suspencion y direcion para un vehiculo de competencia buggy

8/9/2019 suspencion y Direcion para un vehiculo de competencia buggy

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e#periencia del mecánico, por lo que a menudo su dinámica y comportamientoen competencia no entregan al conductor las condiciones de seguridad yconducción requeridas, fundamentalmente en los sistemas de suspensión ydirección.En este conte#to es necesario efectuar la adaptación, trucaje y construcción delsistema de suspensión y dirección para un vehículo tipo buggy para competenciasautomovilísticas, aplicando herramientas informáticas que permitan asegurar unacorrecta fiabilidad y eficiencia durante la competencia.

1.! O "#$t i%os

1.!.1 O " # $t i%o G$n$r & .

%odificación y adaptar un sistema de &uspensión y 'irección para unehículo )ipo *uggy

1.!.2 O " # $t i%os Es '$c(ficos .

Estudiar los parámetros que definen el comportamiento de los sistemas

de suspensión y dirección. +nalizar y desarrollar alternativas para el trucaje, adaptación y

construcción del sistema de suspensión. +nalizar y desarrollar alternativas para el trucaje y adaptación del sistema

de dirección.Evaluar el comportamiento de los sistemas a trav$s de las pruebas de

campo

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CAP Í TULO I I

2 )ARCO TE*RICO.2.1 Sis t$+ d$ s us '$nsi ón.

El sistema de suspensión de un vehículo es un conjunto de dispositivosencargados de absorber los movimientos bruscos que producirán efectosindeseables en el vehículo, por efecto de las irregularidades del terrenoproporcionando así una marcha estable y segura.

na suspensión dedicada a la competición no tiene los mismos requerimientos queuna para un vehículo de serie, mientras que en $stos predomina el confort, encompetición son los movimientos verticales que va a tener el neumático un factor fundamental a tener en cuenta a la hora de fijar una suspensión y la puesta apunto de la misma. -omo consecuencia, en competición se busca aumentar lasprestaciones del vehículo en cuanto al frenado, aceleración, paso por curva y

estabilidad.2.1.1 , unci ón.

as funciones básicas de la suspensión en competición se resumen en lossiguientes puntos.

• Los +o%i+i$ntos r$& ti%os d$ & ru$d r$s'$cto & c rroc$r(/ estos

deben ser lo más verticales posibles sin engendrar otros movimientosparásitos (variaciones de los ángulos de caída, avance, dirección, etc.

•

Ad-$r$nci / mantener los neumáticos en contacto con la superficieasegurando variaciones de carga mínimas. Este es uno de los objetivosprimordiales e introducidos en la optimización. El razonamiento es/ cuantamayor carga vertical se tenga en el neumático, mayor carga lateralpuede aguantar y por tanto, mayor aceleración lateral puede alcanzar elvehículo. 0racias a esta característica permite el control de la trayectoria

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del vehículo para así asegurar la estabilidad del vehículo en cualquier circunstancia.

• Contro& dir$ccion &/ asegurar el guiado de las ruedas durante los

movimientos propios de la suspensión y los de viraje.• So'ort r & c r / es decir, la suspensión es la encargada de sostener la

masa suspendida sobre la masa no suspendida.• R$sistir $& " & nc$o d$& %$-(cu&o/para minimizar la transferencia

lateral de peso en curva y tener un mejor comportamiento dinámico global.• R$sistir $& c "$c$o d$& %$-(cu&o/ para minimizar la transferencia

longitudinal de peso en frenado, aceleración y tener un mejor comportamiento dinámico global.

• Confort / en competición no prima este objetivo ya que los

parámetros de dise!o enfrentan las características de adherencia contra elconfort.

2.1.2 Ti 'o& o ( s d$& sist $+ d$ s us '$nsi ón.

0eneralmente las suspensiones se clasifican en dos grandes grupos/suspensiones de eje rígido y suspensiones independientes. 123

Sist$+ s ind$'$ndi$nt$s/ En la actualidad se aplican tanto a ejesanteriores como posteriores. 'e forma general se puede decir que cualquier suspensión delantera independiente debe tener una geometría tal que cumpla conlos siguientes requisitos.

4. -onectar transversalmente las dos ruedas con el sistema de dirección de modo que se produzcan variaciones mínimas en la convergencia con el

movimiento vertical de las ruedas.2. tilizar tanto muelles helicoidales o cualquier otro elemento elástico que

proporcione elasticidad (curva de carga desplazamiento deseada.5. "ermitir incorporar amortiguadores telescópicos.

6. &oportar todas las fuerzas que act7an sobre ella durante la aceleraciónfrenada o curva.Sist$+ s d$'$ndi$nt$s/ n sistema dependiente es aquel en el que la

situación espacial de una rueda está relacionada de manera directa con laposición de las otras ruedas del mismo eje. a dependencia debe ser esencialmente geom$trica. En un sistema dependiente los cubos porta ruedas

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están rígidamente unidos entre sí de tal manera que el conjunto puedeser considerado como una unidad rígida.

as restricciones de movimiento del eje deben dejar libertad a los

desplazamientos vertical y de balanceo respecto a la carrocería.2.1.! Sus '$nsi on$s 'os t$ri or$s .

Sus'$nsion$s d$ $#$ r( ido/ *ásicamente estas suspensiones secaracterizan porque las ruedas se encuentran permanentemente formando losmismos ángulos con lo semiejes, por lo que los brazos de la suspensión no e#istencomo tales y son los propios semiejes los que hacen las veces de brazos de lasuspensión. -on esta disposición el eje trasero queda englobado dentro de lasmasas no suspendidas, lo que hace que aumente de forma considerable conrespecto a las propias de otros sistemas de suspensión, con la consiguientep$rdida de adherencia de las ruedas traseras, figura 2.4. 153

,i ur 2.1/ &uspensión posterior de eje rígido

8uente/ http/99:::.suspensión.com

Sus'$nsion$s ind$'$ndi$nt$s / as suspensiones independientes en las

ruedas posteriores están destinadas a vehículos de carácter marcadamentedeportivo, con tracción bien a las cuatro ruedas o bien a las ruedas traseras7nicamente.

&i bien se engloban en una sola categoría, lo cierto es que e#iste una gran

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deportivos. -onsiste en sujetar el buje de la rueda a trav$s de dos triangulacionesparalelas y superpuestas. na colocada entre la parte baja del buje y lacarrocería y otra colocada entre la parte superior del buje y la carrocería.

El conjunto forma un paralelogramo de cuatro lados fijos pero quepuede variar el ángulo entre ellos, figura 2.5. )iene la ventaja que mantiene lasuperficie de rodadura de la rueda siempre paralela al suelo.

Es deformable porque la forma del paralelogramo cambia cuando lasuspensión se comprime o se e#tiende. 1


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competencia está totalmente abandonada.,i ur 2. / &uspensión delantera de eje rígido

8uente/ http/99:::.suspensión de eje rígido.com

Sus'$nsion$s d$& nt$r s ind$'$ndi$nt$s/ E#isten varias tipologías parala materialización de las suspensiones independientes en las ruedas delanteras.

P r &$&o r +o d$for+ "&$/ &istema de suspensión en el que la uniónentre la rueda y la carrocería son elementos transversales, colocados en diferentesplanos, figura 2.


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8uente/ http/99:::.suspensión paralelogramo deformable.com

El paralelogramo deformable es fácilmente visible en la suspensióndelantera de un auto de 8órmula uno. El paralelogramo deformable más com7ninicialmente tenía como elementos de unión dos triángulos superpuestos. >ayvariantes de este sistema en el que se reemplaza un triángulo por otro elemento

de unión? en esta suspensión, el plano inferior lo forman un brazo transversal (quehace de soporte para el muelle y un brazo casi longitudinal. En esta suspensiónhay un brazo curvo como elemento superior y un trapecio en el plano inferior. 1@3

Sus'$nsión d$& nt$r ind$'$ndi$nt$ )cP-$rson/ %ediante el sistemade suspensión ideado por E.&. %c"herson cada rueda es guiada sobre losposibles obstáculos mediante un tirante o puntal que comprime a un amortiguador telescópico unido por un e#tremo a la rótula de salida de la barra transversal y por el otro a la carrocería mediante una unión fle#ible. En su forma original la formamás utilizada en los vehículos modernos, los muelles helicoidales de la suspensiónse disponen encerrando al amortiguador en su interior mientras que la uniónfle#ible con la carrocería tiene lugar mediante un elemento cónico de goma.

"ara reducir efectos de fle#iones y fricción en la suspensión se suelendisponer los muelles y el amortiguador de forma que sus ejes formen un cierto


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ángulo, para de esta forma contrarrestar la tendencia de la rueda a oscilar haciadentro durante la marcha en línea recta del vehículo.

,i ur 2.3/ &uspensión delantera %c"herson

8uente/ http/99:::.suspensión %c"herson.com

2.1. E& $+$nt os d$ un s us'$nsi ón.

a suspensión es un sistema del automóvil con un comportamiento elásticoy disipativo al mismo tiempo, cuyo resultado dinámico se puede definir comovibratorio amortiguado. &e compone, por tanto, de elementos elásticos, quealmacena energía e idealmente la devuelven de forma íntegra, y disipativo, que

amortiguan los movimientos.)u$ &&$s -$&icoid &$s/os resortes helicoidales son de amplia utilización

hoy en día como elementos elásticos acumuladores de energía frente a otros másconvencionales como las ballestas. &i bien los primeros dise!os aplicadossuponían diámetros de h$lice paso y sección transversal constante, lo cual


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asegura una fle#ibilidad apro#imadamente constante, hoy en día tambi$n seimplementan, cada vez con mayor profusión, dise!os variables, en un intento deadaptarse mejor al comportamiento y prestaciones de los vehículos modernos, lafórmula que permite obtener el n7mero de espiras es/ 1A3

A+orti u dor$s / a función de los amortiguadores consiste enalmacenar energía, en el momento propicio, que será liberada más tarde. Enausencia de ellos la carrocería y la suspensión oscilarían con una frecuenciacorrespondiente a la natural de la masa no suspendida.

En los vehículos, la función más importante es controlar que las ruedasmantengan el má#imo contacto con el suelo para obtener la mayor tracciónposible, la dureza de $stos debe ser muy elevada comparándola con los

vehículos de calle. os amortiguadores convierten la energía cin$tica en calor, yaque el líquido y su paso por orificios y válvulas, que suelen ser peque!as láminasmetálicas, situadas en el pistón de trabajo o en el fondo del tubo. osamortiguadores más utilizados en competición actualmente son los de gas. 8igura2.A estos consisten, básicamente en un tubo que contiene un pistón libre. En unlado de ese pistón encontramos aceite y en el otro gas que se llena a unadeterminada presión.

El vástago y el pistón, que sube y baja en el tubo trabajando como en unamortiguador hidráulico, obligan al líquido a desplazarse hacia uno y otro lado,pasando por las válvulas y los orificios cuidadosamente situados en el pistón detrabajo y a ambos lados del mismo. 1B3

,i ur 2.4/ +mortiguador


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8uente/ http/99::: +mortiguador.

N$u+5tico / El neumático es un elemento de forma toroidal figura 2.B., que

mantiene el aire a presión para dar sustentación al vehículo, siendo la uniónintermedia entre $ste y el pavimento.

,i ur 2.6/ Ceumático

8uente/ http/99::: Ceumático. ,uncion$s d$& n$u+5tico/ as ruedas, mantiene en el contacto del

vehículo con el suelo, y ejercen las siguientes funciones/• -ontribuyen al confort, para ello participan en cierta medida en la

amortiguación• &oportan el peso del vehículo. 'e ahí que todos los vehículos no deben

llevar el mismo tipo de neumáticos, en especial, los flancos debendiferenciarse puesto que son los receptores directos de la carga, además detransmitir esfuerzos de tracción.

http://www/http://www/http://www/


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• 'irigen el vehículo y lo mantienen en la trayectoria requerida por el

conductor.L& nt / a llanta es la pieza normalmente metálica, sobre la que se asienta

unneumático ver figura 2.D.

,i ur 2.7/ lanta y neumático

8uente/ Elaboración propia

L& nt s d$ c$ro/&on las más universales y comunes.8$nt # s

•

0ran robustez ante golpes.• %ismo modelo de llanta con diferentes dise!os gracias a un tapacubos (o

embellecedor de plástico.• -osto de fabricación reducido.• epuesto rápido y económico.

Incon%$ni$nt$s• Elevado peso y por consiguiente peor comportamiento del vehículo.• "eor refrigeración de los frenos.

L& nt s d$ &$ ción &i $r o d$ &u+inio/&uelen instalarse en vehículosmás potentes.8$nt # s/

• "eso reducido debido a la aleación (se emplea acero aleado, aluminio,

incluso magnesio• %ejor comportamiento de vehículo, pues se reducen las masas no


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suspendidas.• os diámetros suelen ser superiores de 46 pulgadas, lo que mejora la

direccionalidad y estabilidad del vehículo en curva.• -orrecta disipación del calor proveniente de los frenos.

Incon%$ni$nt$s/• %ás frágiles que las de acero ante posibles golpes.• "recio elevado.• "osibles dificultades en la b7squeda de recambio.• Empleo de alta tecnología para su dise!o.

2.1.3 G$o+ $t r( d$& s is t$+ .

El trucaje y construcción del sistema de suspensión y dirección para unvehículo tipo buggy, deberá estar en función de la configuración del sistema de

suspensión, asegurando un buen control direccional y una adecuada estabilidad. "ara lograr una dirección con estas cualidades es imprescindible que el ejerespecto al cual pivota el conjunto manguetaFrueda con relación al vehículo adopteuna posición espacial conveniente, que se caracteriza por ciertos ángulos quereciben los nombres de caída, avance.

+parte de estos ángulos e#iste otro, el de divergencia, que tambi$n influyeen la estabilidad y control del vehículo.

Troc- o 8( / a trocha es la distancia entre los puntos de contacto delplano medio de las ruedas de un mismo eje. 1D3

na trocha ancha permite que las transferencias de masas en curvassean inferiores y dota al vehículo de mayor estabilidad, sin embargo aumenta lasuperficie aerodinámica de $ste, aumenta su inercia en el eje z (vertical a la vezque disminuye su maniobrabilidad por trazados estrechos.

,i ur 2.19/ )rocha de un vehículo


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8uente/ http/99::: )rocha de vehículo .

C$ntro d$ " & nc$o/ na de las propiedades más importante de lasuspensión relacionada, esta con la localización del punto en el que son aplicadaslas fuerzas laterales desarrolladas por las ruedas, y que son transmitidas a lasmasas suspendidas. El punto al que podemos referir estos efectos, conocido comocentro de balanceo, afecta tanto al comportamiento de las masas suspendidascomo al de las masas no suspendidas, repercutiendo de forma directa en el giro delvehículo. 14G3

-ada sistema de suspensión tiene su propio centro de balanceo, definidocomo el punto en el plano vertical que cruza transversalmente los centros de lasruedas, figura 2.44, en el cual pueden ser aplicadas las fuerzas laterales sobre lasmasas suspendidas sin producir un balanceo de la suspensión.

,i ur 2.11/ -entro de balanceo



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8uente/ http/99::: -entro de balanceo .

)o%i+i$nto d$ c "$c$o/ -uando aumenta las solicitaciones verticales enel eje trasero, se considera que la transferencia longitudinal es positiva, y produce,por tanto, un cabeceo positivo. El efecto contrario producirá un cabeceo negativo.

C$ntro inst nt5n$o d$ rot ción/ Este es el punto donde se cortan lasprolongaciones de las rectas que forman las parrillas de suspensión visto de frente,figura 2.42. &e llama centro pues es un punto de intersección, instantáneo porquecambia permanentemente con el trabajo de las suspensiones y de rotación pueses el lugar de rotación de la suspensión. 14G3

,i ur 2.12/ -entro instantáneo de rotación

8uente/ http/99::: -entro instantáneo de rotación .

: t && / a batalla es la distancia entre el eje anterior y posterior delvehículo, es decir la distancia en el sentido longitudinal del vehículo entre el punto

http://www/http://www/http://www/http://www/http://www/http://www/http://www/


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de contacto de las ruedas delanteras y las traseras. 1423

&eg7n las características de los circuitos en las competiciones de rally, esimportante dotar al vehículo de una batalla corta debido a los frecuentes cambiosde dirección del vehículo que se presentan.

;n u&o d$ C (d / Es el ángulo formado entre el plano medio de larueda y el eje normal al plano de rodadura. &e define como positivo si la ruedaesta inclinada hacia afuera del vehículo y negativo si lo hace hacia el interior,figura 2.45. "or norma general este valor límite está en torno a los 2 grados. 1453

,i ur 2.1!/ Hngulo de caída de un neumático

8uente/ http/99::: Hngulo de caída de un neumático.

El ángulo de caída varía debido a los movimientos de compresión y e#tensión

de la suspensión. -uando un vehículo e#teriores, debido a que la masa sedesplaza sobre estas haciendo que se compriman sus suspensiones y que la ruedase mueva hacia arriba respecto el chasis. -omprimirse la suspensión el ángulo decaída se haga más negativo con la finalidad de aumentar la fuerza lateraldisponible.

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;n u&o d$ % nc$/-uando el pivote está inclinado de tal manera que suproyección sobre el suelo encuentre a este antes del punto teórico de contacto delos neumáticos con $l, el avance es positivo. &i la proyección se encontrase por detrás del punto teórico de contacto (en el sentido de la marcha el avance esnegativo. o más general es que sea positivo, no dándose casos de avancenegativo más que prácticamente en vehículos pesados.

,i ur 2.1 / Hngulo de avance

8uente/ http/99::: Hngulo de avance.

El fenómeno de avance tiene por finalidad estabilizar el vehículo sobre unatrayectoria rectilínea. -uando el empuje del vehículo buggy y en general de todoslos vehículos se realiza desde las ruedas trasera (propulsión , el eje delantero esempujado hacia atrás, lo que supone una inestabilidad en la dirección. Estodesaparece dando al pivote un cierto ángulo de avance, de manera que laproyección del eje del pivote corte a la línea de desplazamiento un poco por delante del apoyo de la rueda.

-on ello aparece una acción de remolque en la propia rueda que da fijeza ala dirección, haciendo que el punto de apoyo, tienda a esta siempre en la línearecta y por detrás del punto de impulsión. +l girar la dirección la rueda se orientasobre el punto fijado para el avance.

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&uele estar comprendida entre G y 6I positivos para vehículos de motordelantero y propulsión trasera y de @ a 42I con motor trasero. 1463

Con%$r $nci < di%$r $nci /El ángulo de convergencia puede definirsecomo el formado por los planos medios de las ruedas con el eje longitudinal delvehículo, figura 2.4


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a función del sistema de dirección es permitir un control direccional,

suficientemente preciso para realizar el trazado en las curvas, las acciones deadelantamiento o de evasión ante obstáculos presentes en la carretera y lasmaniobras a baja velocidad.

En la adaptación del sistema de dirección se buscará un buen asilamientode las perturbaciones procedentes de la carretera, al mismo tiempo que asegureun contacto adecuado con el neumáticoFcalzada y que logre un compromisoaceptable entre esfuerzos reducidos en el mando de la dirección en maniobrasa baja velocidad y una adecuada estabilidad a velocidades elevadas.

a dirección, conjuntamente con los frenos, es el mecanismo de seguridadde mayor importancia del automóvil. na avería de este mecanismo durante la

marcha del vehículo puede ocasionar las más fatales circunstancias por representar para el conductor la p$rdida del más importante órgano de control queposee en su automóvil. 'e ahí que la dirección debe recibir un trato de especial.

El sistema de dirección es sin duda uno de los más importantes delvehículo. 'e la dirección depende en gran parte la seguridad en carretera quepresente el vehículo, por ello debe reunir una serie de cualidades queproporcionen al conductor, durante la marcha del vehículo, la comodidad y

seguridad necesaria en la conducción? estas cualidades son las siguientes/eversibilidad

-ontrolada&uavidad"recisiónEstabilidad

R$%$rsi"i&id d contro& d/ a irreversibilidad de la dirección escrita en laconsecución de un control de las ruedas y, en general de la trayectoria del vehículopor parte del usuario sin que las irregularidades del terreno afecten al control de ladirección, pero que al mismo tiempo permita la capacidad autodireccional de lamisma. Esto se consigue mediante la adecuación de los elementos de transmisiónde que consta el mecanismo de la dirección.


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Su %id d/El mecanismo debe ser lo suficientemente ligero como parapermitir una buena maniobrabilidad sin la necesidad de realizar esfuerzose#cesivos sobre el volante, ello se consigue, mediante el adecuado sistemadesmultiplicador.

Pr$cisión/ &i la dirección fuera e#cesivamente suave nos encontraríamoscon una significativa perdida de precisión, resultaría muy difícil durante laconducción evitar que el volante no se moviera ligeramente en uno u otro sentido,lo que provocaría que el vehículo circulase, en mayor o menor medida, dandobandazos de un lado a otro de la calzada. "or otro lado, si la dirección resultae#cesivamente dura, la conducción resultaría fatigosa e imprecisa.

Entre las causas que pueden hacer que el sistema de dirección resulte

impreciso cabe destacar/• El e#cesivo juego en los órganos de la dirección.• El alabeo o abolladura de las llantas de las ruedas.• n desgastes desigual en los neumáticos.• a inadecuada presión de hinchado de los neumáticos, que si no es igual

en las dos ruedas directrices provocara que el vehículo tienda a irse a unode los lados.

Est "i&id d/Es la característica básica de la dirección, se consigue como

conjunción de todas las anteriores y resulta fundamental para garantizar laseguridad de la conducción, esta depende tambi$n de factores como la fiabilidaddel mecanismo y la calidad de los materiales empleados.

2.2.2 Ti 'o& o ( s d$& sist $+ d$ di r$cci ón.

os vehículos han utilizado soluciones basadas en mecanismosarticulados, de sistemas más sencillos de un 7nico cuadrilátero articulado deJeantaud, a dise!os complejos para vehículos con suspensión independiente. El

conductor ejerce, de forma general, su acción de control sobre un volante dedirección que está unido por medio de acoplamientos, denominados en conjuntocolumna de dirección, a los mecanismos de actuación sobre las ruedas. "arala unión entre la columna de dirección y el varillaje dirección se han empleadodiferentes y variadas configuraciones. as que se instalan y dise!an en laactualidad se pueden englobar esencialmente en dos grandes grupos. 14A3


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Sist$+ 'i=ón cr$+ &&$r / Este sistema consiste en el volante de direccióny la unidad de la columna de dirección, que transmite la fuerza de dirección delconductor al engranaje de dirección, la unidad del engranaje de dirección, que llevaa cabo la reducción de velocidad del giro del volante de dirección, transmitiendouna gran fuerza a la cone#ión de dirección, y la cone#ión de dirección quetransmite los movimientos del engranaje de dirección a las ruedas delanteras. 14B3

,i ur / 2.13/ "i!ón cremallera

8uente/ http/99::: "i!ón cremallera

Constitución d$ & dir$cción 'or cr$+ &&$r /Está constituida por unabarra en la que hay tallada un dentado de cremallera, que se desplazalateralmente en el interior de un cárter apoyado en unos casquillos de bronce onailon, figura 2.4A. Esta accionada por el pi!ón, montado en e#tremo del árboldel volante, engranando con la de cremallera. 14B3



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,i ur 2.14/ -onstitución de la cremallera

8uente/ http/99::: -onstitución de la cremallera.

4. *arra de dirección.2. ótula barra de dirección.5. 0uardapolvos de la cremallera de la dirección6. -remallera


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Sist$+ d$ "o& s r$circu& nt$s/ En este sistema hay un gran tornilloroscado, que recibe el e#tremo de la barra de dirección.Este tornillo da tres o cuatro vueltas alrededor de sí mismo, produciendo elmovimiento de una serie de engranajes, este desplazamiento disminuye elesfuerzo que debe realizar el conductor para mover las llantas, debe su nombre aque utiliza una serie de esferas que facilitan el movimiento, al hacerlo más suave.

,i ur / 2.16/ -ajetín de bolas recirculantes

8uente/ http/99::: -ajetín de bolas.

2.2.! E& $+$nt os d$ & dir$cci ón.a orientación de las ruedas directrices, para que el vehículo tome la

trayectoria deseada, se realiza a trav$s de una serie de elementos acoplados almismo, que tienen como finalidad transmitir el giro del volante a las ruedas. Esteconjunto de elementos está constituido por un mecanismo desmultiplicador



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llamado columna de dirección y una serie de palancas y barras de acoplamiento,que componen lo que se llama la tirantería de la dirección.

;r"o& o co&u+n d$ & dir$cción/Este mecanismo transforma el giro delvolante en movimiento de vaiv$n en su palanca de mando, figura 2.4D. El árbol dedirección realiza una desmultiplicación de giro y la multiplicación de fuerzanecesaria para poder orientar las ruedas? o lo que es lo mismo, como el esfuerzoque hay que aplicar a las ruedas para su orientación está en función del peso quesobre el gravita.

Este mecanismo realiza una desmultiplicación del esfuerzo a realizar en elvolante para que el conductor pueda realizar la maniobra con el mínimo esfuerzo.

,i ur 2.17/ -olumna de la dirección

8uente/ http/99::: dirección.

a columna de dirección tiene una gran influencia en la seguridad pasiva.



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)odos los vehículos están equipados con una columna de dirección retráctil,formada por dos o tres tramos con el fin de colapsarse y no producir da!os alconductor en caso de colisión. Estos tramos están unidos mediante juntas cardan yelásticas dise!adas.

8o& nt$/ Esta dise!ado con una forma ergonómica con dos o másbrazos, con la finalidad de obtener mayor facilidad de manejo y comodidad. &umisión consiste en reducir el esfuerzo que el conductor aplica a las ruedas.

E#isten muchos estilos de volantes. El diámetro puede variar. n volantemás grade es más fácil de girar, mientras que uno más peque!o puede e#igir mayor esfuerzo pero tambi$n permite sentir mejor el contacto con la calzada. +menudo los radios del volante están situados de forma que faciliten poner la mano

en el lugar más lógico y para que no impidan al conductor ver el panel deinstrumentos.

:r 0os d$ co'& +i$nto/ Estos elementos transmiten a las ruedas elmovimiento obtenido en la caja de la dirección y constituyen el sistema direccionalpara orientar las mismas. Este sistema está formado por unos brazos deacoplamiento montados sobre las manguetas de forma perpendicular al eje de lasruedas y paralelos al terreno. Estos brazos llevan un cierto ángulo de inclinación

para que la prolongación de sus ejes coincida sobre el centro del eje trasero ytienen por misión el desplazamiento lateral de las ruedas directrices.,i ur 2.29/ *razo de acoplamiento de la dirección


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Rótu& s/ Están constituidas por un mu!ón cónico en cuyos e#tremostiene, por una parte, la unión roscada que permite su desmontaje y, por otra parte,una bola o esfera alojada en una caja esf$rica que realiza la unión elástica, figura2.24. &u misión consiste en realizar la unión elástica entre la caja de dirección ylos brazos de acoplamiento de las ruedas, además de permitir las variaciones delongitud para corregir la convergencia de las ruedas. Estas permiten lasoscilaciones que se van a producir debido tanto al movimiento de la dirección comoal efecto de la suspensión.

,i ur 2.21/ ótula de la dirección


) n u$t / &on las piezas que al girar alrededor del pivote hacen moverse ala rueda. &u forma en función de si el vehículo es de tracción delantera o posterior,figura 2.22. -uando el vehículo tiene tracción delantera la mangueta tiene unagujero en el centro por el que pasa el palier y que le sirve de guía.

,i ur 2.22/ %angueta


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CAP ÍTULO II I

! DESARROLLO DEL TRUCAJE> ADAPTACI*N ? CONSTRUCCI*NDEL SISTE)A DE SUSPENSI*N.

!.1 A&t $rn ti % s .

as alternativas para desarrollar el sistema de suspensión son/ El sistema de

suspensión independiente y dependiente, este 7ltimo sistema se lo descartó por lasdiversas desventajas que proporciona en relación con un sistema de suspensiónindependiente, entre las cuales enfatizo las más importantes.

En la suspensión con eje rígido o dependiente, las ruedas van unidas entre símediante un eje, el cual va unido a la estructura del vehículo mediante los sistemasde suspensión (resortes, amortiguadores, ballestas, etc. esto suponeninteracciones inevitables en los movimientos de una y otra rueda.En la suspensión independiente cada rueda va unida a la estructura mediante brazosarticulados, lo que permitiría movimientos autónomos en cada rueda.En lo que respecta a costos y peso? el sistema de suspensión dependiente resultaríaeconómico por su simplicidad, pero aumentaríamos peso no suspendido. "or lasrazones descritas anteriormente nos inclinamos por el sistema de suspensiónindependiente a las cuatro ruedas. +hora bien dentro de la suspensión independientee#iste una variedad de sistemas, entre los cuales mencionaremos dos alternativas.!.2 A&t $rn ti % 1/ Sus '$nsi ón ind$'$ndi $nt $ d$ ' r & $&o r +o

d$for+ "&$.En este tipo de sistema de suspensión cada rueda es guiada mediante un

brazo superior (corto y otro inferior (largo figura 5.4, el otro e#tremo de los brazosvan unidos al chasis.

,i ur !.1/ &uspensión independiente de paralelogramo deformable


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8uente/ http/99::: &uspensión deformable.

!.! A&t $rn ti % 2/ Sus '$nsi ón ind$'$ndi $nt $ )cP-$rs on.

&e puede distinguir una suspensión %c"herson porque el amortiguador essolidario con la mangueta, bien porque va integrado dentro, o sujeto conpernos. a suspensión %c"herson se usa en los dos ejes, figura 5.2, pero esmás frecuente en el delantero. -uando una suspensión de tipo %c"herson estáen el eje de la dirección tiene como sujeción inferior bien un triángulo o dosbrazos que forman un triángulo. -uando hay una suspensión %c"herson en uneje que no tiene dirección, lo normal es que haya tres elementos inferiores deunión/ dos brazos transversales y uno oblicuo o longitudinal. &i bien tiene comoventajas su simplicidad, tiene un problema geom$trico, ya que debido a suconfiguración no es posible que el movimiento de la rueda sea vertical, sino queel ángulo vertical varía algunos grados durante su movimiento.

,i ur !.2/ &uspensión independiente %c"herson delantera

8uente/ http/99::: &uspensión %c"hersondelantera.

http://www/http://www/http://www/http://www/http://www/http://www/


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!. An5&i si s d$ &t$rn ti % s .

!. .1 Crit $rio $conó+i co.

&e debe orientar hacia un estable sistema de suspensión, con el menor costo deadaptación y construcción posible.

!. .2 Crit $ri os t@cnicos .

Er ono+( .En toda competencia automovilística se busca optimizar el espacio es

decir reducir a lo má#imo, sin que afecte a la conducción del piloto. a nointromisión que tenga el sistema de suspensión en el vehículo sería una ventajaimportante.

P$so.El peso en las masas no suspendidas es muy importante tener en cuenta en elvehículo de competencia cuando se habla de adaptaciones yconstrucciones, buscar un óptimo rendimiento de la suspensión sin sacrificar agarre, estabilidad, o capacidad de aislamiento de las irregularidades del circuito,razón por la cual se busca elementos livianos. a )abla 5.4, muestra unacomparación de pesos, la alternativa 4 consta la mangueta, manzana, brazos desuspensión más rótula y terminal, en la alternativa 2 consta la mangueta que esde considerable peso, manzana, brazo inferior de la suspensión más rótula.

T "& !.1/-=%"+ +-KLC 'E "E&=& EC) E +& '=& + )E C+)K +&

+ )E C+)K + 4 + )E C+)K + 2"E&= 4G Mg 4< Mg

!. E% & u ci ón d$ & s &t $rn ti % s .

as alternativas planteadas serán sometidas a una evaluación en base alos criterios t$cnicos y económicos.


32/70

E#isten diferentes puntos de comparación, donde a cada propuesta se leasignara un valor entre (4 a < , dependiendo de cómo satisfaga la propuesta alpunto en mención, siendo 4 malo y < e#celente. + los puntos de comparación

tambi$n se les asignara un peso de (4 a 5 , dependiendo de cuantatrascendencia tengan con el desarrollo del proyecto, este peso serádenominadocomo el factor de importancia siendo 4 importante, 2 muy importante y 5imprescindible.

T "& !.2/E + +-KLC E-=CL%K-+

&eg7n lo mostrado en la tabla 5.2, en lo que respecta a materiales laalternativa 4 nos brindara un ahorro en material, más allá de los dos brazos desuspensión, mientras que en la alternativa 2 tenemos el brazo inferior de lasuspensión más una base superior estructurada al chasis, todo este conjunto dela base superior ocuparía más espacio en la estructura del vehículo.

PUNTOS DEE8ALUACI*N

,ACTOR DEI)PORT. fiB

PUNTAJE 'iB

ALTERNAT.1

ALTERNAT.2

PUNTAJEIDEAL

4 %ateriales 5 6 5 <

2 8uentes de energía 2 6 5 <

5 -ostos de adaptación 5 6 5 <

6 %antenimiento 5 6 6 <

)otal N O(fi Ppi 66 5@


33/70

T "& !.!/E + +-KLC )Q-CK-+

PUNTOS DEE8ALUACI*N

,ACTOR DEI)PORT. fiB

PUNTAJE 'iBALTERNAT.

1ALTERNAT.

2PUNTAJE IDEAL

4 Estabilidad 5 6 5 <2 &eguridad 5 6 6 <5 -onfort 2 5 5 <

6

%ovimientos

indeseables 5 6 5 << "eso 5 < 5 <@ +pariencia 4 6 5 <

)otal N O(fi Ppi @4 6B A<-oeficiente Económico N " total9" ide

61 3 199

!.3 S$& $cci ón d$ & &t $rn ti% .

a alternativa más adecuada será la opción que además de tener loscoeficientes t$cnicos y económicos apropiados, nos brinde un equilibrio entreestas.

&eg7n el análisis realizado anteriormente se seleccionó la alternativa uno,la cual ofrece estabilidad, bajo peso no suspendido y seguridad de la suspensión.

!.4 Truc # $ < const rucci ón d$& s is t$+ d$ s us '$nsi ón.

El primer paso en el desarrollo de las suspensiones, es la consideraciónde índole reglamentaria. Esta fijará las normas y límites entre los cualespodremos trabajar para desarrollar el proyecto. (An$ o 1/ sistema desuspensión y dirección .

&eguidamente debemos pensar en la elección de las llantas y neumáticosque vamos a utilizar para el buggy, establecer sus dimensiones sindescuidar el reglamento, los aros y neumáticos con los que trabajamos son de


34/70

cuadrón y sus dimensiones son/

Ceumático delantero ma##is / 24#A#4G

(in Ceumático posterior / 22#44#4G

lanta delantera / 4G#Alanta posterior / 4G#44

&e eligió estos aros por su bajo peso en comparación con los deautos de serie, tambi$n esta decisión se basó en la necesidad de espacio paraintroducir en $l la mangueta y el sistema de frenos, para el resto del desarrollodel proyecto se decidió trabajar con piezas de autos, la razón es obviamente elcosto, reducir precios de adaptación pero sin descuidar las prestaciones yseguridad que tendrá el vehículo.

-on los aros y neumáticos ya adquiridos podremos trazar trochas,distancias entre ejes, y longitud de brazos de suspensión.

!.4.1 ,i# ción d$ & s troc- s .

&i necesitamos un vehículo con optimas aptitudes aerodinámicas, o seaque compita en mayoría de circuitos con má#ima velocidad, debemosconsiderar que a mayor trocha, aumenta la resistencia aerodinámica del

automóvil, debido a la mayor área frontal. &i por otro lado deberá competir encircuitos trabados con curvas de baja velocidad, donde se da prioridad a lamaniobrabilidad del mismo, el ancho má#imo del vehículo permitido por elreglamento nos brindara la mejor maniobrabilidad necesaria para este tipo decircuitos debido a la menor transferencia de pesos.

&eg7n el ancho má#imo permitido por el reglamento, nos dio una trochadelantera de4622,2 mm., y la distancia entre ejes de 4DGG mm., para el vehículo.

!.4.2 A&tur d$& c- sis.

Es conveniente que la mayoría de las masas est$n lo más cerca del suelo,ya que así se disminuye la altura del centro de masa del vehículo, lo cualimpacta positivamente en el comportamiento en curva, frenado y aceleración,pues disminuye el torque que produce el balanceo o cabeceo (inclinaciones


35/70

longitudinales o transversales, seg7n sea el caso , razón por la se optó enprimera instancia para el trazado en -+' por 4BG mm., del altura del chasisrespecto al suelo. a transferencia de peso del vehículo depende principalmente

de la altura del centro de gravedad y para evitar dicha transferencia que traeconjuntamente una deformación del neumático, el centro de gravedad deberáestar ubicado lo más bajo posible, esta es una premisa fundamental.

!.4.! E&$cción d$ & + n u$t .

+ntes de continuar con el trazado de la suspensión (definir brazos, -.K. .y el centro de balanceo se debe decidir la mangueta a utilizar en el proyecto ynos basamos en lo siguiente/

a mangueta será seleccionada haciendo hincapi$ en los siguientes criterios/ 4. a mangueta a utilizar será de un vehículo que sea de tracción posterior.2. Rue tenga un ángulo de salida adecuado.5. Rue sea de un material mecanizable (por razones de espacio para el

sistema de frenos. Ejemplo para el caliper de freno . 6. %enor volumen de material.


36/70

geometría de los trapecios figura 5.5

,i ur !.!/ -entro de balanceo

8uente/ http/99::: -entro de balanceo.

-uando una tomamos una curva el peso del vehículo tiende a desplazarse haciael e#terior de la misma por la fuerza centrífuga, comprimiendo los muelles delos amortiguadores de la parte e#terior de la curva y haciendo que se e#tiendanlos de la parte interior, lo que hace que el vehículo tienda a balancearselateralmente alrededor del centro de balanceo, es decir el tomar una curvaorigina una rotación del chasis que debe ser compensada por la suspensión para

mantener la estabilidad del vehículo.Esta rotación se produce porque por un lado tenemos la fuerza centrífuga

aplicada sobre el -0, mientras que por el otro la adherencia de las ruedas aplicaotra fuerza igual y en sentido contrario sobre el -*, lo que da lugar a un par defuerzas opuestas que obliga al chasis a rotar figura 5.6.

,i ur !. / 0eneración de fuerzas



37/70

8uente/ http/99::: 0eneración de fuerzas.

"ara evitar el balanceo del vehículo buggy la solución sería poner unosmuelles duros que rápidamente compensaran el balanceo y nos permitieran

conseguir una mayor de estabilidad del chasis, pero esto puede ser perjudicialporque el suelo donde el buggy compite es irregular, donde necesitamos deunos muelles blandos que permitan que nuestras ruedas est$n el mayor tiempoposible en contacto con el terreno. En los automóviles de competición modernoscon los neumáticos actuales (baja relación de aspecto , el centro de balanceoestá ubicado generalmente entre GFA< mm., por encima del piso. 14D3

"ara el trazado en -+' en primera instancia probamos con una alturapromedio de la recomendable, pero se tuvo el inconveniente que los soportes delos brazos de suspensión al chasis quedaban muy altos (por encima del tuboinferior del chasis , razón por la cual tuvimos que subir el centro de balanceo, alhacerlo nos apro#imamos al centro de gravedad y por tanto reducimos el par degiro que es lo que provoca el balanceo, pero hay que tomar en cuenta que si

http://www/http://www/


38/70

tenemos una altura muy elevada del centro de balanceo tendríamos un efectoadverso conocido como TjacMingU.

El efecto jacMing se produce cuando las ruedas tienen tendencia alevantarse debido a la aceleración lateral del buggy cuando gira. Entoncesprobamos una altura en -+' de tal manera que nos brinde un buen compromisoentre ambos aspectos, dando como resultado de esto una altura de A< mm sobreel piso.

!.4. C$nt ro i ns t nt 5n$o d$ rot ci ón.

"ara seguir definiendo puntos de la suspensión, seguimos con el centroinstantáneo de rotación (-K . Este eje parte desde el punto medio de contactodel neumático y cruza por el centro de balanceo, el largo de este eje virtual, enuna suspensión para un vehículo de competición debería situarse entre 4.2< y2.2< veces la trocha de la suspensión analizada. 12G3, &e ha ubicado este eje a4,B veces la trocha como indica la tabla 5.6.

T "& !. /-.K. .

!.4.3

T r 0 do d$

& os"r 0o

s d$

s us '$nsi ón < s o'ort $s d$ &os +i s+ os & c- sis

os brazos de suspensión tienen una relación de longitud de4.6/44.@/4entre el superior y el inferior. Esto significa la longitud de la inferior dividida ladel superior. 1243

CENTRO INSTANTANEO DE ROTACI*N C.I.R.B

C.I.R. Troc- F 1>2 2>2> B

Troc- R n o C.I.R. ++B4622,2 4,2< 4AAA,A<

4,< 2455,54,A< 26BB,B<4,B 2


39/70

&e une el punto de articulación superior de la mangueta con el -K y lomismo para el punto inferior de la mangueta. +l mismo tiempo que se obtiene laubicación de los soportes de los brazos de suspensión al chasis tanto inferiores

como superiores."ara la relación de longitud de los brazos de suspensión se ubicó en el

trazado en -+' la rótula inferior y la superior, para obtener un dimensionamientoreal de los brazos de suspensión. a siguiente tabla 5.< muestra la relación delongitud de los brazos de suspensión.

T "& !. / E +-KLC 'E =& * +V=& 'E & &"EC&KLC

R$& ción d$ &os "r 0os d$sus'$nsión

RANGO:RA O

SUPERIOR

52G,A4 4,<

4,<

4,@

22D,4

245,B

2GG,6

!.4.4 ;n u& o d$ % nc$ c st $rB.

En los vehículos actuales, su mayor peso sobre el tren delantero determinaun ángulo de avance relativamente peque!o (entre 5I y @I ? en cambio en los depeso más repartido entre los dos trenes, como la tracción posterior que esnuestro caso, se proporciona un valor superior que está entre los (@IF42I . 1223"or lo que en esta situación se elijo por el promedio de este rango, que sería deDI.

o que importa, desde el punto de vista de la competición, es el hecho deque el ángulo de avance hace que al girar la dirección se incremente el ángulo decaída estático? el de caída con la dirección girada depende del valor del deavance? evidentemente, todo afecta a la dinámica del vehículo.

!.4.6 G$o+ $t r( d$ & s us '$nsi ón ' r un nt iH di %$.


40/70

'otando a los brazos de la suspensión de inclinaciones adecuadas en suacoplamiento al chasis, se consigue reducir el cabeceo de la parte delantera del

vehículo, un hundimiento en frenada y un levantamiento en aceleraciones.&erá necesario hacer converger los brazos de suspensión de tal manera

que el punto de intersección se encuentre por detrás del centro de la rueda. Elporcentaje antiFdive oscila entre G y 4GG, y es la resistencia que ofrece lasuspensión por su geometría al movimiento vertical del tren que estamosestudiando.

En la práctica no se utiliza la configuración 4GGW antiFhundimiento, sinoque rara vez sobrepasa el


41/70

fred / epartimiento de frenada? @GF6GW.

tangθ / Hngulo de la recta que une el centro de contacto

de la rueda con el punto de intersección ".K.? DIh / +ltura del centro de gravedad? 65G 1mm3

l / 'istancia entre el eje delantero y posterior 4DGG

1mm3

W anti F dive N (@G X (tang D X(1900

430 W anti F dive N 64W

!.4.7 , or+ d$ $st "& $c$r &os '$s os no s us '$ndi dos < s us'$ndi dos d$&%$-(cu& o.

os pesos no suspendidos serían las suspensiones y los suspendidos seríanel chasis y todo lo que en $l se fija. En esta definición hay partes que sondudosas pues son intermedias por lo tanto se clasifican estrictamente por definición. %asa no suspendida/ lanta, Ceumático, "ortamasas (mangueta ,%anzana,-áliperde freno, 'isco de frenos.

%asa suspendida/ -hasis, -arrocería, %otor, )ransmisión.El inconveniente está en los elementos que unen estas dos. "or definición

se toma de esta manera/os elementos que unen ambas masas que son/

*razos de suspensión (superior e inferior otulas que se une a la mangueta +mortiguadoresEspirales*razos de dirección

&us pesos pasan a ser


42/70

suspendida.El procedimiento para calcular ambas masas es el siguiente/

!.4.19 P $s o s us '$ndi do.

&e procedió a pesar el vehículo completo como muestra la figura 5.@ contodos sus aditamentos (motor, líquidos, piloto y combustible sobre cuatrobalanzas en las esquinas del vehículo, esto se lo hace en un piso nivelado, yanotamos los pesos, la cual nos dio como resultado.

,i ur !.3/ "esado del vehículo completo


"eso total por rueda delantera / AB Mg."eso total por rueda trasera / DG Mg."eso total del vehículo / 55@Mg.

46 46


43/70

79 79

"orcentaje de peso en el eje delantero / 6AW"orcentaje de peso en el eje posterior /


44/70

ELE)ENTO PESO . & 199 B PESO . & 9 B

-onjunto de los brazos de 2,< 4,2<

+mortiguador 2 4

Espiral 4 G,<

ON


45/70


46/70

'atos/ Kte

-onstant

e delespiral?1Mg9mm3?1C9mm3

d 'iámetro del alambre D 1mm3G %odulo de elasticidad ABGGGG 1Mg9cm23 ABGG 1Mg9mm23

n C7mero de vueltas 7tiles N (vueltas totales Z 2 N (4B Z 2 N 4@

Dm 'iámetro medio del alambreNdiámetro e#terior Z d N (BGFD N A4 1mm3

Kte N

71 ¿38 ·16 ¿9 4 7800

¿ Kte N

5117580045812608 Kte N 1.11

Kgmm

C5&cu&o d$ & fu$r0 d$& $s'ir &/

'iagrama de cuerpo libre de un cuarto de vehículo/

En el diagrama tenemos un peso Pn que es el peso de un cuarto

del vehículo en el neumático, 8r es la fuerza del espiral para mantener la alturadeseada al vehículo.

,i ur !.4/ epresentación de fuerzas

8uente/ http/99::: epresentación de fuerzas.

'atos/



47/70

Pn Peso sobre el neumático; 7 !"g#$ ❑❑ p

[%+ N G sentido +nti horario (Y

Pn X ooMe

F = Kte·x

\ N F

Kte

\ N1698, 42

10, 87

\ N 4


48/70

"ara efectos prácticos, en el comportamiento dinámico, la má#ima cargaque puede soportar un espiral de un vehículo en carrera será del orden del doblede la carga estática.

Entonces como referencia se tomó el valor 542 mm., de desplazamiento má#imodel espiral, pero como tenemos que el recorrido del amortiguador es de 2GG mm.,partimos con este valor de desplazamiento, utilizando la ecuación 5.5 tenemos.

F 'esplazamiento del espiral? 2GG 1mm3

n Nd 4 ·G f

F r 8 Dm3 n N

9 ¿ 4 · 7800 · 200¿

71 ¿ 3

173.30 · 8 ·¿¿¿

N 2G

'ebido a estas 2G espiras de resultado y contando que el espiral originalmenteviene con 4B espiras, se decidió reducir el desplazamiento de la

suspensión pasando de los 2GG mm., a 4


49/70

suspensión presenta un amortiguamiento subFamortiguado. 12A3, o sea que ζ

es ] que 4.ζ ] 4 El sistema se dice que es subamortiguado, que oscilará sobre la

referencia, pero con una amplitud decreciente, hasta llegar el estado deequilibrio.

ζ ¿ 4 El sistema se dice que está sobreamortiguado, la masaretornara lentamente hasta el estado de equilibrio, pero más lentamenteque en el caso críticamente amortiguado.

ζ ¿ 4 El sistema se dice que esta críticamente amortiguado, lamasa retornara lentamente hasta el estado de equilibrio.

"or lo que se e#pone sería necesario que el sistema estuviera trabajando

con un valor de ζ ] 4, para asegurar que el sistema actu$ decrecientemente,

como muestra el caso b de la figura 5,B.,i ur !.6/ 'iferentes casos de radio de amortiguamiento

8uente/ http/99::: radio de amortiguamiento.

El cálculo se realizó en base a la fórmula 5.< homologada por &+E. 12B3, paraconocer el tipo de amortiguamiento, dando lo siguiente/



50/70

ζ =12

C s√ K S · m

'ónde/

ζ adio de amortiguamiento

C S -onstante de amortiguamiento del amortiguador? 1lb9(in9sec 3

K s igidez del espiral? @2,4< 1lb9in3

m %asa no suspendida del vehículo? 45 1Sg3? G,BD slug 1pieFlibra segundo

C s -onstante de amortiguamiento? 1lb9 (in9sec 3

Fa 8uerza sobre el pistón del amortiguador? @< 1Sg3? 465,5G 1lb3V elocidad de accionamiento? 1in9sec

Este valor de la constante de amortiguamiento C s , se dedujo, que la

velocidad de amortiguamiento es al momento en que la rueda del vehículo entraen contacto con el suelo despu$s de la caída libre del mismo. &e supone que en

el momento de contacto la rueda cambia de forma rápida su velocidad. En elmomento en que se produce el contacto, la rueda pasa a tener velocidad ceromientras que, instantáneamente y por la inercia, la masa suspendida mantienesu velocidad de caída libre. *ajo tal hipótesis, la velocidad de accionamiento delamortiguador coincide con la velocidad de caída del vehículo. Vc

N √ 2 · g·hc

'onde/

Vc elocidad de caída libre? 1in9sec3

g 0ravedad? 5B


51/70

En vehículos buggy para competición en rally como es nuestro casoasumimos que se puede alcanzar valores de hasta 4 metro de caída libre delvehículo en casos muy e#tremos.

V N √ 2 · 385,82 · 39,37 V N √ 45565,324 V N 4A6,2D

C S=143,30174,29 C S N G,B25


52/70

soportando al vehículo? una fuerza 8r 2 que es la fuerza del espiral para

mantener a la altura fijada el vehículo.,i ur !.7/ epresentación de fuerzas suspensión posterior

8uente/ http/99::: fuerzas suspensión posterior.

'atos/Pn2 Peso sobre el neumático; %0 Kg

[%* N G

" n2 X


53/70

'efle#ión estática seg7n la ecuación 5.6

\ N1724.21

10.87

\ N 4


54/70

c s -onstante de amortiguamiento? 1lb9(in9sec 3

F a 8uerza sobre el pistón del amortiguador? DG 1Sg3? 4DB,64 1lb3

V elocidad de accionamiento? 4A6,2D 1in9sec3

c s=198,41174,29

c s= 1,138390

C=)+/ 'ividimos 4,24 "lug para 42 para obtener en in9sec 2

ζ N12

1,138390

√62,15 ·( 1.2112 ) ζ N0,4117572,146964 ζ N G,22


55/70

CAPÍTULO I8

DESARROLLO DEL TRUCAJE ? ADAPTACI*N DEL SISTE)A DEDIRECCI*N.

.1 A&t$rn ti% 1/ Dir$cción d$ torni&&o sinf(n.-onsiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda

dentada. El tornillo se une al volante mediante la columna de dirección, y la

rueda lo hace al brazo de mando.'e esta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ángulo,

mayor omenor seg7n la reducción efectuada, por lo que en dicho brazo seobtiene una mayor potencia para orientar las ruedas que la aplicada al volante.

,i ur .1/ -aja de dirección por tornillo sin fin

8uente/ http/99::: -aja de dirección por tornillo sin fin.

.2 A&t $rn ti % 2/ Di r$cci ón 'or cr$+ & &$r .

Esta dirección se caracteriza por la sencillez de su mecanismodesmultiplicador y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de latirantería direccional.a acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y

tiene un gran rendimiento mecánico, es accionada por un pi!ón helicoidal (2

montado en el árbol del volante y que gira engranado a la cremallera,sobre todo en los de motor y tracción delantera, ya que disminuye



56/70

notablemente los esfuerzos en el volante. "roporciona gran suavidad en losgiros y tiene rapidez de recuperación, haciendo que la dirección sea muy establey segura.

.! An5&i si s d$ &t$rn ti % s . a dirección de cremallera frente al de tomillo sin fin presenta una seriede ventajas que se pueden resumir en una mayor sensibilidad en laconducción así como una mayo reversibilidad que redunda en que elsistema resulte autoalineante, a diferencia de el tornillo sin fin que no esautoalineante, tiene un menor pe "or contra, nos encontramos con dos

inconvenientes principales/ la menor robustez de este mecanismo y el e#cesode reversibilidad que, en ocasiones puede resultar muy molesto en laconducción.

"or contra, nos encontramos con dos inconvenientes principales/ la menor robustez de este mecanismo y el e#ceso de reversibilidad que, en ocasionespuede resultar muy molesto en la conducción

T "& .1/EC)+J+& E KC-=C ECKEC)E& 'E +& 'K E--K=CE& 'E

- E%+ E + 8 EC)E + +& 'E )= CK = &KC 8KC

8ENTAJAS INCON8ENIENTES

%ayor sensibilidad +utoalineante

%ás económica%enor peso&encillez de mecanizado

%enor robustes

'emasiado reversibles

.!.1 Crit $ri o $conó+i co.

En esta adaptación del sistema de dirección para el buggy loimportante es que se lo realice con un e#celente mecanismo

desmultiplicador y con el menor costo, sin sacrificar su rendimiento.


57/70

.!.2 Crit $ri os t@cnicos .

.!.2.1 Er ono+( .

a ergonomía a con la comodidad del piloto situado en la cabina, cabedestacar que en toda competencia automovilística se busca optimizar elespacio es decir reducir a lo má#imo, sin afectar a la conducción del piloto.

+nalizando las dos alternativas propuestas la ergonomía se aplica a losdos sistemasde dirección.

.!.2.2 P$so.

El peso en un vehículo de competencia es muy importante tener encuenta, cuando se habla de adaptaciones, buscar un óptimo rendimiento sinsacrificar

consumo de combustible, degradación de neumáticos y sobre todo la velocidaddel mismo razón por la cual en todo vehículo de competencia se buscaelementos lo más livianos posibles.

T "& .2/-=%"+ +-KLC 'E "E&=& EC) E +& '=& + )E C+)K +&

+ )E C+)K + 4 + )E C+)K + 2

"E&= 2 Mg @ Mg

. E% & u ci ón d$ & s &t $rn ti% s .

&eg7n las propuestas planteadas, estas serán sometidas a unaevaluación desde los criterios )$cnicos y Económicos.

&e indicaran diferentes puntos de comparación, donde a cada propuestase le asignara un valor de (4 a < , dependiendo de cómo satisfaga la propuestaal punto en mención, siendo 4 malo y < e#celente. + los puntos de comparacióntambi$n se les asignara un peso de (4 a 5 , dependiendo de cuantatrascendencia tengan con el desarrollo del proyecto, este peso serádenominado como el factor de importancia siendo 4 importante, 2 muy


58/70

importante y 5 imprescindible.

TA:LA .!/ E + +-KLC E-=CL%K-+

PUNTOS DEEVALUACIÓN

FACTOR DEIMPORT. (fi)

PUNTAJE (pi)

ALTERNAT. 1 ALTERNAT. 2PUNTAJE

IDEAL

1

Costos de

Ada tación 3 5 5 52 Fuentes de energía 2 4 4 5

3 Mantenimiento 1 4 4 5

4 Consumo 2 3 4 5

Total = ∑( i !pi" 45 5# 55

Coe iciente $conómico = % total&% ideal 82% 91% 1 %

T "& . /E + +-KLC )Q-CK-+

PUNTOS DEEVALUACIÓN

FACTOR DEIMPORT. (fi)

PUNTAJE (pi)

ALTERNAT. 1 ALTERNAT. 2PUNTAJE

IDEAL

1 'igide 3 4 5 5

2 $rgonomía 3 5 5 5

3 )istancia total 2 3 4 5

4 Altura 3 5 5 5

5 %eso 3 3 4 5

* +alida del piloto 3 4 5 5

, Apariencia 2 5 4 5

- $spacio 2 4 4 5

Total = ∑( i !pi" -, .* 1#5

Coe iciente $conómico = % total&%

ideal 8!%

91% 1 %


59/70

. S$&$cci ón d$ & &t $rn ti % .

+nalizando los resultados se obtuvo que la alternativa 4 tiene uncoeficiente económico de B2W, mientras que la opción 2 tiene el D4W. En

cuanto a la evaluación t$cnica la opción 4 tiene el B5W respecto a laopción 2 que es del D4W. "or esto la adaptación del sistema de direcciónserá basada en la opción 2.

a elección de esta clase de dirección para su estudio y posterior adaptación, se debe a su bajo peso, su sencilla manera de funcionar y su bajocoste. Es por ello, que se use en vehículos destinados a la competición encircuitos de rally y pista. _a que nos proporcionará gran información sobre

el contacto del buggy al piso, debido a que no posee mecanismos au#iliares quefiltren lo que ocurre en el tren delantero, restando así feeling al piloto. acremallera de la dirección corresponde al de un 'ae:o %atiz, la cual fuemodificada para darle la simetría que se requería. 8igura 6.2.

,i ur .2/ 'espiece de la cremallera de la dirección


60/70

8uente/ http/99::: 'espiece de la cremallera .

.3 D$s rro& &o d$& t ruc #$ < d 't ci ón d$& sist $+ d$ di r$cci ón.

En el proceso del desarrollo del vehículo primero se trazó la suspensión ydespu$s el sistema de dirección que se adec7a correctamente a la suspensión.'e la correcta ubicación de la articulación del brazo de dirección de lacremallera y el largo del mismo depende la estabilidad direccional del vehículo.

En una suspensión de paralelogramo si la bieleta de dirección esdemasiado corta, esta TtiraU de la rueda hacia el interior cuando la suspensión sedesplaza en compresión o e#tensión, en el caso de tener una bieleta de

dirección demasiado larga el efecto sería inverso. +unque la longitud de labieleta sea la adecuada, podrían aparecer variaciones en los ángulos si la alturade la articulación de la bieleta en la cremallera sea demasiada baja o alta.

-uando se introduce convergencia cualquier peque!a variaciónproducida por baches tienden a ser anuladas ya que las ruedas, al apuntar alinterior, intentan recuperar la dirección recta. +l ajustar la dirección condivergencia ante cualquier variación el vehículo tenderá a girar más que amantener la marcha en línea recta. "or lo que la convergencia facilita laestabilidad direccional mientras la divergencia facilita el giro del vehículo. "or loque hay que buscar el compromiso entre la estabilidad y la facilidad de giro, por lo cual se optó por una divergencia en primera instancia de 5 mm, ángulo deavance de DI y 4,< I de ángulo de caída.

.3.1 P unt o d$ rti cu& ción i nt $ri or d$ & "i $& $t d$ di r$cci ón.

&e lo realizo una vez trazado toda la suspensión delantera del vehículopara la correcta ubicación del punto interior de articulación de la bieleta de ladirección, el proceso fue por medio del m$todo grafico de la recta de *obiller.

Es un m$todo gráfico para situar los puntos interiores de la cremallerade la dirección, de tal manera que no haya variación de la convergencia con elrecorrido vertical de las ruedas. -onocidos los puntos de articulación de lostrapecios de la suspensión tanto superior como inferior, y el punto e#terior dearticulación de la bieleta que conecta con la mangueta, se buscó el punto dearticulación interior de la bieleta.

,i ur .!/ ecta de *obillie



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8uente/ http/99::: ecta de *obillie.

+l igual que lo se hizo para encontrar los puntos de articulación al chasisde los brazos de suspensión se encontró el punto -.K. ., (centro instantáneo derotación , desde ahí se traza una recta horizontal paralela al suelo hasta elplano medio de la rueda, seg7n la recta de *obillier trazamos una bisectriz entrela recta horizontal que habíamos trazado y el punto inferior de la mangueta,luego desde el punto interior de anclaje de los brazos de suspensión tanto delchasis como de la mangueta, se trazó una línea que pasare por el punto deanclaje superior de los mismos brazos, encontrándose en alg7n punto deintersección como muestra la figura 6.5,desde ese punto de intersección setrazó una línea a fin de que se una con el -.K. ., que habíamos encontrado,continuando, trasladamos una paralela a la recta de unión de los puntosque habíamos encontrado, ubicando su origen de esta paralela en el puntode anclaje al chasis inferior del brazo de suspensión de tal manera que seinterseca con la bisectriz que habíamos trazado al inicio de esta e#plicación,

encontrando finalmente el punto > de articulación interior de la bieleta dedirección.

-on el mismo punto que encontramos conocemos la longitud de labieleta, la altura de ubicación de la misma y la longitud de la cremallera autilizar.

.3.2 Co+ 'ro" ci ón d$ & $o+ $tr( d$ & dir$cci ón.

"ara un vehículo que no e#perimenta grandes aceleraciones laterales

lo que comporta que sus neumáticos no tengan elevados ángulos de deriva, esadecuado que su sistema de dirección garantice una geometría similar a la de



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%v= %ri

Fv = %vdv

&iendo/\ 'istancia del punto medio de contacto de la rueda al eje de giro. 1m3& &crub radius. G,GAB 1m3%) %echanical trail. G,G6@ 1m3

%r &uma de momento en las ruedas delanteras. 1CXm3

'f 8uerza normal en las ruedas delanteras. 1C3

% -oeficiente de fricción del neumático, 4,6

%p %asa del vehículo con piloto 55@ 1Sg3

g +celeración de la gravedad, D,B4 m9s2.1m9s23

f epartimiento del peso, en el eje delantero G,6<

%v %omento en el volante. 1CXm3

i elación entre el giro del volante y de las ruedas, 4<

Fv 8uerza del piloto sobre el volante. 1C3

Dv 'iámetro del volante. G,55 1m3

.3. .1 C5&cu&os/

# N √ S !2 + % & 2

x= √ 0,078 2 70,045 2

\ N G,GDG m


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'f = 336 · 9,81 · 0,45

'f = 1483.2

%r = 'f·( · x

%r = 1481,76 · 1,4 · 0,090

%r = 186,8

%v= %r

i

%v=186,8

15

%r = 12

%v= %v

dv

%v= 120,33

%r = 36

a fuerza que tiene que hacer el piloto sobre el volante para girar lasruedas con el vehículo detenido es de 5,@ Sgf este cálculo me asegura que elesfuerzo que tendría que hacer el piloto para girar la dirección no es muydesmesurad


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CAP Í TULO 8

RESULTADOS..1 P& n d$ 'ru$" s < n5&i si s.

Es imprescindible que el vehículo pase por una serie de pruebas antesparticipar en la competencia, con dichas pruebas de campo se podrá medir lareacción de la suspensión y dirección ante a las diferentes acciones de lamisma. o que se pretende es llegar a una optimización de la suspensión.-omo es conocido las competencias consisten en conducir al vehículo hasta suslímites y encontrar la configuración del vehículo para que se pueda conducir hasta lograr un rendimiento óptimo es lo que se conoce como puesta a punto.Pru$" s d$ c +'o.

"reviamente a las pruebas se comprobó la altura del chasis, la presión de

inflado de los neumáticos que está entre 22F2@ psi, el ángulo de avance yde caída, y la distancia de divergencia, a los valores preestablecidos duranteel trazado de la suspensión y dirección. 'espu$s de recorrer el vehículo por lapista de rally se comprobó nuevamente estos valores. )abla


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T "& .2/-=%" =*+-KLC 'E + + K+-KLC 'E HC0 = 'E -+`'+

;NGULO DE CAÍDA

Ant$s d$ & 'ru$" D$s'u@s d$ & 'ru$"

4,< 2

8 ri ción d$& 5n u&o d$ di%$r $nci /T "& .!/-=%" =*+-KLC 'E + + K+-KLC 'E + 'K E 0EC-K+

DI8ERGENCIA ++


< 6

.1.2 P ru$" $n $& si st $+ s us'$nsi ón.

8 ri ción d$ & &tur d$& c- sis/ T "& . /-=%" =*+-KLC 'E + + ) + 'E ->+&K&

A&tur d$& c- sis ++


4BG 4B5


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CAP Í TULO 8I

3 CONCLUSIONES ? RECO)ENDACIONES.3.1 CO NCLUSIO NES.

os parámetros geom$tricos y los elementos seleccionados de lossistemas de suspensión y dirección garantizan el buen comportamiento delvehículo relacionado con su operación, estabilidad y seguridad.

os resultados de las pruebas realizadas al sistema de dirección nosindican que tenemos una variación del ángulo de avance de 2 , caída G,< ydivergencia 4 mm, de los neumáticos despu$s de haberlo rodado en terrenohostil, pero esta variación no fue significativa, porque en el trascurso de laspruebas el vehículo nunca perdió direccionalidad. El comportamiento de la suspensión permitió responder favorablementeante las irregularidades de la pista manteniendo las ruedas en contacto con el

suelo, lo que propicia una buena maniobrabilidad al momento de curvar,acelerar a pesar de tener una variación en la altura del chasis de 5mm, estano fue relevante.

"or medio del soft:are +uto-+' se garantiza el trazado de lasuspensión y dirección, y la determinación de los puntos geom$tricos de lossistemas.

&e presenta un prototipo de vehículo para la competencia conjugando

conocimientos t$cnicos, y lo más relevante a futuro la presencia.3.2 RECO)ENDACIO NES.

-on el ángulo de caída ajustado para las pruebas el vehículo respondiófavorablemente pero en el transcurso de las carreras automovilísticas va e#istir un desgaste desigual de los neumáticos, por lo que recomendaría buscar unajuste de este ángulo, en el que tenga un equilibrio entre ambas.

Es necesario establecer un plan de mantenimiento preventivo que permitaal prototipo mantener en condiciones eficientes de funcionamiento antes ydespu$s de la competencia.


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&e recomienda incentivar a los estudiantes, en realizar investigacionesrelacionadas con otros prototipos para diferentes modalidades deautomovilismo tomando como base el vehículo buggy.

COSTOS DE :UGG?

n inversión es la necesidad de algunos individuos o empresas para

aumentar las ventas de productos o servicios actualmente e#isten muchos

herramientas como evaluación del buggy, que permite establecer ventajas y

desventajas además establecer si es rentable o si es factible el mismo.

Pr$su'u$sto < &ist d$ + t$ri &$s

%aterial -antidad pieza -ostos unitario -osto total

-hasis 4 4G


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:I:LIOGRA,ÍA

LUMUE, "ablo. Kngeniería del automóvil. 2da. ed. *arcelona. 2GG2

)ANUEL. ARIA PA >%anual de +utomovilismo icente. &uspensión 'irección 8renos ocalización de +verías.

STANI,ORT , +llan. -ompetition -ar &uspension. 4ra. edición.

- tt ' / K K K .s $.or 8ormula &tudent &ae.

- tt ' / K K K .+ $c n i c % i r t u &.c o + &istemas de &uspensión.

- tt ' / K K K . u t o + $c n i c o .co+ &istemas de 'irección.

- tt ' / K K K .+ onr o $.c o + +mortiguadoresFEspirales.
http://www.sae.org/http://www.sae.org/http://www.mecanicavirtual.com/http://www.mecanicavirtual.com/http://www.mecanicavirtual.com/http://www.automecanico.com/http://www.automecanico.com/http://www.monroe.com/http://www.monroe.com/http://www.sae.org/http://www.mecanicavirtual.com/http://www.automecanico.com/http://www.monroe.com/

suspencion y direcion para un vehiculo de competencia buggy

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