DISEÑO Y ANÁLISIS DEL CHASIS PARA UN PROTOTIPO DE KARTING

DISEÑO Y ANÁLISIS DEL CHASIS PARA UN PROTOTIPO DE KARTING

Omar Yupanqui 1463, Roberto Ballin 1504, Javier Saca 1256, Darwin Cadena 1453, Edison Rosero 1612. Facultad de Mecánica, Escuela de Ing. Automotriz,

ESPOCH

omarstalin94@gmail.com, franklin.ballin@hotmail.com, fsaca@espoch.edu.ec 29/07/2016

RESUMEN

Análisis de un chasis para un vehículo de competencia basado en criterios selección de material y especificaciones acordes a las exigencias del equipo.

En la etapa de diseño se tomara en cuenta todos los conocimientos necesarios adquiridos durante el transcurso del semestre en la asignatura de Sólidos, realizando el análisis de fuerzas a las que están sometidos los elementos principales de la estructura del chasis por medio de software, SOLIDWORKS 2014.

Las medidas del chasis deberán ser las adecuadas para obtener una mejor distribución del peso, teniendo en cuenta que es un chasis con estructura multitubular.

Para la construcción se tomaron en cuenta distintos tipos de materiales y herramientas, llegando a utilizar los más convenientes, y en las propiedades mecánicas para acero ASTM A500.

ABSTRACT

Designing, analysis of a chassis for a competing Vehicle.

In the design stage will be important to take into account all the necessary knowledge acquired during the course of the semester in the subject Solids, Performing the analysis of forces that are subjected main elements of the chassis frame by means of software, SOLIDWORKS 2014.

Performing the analysis of forces that are subjected main elements of the chassis frame by means of software during operation.

For the construction were used different types of materials and the most suitable for multi tubular structure and mechanical properties of steel ASTM A500.

CAPÍTULO I

1.  INTRODUCCIÓN

Refiriéndose a nuestro Proyecto, a lo largo de la historia automotriz e industrial las estructuras es un eje principal del avance y sustento de las grandes obras y tecnológicas, tanto en la construcción de máquinas , también de edificaciones y en el ámbito profesional la construcción de soportes de vehículos, con la cual en la actualidad existen una gran variedad de estructuras para la construcción de los vehículos de competencia, en varias categorías en el mundo automotriz dando como resultado un gran rendimiento, seguridad y una buena aerodinámica.

En el marco de la investigación planteada, referido al análisis del diseño de la estructura metálica para vehículos karting, se define el diseño de investigación como el plan o la estrategia global en el contexto del estudio propuesto, lo que permitirá orientar desde el punto de vista técnico y guiar todo el proceso de exploración, desde la recolección de los datos, hasta los últimos detalles técnicos y así cumplir con los objetivos planteados.

Para el presente trabajo se acata las normas de construcción y aun más las exigencias impuestas por el equipo de trabajo, que establece ciertas condiciones de seguridad, confiabilidad y confort adecuadas para el piloto, con el propósito de realizar un diseño desde el punto de vista estructural seguro.

1.1 ANTECEDENTES

El tema del proyecto consiste en el diseño, análisis del chasis de un vehículo prototipo KARTING basado en los conocimientos adquiridos en la Escuela de Ingeniería Automotriz hasta el momento, posteriormente analizar las fuerzas que se aplican en diferentes partes principales de la estructura del chasis.

1.2 JUSTIFICACIÓN

Este proyecto se centra en diseñar el chasis autoportante mediante programas de computación que permitan determinar los esfuerzos que soporta un chasis de un vehículo en cada una sus partes, para así determinar resultados realistas.

Durante las últimas décadas, se han producido una gran variedad de investigaciones basados en el diseño y construcción de vehículos muy complejos, buscando mejorar la aerodinámica de estos, ya que esto ayuda al rendimiento y estabilidad del mismo.

Para evitar el planteamiento de varias ecuaciones para cada una de las secciones que conforman el chasis, tenemos varias herramientas de simulación, como son software (Solidwork, Ansys), con las cuales a partir de las propiedades de inercia, las soldaduras entre los distintos cuerpos y las fuerzas actuantes, es posible calcular las fuerzas a las que el chasis está sometido.

1.3        OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar y analizar un chasis para un prototipo de karting, con ayuda de herramientas computacionales.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Recopilar la información y las normas para la correcta elaboración de este proyecto.

• Realizar el análisis de las fuerzas a las que está sometido el chasis mediante un software en el que se pueda modelar su comportamiento mecánico (SOLIDWORKS 2014) y ANSYS donde analizaremos el comportamiento de la estructura.

CAPÍTULO II

2.  MARCO TEÓRICO

Específicamente en el chasis, es necesario trabajar sobre la distribución estática de pesos, dicho de otro modo se debe trabajar en la ubicación de todos los componentes principales como el motor, transmisión, tanque de combustible, así como los demás componentes que conforman el vehículo.

Chasis

El esqueleto del kart es el chasis, y necesita tener una resistencia y una rigidez mínima para aguantar todos los esfuerzos a los que está sometido el kart durante las carreras.

El análisis de la rigidez y de la resistencia del chasis se ha llevado acabo con el programa SolidWorks, que utiliza el método de elementos finitos para realizar el cálculo. Gracias a este programa se ha podido modelar en 3D el chasis al completo, para posteriormente distribuir las cargas en diferentes puntos según el análisis que se va a realizar. En el análisis por elementos finitos se han tratado todos los elementos como barras con uniones rígidas.

En todos los análisis llevados a cabo se realizará un análisis de tensiones, desplazamientos, y coeficiente de seguridad, para saber cuál es el máximo esfuerzo al que puede estar sometido el chasis sin llegar a tener deformaciones plásticas ni romperse. Se ha seleccionado un coeficiente de seguridad mínimo de 1,8.

El chasis está construido con un acero aleado de las siguientes características:

[pic 1]

CARGAS PRESENTES EN UN BASTIDOR.

Las cargas presentes se pueden dividir en globales y locales, las cargas globales afectan a todo el bastidor, mientras que el enfoque local en ciertos puntos como puntos de montaje y soportes. Los casos de carga globales consisten en cuatro casos como se describen a continuación:

1. Rigidez Torsional.

Las cargas de torsión intentan girar un extremo del bastidor en relación con

el otro extremo, afectando negativamente el comportamiento del vehículo, el bastidor puede ser considerado como un resorte de torsión conectado los dos extremos donde las cargas de la suspensión, además la deformación presente puede afectar la conducción y el desempeño del vehículo, la resistencia a la deformación torsional esta frecuentemente especificada como Nm por grado. Esta magnitud es primordial y determinante en el desempeño del bastidor para un vehículo de Formula SAE.

b) Flexión Vertical.

Significa que el bastidor se flexione momentáneamente en aceleración o desaceleración. Estos dos comportamientos son el resultado de la transferencia de carga longitudinal que se produce durante el cambio repentino de la velocidad. El peso del piloto y los componentes adheridos por sistemas automotrices producen una deflexión a través del bastidor, las reacciones tienen lugar en los ejes además las aceleraciones verticales pueden aumentar o disminuir la magnitud de estas fuerzas.

Cuando se diseña un bastidor las deflexiones verticales no son consideradas debido a que no afectan las cargas en los neumáticos, esto es verificado en el bastidor con una buena rigidez torsional tiene lugar a una adecuada flexión.

[pic 2]

FIGURA 6: Flexión del chasis en SOLIDWORKS 2014

FUENTE: Autor

c)  FLEXIÓN LATERAL

Es un resultado de las fuerzas centrífugas que se producen en las curvas. Estas fuerzas laterales tienden a desplazar el vehículo fuera de su camino, esta carga depende de varios factores, por ejemplo el peso, la altura del centro de balanceo, la resistencia que ofrecen las barras de suspensión y estabilizadoras. Estas cargas son inducidas por varias razones como la caída de la pista, fuerzas laterales que actúan a lo largo del vehículo y serán resistidas en los neumáticos.

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