El chasis (o bastidor) es una estructura que localiza y monta todas las demás partes del vehículo. También proporciona un espacio protegido para los ocupantes.
Tipos de chasis
Hay varios tipos de chasis, pero todos ellos se pueden clasificar en uno de dos enfoques:
- Use longitudes de tubos redondos o cuadrados u otras formas metálicas estructurales para formar la estructura del chasis (Bastidor espacial, tubo múltiple, bastidor de escalera)
- Use paneles unidos para formar la estructura del chasis (Monocasco, Unibody)
Ambos enfoques pueden proporcionar una estructura capaz de montar otros componentes del vehículo, pero cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas.
Chasis de estructura espacial
El chasis de estructura espacial utiliza numerosas piezas cortadas y moldeadas de tubos metálicos estructurales (generalmente de acero) unidas entre sí para formar un marco fuerte. El diagrama SF1 a continuación del libro de Ron Champion «Construye tu Propio coche Deportivo Por Tan Solo £250», muestra un ejemplo de chasis de bastidor espacial.
Diagrama de SF1. Chasis de estructura espacial para un coche «Lowcost». Del libro de Ron Champion » ¡Construye tu propio Auto Deportivo por tan solo £250 y Compite con Él!»,
El principio del diseño del marco espacial es usar la triangulación de los tubos para crear una estructura rígida. Los diagramas SF2 y SF3 a continuación muestran cómo se usa la triangulación para endurecer una estructura:
Diagrama de SF2. Una caja sin trenzar (a la que le faltan sus lados) se deforma fácilmente.
Una caja no triangulada tiene muy poca fuerza. Puedes ver esto en acción arriba. A medida que la mano empuja contra la esquina de la caja, la forma se deforma en un paralelogramo.
Ahora, si cruzamos o triangulamos la caja con un tubo, la resistencia aumenta considerablemente:
Diagrama SF3. Una caja con un miembro cruzado forma dos triángulos (mostrados en rojo) y se dice que están triangulados. La fuerza aplicada a la caja está tratando de separar el travesaño.
En el diagrama SF3 anteriormente, el tubo se detuvo en tensión, como si las esquinas de la caja donde está conectado estaban tratando de destruirlo. Debido a la resistencia del tubo en tensión, la caja no se deformará en el paralelogramo del diagrama SF2
La triangulación también puede funcionar con tubos en compresión. Sin embargo, el diseño ideal siempre tiene los tubos de unión trabajando en tensión, lo que proporciona una resistencia muy superior a los tubos que trabajan en compresión.
El diagrama SF4 a continuación muestra cómo la carga que se aplica ahora intenta aplastar o comprimir el tubo en lugar de desgarrarlo. Debido a la resistencia reducida en la compresión, el pandeo puede convertirse en un problema.
Diagrama de SF4. Una caja triangular. La fuerza aplicada a la caja comprime el travesaño, doblándolo potencialmente si la fuerza es suficiente..
Volviendo al diagrama SF1, hay numerosos ejemplos en este diagrama de cómo se triangularon las estructuras de tubos de caja abierta para crear un chasis mucho más rígido. El diagrama también muestra la suspensión y otros soportes de montaje.
Los marcos espaciales suelen utilizar tubos cuadrados o redondos. El tubo cuadrado es más fácil de trabajar porque el corte implica cortes rectos en un ángulo particular. Los tubos redondos no se pegan bien a otros tubos redondos y, por lo tanto, requieren una muesca de tubo especial para cortar formas redondas en él.
El aspecto clave del diseño del marco espacial es identificar y analizar las cargas que se esperan, y diseñar el marco y la triangulación para manejar esas cargas de manera optimizada. Como los tubos en tensión proporcionan una mayor resistencia que la compresión, se puede usar un tubo de calibre más ligero en áreas cargadas de tensión para ahorrar peso. En áreas donde la tubería ve cargas de compresión, es mejor usar una tubería de calibre más pesado o de mayor diámetro.
Chasis Monocasco
El chasis monocasco es técnicamente una mejora sobre el spaceframe chasis. El diagrama MC1 a continuación muestra un ejemplo simple de la diferencia entre el diseño de marco espacial y monocasco.
Diagrama MC1. Comparación del comportamiento de un monocasco frente a un marco espacial bajo carga de tensión.
La «Caja» monocasco de la izquierda utiliza un panel de material para «completar» estructuralmente la caja. Cuando la mano empuja contra ella en la dirección mostrada por la flecha verde, crea una fuerza de corte a través del panel. Esta fuerza se maneja de manera efectiva de la misma manera que una carga de tensión mediante la caja triangulada de marco espacial a la derecha. Sin embargo, si la mano empujara desde el otro lado de la caja, el tubo de estructura espacial podría colapsar en compresión, mientras que la caja monocasco se comportaría de la misma manera que antes. Vea el diagrama MC2 a continuación:
Diagrama de MC2. Comparación del comportamiento de un monocasco frente a un marco espacial bajo carga de compresión. Tenga en cuenta el manejo superior de la carga de tensión del monocasco y el manejo inferior de la carga de compresión del bastidor espacial.
Ambos tipos de chasis se pueden hacer tan fuertes como los demás. Sin embargo, para hacer un marco espacial de resistencia equivalente generalmente se requiere más material y, por lo tanto, más peso. Los materiales utilizados también marcan una gran diferencia.
En el diagrama MC3 a continuación, tanto el monocasco «caja» en la izquierda y la plena trianguladas tridimensional «cuadro» de la derecha podría manejar cargas de la misma manera (la Hemos dejado fuera de la parte trasera de la spaceframe «caja» para evitar visualmente a complicar el diagrama)
Diagrama MC3. Caja monocasco y marco espacial triangulado «equivalente». (La parte posterior del marco espacial no se muestra para mantener la claridad del diagrama.)
Aunque el monocasco generalmente se puede hacer más ligero y resistente que un marco espacial, tiene algunas desventajas que lo hacen más complicado de diseñar, construir y operar.
En primer lugar, el monocasco requiere que la estructura formada por los paneles esté «completa». Si observa la «caja» en el diagrama MC3 que usamos para demostrar el monocasco, imagine que falta un lado, como se muestra en el diagrama MC4 a continuación:
Diagrama MC4. El manejo incompleto de la carga por un monocasco hará que se deforme y se abroche.
Podemos empujar en la esquina de la caja donde se encuentran tres paneles (se muestra a la izquierda) y no se deformará (mucho), pero empujamos en una esquina junto a donde debe estar el lado que falta y la caja se doblará (como se muestra a la derecha). Cuando exista una abertura, el chasis deberá soportar cargas a través de una subestructura de soporte.
Un objetivo principal en el diseño monocasco es garantizar que no haya trayectorias de carga no manejadas que puedan hacer que la estructura monocasco se abroche. Un monocasco abrochado no es mejor que un tubo de estructura espacial abrochado.
En el caso de trayectorias de carga mal manejadas, el marco espacial puede ser más tolerante, ya que el diámetro de la tubería y el material de acero generalmente proporcionan un fallo más gradual que un monocasco. Sin embargo, es mejor diseñar el chasis correctamente en primer lugar que confiar en notar fallas graduales.
Esto nos lleva a otro punto clave sobre el monocasco—Si está dañado, es difícil reparación en comparación con spaceframe de los tubos. También es difícil detectar daños en un monocasco, mientras que los tubos doblados o rotos son bastante fáciles de detectar.
Rigidez torsional
La rigidez torsional es una propiedad de cada chasis de vehículo que determina la cantidad de torsión que experimentará el chasis cuando se aplican cargas a través de las ruedas y la suspensión. El diagrama TR1 a continuación muestra el principio.
Diagrama de TR1. Rigidez Torsional. Cuanto menos se tuerza el chasis, más rígido a la torsión se considera.
Un chasis que tiene mucho giro no se manejará de manera tan predecible como uno que tiene muy poco porque al girar, el chasis comienza a actuar como una extensión de la suspensión. La suspensión está diseñada para permitir que las ruedas/neumáticos sigan los baches y las caídas de la carretera. Si el chasis se tuerce cuando un neumático golpea un bache, actúa como parte de la suspensión, lo que significa que ajustar la suspensión es difícil o imposible. Idealmente, el chasis debe ser ultra rígido y la suspensión debe ser compatible.
La rigidez torsional se mide en lbs-ft / grado o kg-m / grado. Un extremo del chasis (delantero o trasero) se mantiene estacionario y el otro extremo está equilibrado en un punto y se aplica un giro a través de una viga. El diagrama TR2 a continuación muestra la idea básica:
Diagrama TR2. Método para medir la rigidez torsional.
Consejos de diseño de chasis (1/2)
Modificación del chasis de producción
Cuando considere modificar un chasis basado en producción para montar suspensión, motores o transmisión alternativos, dedique tiempo a estudiar las estructuras de un solo cuerpo (vehículo más nuevo) o de bastidor de escalera (vehículo más antiguo). Las estructuras formadas por los diseñadores de chasis del fabricante tienen áreas fuertes destinadas a cargas y áreas débiles no destinadas a transportar cargas. Identificar las partes correctas de la estructura del chasis a cortar o modificar es fundamental.
Considere usar modelos a escala del vehículo (si se fabricaron modelos de plástico), para hacer una maqueta de los cambios, o un software de modelado 3D para hacer lo mismo. Si los cambios implican la suspensión, como bajar el vehículo, modele primero la nueva suspensión. A veces, bajar el vehículo mientras se utilizan los mismos puntos de recogida de suspensión creará un manejo deficiente.
Construir modelos de chasis
Modelar un chasis de estructura espacial con palos de madera balsa le permite ver de primera mano las diferencias que la triangulación hace con la rigidez de un chasis. Herb Adams, en su libro «Ingeniería de chasis», proporciona un capítulo completo sobre el modelado de chasis utilizando balsa y papel. Su recomendación es una maqueta a escala 1/12.
Del mismo modo, el uso de cartón, papel y pegamento para construir monocultivos de modelos también puede ser una experiencia de aprendizaje muy gratificante y de bajo costo. Lo bueno de estos materiales es que no tienen mucha resistencia, por lo que las deformaciones que crean las cargas se pueden ver fácilmente cuando se aplican cargas.
Diseñe el chasis después de la suspensión
Es mucho más fácil diseñar una suspensión provisional de acuerdo con las reglas y la buena geometría, y luego construir el chasis para ajustarse a los puntos de montaje de la suspensión y los soportes de muelles/amortiguadores. Consulte nuestra sección» Diseñar su propio Coche de carreras «
Considere las rutas de carga
Un chasis no se trata de» absorber » energía, sino más bien de soporte. Al considerar la colocación de tubos, visualice las «rutas de carga» y considere el uso de FEA (Software de Análisis de Elementos Finitos) para ayudar a analizar escenarios de carga. Las trayectorias de carga se definen como las fuerzas resultantes de la aceleración y desaceleración, en las direcciones longitudinal y lateral que siguen el tubo de barra a barra. Las primeras fuerzas que vienen a la mente son los montajes de suspensión, pero cosas como la batería y el conductor colocan tensiones en la estructura del marco espacial.
Maximizar la colocación del CG y el equilibrio del vehículo
El centro de gravedad afecta al automóvil como un péndulo. El lugar ideal para el CG es absolutamente entre las ruedas delanteras y traseras y las ruedas izquierda y derecha. Colocar el CG hacia delante o hacia atrás, o a la izquierda o a la derecha de este punto significa que el peso se transfiere de manera desigual dependiendo de la dirección en que gire el automóvil y de si está acelerando o desacelerando. Cuanto más lejos de este punto ideal, más un extremo del automóvil actúa como un péndulo, y más difícil es optimizar el manejo.
El GC también depende de la altura. Colocar un motor más alto del suelo eleva el CG y obliga a transferir grandes cantidades de peso al tomar curvas, acelerar o desacelerar. El objetivo del diseño del vehículo es mantener las cuatro ruedas plantadas si es posible para maximizar el agarre, por lo que colocar todas las piezas en el automóvil en su ubicación más baja posible ayudará a reducir la altura del CG.
