de impactos, y la rigidez es el factor que permite que se cumpla esa
condición. Además de ser la característica de mayor influencia en el
comportamiento del vehículo.
ECONOMIA
El costo de fabricación del chasis debe estar dentro del límite de las capacidades
económicas del equipo y del presupuesto aportado por las Unidades Tecnológicas
de Santander, siendo una propuesta viable y reduciendo los costos totales de
construcción del vehículo en general.
ESPACIO
la distribución del espacio permite equilibrar el peso total del vehículo sobre las
cuatro ruedas para que la tracción y maniobrabilidad sea más eficaz , garantizado
de igual forma que cada uno de los elementos y sistemas que componen el
vehículo estén finamente acoplados dentro de la estructura.
El Chasis es una combinación de características como: seguridad moderada,
ligereza, bajo centro de gravedad, simplificación de diseño y facilidad de
construcción; los cuales permiten obtener el nivel de competitividad deseado.
Elementos de Seguridad
Los elementos que sirven para prevenir situaciones de peligro en colisiones o
impactos están enfocados para evitar accidentes; por eso en el diseño de los
vehículos se dedica mucho esfuerzo tanto a la seguridad pasiva (medidas que se
toman para limitar el riesgo de sufrir lesiones ante colisiones) como a la activa
(chasis, forma y sus materiales), buscando una combinación optima entre ellas y
que eleve el nivel de seguridad en general.
Entre elementos como la jaula antivuelco, puntos de anclajes del cinturón de
seguridad, zonas de absorción de impactos, entre otros.
El vehículo no debe ser extremadamente rígido para soportar colisiones, sino que
debe contar con zonas flexibles que permitan la absorción de la energía mediante
la deformación del mismo y también otras zonas que rodean al piloto para que no
se vea afectado con los elementos propios de la estructura.
Jaula antivuelco
Es una estructura metálica que construye alrededor dela cabina del vehiculo, para
proteger al piloto en caso de accidentes y en caso de volcamiento. El diseño
depende esencialmente de la especificaciones , y su fincionalidad no solo es de
proteccion si no de rigidez de la estructura .
Dispositivos adicionales de seguridad
La estructura del vehículo además de contar con la jaula de antivuelco debe
presentar una zona de absorción de impactos frontales que permita disipar la mayor
cantidad de energía generada en una colisión. De esta manera se fusionan las
zonas de baja deformación y la de alta absorción de energía. Además debe
asegurar al piloto mediante un arnés de seguridad que debe ir anclado a la
estructura principal en puntos especialmente diseñados para evitar deformaciones.
Materiales:
El chasis puede estar conformado por diversos materiales pero principalmente los
aceros de bajo carbono, aluminio o fibra de carbono, las cuales proporcionan
algunas ventajas; bajo peso, bajo consumo y alta maniobrabilidad. El tipo de
material utilizado permite obtener ventajas respeto al peso y la rigidez del vehículo.
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11Física para Ciencias e Ingeniería, Serway, 4ed,5ed
Tabla 1: Aceros inoxidables
Tabla 3 Materiales11
Las piezas hechas a partir de cualquier acero escogido según las especificaciones
son fácilmente unidas mediante todos los procesos de soldadura. Los más comunes
son los menos costosos y más rápidos como a soldadura por arco metálico
protegido, soldadura con arco metálico y gas y soldadura oxiacetilénica.
La condición que define el uso del material para conformación de la estructura se
basa en la facilidad de conseguir el material en el país su buena relación resistencia/
peso y su costo considerablemente bajo respecto a otros aceros de mayor
resistencia a la fluencia y a la rotura.
Fibra de Vidrio: es un material que consta de fibras numerosas y extremadamente
finas de vidrio, siendo un elemento flexible que permite moldearse. Usado para el
cubrimiento en la carrocería.
Ergonomía: la capacidad de triunfar en una carrera depende de la máquina y de
la habilidad del piloto, capacidad de concentrar todos sus esfuerzos a las
condiciones de carrera, de ahí nace la necesidad de establecer parámetros
ergonómicos desde la fase de diseño que permita al piloto una posición cómoda
de conducción con Angulo de visión dentro del rango recomendado de acuerdo a
las velocidades normales de manejo.
Rigidez y estabilidad de la estructura: La rigidez como esa capacidad que tiene
un elemento estructural de soportar esfuerzos sin presentar grandes
deformaciones, condiciona la estructura del vehículo para mantener la estabilidad
frente a las diferentes condiciones dinámicas que se presenten en carrera. La
rigidez se representa una fuerza aplicada y el desplazamiento que genera cuando
aplica esa fuerza.
Tabla 4 Grado del acero
En el campo automotriz sin embargo la rigidez más significativa es la torsional y se
expresa de la siguiente manera:
La rigidez cumple algunas condiciones de proporcionalidad respecto al módulo de
elasticidad, el momento de inercia y el área de la sección del elemento.
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Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Ecuación 1: Rigidez, Ecuación 2: Rigidez torsional. Física para Ciencias e Ingeniería,
Serway, 4ed,5ed.
Ecuación 1: Rigidez
Ecuación 2: Rigidez torsional
Ecuación 3: Condiciones de proporcionalidad
Ecuación 4: Modulo de elasticidad del material
Generalmente se realiza el cálculo de la rigidez torsional para determinar si un
chasis es competitivo y si su comportamiento en pista va a ser el deseado, sin
embargo también se les realiza el cálculo de la rigidez a flexión que determina si la
estructura soporta estáticamente los elementos que se sujetan a ella.
Rigidez a flexión:
Determina cuanto se fleta la estructura debido a su peso propio y los demás
elementos que se acoplan a ella. Se realiza mediante un cálculo estático teniendo
en cuenta la ubicación de elementos y fuerzas que generan como el peso, motor y
sistema se transmisión.
Rigidez a torsión:
determina cuanto se deforma la estructura debido a una fuerza que tiende a girar
uno de los ejes manteniendo el otro rígido; el valor de rigidez torsional aceptado
para el vehículo está determinado por el tipo de competencia para el cual está
diseñado, pues depende del par máximo al que puede verse sometido debido a las
fuerzas de las tijeras y la suspensión.
Figura 6 Rigidez a torsión
_______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo, Ecuación 3: Condiciones de proporcionalidad, Figura 1: Sistema que ejercen fuerzas
que afectan la rigidez a flexión de la estructura .
Figura 5 Rigidez a Flexión
Afecta principalmente los nodos de la estructuras, aquellos puntos que unen las
secciones tubulares. Para evitar que la estructura se deforme de manera
considerable se utilizan triangulaciones, esta soporta los nodos y reciben la carga
de manera axial lo que permite lograr mayor rigidez.
Al aumentar la rigidez el vehículo tendrá mayor estabilidad en pista, se puede
integrar de igual manera el centro de gravedad de la estructura que al estar más
cerca de la pista y en posición centrada a lo largo del vehículo mejora la capacidad
de conducción y la estabilidad del vehículo. Detalles como las ruedas, las
suspensiones y el peso total del vehículo de igual forma afectan la estabilidad del
vehículo y deben ser estudiados cuidadosamente.
Distribución del espacio: la funcionalidad del chasis no tendría sentido si en su
conformación no hay espacio suficiente para incorporar los demás sistemas, se
debe realizar un estudio para abarcar todos los elementos del vehículo y que su
posición final sea la adecuada. Se divide la estructura en secciones y por cada
sección se estudian los elementos acoples, la distribución del espacio está asociada
a la distribución del peso.
Criterios de costos de la estructura: se recomienda que los siguientes aspectos
se tengan en cuenta desde la parte del diseño preliminar.
Utilizar secciones de tubos de una sola dimensión.
Menor número de las secciones de tubo dobladas.
Menor el número de uniones soldadas, sobre todo las soldaduras a tope.
Alternativas de chasis: se realizaran diferentes bosquejos de chasis, de los
cuales se escogieron dos, para analizar y comparar de acuerdo a las
características mencionadas anteriormente y cumpliendo con las especificaciones.
Requerimientos para el chasis
Rigidez torsional.
Peso.
Costos de material.
______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Figura 2: Ejemplos de rigidez torsional en pista Física para Ciencias e Ingeniería,
Serway, 4ed,5ed
Facilidad en la fabricación.
Costos de fabricación.
Seguridad para el piloto.
Distribución de espacio
Estabilidad.
Centro de gravedad.
Ergonomía y/o confort.
Cálculos y parámetros del chasis: Dimensiones de la estructura, Configuración
de la suspensión y dimensiones establecidas de ancho y largo, dimensiones de la
tubería y se opta por utilizar las dimensiones más críticas.
El estudio a realizar con las dimensiones físicas de la persona más alta del equipo
de trabajo.
Figura 7 Dimensiones funcionales del cuerpo humano
_______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Figura 3: Ángulos adecuados para la postura corporalFísica para Ciencias e Ingeniería,
Serway, 4ed,5ed
Tabla 5 Parámetros del chasis
Peso del motor: El motor está sujeto a la estructura mediante seis puntos de
Apoyos distribuidos de la siguiente manera: dos puntos de apoyo hacia el frente y
cuatro ubicados en la parte posterior.
El estudio estático mediante las sumatorias de fuerzas y momentos permite
establecer ecuaciones para encontrar la magnitud de las fuerzas producidas por el
peso del motor sobre sus puntos de apoyo en el chasis.
Carga ejercida por el peso del piloto: el Piloto ejerce una de las cargas más
importantes sobre el chasis debido a su masa considerable. Asumimos que la
fuerza que recibe el chasis por parte del piloto se representa en los puntos de
unión del chasis y asiento.
Figura 8 Carga ejercida por el peso del piloto
Peso de la transmisión: La carga ejercida por la transmisión sobre la estructura
se simula mediante un par de cargas distribuidas de igual magnitud en cada uno
de los ejes del vehículo.
_______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Tabla 5: Dimensiones funcionales del cuerpo humano 2Física para Ciencias e Ingeniería,
Serway, 4ed,5ed
Ecuación 5: Fuerza
Figura 9 Peso de la estructura
El peso de la estructura: el peso propio del chasis está determinado en el análisis
por la fuerza de la gravedad y la masa del chasis.
1Carga ejercida por la inercia del piloto: En nuestro caso asumiremos que la
fuerza que recibe el chasis por parte del piloto al momento de acelerar se presenta
en los puntos de unión del chasis y el asiento del piloto. La fuerza se distribuye
uniformemente en los cuatro puntos de anclaje del asiento.
Figura 10: Diagrama de fuerzas ejercido por la inercia del piloto sobre la estructura en la aceleración
Ecuación 7: Peso
Ecuación 6: Fuerza
Ecuación 8: Fuerza
SISTEMA DE POTENCIA
Motor: El motor para utilizar en el vehículo MAKO, corresponde a un motor de
motocicleta:
Motor TVs rtr 180c.c.
Potencia: 17.3hp a 8.500 rpm
Torque: 15.5N-m a 6.500 rpm
Relación de compresión: 9.5:1
Motor moto akt xm 180 c.c.
Potencia: 14.3hp a 8.500 rpm
Torque: 13 N-m a 6.000 rpm
Relación de compresión: 9.2:1
Motor moto pulsar ug 180 c.c.
Potencia: 17hp a 8.500 rpm
Torque: 14.22N-m a 6.500 rpm
Relación de compresión: 9.5:1
Motor DSR 200
Potencia Máxima: 14.5HP @8000RPM
Cilindrada: 196.3 cc
Relación de compresión: 9,2:1
Se escogerá según las especificaciones, y mejor relación de compresión.
_________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Ecuación 5: Fuerza, Figura 10: Diagrama de fuerzas producidas por el peso del piloto
sobre la estructura, Ecuación 6: Fuerza, Ecuación 7: Peso Física para Ciencias e Ingeniería, Serway, 4ed,5ed
8. DETERMINACION CARGAS QUE SOPORTA EL CHASIS
8.1 Peso del vehículo
“sin pilotos, sin combustible” 290 Kg
8.2 Aceleración máxima
Tomando parámetros y resultados en un vehiculo de similares características en
relación POTENCIA—PESO
Distancia Recorrida 15 metros.
Velocidad Final alcanzada en 15 metros: 10 m/s
8.3 Aceleración Longitudinal
𝑎𝑥 =𝑣2
2𝑠
𝑎𝑥 =(10𝑚/𝑠)2
2( 15𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠)
𝑎𝑥 = 3,3 𝑚/𝑠2
𝑎𝑥= aceleración
𝑣 =Velocidad de aceleración
𝑠= distancia recorrida
Teniendo en cuenta los valores de desmultiplicación final 6,25:1 y un factor de
rodadura del 87% podemos calcular la fuerza de empuje.
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 =( 𝑇 𝑥 𝐷𝑓 𝑥 𝑌𝑟 )
𝑅 𝑟𝑢𝑒𝑑𝑎
Torque máximo del motor = 14,0N.m @ 6500RPM
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 =( 𝑇 𝑥 𝐷𝑓 𝑥 𝑌𝑟 )
𝑅 𝑟𝑢𝑒𝑑𝑎
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 =( 14 𝑥 6,25 𝑥 0.87 )
0,24
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 = 317,19𝑁
Por lo tanto el Vehiculo puede acelerar
𝐹𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 𝑔=
317,19)
440𝑘𝑔 𝑥 9,81 𝑚/𝑠2= 0.07𝐺
Peso total = 290 kg + 2 pilotos al 95% 150 kg = 440 Kg
La transferencia de pesos o de carga que están presentes en los amortiguadores
es:
𝑇1 = 𝐺 +𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥 ℎ𝑒𝑑𝑔
𝑙 𝑒𝑗𝑒𝑠
T1= transferencia longitudinal del peso debido a la aceleración en Kg
l ejes = 1,95m Distancia entre ejes.
h eds= 0.35m Distancia del centro de gravedad al piso.
𝑇1 = 0.07 +440 𝑥 0,35
1.95
𝑇1 = 5,53 𝑘𝑔
Este es un valor aproximado por lo tanto se multiplica por un factor de seguridad
de 3.
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑇1 𝑥 𝑌𝑓 𝑥 𝑔
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5,53 𝑥 3 𝑥 9,81𝑚/𝑠2
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙 = 162,75 𝑁
Fuerza de inercia del piloto en los amarres del asiento.
𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 = 𝑚 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑜 𝑥 𝑎 𝑚𝑎𝑥 𝑥 𝑌𝑓
𝐹𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑒 = 𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎
4
𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 = 75 𝑘𝑔 𝑥 3.3𝑚
𝑠2𝑥 3
𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 = 742,5 𝑁
𝐹𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑒 = 742,5𝑁
4
𝐹𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑒 = 185,63 𝑁
Fuerza de inercia del chasis en aceleración máxima
Las cargas distribuidas en cada una de las barras del chasis será calculado de la
siguiente forma:
𝑞 = 𝑝 𝑥 𝑣 𝑥 𝑎 𝑚𝑎𝑥 𝑥 𝑌𝑓
P= densidad del acero 7850 Kg/ m3
Para dar un ejemplo calcularemos la inercia que tiene una de los largueros
transversales del chasis en donde el larguero mide 0.9 m y es un tubo de acero
25 mm x 2, 5 mm
𝑑2 = 𝑑1 − 2𝑒
𝑑2 = 25 − 5
𝑑2 = 20mm
𝑣 = 𝜋( 𝑑12 − 𝑑22)𝑥 ℎ
4
𝑣 = 𝜋( 2,5𝑐𝑚2 − 2𝑐𝑚2 )𝑥 90𝑐𝑚
4
𝑣 = 159.04 𝑐𝑚3
𝑞 = 7850 𝑥 0.000159 𝑥 3,3 𝑥 3
𝑞 = 12,36𝑁
𝑚
Entonces tenemos que por cada viga tenemos una carga distribuida de 12, 36 N/m
8.4 Frenada brusca.
Teniendo en cuenta datos de vehículos de similares características se realizan los
cálculos.
Velocidad final de aceleración 18.05 𝑚 𝑠⁄
Distancia final de frenado 11.5 m
as - desaceleración final en 𝑚 𝑠⁄
𝑎𝑠 =𝑣2
2𝑠𝑓
𝑎𝑠 =(18.05)2
2(11.5)
𝑎𝑠 = 14.17 𝑚
𝑠2
Inercia del piloto en los amarres del asiento.
Se toma la masa del piloto para el caso de un solo asiento al 95% y esta es de 75
Kg
𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 = 𝑚 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑜 𝑥 𝑎 𝑚𝑎𝑥 𝑥 𝑌𝑓
𝐹𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑒 = 𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎
4
𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 = 75 𝑘𝑔 𝑥 14.17 𝑚
𝑠2𝑥 3
𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 = 3188.25 𝑁
𝐹𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑒 = 3188.25 𝑁
4
𝐹𝑎𝑚𝑎𝑟𝑟𝑒 = 797.06 𝑁
Fuerza de inercia en el chasis en frenada brusca.
𝑞 = 𝑝 𝑥 𝑣 𝑥 𝑎 𝑚𝑎𝑥 𝑥 𝑌𝑓
𝑞 = 7850 𝑥 0.000159 𝑥 14.17 𝑥 3
𝑞 = 53.06 𝑁𝑚⁄
Transferencia longitudinal del peso debido a la desaceleración.
G – Veces la gravedad
𝐺 = 𝑑
𝑔
𝐺 = 14.17
9.81
𝐺 = 1.44
𝑇1 = 𝐺 +𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥 ℎ𝑒𝑑𝑔
𝑙 𝑒𝑗𝑒𝑠
𝑇1 = 1.44 +440 𝑥 0,35
1.95
𝑇1 = 113.72 𝐾𝑔
Este es un valor aproximado por lo tanto se multiplica por un factor de seguridad
de 3.
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑇1 𝑥 𝑌𝑓 𝑥 𝑔
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙 = 113.72 𝑥 3 𝑥 9,81𝑚/𝑠2
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑙 = 3346.8 𝑁
8.5 Fuerzas presentes en entradas a curva.
Para el cálculo en una curva sin peralte de la velocidad máxima y la aceleración
lateral, se toma un coeficiente de rozamiento del 75% y en una curva promedio de
radio 50m
𝑣 = √µ 𝑥 𝑔 𝑥 𝑅
𝑣 = 19.18 𝑚 𝑠⁄
𝑎𝑙 =𝑣2
𝑅
𝑎𝑙 =(19.17)2
50
𝑎𝑙 = 7.35 𝑚𝑠2⁄
Para el cálculo en una curva con peralte de la velocidad máxima y la aceleración
lateral, se toma un coeficiente de rozamiento del 75% y en una curva promedio de
radio 50m y un ángulo de peralte de 15 grados.
𝑣 = √𝑔 𝑥 𝑅 𝑥sin Ø ˖ µ cos Ø
cos Ø − µ sin Ø
𝑣 = √9.8 𝑥 50 𝑥sin 15 ˖ 0.75 cos 15
cos 15 − 0.75 sin 15
𝑣 = 24.98 𝑚 𝑠⁄
𝑎𝑙 =𝑣2
𝑅
𝑎𝑙 =(24.98)2
50
𝑎𝑙 = 12.48 𝑚𝑠2⁄
Fuerza de inercia en los amarres del asiento.
𝐹1 = 𝐹2 =𝑀𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑜 𝑥 𝑎𝑙
2
𝐹1 = 𝐹2 =75 𝑥 7.35
2= 275.62 𝑁
8.6 Fuerza de inercia del chasis en curva.
Con la siguiente expresión se calcula la carga distribuida para este caso.
𝑞 = 𝑝 𝑥 𝑣 𝑥 𝑎𝑙 𝑥 𝑌𝑓
𝑞 = 7850 𝑥 0.000159 𝑥 7.35 𝑥 3
𝑞 = 27.52 𝑁𝑚⁄
Entonces tenemos que por cada viga hay una carga distribuida de 0.27 𝑁 𝑚⁄
Para realizar el estudio en el software se tuvo en cuenta la siguiente carta de
homologación con las siguientes solicitudes.
2 veces su peso lateralmente (2P).
6 veces su peso longitudinalmente en ambos sentidos (6P).
8 veces su peso verticalmente (8P).
En dicho estudio, deberá tenerse en cuenta que P se deberá aumentar en75Kgs.
Siendo P el peso mínimo del vehículo en condiciones de carrera.
Peso del vehículo sin piloto es de 290 Kg más 150 Kg para un total de 440 Kg
Peso lateral = 2P = 8624 N
Peso longitudinal = 6P = 25872 N
Peso vertical = 8P = 34496 N
9. APLICACIÓN DE CARGAS EN EL CHASIS
Para realizar un correcto estudio en el software en las partes donde va el motor,
transmision y caja de direcccion se colocaron barras que simulan el
comportamiento de estas, ya que ayudan a dar rigidez al chasis y no se pueden
despreciar.
9.1 Estudio de aplicación de cargas laterales
Figura 11 Estudio de aplicación de cargas laterales
Figura 12 Desplazamiento laterales
Figura 13 Trazado de módulos cortantes- momentos laterales
Figura 14 Factor de seguridad lateral
9.2 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte frontal.
Figura 15 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte frontal
Figura 16 Desplazamiento parte frontal
Figura 17 Trazado de módulos cortante frontal
Figura 18 Factor de seguridad parte frontal
9.3 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte trasera.
Figura 19 Estudio de aplicación de cargas longitudinales parte trasera
Figura 20 Desplazamiento parte trasera
Figura 21 Trazado de módulos cortante parte trasera
Figura 22 Factor de seguridad parte trasera
9.4 Estudio de aplicación de cargas verticales.
Figura 23 Estudio de aplicación de cargas verticales
Figura 24 Desplazamiento parte verticales
Figura 25 Trazado de módulos cortante parte verticales
Figura 26 Factor de seguridad parte vertical
10. PROPIEDADES FÍSICAS DEL CHASIS.
Tabla 6 Propiedades físicas del chasis
En nuestro caso vamos a encontrar el factor de seguridad para los tres casos de
análisis, tomando en cuenta el límite elástico del material (Sy) del material que es
igual a 250 MPa y el mayor valor obtenido en cada caso.
Factor de Seguridad para Cargas Laterales.
𝑛 =𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
max 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑠𝑜=
250
184.68= 1.35
Factor de Seguridad para Cargas Longitudinales frontales.
𝑛 =𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
max 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑠𝑜=
250
242.82= 1.03
Factor de Seguridad para Cargas Verticales.
𝑛 =𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
max 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑠𝑜=
250
181.75= 1.37
Factor de Seguridad para Cargas Longitudinales traseras.
𝑛 =𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜
max 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑠𝑜=
250
204.04= 1.23
11. MOTOR
Figura 27 motor
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CINEMÁTICA DEL MOTOR
Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica,
en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una
cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con
suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón
Este movimiento es transmitido por
medio de la biela al eje principal del
motor o cigüeñal, donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a
los mecanismos de transmisión de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial,
etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia necesaria para desplazar el vehículo
a la velocidad deseada y con la carga que se necesite transportar.
Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química
contenida en el combustible es transformada primero en energía calorífica, parte de
la cual se transforma en energía cinética (movimiento), la que a su vez se convierte
en trabajo útil aplicable a las ruedas propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema
de refrigeración y el sistema de escape, en el accionamiento de accesorios y en
pérdidas por fricción.
En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible
convenientemente dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la
actualidad con los inyectores en los sistemas con control electrónico. Después de
introducir la mezcla en el cilindro, es necesario provocar la combustión en la cámara
de del cilindro por medio de una chispa de alta tensión que la proporciona el sistema
de encendido.
El principio de funcionamiento de un motor de combustión interna12
En un motor el pistón se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes le
restringen el movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento lineal
Figura 28 p-v
alternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI); a
dicho desplazamiento se le denomina carrera.
Figura 29 cilindro
Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada en
el proceso de combustión son transmitidos por la biela al cigüeñal. Este último es
un eje asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor, y con unos
descentramientos en cuales se apoyan las bielas, que son los que permiten que el
movimiento lineal del pistón transmitido por la biela se transforme en un movimiento
circular del cigüeñal.
Este movimiento circular debe estar sincronizado principalmente con el sistema de
encendido y con el sistema valvular, compuesto principalmente por el conjunto de
válvulas de admisión y de escape, cuya función es la de servir de compuerta para
permitir la entrada de mezcla y la salida de gases de escape.
Normalmente las válvulas de escape son aleadas con cromo con pequeñas
adiciones de níquel, manganeso y nitrógeno, para incrementar la resistencia a la
oxidación debido a las altas temperaturas a las que trabajan y al contacto corrosivo
de los gases de escape.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____ 12http://los-porques.blogspot.com/2010/07/como-funciona-un-motor.html, figura 29 http://carros.hsw.uol.com.
br/questao366.html
Figura 30 válvulas
EL CICLO DE FUNCIONAMIENTO TEÓRICO DE CUATRO TIEMPOS13
La mayoría de los motores de combustión
interna trabajan con base en un ciclo de
cuatro tiempos, cuyo principio es el ciclo
termodinámico de Otto (con combustible
gasolina o gas) y el ciclo termodinámico de
Diésel (con combustible A.C.P.M.). Por lo
tanto, su eficiencia está basada en la
variación de la temperatura tanto en el
proceso de compresión isentrópico1, como
en el calentamiento a volumen (Otto) o
presión constante (Diésel).
El ciclo consiste en dos carreras
ascendentes y dos carreras descendentes
del pistón. Cada carrera coincide con una fase del ciclo de trabajo (ver figura 29), y
recibe el nombre de la acción que se realiza en el momento, así:
Admisión - Compresión – Expansión – Escape
Figura 31 motor-combustion-interna-combustion-
presion-constante-ciclo-diesel
Figura 32 tiempos
Consecución de cilindraje de motor.
La cilindrada la podemos calcular de la siguiente manera:
d = diámetro del cilindro, también llamado calibre
h = carrera del pistón
Calculo de la potencia
El combustible que se introduce en el interior de los cilindros posee una energía
química que con la combustión se transforma en energía calorífica, de la cual una
parte es convertida en trabajo mecánico. Este trabajo es el producto de la fuerza
aplicada al pistón por el espacio recorrido bajo la aplicación de la misma. A su vez,
la fuerza actuante sobre el pistón es el producto de la presión (P) aplicada, por la
superficie (S) del mismo:
F = P x S
Siendo P la presión interna lograda en la cámara de compresión como consecuencia
de la combustión del gas.
Por ejemplo, si se empuja a un pistón desde el P.M.S. al P.M.I. con una fuerza F
constante de 1.000 N y la carrera (L) del mismo es de 80 mm, el trabajo desarrollado
es:
W = F x L
W = F x L = 1.000 N x 0, 08 m = 80 Nm = 80 Julios
Suponiendo que este trabajo se realice en una décima de segundo, la potencia
desarrollada es:
P = W / t
P = W/t = 80J/0, 1 s = 800 Watios
La potencia máxima que puede desarrollar un motor depende de diversos factores,
entre ellos:
La relación de compresión y la cilindrada, de la carrera, del número de cilindros y
régimen de giro, etc
Fundamentalmente podemos distinguir tres clases de potencia en un motor:
la potencia indicada, la potencia efectiva y la potencia absorbida.
La potencia indicada puede calcularse partiendo del ciclo indicado, cuya área del
diagrama representa el trabajo realizado en el cilindro durante un ciclo.
La potencia efectiva se obtiene midiendo con máquinas apropiadas el trabajo que
está desarrollando el motor.
La potencia absorbida es la diferencia entre las dos anteriores, que puede ser
medida también por el trabajo necesario para hacer girar el motor, sin que éste
funcione.
11.1 Potencia indicada
Se llama potencia indicada a la que realmente se desarrolla en el cilindro por el
proceso de la combustión. Una de las formas de determinarla es a través del valor
de la presión media indicada (pi) del ciclo, que como ya se ha visto, viene
determinada por la altura del rectángulo de área equivalente a la del ciclo, y
representa la relación existente entre el área del ciclo A y la cilindrada unitaria V:
Pi =A / V
Recordatorio:
La figura siguiente representa dos ciclos reales típicos de motores Otto y Diésel de
igual cilindrada unitaria.
Para facilitar la comparación entre los dos ciclos, en la Figura 30 se han dibujado
superpuestos. El eje de las presiones para el ciclo Otto, como consecuencia de la
diferencia de volumen Vc de la cámara de combustión. En efecto, a igualdad de
cilindrada unitaria Vp, siendo más elevada la relación de compresión del motor
Diésel que la del motor Otto, resulta menor el volumen Vc, de la cámara de
combustión.
Figura 33 Grafica de motor cilindro reales
Dividiendo el área correspondiente al trabajo útil efectuado por el fluido, por la
longitud de la carrera, o por la cilindrada Vp con arreglo a la escala elegida para el
eje de las abscisas, se obtiene el valor de la presión media indicada (Pi) (p.m.i.). La
presión media varía con la velocidad del motor y la relación de compresión.
Como el área del ciclo (A) es equivalente al trabajo desarrollado en el cilindro,
podemos decir que éste es el producto de la cilindrada unitaria (cm3) por la presión
media indicada (Kg/cm2):
W = A = pi * V
Puede llegarse también a esta misma conclusión razonando de la forma siguiente:
Sean D y L el diámetro y la carrera del pistón. La fuerza total F que actúa sobre él
es el producto de la presión media pi por la superficie a la que se aplica:
F = pi * (p*D2/4)
El trabajo realizado por esta fuerza durante la carrera útil es:
W = F * L = pi * (p*D2/4) * L
Y teniendo en cuenta que (p*D2/4) * L, es igual a la cilindrada unitaria y, queda:
W = pi *V
El trabajo desarrollado por un motor puede ser calculado también a partir de la
cantidad de calor aportada, teniendo en cuenta, además, el rendimiento térmico del
ciclo. La energía mecánica obtenida por transformación directa del calor viene dada
por la expresión:
W = 427*Q
Siendo la cifra 427 el equivalente térmico del trabajo.
Teniendo en cuenta que no todo el calor aportado es transformado en trabajo, dado
que existen pérdidas de calor, el trabajo desarrollado es:
W = 427 *Q*ht
Siendo ht, el rendimiento termodinámico.
Sea un motor que genera una cantidad de calor Q de 1.500 calorías por ciclo, siendo
su rendimiento térmico del 40%.
El trabajo desarrollado es:
W = 427 *Q*ht
W = 427 Kgm/Kcal * 1, 5 Kcal * 0, 4 = 256, 2 Kgm.
La potencia indicada Pi es el producto del trabajo desarrollado durante una carrera
útil, por el número de ellas realizadas en la unidad de tiempo (n). Así pues, en un
motor de cuatro tiempos, dado que el ciclo se realiza en dos vueltas completas o
revoluciones del motor, tendremos:
Pi = (Wi/2)*(n/60) = (pi*V*n/120), siendo n el número de revoluciones
del motor.
Expresando la cilindrada en litros y las presiones en Kg/cm2, para obtener la
potencia en CV haremos:
Pi= (pi*V*n/120*75) = (pi*V*n)/900
Y para el motor de dos tiempos quedaría:
Pi = pi*V*n / 450.
En funcionamiento, una parte de la potencia desarrollada por el motor es empleada
en vencer los rozamientos en el interior del mismo. Por esta causa, la potencia
indicada es siempre mayor que la efectiva.
La potencia indicada puede ser calculada también partiendo del calor aportado por
ciclo (Qj) y viene dada por la expresión:
Pi = W/t = (427 *Q*ht*n)/60*75 CV _____________________________________________________________________________________________________________________________ ____ 13http://www.mecanicaymotores.com/el-motor-de-cuatro-tiempos.html
11.2 Potencia efectiva
La fuerza de la explosión aplicada a la biela y transmitida
por ésta al codo del cigüeñal para hacerle girar, produce
un esfuerzo de rotación que se conoce con el nombre de
"par motor". Así pues, el par motor es un esfuerzo de
giro. El cigüeñal de un motor gira debido a la fuerza E
aplicada al pistón en el tiempo de explosión, la cual es
transferida al cigüeñal por medio de la biela (esfuerzo
F).Para la velocidad de rotación del motor a la cual la
presión en el cilindro es máxima, se obtiene el mayor
esfuerzo de giro en el cigüeñal, que es producto de la
fuerza F, por la longitud L de la muñequilla.
Debido a diferentes causas, el
mayor valor de la presión en el cilindro no se da en el
máximo régimen de giro del motor, sino a una velocidad mucho más reducida, en la
que el llenado del cilindro es mejor y que tiende a hacer girar el brazo, el cual es
mantenido en equilibrio por el peso F que pende del extremo libre.
Cuando se consigue el equilibrio del sistema, puede decirse que el trabajo absorbido
por la fuerza tangencial de rozamiento o de freno en cada revolución del eje motor
es:
W = 2*p*l*F.
Este es el trabajo efectivo desarrollado por el motor, en el que están incluidas las
pérdidas por rendimiento mecánico debidas a rozamientos internos, y el trabajo
absorbido por los órganos auxiliares, como las bombas de agua y aceite, el
generador, etc.
El trabajo útil (Wu) desarrollado por un motor es el producto del trabajo indicado
(Wi) por el rendimiento mecánico (hm).
Wu = Wi * hm
Expresando n en revoluciones por minuto, F en Kg y l en metros, la potencia efectiva
en CV viene dada por la expresión:
Pe = (2*p*l*F*n)/ (75*60) <> (l*F*n)/716
Donde l*F es el par motor y el símbolo<> indica aproximadamente igual.
Figura 34 pistón
11.3 Potencia absorbida
Se denomina así a la diferencia entre la potencia indicada y la efectiva:
Pa = Pi - Pe
Una parte de la potencia desarrollada por un motor (potencia indicada) es utilizada
para vencer los rozamientos entre las partes mecánicas en movimiento (pistones,
cojinetes, etc.), para accionar los diferentes órganos que reciben movimiento del
motor (generador eléctrico, bomba de agua, etc.) y para realizar el trabajo de
bombeo del fluido en el cilindro.
La potencia absorbida resulta difícil de medir, dada la diversidad de las causas de
pérdidas por rozamientos y las alteraciones de su valor al variar las condiciones de
funcionamiento del motor. Puede obtenerse su valor total midiendo la potencia
efectiva y restándola de la indicada, previamente calculada. Este procedimiento da
origen a ciertos errores, pero los efectos que ellos causan en un sentido son
contrarrestados por los que producen en sentido opuesto. Conociendo la potencia
indicada y la efectiva puede obtenerse el rendimiento mecánico del motor:
hm = Pe / Pi
que es un índice de la potencia absorbida por las resistencias pasivas.
La experiencia demuestra que las pérdidas de potencia por rozamiento son
proporcionales a la velocidad de rotación del motor. Una de las causas más notables
de estas pérdidas es el rozamiento de los segmentos contra las paredes de los
cilindros, que en determinadas condiciones representan hasta un 75% del total de
la potencia absorbida, lo que justifica la tendencia al empleo de motores de carrera
corta.
Potencia teórica
Es la relativa al combustible, es decir, la que debería
suministrar el motor si toda la energía calorífica del
combustible se transformara en energía mecánica.
La potencia teórica está determinada por el número
de calorías contenidas en el peso del combustible
consumido. Conociendo también el tiempo
empleado en su consumo se obtiene la potencia.
Consecución del par motor
Tabla 7 par y potencia daewoo matiz
El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de
transmisión de potencia. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional
a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por:
Dónde:
Es la potencia (en W)
Es el par motor (en N·m)
Es la velocidad angular (en rad/s)
Un ejemplo práctico para comprender la diferencia entre par y potencia se puede
observar con una bicicleta. Para poder subir una cuesta, a una cierta velocidad, un
ciclista debe realizar una fuerza determinada sobre los pedales. Esa fuerza,
multiplicada por la distancia de los pedales al eje donde está alojado el plato,
produce un momento de fuerza sobre el eje, o par motor. La potencia desarrollada
por el ciclista dependerá de a qué velocidad esté pedaleando. Póngase por caso
que el ciclista en cuestión hace una fuerza sobre los pedales, que están a una
distancia del eje del plato. Esta fuerza genera un momento de fuerza, llamado par
motor:
La potencia desarrollada es:
·
Nótese que la velocidad final del ciclista no tiene por qué ser, y en cualquier sistema
real ocurre, proporcional a la fuerza, ya que el sistema mecánico no tiene por qué
ser lineal. Es decir, las pérdidas mecánicas en un sistema no ideal no son
linealmente dependientes de la velocidad de giro. De hecho, se magnifican a altas
revoluciones, debido a fenómenos como las fuerzas de inercia, por ejemplo. Para
aclarar, véanse las curvas características del motor del Daewoo Matiz F8C,
expuestas en la imagen.
En el eje de abscisas, se muestra el régimen de giro. La curva azul muestra el par
motor, la curva roja, la potencia desarrollada y la verde, el consumo específico o
gramos de combustible por kWh. Como se puede observar, el par motor generado
por el motor tiene su máximo a un régimen intermedio de revoluciones, cuando si
las pérdidas fuesen lineales, el par máximo estaría al régimen máximo de giro. Esto
demuestra que a regímenes de giro muy elevados, predominan los efectos de las
pérdidas mecánicas sobre los efectos del incremento de fuerza realizado por el
motor.
12. SISTEMA DE TRANSMISIÓN
El sistema de transmisión tiene la función de adaptar, transformar y transmitir, la
potencia entregada por el motor, y llevarla hacia las ruedas motrices. Para llevar a
cabo su objetivo, la potencia pasa atreves de diferentes componentes del tipo de
transmisión que se seleccione.
Tabla 8 Sistema de transmisión
Según el tipo de transmisión que seleccionemos debemos tener en cuenta el tipo
de asfalto, por lo que es indispensable decidir si el vehículo utilizara diferencial o
no, se tiene una ponderación donde se decide si se debe utilizar diferencial o no.
Para ellos se tiene en cuenta varias variables, como el tipo de suelo el que va
transitar el vehículo, la distancia entre las ruedas motrices, la potencia del motor y
el radio de giro mínimo.
Selección de tipo de diferencial
Para elegir el tipo de diferencial que se va a usar en el vtm MAKO, se hace
necesario tener en cuenta las variables que influyen en el comportamiento en pista.
También se debe considerar la potencia que entrega el motor.
Alternativas
Torsen.
Deslizamiento limitado.
Convencional.
Variables
Costo.
Eficiencia en la entrega del torque.
Disposición comercial.
Facilidad de montaje.
Peso.
Figura 35 Trayectoria de las ruedas de un automóvil en curva
En efecto se hace más notable, al aumentar la vía del vehículo, puesto que el radio
de giro de las ruedas motrices difiere aún más. Lo mismo sucede al dar curvas más
cerradas. La rueda que está en la parte interna de la cuerva, recorre menos
distancia, que la rueda exterior. El diferencial soluciona este problema permitiendo
un movimiento relativo entre las ruedas.
Figura 36 Sistema de transmisión de un Vehículo de tracción Mecánica
_______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés Balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Figura 36: Sistema de transmisión Física para Ciencias e Ingeniería, Serway, 4ed,5ed
Tabla 9 Elementos de la transmisión
Ya decidido el uso de un diferencial en la transmisión, se debe seleccionar el tipo
de diferencial que sea el más adecuado para el vehículo.
12,1 Tipo de diferenciales.
Diferencial convencional. Está basado en la utilización de engranajes cónicos. El
par motor se transmite a la corona situada en la carcasa exterior. Sobre los ejes
montados en dicha carcasa giran varios engranajes cónicos (piñones satélites), que
a su vez, engranan con sendos piones cónicos (engranajes de los semiejes o
planetarios) accionando las transmisiones que van a las ruedas.
Cuando el camino se debe recorrer ambas ruedas es el mismo, los piñones satélites
no giran respecto de su eje y transmiten a cada eje de salida un par que es función
de la resistencia ofrecida por el mismo. Por el contrario, cuando el camino a recorrer
por cada rueda es diferente, la rotación de los piñones satélites permite que las
velocidades de salida de ambas transmisiones sean diferentes.
_______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca si erra, julio
cesar Jiménez bravo. Física para Ciencias e Ingeniería, Serway, 4ed,5ed
Figura 37 Diferencial convencional
La gran mayoría de autos en Colombia es de gama baja, con poca potencia y usan
diferenciales convencionales, por lo que se comercializan más y a un precio mucho
más económico.
El diferencial seleccionado para el vehículo MAKO, pertenece al Renault 4 el cual
tiene un motor de 603 cm³ a 1 108 cm³ con una potencia de 41 cv a 5000 rpm.
Como se evalúa la arrancada del vehículo, se utiliza la relación del primer cambio.
Se calcula la relación que debe haber entre el piñón de arrastre y la catalina. Para
realizar este cálculo se divide el torque requerido entre el torque de piñón de
arrastre.
Seleccionamos un piñón catalina que nos proporcionara un fácil acople al diferencial
que elegimos donde nos ahorrara procesos de manufactura adicionales y nos
permitiera una buena relación con el piñón de arrastre del motor.
Figura 38 Piñon Catalina de moto suzuki Ts 185 cc
_______________________________________________________________________________________
Diseño y construcción Del Vtm por Sergio Andrés Balaguera Suarez, Alexander Javier Fonseca sierra, julio
cesar Jiménez bravo Figura 38: Piñon Catalina de moto suzuki Ts 185 cc Física para Ciencias e Ingeniería,
Serway, 4ed,5ed
Tabla 10 Factor de servicio para cargas en transmisión por cadenas
12.2 Diseño del sistema de transmisión
Para diseñar los componentes que van a transmitir la potencia al suelo, se debe
contemplar todos los aspectos relacionados con el desempeño del motor, las
relaciones de la caja de cambios y el peso del vehículo. Uno de los aspectos
importantes que se debe tener en cuenta al diseñar el sistema de transmisión, en el
comportamiento del vehículo en la arrancada.
12.3 Calculo de la Cadena
Se calcula según el número de dientes necesarios para cumplir con la relación. Al
tener la relación entre el piñón de arrastre, el torque generado por el motor se puede
calcular la carga ejercida sobre la cadena y así seleccionar la referencia adecuada
para este caso.
Figura 39 Diagrama de fuerzas sobre la cadena
12.4 Ejes y juntas homocinéticas
Los ejes son los encargados de transmitir la potencia desde el diferencial
seleccionado y modificado para MAKO hacia las ruedas.
Figura 40 Eje y juntas homocinéticas
Figura 41 caja
Caja de velocidades o cambios. Las cajas de cambios son parte de la transmisión
del automóvil, y juegan un papel muy importantes, para establecer
la fuerza de tracción apropiada y así adaptarse a las necesidades del camino o la
carga. La cantidad de etapas de cambio dependerá del campo de utilización
del automóvil y de la elasticidad del motor. Esta caja de cambios se acopla
directamente al motor, a través de un embrague mecánico, hidráulico, o de un
convertidor de torque o convertidor de par.
12.5 Tipos de cajas de cambio
La caja de cambios mecánica, es el tipo de caja utilizado por la mayoría
de vehículos. Se sitúa entre el embrague y el diferencial y está compuesta de
engranajes montados sobre ejes. El conductor puede, a través de un selector de
velocidades, escoger la marcha a engranar. _____________________________________________________________________________________________________________________________ ____ 14 tomado del manual del automóvil. Figura 41 caja de cambios.
Como funciona una Caja de Velocidades Manual.15
Muchas personas, manejamos o conducimos un vehículo, movemos la palanca de cambios, y sentimos que podemos controlar el vehículo hacia atrás o hacia adelante; pero que pasaría si no tuviéramos una caja de velocidades:
Recordemos, que un motor, cuando asimila la aceleración, adquiere más revoluciones; y esto le da más fuerza.
Si aceleramos, y el vehículo no puede moverse debido a que tiene trabado el freno de mano o algo en su camino le impide moverse; el motor no podrá asimilar y quemar la mezcla de combustible, y en consecuencia se ahogara, y apagara.
Lo mencionado en el párrafo anterior, pretende dar la idea, de: que si el motor trasladara sus revoluciones, directamente a las ruedas que ejercen la tracción, el
acople sería tan brusco que el motor se ahogaría. (Se apaga el motor) Es, este el motivo, o la razón por la que se hace necesaria la instalación de una caja de velocidades, la cual sirve para administrar las revoluciones del motor. La rueda
volante, pertenece al motor; en ella se acopla el disco de embrague, y prensa. El disco de embrague, y prensa, sirven para dar suavidad, o amortiguar el acople del
motor con la caja de velocidades.
Las actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos tipos:
De tres ejes: un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo transmite a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje
secundario de salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.
De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma
directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.
En resumen, con la caja de cambios se "disminuye" o "aumenta" la velocidad del
vehículo y de igual forma se "aumenta “o "disminuye" la fuerza del vehículo.
Como el par motor se transmite a las ruedas y origina en ellas una fuerza de
impulsión que vence la resistencia que se opone al movimiento, la potencia
transmitida (Wf) debe ser igual, en todo momento, a la potencia absorbida en llanta;
es decir:
Dónde:
Cm: Par desarrollado por el motor.
Cr: Par resistente en las ruedas.
N: Numero de revoluciones del motor.
n1: Numero de revoluciones en las ruedas.
La caja de cambios, se dispone en los vehículos para obtener, por medio de
engranajes, el par motor necesario en las diferentes condiciones de marcha,
aumentando el par de salida a cambio de reducir el número de revoluciones en las
ruedas. Con la caja de cambios se logra mantener, dentro de unas condiciones
óptimas, la potencia desarrollada por el motor. Según la formula expresada
anteriormente, los pares de transmisión son inversamente proporcionales al número
de revoluciones:
Por tanto, la relación (n/n1) es la desmultiplicación que hay que aplicar en la caja de
cambios para obtener el aumento de par necesario en las ruedas, que está en
función de los diámetros de las ruedas dentadas que engranan entre sí o del número
de dientes de las mismas Para calcular las distintas relaciones de desmultiplicación
que se deben acoplar en una caja de cambios, hay que establecer las mismas en
función del par máximo transmitido por el motor, ya que dentro de este régimen es
donde se obtiene la mayor fuerza de impulsión en las ruedas. Para ello, basta
representar en un sistema de ejes coordenados las revoluciones máximas del
motor, que están relacionadas directamente con la velocidad obtenida en las ruedas
en función de su diámetro y la reducción efectuada en el puente.
Siendo "n" el número de revoluciones máximas del motor y "n1" el número de
revoluciones al cual se obtiene el par de transmisión máximo del motor (par motor
máximo), dentro de ese régimen deben establecerse las sucesivas
desmultiplicaciones en la caja de cambios. Entre estos dos limites (n y n1) se obtiene
el régimen máximo y mínimo en cada desmultiplicación para un funcionamiento del
motor a pleno rendimiento.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
15 tomado del manual del automóvil
Tabla 11 cálculo de velocidades en la caja de cambio
Los piñones, engranados en toma constante para
cada par de transmisión, son de dientes helicoidales, que permiten su
funcionamiento más silencioso y una mayor superficie de contacto, con lo cual, al
ser menor la presión que sobre ellos actúa, se reduce el desgaste en los mismos.
Los números de dientes del piñón conductor y del conducido son primos entre sí,
para repartir el desgaste por igual entre ellos y evitar vibraciones en su
funcionamiento.
Tabla 12 velocidades para actuar sobre el cambio16
Nc,- nº rpm del corte de inyección.
N,- nº de rpm a máxima potencia.
n1,- nº de rpm al par máximo.
El par motor, al igual que la velocidad, también será transformado en la caja de
cambios y grupo diferencial. Para calcularlo se utiliza también la relación de
transmisión (rT).
_________________________________________________________________________________________________________________________________
16 Tomado del manual del automóvil. Tabla 12 velocidades para actuar sobre el cambio.
Cm,- par desarrollado por el motor.
Cr,- par resistente en las ruedas.
n,- número de revoluciones en el motor.
n1, número de revoluciones en las ruedas.
Con los datos que tenemos, para calcular el par en las ruedas podemos aplicar la
siguiente formula
Cr (1ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,0769 = 250,9 mkg
Cr (2ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,120 = 160.38 mkg
Cr (3ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,175 = 110,28 mkg
Cr (4ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,232 = 83,18 mkg
Cr (5ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,297 = 64,98 mkg
Cr (M.A) marcha atrás=19,3mkg/0,0675= 285,9mkg
12.6 ENCENDIDO CDI10
Figura 42 encendido CDI17
El encendido electrónico es un sistema de encendido para motores de ciclo Otto
tanto de dos tiempos (2T) como cuatro tiempos (4T) en el cual la función de
interrumpir la corriente del primario de la bobina para generar por autoinducción la
alta tensión necesaria en la bujía no se hace por medios mecánicos como en el
sistema de ruptor o platinos, sino mediante uno o varios transistores.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
17 Tomado del manual del automóvil. Figura 42 encendido CDI
Ventajas
Ausencia de desgastes debido a la ausencia de leva para abrir y cerrar
los platinos u otras piezas mecánicas.
Se posibilita el aumento de la corriente de primario lo cual beneficia el secundario y por tanto la energía disponible para la chispa en la bujía.
No se desajusta, por lo que no requiere puesta a punto.
13. DISEÑO DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN
Este sistema se encarga de proporcionar el giro adecuado a las ruedas delanteras
del automóvil mediante la acción del conductor por medio del volante para que tome
una trayectoria deseada. El sistema tiene que reunir unas cualidades que le
permitan ser capaz de ofrecer.
-seguridad activa
-seguridad pasiva
-comodidad
-suavidad
-precisión
-facilidad de manejo
-estabilidad
Este sistema ha de ser capaz de
retornar por si mismos las ruedas delanteras a la posición inicial, también debe tener
en cuenta los
Factores de peso (carga sobre el eje), Así como la gran superficie de contacto de
los neumáticos. Debido a todas las fuerzas de rozamiento necesitaran un desarrollo
de diferentes mecanismos que permitan que la conducción cumpla con las
necesidades antes mencionadas. ____________________________________________________________________________________________________________________________________
18Tomado del manual del automóvil. Figura 43 http://www.guioteca.com/mecanica-automotriz/direccion-
asistida-electrica-que-es-y-como-funciona/
Figura 43 sistema de dirección21
GEOMETRÍA DEL EJE DELANTERO
Uno de los factores de seguridad más importantes en la marcha del automóvil está
en la dirección ya que se requiere en ata velocidad y también teniendo
maniobrabilidad. Para ello conviene que el circulo de giro, dependiente directamente
del circulo de dirección, quede lo ms
reducido posible ya que resultará decisivo
para la maniobrabilidad.
La geometría de la dirección se basa en el
principio de que al describir una curva,
todas las ruedas deben tener el mismo
centro instantáneo de rotación, la solución
akerman consiste en hacer que las
prolongaciones de las bieletas que están
unidas por la barra de acoplamiento se
corten en las proximidades del eje trasero.
CUADRILATERO DE DIRECCION:
Consiste en un cuadrilátero articulado que es un
paralelogramo en que ambas Ruedas tienen las
mismas desviaciones, las huellas de ambas
ruedas no tienen centro común de giro, se cortan
en las curvas y Están forzadas a recorrer
trayectorias distintas creando un movimiento
adicional de resbalamiento y la rueda interna está
más forzada que la externa y ambas tienden al
resbalamiento por no tener las trayectorias
ideales para el recorrido de cada rueda, por eso,
este sistema fue modificado.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____
19Tomadohttp://www.etp.uda.cl/areas/electromecanica/MODULOS%20%20TERCERO/SISTEMAS%20DE%20
DIRECCI%C3%93N%20Y%20SUSPENSI%C3%93N/Gu%C3%ADa%20N%C2%BA%202%20Direcci%C3%B
3n.pdf
Figura 44 eje delantero
Figura 45 Huella de un paralelogramo
articulado19
TRAPECIO DE ACKERMANN:
Fue creado y patentado en 1818 por
Rudolf Ackermann, agente de un
fabricante de carruajes. Consiste en un
sistema articulado que une las ruedas
directrices, para que giren en ángulos
distintos, haciendo un giro correcto con el
fin de que el vehículo pueda virar sin que
se produzcan deslizamientos en una o más
ruedas, las prolongaciones de los ejes de
rotación de las ruedas delanteras se
corten en la línea del eje trasero, así las
curvas de rodaje tienen un centro común,
También se llama cuadrilátero de Jeantaud,
quien en 1878, después de 60 años que Ackermann20 lanzó la idea, descubrió que
el viraje se lograba bastante próximo a lo correcto con errores de giro mínimos, esto
se lograba cuando la inclinación de los brazos se prolongaban hasta la mitad del eje
trasero encontrándose en un punto común que es el centro de rotación de cada
vehículo, esto se obtiene por la orientación de las ruedas directrices con el eje
delantero articulado en 3 partes, en que las extremas pueden girar en torno a ejes
verticales Los cuadriláteros actuales se apartan de la regla de Jeantaud, debido a
la posición de las ruedas y la deriva de los neumáticos.
CUADRILATERO ACTUAL:
Con el cuadrilátero se consigue el giro
correcto para 2 ángulos en cada dirección,
el primer valor común para ambos sentidos
es el que corresponde a la marcha
Rectilínea y el segundo a un valor del
ángulo comprendido entre 25 y 27
grados.El error de dirección entre 2 y 25
grados es pequeño alrededor de 2 grados,
esto es muy importante porque está en los
ángulos normales de giro usados en la marcha del vehículo a velocidad elevada.
Figura 46 regla de Jeantaud
Figura 48 regla de Jeantaud
Figura 47 Huella de un trapecio articulado, y brazo
de acoplamiento arqueado
En ángulos mayores a 25 grados los errores de dirección son más importantes pero
no son un problema grave, porque estos ángulos se alcanzan pocas veces y
prácticamente siempre en baja velocidad.
ESTABILIDAD
Es la aptitud que tiene un vehículo para mantener la trayectoria solicitada por el
conductor, tanto en recta como en curva. Todo esto depende de las características
de la suspensión y de los reglajes de la dirección que permitan a los neumáticos
tener una menor deformación para poder soportar la superficie del terreno por el
que se está circulando, tales como, pavimento disparejo, carga mal distribuida,
viento lateral y la fuerza centrífuga en las curvas. Estas características evitan tener
que efectuar correcciones frecuentes y bruscas a alta velocidad.
Un buen conductor debe saber interpretar las condiciones de adherencia con que
se encontrará en el camino, calcular la distancia de frenado y dosificar la potencia
de aceleración para poder maniobrar sin problemas.
FUERZA CENTRIFUGA:
Cuando un vehículo vira en una curva, la fuerza centrífuga tiende a sacarlo fuera
por la parte externa de la curva. La fuerza centrífuga es mayor cuando: la curva es
más cerrada, el peso del vehículo es mayor o la velocidad del vehículo es mayor.
(Ver figura 20)
SUBVIRANTE:
Es la actitud que tiene un vehículo al enfrentar una curva en velocidad, cuando
tiende a irse de trompa debido a que el ángulo de deriva de los neumáticos
delanteros es mayor al tener una fuerza centrífuga elevada, toma una trayectoria
más recta, las ruedas delanteras son exteriores con respecto a las traseras,
viéndose forzado el conductor a virar más para corregir la trayectoria. Generalmente
es una tendencia que se presenta en los vehículos con tracción delantera.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
20http://www.etp.uda.cl/areas/electromecanica/MODULOS%20%20TERCERO/SISTEMAS%20DE%20DIREC
CI%C3%93N%20Y%20SUSPENSI%C3%93N/Gu%C3%ADa%20N%C2%BA%202%20Direcci%C3%B3n.pdf4
http://www.etp.uda.cl/areas/electromecanica/MODULOS%20%20TERCERO/SISTEMAS%20DE%20DIRECCI
%C3%93N%20Y%20SUSPENSI%C3%93N/Gu%C3%ADa%20N%C2%BA%202%20Direcci%C3%B3n.pdf
SOBREVIRANTE:
Es la actitud que tiene un vehículo al enfrentar una
curva en velocidad cuando tiende a irse de cola
debido a que el ángulo que deriva de los
neumáticos traseros es mayor, toma una
trayectoria más cerrada y es preciso volver a
maniobrar, soltar el acelerador y acelerar para
evitar el trompo. Es posible hacer sobrevirar un
vehículo suavizante para sacar la cola en las
curvas lentas y efectuar un derrape controlado
como lo hacen los pilotos de automóviles
también es posible hacer sobrevirar un vehículo
con tracción delantera utilizando el freno de mano, esta técnica es muy utilizada
frecuentemente en el Rally.
En las curvas rápidas donde la actitud sobrevirante puede ser fatal, porque los
tiempos se reducen, los ángulos de deriva de los neumáticos llegan a su límite,
sintiéndose el latigazo de la cola tan fuerte que el contra manubrio no evita el
trompo. Esta es la razón por la que se rechaza el sobrevirante.
NEUTRO:
Es la actitud que tiene un vehículo al enfrentar una curva en velocidad cuando no
transmite sensación alguna al conductor y su comportamiento será impredecible
hasta que se produzca un desequilibrio en los ángulos de deriva delanteros o
traseros. Para que el comportamiento sea más neutro se debe dejar levemente
subvirante porque sólo basta aflojar un poco el acelerador para que recupere la
estabilidad.
CONTRAVIRAJE:
También es llamado contra manubrio, golpe de viraje o volantazo. Es una maniobra
que se efectúa en último caso cuando el derrape de la parte trasera tiene un efecto
equivalente a un incremento del ángulo de viraje, el conductor debe contrarrestarlo
girando el manubrio en sentido contrario al que se requiere inicialmente la geometría
de la curva. Esta maniobra requiere de cierta habilidad y Sensibilidad del conductor,
porque debe ser aplicada en el momento preciso y de un modo no muy brusco, para
evitar la disminución de la estabilidad del vehículo.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____
21Figura 43 http://www.toyotaperu.com.pe/images/carros/landcruiser/frenos.jp
Figura 49 subviraje y sobreviraje
Esta condición se da más fácil en la tracción trasera porque el esfuerzo de tracción
aplicado a las ruedas traseras reduce el valor de la adherencia transversal
disponible en éstas. También en la tracción delantera se puede efectuar el
Contraviraje, aquí el esfuerzo de tracción es en las ruedas delanteras y
normalmente es menor la adherencia transversal sobre ésta, así el vehículo tiende
a ir recto en las curvas y exige al conductor a virar más, pero si le saca el acelerador
en la curva, se tiene una inversión del esfuerzo que actúa en Las ruedas delanteras
y simultáneamente disminuye la carga vertical sobre las traseras que disponen así
de una adherencia total reducidas.
ESTRUCTURA DE LA DIRECCIÓN
Para transmitir a las ruedas el movimiento de giro del volante efectuado por el
conductor, son necesarios varios componentes, los cuales pueden diferir según el
modelo del automóvil. Básicamente el movimiento se transmite a las ruedas
delanteras mediante los siguientes elementos.
El volante
El eje de la columna de dirección
El mecanismo de dirección
La tirantearía de la dirección
El mecanismo de dirección se encarga de desmultiplicar la fuerza ejercida por el
conductor sobre el volante, transformando el movimiento de este, en movimiento de
tracción o empuje de las barras de acoplamiento.
MECANISMOS DE DIRECCIÓN
Las funciones del mecanismo de dirección son:
-transformar el movimiento giratorio del volante en un movimiento basculante de la
biela de mando de la dirección o bien en un movimiento de vaivén de la cremallera.
-reducir la fuerza de aplicación necesaria para girar las ruedas mediante una
desmultiplicación de 14:1 a 22:1 o en el caso de 14:1 a 18:1 equipando una
servodirección.
-impedir la transmisión al volante de efectos perturbadores procedentes de las
ruedas rígidas, para ello existen diferentes mecanismos de dirección.
Mecanismo de dirección de movimiento rotatorio.
Mecanismos de dirección de tornillo y elementos deslizantes
Mecanismo de dirección por bolas circulantes
Mecanismo de dirección por tornillo sin fin
Mecanismo de dirección por tornillo sin fin y rodillo
Mecanismo de dirección por tornillo son fin y cremallera
Mecanismo de dirección por tornillo sin fin y dedo de rodadura
Mecanismo de dirección de movimiento oscilante.
Mecanismo de dirección a cremallera con paso de dientes variable
Figura 50 dirección, mecanismos
Existen muchos factores que intervienen en la resistencia al giro del volante, entre
otras la presión de inflado del neumático, área de contacto con el suelo, tipo de
neumático, tipo de pavimento, velocidad de desplazamiento del vehículo, etc.; sin
embargo, el factor más determinante es el propio peso del vehículo.
Uno de los retos del desarrollo automotriz ha sido el de aliviar el esfuerzo requerido
para el giro del volante, en pro de la seguridad y comodidad del conductor;
inicialmente los sistemas de engranaje utilizaban relaciones altas, sin embargo,
como consecuencia se requería dar gran número de vueltas al volante para realizar
maniobras como las de una “vuelta en U”, complicando sobre todo la recuperación
del control del vehículo en el momento de acelerar al finalizar la maniobra. En su
oportunidad, la ingeniería acudió para resolver este problema a través de un sistema
de “Asistencia Hidráulica”, mal llamada en nuestro argot popular como “Dirección
Hidráulica” ya que su principio de funcionamiento sigue siendo mecánico,
delimitando al sistema hidráulico sólo para asistir al primero.
Dirección de tornillo y
elementos deslizantes
Dirección por bolas
circulantes
Dirección por tornillo sin fin y
rodillo
Componentes del sistema de dirección:
El sistema de dirección que se instala en el vehículo consta principalmente de los
siguientes componentes:
• Caja de dirección
• Barra de cremallera
• Codo de articulación
• Brazo de dirección
14. DISEÑO DE SUSPENSIÓN.
Es el conjunto de órganos mecánicos que en un vehículo unen las ruedas a la
estructura principal. Al chocar con un obstáculo, la rueda asciende y comprime un
elemento elástico (resorte) tiene como objetivo absorber las desigualdades del
terreno, a la vez mantiene las ruedas en permanente contacto con el suelo,
proporcionando un confort a los ocupantes del vehículo.
14.1 Selección de tipos de suspensión
Tipos de suspensión
Suspensión de brazo colgante.
Suspensión MC pherson
suspensión de doble tijeras.
Requerimientos de la suspensión
Peso de la masa no suspendida.
Facilidad para permitir variar los parámetros geométricos
Costos de fabricación.
Disposición comercial.
Facilidad de montaje.
Resistencia.
14.2 Geometría de la suspensión
Está condicionada por la ubicación de la junta rotulada superior e inferior del porta
masa, el diseño comenzara con la ubicación de las ruedas en el piso a la separación
del ancho de vía escogida y el chasis suspendido a la altura requerida. Se ubica el
porta masa en la posición donde se tiene los Angulo recomendados por estudios y
la practica en el campo automovilístico.
15. FRENOS
El sistema de frenos es el conjunto de órganos que intervienen en el frenado y que
tienen por función disminuir o anular progresivamente la velocidad de un vehículo,
estabilizar esta velocidad o mantener el vehículo inmóvil si se encuentra detenido.
Todo dispositivo de frenado funciona por la aplicación de un esfuerzo ejercido a
expensas de una fuente de energía. El dispositivo de frenado se compone de un
mando, de una transmisión y del freno propiamente dicho.
Figura 51 Frenos
Frenos Hidráulicos22.
Constitución y funcionamiento
Los elementos constitutivos del
sistema de freno hidráulicos son:
1. Pedal de freno.
2. Bomba de freno.
3. Cañerías y flexibles.
4. Cilindros de ruedas.
5. Conjunto de patines de freno.
Figura 52 freno hidráulico
6. Tambor de freno.
En el sistema de freno hidráulico, el desplazamiento de los patines de freno, para
apoyarse contra los tambores, se obtiene mediante la presión transmitida por una
columna de líquido.
Al accionar el pedal de freno actúa la bomba de freno que envía líquido a presión
por los ductos de freno, hasta los cilindros de las ruedas; los pistones de cada
cilindro son desplazados hacia fuera, presionando a los patines y balatas de frenado
contra la superficie de trabajo del tambor de freno.
Al soltar el pedal de baja la presión del líquido; los resortes de retracción de los
patines retirándose estas del tambor haciéndola volver a su posición inicial,
regresando el líquido del cilindro hacia la bomba.
Con el objeto de reforzar la fuerza de frenado, los automóviles y vehículos más
pesados traen incorporado al sistema de freno hidráulico un dispositivo de ayuda
accionado por vacío que se le conoce como servofrenos. Para la aplicación de los
patines contra el tambor y para dosificar esta aplicación.
El mando del dispositivo lo realiza por un controlador destinado a dosificar la
intensidad de la corriente que circula en las bobinas del electroimán.
Principio de Inercia.
El principio de la inercia, una de las leyes fundamentales de la mecánica, se puede
enunciar como sigue: todo cuerpo es incapaz de ponerse en movimiento por sí
mismo o, estando en movimiento, de modificar la velocidad o la dirección de este
movimiento sin intervención de una causa que llamaremos Fuerza.
Una fuerza es toda acción susceptible de producir un movimiento o bien de
modificarlo, y puede ser motriz o resistente.
En el vehículo automóvil, la fuerza motriz es producida por el motor o, por una
pendiente descendente o por el empuje del aire o las fuerzas resistentes normales
son debidas a la resistencia al rodamiento, o una pendiente ascendente, o la
resistencia del aire y a la resistencia interna del vehículo, especialmente del motor.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
22 http://html.rincondelvago.com/sistemas-de-frenos-hidraulicos-en-automoviles-livianos.html
Acción y Reacción.
Cualquier fuerza motriz o de resistencia únicamente puede tener acción sobre el
movimiento del vehículo cuando se puede desarrollar una reacción al contacto de
los neumáticos sobre el suelo; es decir, cuando el conjunto “neumáticos” y firme de
la calzada puede ofrecer una adherencia suficiente. Sólo la resistencia del aire y la
acción del viento son excepción de esta regla.
Adherencia.
Consideremos un cuerpo de peso P en contacto con una superficie plana, con un
plano horizontal. Este cuerpo está en equilibrio bajo la acción de su peso y de la
resultante N de la reacción del plano. Apliquemos una fuerza horizontal F que corta
a la vertical del centro de gravedad. La experiencia muestra que el cuerpo
permanece inmóvil en tanto F no exceda de cierto valor.
Potencia desarrollada por los frenos.
En el caso desfavorable en que el motor está desembragado, hemos visto que se
podía admitir que la energía cinética de la masa en traslación era disipada por los
frenos durante el frenado.
Si M representa la masa del vehículo expresado en kg., Vi y Vf las velocidades al
principio y al fin del frenado expresado en m/s, la energía a absorber por los frenos
es:
E = ½ M (Vi2 – Vf2) Joules
Palanca.
La palanca es un principio que sirve para aumentar la fuerza, el objetivo es
multiplicar la fuerza, pero eso implica poca altura de reacción.
C.I.R = centro instantáneo de rotación
Aspectos Térmicos.
Un freno a fricción es esencialmente un dispositivo que absorbe la energía
transformándola en calor a razón de 1 kilocaloría (kcal) por 4180 joules.
Los materiales que constituyen los frenos, las balatas son muy malos conductores
del calor y el calentamiento sólo afecta a una pequeña capa de la balata en la cual
la temperatura puede aumentar rápidamente con peligro de "Chamuscado"
superficial; prácticamente después de un golpe de freno, el 95 a 99 % del calor
producido es acumulado en el tambor o en el disco.
Tiempos de Reacción23.
El tiempo de reacción del conductor es el transcurrido entre el momento en que se
percibe la necesidad de frenar y el momento en que comienza a actuar sobre el
pedal.
De ensayos efectuados en Estados Unidos de América con 1000 conductores en
condiciones
Normales de conducción, han dado los siguientes resultados:
Edad Tiempo de reacción en segundos
Menos de 20 años 0.58
de 20 a 29 años 0.58
de 30 a 39 años 0.58
de 40 a 49 años 0.60
de 60 años o más 0.63
Se puede admitir, como promedio que el tiempo de reacción de un conductor atento
es del orden de 0.6 segundos, sin embargo no es raro constatar que este tiempo
muerto alcanza 0.75 segundos en estado de atención difusa del conductor.
Por otra parte, de los ensayos efectuados por la firma Bosch se desprenden las
conclusiones
Siguientes relativas a un conductor de aptitudes normales.
- Para un conductor advertido de la presencia de un obstáculo y que se apresta a
frenar 0.6
- Para un conductor atento a 0.7 a 0.9 segundos.
- Para un conductor distraído por la conversación, una maniobra, etc. 1 a 1.1
segundos. _____________________________________________________________________________________________________________________________ ____ 23 http://html.rincondelvago.com/sistemas-de-frenos-hidraulicos-en-automoviles-livianos.html
- Para un conductor desatento 1.4 a 1.8 segundos.
16. LLANTAS
16.1 Neumático
Es el elemento de unión entre el vehículo y la calzada. En el reside la seguridad de
un vehículo, por medio de este se transmiten las fuerzas de tracción, frenado, y
laterales, y los datos físicos definen los límites de la carga dinámica, las
características decisivas de valoración para el neumático son.
Estabilidad direccional
Estabilidad en curvas
Adherencia en diferentes superficies de
la calzada
Adherencia con diferentes condiciones
atmosféricas
Dirigibilidad
Confort( suspensión, amortiguación,
suavidad, de marcha)
Durabilidad
Economía
16.2 Estructura
Estos vienen determinados por diferentes propiedades de uso y de rodadura de
emergencia que debe presentar un neumático corriente.
Normal y directrices legales preinscriben en qué condiciones deben montarse los
diferentes tipos de neumáticos. Hasta que velocidades máximas pueden usarse y a
que clasificación corresponden.
Tipos de neumático
Radial: se han convertido en un estándar de neumáticos para turismos, los hilos de
las capas de tejido de la carcasa corren por vía más corta, la radial y de talón a
talón.un cinturón estabilizador circunda la carcasa relativamente delgada y elástica.
Figura 53 Neumático
Diagonal: recibe este nombre porque los hilos de las capas del tejido de la carcasa
discurren diagonalmente. (Bias) con respecto a la superficie de rodadura y se
entrecruzan (Cross ply). Tiene cierta importancia ya solo para motocicletas,
bicicletas vehículos industriales y agrícolas. En los comerciales se ha preferido el
de tipo radial.
Normas
Según las directrices europeas y en los EE.UU. según el FMVSS (Federal Motor
Vehicle Safety Estándar), los vehículos de motor y
remolques tienen que estar provistos de neumáticos
que presenten en todo su perímetro y en toda la
anchura de la banda de rodadura ranuras perfiladas o
acanaladuras de 1.6mm de profundidad como mínimo.
Aplicación
La condición previa para n uso eficaz de los
neumáticos es su correcta elección según las
recomendaciones del fabricante del vehículo o del
neumático. Si se montan en todo el vehículo
neumáticos del mismo tipo, se aseguran condiciones
óptimas de marcha. Respecto al cuidado,
mantenimiento, almacenamiento y montaje de los
neumáticos, hay que tener en cuenta las indicaciones
especiales del fabricante de o de un experto, para
garantizar la mayor duración y una máxima seguridad.
Deslizamiento de los neumáticos
Llamado también deslizamiento, es el resultado de la diferencia entre la distancia
teórica y la realmente recorrida por un vehículo. Esto se aclara con un ejemplo: el
perímetro del neumático de un turismo es de 2 metros al girar la rueda 10 veces, el
vehículo debería recorrer una distancia de 20 metros, sin embargo el
deslizamiento neumático hace que el trayecto recorrido por el vehículo frenado sea
mayor.
Figura 54 Normas
Representación del deslizamiento
La medida de la parte correspondiente al deslizamiento en el movimiento de
rodadura es el deslizamiento λ
Λ= (Vf-Vu) / Vf
La magnitud de Vf es la velocidad de marcha: Vu es la velocidad periférica de la
rueda (Ver figura 3) la formula expresa que se produce un deslizamiento por frenado
tan pronto como la rueda gira más despacio de lo que corresponde a l velocidad de
marcha, con esta condición se puede transmitir fuerzas de frenado y aceleración.
Fuerzas de los neumáticos
Se integra por los siguientes componentes
Fuerza tangencial:
Originada por la propulsión o el frenado, actúa en sentido longitudinal sobre la
calzada
(Fuerza longitudinal) y permite al conductor acelerar el automóvil mediante el pedal
de acelerador y frenarlo mediante el pedal del freno.
Fuerza normal:
La fuerza entre el neumático y la carretera y vertical con respecto a esta última,
actúa sobre los neumáticos independientemente del estado del movimiento del
vehículo y, por tanto, también al encontrarse este parado.
Fuerza lateral:
Actúan sobre la rueda, al estar girando el volante de dirección o soplar viento lateral.
Estas fuerzas ocasionan un cambio de dirección del vehículo.
Fuerza de fricción
Coeficiente de adherencia
Con un momento de frenado, se origina entre al neumático y la superficie de la
calzada una fuerza de frenada FB que es proporcional al momento de frenado en
un caso estacionario (sin aceleración de la rueda). El valor de la fuerza de frenado
transmisible a la calzada (fuerza de fricción FR) es proporcional a la fuerza de
contacto del neumático FN
FR= µHF.FN
El factor µhf se llama coeficiente de adherencia, o coeficiente de fricción o cierre de
fuerza. Este factor caracteriza las propiedades de los diferentes emparejamientos
de material neumático/ calzada y todas las influencias a que están expuestos esos
emparejamientos.
17. SUSPENSION3
La suspensión en un automóvil, camión o motocicleta, es el conjunto de elementos
que absorben las irregularidades del terreno por el que se circula para aumentar la
comodidad y el control del vehículo. El
sistema de suspensión actúa entre
el chasis y las ruedas, las cuales reciben
de forma directa las irregularidades de la
superficie transitada.
Este conjunto se interpone entre los
órganos suspendidos (bastidor, chasis,
moto propulsor, carrocería, pasajeros,
carga etc.)Y los órganos que no lo están
(rueda, frenos, puentes rígidos, tijeras,
porta manguetas).
La finalidad de la suspensión es permitir el control de la trayectoria, que se 3tomado del manual del automóvil consigue con la calidad de contacto entre las
ruedas y el suelo, asegurando así estabilidad del vehículo e cualquier circunstancia.
De la misma manera garantiza el confort de los ocupantes al adaptarse a cualquier
superficie de manera suave.
Adicionalmente cumple con las siguientes funciones complementarias:
Transmitir las fuerzas de aceleración ya sea positiva o negativa (frenado),
entre los ejes y el bastidor o chasis.
Resistir el par motor y de frenada.
Resistir los efectos de las curvas, sin perder contacto con la superficie.
Conservar el ángulo de dirección en todo recorrido.
Conservar el paralelismo entre los ejes y la perpendicularidad del bastidor.
Proporcionar una estabilidad adecuada al eje de balanceo.
Soportar la carga del vehículo.
Figura 55 suspensión
Cuando un automóvil pasa por un sobresalto o un hueco, se produce un golpe en la
rueda, el cual se transmite por medio de los ejes al chasis y esto genera
oscilaciones, una mala conducción o una distribución de cargas mal realizada
también genera oscilaciones. Estos movimientos se generan en el centro de
gravedad del vehículo y se propagan en distintos sentidos.
Existen tres tipos de oscilaciones.
Empuje: se produce al
pasar por un terreno
ondulado
Cabeceo: producto de
frenadas bruscas
Bamboleo: se genera al
tomar curvas a alta
velocidad
Se denomina frecuencia
de una suspensión al
número de oscilaciones
que se producen por una
unidad de tiempo. Su unidad es el hercio (Hz), que equivale a una oscilación por
segundo, aunque también puede emplearse el número de oscilaciones por minuto.
Una masa grande y un melle de poca rigidez, da lugar a oscilaciones de frecuencia
pequeña, mientras que una masa pequeña con un muelle de gran rigidez generas
frecuencias más grandes. La frecuencia propia de la suspensión puede variar en
función a las necesidades de uso que destinemos para cada automóvil y pueden
estar comprendidos entre 1 y 2 Hz. Una frecuencia de 1,2Hz corresponde a una
persona que camina a 7Km/h y por lo tanto el cuerpo humano está acostumbrado,
si la frecuencia es más baja de (0.9 a 0.7) la sensación que se tiene es como de
viajar en barco y se pueden originar mareos y vértigo. En casos en los que los
valores de frecuencia son superiores de (5 a 6Hz) hay ciertas partes del cuerpo que
pueden entrar en resonancia y a (18-20Hz) entra en resonancia la cabeza y el
cuello.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
24Tomado del manual del automóvil. Oscilaciones en el automóvil. Figura 56.
Figura 56 oscilaciones en el automóvil24
17.1 Componentes de la suspensión
Elementos elásticos
Son los que están interpuestos entre las masas suspendidas y no suspendidas. Por
su propia naturaleza tienen que ser deformables para poder absorber cualquier
irregularidad en la carretera y la amplitud de estas deformaciones tiene que estar
limitado en un intervalo definido.
Los principales tipos de muelles empleados son:
-las ballestas
-los muelles helicoidales
-las barras de torsión
Muelles helicoidales25
Son los más utilizados en los automóviles de tipo turismo y deportivos en la
actualidad, están constituidos por arrollamientos helicoidales de acero elástico,
fabricado con un grosor de varilla adecuados la rigidez que se quiera conseguir, así
como el número de espiras, la distancia entre espiras (paso), el tipo de material y el
diámetro del arrollamiento
Existen diferentes tipos de helicoidales, pero los más usuales son los siguientes.
Figura 57muelles helicoidales
LOS AMORTIGUADORES
La misión de los amortiguadores, es la de atenuar rápidamente las oscilaciones de
la carrocería del automóvil (comodidad), disminuir las variaciones de carga dinámica
de la rueda y evitar que salten entre el suelo (seguridad en marcha).
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____
25Tomado del manual del automóvil, Figura 9 http://www.aficionadosalamecanica.net/suspension2.htm
Los tipos de amortiguadores más usados son:
-los hidráulicos convencionales (monotubo y bitubo).
-monotubo a gas de alta presión.
Amortiguadores convencionales
Son aquellos en los que la fuerza de
amortiguación, se obtiene forzando el paso
de un fluido a través de unos pasos
calibrados de apertura diferenciada, con el
fin de obtener la flexibilidad necesaria para
el control del vehículo en diferentes estados.
De esta forma la energía cinética se
transforma en energía térmica, que se disipa
en forma de calor.
Amortiguadores monotubo a gas
Trabajan bajo el mismo principio que los hidráulicos, pero en uno de sus extremos
contiene nitrógeno a alta presión (aprox. 25 bar), un pistón flotante separa este gas
del aceite impidiendo que se mezclen, el desplazamiento del vástago comprime el
gas creando una variación del volumen que permite una respuesta instantánea y
silenciosa.
Figura 59 amortiguador de gas26
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____
26Tomado del manual del automóvil, Figura 10 tomadodewww.forocoches.com/foro/showthread.php?t=288
7409&page=3. Figura 59 amortiguadores a gas
Figura 58 Amortiguadores convencionales
GEOMETRÍA DEL TREN DELANTERO
AVANCE= Es el ángulo que forma el pivote de la rueda (eje de articulación de la
mangueta) con la vertical, observando el vehículo lateralmente, por medio del
avance de las ruedas son dirigidas y tiende a auto alinearse y mantener la
dirección recta.
CAIDA =Es el ángulo que forma la rueda
con la vertical se da para mayor adherencia
en curvas y estabilidad de la dirección. Para
obtener esta cota se inclina el eje de la
mangueta con un cierto ángulo con
respecto a la horizontal.
SALIDA = Es el ángulo que forma el pivote,
eje de articulación de la mangueta de la
rueda con la vertical, viendo el vehículo de
frente.
CONVERGENCIA/ DIVERGENCIA27 Es
el ángulo que forman las ruedas con el eje
longitudinal del vehículo.
17.2 Tipos de suspensión
Tienen un montaje elástico
independiente, a diferencia del anterior el
movimiento de una rueda no afecta la otra
y la carrocería no se ve tan afectada.
SISTEMAS DE MONTAJE DE
SUSPENSIÓN.
SISTEMAS MAC PHERSON
Este es el más usado en la actualidad, en este sistema el pivote de dirección soporta
una biela en su parte superior sobre la cual va situado el amortiguador. El muelle es
concéntrico, va situado con el amortiguador y se comprime entre un platillo fijado en
su cuerpo y otro fijado en el extremo del vástago sujeto al bastidor con una fijación
de articulación elástica.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ___ 27Tomado del manual del automóvil, figura 12 http://www.aficionadosalamecanica.net/suspension2.htm,
figura13 http://www.aficionadosalamecanica.net/suspension3.htm
Figura 60 Geometría del tren delantero
Figura 61 tipo de suspensión
SISTEMA A TRIANGULOS SUPERPUESTOS
Utilizado en montajes delanteros y traseros de automóviles de elevadas
prestaciones.
SISTEMA DE EJE MULTIBRAZO
Montados en la suspensión posterior y en algunos casos en la delantera en
vehículos de tracción delantera.
SISTEMA DE BRAZO OSCILANTE INCLINADO
Montado en suspensiones posteriores de vehículos de tracción delantera.
EJE TORSIONAL
Montado en el eje posterior de muchos vehículos de tracción delantera. Es de las
últimas creaciones desarrolladas.
SISTEMA DE SUSPENSION
Para la suspensión se optó por el sistema McPherson que sin duda presta la mejor
solución para el tipo de vehículo que es MAKO, se usaron amortiguadores de
moto Bwis 1 totalmente verticales, con una longitud final de 35 cm, para la parte
trasera.
Figura 62 Amortiguadores traseros
En la parte delantera se usaron amortiguadores de AKT especial, se dispuso
ubicarlos con una inclinación de casi 25 grados debido al espacio con el que se
contaba, el amortiguador tiene una longitud final de 24 cm
Figura 63 Amortiguadores delanteros
Los puntos de apoyo de los amortiguadores en la parte delantera como en la parte
trasera están sobre el chasis directamente en la parte alta y sobre las tijeras en la
parte baja, para lograr estos apoyos fue necesario diseñar y construir soportes que
fueron soldados directamente al chasis y tijeras.
18. SEGURIDAD11
Un cinturón de seguridad es un arnés diseñado para sujetar a un ocupante de un
vehículo si ocurre una colisión y mantenerlo en su asiento. El objetivo de los
cinturones de seguridad es minimizar las heridas en una colisión, impidiendo que el
pasajero se golpee con los elementos duros del interior o contra las personas en la
fila de asientos anterior, y que sea arrojado fuera del vehículo.
Actualmente los cinturones de seguridad poseen tensores
que aseguran el cuerpo en el momento del impacto mediante
un resorte o un disparo (tensor pirotécnico). El cinturón se
debe colocar el más pegado posible al cuerpo, plano y sin
nudos o dobleces. Los pilotos de competición llevan los
arneses bastante apretados, pero no se considera necesario
en un coche de calle.
El cinturón de las caderas debe estar situado por delante de
las crestas ilíacas, los huesos que sobresalen en las caderas. Esto es para
que sujete al cuerpo contra un hueso duro y no contra el abdomen blando. En el
caso de las embarazadas, se vende un accesorio para asegurarse que el cinturón
queda debajo del abdomen. Se engancha entre las piernas a la banda de la cintura
y por debajo del asiento.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ___ 3tomado del manual del automóvil, figura 12 http://www.aficionadosalamecanica.net/suspension2.htm, figura13
http://www.aficionadosalamecanica.net/suspension3.htm
Figura 64 cinturón de
seguridad
18.1 Tipos de cinturones
Cinturón de 3 puntos
La aportación más importante de Volvo al universo de la
seguridad del automóvil es el cinturón de tres puntos de
anclaje. La marca sueca decidió montar de serie en todos
sus coches este efectivo sistema de retención de las
personas en 1959. Desde esa fecha, no se ha inventado ningún otro mecanismo que pueda igualarlo en efectividad.
Arnés de 4 puntos
Como el de cinco puntos pero sin sujeción entre las piernas
.
Arnés de cinco puntos
Más seguros, pero más restrictivos, se suelen utilizar en sill
as para niños y en automóviles de competición. La porción del regazo se conecta a un cinturón entre las piernas. Además hay dos cinturones por sobre ambos hombro
s, haciendo un total de cinco puntos de anclaje.
19. SISTEMA DE COMBUSTIBLE12
Figura 66 simbolo
TIPOS DE SISTEMAS DE COMBUSTIBLES
Existen 2 tipos, los cuales se diferencian por el modo de enviar el combustible desde
el estanque al carburador y/o unidad de control de combustible. Estos son:
Por gravedad
Por presión
Figura 65 tipo de cinturón
SISTEMA DE COMBUSTIBLE POR GRAVEDAD
Este sistema está en uso en un gran número de aviones de baja potencia, aun cuando tiene un diseño elemental, y las ventajas son la simplicidad y la regulación
del funcionamiento, este sistema no se ocupa en las aeronaves de altas potencia, a causas de la disposición estructural y las exigencias más elevadas de presión.
La presión disponible en este sistema se puede calcular mediante la aproximación de 1 libra por pulgada cuadrada por cada 40 pulgadas de altura de combustible; así, se puede estimar que una vertical de 120 pulgadas de combustible es necesaria
para producir una presión de descarga de 3 libras por pulgada cuadrada.
SISTEMA DE COMBUSTIBLE POR PRESIÓN
En las aeronaves donde no es posible instalar el estanque de combustible ala distancias requerida sobre el carburador y/o unidad de control de combustible, y cuando la presión de combustible necesaria para un buen funcionamiento de estas
unidades es relativamente alta (por que el sistema de combustible por gravedad no la puede proporcionar), el sistema, necesariamente, constara de bombas para
mantener la presión al valor adecuado para el correcto funcionamiento del carburador y/o la unidad de control de combustible.
SISTEMA DE COMBUSTUBLE
Para MAKO se utilizo un sistema de combustible por gravedad, usando el tanque
de la moto DSR 200, ubicado propiamente sobre el motor como generalmente viene
en una moto, el tanque posee una llave de servicio, que me permite cerrar el paso
de gasolina y también ubicar el paso en reserva para casos de emergencia, el
tanque esta ubicado de tal manera que a la hora de abastecer de combustible su
acceso es fácil y seguro.
Figura 67 Tanque de gasolina
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12tomado del libro L-302 de mecánica automotriz de shemphill school
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Harness.jpg
El montaje del tanque se realizó sobre el soporte diseñado para el motor que termina
en una sola pieza sólida que reduce vibraciones en el tanque.
20. AERODINÁMICA13
Se denomina resistencia aerodinámica, o
simplemente resistencia, a la fuerza que sufre un
cuerpo al moverse a través del aire, y en particular
a la componente de esa fuerza en la dirección de la
velocidad relativa del cuerpo respecto del medio. La
resistencia es siempre de sentido opuesto al de
dicha velocidad, por lo que habitualmente se dice
de ella que, de forma análoga a la de fricción, es la
fuerza que se opone al avance de un cuerpo a través
del aire.
Todo vehículo durante el rodamiento sufre de varios tipos de fuerza de arrastre.
Algunas de estas es la de los neumáticos contra el asfalto, y tal vez la más
importante de todas resulta la del viento ejercido sobre la carrocería. Un excesivo
arrastre por un mal diseño que no penetre correctamente el aire, repercute
significativamente en el rendimiento del vehículo y en el consumo de combustible.
Y es que aproximadamente desde los años cincuenta hasta hoy, los constructores
han logrado grandes avances con relación al diseño de autos más eficientes y
aerodinámicos.
Aerodinámica de los Vehículos:
En aerodinámica y diseño de carrocerías, existe un coeficiente de Resistencia al
Avance que se denomina (Cx), el cual se mide por la fuerza que sufre un cuerpo al
moverse a través del aire en la dirección de la velocidad relativa entre el aire y el
cuerpo; es decir, a mayor velocidad mucho mayor será la fuerza que se opone al
avance de la carrocería y su diseño frontal. El objetivo es entonces mejorar el
coeficiente Cx gracias a diseños más eficientes sin perjudicar la estética, para
aprovechar cada caballo de fuerza producido por el motor, lograr velocidades
superiores, y obtener mejores índices en consumo de combustible.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____
13 http://rjose1994.blogspot.com/2013/07/aerodinamica-de-autos.html, figura 38 del mismo texto
Figura 68 aerodinámica
Por otra parte en el mundo de las carreras, se sacrifica mucho la resistencia al
avance para lograr fuerzas descendentes que presionen al vehículo contra el
pavimento. Es por eso que es muy común ver en deportivos y autos de pista,
varios tipos de alerones que generan "Downforce". Esta fuerza al igual que el Cx,
resulta exponencial a la velocidad, lo cual es muy conveniente en carreras ya que
aumenta la adhesión al pavimento a altas velocidades. Aunque un alerón influye
negativamente sobre la resistencia al avance (los vehículos de carrera compensan
esta pérdida al equipar motores con mucha potencia y caballos de fuerza
adicionales.
El estudio de todos estos efectos se realiza en túneles de viento, que asemejan
las condiciones a las que el vehículo es sometido pero en forma estática. Alterar
las especificaciones aerodinámicas originales del vehículo puede causar:
-Alto consumo de combustible
-Menos velocidad final (los alerones aumentan el área frontal del vehículo)
-Esfuerzo innecesario del motor
-Menor eficiencia en el sistema de enfriamiento
-Disminuye la capacidad de disipación de calor de frenos
-Se generan esfuerzos innecesarios en la suspensión
-Desgaste de neumáticos por efecto de sobrecarga a alta velocidad
-Ruido excesivo del viento
Factores que determinan la resistencia aerodinámica
La resistencia aerodinámica depende cuatro factores:
la densidad del aire, la velocidad al cuadrado, la
superficie frontal y el coeficiente de resistencia
aerodinámica del vehículo, todo ello multiplicándose
y por tanto influyendo en la misma medida. Si
dividimos el resultado de esa multiplicación entre
dos, tenemos la fórmula completa, pero lo que
importa aquí es lo que son y cómo actúan cada uno
de esos factores. La densidad del aire es
aproximadamente
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13 http://rjose1994.blogspot.com/2013/07/aerodinamica-de-autos.html, figura 39 del mismo texto
Figura 69 aerodinámica
constante y no la podemos variar con el diseño del vehículo, por lo que no le voy a
dedicar más explicaciones. A partir de aquí, los otros tres factores de la fórmula
merecen un apartado propio en el que ser explicado
Resistencia aerodinámica:
R = ½ d x v2 x A x Cx
R = Resistencia aerodinámica (N)
d = Densidad del aire (kg/m3)
v2 = velocidad al cuadrado (m2/s2)
A = Superficie frontal (m2)
Cx = Coeficiente de resistencia aerodinámica
La resistencia aerodinámica
depende de la velocidad elevada al
cuadrado
La velocidad al cuadrado nos invita a
entrar en materia, aunque no es un
factor que distinga un coche de otro, sino sólo algo
importante que debemos entender y que afecta a todos por igual. Veamos. Si
multiplicamos la velocidad por dos, la resistencia se multiplica por cuatro.
Intuitivamente, alguien podría pensar que la resistencia es sólo lineal (doble
velocidad implicaría también doble resistencia) pero resulta que la resistencia
aerodinámica se incrementa mucho más deprisa que la velocidad (*).
(*) La resistencia aerodinámica es proporcional al cuadrado de la velocidad porque
si duplicamos la velocidad, el doble de aire golpea el frontal del coche y además lo
hace con el doble de fuerza: velocidad x2 implica resistencia x4
Pero la cuestión de la velocidad es todavía más importante: la resistencia crece con
el cuadrado de la velocidad, pero la potencia necesaria para vencer esa resistencia
crece con el cubo de ésta. Esto significa que cuando la velocidad se multiplica por
dos, la resistencia lo hace por cuatro y la potencia necesaria por nada menos que
ocho.
_____________________________________________________________________________________________________________________________ ____
13 http://rjose1994.blogspot.com/2013/07/aerodinamica-de-autos.html, figura 40 tomada del mismo texto
Figura 70 aerodinámica
La potencia necesaria es proporcional al cubo de la velocidad porque si duplicamos
la velocidad la fuerza se multiplica x4 (apartado anterior) y esa fuerza se aplica
durante el doble de distancia por unidad de tiempo: velocidad x2 implica potencia
x8 Un ejemplo numérico para que más de uno se lleve las manos a la cabeza: para
mantener una velocidad constante en un tramo horizontal y sin viento un coche
cualquiera podría necesitar las siguientes potencias para vencer exclusivamente su
resistencia aerodinámica:
Figura 71 Fuerzas en el motor
A 50 km/h alrededor de 2 CV
A 100 km/h alrededor de 16 CV
A 200 km/h alrededor de 128 CV
A 300 km/h alrededor de 432 CV
La resistencia a la rodadura y la resistencia mecánica requerirían alguna potencia
adicional, mucho menor. Si alguien se ha quedado sorprendido de las cifras,
probablemente es que lo ha entendido bien. Esta es la razón por la que una pequeña
diferencia en velocidad (digamos de 110 km/h a 120 km/h) representa una gran
diferencia en consumos. La resistencia aerodinámica depende de la superficie
frontal La superficie frontal es el área que ocupa el coche visto perfectamente de
frente. En un plano sería el alzado del coche, cuya superficie depende de la altura,
la anchura y la forma de ese alzado (incluyendo neumáticos, espejos y todo lo que
esté expuesto al aire en el sentido de la marcha).
La interpretación de esto es muy sencilla: esta sección frontal es la que va barriendo
un volumen de aire por unidad de tiempo cuando el coche se desplaza, y define la
masa de aire que deberá apartarse. Es obvio que cuanto más aire se mueva, más
trabajo implicará hacerlo.
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13 http://rjose1994.blogspot.com/2013/07/aerodinamica-de-autos.html, figura 41 tomada del mismo text
Traducido a coches reales, los coches grandes en altura y anchura (de nuevo,
furgonetas, mono volúmenes y todo terrenos se ven enormemente penalizados,
pero no necesariamente los coches largos, que de hecho tienen más
oportunidades de hacer fluir el aire suavemente a su alrededor que los muy
cortos. Para salvar con éxito este problema, coche bajo y estrecho. La posición de
los pasajeros en tándem de un Renault Twizy, por ejemplo, responde en parte a
este principio, aunque también a favorecer la circulación en ciudad y el
estacionamiento, claro.
La resistencia aerodinámica depende del coeficiente de resistencia
aerodinámica
Figura 72 resistencia aerodinámica
El coeficiente de resistencia aerodinámica (Cx) es un número dimensional (no tiene
unidades) que viene determinado casi totalmente por la forma del coche. Lo más
importante, al contrario de lo que se podría esperar, es la parte trasera y la forma
en que el aire rellena el vacío que el coche deja tras de sí. Cuanto más suaves sean
las curvas que tenga que trazar el flujo de aire para rodear el coche, mejor. La
interpretación de este factor es fácil: la forma del coche define la trayectoria que
habrá de seguir el aire para bordearlo, es decir, la velocidad y ordenación del aire
en sus diferentes trayectorias.
Las esquinas angulosas, las traseras truncadas (verticales y planas como en una
furgoneta, un mono volumen o un todo terreno y en general cualquier perfil no suave
que tenga que recorrer el aire nos penaliza en este aspecto. Es curioso que a día
de hoy aún no es posible terminar de desarrollar el aspecto aerodinámico de un
coche sin un túnel de viento en el que realizar pruebas reales, pero lo cierto es que
la simulación por ordenador todavía no ha llegado a ese nivel de perfección, tal es
la naturaleza caprichosa del aire en movimiento.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
12 tomado del libro L-302 de mecánica automotriz de shemphill scho
21. PRUEBAS AERODINÁMICAS
Resultados obtenidos de la prueba aerodinámica realizados en solidworks bajo los
siguientes parámetros:
Punto del rocío: 20 °C
Humedad relativa: 100%
Presión atmosférica: 1017.27 hPa
Visibilidad: 10.0 km
Velocidad 16m/sg
Humedad relativa: 92%
Precipitación: 50%
Temperatura 300.15 Grados Kelvin (27 Grados celsius)
Figura 73 Carrocería
Cambios de Velocidad
Figura 74 vista isométrica de cambios de velocidad
Figura 75 vista frontal de cambios de velocidad
Figura 76 vista lateral de cambios de velocidad
DENSIDAD DE FLUJO
Figura 77 Densidad de flujo vista isométrica
Figura 78 vista lateral de cambios de velocidad
TEMPERATURA
Figura 79 Temperatura vista isométrica
Figura 80 vista lateral de Temperatura
Figura 81 vista frontal de Temperatura
PRESION
Figura 82 Presión vista lateral
Figura 83 Presión Vista trasera
Figura 84 Presión Vista isométrica
NÚMERO DE MACH
Figura 85 Numero de mach vista isométrica
VORTICIDAD
La vorticidad es una magnitud física empleada en mecánica de fluidos y en el
mundo meteorológico para cuantificar la rotación de un fluido.
Figura 86 vista isométrica de vorticidad
Figura 87 vista frontal de vorticidad
PRESION RELATIVA
Figura 88 Presión relativa
22. PROCESO DE CONSTRUCCION, PRESUPUESTO Y PRUEBAS DEL
VEHICULO BIPLAZA MAKO UTS
22.1 CONSTRUCCION DEL BIPLAZA MAKO UTS
Para la fabricación de los diferentes componentes del vehiculo se realizaron los
siguientes procesos de manufactura:
Tabla 13 Manufactura realizada para las piezas
El proceso de fabricación y montaje de los diferentes sistemas del vehículo biplaza
MAKO UTS se presenta en forma resumida mediante lo siguiente:
Tabla 14 de ejecución de procesos para cada sistema del vehiculo
SISTEMA
PIEZA COMPRADO MODIFICADO FABRICADO MANUFACTURA
A B C D E F G H I J K L M N ESTRUCTURA Chasis X X X X X X X X
TRANSMISIÓN DE
POTENCIA
Motor X X
Diferencial X X X Catalina X X X X X
Disco X X X Porta catalina X X X
Base de disco X X X X Buje eje homocinético
X X
Arandela para buje X X
Cadena X Ejes homocinéticos X X
Tapones diferencial X X Soporte diferencial X X X X X X X X X X
Chumaceras X
DIRECCIÓN
Cremallera X X X Base de cremallera X X X X X X X
Columna de dirección
X X X
TIE ROD de dirección
X
Puntas de dirección X X X
Extensiones TIE ROOD
X X X X X X X
Volante X
SUSPENSION
Tijeras X X X X X X X X X Cabeza de articulación
X X
PUSH BAR X
Amortiguadores X X X Manguetas X X X X X X X X X X X
Anclajes de tijeras X X X X X X X X Anclajes amortiguadores
X
X
X
X
X
X
X
X
Bujes de tijeras X X X X
FRENOS
PIEZA
COMPRADO
MODIFICADO
FABRICADO
MANUFACTURA
A B C D E F G H I J K L M N
Discos de freno X X
Mordazas X Bomba hidráulica X X X
Base para bomba X X X X X X X Tubería X X X
Mangueras de freno X Base para mordazas
X X X X X X X
Base para tubería X X X
OTROS
Pedales (embrague, freno y acelerador)
X
X
X
X
X
Base para pedales X X X X X X X
Sillas X X X X X Gatillos selectores de cambios
X
X
X
X
X
Base para gatillos X X X X X X X
Base para extintor X X X X X X X Base para batería X X X X X X X
Tubo de escape X X X X X X Espejos retrovisores
X X X
Luz de STOP X Guayas (selección de cambios, embrague, acelerador )
X
X
Soporte para guayas
X X X X X
CHASIS
DISEÑO
Diseño conceptual
Es realizado por un estudiante con conocimientos en diseño y manejo de softwares
tales como Auto Cad, Solid Works. La duración de esta etapa fue de 8 horas, donde
el responsable deberá hacer cálculos generales y montaje en 3D manejando los
respectivos programas.
Diseño detallado
Durante este proceso se verificara los cálculos arrojados por el solid Works, se
realizan cálculos (resistencia del material, factor de seguridad) y se hizo la selección
del material comercialmente disponible, y se realizaron los ajustes necesarios.
CONFORMADO
Corte
Esta fase consistió en hacer los cortes de la tubería de acuerdo a las dimensiones
dadas. Los cortes se hicieron de la siguiente manera:
Tubo blanco mandados a doblar
Tubo 1 amarillo sobra 36 cm 1er tubo
Tubo 2 grises 83cm base cara trasera
Tubo 3 purpura 50 cm laterales de frontal caja grande por 2
87 parte baja de la caja de pilotos por 2
Tubería soporte arco pequeño solo 1
Tubo 4 verde
Tubo 5 rojo
Tubo 6 naranja
Tubo 7 celeste
Tubo 8 vino tinto
Figura 89 Cortes del chasis
Figura 90 Puliendo el chasis
Doblado
Se preparó el Angulo que se desea para el dobles con esto se programa la máquina,
se monta el material y se realiza el dobles. Para esta operación se hacen 6
dobleces, tomo un tiempo de 2 horas.
ENSAMBLAJE
PREARMADO
Se ensamblo en primera instancia, aplicando puntos de soldadura con el fin de tener
la estructura base del chasis y en caso de una medida fuera del plano corregir el
ensamblaje fácilmente. Tomo un tiempo de 24 horas.
Figura 91 Puntos de soldadura
SOLDADURA
Una vez pre armado la estructura se pasa a realizar los cordones de soldadura
sobre las uniones del chasis, se revisa si los cordones se encuentran sin escoria,
que no hallan grietas visibles, en este punto se finalizara la parte estructural. Un
tiempo de 16 horas.
Figura 92 Soldadura
APLICACIÓN DE ADITIVOS
Masilla hueso Duro
En esta fase se verifico si existían fallas tales como poros o grietas en la soldadura,
y de esta manera corregir aplicando Masilla de Hueso Duro, este material me
permitirá tapar cualquier porosidad, esto tomara un tiempo de 1 hora.
Figura 93 aplicando hueso duro
ACABADOS
Lijado
Con el fin de darle un aspecto estético al chasis, se lija para darle cierto nivel al
material aplicado anteriormente, y eliminar impurezas para así dejarlo preparado
para la siguiente etapa, el encargado de este proceso será el que haya efectuado
la soldadura como actividad complementaria. Con una duración de 4 horas
Corrosivos y Pintura
Para terminar el acabado es necesario el anticorrosivo que se aplica para evitar la
corrosión del tubo de acero y mantener intacto el chasis, y su pintura se realiza
para darle un acabado superficial al chasis.
Figura 94 corrosivos y pintura
Sistema de transmisión de potencia
Figura 95 Motor DCR 200
SOPORTE DE MOTOR
Se diseñó el soporte de tal modo que permitiera un desplazamiento corto de todo
el motor según se necesitara, esto se da por la necesidad de dejar el diferencial
fijo y por ende el piñón catalina, con trabajo del vehículo la cadena poco a poco va
se va destemplando, con lo cual va a llegar a un punto donde sea necesario
templar la cadena para que el vehículo pueda aprovechar el 100 % de la energía
entregada por el motor, con esto se diseñó el soporte con dos templetes que
permiten realizar ese desplazamiento del motor que se encuentra sobre los rieles
del soporte, estos rieles solo permiten el desplazamiento en un sentido lo que nos
asegura que no ocurra desalineación entre el piñón de arrastre y el piñón catalina
del diferencial, una vez se a realizado el ajuste necesario de la cadena, se
aseguran los templetes con contratuercas y a su vez el motor se asegura con
grapas para mantener fijo el motor
Figura 96 Tensores y grapas del motor
Los rieles del soporte van soldados directamente al chasis, para mantener el
motor en los rieles del soporte se decidió aprovechar el antiguo chasis del motor
Tensores
Grapas
de moto ahorrándonos construir anclajes del motor, también nos sirvió para el
soporte del tanque de gasolina que se ubica por en sima del motor
Figura 97 Chasis reutilizado
Al motor fue necesario adaptarle un filtro de aire que soportara la compresión
generada en el evento de admisión por parte del motor y el soporte del motor se
utilizó para apoyar el filtro y también el tubo de escape.
Figura 98 Filtro y exosto
TRANSMISION
Se seleccionó el piñón catalina que soporte las cargas y el torque entregado por el
motor, posteriormente seleccionamos el diferencial de tipo convencional de un
Renault 4, al cual se le extrajo la corona para ser remplazada por el piñón catalina,
para esto fue necesario taladrar nuevos agujeros y hacerle el roscado para los
nuevos tornillos que sostendrían el piñón, dado que el diámetro de la base del
diferencial no es el mismo que tiene el piñón catalina, fue necesario tornearle un
buje y una arandela que sostiene los piñones cónicos internos, y el buje que permite
el acople de las tulipas de los ejes homocinéticos, al diferencial también se le adapto
y acoplo un disco de freno con el fin de detener las dos ruedas con la misma
intensidad de fuerza y en el mismo instante de tiempo, para esto fue necesario
tornear una base para el disco de freno y que a su vez se acoplara al diferencial,
también con sus respectivos agujeros para los tornillos que la sostendrán.
Para mantener la transmisión en su lugar se construyó un soporte que va soldado
directamente al chasis. Para permitir la libre rotación de los ejes homocinéticos se
adaptaron los diámetros de las tulipas para que encajasen en las chumaceras y
estas a su vez van sujetas al soporte de transmisión por tornillos.
Se hicieron unos tapones de caucho que permiten lubricar el diferencial sin que
haya fugas y así garantizar más vida útil para estos elementos
.
Figura 99 sistema de dirección
Figura 100 porta catalina y catalina
Figura 101 Eje homocinético y diferencial
SISTEMA DE DIRECCION
En el sistema de dirección utilizamos elementos de vehículos comerciales, para
MAKO se utilizó la caja de dirección completa de un Hyundai ATOS, el cual cumplía
con las dimensiones adecuadas para nuestro vehículo. Solo fue necesario hacer
una modificación ya que los ejes de las articulaciones eran demasiado largos para
el ancho de trocha que se requería según especificaciones de la Unidades
Tecnológicas de Santander, fue necesario cortar 10 cm a cada lado para lograr el
ancho requerido. Se utilizó un volante de pasta acoplado a la caja de la dirección
por medio de una tuerca.
La barra de cremallera se ubicó en la parte alta frontal del vehículo ya que el sistema
de pedales como lo son el embrague, el freno y el acelerador se ubican en la parte
baja, todo esto debido a el espacio que se determinó para el piloto y el copiloto, que
se encuentran en una posición muy horizontal, tipo fórmula 1, para lograr que el
vehículo no tuviese mucha altura y con esto lograr una mejor aerodinámica en el
vehículo.
Figura 102 Sistema de dirección
Figura 103 Tie rod, Extensión y punta de dirección
Figura 104 Dirección
Tabla 15 Componentes de la dirección
Sistema de suspensión
Anclaje
Figura 105 Tijera y anclaje
Figura 106 Suspensión delantera
Figura 107 Suspensión trasera
SISTEMAS DE FRENOS
El sistema de frenos utilizados en MAKO es el de disco, el conformado de este
sistema lo componen la bomba hidráulica, para la cual utilizamos la bomba del
Renault 4 que es pequeña en comparación a otras de vehículos comerciales
Figura 108 Bomba de freno
Figura 109 Elementos de Sistema de freno
La bomba hidráulica se ubicó justo atrás del pedal de freno siendo accionada
directamente por el piloto, se ubicaron tres discos en el vehículo dos en la parte
delantera y uno en la trasera, uno en cada rueda delantera y uno directamente en
el diferencial, cada disco y mordaza utilizada fue de moto AKT 125, se usaron cuatro
mordazas una en cada disco delantero y dos en el disco del diferencial, logrando
con esto un frenado más efectivo y de respuesta rápida.
Para la distribución del sistema hidráulico se usó tubería de cobre y mangueras de
freno hechas a medida para MAKO, se utilizó líquido de frenos DOT 3, este sistema
garantizo una excelente respuesta de frenado.
SISTEMA DE SELECCI0N DE CAMBIOS
Para la selección de marcha del vehículo MAKO se fabricó un sistema de gatillos
tipo fórmula 1, que se usan en la parte trasera del volante, eliminando así el sistema
de palanca, usado en autos mecánicos comerciales, para poder apoyar estos
gatillos se construyeron y soldaron sus soportes directamente al soporte de la caña
de la dirección, los gatillos fueron diseñados y fabricados en su totalidad por nuestro
equipo de trabajo, para transmitir las órdenes del piloto a la caja de cambios se
usaron guayas independientes para cada gatillo, siendo el gatillo izquierdo el
encargado de aumentar el número de marcha desde segunda hasta la marcha final,
que es quinta y el gatillo derecho para ubicar en la primera marcha y descender
según se necesite, para recuperar la posición de los gatillos se usaron resortes
anclados al soporte del volante.
Figura 110 Gatillo selectores de cambios
Figura 111 Guayas selección de cambios
SISTEMA DE PEDALES (EMBRAGUE, FRENO Y ACELERADOR)
Para apoyar los pedales se construyó una base que va directamente soldada al
chasis, con brazos independientes para cada pedal. Los pedales de embrague y
acelerador giran en su base por un pivote engrasado y en la parte alta tienen
pequeños agujeros que permiten anclar las guayas, su ubicación corresponde a que
de ninguna manera interrumpa el libre movimiento de los pies del copiloto y a la
necesidad de palanca, para que el recorrido al pisar los pedales sean necesarios
para accionar el embrague y acelerar a máxima capacidad el motor
Fotos cambios
Para el pedal de freno se dispuso ubicar la bomba hidráulica en su parte trasera,
para que la reacción sea inmediata y se aproveche bien la energía al pisar el freno,
el pedal gira en un pivote engrasado, en su parte baja donde hay mas efecto de
palanca se soldó un pequeño soporte en el cual se engancha el vástago que empuja
el pistón de la bomba para accionar el freno.
Foto del pedal de freno
Los tres pedales son de tipo flotante de modo que no hay rose de estos con el suelo
del vehículo, la ubicación de estos corresponde a tener en cuenta la ergonomía del
piloto mas alto.
Tabla 16 Presupuesto detallado
# Factura Material Especificación Cantidad Total
35651 Hueso duro y amarres 10 amarres plásticos, 1 frasco de hueso duro 11 $6.500
0A004830 Disco corte Dewalt 4 1/2 x extrafino 2 $6.000
0A004828 Tubo redondo 1 pulgada T.p 6 $168.000
14631 Chumaceras 30 milímetros Tipo parche 4 $46.000
17754 Pernos y tuercas 4 pernos de bocín R4 y 16 tuercas de lujo DE R4 20 $30.000
258 Dobleces tubos redondos 6 $21.000
244286 Disco corte y pulir disco de corte y de pulir hunter 8 $18.999
8 Rines con llanta rines con llanta 4 $160.000
000RG1224 Tubo y Angulo Tubo 6 metros ASTM A36 de ¾* 2mm, Perfil en L de 6 metros ASTM A36
de 1 ¼* 1/8 2 $39.500
74039 Rotula Rotula R4-6 4 $40.000
48270 Arandela Ajuste de chumaceras 1 $4.000
14714 Chumaceras 35 milímetros tipo parche 2 $27.800
35647 Pintura y thinner pintura naranja, negra y un frasco de thinner 3 $29.000
22987 Mangueras y tubos de
frenos 4 mangueras de freno, 1 teel y 4 tubos de frenos 9 $85.000
35568 Lamina y dobleces 22 cortes y dobleces de lámina calibre 22 1 $41.000
204 Arandelas arandela 4" x 2" 10 $10.000
70050923 Liquido de freno liquido de freno para bomba de frenos 1 $12.000
G2065573 Micos y terminal para
soldar Finales de guayas y soporte de estas 40 $8.500
1778 Resortes resortes s/m 2 $5.000
# Factura Material Especificación Cantidad Total
2061 Pintura y tiner poliuretano azul 1/8 gl, 1 primer gris 2k 1/16 gl 2 $45.000
8051 Funda y guaya 12 metros de funda 5mm, 12 metros de guaya $30.000
23118 Arandelas, disco de corte
y tornillos 20 arandelas. 3 discos de corte y 6 tornillos 29 $13.700
4379 Hueso duro Brinda superficie para el pintado 1 $5.800
4380 Lijas Lija de papel # 80, 120 2 3.000
17309 Tuerca y tornillos 10 tornillos de 3/8 x2 1/2, 6 tornillos 3/8 x3, 20 tuercas 3/8 36 $16.000
8223 Disco de corte Dewalt 4 1/2 x extrafino 2 $6.000
134565 Tuerca Tuerca de seguridad 16 1-5 4 $2.000
106339 Tuerca Tuerca 3/8 1 1/2 16 $10.400
0A005030 Angulo Angulo 1/8 x 1 1/4 1 $22.000
244846 Tuercas variilas y
arandelas 1 metro varilla 5/8, 30 tuercas acero 65" 5/8,10 tuercas seguridad 5/8, 10
arandelas 5/8 51 $40.200
1935 Electrodos Electrodos wiz-18s-3/32 2 $20.715
14513 Disco de corte disco de corte metal 4" 5 $15.000
17900 Tornillos 3/8 x2 1/2 4 $1.000
31506 Nylon nylon natural barra 1 1 $20.001
134362 Tornillos 14 tornillos 3/8 x 2 1/2 y o tornillos 3/8 x 1 1 /2 22 $12.999
subtotal $1.022.114
# CUENTA Material Especificación Cantidad Total
1 Tronzadora Skil Alquiler de tronzadora 1 $150.000
2 Compra de motor 1 $993.500
3 Grasa roja 1 $4.000
4 Volante 1 $30.000
5 caña atos 1 $30.000
6 Amortiguadores Tipo monochok 4 $110.000
7 Pulidora Alquiler de pulidora 1 $52.500
8 Transmisión, catalina, y
tornillo arreglo de transmisión de catalina y tornillo de transmisión $120.000
9 Mordazas Mordaza para disco de moto 4 $160.000
10 Frenos Pastillas de asbesto para mordazas $178.900
11 Llantas $148.000
12 Caimán 2 caimán tipo pinza 50 amp 2 $1.600
subtotal $1.978.500
Total $3.000.614
23. PRUEBAS Y RESULTADOS
Se realizaron pruebas al vehículo en las afueras de la universidad donde se cuenta
con una amplia zona de asfalto limpio y en condiciones para llevar al vehículo a su
máxima exigencia, se comenzó realizando pruebas de aceleración siendo esto
crítico para el vehículo, respondió satisfactoriamente dando evidencia de una buena
relación potencia-peso.
Se realizaron las pruebas de frenado, mostrando un excelente comportamiento del
sistema hidráulico que accionaba las cuatro mordazas ubicadas en los tres discos,
dos en las llantas delanteras y dos sobre el disco adaptado directamente en el
diferencial lo que permite el frenado inmediato de sus llantas traseras, no se ve que
el vehículo al momento de frenar vire hacia algún lado, lo que muestra un frenado
uniforme.
Se realizaron pruebas al vehículo en entradas en curva con velocidad moderada,
mostrando una estabilidad sobresaliente al mantener su centro de gravedad bajo,
en curvas cerradas se observó el trabajo del diferencial al permitir el giro
independiente en sus ruedas traseras, lo que permite que en ninguna curva la llanta
que va por dentro se patine y genere una resistencia adicional al vehículo.
Con las anteriores pruebas y unas adicionales donde se pasaba el vehículo por
diferentes obstáculos, que hacían girar el vehículo en ambos sentidos, verificamos
la respuesta de la dirección a las órdenes del piloto, mostrando una muy buena
respuesta.
Se probó por parte del piloto el sistema diseñado para la selección de cambios,
donde se ubico en diferentes marchas para comprobar que los gatillos funcionaran
adecuadamente y donde se evidencio que estos no interrumpen el movimiento del
volante al entrar en curva o virar bruscamente para sortear algún obstáculo.
Para comprobar la suspensión se realizaron las siguientes pruebas, primero se
adiciono carga estática al vehículo superando los 180 kilos, mostrando un pequeño
recorrido en sus amortiguadores casi sin notarse, luego se adicionaba carga
intermitente en la parte delantera como en la trasera del vehículo donde se
observaba un mayor trabajo de los amortiguadores pero con excelente respuesta
de estos sin superar su capacidad de contraerse y elongarse.
Para las pruebas al motor, se hicieron antes de ser ubicado en el vehículo y una vez
instalado en este, graduando en el punto exacto el circuito de mínimo e instalándole
un filtro de aire que soportara la compresión al momento de hacer el evento de
admisión el motor.
Se comprobó la comodidad de todos los integrantes del grupo en el habitáculo del
vehículo, con los asientos hechos de fibra de vidrio y tapizados para mayor
comodidad y ergonomía.
24. CONCLUSIONES
Cumpliendo con el reglamento técnico de la FCAD y las especificaciones
entregadas por las UTS, se logró dar forma con armonía y seguridad a la propuesta
del vehículo biplaza de competencia para el II gran premio de diseño e innovación
automotriz, organizado por las Unidades Tecnológicas de Santander, cumpliendo
con los estándares de competencias automovilísticas de alto nivel.
Se cumplió con el objetivo de construir un vehículo biplaza de competencia, que
contara con tres aspectos importantes seguridad, calidad y economía teniendo en
cuenta siempre este orden para su construcción se entrega a MAKO con un diseño
único en su tipo.
Se utilizó un modelo de diseño simple para reducir procesos de manufactura que
permitieran mantener los bajos costos en su construcción, pero a su vez se buscó
tener un diseño totalmente nuevo y único en su tipo haciendo lo posible por
mantener la cuota de innovación exigida en la competencia.
Para realizar los complejos cálculos de diseño necesarios para este tipo de
proyectos, se utilizaron modelos simplificados pero que mostraban con una
precisión aproximada las variables y comportamientos que tuviese el vehículo en
competencia, permitiéndonos diseñar con comodidad para brindar un vehículo
seguro y confiable.
En los diferentes procesos de manufactura se utilizaron herramientas de fácil
acceso y disponibles en la región permitiendo manejar siempre el bajo costo, lo que
llevo a que en algunas piezas no se lograra la forma más ligera y apropiada para el
vehículo, pero manteniendo siempre la seguridad y confiabilidad de este.
El haber logrado un vehículo de bajo costo, seguro e innovador demuestra la
viabilidad de proyectos de esta magnitud y da confianza para seguir avanzando en
competencias de este tipo, asegurando a los futuros estudiantes la oportunidad de
poner en práctica sus habilidades y conocimientos adquiridos.
Se logró obtener un sistema de transmisión de potencia efectivo y con capacidad
de soportar las diferentes cargas impuestas por el motor, un sistema de dirección
con capacidad de respuesta efectivo, una suspensión rígida permitiendo mantener
el vehículo lo más cerca al suelo y con esto un centro de gravedad bajo dando
estabilidad suficiente al vehículo.
Se logró con el objetivo de encontrar la mejor relación potencia-peso que permitiera
la mejor respuesta del vehículo a las órdenes del piloto y buscando nuevamente
una economía en la materia prima necesaria para la construcción del vehículo.
Se cumplió con el objetivo logrando estar entre los tres primeros puestos de mejor
diseño e innovación, avalados por la Federación Colombiana de Automovilismo
Deportivo (FCAD), brindándonos la oportunidad de continuar con el proceso de
mejoramiento de MAKO.
25. RECOMENDACIONES
Es importante que en la universidad se siga promoviendo este tipo de eventos que
sirvan como ejemplo para universidades de la región y el país, consolidándose cada
vez mas para que se organice y reglamente una competencia interuniversitaria con
vehículos de este tipo que resultan económicos y viables.
Es de gran utilidad recoger las experiencias de los grupos que como nosotros han
participado en el evento para así asegurarnos de ir evolucionando con cada mejora
y sin cometer los errores ya cometidos.
Se recomienda al iniciar el diseño empezar por elegir el tipo de suspensión, antes
de comenzar con el diseño del chasis, esto evita futuros inconvenientes al tratar de
adaptar la suspensión al chasis creado, ya que esto genera hacer piezas mas
robustas y con menos ventaja mecánica de las que se necesita.
Es muy importante para proyectos de esta magnitud contar con el espacio suficiente
y las herramientas adecuadas, que permitan un correcto proceso de manufactura,
sacando el mejor provecho a cada análisis de diseño que se haga a las piezas.
Es importante designar un líder a cada grupo, que conozca y tenga experiencia en
el campo automotriz, para hacer una correcta asignación de labores dentro del
grupo y se tengan en cuenta las recomendaciones de seguridad industrial para la
operación de la maquinaria y con esto evitar accidentes.
También es necesario contar con un diseño especifico para los porta manguetas y
manguetas que se ajusten a este tipo de vehículos, ya que en el mercado actual no
hay unas que se ajusten a estos, lo cual lleva a realizar modificaciones que debilitan
estos elementos. En una etapa inicial probamos usar y diseñar un conjunto de
manguetas a través de chumaceras, acomodándose muy bien al diseño de
suspensión pero presentando múltiples inconvenientes por el tipo de rodamientos y
el material con el que están hechas, presentando fallas por fatiga. Finalmente no
recomendables para este proyecto.
26. BIBLIOGRAFIA
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river, Bj, 2001.
M. H. Rashid, electrónica de potencia circuitos, dispositivos y aplicaciones,
Prentice Hall hispanoamericana, México, 2005.
SERGIO ANDRES BALAGUERA SUAREZ, ALEXANDER JAVIER FONSECA SIERRA, JULIO CESAR JIMENEZ BRAVO. P. 2011. Diseño y construcción de un monoplaza como soporte
para la propuesta de una competencia universitaria de vehículos monoplaza
“formula u Colombia”. Trabajo de grado para optar al título de ingeniero mecánico. Bucaramanga. Universidad Industrial de Santander, facultad de ingenierías físico mecánicas, escuela de ingeniería mecánica, 260p..
ALEX FABIÁN ANDRADE ÁLVAREZ y GUIDO ANTONIO JARAMILLO MADRID P. 2 009 “Diseño y construcción del chasis para un vehículo tipo
buggy de la fórmula automovilística universitaria (fau)” Trabajo de grado para optar al título de ingeniero Automotriz Riobamba, ecuador. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, facultad de mecánica escuela de ingeniería
automotriz.
CALVO RODRIGUEZ, Arturo. Diseño, análisis, ensayo y construcción de un
chasis tubular para un prototipo de formula SAE. Madrid: universidad pontificia comillas, 2006. P. 5.
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España. Tecnun, Campus Tecnológico de la universidad de Navarra, 2002. P. 6.
MATEUS, Miguel enrique y PEREZ; óscar. Diseño de un vehículo prototipo formula SAE y creación de una guía metodológica para el diseño de
vehículos de carreras. Trabajo de grado ingeniero mecánico. Bucaramanga.: Universidad industrial de Santander. Facultad de ingeniería Fisicomecanicas. Escuela ingeniería Mecánica, 2009. P. 91-92.
Anexo 1 FOTOS DEL VEHICULO BIPLAZA UTS
Anexo 2
ANEXO G. PLANOS