En el presente artículo se pretende explicar a modo de resumen, las partes mas relevantes del monoplaza todo terreno; a modo de resumen, se definirá cada parte, desde el área motriz, hasta la correspondiente al diseño de chasis y suspensiones.
TRANSMISION.
Básicamente los organos que componen esta transmisión en los todo terrenos son los mismos que tradicionalmente se utilizan en los turismos, es decir: el embrague, el cambio de velocidades, los ejes de transmisión y el diferencial. Para la realización de este trabajo se baso en el diseño y fabricación de una caja de cambio de dos velocidades para la cual se efectuo un analisis dinamico del comportamiento de estas velocidades y el rendimiento en sus rangos criticos. Asi mismo fue examinada la adaptación del diseño de la caja de transmisión a alguno de los elementos mecanicos de una caja de velocidades comerciales, adaptando elementos tales como: engranajes, y flechas de mando, las cuales fueron modificadas para cumplir con los requerimientos de espacio, peso, fuerza y rapidez del vehiculo todo terreno. En la entrada la caja de transmisión se acoplara a un CVT y a la salida a una transmisión de cadena lo que permitira realizar el torque requerido y las reducciones fijas para una mejor traccion. El cincronizador junto con la horquilla creo mecanismos que articulan las velocidades, bien sean a primera o segunda marcha. Ademas, fue diseñada una carcaza para la transmisión con el fin de alojar las piezas mecanicas modificadas y los rodamientos seleccionados, asi como para aguantar las cargas presentes, la transferencia de calor y la lubricación, disipando la mayor cantidad de calor posible. Todos estos ajustes y cambios fueron calculados, simulados, fabricados y ensamblados según las condiciones y especificaciones tecnicas requeridas en las diferentes pruebas a las cuales estara expuesta el vehiculo Baja SAE LUZ.
CVT
Las cajas de cambio de variación continua son muy utilizadas en los Vehículos tipo Baja SAE, ya que son la transmisión ideal para este tipo de monoplazas, ya que varían la relación de velocidades continuamente, por lo que podemos decir que es una transmisión automática con un número infinito de relaciones. El equipo Baja Sae de la escuela de ingenieria mecanica de la universidad del Zulia tiene como objetivo competir con el vehiculo. El vehiculo contiene un sistema de transmisión integrado por un motor, una trasmisión variable continua (CVT) una caja de velocidades, catarinas y cadenas. La difícil adquisición del CVT y sus posteriores modificaciones para poder adaptarlo al sistema de transmisión son las razones por la cual se considera el diseño y construccion del CVT para este vehiculo.
El diseño del CVT comienza fijando los parámetros de diseño en funcion de la potencia entregada por el motor y del espacio interno del vehiculo. En funcion de lo anterior, se determina la geometría del cvt para poder elegir la correa adecuada. Posteriormente se diseña el resto de los elementos tomando en cuenta el analisis estructural de cada una de ellas mediante el modelado y simulación computacional para garantizar la integridad y funcionalidad del dispositivo. El CVT construido tiene un peso de 25.3Kg una relacion de transmisión que va desde 4.4 a 0.535 y ocupa un espacio aproximado de 18,825 pulgadas de largo 4,04 pulgadas de ancho y 9,04 pulgadas de alto. Esta característica nos permite movernos en la curva de potencia máxima, algo imposible con las cajas automáticas o manuales, en las que se produce un escalonamiento o salto entre las diferentes velocidades y esto nos da una gran ventaja con respecto a otros vehiculo que no poseen este elemento.
RELACION ENTRE LA TRANSMISION Y EL CVT
Para el diseño de cualquier sistema de transmisión de potencia hace falta conocer todos los elementos que los componen a detalle, a fin de modelar la transferencia de potencia desde la entrada hasta la salida, según los requerimientos necesarios de esto no se escapa el caso del vehiculo Baja SAE de la Universidad del Zulia que actualmente se encuentra en las etapas finales de diseño. Basándose en lo anteriormente expuesto, nace la necesidad del estudio del comportamiento dinámico de la CVT, por lo cual nos hemos tomado a la tarea de la construcción de un Dinamómetro para la evaluación del sistema de transmisión de un vehiculo de Competición Baja SAE, para este fin se pretende diseñar y construir un banco de pruebas capaz de obtener los datos de interés en el rango de operación de esta, utilizando un convertidor de torque comercial. Dicho banco de pruebas deberá medir valores de velocidad angular de entrada y de salida de la CVT, así como también valores de torque a la salida, este proceso se realizará determinando las variables de diseño y condición de operación del dinamómetro, el diseño de la flecha de acople del dinamómetro a la CVT, el diseño del sistema de frenado, el diseño del sistema de refrigeración, el diseño del sistema de medición, el diseño de la estructura del banco de pruebas, la construcción del banco de pruebas y finalmente la realización de pruebas del funcionamiento del dinamómetro obteniendo así el diseño y construcción de un banco de pruebas capaz de suministrar los datos de valores de torque y velocidad angular para caracterizar el comportamiento dinámico del arreglo de transmisión de potencia de los vehículos Baja SAE de la Universidad del Zulia, desde la salida del motor hasta la salida del CVT. Este banco de pruebas representaría un instrumento valioso tanto para el equipo de Baja como para la Facultad de ingeniería al permitir realizar ensayos de caracterización de salida de torque en distintos equipos rotativos.
FRENOS
El sistema de freno permite controlar el movimiento del vehículo, llegando a detenerlo si fuera preciso de una forma segura, rápida y eficaz, en cualquier condición de velocidad y carga en las que rueda. Debe cumplir los requisitos de inmovilizar al vehículo en pendiente. Por lo cual la investigación consta de seis etapas las cuales son: analisis del recorrido del vehiculo en la pista, elaboración de progamas computacionales para evaluar todo el sistema de frenos, seleccionar los discos y Calipers del sistema a traves de análisis de transferencia de calor, seleccionar el sistema hidraulido, diseñar y convertir la pedalera del vehiculo y finalmente el ensamble del sistema de frenos en el vehiculo. Se realizo un programa computacional donde conociendo las caracteristicas del disco se pueden estimar el comportamiento de transferencias de calor del disco. Adicionalmente se realizaron simulaciones Computacionales con ANSYS CFX, para conocer el comportamiento de la conveccion en los discos ya que el mismo solo puede conocer de manera experimental o a través de herramientas computacionales. De esta manera al comparar los resultados obtenidos con los analisis teoricos se llego a la conclusión del sistema de frenos no fallara de acuerdo a las exigencias de acuerdo a las exigencias del vehiculo Baja SAE. Como el sistema de frenos depende de la interaccion humana puede que este diseño sufra ligeras modificaciones al momento de concluir la construccion del prototipo Baja. En la investigación se recomienda que se coloquen tomas de aire hacia el disco trasero para así aumentar su eficiencia. Se espera que este estudio sirva de base para estudios mas detallados sobre el sistema de frenos para un vehiculo tipo Baja.
SUSPENSION.
La suspensión en un vehiculo, es el conjunto de elementos que absorben las irregularidades del terreno por el que se circula para aumentar la comodidad y el control del vehículo. El sistema de suspensión actúa entre el chasis y las ruedas, las cuales reciben de forma directa las irregularidades de la superficie transitada. Para nuestro caso las necesidades de un eficiente diseño de esta, es de vital importancia debido a las altas exigencias que se ve sometido un vehiculo de esta naturaleza. Para facilitar el diseño del sistema de suspensión se utilizaran normas y especificaciones ya establecidas bajo la SAE, en base a los fines por los cuales se desea se desempeñe el vehiculo. Finalmente para el diseño de esta se debe tomar en cuenta algunos parámetros tales como: resistencia, practicidad, costo de los materiales, peso, aspecto atractivo y adecuado según la aplicación del vehiculo, considerando siempre el funcionamiento del mismo.
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| Diseño de la suspension con amortiguador |
De esta manera, también es importante conocer los distintos tipos de suspensión que se consigan; algunos con alta tecnología y otro de usos mas frecuentes entre los cuales se seleccionara el mas propicio y adecuado, considerando también la configuración geométrica mas apta y menos compleja, para contar así con disponibilidad suficiente al momento de ubicar otros componentes y accesorios de vehiculo. Una correcta selección en la suspensión será aquella que actúe de forma independiente en cada rueda, dándole al vehiculo mayor tracción y agarre a la pista para el aprovechamiento del torque generado por el motor, un correcto diseño en su posición con respecto a los cauchos generará en el vehiculo una resistencia al torque generado por las fuerzas centrifugas al momento de tomar curvas cerradas a velocidades considerables.
