“UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA”

CARRERA:

Ingeniería Mecánica Automotriz

DOCENTE:

Ing. Fernando Chica

ASIGNATURA:

Preparación de motores de competencia

GRUPO:

1

TEMA:

Medidas y analisis de una suspensión

ALUMNOS:

Luis Bermeo

Eloy Calle

Dorian Rivas

Jose Hurtado

Juan Pauta

CICLO LECTIVO: 2013-2013

TRABAJO PRÁCTICO DE PREPARACIÓN DE VEHÍCULOS 2

Tema:

MEDIDAS Y ANALISIS DE LA SUSPENSIÓN

 Objetivo general:

Determinar datos y medidas importantes para el momento de la preparación de vehículos para competencia, estos datos son referentes a la suspensión.

Objetivos específicos:

1. Determinar el radio máximo de giro.2. Determinar el ángulo de viraje máximo a la derecha e izquierda.3. Determinar el ángulo de desviación angular. (es la resta de la

desviación de ángulos girando a un lado )4. Medir la batalla.5. Medir el ancho de vía.6. Determinar la relación de transmisión de la dirección.7. Determinar Ackerman.8. Determinar el Centro instantáneo de rotación.9. Determinar la longitud de los triángulos de la suspensión y calcular el

valor de la  caída. (positiva o negativa) y determinar si su vehículo tiene estabilidad en la curvas, (refiérase a la diapositiva 17 del archivo SUSPENSION 1).

10.Determinar el centro de balanceo. (refiérase a la diapositiva 22 del archivo SUSPENSION 1).

11.  Determinar el cambio de caída, el cambio de la medida de la vía, en función del recorrido de la rueda.   

12.Determinación de la variación de la altura de balanceo en función del centro de gravedad. (si no se puede determinar el CG imponerse el mismo;  refiérase a la diapositiva 27 del archivo SUSPENSION 1).

Marco teórico

La suspensión es un elemento muy importante para la estabilidad de los vehículos de competencia. Estos están sometidos a pruebas, para mejorar su rendimiento en la competencia. La acción de una suspensión de competencia genera mejor aceleración, control, adherencia, seguridad, absorbe irregularidades. Para este caso debemos iniciar con los neumáticos, que son los primero en absorber las irregularidades, luego está el muelle helicoidal, que permite que un automóvil trasmita las irregularidades hacia este elemento, luego está el amortiguador que evita que el muelle oscile indefinidamente, sino que este elemento le permite que se controle la oscilación. No importa el confort en un automóvil de competencia, pero si importa la seguridad, estabilidad, maniobrabilidad que se gana, por una buena suspensión, recordemos que los vehículos en serie, son hechos con visión al confort, entonces es allí donde debemos modificar para que mejore nuestra suspensión.

Datos Generales del Vehículo

Modelo: Nissan Wagon Motor : GA16NDE Color: Plata Dirección hidráulica de piñón y cremallera Suspensión delantera: Suspensión Independiente

Figura 1.- Suspensión Independiente McPherson Nissan Wagon Fuente: Manual Nissan Wagon V16

Figura 2.- Suspensión del automóvil

Suspensión Posterior: Suspensión de eje rígido.

Figura 3.- Suspensión de eje rígido

Figura 4.- Suspensión de eje rígido del automóvil

1. Calcular el radio máximo

Este radio de giro es definido como el radio de una rueda cuando toma una curva, el radio de giro máximo es el radio que puede realizar un vehículo con la dirección a tope, girando realiza un circulo, lo que debemos determinar es este radio de giro máximo

Figura 5.- Angulo de giro máximo y ángulos de viraje

Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.com/direccion-geometria.htm

Hay que tener en cuenta que existen dos tipos de radios de giro, el uno es estático y el otro es dinámico. El radio de giro estático es sencillo de medir, este se lo realiza con el vehículo parado, y el dinámico se lo realiza con el automóvil en marcha, existe un cambio leve de medida en el radio cuando el automóvil esta en movimiento, cuando existe derrape en curvas, al igual que existe mayor aplastamiento del neumático, así modificando la medida. La medición que nosotros realizaremos será una medición estática. Para esta practica realizamos los siguientes pasos:

Para calcular este dato tenemos que poner el automóvil en una línea recta alineando los centros de las llantas posteriores con la línea de referencia, en este caso era la línea del piso.

Figura 6.- Alineación del neumático a la línea de referencia.

Ahora viramos toda la dirección en un sentido. En este caso viramos hacia la izquierda, y desde la posición de los neumáticos posteriores generamos 90° para obtener el radio de giro.

Figura 7.- la línea roja era la ubicación inicial del automóvil, y la tomate esta a 90° de la roja línea roja, es la ubicación nueva del automóvil.

La línea roja era la ubicación inicial del automóvil, y la tomate esta a 90° de la roja línea roja, es la ubicación nueva del automóvil, así se obtuvo en donde está el centro del radio de giro. Solo basta con medir esta distancia y se conocerá el radio de giro.

Figura 8.- El Radio de giro máximo 295cm mas el ancho de vía de 145 cm.

Figura 9.- Radio Máximo de giro

El radio de giro máximo se le debe sumar el ancho de via 295cm + 145cm = 440cm.

También actualmente gracias a los software que pueden graficar, medir, construir hemos simulado el radio de giro con los datos obtenidos, asi podemos comparar los datos reales con un dato teórico.

2. Determinar el ángulo de viraje máximo a la derecha e izquierda  

Este ángulo es importante al momento del viraje de la dirección, especialmente cuando hablamos de automóviles de carreras, tenemos que dar un mejor viraje y estabilidad al momento de tomar una curva a gran velocidad, esto evita el derrape en un neumático.

Figura 10.- Angulo de hacia la izquierda.

Interior exteriorAngulo de viraje hacia la

izquierda40 30

Angulo de viraje hacia la derecha 40 30Tabla 1.- ángulos de viraje

Este ángulo de viraje se realizo la medición girando los neumáticos primero hacia un lado luego hacia otro, y se tomo líneas referenciales, al final se lo midió con un graduador.

3. Determinar el ángulo de desviación angular.

Es la resta de la desviación de ángulos girando a un lado, en la figura 5, se puede observar que Angulo es el que medimos, para este dato solo es importante conocer los datos de desviación de cada lado, y asi obtenemos el ángulo de desviación.

Interior exterior Angulo de desviación angularAngulo de viraje hacia la

izquierda40° 30° 10°

Angulo de viraje hacia la derecha 40° 30° 10°

4. Medir Batalla

La batalla es la distancia entre los ejes, se mide desde el eje delantero al eje posterior.

Figura 11.- Batalla

5. Medir Ancho de víaEl ancho de vía del automóvil es la distancia que tiene de neumático a neumático, ya sea posterior o delantero, esta medición se lo hará desde la mitad del neumático hasta la otra mitad, un automóvil puede ser un poco más estable si es más ancho, por eso es importante esta medida.

Figura 12.- Ancho de vía delantero

Ancho de vía delantero

145 cm.

Ancho de vía posterior 144 cm.

6. Determinar la relación de transmisión de la dirección

Es importante saber que ésta dirección es asistida hidráulicamente de piñón y cremallera. Para esta parte de la practica se midió cual es el Giro de volante de tope a tope, resultando ser de 3 vueltas, comparamos con la tabla que nos proporciona el manual y nos indica que es de 3.03 vueltas, por ultimo convertimos estas vueltas a grados, cada vuelta es de 360 grados entonces 3 vueltas es de

360° X 3 vueltas = 1080°

Tabla 3.- Datos técnicosFuente: Manual Nissan AD Wagon

Ahora para la relación de transmisión simplemente vamos a obtener el valor de giro que logra dar el neumático tope a tome, ya medido anteriormente. Sabemos que el neumático gira de 30° el ángulo interior y de 40° el ángulo exterior, por lo que se logra un total de 70°.

Relación de transmisión de ladirección= angulo del volanteangulodel neumatico tope a tope

=108070

=15.42

7. Determinar Ackerman.

Figura 13.- Geometría del guiado de un automóvil de dos ejes.

Según el libro “Teoría de los vehículos automóviles, de Francisco Aparicio, capitulo 6 pagina 338, formula 6.1” esta nos indica si un automóvil cumple o no con la condición de Ackerman, con la siguiente formula guiándonos por los datos de la figura 13:

Cotgδ e−Cotgδ i=BL

Datos:

Angulo δ e 30°Angulo δ i 40°

B= ancho de vía

145cm

L= batalla 241 cm

Cotg30−Cotg40=145241

0.54=0.60

En este modelo de dirección hay que tener en cuenta que si tiene los mismos centros de giro, solo que no están al 100% sino que esta modificado por el fabricante

8. Determinar el Centro instantáneo de rotación.

Figura 14.- Centro instantáneo de rotación representativo en el automovil

Para el centro instantáneo de rotación usamos Solidworks, es una herramienta de dibujo técnico muy poderosa, para esto se tuvo que recopilar datos de la medida del automóvil y ángulos que eran necesarios y están detallados a continuación en el grafico.

Figura 15.- Centro Instantáneo de rotación modelado con solidworks

Medida del ángulo del amortiguador

Medida del ángulo del plato.

9. Determinar la longitud de los triángulos de la suspensión y calcular el valor de la  caída. (positiva o negativa) y

determinar si su vehículo tiene estabilidad en la curvas, (refiérase a la diapositiva 17 del archivo SUSPENSION 1).

En el archivo nos dice que cuando mayor sea la distancia del centro instantáneo de rotación mayor será el radio y la trayectoria de la rueda será más rectilínea, y ganara menos caída negativa al comprimirse, como muestra la figura 16

Figura 16.- Angulo de caída Fuente.- http://www.grupocircuit.com/tag/alineadores-de-direccion/

Ahora el análisis se lo realizo mediante el grafico de solidworks y matlab para de esta manera saber y tener una ecuación que varia con respecto al cambio de caída de la suspensión y la longitud de esta.

Figura 17.- Cambio de caída, el cambio de la medida de la vía, en función del recorrido de la rueda

Angulo de caída (grados) Recorrido del neumático (mm)0.18 9.220.36 18.950.65 33.880.74 38.871.04 54.191.28 67.092.22 116.212.92 153.22

Tabla 4.- datos de la caída en función del recorrido de la rueda

Ahora con estos datos que se han obtenido en el solidworks, variando el recorrido y midiendo el ángulo vamos a obtener una ecuación la que nos permita conocer cómo se comporta el momento que la suspensión está funcionando. Recordemos que esto nos permite que la geometría varíe cuando el automóvil esta en curvas, en baches y en el funcionamiento normal.

Ecuación del modelo

Grafica 18.- Comportamiento de la suspensión en grados vs recorrido en mm

Explicando un poco la grafica 18 nos indica que por cada grado que rote el neumático en el momento que la suspensión funciona, se desplaza aproximadamente 60mm o 6cm la suspensión, si nos ponemos a analizar, esta suspensión es muy estable, ya que no varía mucho su grados en función del desplazamiento. Si este automóvil se sube un neumático a un rompe velocidades que aproximadamente tiene una altura de unos 20 cm equivale a que su ángulo de caída negativa apenas será de 2 grados y mejorando así su eficiencia en una curva ya que este ángulo será poco modificable dando más estabilidad al automóvil.

10. Determinar el centro de balanceo. (refiérase a la diapositiva 22 del archivo SUSPENSION 1).

Así mismo que en el ítem 9 analizaremos este centro de balanceo mediante solidworks grafico 19.

Figura 19.- Cambio ancho de vía, en función del recorrido de la rueda

Ancho de Vía (mm) Recorrido del neumático (mm)1450 01451.36 102453.02 21.981455.76 41.161458.14 57.151460.52 72.58

1466.62 110.39Tabla 5.- Cambio ancho de vía, en función del recorrido de la rueda

Recordemos que al variar el recorrido también se modifica el ancho de vía, esta modificación es mínima pero también modifica a nuestro centro de balanceo, este movimiento afecta a CB de la figura 20, este se encuentra en el eje de simetría y la unión del centro del neumático hasta el CIR, cada que la suspensión está funcionando este se mueve ligeramente , pero sería muy perjudicial que este movimiento sea excesivo.

Figura 20.- CB centro de balanceo, este centro está en el eje de simetría.

Ecuación.

Figura 21.- Cambio de vía en función del recorrido de la suspensión

El mismo ejemplo anterior si subimos a un rompe velocidades con altura de 20cm entonces el ancho de vía que es de 145cm cambiara a 145,3cm en esta suspensión no es muy significativo, pero en el momento de una competencia puede existir pistas donde se exija y este cambio es muy grande pudiendo obtener resultados destrozos.

11. Determinación de la variación de la altura de balanceo en función del centro de gravedad. (si no se puede determinar el CG imponerse el mismo;  refiérase a la diapositiva 27 del archivo SUSPENSION 1).

Sería importante conocer el centro de gravedad del automóvil, las herramientas necesarias no las tenemos, así que nos implantaremos un centro de gravedad aproximado para este automóvil,

Figura 22.-Centro de gravedad CG con respecto a centro de rolido CB “CUPLA ROLADORA”

Esta distancia nos indica si tiene mayor o menor rolido, si es mayor la distancia tendrá mayor rolido, y viceversa. Si al estar en curva se modifica la altura y el CB es mínimo, entonces varia el CG este auto varia el momento de balanceo y él un sinónimo de una suspensión inestable. El caso de nuestro auto no se puede conocer exactamente este suceso ya que no conocemos el centro real CG para analizarlo. En este caso se puede observar que en las figuras aunque exista cambio el centro CB y CG van de la mano, nos indica estabilidad, hay que tener en cuenta la transferencia de masas y otros parámetros, no es tan sencillo el cálculo de este ítem.

Conclusiones

En la figura 4 se puede observar que el neumático de emergencia esta ubicado en el centro del automóvil, para así mejorar su balanceo y equilibrar al automóvil.

El ancho de vía posterior es diferente al ancho de vía delantero, el ancho de vía delantero es un poco más ancho que el posterior.

El software para graficar elementos, es una herramienta que nos facilita muchos cálculos, nos permite de manera instantánea tomar medidas y tener una idea real del

comportamiento de una suspensión y que está muy ligada al comportamiento del automóvil de competencia.

Si conocemos la suspensión, mejoramos rendimiento en cuanto a maniobrabilidad, adherencia, estabilidad, aceleración que es importante en el momento de una competencia.

La condición Ackerman no cumple este vehículo, esto nos indica que existe momentos de derrape de los neumáticos cuando realiza una curva, para que exista Ackerman el automóvil debe ser más largo unos 20 cm mas, o su ancho de vía debe ser menor.

Explicando un poco la grafica 18 nos indica que por cada grado que rote el neumático en el momento que la suspensión funciona, se desplaza aproximadamente 60mm o 6cm la suspensión, si nos ponemos a analizar, esta suspensión es muy estable, ya que no varía mucho su grados en función del desplazamiento.

La suspensión de este automóvil es muy estable en la parte delantera, creo que nos falta un análisis completo de la suspensión posterior, que al igual acompaña al mejoramiento de una suspensión, no cabe duda que mejorar los elementos de una suspensión no basta, hay que hacer un análisis practico, que a la final, solo en la competencia y en las pruebas sabremos si estábamos en lo correcto.

En este caso los modelos matemáticos nos indican que la suspensión cambia linealmente en torno: Grados de caída vs recorrido y ancho de vía vs recorrido.

La suspensión posterior es más fácil de analizar, ya que es rígida u no se tiene tantos cambios como una suspensión independiente, además no están acopladas las puedas de dirección, esta suspensión posterior, tampoco se une el funcionamiento de de un neumático con otro, son individuales, para modificar solo se debreia poner elementos más resistentes, con menor peso.