Suspension

DISEÑO DEL SISTEMA DE SUSPENSION DE UN VEHÍCULO MONOPLAZA TIPO FORMULA SENA

EDGAR YOBANY BUITRAGO BETANCOURT C.C. 1128423595

TRABAJO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECÁNICO

ASESOR: ING. JUAN FERNANDO RAMIREZ DOCENTE ESCUELA DE MECATRONICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLIN

FACULTAD DE MINAS

2011

AGRADECIMIENTOS

Agradezco en primer lugar a Dios por proveer la vida y darme la oportunidad de disfrutarla; a mi Familia por su apoyo incondicional, al profesor Juan Fernando Ramírez por su asesoría técnica y por invitarme a participar en la Formula Sena.

A los Compañeros de la Escudería Sagitta por su amistad y por su aporte en el equipo con trabajo y buenas ideas, al Ingeniero Julián Sierra Pérez por ser la guía del equipo y un ejemplo a seguir.

Agradezco a mis amigos y compañeros de Universidad y en general a todas aquellas personas que hicieron posible que este proyecto saliera adelante.

CONTENIDO

INTRODUCCION pág.

8

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

9

OBJETIVOS

10

1. CAPÍTULO 1: Estado Del Arte

11

1.1 RESORTES 11

1.1.1 Terminología usada en el estudio de resortes 12

1.1.2 Resortes de espira 12

1.1.3 Resortes de hojas 13

1.1.4 Resortes de barra de Torsión 14

1.1.5 Resortes de Aire 14

1.2 AMORTIGUADORES 15

1.3 PUNTALES 17

1.4 NEUMÁTICOS 18

1.4.1 Función y tipos de neumáticos 18

1.4.2 Tipos de neumáticos 19

1.4.3 Ruedas 20

1.5 TIPOS DE SUSPENSIÓN 21

1.5.1 Suspensión dependiente 21

1.5.2 Suspensión independiente 22

1.5.3 Parámetros geométricos de suspensión y dirección 26

1.5.4 Parámetros cinemáticos de la suspensión 32

1.6 BARRAS ESTABILIZADORAS 33

2. CAPÍTULO 2: Diseño conceptual del sistema de suspensión 34

2.1 Metodología de diseño 33

2.1.1 Clarificación de objetivos 34

2.1.2 Análisis funcional 36

2.1.3 Generación de alternativas 36

2.1.4 Selección de alternativas 39

2.1.5 Descripción de la alternativa 42

3 CAPÍTULO 3: Diseño para dar forma 44

3.1 Metodología de Diseño para dar forma 44

3.1.1 Requerimientos del diseño para dar forma 45

3.1.2 Dibujos a escala de las restricciones espaciales 46

3.1.3 Análisis de diseño 47

3.1.4 Ángulos importantes y sistemas de ajuste 48

3.1.5 Rediseño de la suspensión 49

3.1.6 Análisis dinámico y validación por elementos finitos 54

3.1.7 Verificación de las frecuencias naturales del sistema 64

4 CAPÍTULO 4: Proceso de Construcción 67

4.1 Fabricación de las tijeras 67

4.2 Elementos comerciales y anclaje 68

4.3 Ajuste y puesta a punto del sistema de suspensión 68

4.4 Algunas Imágenes Formula SENA: Válida Tocancipá 70

5 CONCLUSIONES 71

6 BIBLIOGRAFIA 72

CONTENIDO DE FIGURAS

Figura 1.Resortes en movimiento 11

Figura 2.Terminología y extremos típicos de resortes de espiras 13

Figura 3. Resorte de hojas 13

Figura 4. Geometría básica de un resorte de torsión 14

Figura 5. Geometría básica de un resorte de aire. 15

Figura 6. Amortiguación 15

Figura 7. Tipos comunes de amortiguadores 16

Figura 8. Ensamble de un Portamangueta. 18

Figura 9. Funciones del neumático. 19

Figura 10. Neumáticos de construcción diagonal. 19

Figura 11. Neumático de construcción radial. 19

Figura 12. Diseño típico de una llanta de un automóvil. 20

Figura 13. Suspensión Panhar rod. 21

Figura 14. Suspension Watts Link 22

Figura 15. Suspensión Hotchkiss 22

Figura 16. Suspensión Mc Pherson 23

Figura 17. Evolución de la suspensión doble tijera 24

Figura 18. Suspensión tipo Pull-rod. 25

Figura 19. Suspensión tipo Push-rod 25

Figura 20. Ángulo Camber (negativo). 26

Figura 21. Efecto del ángulo Camber en Curva 27

Figura 22a. Ensayo de Camber de Goodyear 28

Figura 22b. Ensayo de Camber de Goodyear 29

Figura 22c. Ensayo de Camber de Goodyear 29

Figura 23. Ángulo Cáster o de Avance 30

Figura 24. Ángulo King pin o de inclinación 30

Figura 25. Convergencia-divergencia. 31

Figura 26. Momento debido a la resistencia de rodadura. 31

Figura 27. Centro Instantáneo y centro de rotación 32

Figura 28. Barra estabilizadora 33

Figura 29. Árbol de objetivos para el diseño de la Suspensión 35

Figura 30. Caja Negra. 36

Figura 31. Caja Transparente. 36

Figura 32. Esquema de la Suspensión Pushrod. 42

Figura 33. Pasos del diseño para dar forma 44

Figura 34. Primer boceto de la Suspensión 47

Figura 35. Vista frontal primer boceto de la Suspensión 48

Figura 36. Vista Superior boceto modificado de la Suspensión 48

Figura 37. Rediseño de la Suspensión delantera 50

Figura 38. Rótula comercial marca IKO 50

Figura 39. Montaje de rótulas en las tijeras de la suspensión 51

Figura 40. Montaje de sistema de ajuste de camber. 51

Figura 41. Montaje conexión Portamasas-Tijera Inferior. 52

Figura 42.Esfera de Renault 9. 52

Figura 43.Pieza de conexión. 53

Figura 44.Balancín. 53

Figura 45.Ajuste de barra pushrod. 53

Figura 46.Modelo Caso: Obstáculo en el Camino 55

Figura 47.Analisis por MEF, caso obstáculo en el camino 57

Figura 48. Modelo Caso: vehículo en Curva 58

Figura 49.Analisis por MEF, caso Vehículo en Curva 59

Figura 50.Esquema transferencia de Masa 60

Figura 51. Vista Frontal esquemática de la suspensión 62

Figura 52. Diagrama de cuerpo libre de la suspension 62

Figura 53. Validación por MEF del balancín (factor de seguridad) 63

Figura 54. Validación por MEF del balancín (Von Mises) 64

Figura 55. Matriz para construcción

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