Chasis pdf

Diseño Automotriz.

Chasis

Por: Grajales Aguirre Jesús Manuel.

Supervisor: Dr. Carlos de la Cruz Alejo.









Tabla de contenido RESUMEN ..................................................................................................................................................... 4 OBJETIVO. .................................................................................................................................................... 5 JUSTIFICACIÓN. ............................................................................................................................................ 6

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO. .................................................................................................................. 28 EL BASTIDOR DE UN VEHÍCULO. ................................................................................................................................ 28 Clases de bastidores. .................................................................................................................................. 29 Diseño de los bastidores ............................................................................................................................. 32 Tipos de bastidores .................................................................................................................................... 33 AERODINÁMICA DE UN AUTOMÓVIL. ......................................................................................................................... 35 CARACTERÍSTICAS FISIOLÓGICAS DEL CHASIS. ............................................................................................................... 39 FORMULAS A UTILIZAR PARA LOS CÁLCULOS CORRESPONDIENTES. .................................................................................... 40 Cargas aplicadas. ....................................................................................................................................... 40 Deflexión Máxima. ..................................................................................................................................... 40 Fuerza de choque. ...................................................................................................................................... 41 Fuerza de vuelco. ........................................................................................................................................ 41 Reparto de masas sobre cada eje .............................................................................................................. 41 Coeficiente de sustentación. ...................................................................................................................... 42 Coeficiente de resistencia. .......................................................................................................................... 42 Coeficiente de fuerza lateral. ..................................................................................................................... 42 Resistencia aerodinámica. ......................................................................................................................... 43 Cálculo de Potencia aerodinámica. ............................................................................................................ 43 Eficiencia aerodinámica. ............................................................................................................................ 43

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CAPÍTULO I: ESTADO DEL ARTE. .................................................................................................................... 7 HISTORIA. ............................................................................................................................................................ 7 CHASIS Y CARROCERÍA EN LA ACTUALIDAD. ................................................................................................................. 14 TENDENCIA DEL CHASIS EN EL FUTURO. ..................................................................................................................... 16 CARACTERÍSTICAS DEL CONJUNTO CHASIS-CARROCERÍA. ................................................................................................ 19



PROTOTIPO. ............................................................................................................................................... 44 ECUACIONES APLICADAS A PROTOTIPO CON ESCALA 1:100 CON DOBLE RUEDA. .................................................................. 46 Cargas aplicadas. ....................................................................................................................................... 46 Deflexión Máxima. ..................................................................................................................................... 46 Fuerza de choque. ...................................................................................................................................... 47 Fuerza de vuelco. ........................................................................................................................................ 47 Reparto de masas sobre cada eje .............................................................................................................. 48 Coeficiente de sustentación. ...................................................................................................................... 48 Coeficiente de resistencia. .......................................................................................................................... 49 Coeficiente de fuerza lateral. ..................................................................................................................... 49 Resistencia aerodinámica. ......................................................................................................................... 49 Cálculo de Potencia aerodinámica. ............................................................................................................ 50 Eficiencia aerodinámica. ............................................................................................................................ 50 CONCLUSIONES. ......................................................................................................................................... 50 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................ 51





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Es análogo al esqueleto de un animal. Para el caso de un vehículo, consta de un armazón que integra entre sí y sujeta tanto los componentes mecánicos, como el grupo motopropulsor y la suspensión de las ruedas, motor incluyendo la carrocería.

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El chasís o chasis, que no debe ser confundido con la carrocería, consiste en una estructura interna que sostiene y aporta rigidez y forma a un vehículo u objeto en su construcción y uso.





No tienen nada en absoluto que ver con la carrocería ni plataforma.



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Resumen Chasis



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Para hablar de la estructura del chasis debemos decir algo sobre los fabricantes de carrocerías. En los inicios de la industria del automóvil, las personas que dedican sus esfuerzos financieros e intelectuales para este producto prefieren, comprensiblemente se concentraban en los problemas más difíciles del desarrollo del coche, particularmente todo el motor, transmisión, suspensión y sistema de dirección. En otras palabras, se convirtieron en fabricantes de chasis según el término francés. El cuerpo, de acuerdo a las normas técnicas conocidas a finales del siglo XIX, no se considera una tecnología crítica, hecho que podría ser totalmente importada desde coches y carruajes; muchos carreteros también se convirtieron en fabricantes de carrocería. Este hecho causo una separación inicial entre estos dos tipos de industria. Los fabricantes de chasis usaron primeramente materiales metálicos y sus plantas eran capaces de moldear, estampar y maquinar; debido a la precisión de los acoplamientos que trabajaron según los dibujos y produjeron pequeñas series de productos.



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Los fabricantes del cuerpo del auto usaron primeramente estructuras de madera y trabajaron como carpinteros, usando accesorios y herramientas para producir piezas únicas, a menudo sin dibujos. La tradición se basó en el hecho de que la madera era más conveniente que el metal para obtener formas curvas que ya después elaboró normas estéticas.





Objetivo.

Se hablará acerca de cómo se fue desarrollando con el tiempo el Chasis, desde que era una simple unión de elementos metálicos, hasta los más sofisticados hecho de aleación de aluminio hasta llegar a una de las partes más importantes que son los cálculos matemáticos donde se abordara la parte de diseño contemplando las fórmulas más importantes de la aerodinámica, así mismo se espera tener un panorama amplio del presente proyecto que abordará varios temas de compresión que son importantes para el lector.

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En el presente proyecto se desarrolla el contenido enfocado a uno de los sistemas más importantes de un automóvil: El Chasis. El objetivo es investigar y obtener toda la información relacionada con este, desde el Estado del Arte, pasando por el Análisis y Conclusiones.



Los alcances que posee este proyecto puede ayudar en gran medida en el futuro, puesto que puede servir de base para proyectos sucesivos.



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Justificació n.



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Debido a la gran importancia que tiene el sistema automotriz Chasis, es de mucha importancia conocer a fondo las características de este, la historia documentada, las formas y apariencias que hoy en día la tecnología permite y cuál es la tendencia en el futuro, además de conocer las fuerzas que actúan en un Chasis aplicando todas las leyes de la física clásica conocidas y sus derivadas, desde el movimiento rectilíneo uniforme acelerado hasta las leyes más complejas de la aerodinámica. Es por esto y por un sin fin de razones por la cual se tiene que hacer una investigación exhaustiva acerca de todo lo que conlleva hablar de Chasis, conjuntar todo y analizarlo de manera tal que en un futuro no muy lejano permita mejorar la tecnología del Chasis tanto para bienes particulares como alcanzar velocidades mayores, mayor reducción de peso, menor resistencia al aire así como el objetivo general y más importante: ayudar a conservar la vida humana en caso de catástrofe automovilística.



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Capı́tulo I: Estado del Arte.

Historia. Para hablar de la estructura del chasis debemos decir algo sobre los fabricantes de carrocerías. En los inicios de la industria del automóvil, las personas que dedican sus esfuerzos financieros e intelectuales para este producto prefieren, comprensiblemente se concentraban en los problemas más difíciles del desarrollo del coche, particularmente todo el motor, transmisión, suspensión y sistema de dirección. En otras palabras, se convirtieron en fabricantes de chasis según el término francés.

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El cuerpo, de acuerdo a las normas técnicas conocidas a finales del siglo XIX, no se considera una tecnología crítica, hecho que podría ser totalmente importada desde coches y carruajes; muchos carreteros también se convirtieron en fabricantes de carrocería. Este hecho causo una separación inicial entre estos dos tipos de industria. Los fabricantes de chasis usaron primeramente materiales metálicos y sus plantas eran capaces de moldear, estampar y maquinar; debido a la precisión de los acoplamientos que trabajaron según los dibujos y produjeron pequeñas series de productos.



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Los fabricantes del cuerpo del auto usaron primeramente estructuras de madera y trabajaron como carpinteros, usando accesorios y herramientas para producir piezas únicas, a menudo sin dibujos. La tradición se basó en el hecho de que la madera era más conveniente que el metal para obtener formas curvas que ya después elaboro normas estéticas. Pintura, vital para la protección de la superficie y la apariencia, la madera también favorecida, teniendo en cuenta las pinturas y barnices de petróleo existentes. Esto justifica una separación completa de chasis y la fabricación del cuerpo para evitar daños durante el complicado montaje de piezas mecánicas. Debe recordarse que el tratamiento completo de un cuerpo requería más de 400 horas de trabajo. El chasis tuvo, por lo tanto, un importante valor tecnológico requerido por la industria. Se permitió que el fabricante de automóviles para producir un producto final que podría ser entregado por el equipo de trabajo, deslindando al fabricante de automóviles de cualquier responsabilidad, también podría ser conducido para probar y demostrar su rendimiento a los clientes. El cliente final compró, por lo tanto, un chasis que se traspasaba a un carrocero para la finalización, en algunos casos carroceros compraban los chasis por su cuenta y vendían coches terminados.



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Esta fue la situación en Europa a principios de la Primera Guerra Mundial. Después de la guerra la producción en masa empezó y muchos fabricantes introdujeron talleres internos. Este hecho produjo una transición de la madera al acero, con soluciones intermedias, que podían ser definidas como





hibridas, usando un esqueleto de madera y paneles hechos de madera o chapas de acero parcialmente. Esmaltes sintéticos acortaban el tiempo de la pintura por un orden de magnitud e hicieron posible una mejor integración en la fabricación de la carrocería y el chasis.

El marco que es la estructura de soporte del chasis tuvo que llevar a todos los componentes mecánicos, el cuerpo completo y la carga útil. Además, el marco fue el soporte de montaje para todos los componentes del chasis, incluyendo de motor, necesario para obtener una organización racional del proceso de fabricación del coche. El marco de los primeros coches se hicieron bien de madera o de acero, esta última era la solución más aplicada.

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La integración del chasis y cuerpo manufacturado fue desarrollada primeramente en Estados Unidos e inmediatamente en Europa por fabricantes principales. Empezando en 1920.



En los primeros años, los automóviles tomaron como modelo a los vehículos de tracción animal (carruajes), conservando de estos la estructura de un chasis base o largueros sobre los que se montaba la carrocería junto a los elementos mecánicos que lo hacían moverse, girar, frenar, etc.. Las carrocerías no se mejoraron en un principio en la misma proporción en que lo hicieron las partes mecánicas, limitándose a transformaciones de tipo estético. El primer avance importante experimentado por las carrocerías fue la sustitución de los largueros de madera que formaban el chasis primitivo por largueros de chapa de acero que admitían mucho mejor los crecientes aumentos de

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potencia. Estos revestimientos de acero fueron aumentando con el tiempo, evitándose en principio las formas redondeadas, ya que al no estar desarrollada la técnica de la embutición las chapas debían deformarse a mano. No obstante, la chapa laminada se empleó inicialmente para paneles y piezas exteriores, siendo fundamentalmente de madera el chasis y la configuración interior.





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En1927 apareció la primera carrocería construida completamente con una estructura de acero, aunque con algunos refuerzos de madera, y a partir de los años 30 las grandes compañías de automóviles adoptaron el uso de la chapa de acero para la construcción total del vehículo, iniciando su producción de forma masiva. El incremento de la producción motivado por el aumento de la demanda del mercado condujo a una mejora en la calidad de los automóviles.



Un hito histórico en la evolución de la carrocería se marcó en 1934 al presentarse comercialmente los primeros vehículos autos portantes, con una carrocería completamente fabricada con chapas de acero, sin ningún elemento de Se trataba del Citroën Traction Avant

madera.

Este automóvil fue el más popular de su época con 15’5 millones de vehículos vendidos. El modelo T incluía novedades que otros vehículos de la competencia no ofrecían como era el volante situado en el lado izquierdo de gran utilidad para la entrada y salida de los ocupantes, también incorporaba grandes adelantos técnicos como el conjunto bloque del motor y cigüeñal en una sola unidad, utilizando para ello una aleación ligera y resistente de acero de vanadio. Frameless. Tal como Hayes lo había prometido, los vehículos aparecieron en el mercado sin un bastidor. En vez de éste, se les dio forma tubular a los miembros de la carrocería con el objeto de proporcionarle al metal la rigidez necesaria para prescindir de un bastidor. El motor y los

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componentes de la suspensión estaban colocados sobre una plataforma. La Lotus presentó a principios de la década de 1960 un chasis dotado de una sola viga de acero, la que actuaba como una "espina dorsal" El uso de carrocerías intercambiables permitía hacer de un McGuire cuatro vehículos distintos

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Conocidos al ser lanzados al mercado como pantalones, los guardafangos como faldones se usaron por primera vez en un auto de carrera Stutz de 1928, el que fue conducido por Frank Lockhart. * Se le puede atribuir ala Chrysler la creación del primer convertible moderno de techo duro, cuando esta firma presentó su modelo de 1946, Pero el primer convertible de techo duro retráctil fue construido por B,B. Ellerbeck, en el año de 1931, El Kaiser Darrin y el Chevrolet Corvette comparten el honor de ser los primeros autos de producción en serie con carrocería de fibra de vidrio -esto ocurrió en el año 1953-; pero la Ford construyó un prototipo de fibra de vidrio mucho antes, en el año de 1938, * La Lotus presentó su chasis de tipo de "espina dorsal" en el modelo Elan de 1962. Una caja central de acero soportaba el motor, el eje de mando y la suspensión. La carrocería de fibra de vidrio se adhería a este bastidor de acero.





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La Lotus anunció recientemente sus planes para producir una carrocería formada por módulos como los de un panal de abejas, la que estará fabricada en una sola pieza, y en la que se emplearán los materiales más livianos y resistentes que existen en la actualidad, como son las resinas reforzadas por fibras de carbón y Kevlar, Según los ingenieros de la Lotus, este tipo de carrocería eliminaría por completo los ruidos y las vibraciones.



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Chasis y Carrocería en la actualidad.





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Actualmente, la mayoría de los turismos y cada vez más todoterrenos adoptan la carrocería autoportante. Un concepto en el que un gran número de piezas de chapa conforman la carrocería, unidas mediante soldadura, adhesivos y tornillos, entre otros métodos de unión, constituyendo un conjunto muy complejo. La estructura es capaz de soportar su propio peso y el del conjunto de los elementos mecánicos, siendo, a la vez, ligera. Cada una de las piezas que forman el conjunto final se diseña en función de sus requerimientos. Existen dos grandes grupos: las piezas estructurales y las cosméticas. Las estructurales, generalmente internas, se encargan de soportar los esfuerzos y cargas que se produzcan; las segundas, las piezas exteriores, tienen un objetivo más aerodinámico y estético. Una carrocería de este tipo está formada por tres zonas, diferenciadas según su cometido y comportamiento. Así, hay una zona central, que corresponde al habitáculo, muy rígida e indeformable para garantizar, en la medida de lo posible, la seguridad de los pasajeros; y dos zonas extremas, anterior y posterior, “fácilmente” deformables, con la misión de disipar las energías generadas en el impacto y evitar su transmisión a los ocupantes. Si la comparamos con un bastidor





La evolución de las carrocerías no se detiene. Los nuevos mecanismos de absorción de energía, la integración de materiales, como los aceros de alta resistencia o nuevas aerodinámicas toman el relevo de aquellos años en los que se pasó del coche de caballos fabricado en madera a estructuras más complejas de acero. La función principal de la carrocería es alojar y proteger a los pasajeros del vehículo. A través de los años ha sufrido importantes transformaciones; a finales del siglo pasado y principios del actual, los automóviles se construyeron sobre carrozas de caballos de la época; después se ideó un chasis rígido sobre el que se montaban los elementos mecánicos y una carrocería diseñada para este fin. Todo ello formaba un conjunto más o menos armonioso y seguro.

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independiente, la carrocería autoportante es una estructura más ligera, aunque, al mismo tiempo, más rígida, estable y flexible. Debido a la gran automatización conseguida en las fábricas, también es más económica de construir y precisa.



Con el paso del tiempo se han ido introduciendo transformaciones constantemente con objeto de: - Obtener más confort y velocidad con menos potencia y consumo; por esta razón se ha desarrollado la aerodinámica de los vehículos en busca de mejores coeficientes de penetración. - Conseguir un habitáculo más seguro para los pasajeros, lo que llevó al diseño y construcción de carrocerías autoportantes, estas carrocerías absorben mejor el impacto de una colisión mediante la deformación progresiva y controlada de las partes delantera y trasera del vehículo, sin que afecte al compartimento destinado a los pasajeros.



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Cuando un fabricante de automóviles se plantea el lanzamiento de un nuevo vehículo al mercado, bien sea como sustituto de un modelo ya existente dentro de un proceso de lógica evolución, o bien como un producto completamente novedoso en lo referente a su línea de actuación, parte de una serie de premisas básicas. Lo primero que se tendrá en cuenta es en qué gama va a estar encuadrado el nuevo modelo, pues ello influirá directamente en la definición de las dimensiones exteriores, ergonomía y habitabilidad interna, niveles de fiabilidad y calidad finales; teniendo presente a sus competidores más directos dentro de dicha gama. Asimismo, se analizarán los gustos del público al que va destinado y de los mercados en los que se tiene prevista su comercialización, compatibilizando todo ello con la reglamentación internacional existente.

Tendencia del Chasis en el futuro.



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Los alemanes llevan en la sangre lo de fabricar coches, no en vano tienen las mayores y mejores empresas de automóviles del mundo, la innovación y el refinamiento de su trabajo se nota en todos sus coches. Estos días una empresa alemana presenta el chasis de un automóvil fabricado con una impresora 3D. La fabricación de coches cambiará antes de lo que pensamos porque las impresoras 3D lo están cambiando todo. Si bien es cierto que la tradicional línea de montaje no va a desaparecer, la impresión en 3D seguro va a cambiar algunas de las partes más importantes que conformarán los vehículos del futuro. Mientras los ciudadanos de la calle esperan que la impresión en 3D llegue a sus hogares de una forma más económica, la

industria automotriz ya ha comenzado a explorar el gran potencial de este nuevo sistema. EDAG Genesis se ha sumado al carro de la innovación y ha presentado un concepto de chasis inspirado en el esqueleto de una tortuga y realizado a través de la impresión en 3D. Esta empresa de ingeniería alemana presentó su concepto de diseño en el Salón de Ginebra y lo hizo mostrando que la impresión 3D puede ser un sistema de lujo si se sabe utilizar correctamente y además demostró que la fabricación de componentes para automóviles con impresoras en tres dimensiones no es exclusiva de las películas de ciencia ficción. Para imprimir el coche, EDAG utilizó una técnica conocida como Modelado por Deposición Fundida, una técnica que les permitió crear un modelo realizado con termoplástico; sin embargo, aseguran que existe la posibilidad de aplicar fibra de carbono para que toda la estructura sea más liviana y resistente. La impresión en 3D de objetos de enorme tamaño aún es una realidad algo lejana. Sus costes y una tecnología que aún no



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está completamente asentada dificultan un poco las cosas, pero lo cierto es que este diseño supone el pistoletazo de salida de una larga carrera que seguro revolucionará sobremanera la forma en que actualmente se construyen los vehículos.

El primer auto fabricado y construido con una impresora 3D fue el Urbee 2 de Jim Kor, de Kor Ecologic. Sin embargo, EDAG Genesis asegura que en un futuro, las impresoras 3D estarán disponible para imprimir piezas de mayor tamaño, lo cual implica que las diferentes partes del chasis y de la carrocería de los vehículos pueda fabricarse sin problema con este método.

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Características del conjunto Chasis-Carrocería. Carrocería. Se puede concebir la carrocería como una caja especial destinada para transportar personas o mercancías, durante la circulación del automóvil. Tipos de carrocerías y bastidores.

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Los tipos de carrocerías y bastidores existentes se pueden clasificar en cuatro grupos: Chasis con carrocería separada.



El chasis soporta los órganos mecánicos y puede rodar sin carrocería. La carrocería constituye un conjunto independiente con su propio piso, sus accesorios y su instalación eléctrica, está atornilla al chasis y se puede separar de éste para su reparación (fig. 8.1).





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Emplean este tipo de carrocería los siguientes vehículos: a) Vehículo todo terreno. b) Vehículos industriales medianos (furgonetas). c) Vehículos industriales pesados (camiones). d) Autocares y autobuses. e) Vehículos especiales: grúas, etc.



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Plataforma con carrocería separada. La plataforma es un chasis aligerado formado por la unión de varios elementos soldados entre sí, puede circular sin la carrocería, pues soporta los órganos mecánicos y el piso del vehículo. La carrocería es independiente unida generalmente a la plataforma por medio de tornillos, se puede separar de ésta para su reparación (fig. 8.2). Emplean este tipo de carrocería los siguientes vehículos: a) Vehículos semi-industriales (Citroen Mehari, Renault F-6, etc.). b) Vehículos de turismos (Renault 4 y 6, Citroen 2 CV, etc.).

Carrocería Monocasco.

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La forma un chasis aligerado con su propio piso, las partes constitutivas de la carrocería participan en la resistencia del conjunto, al ser un solo componente unido entre sí por medio de soldaduras. Su reparación es complicada pues se puede



optar por desarrollar y planificar, o cortar la chapa y unir el nuevo elemento por medio de soldadura. Actualmente en desuso. Los únicos elementos desmontables son: los capós, las puertas y los parachoques (fig. 8.3). Emplean este tipo de carrocería determinados vehículos como Fiat 126, etc.

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Elementos que componen una carrocería. · Chasis o bastidor: - Es un conjunto de perfiles unidos muy rígidamente en forma de cuadro, de manera que el conjunto es indeformable. El chasis de un vehículo automóvil se destina al montaje de una carrocería con elementos desmontables. Se compone de dos largueros, travesaños y diagonales. · Cuadro de piso (o plataforma soldada): - Parte inferior de la caja de una carrocería autoportante. Se compone de un chasis aligerado (en perfiles de menor espesor que si se trata de un chasis), y de la chapa inferior de la caja (figs. 8.5 y 8.6).



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Sus principales partes constitutivas son:



· Los largueros: - Piezas longitudinales en forma de viga tubular, de sección generalmente rectangular, situadas a un lado y otro de la chapa que forma el piso. Se pueden prolongar, con forma apropiada, hasta los soportes de los parachoques.

- Son pequeños largueros que no están colocados en la prolongación de un larguero principal. Los largueros principales son entonces más cortos. Las varas van soldadas a los travesaños que unen las extremidades de los largueros principales y están menos separadas que estos últimos. · Los travesaños: - Piezas transversales, en forma de viguetas huecas, situadas a intervalos determinados. Cada una de sus extremidades está unida mediante soldadura a uno de los largueros, perpendicularmente al lado interior de aquéllos.

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· Las varas:



· El piso: - Conjunto de chapas, generalmente con nervios, que están unidas mediante soldadura a los largueros y travesaños, formando una o más superficies que constituyen el fondo de la caja · La plataforma de bajos: - Se designa así el cuadro de piso completo con todos los elementos fijos, aparte de los que componen el habitáculo, siendo los principales: el tablero, la traviesa superior del tablero, los laterales del capó, sus armaduras y forros.



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· El tablero delantero: - Tabique inferior transversal, situado delante del habitáculo, y que lo supera del comportamiento que le precede. · El travesaño superior del tablero: - Chapa casi horizontal que une la parte superior del tablero a la inferior del parabrisas.



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· Los laterales del capó: - Chapas casi verticales, que pueden tener partes horizontales, y que forman los tabiques laterales del compartimento que preceden al habitáculo, ya sea el del motor o el del portaequipajes. · El paso de ruedas (o forro de las aletas): - Es una chapa que forma un tabique lateral del compartimento que sigue al habitáculo, formando guardabarros, y que cubre parcialmente y con mucho huelgo, las ruedas traseras (pasos traseros de ruedas). - O chapa que forma un guardabarros, a cierta distancia de la periferia de la mitad superior de las ruedas delanteras (pasos delanteros de rueda), situada tras las aletas delanteras en algunos modelos de vehículos. · El panel trasero: - Elemento exterior vertical fijo que forma un tabique detrás del compartimento que sigue al habitáculo, ya sea el compartimento motor o el del porta-equipajes.

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· La calandria: - Elemento exterior vertical fijo que forma un tabique delante del compartimento que precede al habitáculo, ya sea el



compartimento motor o el del porta-equipajes; el tabique puede estar perforado o no. · La parrilla de la calandria: - Elementos exteriores desmontables perforados, generalmente de metal inoxidable o plástico, que se montan en el tabique exterior transversal del compartimento de motor.

- Montante del lateral de la caja situado entre las puertas delantera y trasera, que soporta las bisagras de la puerta trasera. · Jamba o pilar delantero: - Montante situado en la parte delantera del lateral de la caja, que soporta las bisagras de la puerta delantera y que se prolonga por el montante lateral del parabrisas. · Estribo:

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· El pilar central:



- Elemento inferior del lateral de la caja sobre el que se sueldan los tres pilares. · Lateral de la caja: - Conjunto de los elementos laterales fijos, que forman un cuadro y constituyen los marcos de las puertas Panel lateral posterior: - Elemento exterior situado tras el acristalamiento de las puertas. Si el coche es del tipo «limusina» el panel lleva un cristal. · Techo o capota:



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- Elemento exterior que forma parte de la carrocería, que apoya sobre la parte superior de los laterales de la caja y que se extiende desde la parte superior del parabrisas a la parte superior de la luna trasera. · Marco del parabrisas: - Cuadro que forma la unión entre la traviesa superior del tablero delantero y el techo y que recibe el parabrisas.



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· Parabrisas: - Cristal transversal delantero del habitáculo. Su finalidad es proteger al conductor y a los pasajeros del viento y la intemperie, al tiempo que le permite ver la carretera. · Luna trasera: - Cristal transversal trasero del habitáculo que permite ver a su través lo que está detrás del vehículo. · Aletas: - Elementos exteriores que forman un carenado alrededor de las ruedas. Toman el nombre de la rueda que carenan, por ejemplo: aleta delantera izquierda para la rueda correspondiente. · Puerta:



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- Elemento exterior. Tiene el mismo sentido que en edificación. Permite abrir o cerrar el hueco correspondiente del lateral de la caja para dar acceso o salida al habitáculo. Es necesario precisar su posición en vehículo: puerta delantera izquierda, trasera izquierda, delantera derecha, trasera derecha (para una berlina). · Capó:



- Elemento exterior. Compuerta con bisagras en uno de sus lados, que permite abrir y cerrar el compartimento del motor o de equipajes. Si está colocado delante se le llama «capó delantero» y si detrás, «capó trasero». El capó del compartimento de equipajes, sobre todo si es trasero, se puede denominar también «tapa del maletero».

- Elemento exterior. Puerta situada en la parte trasera de las carrocerías tipo «break», con bisagras en uno de los lados horizontales, lo que permite abrirla arriba (elevable) o hacia abajo (abatible). · Parachoques: - Elemento exterior. Travesaños colocados delante o detrás del vehículo y destinados, en principio, a amortiguar los choques.

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· Puerta trasera (o «quinta puerta»):



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Capı́tulo II: Marco Teó rico.

El bastidor de un vehículo.



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Llamamos bastidor a una estructura rı́gida en la que se fijan de una forma u otra los distintos elementos y grupos mecá nicos que componen el automó vil: motor, grupos de transmisió n, carrocerı́as, etc. El bastidor de un vehı́culo ademá s de soportar el peso de todos los elementos debe soportar las sobrecargas de uso, lo que incluye no solo el peso de la carga y de los ocupantes del vehı́culo, sino tambié n las cargas diná micas originadas por el funcionamiento de distintos elementos y por el propio movimiento del vehı́culo. Un bastidor en su forma fundamental está constituido por dos piezas largas, situadas a cada lado del eje longitudinal del vehı́culo, llamadas largueros, unidas por medio de otras má s cortas, en nú mero variable denominadas travesañ os.





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Clases de bastidores. Bastidor independiente.

El bastidor es por tanto una estructura constituida por un armazó n de vigas o largueros usualmente de acero a lo largo del vehı́culo, unidas mediante travesañ os soldados, atornillados o remachados, dispuestos transversal o diagonalmente. El elemento ası́ formado posee una elevada resistencia y rigidez, constituyendo la base o bastidor sobre el que se montan los ó rganos mecá nicos y la carrocerı́a, por lo que recibe y absorbe todos los esfuerzos de flexió n y torsió n derivados del normal funcionamiento del motor y la marcha del vehı́culo.

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Como toda la estructura del vehı́culo, al comienzo de su historia, el diseñ o del bastidor se copió de los que se empleaban en los carruajes de la é poca, basado en dos largueros longitudinales, enlazados entre sı́ mediante travesañ os.



Habitualmente, cuando sobre el bastidor se han montado todos los elementos mecá nicos hablamos entonces de chasis. La carrocerı́a constituye la envoltura externa del vehı́culo y carece de funciones de resistencia. La carrocerı́a se atornilla al



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bastidor a travé s de unas juntas de caucho quedando perfectamente fijada. El sistema de carrocerı́a y chasis independientes presenta una serie de ventajas: •



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•

Gran resistencia, permitiendo transportar cargas elevadas. Elevada rigidez para poder soportar grandes cargas está ticas y diná micas.

Sin embargo, en el automó vil este sistema ya no se utiliza debido a: • •

•

Gran aumento del peso del vehı́culo Centro de gravedad má s alto, lo que disminuye la estabilidad y aumenta el coeficiente aerodiná mico. Mayor coste de fabricació n.

Bastidor plataforma

La plataforma portante está constituida por un chasis aligerado formado por la unió n, mediante soldadura por puntos, de varias chapas que forman una base fuerte y sirve a la vez de soporte de las partes mecá nicas y posteriormente de la carrocerı́a.



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La carrocerı́a puede unirse a la plataforma mediante dos té cnicas:





•

Atornillada a la plataforma. Mediante soldadura por puntos o remaches. Debido a la elevada rigidez que proporciona la plataforma, la estructura de la

carrocerı́a puede ser má s ligera y ademá s llevar numerosos elementos desmontables.

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•



Carrocería autoportante

Esta configuració n es la má s utilizada por los fabricantes de automó viles. Toda la estructura del vehı́culo forma parte esencial del bastidor. Se parte del concepto de hacer una estructura metá lica envolvente constituida por la unió n de elementos de chapa de diferentes formas y espesores, es decir, se construye una caja resistente que se soporta a si misma y a los elementos mecá nicos que se fijen sobre ella. Este sistema constructivo tiene una serie de ventajas frente a lo demá s: •

•



Dota al vehı́culo de una gran ligereza, estabilidad y rigidez. Facilita la fabricació n en serie, por lo que son má s econó micas.

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•

•

Tienen un centro de gravedad má s bajo por lo que mejora la estabilidad de marcha del vehı́culo. Disminució n de vibraciones y ruidos, proporcionando confort a los ocupantes del vehı́culo.







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Diseño de los bastidores

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Existen casi tantos tipos de bastidores de largueros longitudinales como fabricantes y modelos de vehı́culos hay en el mercado, ya que cada vehı́culo está destinado a un uso concreto y cuenta con unas caracterı́sticas té cnicas y dimensiones propias. Ademá s, el uso de materiales y procesos de fabricació n diferentes tambié n resultan en unas dimensiones especı́ficas de los perfiles de cada bastidor. A continuació n se presentan los bastidores má s utilizados en los vehı́culos industriales: Perfil en U

Los bastidores cuyos largueros se forman a partir de perfiles en U se encuentran principalmente en camiones rı́gidos, autobuses y remolques, y es por eso que son los má s utilizados en el conjunto de los vehı́culos industriales. Sus caracterı́sticas mecá nicas y formas con paredes exteriores planas los hacen ideales para situar sobre ellos superestructuras y bastidores auxiliares que añ aden mayor resistencia a la estructura portante en el proceso de carrozado de camiones. Este tipo de perfil abierto permite la flexió n en los largueros, sin que se exponga el material a tensiones innecesarias y proporciona a los travesañ os una resistencia suficiente para absorber las fuerzas laterales





Perfil cajeado

La construcció n de caja se emplea en muchos bastidores convencionales, en especial cuando se necesita resistencia y rigidez adicional; la secció n de caja se construye con dos perfiles en forma de U.

Los bastidores construidos a partir de perfiles de doble T se encuentran ú nicamente en semirremolques y algunos modelos de remolques. La caracterı́stica principal de este tipo de bastidor se muestra en la facilidad constructiva para el cambio de secció n del mismo, en concreto del alma del perfil. Este hecho permite la construcció n de semirremolques y plataformas de carga de dimensiones y formas complejas, como los semirremolques tipo gó ndola, utilizados para el transporte de cargas especiales.

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Perfil en doble T



Tipos de bastidores Los bastidores suelen diseñ arse con diferentes formas y geometrı́a, en funció n de diversas solicitaciones como resistencia, distribució n especial de carga, flexiones y torsiones elevadas, etc. En escalera (o en H)

Consiste en dos largueros laterales de chapa laminada con perfil cajeado o en C, paralelos o no, unidos mediante una serie de travesañ os. En su dı́a fue uno de los má s utilizados, aunque en la

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actualidad solo se usa en camiones y furgones ligeros, debido a su gran solidez. En columna (o en X)



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Este bastidor se estrecha por el centro, proporcionando al vehı́culo una estructura rı́gida, diseñ ada para contrarrestar los puntos de torsió n elevada. El travesañ o delantero es muy robusto para servir de fijació n a los anclajes de las suspensiones delanteras. Perimétrico

En este tipo de bastidor, los largueros soportan la carrocerı́a en la parte má s ancha, ofreciendo mayor protecció n en caso de impacto lateral. Presentan una configuració n escalonada detrá s y delante de las ruedas delanteras y traseras, respectivamente, para formar una estructura de caja de torsió n, que en caso de impacto frontal, absorbe gran parte de la energı́a generada. Tubular



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Este tipo de bastidor nace de la necesidad de obtener estructuras má s ligeras y esbeltas. Son estructuras tipo celosı́a, dando lugar a un conjunto muy rı́gido y ligero. Este diseñ o se emplea sobre todo en vehı́culos de competició n, en los que la carrocerı́a exterior tiene una misió n esté tica y aerodiná mica. Tienen un elevado coste de fabricació n.





Aerodinámica de un automóvil.

La aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que se encarga de estudiar los fenómenos que se originan cuando existe movimiento relativo entre un sólido y el fluido gaseoso que lo rodea, determinando las presiones y fuerzas que se van a generar. Cuando un vehículo se desplaza tiene que apartar un volumen importante de aire para poder avanzar y también facilitar que se rellene el vacío que generan tras de sí. A velocidades bajas, esta fuerza es relativamente pequeña pero a velocidades altas se convierte en la principal resistencia que debe vencer la potencia del motor para conseguir ganar más velocidad.

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El diseño de la carrocería de un vehículo tiene una importancia decisiva en la calidad de su aerodinámica, cuestiones tales como las prestaciones, la estabilidad, la adherencia al suelo y el consumo de combustible dependen directamente de las formas de la carrocería y de su aerodinámica.



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La magnitud de las fuerzas aerodinámicas que se generan cuando un vehículo se desplaza por la carretera, va a depender de las características del aire (viscosidad y densidad) y del sólido. El sólido, en este caso un automóvil, ha de considerarse su forma, su rugosidad superficial, el área de contacto con el aire y, sobre todo, la velocidad relativa entre éste y el aire. Todo esto se traduce en que, sobre cada punto de la superficie del automóvil, estén presentes un par de fuerzas, una fuerza de presión, normal a la superficie del cuerpo, debido a la velocidad relativa entre ambos, y una fuerza de rozamiento, tangente a la superficie del cuerpo, debida a la viscosidad del aire. Si sumamos todas las fuerzas de presión que actúan sobre los diferentes elementos de superficie obtenemos, como resultante, una fuerza neta total, que estará aplicada en un punto imaginario, denominado

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centro de presiones. Si establecemos la dirección de movimiento del fluido (o automóvil) y descomponemos esa fuerza neta en dos componentes, en la dirección de dicho movimiento y en su perpendicular, tenemos que la primera de esas componentes, llamada fuerza de arrastre (arrastre inducido) se opone al avance del vehículo y la segunda, llamada fuerza de adherencia o sustentación, hace que el vehículo se adhiera o tenga tendencia a separarse del suelo. Si sumamos todas las fuerzas de rozamiento que actúan en los diferentes elementos de superficie obtenemos una resultante total, aplicada en dicho centro de presiones. Si la descomponemos en las dos direcciones anteriores, obtenemos en la dirección de movimiento del fluido una fuerza de arrastre que se opone al desplazamiento del vehículo. Dada la complejidad de los efectos del aire sobre el vehículo y con la finalidad de facilitar su estudio, se hace depender dichas relaciones de una única variable, los llamados coeficientes. Estos coeficientes permitirán predecir los efectos aerodinámicos sobre un cuerpo determinado (prototipo) a partir de las mediciones obtenidas sobre el modelo conocido. Los coeficientes más utilizados en el caso de la aerodínámica de un vehículo, son el coeficiente de arrastre (Cx) y el coeficiente de sustentación (Cz), que se determinan por una simple división entre las fuerzas correspondientes, fuerza de arrastre (Fx) o fuerza de sustentación (Fz), y el producto de la presión dinámica por una superficie de referencia. Valores todos ellos conocidos en ese entorno controlado. Se llama coeficiente de penetración Cx porque la x indica una dirección en un eje de tres coordenadas; al coeficiente vertical o de elevación se le denomina Cz por la misma causa. Otra forma de referirse al coeficiente de penetración es Cd, donde la d es la inicial de la palabra inglesa «drag»; según esta nomenclatura, el coeficiente de elevación es Cl, por lift. El coeficiente aerodinámico Cx es la expresión de la resistencia que ofrece un cuerpo a moverse dentro de un fluido por razón

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de su forma. Se toma como un coeficiente adimensional, a partir de la resistencia que hace una plancha cuadrada de metal, de 1 m de lado. Al coeficiente de la plancha se le atribuye el valor 1, y a otros cuerpos se les atribuye un valor como referencia a ese. Hasta cierto punto, el Cx es independiente del tamaño del cuerpo y de la velocidad del fluido. A partir de cierto punto, puede haber variaciones en el Cx por cualquiera de las dos causas. Por esta razón, cuando se trabaja con modelos a escala para estudiar la aerodinámica de una forma, esta escala no suele ser menor de 1 a 5. El Cx en la mayoría de los coches de producción está entre 0,25 y 0,40; algunos coches experimentales o prototipos bajan de 0,20. El Cx es uno de los datos necesarios para calcular la resistencia aerodinámica Rx. El otro dato es un área de referencia que, en coches de producción, es

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equivalente a la superficie frontal. La razón por la que se escoge la superficie frontal es que se supone que por detrás del plano de mayor área es donde se produce la separación del flujo aerodinámico de la carrocería; esta separación del flujo es la principal causa de resistencia aerodinámica en coche de producción. Al multiplicar el coeficiente de penetración Cx, tomado como número adimensional, por la superficie frontal expresada en m², queda un valor de resistencia aerodinámica SCx, expresado en también m². Por tanto la resistencia aerodinámica Rx depende fundamentalmente de 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.

Características fisiológicas del chasis.

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Para el caso de estudio y modelado del prototipo se analizará un chasis con las siguientes características: • Bastidor de clase independiente. • Diseño de perfil en doble T. • Bastidor tipo escalera o en H.



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Formulas a utilizar para los cálculos correspondientes.

En esta sección se emplearán diversas formulas para determinar las características del chasis que se va a diseñar. Cargas aplicadas.



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𝑝=

𝐹 𝑚. 𝑔 = 𝐴 𝐴

donde: • • • • •

p = presión F = fuerza A = área total de contacto m = masa total del chasis g = gravedad



Deflexión Máxima. 𝛿)*+ =

𝑃𝐿. 48 𝐸𝐼

donde:



40





45 6

•

I =

• • • • •

b = ancho h = altura E = módulo de elasticidad de Young L = longitud efectiva de cálculo P = fuerza concentrada en el punto medio

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= momento de inercia de la sección



Fuerza de choque. 𝐹95:;