3 etapa del libro

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



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 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:



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

http://www.fedeautos.com.co/document/rdn-reglamento-deportivo-nacional

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.

http://es.wikipedia.org/wiki/Monoplaza

http://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Freno_de_disco

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.


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.


Diseño de soportes para mordazas de discos. Diseño de freno integrado al diferencial.

Simulación de elementos en solid Works.


DISEÑO DE SOPORTE AJUSTABLE

PARA EL MOTOR


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.


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.

________________________________________________________________________________________

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Carrocer%C3%ADa

http://www.elsolucionario.net/fisica-para-ciencias-e-ingenieria-serway-4ed/

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.

_______________________________________________________________________________________

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra

http://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio

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.

_______________________________________________________________________________________

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

_______________________________________________________________________________________


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.

______________________________________________________________________________________


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

_______________________________________________________________________________________


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.

_______________________________________________________________________________________


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


Motor moto pulsar ug 180 c.c.

Potencia: 17hp a 8.500 rpm

Torque: 14.22N-m a 6.500 rpm


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.

_________________________________________________________________


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.



250

242.82= 1.03

Factor de Seguridad para Cargas Verticales.



250

181.75= 1.37

Factor de Seguridad para Cargas Longitudinales traseras.



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

http://carros.hsw.uol.com/

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:

http://1.bp.blogspot.com/-A39N5stI94E/Ty23LcO5xuI/AAAAAAAAATQ/E0uhhM9nMVc/s1600/Ciclodieselgasolina.JPG

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

http://4.bp.blogspot.com/-AFMdhyO0nBQ/Ty53fkdSeSI/AAAAAAAAATY/kPlIkHv0uF8/s1600/Parmotor.JPG

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

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Daewoo_Matiz_F8C_power,_consumption_and_torque-sk.svg

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_fuerza

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_angular

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbico



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.

http://www.ecured.cu/index.php/Autom%C3%B3vil

http://www.ecured.cu/index.php/Fuerza

http://www.ecured.cu/index.php?title=Tracci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php/Autom%C3%B3vil

http://www.ecured.cu/index.php/Embrague

http://www.ecured.cu/index.php?title=Mec%C3%A1nico&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php?title=Hidr%C3%A1ulico&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php/Veh%C3%ADculo

http://www.ecured.cu/index.php/Embrague

http://www.ecured.cu/index.php/Diferencial

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:



http://www.ecured.cu/index.php?title=Aceleraci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php/Fuerza


http://www.ecured.cu/index.php?title=Tracci%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios1.htm#tresejes

http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios2.htm

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 (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

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruptor

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistores

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

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Platinos&action=edit&redlink=1

http://www.guioteca.com/mecanica-automotriz/direccion-asistida-electrica-que-es-y-como-funciona/

http://www.guioteca.com/mecanica-automotriz/direccion-asistida-electrica-que-es-y-como-funciona/

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Cami%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Motocicleta

http://es.wikipedia.org/wiki/Chasis

http://es.wikipedia.org/wiki/Rueda

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Cresta_il%C3%ADaca

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

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Harness.jpg

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

_________________________________________________________________________________________________________________________________

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

_________________________________________________________________________________________________________________________________

13 http://rjose1994.blogspot.com/2013/07/aerodinamica-de-autos.html, figura 39 del mismo texto


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


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




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.

_________________________________________________________________________________________________________________________________

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_fluidos

http://es.wikipedia.org/wiki/Meteorolog%C3%ADa

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

https://www.google.com.co/search?es_sm=93&q=thinner&sa=X&ei=uDZYVMmXFsejNuqIhKgK&ved=0CBkQ7xYoAA

# 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

CHAPMAN, Sthepen J. Máquinas Eléctricas. Mc Graw Hill. 2004. p.655.

R.krishnan, Motor eléctricos, análisis y control, Prentice Hall, Upper Saddle

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

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Anexo 1 FOTOS DEL VEHICULO BIPLAZA UTS

Anexo 2

ANEXO G. PLANOS

3 etapa del libro

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