Diseño y construcción de un chasis tubular para un vehículo experimental

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(1)DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN VEHICULO EXPERIMENTAL. BENJAMIN EDUARDO CALDERON MACHUCA Estudiante de Ingeniería Mecánica. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C. JULIO 2004.

(2) DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN VEHICULO EXPERIMENTAL. BENJAMIN EDUARDO CALDERON MACHUCA. Tesis de Pregrado para optar al título de Ingeniero Mecánico. Asesor: JUAN PABLO CASAS Ingeniero Mecánico, M.Sc.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C. JULIO 2004.

(3) Bogotá, D.C., 10 de Mayo del 2004. Doctor: ALVARO PINILLA Director Dpto. Ing. Mecánica Universidad de Los Andes Ciudad. Apreciado Doctor:. Por medio de la presente me dirijo a usted para someter a su aprobación la tesis de pregrado titulada “DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN VEHICULO EXPERIMENTAL”, que tiene como objetivo construir un chasis tubular para un vehículo experimental lo mas ligero, resistente y económico posible. Considero que esta tesis cumple con sus objetivos y la presento como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico.. Cordialmente,. ________________________ BENJAMIN CALDERON Código 199813237.

(4) Bogotá, D.C., 10 de Mayo del 2004. Doctor: ALVARO PINILLA Director Dpto. Ing. Mecánica Universidad de Los Andes Ciudad. Apreciado Doctor:. Por medio de la presente me dirijo a usted para someter a su aprobación la tesis de pregrado titulada “DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN VEHICULO EXPERIMENTAL”, que tiene como objetivo construir un chasis tubular para un vehículo experimental lo mas ligero, resistente y económico posible Certifico como asesor que la Tesis de pregrado cumple con los objetivos propuestos y que por lo tanto califica como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico.. Cordialmente,. ________________________ JUAN PABLO CASAS Profesor asesor.

(5) AGRADECIMIENTOS. Mis más sinceros agradecimientos al Ingeniero Ricardo Rosas y a la gente que trabaja para su empresa (Metalmecánica Rosas) por su ayuda y generosidad al permitirme trabajar en su taller y colaborarme de manera desinteresada.. Al Profesor Juan Pablo Casas por sus invaluables aportes, gran confianza y amistad..

(6) IM-2004-I-07. 1 CONTENIDO. Pág. TABLAS. 3. FOTOS. 4. SÍMBOLOS. 6. INTRODUCCIÓN. 8. 1. MARCO TEORICO. 9. 1.1. HISTORIA. 9. 1.1.1. Chasis Tubular. 9. 1.1.2. Columna. 11. 1.1.3. Motor como miembro estructural. 12. 1.2. CONCEPTOS BASICOS Y DEFINICIONES. 13. 1.2.1. Movimiento lineal y angular. 13. 1.2.2. Características geométricas. 15. 2. DISEÑO ESPACIAL DE UN CHASIS TUBULAR. 17. 2.1. CRITERIOS SOBRE ESPACIO. 19. 2.1.1 Parámetros geométricos. 19. 2.1.2 Ergonomía y aproximaciones. 19. 2.2 SELECCIÓN DEL MATERIAL. 24. 2.2.1 Tipos de Material. 24. 2.2.2 Propiedades de los Aceros Estructurales. 25. 3. DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CHASIS TUBULAR. 26. 3.1. COMPROBACION DE LA RIGIDEZ TORSIONAL. 27. 3.2. HIPOTESIS DE CARGA. 29.

(7) IM-2004-I-07. 2. 3.2.1 Caso Estático. 29. 3.2.2 Frenada. 32. 3.2.3 Curva. 37. 3.3. ANALISIS ESTRUCTURAL COMPUTACIONAL. 40. 3.3.1 Fluencia de las barras. 40. 3.3.2 Pandeo. 41. 3.3.3 Comprobación de las uniones. 42. 3.3.4 Simulaciones. 45. 3.3.5 Impacto. 49. 4. PROCESOS Y MANUFACTURA. 55. 4.1. PORCEOS Y MANUFACTURA. 45. 4.2. COSTOS. 59. 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 60. 5.1. RECOMENDACIONES. 62. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. 63. ANEXO 1. 65. ANEXO 2. 67. ANEXO 3. 69.

(8) IM-2004-I-07. 3. TABLAS. Pág. Tabla 2.1 Propiedades de diferentes materiales. 24. Tabla 2.2 Características del perfil. 25. Tabla 2.3 Propiedades físicas del acero estructural. 25. Tabla 3.1 Peso de las diferentes partes. 29. Tabla 3.2 Distribución del CoG. 30. Tabla 3.3 Distribución da la carga. 31. Tabla 3.4 Normal delantera y trasera. 35. Tabla 3.5 Carga critica de las barras (Pandeo). 41. Tabla 4.1 Costos. 59.

(9) IM-2004-I-07. 4 FOTOS. Pág. Figura 1.1 Motocicletas antiguas. 9. Figura 1.2 Marcos de cuna simple y doble. 10. Figura 1.3 Marco totalmente triangulizado. 10. Figura 1.4 Secciones no tubulares. 12. Figura 1.5 Motor como miembro estructural. 13. Figura 1.6 Ejes de giro. 14. Figura 1.7 Consideraciones geométricas. 15. Figura 2.1 Componentes. 17. Figura 2.2 Diagrama de Flujo. 18. Figura 2.3 Ergonomía. 20. Figura 2.4 Primera Aproximación. 21. Figura 2.5 Segunda Aproximación (Rígido). 22. Figura 2.6 Segunda Aproximación (Suspensión). 22. Figura 2.7 Aproximación Final. 23. Figura 3.1 Diagrama de Flujo. 26. Figura 3.2 FEA Comprobación rigidez torsional. 28. Figura 3.3 Diagrama de cuerpo libre (Caso estático). 29. Figura 3.4 Cambio del CoG. 31. Figura 3.5 Diagrama de cuerpo libre (Frenada). 32. Figura 3.6 Variación del a fuerza dinámica durante el frenado. 34.

(10) IM-2004-I-07. 5. Figura 3.7 Promedio de desaceleración en G´s. 36. Figura 3.8 Acción del freno frontal. 38. Figura 3.9 Acción del freno trasero. 38. Figura 3.10 Numeración de los tubos. 42. Figura 3.11 Esfuerzos de Von Misses (unión). 43. Figura 3.12 Esfuerzos de Von Misses (caso estático). 45. Figura 3.13 Esfuerzos de Von Misses (frenada). 46. Figura 3.14 Efectos sobre la variación del ángulo de Rake. 47. Figura 3.15 Esfuerzos de Von Misses (curva). 48. Figura 3.16 Lugar donde actúa la fuerza de impacto. 50. Figura 3.17 Deformación a 35 Kph (Impacto frontal). 51. Figura 3.18 Velocidad vs deformación (Impacto frontal). 51. Figura 3.19 Velocidad vs esfuerzo (Impacto frontal). 52. Figura 3.20 Deformación a 35 Kph (Impacto lateral). 53. Figura 3.21 Velocidad vs deformación (Impacto lateral). 54. Figura 3.22 Velocidad vs esfuerzo (Impacto lateral). 54. Figura 4.1 Doblado por presión (cilindros hidráulicos). 55. Figura 4.2 Programa Tubemiter. 56. Figura 4.3 Desquijere de los tubos. 57. Figura 4.4 Platinas traseras 5/8”. 57. Figura 4.5 Montaje. 58. Figura 4.6 Marco final. 59.

(11) IM-2004-I-07. 6 SÍMBOLOS. CoG. Centro de gravedad. E. Módulo de elasticidad. G. Módulo de rigidez. σf. Esfuerzo de fluencia. σu. Esfuerzo ultimo. υ. Módulo de Poisson. α. Coeficiente de dilatación lineal. K. Módulo de rigidez torsional. ρ. Densidad. K. Módulo de elasticidad. N sd. Fuerza normal delantera (caso estático). N st. Fuerza normal trasera (caso estático). m. Masa. g. Aceleración de la gravedad. a. Distancia del CoG al eje trasero. d. Distancia entre ejes. Fd. Fuerza de frenados (llanta delantera). Ft. Fuerza de frenados (llanta trasera). F. Fuerza total de frenado. µ. Coeficiente de fricción.

(12) IM-2004-I-07. 7. d. desaceleración. E. Módulo de elasticidad. V. Velocidad. a. Aceleración. A. Área del perfil tubular. M. Momento flector. c. distancia al eje neutro. I. Momento de inercia. T. Torque. J. Momento polar de inercia. l. longitud de barra. k. relación de I/A. D. Diámetro exterior del tubo. d. Diámetro interior del tubo. Sy. Esfuerzo de fluencia.

(13) IM-2004-I-07. 8 INTRODUCCIÓN. El siguiente proyecto de grado se encarga de diseñar y construir un chasis tubular lo mas ligero, resistente y económico para un vehículo experimental, el cual es solo una pequeña parte del proyecto global que se desea alcanzar.. El objetivo de este proyecto global es diseñar y construir un vehículo experimental lo mas económico posible que se pueda convertir en una solución alternativa de transporte futura debida a los elevados precios que hoy presentan los vehículos en el país, y que mejor forma que realizarlo durante la etapa de los proyectos de grado. Debido a los altos costos que acarrea un vehículo de 4 llantas, boggie, kart, carro o como se quiera llamar, la solución planteada por nosotros como Macro-proyecto es un vehículo de dos llantas.. Este Macro-proyecto se divide en los siguientes proyectos y etapas, diseño y construcción del chasis, re-potenciación y adaptación del motor, diseño y construcción del sistema de transmisión de potencia. y. el diseño y. construcción del sistema de dirección y suspensión del vehículo. Durante el semestre en curso se desarrollaron los dos primeros y durante el siguiente semestre se espera continuar con los proyectos mencionados para alcanzar el objetivo trazado..

(14) IM-2004-I-07. 9 1.. MARCO TEORICO. 1.1 HISTORIA 1.1.1 Chasis Tubulares. Los chasis tubulares de motocicletas tienen como punto de partida el diseño en forma de diamante de las bicicletas, las primeras motocicletas que existieron eran nada mas ni nada menos que el marco de una bicicleta con espacio suficiente para colocar un pequeño motor como se ve en esta fotografía del museo de transporte de Budapest.. Figura 1.1 Motocicletas antiguas (Museo de Transporte de Budapest). Después de varios años de estudio y debido a la necesidad de optimizar este vehículo se agregaron amortiguadores traseros para hacer más confortable el manejo, con lo que empezó a cambiar radicalmente el diseño basado en la forma de diamante..

(15) IM-2004-I-07. 10. Se podría decir que el primer sucesor del marco en forma de diamante fue el marco cuna y un segundo sucesor es el marco de doble cuna donde los tubos de la cuna se extienden hasta la cabeza de la dirección. Estos dos tipos de marcos proveen suficiente espacio para colocar los motores y jugar con la altura a la cual se deben colocar optimizando la colocación del centro de gravedad.. http://www.gamblermotorcycles.com/main.htm http://www.fortuneframes.com/chassis/c10.jpg. Figura 1.2 Marcos de cuna simple y cuna doble. Años mas tarde durante la primera guerra mundial los diseñadores se vieron en la necesidad de aumentar la rigidez torsional por lo cual optaron por triangulizar la estructura.. http://www.tonyfoale.com/. Figura 1.3 Marco totalmente triangulizado.

(16) IM-2004-I-07. 11. Un marco no triangulizado no tendrá una buena rigidez torsional ya que los puntos de unión deben soportar gran parte de los esfuerzo en forma de momentos flectores. Triangulizando la figura se logra que la barra nueva sufra esfuerzos axiales reduciendo los momentos flectores en las uniones. Es por esto que si se desea un marco con gran rigidez torsional seria recomendable triangulizarlo.. Después, en la década de los 50´s llegaría el diseño conocido en ese tiempo como cama pluma (featherbed) el cual revolucionaria de ahí en adelante el diseño de los chasis de motocicletas. De esta forma se acababa con los marcos completamente rígidos en la parte trasera a cambio del uso de amortiguadores.. 1.1.2 Columnas. Una forma diferente de realizar estructuras que sirvan como marcos para motocicletas es utilizar tubos de gran diámetro o secciones que no necesariamente tienen que ser circulares, aunque esta es la sección de mejor rigidez torsional, para alcanzar una adecuada resistencia a la flexión y a la torsión. A continuación se muestra un ejemplo de un chasis con sección no tubular..

(17) IM-2004-I-07. 12. http://www.motorcycle.com/mo/mchonda/mcphotos00/crf450r04.html. Figura 1.4 Secciones no tubulares. 1.1.3 Motor como miembro Estructural. Recientemente se ha implementado el motor no solo como sistema de propulsión del vehículo si no también como un miembro estructural (stressed member). Claro esta, esta práctica se puede hacer cuando las vibraciones producidas por el motor son pocas, de esta forma no se transmitirá al chasis causando una falla catastrófica por una posible fatiga de sus miembros. Si el motor presenta esta característica seria aconsejable hacer uso de la resistencia del motor para soportar cierta parte de la carga generada durante el manejo..

(18) IM-2004-I-07. 13. http://autozine.kyul.net/technical_school/chassis/tech_chassis2.htm. Figura 1.5 Motor Como miembro estructural. 1.2 CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES.. 1.2.1 Movimiento lineal y angular. Una motocicleta presenta dos tipos de movimientos: lineal y angular. El movimiento lineal es simple, el vehículo se desplaza hacia delante cuando esta en movimiento. Un poco más confuso resultan los movimientos angulares del vehículo, la siguiente figura representa los tres ejes de giro del vehículo; yaw, pitch y roll..

(19) IM-2004-I-07. 14. http://www.pro-one.com/. Figura 1.6 Ejes de giro. El movimiento alrededor del eje Roll se presenta cuando se conduce a altas velocidades en curva, y el conductor debe inclinar el vehículo para no salirse de la curva. El Vehículo gira alrededor del eje Yaw debido a perturbaciones de viento y fuerzas de frenado sobre las llantas delantera y trasera que lo harán girar alrededor de este como veremos mas adelante. Por ultimo esta el movimiento alrededor del eje pitch este ocurre cuando el vehículo encuentra huecos o baches en el camino o en casos de aceleración y frenado..

(20) IM-2004-I-07. 15. 1.2.2 Características geométricas. La geometría básica de una motocicleta se caracteriza por los parámetros mostrados a continuación:. Figura 1.7 Consideraciones geométricas. Estas distancias no se han definido todavía ya que dependerán primero de la forma como se varié el ángulo de Rake al momento de montar el sistema de dirección y segundo del diámetro de llantas que se coloque. A continuación se dará una breve definición de estos conceptos ya que su función esta mas relacionada con la con la estabilidad y maniobrabilidad de la motocicleta, consideraciones que se tendrán que tener en cuenta al momento de diseñar la dirección del vehículo.. Angulo Rake:. También llamado Angulo Castor es la inclinación hacia atrás del eje de dirección medido sobre la vertical. Un ángulo de Rake grande aumentara la distancia entre ejes lo cual traerá.

(21) IM-2004-I-07. 16 como consecuencias,. un aumento en la estabilidad. direccional y un mayor esfuerzo para hacer girar el timón. Así como efectos posteriores sobre la transferencia de carga bajo la aceleración y el frenado.. Trail: La función principal del trail es brindar cierta cantidad de estabilidad en la dirección, de esta forma cuando el timón se desvía de su posición original este tendera a volver a donde estaba. Es esta distancia de trail la que genera el torque sobre el eje de dirección para las fuerzas ejercidas sobre la llanta. Esta distancia Trail se puede variar cambiando el ángulo de rake y colocando diferentes perfiles de llanta.. Una motocicleta normal, es decir. con un trail y ángulo de rake positivos. generara una caída del timón a medida que este se gira, caída que también influye en la maniobrabilidad del vehículo ya que para devolver la dirección a su posición inicial se debe levantar una considerable cantidad de peso que estará soportado en la cabeza de la dirección..

(22) IM-2004-I-07. 17 2.. El chasis del. DISEÑO ESPACIAL DE UN CHASIS TUBULAR. vehículo es una estructura tubular que tiene como función. principal servir como punto de apoyo a cada uno de los componentes del vehículo como lo son: motor, transmisión, tanque de gasolina, etc.. Figura 2.1 Componentes. En este proyecto y como lo es en muchos casos el chasis es la primera parte a construir, ya que es el marco o plataforma donde se van a ensamblar los componentes anteriormente mencionados, sin embargo un buen diseño de chasis debería ser realizado de ultimo, cuando todos los componentes estén posicionados correctamente. Como ocurrió durante la etapa de diseño espacial, durante la realización de modelos 3D era necésesario hacer una primera aproximación dejando un espacio razonable para los componentes y posteriormente optimizar la forma del chasis amoldándolo a sus componentes. Muy seguramente se deberán agregar mas barras de refuerzo para sujetar los diferentes componentes al chasis propuesto. Para realizar la parte de diseño espacial se utilizo el siguiente diagrama de flujo.

(23) IM-2004-I-07. Decidir el tipo de uso. Se escoge el material.. Se coloca un solo tamaño de perfil a todo el chasis en posible.. 18. Determinar los parámetros más importantes de la geometría.. Se dibuja un modelo 3D con ayuda de un software CAD. Algoritmo de Resistencia. Aprobado?. Se posiciona el hombre, motor y demás.. Se realizan cambios necesarios.. No. SI. Se puede construir?. No. SI. Chasis Aprobado. Dentro del Presupuesto?. No.

(24) IM-2004-I-07. 19. Figura 2.2 Diagrama de flujo (Shigley. Mechanical Engineering design) 2.1 CRITERIOS SOBRE ESPACIO.. 2.1.1 Parámetros Geométricos. Una vez decidido el. vehículo que se quiere construir, en este caso una. motocicleta, se definen los parámetros más importantes de la geometría, para empezar a realizar bocetos y modelos 3D, es más que obvio que si deseamos construir una motocicleta la distancia al piso cuando el vehículo se detiene debe ser la suficiente para que el conductor pueda pararse sin necesidad de empinarse. Así como esto ahí un sin número de consideraciones a tener en cuenta dentro de las cuales las más importantes son:. Distancia ente ejes: 1500 mm Altura a la silla: 640 mm Distancia al piso: 92 mm Angulo de Rake: 36 grados. 2.1.2 Ergonomía y Aproximaciones. Con estas distancias definidas, se realizo un estudio ergonómico para posicionar de una manera adecuada los componentes del vehículo como el conductor, este ultimo de gran importancia en este análisis ya que un buen acomodamiento del conductor proporcionara una conducción placentera y segura para el mismo..

(25) IM-2004-I-07. 20. La siguiente figura muestra una idea de lo que se quiere lograr.. Figura 2.3 Ergonomía. Una vez definidos estos parámetros geométricos se realizo la primera aproximación del vehículo. Esta aproximación presentó un sin numero de errores, primero el centro de gravedad estaba muy elevado, segundo no tenia ningún refuerzo por lo cual no soportaría grandes cargas e incluso no soportaría las cargas normales de operación, tercero el chasis era demasiado grande para los componentes que se piensan colocar y por ultimo debido a su geometría poco refinada seria tarea casi imposible realizar una buena malla para su posterior análisis estructural computacional, en conclusión el diseño fue bastante pobre. A continuación en la figura 2.3 se encuentra la primera aproximación..

(26) IM-2004-I-07. 21. Figura 2.4 Primera Aproximación. Se realizaron un gran número de optimizaciones a esta primera aproximación, disminuyendo el tamaño del chasis, bajando el centro de gravedad y teniendo en cuenta el aspecto ergonómico del mismo. Con estas optimizaciones se propusieron los siguientes dos modelos..

(27) IM-2004-I-07. 22. Figura 2.5 Segunda Aproximación (Rígido). Figura 2.6 Segunda Aproximación (Suspensión Trasera).

(28) IM-2004-I-07. 23. El primero de ellos es un modelo rígido en el cual el chasis esta compuesto de una sola parte. La fabricación de este es modelo es mas simple. El segundo modelo se divide en dos partes un marco en la parte frontal y un pequeño bastidor en la parte trasera el cual tiene la posibilidad de pivotear sobre un eje, además este estará cogido con un amortiguador en la parte inferior del vehículo, haciendo el manejo mas suave y placentero para el conductor. De estas dos aproximaciones se escogió la segunda (suspensión trasera) a la cual se le deberían hacer otro par de modificaciones para poder amarrar correctamente la suspensión del bastidor al marco. El resultado definitivo y sobre el cual se procedió hacer el modelaje computacional se muestra a continuación.. Figura 2.7 Aproximación final (Suspensión Trasera).

(29) IM-2004-I-07. 24. 2.2 SELECCIÓN DEL MATERIAL. 2.2.1 Tipos de material. Una vez definido el modelo 3D final, se escoge el material, pero acá surge una gran pregunta, ¿Cual es el material mas apropiado? Claramente necesitamos saber algo sobre las propiedades del material, las más importantes en este caso son: •. Resistencia. •. Densidad. •. Ductilidad. •. Posibles método de unión. •. Costo del material y del maquinado.. Material. Tensile S. (Mpa). E (Gpa). Fundición Gris. 157-216. 125. Estructural/Acero inoxidable. 461-618. 206. 765. 206. Aleaciones de aluminio. 167-618. 69. Aleaciones de Magnesio. 186-313. 43. Aleaciones de Titanio. 461-1236. 118. 1373. 216. Reynolds 531/4130. Fibra de Carbono. Tabla. 2.1 Propiedades de diferentes materiales1 No hay duda de que el acero es el material más común de estos, presenta un costo relativamente bajo, buenas características tanto de maquinado como de soldabilidad y tiene un Modulo de Young alto (mayor que el del Titanio y. 1. T. Foale 2002. Motorcycle handling and chasis design..

(30) IM-2004-I-07. 25. Aluminio) por lo cual, con pequeños perfiles se pude alcanzar la resistencia deseada.. 2.2.2 Propiedades de Los Aceros Estructurales. Debido a su bajo costo, y a las propiedades anteriormente mencionadas el material seleccionado fue acero estructural con las siguientes propiedades y características.. Acero Estructural (Norma ASTM A – 500 grado C). Diámetro Nominal. 1 in. Diámetro Ext.. 32.92 mm. Calibre. 0.128 in. Tabla. 2.2 Características del perfil. E. 210. Gpa. G. 81. Gpa. δ Ultimo. 427. Mpa. δ Fluencia. 317. Mpa. Elongación a (50.8 mm). 21%. ν. 0.3. α. 12 x10 −6. ρ. 7850. 1/ο C Kg / m 3. Tabla. 2.3 Propiedades físicas del acero estructural2. 2. Especificaciones del fabricante. Ferretubos (Ver anexo).

(31) IM-2004-I-07 3.. 26. DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN CHASIS TUBULAR. Chasis en Prueba. Comprobación de la Rigidez Torsional. SI. SI. Optimo?. Decidir Hipótesis de Carga. Comprobación de la fluencia de las barras. SI. Resisten?. Comprobación a Pandeo. Es suficiente para esta competencia?. Resisten?. SI Comprobación de uniones. SI. Resisten?. No. Chasis Aprobado Figura 3.1 Diagrama de flujo (Shigley. Mechanical Engineering design).

(32) IM-2004-I-07. 27. 3.1 COMPROBACIÓN DE LA RIGIDEZ TORSIONAL. El chasis esta sometido a un gran número de cargas estáticas y dinámicas, por lo cual debe ser lo suficientemente rígido para no deformarse o deformarse poco y no alterar las características de conducción. El chasis debe ser lo suficientemente rígido para soportar tanto cargas a flexión como a torsión. La rigidez a flexión es una forma de cuantificar cuanto se deforma un chasis debido al peso de los diferentes componentes del vehículo en tanto que la rigidez torsional hace referencia a cuanto se deforma un chasis debido a una carga asimétrica como lo es el caso de curva. La rigidez torsional es de gran importancia ya que son estas cargas, como lo es la condición de curva, las que someten el chasis a la condición de esfuerzos mas alta. Para comprobar que el chasis es poco deformable frente a la torsión, se debe realizar una prueba de rigidez torsiónal, la cual indicara cantos grados se deforma el chasis por un torque determinado. Para determinar esta se sigue el siguiente procedimiento: 1. Se empotra el chasis en las orejas traseras, es decir donde gira el bastidor. 2. Se introduce una barra de rigidez muy superior a la del chasis en la parte delantera de donde se sujetara el tenedor. 3. Se aplica un par torsor, 4. Se mide la deformación angular en ese punto.

(33) IM-2004-I-07. 28. 5. Se divide el par torsor por la deformación angular y tenemos que la Rigidez torsional ( N ⋅ m / ο ) =. Par aplicado ( N ⋅ m) Angulo giro (ο ). Como no se quería dañar el chasis, la prueba de rigidez torsional no se llevo a cabo físicamente, si no con la ayuda de un software CAE, Ansys, el cual con la ayuda de la teoría de elementos finitos nos ayuda a calcular los niveles de tensión y deformación a la cual esta sometido el chasis a una determinada condición de carga.. Figura 3.2 Comprobación Rigidez torsional. 200 + X X = 7.622 3.5 X = 169.82mm 3.5 → θ = 1.1809 Senoθ = 169.82 Aplicando una fuerza de 2000 N sobre la barra de rigidez superior a una distancia de medio metro encontramos que la rigidez torsional del marco es:. K = 846.81. N ⋅m °.

(34) IM-2004-I-07. 29. 3.2 HIPÓTESIS DE CARGA. Para este proyecto se consideran 3 hipótesis de carga. •. Caso Estático. •. Frenada 100 kmh a 0. •. Curva a 60 kmh. 3.2.1 Caso Estático. La primera condición de carga a la cual estará sometido el vehículo es una condición de carga estática, en la cual las únicas fuerzas que actúan sobre el cuerpo son el peso del conjunto y las reacciones sobre el mismo.. Masa (Kg.) Chasis. 25.67. Bastidor. 8.54. Personas (2). 160. Motor. 150. Otros. 20. TOTAL. 364.21. Tabla 3.1 Peso de las Parte. La tabla 3.1 muestra el peso aproximado de los diferentes componentes del vehículo y la figura 3.3 el diagrama de cuerpo libre para esta condición..

(35) IM-2004-I-07. 30. Figura 3.3 Diagrama de cuerpo libre (Caso estático)3. El centro de gravedad varia un poco dependiendo del numero de tripulantes del vehículo. Las medidas se presentan a continuación.. A (mm). d-a (mm). h (mm). d (mm). Sin persona. 677.7. 822.3. 370.2. 1500. 1 persona. 629.4. 870.6. 432.5. 1500. 2 personas. 548.3. 951.7. 479.7. 1500. Tabla 3.2 Distribución del CoG Planteando las ecuaciones de Equilibrio, tenemos que las respectivas reacciones son: a d (d − a) N st = mg d N sd = mg. 3. Dibujo tomado de T. Foale 2002. Motorcycle handling and chasis design..

(36) IM-2004-I-07. 31. Cambio en la posición del centro de gravedad dependiendo del número de tripulantes.. Figura 3.4 Cambio del CoG. Distribución del peso % Carga E. en. Carga E. en. Llanta. Llanta. la llanta. la llanta. delantera. trasera. delantera (N). trasera (N). Sin tripulantes. 905.09. 1098.21. 45.18. 54.82. 1 tripulante. 1169.89. 1618.21. 41.96. 58.04. 2 tripulantes. 1306.01. 2266.89. 36.55. 63.45. Tabla 3.3 Distribución da la carga. Se diseña con los datos en el que el vehículo es conducido por una sola persona, luego el peso total es de 284.21 Kg. Nd = 1169.89 N y Nt = 1618.21N..

(37) IM-2004-I-07. 32. 3.2.2 Frenada. Durante la fase de desaceleración (frenado), la carga sobre la llanta delantera aumenta mientras que la carga sobre la llanta trasera disminuye debido a una transferencia de carga. Realizando un diagrama de cuerpo libre del vehículo se puede calcular las fuerzas dinámicas que actúan sobre las llantas y que serán transmitidas al chasis por medio del tenedor.. Figura 3.5 Diagrama de cuerpo libre (Frenada)4. 4. Dibujo tomado de T. Foale 2002. Motorcycle handling and chasis design..

(38) IM-2004-I-07 •. 33. Equilibrio de fuerzas horizontales. La fuerza inercial debido a la desaceleración o frenado (producto de masa por desaceleración) es igual a la suma de las fuerzas de frenado que actúan tanto en la llanta delantera como trasera. ma = Ft + Fd. •. (1). Equilibrio de fuerzas verticales. La fuerza debido al peso mg debe ser igual a la suma de las fuerzas verticales sobres las llantas o se las Normales Nd y Nt. mg = N t + N d •. (2). Equilibrio de momentos alrededor del centro de masa. − Ft h − Fd h − N t a + N d (d − a ) = 0. F = Ft + Fd. (3). − Fh − N t a + N d (d − a ) = 0. Donde F es la fuerza total de frenado. La fuerza dinámica en la llanta delantera es igual a la suma de la carga estática más la transferencia de carga: (despejando Nt de (2) y remplazando en (3)) N d = mg. h a +F d d. mientras que la carga dinámica sobre la llanta trasera es igual a la diferencia entre la carga estática y la transferencia de carga:.

(39) IM-2004-I-07 N t = mg. 34. (d − a ) h −F d d. La transferencia de carga F. h es proporcional a la fuerza total de frenado, a la d. altura del centro de gravedad e inversamente proporcional a la distancia entre ejes.. Variación de las Fuerza Dinamicas durante el frenado 3000. Fuerza Normal (N). 2500 2000 Nd. 1500. Nt. 1000 500 0 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5. Fuerza (g´s). Figura 3.6 Variación de la Fuerza dinámica durante el Frenado. Como lo muestra la figura 3.6 durante el frenado la carga dinámica sobre la llanta delantera aumenta mientras que la carga dinámica sobre la llanta trasera disminuye debido a la transferencia de carga que ocurre durante esta fase.. Si asumimos que la fuerza total de frenado F es igual a cero podemos encontrar las fuerzas estáticas verticales o normales como se habían.

(40) IM-2004-I-07. 35. encontrado anteriormente., estas son función de la posición horizontal del centro de gravedad.. Carga estática en la llanta delantera. N sd = mg. a d. 1169.89 N. Carga estática en la llanta trasera. N sd = mg. (d − a) d. 1618.21 N. Tabla 3.4 Normal delantera y trasera. Para evitar el deslizamiento durante el frenado, la fuerza de frenado F no debe exceder el producto de la carga dinámica de la llanta y el coeficiente relativo de deslizamiento. Este producto es la fuerza máxima aplicable a la llanta para la condición límite de adherencia. Estos es: F ≤ µN Si en la fase de frenado el limite de adherencia no es alcanzado, la fuerza de frenado depende únicamente del coeficiente de fricción u. F = Ft + Fd = µ t N t + µ d N d. Se realizaron las siguientes consideraciones para encontrar las fuerzas en el caso de frenado:. •. El diseño del chasis se asemeja al de una Harley Davidson Rod King, es mas su peso es muy semejante a las suposiciones que se han hecho. La Rod King tiene una masa de 355 Kg. Que se aproxima a los cálculos de.

(41) IM-2004-I-07. 36. nuestro vehículo 364.21 Kg. La siguiente tabla que muestra la desaceleración en g´s de diferentes motos, de 96 kmh a 0, para la cual la Road King tiene un valor de 0.98g, valor que utilizaremos para encontrar la fuerza de frenado.. Promedio de desaceleracion de 100 - 0 kph 1.2 1. G`s. 0.8 0.6 0.4 0.2. Tr iu m. ph. S p S ee uz d uk T i S rip Ho l nd Du V6 e a ca 5 0 H o n S CB ti S d uz R T4 H a V u k 6 00 on T i H F da R1 ib 4i u Su CB 0 00 o s zu R9 S ki 00 P-1 Tr GS R R iu X- -Y m R ph 75 T 0 D D B u T6 u c M ca 0 at W ti 0 i M F 99 6 6 Ka o ns 50G t w e S Ho a s r C nd aki ity Ha ZT D S R FL rium T 1 7 H p 10 H RR hs 0 o n o pr Ka d a in w B as M a d K t ak W GL in iV R 1 g ul 11 80 ca 0 0 n 0G N S om ad. 0. Figura 3.7 Promedio de desaceleración en G´s5. De nuevo teniendo en cuanta que el vehículo solo llevara un tripulante, el conductor, la masa total es de 284.21 Kg. Luego la fuerza es. F = md = 2732.33 N •. El coeficiente de fricción es igual a 1, el cual es de llanta seca sobre asfalto seco.. 5. T. Foale 2002. Motorcycle handling and chasis design..

(42) IM-2004-I-07. •. 37. El radio de frenado es de 70/30. Esto quiere decir que mientras la llanta delantera aportara un 70 por ciento de la fuerza total de frenado la llanta trasera aportara solo un 30 por ciento.. Con estas consideraciones y las anteriores ecuaciones las cargas que debe soportar el vehículo durante el frenado son:. N d = 1957.71N N t = 830.38 N F = 2732.33 N = md Fd = 0.7 * 2732.33 N = 1912.63 N ≤ µN d Ft = 0.3 * 2732.33 N = 819.69 N ≤ µN t. 3.2.3 Curva. Cuando se aproxima a una curva, el freno trasero puede llegar a contribuir a la estabilidad direccional del vehículo. Una situación extrema y peligrosa ocurrirá si el piloto aplica repentinamente el freno sobre la llanta delantera, esta acción desencadenara una transferencia de masa, desde la rueda posterior hacia la delantera, del peso tanto del piloto como del vehículo, lo cual contribuirá a que la llanta trasera se bloquee y patine. El aplique de los frenos sobre la rueda delantera y las fuerzas inerciales generan un esfuerzo de torsión (torque) que hace desviar (en el eje yaw) el vehículo hacia el centro de la curva..

(43) IM-2004-I-07. 38. http://pdmec4.mecc.unipd.it/~cos/DINAMOTO/frenata/Braking%20paper/braking_new.htm. Figura 3.8. Acción del freno frontal. La fuerza de frenado sobre la llanta trasera tiende a estabilizar el vehículo en la dirección del movimiento. http://pdmec4.mecc.unipd.it/~cos/DINAMOTO/frenata/Braking%20paper/braking_new.htm. Figura 3.9 Acción del freno trasero. Debido a esto es claro que se deben utilizar ambos frenos cuando se aproxima a girar el vehículo sobre una curva.. •. Consideraciones: Velocidad en curva: 60 Km/h Radio de curva: 35 m.

(44) IM-2004-I-07. •. Condiciones de Carga en curva:. V 2 (16.66m / s ) m = = 7.93 2 a= r 35m s F = ma = 2253.83 N. 39.

(45) IM-2004-I-07. 40. 3.3 ANÁLISIS ESTRUCTURAL COMPUTACIONAL. Una vez se han establecido las hipótesis de cargas se puede realizar un análisis de esfuerzos para ver si el material y diseño espacial escogidos soportaran dichas cargas, en caso de que el chasis no resista estas cargas se deben realizar los cambio pertinentes ya sea cambiando el material o reforzando la estructura, se pueden seguir los diagramas de flujo presentados en las figuras 2.2 y 3.1.. 3.3.1 Fluencia de las barras. El primer criterio para validar el chasis es comprobar que ninguna de sus barras alcance el esfuerzo de fluencia del material en este caso 317 Mpa. Por medio del método de Von Misses el cual a partir de un determinado estado de tensiones en un punto halla una tensión que puede ser comparada con el esfuerzo de fluencia del material. Luego el material no falla si δ Vm ≤ δ f. Donde δ VM. 2 ⎛⎛ F M ⋅ c ⎞2 ⎛ T ⋅ c ⎞ ⎞⎟ ⎜ = ⎜ + ⎟ + 3⎜ ⎟ ⎜⎝ A I ⎠ ⎝ J ⎠ ⎟⎠ ⎝. Los tubos soportan cargas hasta de 97 KN cuando se cargan de forma axial y a tensión..

(46) IM-2004-I-07. 41. 3.3.2 Comprobación Pandeo. Dependiendo de la hipótesis de carga algunas barras pueden estar en tensión mientras que otras pueden estar a compresión, por ejemplo mientras que una barra esta en tensión al momento de acelerar la motocicleta esa misma barra puede estar en compresión al momento de frenar por lo que es importante verificar que las barras no fallen por pandeo. Todas las barras se comportan como columnas de Jhonson, longitud. ⎛l ⎞ ⎛l⎞ intermedia, debido a que la relación de esbeltez ⎜ ⎟ es menor que ⎜ ⎟ para ⎝k ⎠ ⎝ k ⎠1 todos los tubos.. K=. I 1 ⎛ D4 − d 4 ⎞ ⎟ = 10.55 mm = ⎜⎜ 2 A 16 ⎝ D − d 2 ⎟⎠ 2. ⎛ Sy l ⎞ 1 Pcr = S y − ⎜⎜ ⋅ ⎟⎟ A ⎝ 2π k ⎠ CE. Barra # l (mm) l/k Pcr/A (MPa) Pcr (kN). 1 472 44.73 310.94 94.19. 2 445 42.17 311.63 94.40. 3. 4 450 42.64 311.50 94.37. 5 550 52.12 308.71 93.52. Barra # l (mm) l/k Pcr/A (MPa) Pcr (kN). 6 262 24.83 315.24 95.5. 7 300 28.43 314.64 95.3. 8 250 23.69 315.41 95.5. 9 200 18.95 316.04 95.7. 10 492 46.62 310.40 94.0. Tabla 3.5 Carga Critica de las barras (Pandeo).

(47) IM-2004-I-07. 42. Figura 3.10 Numeración de los tubos. La barra numero 5 soporta una carga de 93.52 kN antes de pandearse valor relativamente alto para las cargas a la cual esta sometido el chasis. En conclusión las barras no fallan ni por fluencia ni por pandeo.. 3.3.3 Comprobación de las uniones. Aunque no es una practica muy sana, debido al poco tiempo disponible las uniones se diseñaron de la siguiente manera..

(48) IM-2004-I-07. 43. Observando el esfuerzo de Von Misses en el análisis computacional para la hipótesis de curva, condición extrema de diseño, y con un factor de seguridad de 3 se escogió la soldadura que se debería aplicar en las uniones. La unión que deberá soportar más esfuerzos se presenta a continuación:. Figura 3.11 Esfuerzos de Von Misses Unión Superior En esta unión el esfuerzo promedio es de 120 Mpa, ahora si colocamos un factor de seguridad de 3, debido a que conocemos el promedio de la carga y de los esfuerzos6, tendremos que el esfuerzo promedio es de 360 Mpa y el limite de fluencia de la soldadura es de 510 Mpa. Por lo cual las uniones resistirán las condiciones de uso. 6. Factores de seguridad y circunstancias en los cuales son usados. (Design stress factor. Proc. ASME, vol 55, May 1948).

(49) IM-2004-I-07 Las características de la soldadura son las siguientes: Identificación: West Arco WA 86 Clasificación: AWS ER705-6 Especificación: AWS A.518, Icontec 2632, ASME SFA 518 Aplicaciones: ejes, tanques, carrocerías, rines y estructuras. Resistencia a la tracción: 593 Mpa. Limite Fluencia: 510 Mpa Elongación 22 – 30%. 44.

(50) IM-2004-I-07. 45. 3.3.4 Simulaciones. Para el caso estático tenemos que los esfuerzos que soporta la estructura no son un problema, son muy bajos como era de esperarse.. Figura 3.12 Esfuerzos de Von Misses (caso estático). El factor de seguridad mas bajo para esta condición es de 8.95..

(51) IM-2004-I-07. 46. La siguiente figura muestras los esfuerzos de Von Misses para la condición de frenada.. Figura 3.13 Esfuerzos de Von Misses (frenada). En la condición de frenada el factor de seguridad es de 4.03. La fuerzas que actúan sobre la llanta delantera se transmiten al chasis a través del tenedor, parte de esta fuerza se transmite en forma de momento flector tratando de despegar el tenedor mientras que otra parte de la fuerza se transmite comprimiendo los amortiguadores o también llamados telescopicos,.

(52) IM-2004-I-07. 47. estos serán los encargados de disipar la fuerza para que la frenada sea mas suave. Una variación en el ángulo de Rake cambia la magnitud tanto del momento flector como de la fuerza de compresión. Como se muestra en la figura 3.11.. Efectos sobre la Variacion del Angulo de Rake 3000.00 2500.00. Fuerza (N). 2000.00 1500.00 1000.00 500.00 0.00 0. 20. 40. 60. 80. 100. Angulo Rake Flector. Compresion. Figura 3.14 Efectos sobre la variación del ángulo de Rake.

(53) IM-2004-I-07. 48. Por ultimo, el caso de curva, en el cual se ven implícitas otras fuerza generadas por la acción de la aceleración centrípeta. Esta fuerza es un poco elevada comparada con las fuerzas generadas en los caso estático y de frenada, como era de esperarse y según la literatura esta es la peor condición de carga. En el peor de los casos el esfuerzo de Von Misses alcanza un valor de 272 Mpa.. Figura 3.15 Esfuerzos de Von Misses (curva) El factor de seguridad de esta condición crítica es de 1.2 para la barra superior que es donde se presentan los esfuerzos más críticos..

(54) IM-2004-I-07. 49. 3.3.5 Impacto. A Cambio de unas pruebas mecánicas que llevarían a deformar el chasis se realizaron las siguientes simulaciones de Impacto. Se consideran dos casos; Impacto Frontal y lateral y se supone que:. -. El choque no es totalmente elástico.. -. 10% de la energía cinética inicial en el momento antes del choque se disipa en la deformación de la moto.. -. La velocidad inicial del camión se mantiene constante, mientras que la de la moto se cambia para analizar la deformación y los esfuerzos sobre el chasis.. -. El tiempo de impacto es 0.2 seg.. Impacto Frontal: Una moto de 355 Kg. choca frontalmente con un camión de 14 toneladas, donde esta se mueve en la dirección de X negativa y el camión viaja en la dirección X positiva a 30 kmh.. •. Principio de conservación de Momentum:. M *Vf + m * vf = M *Vi + m * vi •. Principio de conservación de Energía:. 1 1 1 ⎡1 ⎤ M *Vf 2 + m * vf 2 = 0.9 ⎢ M *Vi 2 + m * vi 2 ⎥ 2 2 2 ⎣2 ⎦.

(55) IM-2004-I-07. •. 50. Velocidad Final de la moto: 2 * m * pi + (2 * m * pi ) 2 − 4 * (m 2 + M * n) * ( pi 2 − 2 * 0.9 * M * Ki ) Vf = 2 * ( m 2 + M * m). •. Aceleración Y Fuerza a=. V f − Vi. t F = m⋅a. Figura 3.16 Lugar donde actúa la fuerza en el impacto7. 7. Dibujo tomado de T. Foale 2002. Motorcycle handling and chasis design..

(56) IM-2004-I-07. 51. Figura 3.17 Deformación a 35 Kph (Impacto frontal). Velocidad vs Deformacion 70. Deformacion (mm). 60 50 40 30 20 10 0 0. 5. 10. 15. 20. 25. Velocidad (m/s). Figura 3.18 Velocidad vs Deformación (Impacto frontal). 30.

(57) IM-2004-I-07. 52. Velocidad vs Esfuerzo 5.00E+00 4.50E+00. Esfuerzo (GPa). 4.00E+00 3.50E+00 3.00E+00 2.50E+00 2.00E+00 1.50E+00 1.00E+00 5.00E-01 0.00E+00 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. Velocidad (m/s). Figura 3.19 Velocidad vs Esfuerzo (Impacto frontal). Impacto Lateral: En este caso la moto se encuentra estacionada cuando es embestida por el camión que viaja a 30 kmh. Para este caso el modelo matemático es el siguiente:. •. Principio de conservación de Momentum: MVci = MVcf + mVmf. •. Principio de conservación de Energía: 1 1 ⎡1 2 2 2⎤ MVci = 0.9 ⎢ MVcf + mVmf ⎥ 2 2 ⎣2 ⎦.

(58) IM-2004-I-07 •. 53. Velocidad Final de la moto y el camión: Vmf = Vcf =. •. ⎛ Vci 2 2⎞ ⎜ ⎟ ⎜ 0.9 − Vcf ⎟ ⎝ ⎠ MVci − mVmf M m. M. Aceleración Y Fuerza. a=. V f − Vi. t F = m⋅a. Figura 3.20 Deformación a 35 Kph (Impacto lateral).

(59) IM-2004-I-07. 54. Velocidad vs Deformación. 6 Deformación (mm). 5 4 3 2 1 0 20. 25. 30. 35. 40. Velocidad (m/s). Figura 3.21 Velocidad vs Deformación (Impacto lateral). Velocidad vs Esfuerzo 0.45 0.4. Esfuerzo (GPa). 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 20. 25. 30. 35. Velocidad (m/s). Figura 3.22 Velocidad vs Esfuerzo (Impacto lateral). 40.

(60) IM-2004-I-07. 55. 4. PROCESOS Y MANUFACTURA. 4.1 PROCESOS Y MANUFACTURA. El proceso de manufactura se divide en las siguientes partes: •. Doblado de los tubos. •. Corte de los tubos. •. Desquijere o Aserrado. •. Corte de platinas y procesos de mecanizado. •. Montaje para cuadrar medidas. •. Soldado. •. Acabado. El doblado de los tubos ser realizo por medio del método de prensado, el cual utiliza un dado que es empujado contra el tubo por medio de un cilindro hidráulico.. http://www.ttb.com/process.htm. Figura 4.1 Doblado por presión (cilindros hidráulicos).

(61) IM-2004-I-07. 56. Una vez doblados y cortados los tubos se realizo el desquijere o aserrado de los mismos. Para dar una mejor aproximación al aserrado se utilizo el siguiente programa:. Software libre bajado de: http://www.tonyfoale.com/. Figura 4.2 Programa Tubemiter El cual tiene como variables de entrada el diámetro exterior, el espesor del tubo, y el ángulo al cual se encuentra con el otro tubo..

(62) IM-2004-I-07. 57. Figura 4.3 Desquijere de los tubos Las platinas se cortaron por el proceso de oxicorte, el cual por medio de un pantógrafo pasa la figura de una plantilla en cartulina al acero. Las platinas traseras tienen un espesor de 5/8 de pulgada.. Figura 4.4 Platinas Traseras 5/8”.

(63) IM-2004-I-07. 58. Una vez cortados los tubos y con su respectivo desquijere, se realizo un montaje para cuadrar las medidas.. Figura 4.5 Montaje. Una vez cuadradas todas las medidas, soldamos el marco con soldadura MIG según las especificaciones descritas en el aparte de comprobación de las uniones. El resultado final se muestra a continuación:.

(64) IM-2004-I-07. 59. Figura 4.6 Marco Final. 4.2 COSTOS PROCESO y/o MATERIAL. PRECIO (Pesos). 6 metros de Tubo. $ 44,000.00. Doblado. $ 18,000.00. Material. y. corte. de. platinas. $ 72,000.00. traseras Material de refuerzos y corte. $ 26,000.00. Soldadura. $ 50.000.00. Subtotal. $ 210,000.00. Manufactura. $ 300,000,00. Acabado. $ 120,000.00. TOTAL. $ 630,000.00. Tabla 4.1 Costos.

(65) IM-2004-I-07. 60. 5. CONCLUSIONES. La rigidez torsional encontrada, K = 846.81. N ⋅m , en las simulaciones es °. suficiente para soportar las condiciones de carga a la cual esta sometida el chasis y de esta manera no sufrir deformación alguna que afecte las características de manejo.. Según los resultados obtenidos las barras que conforman el chasis no fallaran ni por tensión ni por pandeo.. Dentro de un fenómeno de colisión entre dos masas tan diferentes la parte más difícil de entender es que parte de la energía cinética se convierte en deformación y que parte permanece como tal. Los estimativos realizados fueron correctos y conservadores y permiten simular de manera acertada el fenómeno, las fuerzas, los esfuerzos y las deformaciones implicadas.. El. choque frontal es mas dañino para la estructura del chasis que el lateral, según simulaciones a una velocidad de 35 Kmh la deformación en el impacto frontal es 4.5 veces mayor que la deformación en el impacto lateral..

(66) IM-2004-I-07. 61. Según los resultados obtenidos mediante el análisis estructural y las posteriores simulaciones en programas CAE, el chasis propuesto resiste las diferentes hipótesis de carga. Los esfuerzos mas severos se presentan en la condición de curva, tubo numero 1 (Figura. 310) donde estos alcanzan un valor de 272 Mpa para el esfuerzo de Von Misses.. Debido a que la tubería con la que se construyo el marco del chasis no es costosa (Tabla 4.1) se decidió implementar materiales de primera y no utilizar materiales reciclables como se había pensado en un principio. Si las condiciones de carga fueran mas severas se deberia utilizar otro material con un esfuerzo de fluencia superior, Reynolds 531 por ejemplo (Tabla 2.1), aunque esto tendría repercusiones en los costos.. Como se ve en la tabla 4.1 el subtotal obtenido ignorando los costos de manufactura y acabados es de $210.000 que es el resultado de la materia prima y el doblado de los tubos, costos que no presentan gran variación en el mercado. En este caso los costos de manufactura y acabados fueron de $420.000 un costo que se podría reducir si se realizara este proceso en serie. Un total de $630.000 de la suma de las cifras anteriores representa casi la cuarta parte del costo de los marcos mas económicos en el mercado para este tipo de vehiculo, cumpliendo con uno de los objetivos del proyecto planteados desde el principio consistente en encontrar una solución funcional y económica a la vez..

(67) IM-2004-I-07. 62. Del Desarrollo a seguir:. Se debe hacer especial énfasis a la hora de montar el motor, de la buena ubicación y amarre de sus uniones depende que las vibraciones no se transmitan de forma catastrófica al chasis y que el vehiculo no se desalinee en el momento en que se esta conduciendo.. El proyecto global se seguirá desarrollando con miras a lograr el objetivo global nombrado en la introducción y otros objetivos en el area de transmisión de potencia y suspensión de un vehiculo.. 5.1 RECOMENDACIONES. Se recomienda montar el tenedor delantero con un ángulo de Rake de 36 grados debido a que el análisis estructural de esfuerzos del marco se llevo a cabo con dicho ángulo, si al momento de montar el tenedor se decide cambiar este ángulo seria aconsejable realizar nuevas simulaciones para obtener datos mas precisos. Seria recomendable tratar las barras 4 y 5 (Figura 3.10) como una sola utilizando la teoría de flexión en miembros curvos. Si el vehículo va a estar sometido a condiciones de carga mas severas seria oportuno triangulizar la estructura aumentando la rigidez del marco..

(68) IM-2004-I-07. 63. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. 1. T. Foale 2002. Motorcycle handling and chasis design. Mediaprint.. 2. J. E. Shigley. 2001. Mechanical Engineering design. 6th ed. McGraw Hill.. 3. P. Fishbane, S. Gasiorowicz, T. Thorton. 1996. Physics for scientist and engineers. 2ed. Prentice Hall.. 4. J. Reimpell, H. Stoll, The automotive Chassis. 5. E. Ezmailzadeh. New developments in axle, steering, suspension and chassis technology.. 6. J. Rengifo. Diseño Espacial, estudio de manufactura y diseño del chasis de un prototipo SAE Minibaja. Universidad de Los Andes, Bogotá D.C., Colombia, Junio 2001.. 7. Vehicle dynamics and simulation 2000, Society Automotive of Engineers.. 8. SAE J 447. Prevention of Corrosion of Motor Vehicle Body and Chassis components. 9. SAE J 1168. Motorcycle Bank Angle Measurement Procedure.

(69) IM-2004-I-07. 64. 10. ASTM (A 500) Standard specification for Cold-formed and seamless carbon steel structural tubing in round and shapes.. 11. ASTM (A 500) Hot formed welded and seamless Carbon steel structural tubing.. 12. ASM HANDBOOK COMMITTEE, Metal handbook. Vol 6. Welding and brazing. 8th Edition.

(70) IM-2004-I-07. 65. ANEXO 1 NORMAS SAE.

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(80) ANEXO 2 ALAMBRES PARA SOLDAR ACEROS AL CARBONO POR PROCESO MIG/MAG.

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(82) ANEXO 3 PLANOS.

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