Trabajo Fin de Grado

I

Proyecto Fin de Grado

Grado en Ingeniería Aeroespacial

Recreación Virtual del automóvil

artesanal 5J

Autor: Juan Pérez González

Tutora: Cristina Torrecillas Lozano

Dep. Ingeniería Gráfica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2014

III

Proyecto Fin de Grado

Grado en Ingeniería Aeroespacial

Recreación Virtual del automóvil artesanal 5J

Autor:

Juan Pérez González

Tutora:

Cristina Torrecillas Lozano

Profesora Contratada Doctora

Dep. Ingeniería Gráfica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2014

IV

Proyecto Fin de Grado: Recreación Virtual del automóvil artesanal 5J

Autor: Juan Pérez González

Tutora: Cristina Torrecillas Lozano

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2014

El Secretario del Tribunal

Índice general

Índice general VII

Índice de figuras XIII

Agradecimientos XXI

Objetivo XXIII

Prólogo XXV

1. CAD/CAM 1

1.1. Historia del CAD/CAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. CATIA como programa CAD/CAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2.1. Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2.2. CATIA para el diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2. Introducción al prototipo 5J 17

2.1. Entrevista al creador del automóvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3. Justificación de las herramientas de trabajo 23

3.1. CATIA V5 como software de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2. Equipos de medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

vii

3.2.1. Pie de rey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.2. Cinta métrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.3. Micrómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3. Equipos auxiliares o de apoyo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3.1. Grúa elevadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3.2. Fosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.3.3. Planos de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4. Recreación del automóvil 5J 31

4.1. Descripción general del coche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2. Estructura del automóvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5. La estructura mecánica. Análisis 39

5.1. Estructura central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.2. Estructura delantera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.3. Estructura trasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6. Sistemas mecánicos principales 49

6.1. Dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

6.1.1. Volante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

6.1.2. Árbol de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6.1.3. Caja de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.1.4. Bieletas y rótulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.1.5. Manguetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.2. Frenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.2.1. Discos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

viii

6.2.2. Pinzas de freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

6.2.3. Pistones y cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.2.4. Pastillas de freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.2.5. Latiguillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.2.6. Bomba de freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

6.2.7. Pedal de freno y palanca del freno de mano . . . . . . . . . . . . 60

6.2.8. Depósito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

6.3. Neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

6.3.1. Rueda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

6.3.2. Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.4. Suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.4.1. Muelles helicoidales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.4.2. Amortiguadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.4.3. Otros elementos de la suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

7. Sistema Motor. Alimentación, Escape y Transmisión 69

7.1. Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

7.1.1. Descripción y funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

7.1.2. Otros elementos relacionados con el sistema motor . . . . . . . . 72

7.2. Sistema de alimentación y escape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7.2.1. Componentes del sistema de alimentación . . . . . . . . . . . . 79

7.2.2. Componentes del sistema de escape . . . . . . . . . . . . . . . . 82

7.3. Transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

8. Sistema de iluminación e indicación 85

ix

8.1. Luces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

8.1.1. Faros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

8.1.2. Fusibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.1.3. Cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.1.4. Mando de luces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.2. Indicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

9. Seguridad y Confort 95

9.1. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.1.1. Parachoques delantero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.1.2. Parachoques traseros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

9.1.3. Barra antivuelco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

9.2. Confort y Entretenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

10.Puesta a punto del automóvil “5J” 101

10.1. Sistema de arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

10.2. Sistema de escape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10.3. Sistema de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.4. Sistema de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.5. Sistema motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10.6. Sistema iluminación e indicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10.6.1. Elementos de alumbrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

10.6.2. Elementos de indicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

11.Conclusiones 109

x

Bibliografía 113

xi

Índice de figuras

1.1. EDSAC fue una de las primeras computadoras creadas [5] . . . . . . . 2

1.2. Primera versión de CATIA [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Programas de CAD/CAM aplicados a esta rama son: CATIA, Solid-Works, etc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4. Un programa típico de este campo es el AutoCAD. . . . . . . . . . . . 8

1.5. Ejemplo de un programa vinculado a Análisis, verificación y simulaciónde los diseños. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.6. Entorno de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.7. Conjunto realizado con el módulo Mechanical Design . . . . . . . . . . 12

1.8. Superficie de bastante complejidad tratada con Shape . . . . . . . . . . 13

1.9. Análisis realizado en el espacio de trabajo Analysis & Simulation . . . . 13

1.10. Ejemplo de pieza tratada con herramientas de control numérico . . . . 14

1.11. Distribución de tuberías y cables eléctricos elaborados con CATIA . . 14

1.12. Análisis de la interacción humana con el diseño . . . . . . . . . . . . . 15

2.1. Francisco González López en la actualidad . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2. Lugar de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3. Algunos objetos de decoración realizados . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.4. Vistas del primer diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.5. Vista frontal del primer diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

xiii

2.6. Tipos de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.7. Los nietos (uno de ellos yo) de Francisco en el primer diseño en 2003 . 21

2.8. Banda de música a la que pertenecía el Señor González . . . . . . . . . 22

3.1. Vista más característica del Pie de rey . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2. Una aplicación del calibre para este trabajo . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.3. Cinta métrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.4. El principal uso de la cinta métrica: longitud de superficies planas . . . 26

3.5. Micrómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.6. Grúas existentes en el taller del Señor González . . . . . . . . . . . . . 27

3.7. Fosa empleada en este estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.8. Ejemplo de un plano de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.1. Automóvil 5J . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2. Alzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.3. Alzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.4. Perfil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.5. Perfil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.6. Vista en perspectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.7. Vista en perspectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.8. Conjuntos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.1. Alzado y Perfil de la Estructura base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5.2. Planta y Vista Isométrica de la Estructura base . . . . . . . . . . . . . 40

5.3. Conjunto Estructura delantera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.4. Estructura delantera y algunos componentes más . . . . . . . . . . . . 42

xiv

5.5. Sistemas que son soportados por la estructura delantera . . . . . . . . 42

5.6. Contribución de fuerza que recibe cada elemento . . . . . . . . . . . . 43

5.7. Condiciones de contorno de este problema . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.8. Baremo de tensiones alcanzadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.9. Desplazamientos generados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.10. Recreación del problema planteado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.11. Condiciones de contorno para este problema . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.12. Baremo de tensiones alcanzadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.13. Desplazamientos generados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.14. Vistas más representativas de la Estructura trasera . . . . . . . . . . . 47

5.15. Análisis de los requerimientos de la estructura . . . . . . . . . . . . . . 47

6.1. Volante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6.2. Árbol de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.3. Junta cardan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.4. Caja de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.5. Sistema cremallera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6.6. Bieleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.7. Rótula de dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.8. Conjunto mangueta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.9. Discos de frenos delanteros y traseros . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

6.10. Disco de freno de mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

6.11. Pinza de freno para la configuración delantera y el conjunto del freno demano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

6.12. Integración de la pinza de frenos delantera . . . . . . . . . . . . . . . . 57

xv

6.13. Integración de la pinza del freno de mano . . . . . . . . . . . . . . . . 58

6.14. Sistema de accionamiento de la pinza del freno de mano . . . . . . . . 58

6.15. Integración de la pinza trasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.16. Bomba de freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

6.17. Pedal de freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.18. Palanca del freno de mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.19. Llantas de este automóvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.20. Vistas exteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

6.21. Diferencias existentes entre la configuración delantera y trasera . . . . 64

6.22. Muelle de este diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.23. Configuración de la suspensión delantera . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.24. Configuración de la suspensión trasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

6.25. Brazos articulados delanteros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.26. Detalle de los silentbloks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

7.1. Detalle del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

7.2. Aletas de refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

7.3. Componentes que constituyen un motor . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

7.4. Recreación completa del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

7.5. Comparación entre recreación virtual y modelo real . . . . . . . . . . . 72

7.6. Motor de arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7.7. Elementos de un carburador elemental . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.8. Carburador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.9. Pedal del acelerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

7.10. Pedal del embrague . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

xvi

7.11. Palanca de cambios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.12. Movimientos de la palanca cambios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.13. Motor de arranque para la marcha atrás . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

7.14. Palanca de marcha atrás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

7.15. Depósito de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7.16. Depósito integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

7.17. Bomba de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

7.18. Aforador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

7.19. Tuberías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

7.20. Colector de escape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

7.21. Silenciador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

7.22. Eje de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

7.23. Engranaje del eje de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

7.24. Detalle de la transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

8.1. Reflectores del sistema de alumbrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

8.2. Lámparas del sistema de iluminación del “5J”. Lámparas de carretera,posición, antinieblas, marcha atrás e intermitentes. . . . . . . . . . . . 87

8.3. Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para el faro decarretera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

8.4. Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para los faros deposición y maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

8.5. Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para el faro anti-nieblas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

8.6. Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para los faros tra-seros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.7. Sistema de alumbrado del “5J” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

xvii

8.8. Mando de luces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.9. Lámpara del freno de mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

8.10. Lámpara del punto muerto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

8.11. Cuadro de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

9.1. Parachoques delantero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.2. Parachoques trasero superior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

9.3. Parachoques trasero inferior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

9.4. Barra antivuelco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

9.5. Asientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

9.6. Integración de los asientos en el modelo CAD . . . . . . . . . . . . . . 98

9.7. Radio clásica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

9.8. Altavoz izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

10.1. Sistema de arranque automático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

10.2. Sistema de arranque manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

10.3. Sistema de arranque manual modificado . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10.4. Sistema de escape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

10.5. Sistema de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.6. Integración del sistema en el vehículo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

10.7. Refuerzos instalados en la transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

10.8. Fijación final del motor a la estructura trasera . . . . . . . . . . . . . 105

10.9. Revisión luces de alumbrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

10.10.Revisión lámpara de posición de punto muerto . . . . . . . . . . . . . 107

10.11.Revisión lámpara de freno mano activado . . . . . . . . . . . . . . . . 108

xviii

10.12.Revisión iluminación del cuadro de indicación . . . . . . . . . . . . . . 108

11.1. Listado de piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

11.2. Resultado final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

xix

Agradecimientos

En este punto, me gustaría dar las gracias a todas esas personas que han contribuidodirecta o indirectamente en este proyecto.

En primer lugar quiero agradecer a Cristina Torrecillas Lozano su trato conmigo, suguía y supervisión a lo largo de todos estos meses, ya que me han permitido conseguirlos objetivos iniciales de los que partía.

También quiero expresar mi gratitud a todos los miembros de mi familia, espe-cialmente a mi madre, padre y abuelo. Todos ellos han contribuido a su manera paraobtener el resultado mostrado en estas páginas.

Por último recordar a mi hermano, novia y amigos, Miguel Ángel y Juan Francisco,porque gracias a ellos todo es siempre más fácil.

Gracias a todos.

xxi

Objetivo

El proyecto que se presenta pretende recrear un prototipo de coche de autor de hace10 años, intentando averiguar que posibilidades hubiera podido tener el autor de habertenido disponible un software de diseño industrial 3D. El objeto de este proyecto es elautomóvil “5J”. Se trata de un “diseño artesanal”, refiriéndose con esto a un modeloque no ha sido tratado mediante sistemas informáticos gráficos. La información que sedispone de éste se encuentra en las medidas reales y en las fotos que se pueden tomar.

En segundo lugar, inmerso en la elección de este proyecto, se pretende continuar laformación en un software de diseño tan importante como es el programa CATIA V5,que aumenta en gran medida las competencias de todo ingeniero.

Así pues, el objetivo del proyecto consiste en la elaboración del diseño virtual delautomóvil “5J”. Para ello se tiene que:

Modelar todas las piezas que conforman el modelo. Estas piezas se almacenanclasificándolas por subconjuntos al que pertenecen. De esta manera se garantizauna mayor organización que facilita la operación siguiente.

Ensamblar las piezas. Creando en primer lugar pequeños productos según lasdependencias funcionales existentes entre las piezas y a partir de ahí generar elproducto final.

Por último, con este documento se quiere hacer un homenaje al creador del auto-móvil por tantas “maravillas” realizadas. Aunque en este trabajo se realice el estudiode uno de sus modelos, tiene en su palmarés una gran variedad de diseños dignos deevaluación y análisis.

xxiii

Prólogo

En los primeros capítulos (1, 2 y 3) de este documento se abarcan distintos puntosque introducirán al objeto en estudio. Estos son:

Se comienza analizando la historia y evolución de la industria del CAD/CAM,desde su aparición hasta nuestros días. Se concretan los avances que han impul-sado el desarrollo de dicha industria.

Más tarde, se muestra de forma general todo lo que el programa CATIA ofrece,centrándose el estudio en mayor detalle en las funciones principales del programaque afectan a dicho proyecto: modelado y ensamblaje.

A continuación, se realiza una entrevista al creador del prototipo. Esta entrevistase centra en su vida, otros diseños y objetos realizados por él y por último secomentan diferentes conceptos referentes al modelo en estudio.

Por último, se realiza una justificación de las herramientas empleadas, ya sea parala recreación virtual del modelo (programa CAD), como el resto de herramientasque han permitido dicha modelación, como son: cinta métrica, pie de rey, grúaelevadora o cámara de fotos entre otros.

Tras estos capítulos introductorios, se realiza una breve descripción del automóvilen estudio, mostrando sus características generales y esquematizando los subconjuntosque lo integran.

Los capítulos siguientes constituyen el núcleo del documento, en ellos se describende forma detallada el comportamiento, funciones y características de cada sistema y sepresenta la recreación y su comparación con la realidad.

Por último, como conclusión, se analizan los resultados principales obtenidos, si sehan conseguido los objetivos iniciales y comentarios relevantes sobre el desarrollo delproyecto.

xxv

Capítulo 1

CAD/CAM

Este capítulo recoge dos puntos fundamentales: la Historia del CAD/CAM y CATIAcomo programa CAD/CAM. En primer lugar se trata la evolución histórica que hanexperimentado los sistemas CAD/CAM desde sus orígenes, haciendo hincapié en losacontecimientos más relevantes. Posteriormente se realiza un análisis del programaCATIA y de las altas prestaciones que ofrece.

1.1. Historia del CAD/CAM

El Diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM) es una disciplinaque estudia el empleo de programas informáticos como herramienta de soporte en todoslos procesos involucrados en el diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto. Seha convertido en un requisito indispensable para la industria actual que se enfrenta ala necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseñoy producción. La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizardichos programas e integrar todos los procesos, para reducir los costes (de tiempo ydinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación [1].

El diseño asistido por ordenador se emplea en una gran variedad de campos profe-sionales como las industrias aeroespaciales, de automoción, construcción naval, diseñoarquitectónico, etc. Su utilización para el diseño de sistemas electrónicos se conoce co-mo EDA (Electronic Design Automation), para el diseño mecánico se le conoce comoMDA (Mechanical Design Automation), entre otros [2].

Las siglas CAD son el acrónimo de diseño asistido por ordenador (‘Computer AidedDesign’). Es una tecnología basada en el uso de computadores para realizar labores decreación, modificación, análisis y optimización de un diseño. Las aplicaciones de CAD seextienden desde el modelado geométrico hasta la evaluación y mejora de un productoen concreto. Entre estos dos límites se encuentran las herramientas de modelado yestudio de tolerancias, análisis de propiedades físicas (masa, densidad, volumen, centro

1

Capítulo 1. CAD/CAM

de gravedad o por ejemplo inercia), ensamblado de piezas, etc. Sin embargo, la funciónprincipal es la definición de la geometría del diseño, ya que de ésta dependerán el restode actividades sucesivas. Una vez que los parámetros geométricos han sido introducidosy almacenados en el sistema informático, el diseñador puede manipularlos o modificarlas ideas preliminares del diseño con mayor facilidad, lo que es una gran ventaja a lahora de afianzar un diseño solido y consistente.

Por otro lado, las siglas CAM (‘Computer Aided Manufacturing’) se refieren alempleo de sistemas informáticos para la planificación, gestión y control de una plantade fabricación mediante una interfaz directa o indirecta entre el sistema informático ylos recursos de producción. El control sobre las máquinas-herramientas se establece através de los códigos de Control Numérico que se generan en los programas CAM. Estecódigo consiste en una lista de instrucciones programadas que la máquina-herramientaentiende y procesa. Con el CAM se consigue una automatización en la generación dedichas instrucciones consiguiendo un aumento de la eficiencia y versatilidad y disminu-ción de costes y errores humanos [1]. Algunos aplicaciones de CAM son: La fresadora,la soldadura por puntos, la taladradora, etc.

Tras analizar las ventajas que presentan los sistemas CAD y CAM por separado,parece lógico, que ambos sistemas se combinen aunando los puntos positivos de ambos.Esta combinación permite el transvase de información desde el proceso de diseño hastala etapa de fabricación de un prototipo, sin tener que volver a insertar manualmentelos parámetros geométricos del modelo.

Para comprender con mayor profundidad el impacto que han tenido en la industriamoderna estos softwares se analiza la evolución histórica de los mismos. En la historiadel CAD/CAM se pueden encontrar precursores de estas técnicas en dibujos de civili-zaciones antiguas como es el caso de Egipto, Grecia o Roma. También los desarrollosde Leonardo Da Vinci muestran técnicas CAD actuales como el uso de perspectivas.Sin embargo, la verdadera expansión de estas técnicas o procedimientos esta ligada alorigen y desarrollo de los computadores a partir de los años 50.

Figura 1.1: EDSAC fue una de las primeras computadoras creadas [5]

2


ANTES DE 1970

El primer sistema gráfico apareció a mediados de los años 50, desarrollado porel laboratorio Lincoln del MIT (Massachusetts Institute of Technology). El US AirForce’s SAGE air defence system consistía en un sistema para mostrar la informacióncomputada por el radar junto con otra serie de parámetros. En este período y tambiénen el MIT aparece el concepto de control numérico, programa “PRONTO”. El autor deeste gran avance fue el Dr. Patrick J. Hanratty, considerado el padre del CAD/CAM.Por último, también se produce el origen del lápiz óptico y de las primeras máquinas-herramientas [3].

En la década de los 60 aparecen los primeros pasos hacia la industria del CAD. Enel MIT Ivan Sutherland realiza un proyecto llamado SKETCHPAD, bloc de dibujo.Se desarrollan otros proyectos paralelos como The Electronic Drafting Machine enITEK. También se produjo la aparición comercial de las pantallas de ordenador. Enresumen, se caracteriza esta época por el uso de grandes computadores, terminales derepresentación vectorial y programas desarrollados en lenguaje ensamblador.

En 1969 se funda Computervision, compañía creada para el desarrollo de sistemasde producción de dibujos; y en el mismo año venden el primer sistema comercial deCAD a Xerox [3].

DÉCADA DE LOS 70

En los inicios de esta época, son ya varias compañías las que ofrecen equipos auto-matizados de diseño y dibujo, como General Motors, Mercedes-Benz, Renault, Nissan,Toyota, Lockheed, McDonnell-douglas, Dassault, etc. Todas se pusieron a trabajarintensamente en el CAD/CAM. Una de las mencionadas, Dassault, creó el primer pro-grama de CAD/CAM denominado DRAPO (‘Definición y Realización de Aviones PorOrdenador’).

En 1971 Control Data establece contactos con Cambridge con el objetivo de conse-guir la creación de mallados para elementos finitos. Un año más tarde, CUED (‘Cam-bridge University Engineering Department’) obtiene dos máquinas-herramientas decontrol numérico de 3 ejes, permitiendo utilizar todo el trabajo obtenido en el CADpara el CAM.

En 1976 United Computing, empresa fundadora de ‘Unigraphics CAD/CAM/-CAE system’, es comprada por Mc Donnell Douglas. Otro acontecimiento relevante,fue la creación de un programa tridimensional e interactivo (antecesor a CATIA) porAvions Marcel Dassault, apareciendo así los primeros sistemas 3D. Un poco más tarde,en 1979, Boeing, General Electric y NIST desarrollan un formato de archivo neutralpara el intercambio de información CAD/CAM entre sistemas distintos [4].

A finales de la década, se dieron los primeros pasos hacia programas de modeladosólido. Éstos empleaban técnicas geométricas básicas, como cilindros, esferas y parale-lepípedos. Estas geometrías se combinaban utilizando operaciones booleanas.

3


Las características de un programa CAD típico en este momento eran [3]:

Microprocesador de 16 bits con un máximo de 512 Kb de memoria.

Sistema de almacenamiento con capacidad de 20 a 300 Mb.

Un precio de unos 125.000 dólares.

DÉCADA DE LOS 80

En esta década, se formaliza el empleo de las técnicas CAD/CAM propiciada porlos avances en hardware (computadores más potentes) y el origen de aplicaciones en3D capaces de crear superficies complejas y modelado sólido. Aparecen gran cantidadde utilidades en todos los campos de la industria que usan técnicas de CAD/CAM, yse comienza a tratar el tema de realidad virtual.

Realizando un recorrido más detallado, destacar [3]:

En 1980, Matra Datavision es fundada como parte de Lagardene Group, ycomienza a producir software CAD/CAM.

En 1981, se crea Dassault Systems y Unigraphics introdujo el primer sistemade modelado de sólidos, UniSolid.

En 1982, aparece CATIA Version 1, sistema destinado para el diseño 3D, mo-delado de superficies y programación de códigos de control numérico. En estemismo año se funda Autodesk en California. También se produjo la primera de-mostración pública de un programa CAD que funcionaba en un PC (primeraentrega de AutoCAD).

Figura 1.2: Primera versión de CATIA [6]

4


En 1983, se instaura en el mercado Unigraphics II. También aparecen las primerasversiones AutoCAD alemana y francesa.

En 1984, se añaden capacidades de drafting a CATIA, lo que permite a éstefuncionar de forma independiente a CADAM. Por otro lado, se crea también elprimer centro de formación de Autodesk. En cuanto al sistema AutoCAD, aparecela versión 2 con una gran número de mejoras.

En 1985, MicroStation ofrece diseño asistido por ordenador avanzado para PC.CATIA se establece como sistema lider en el sector aeronáutico. Su versión 2integra funciones de drafting, modelado sólido y robótica. Por último, se crea laversión 2.1 de AutoCAD, ésta incluye funciones 3D y comandos polilíneas.

En 1986, se introduce en el mercado la versión 2.18 de AutoCAD, que incluía ellenguaje completo de programación AutoLISP (basado en ASCII). También seestablece la revista Cadence, que se convertirá en la mayor publicación de CADindependiente en el mundo. Otro acontecimiento representativo fue la presenta-ción por MCS de un sistema CADD/CAM/CAE 3D (más poderoso duránte unadécada). Por último, comentar que en este año, AutoCAD alcanza ya las 50.000copias vendidas en todo el mundo.

En 1987, ISICAD compra CADVANCE y desarrolla la primera aplicacón de CADpara Windows. También, se introduce en el mercado la versión 2.6 de AutoCAD.

En 1988, CATIA versión 3 es anunciado con la funcionalidad AEC (se convierteen el programa líder en aplicaciones de automoción).

En 1989, Parametric Proo lanza T-FLEX, el primer programa de CAD mecánicoparamétrico. Por otro lado, Parametric Technology, ofrece la primera versión dePro/ENGINEER.

DÉCADA DE LOS 90

Este período se caracteriza por una automatización cada vez más completa de lasactividades de los distintos campos industriales, en los que se va generalizando el usode las múltiples técnicas de diseño, análisis, simulación y fabricación.

Al igual que en la década anterior, realizando un estudio anual [3]:

En 1990, McDonnell Douglas selecciona a Unigraphics como el estándar de laempresa para el CAD/CAM/CAE. En este mismo año, Autodesk lanza Auto-CAD Release 11, con soporte de red, que permite instalar una única copia delprogama en un servidor de la red. Autodesk es la empresa que más programas deCAD vende en todo el mundo.

En 1991, Microsoft comienza a desarrollar Open GL para su uso con WindowsNT. También, se produce el primer movimiento de Autodesk para entrar en elmercado arquitectónico con ArcCAD. Por último, Varimetrix desarrolla un sis-tema CAD con modelado geométrico híbrido.

5


En 1992, los programas CATIA y CADAM comienzan a unificarse progresiva-mente aunando las mejores tecnológicas de cada sistema.

En 1993, Unigraphics introduce el modelado híbrido, que ofrece tanto herramien-tas de parametrización avanzada como tecnologías de modelado constructivastradicionales. Por otro lado, se lanza al mercado AutoCAD 12 para Windows,que fue uno de los programas de CAD más existosos hasta el momento. También,en este año, se presenta la vesión 4 CATIA-CADAM, que mejora de forma sig-nificativa la robustez del programa, la arquitectura abierta de programación y lafacilidad de uso. Por último, comentar que se funda una nueva empresa de CADdenominada SolidWorks Inc.

En 1994, aparecen nuevas versiones de programas existentes ya comentados. Alfinal de año, AutoCAD es el programa con más ventas realizadas (más de unmillón).

En 1995, Unigraphics se presenta en Microsoft Windows NT. Por su parte, Au-todesk crea su primer sitio web (‘www.autodesk.com’). Por otro lado, se lanza elprimer programa para la plataforma Windows 95, MicroStation 95. Otro acon-tecimiento relevante fue que, Dassault Systemes lanza ProCADAM, una versiónreducida de CATIA para su empleo en sistemas NT.

En 1996, la empresa General Motors elige a Unigraphics como único programapara desarrollar sus vehículos. SolidWorks Co. lanza Solid Works, un ambiciosopaquete 3D, que incorpora un completo modelador de superficies y una buenainterfaz de usuario gráfica. También salieron al mercado: CATIA-CADAMsolutions versión 4, Solid Edge versión 3 y AutoCAD LT 95, entre otros.

En 1997, continúan lanzándose nuevas versiones de los programas ya existentes.Revit Technology Corporation revoluciona el diseño de los edificios con Revit, elprimer modelador paramétrico de edificios desarrollado para la industria AEC.En este momento, el mercado de CAD/CAM a nivel mundial se encuentra de lasiguiente manera:

1. Parametric Technology2. Dassault Systems3. EDS/Intergraph4. SDRC5. Autodesk

En 1998, Dassault Systems crea ENOVIA Corporation. Unigraphics SolutionsEDS, subsidiaria de EDS, se convierte en la primera organización de CAD/ CA-M/CAE/PDM en recibir la certificación ISO 9001. Algunas versiones novedosasque aparecieron en esta década son: AutoCAD 14, Solid Edge version 3,Solid Works 98, etc.

En 1999, Dassault Systems lanza al mercado CATIA versión 5 para sistemasbasados en Windows NT y UNIX. En este mismo año, adquiere SAFEWORK.Por otro lado, VectorWorks es lanzado como una sustitución del MiniCAD. Por

6


último, otro acontecimiento destacado, fue que Parametric Technology adquirióComputervision y su producto CADDS 5.

2000 - NUESTROS DÍAS

El diseño y la fabricación asistidos por ordenador han alcanzado en la actualidadun alto nivel de implantación y desarrollo en las empresas. Se han establecido comouna necesidad fundamental para la evolución de éstas en un mundo cada vez máscompetitivo y exigente.

El empleo de estas técnicas cumplen los objetivos de acortar tiempos y reducircostes de producción, además de aumentar la calidad de los productos. Estos son lostres factores fundamentales a tener en cuenta para garantizar el éxito de un producto,y con éste el de la empresa creadora.

Las herramientas CAD/CAM han tenido un desarrollo espectacular, extendiéndosesu empleo a la práctica totalidad de las áreas industriales. Para analizar el desarrollode forma detallada en cada una de las áreas, se procede al siguiente estudio [7]:

MECÁNICA

Este es el área donde estas técnicas han sido más utilizadas durante toda su historia,sobretodo en los campos Aeroespacial y Automoción. Las aplicaciones más habitualesdel CAD/CAM en esta rama son:

Librerías de piezas mecánicas normalizadas.

Modelado y simulación de moldes.

Análisis por teoría de elementos finitos.

Prototipado rápido.

Generación y simulación de programas de CN y robots.

Traductores de formatos neutros (IGES, STEP).

7


Figura 1.3: Programas de CAD/CAM aplicados a esta rama son: CATIA, SolidWorks,etc.

ARQUITECTURA E INGENIERÍA CIVIL

En los orígenes del CAD/CAM, se utilizaban herramientas 2D para delineación,en la actualidad se han creado potentes aplicaciones 3D permitiendo gran variedad deutilidades:

Librerías de elementos de construcción normalizados.

Diseño arquitectónico y de interiores.

Diseño de obra civil.

Cálculo de estructuras.

Figura 1.4: Un programa típico de este campo es el AutoCAD.

INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Las aplicaciones más importantes vinculadas con esta rama son:

8

1.2. CATIA como programa CAD/CAM

Librerías de componentes normalizados.

Diseño de circuitos integrados.

Diseño de placas de circuito impreso.

Diseño de instalaciones eléctricas.

Análisis, verificación y simulación de los diseños.

Programación de CN para el mecanizado o montaje de placas.

Figura 1.5: Ejemplo de un programa vinculado a Análisis, verificación y simulación delos diseños.


En la actualidad existen una gran variedad de programas de diseño asistido porordenador, como los ya mencionados SolidWorks, Solid Edge o AutoCAD, entre losque se encuentra CATIA.

CATIA es un programa CAD/CAM/CAE elaborado por Dassault Systems. Estádesarrollado para proporcionar apoyo desde el diseño hasta la fabricación y análisisde productos. Posee una arquitectura abierta que permite el desarrollo de aplicacionesy la personalización del programa. Las interfaces de programación se pueden realizarempleando Visual Basic y C++ [8].

En sus inicios, se desarrolló para la industria Aeroespacial, haciéndose gran hincapiéen el diseño de superficies complejas. Por otro lado, CATIA es ampliamente utilizadoen el campo de la Automoción para el diseño y desarrollo de componentes de la carro-cería. Por último, señalar que también en los últimos tiempos, se están desarrollandoaplicaciones concretas para el sector de la construcción [8].

9


Es un sistema constituido por un alto número de módulos que permiten con mayorfacilidad el diseño, ensamblaje, análisis, ... de productos. Realizando una correcta elec-ción de dichos módulos se puede conseguir un importante ahorro en tiempo y dinero.

1.2.1. Historia

CATIA comenzó en 1977 de la mano del fabricante de aviones francés AvionsMarcel Dassault. Inicialmente se denominaba CATI, pero en 1981 se estableciódefinitivamente CATIA.

En 1984, la Compañía Boeing seleccionó a CATIA V3 como el sistema principalde CAD en 3D.

En 1988, CATIA V3 fue portado desde ordenadores centrales a UNIX.

En 1990, General Dynamics Electric Boat Corp eligió CATIA como herramientade CAD 3D para diseñar los submarinos US Navy’s Virgina.

En 1992, CADAM fue adquirido por IBM, y al año siguiente se publicó CATIACADAM V4.

En 1998, CATIA V5 fue publicado y era una versión completamente reescrita deCATIA con soporte para UNIX, Windows NT y Windows XP.

En 2008, Dassault lanzó CATIA V6.

En 2010, Dassault publicó CATIA V6R2011x, la última versión de su plataformade PLM 2.0, sin dejar de dar soporte y mejora al software CATIA V5.

Hoy día, las últimas versiones de CATIA V5 y CATIA V6 lanzadas al mercadoson, respectivamente, CATIA V5R2013X y CATIAV62013X [10].

1.2.2. CATIA para el diseño

Como se ha comentado anteriormente, en la actualidad, el empleo del software CA-TIA en el ámbito industrial está enormemente extendido, y presenta un gran desarrolloen una gran variedad de proyectos.

La razón fundamental por la cual este software presenta esta hegemonía, se debea dos razones fundamentales: su escalabilidad y modulabilidad, dos características quese muestran abiertamente en el entorno que posee dicho programa. CATIA presentamultitud de aplicaciones agrupadas en distintos espacios de trabajo recogidos en unsolo interfaz, lo que permite controlar todas las fases de un proyecto: diseño, cálculo,validación y presentación.

10


Figura 1.6: Entorno de trabajo

Se pueden observar (Figura 1.6) los distintos espacios de trabajo que componeneste software y la modulabilidad que posee cada espacio de trabajo, como por ejemplo,Mechanical Design.

Los espacios de trabajo más importantes son los siguientes:

Infrastructure. No presenta módulos para el diseño, sino para estructurarlo ycomplementarlo. Se utiliza fundamentalmente para controlar el aspecto del diseño(creando nuevos materiales o añadiendo pegatinas), elaborar catálogos e interac-turar con otras versiones de CATIA. Algunos de los módulos que pertenecen aeste espacio de trabajo son: Product Structure, Material Library, Catalog Editoro Photo Estudio.

Mechanical Design. Está compuesto por una serie de módulos orientados aldiseño y modelado de elementos mecánicos, tanto en 3D como en 2D. Comentarque presenta módulos concretos para piezas de chapa, estructuras metálicas, ypiezas creadas por inyección de plástico. Los principales módulos que componeneste espacio de trabajo son:

• Part Design (Diseño de sólidos). Posee unas herramientas que permiten dise-ñar cualquier tipo de geometría en formato sólido. Esta aplicación combinala gran capacidad del diseño basado en elementos y la flexibilidad de lasoperaciones booleanas. Una estructura de árbol permite ver gráficamente laorganización establecida en el diseño.

• Assembly Design (Gestión de conjuntos). Este módulo contiene las herra-mientas para ensamblar piezas y crear conjuntos. Permite de forma sencillaestablecer restricciones entre los elementos del mecanismo, posicionar cada

11


elemento en su sitio y comprobar la corrección del montaje. También per-mite detectar colisiones y holguras entre los elementos o generar una tablacon los distintos elementos que constituyen el conjunto.

• Sketcher (bocetos). Con este grupo de herramientas se pueden realizar bo-cetos de geometría de alambre (puntos, líneas o curvas) plana dentro de las3 dimensiones. Permite la creación rápida y precisa (con restricciones) deperfiles en 2D.

• Drafting (Planos). Este espacio de trabajo es fundamental si se quiere rea-lizar planos a partir de la geometría 3D diseñada. Los planos obtenidosson totalmente compatibles con las últimas versiones de la mayoría de losestándares de dibujo 2D.

• Wireframe and surface Design (Alambres y superficies). Este es el módulobásico de diseño de piezas en formato superficies. Es un módulo que poseeherramientas para tratar superficies de manera sencilla. Si se quiere trabajarcon una herramienta de diseño de superficies potente y sin limitaciones elmódulo más adecuado es Generative Shape Design.

Figura 1.7: Conjunto realizado con el módulo Mechanical Design

Shape. Está destinado para trabajar con superficies no regladas, permitiendogeometrías de gran complejidad. Permite diseñar, modificar y realizar análisis deconectividad a todo tipo de elementos superficiales. Entre otros, los módulos másdestacados son: FreeStyle, Sketch Tracer, Digitized Shape Editor y GenerativeShape Design.

12


Figura 1.8: Superficie de bastante complejidad tratada con Shape

Analysis & Simulation. Este espacio de trabajo posee las herramientas nece-sarias para el análisis estructural. Se divide en dos módulos:

• Advanced Meshing Tools. Genera mallados de piezas con superficies comple-jas.

• Generative Structural Analysis. Contiene el conjunto de herramientas quepermiten el análisis estructural en CATIA.

Figura 1.9: Análisis realizado en el espacio de trabajo Analysis & Simulation

AEC Plant. Presenta un único módulo, Plant Layout, que permite crear fácil-mente un diseño de distribución en planta para la industria. El principal objetivoes que el primer diseño pueda realizarse rápidamente.

Machining. Está dedicado a la fabricación por control numérico. Proporcionaun alto número de herramientas que permiten gran variedad de operaciones dis-tintas. También se encarga de calcular la trayectoria de las herramientas segúnlas especificaciones introducidas y de generar el código de control numérico.

13


Figura 1.10: Ejemplo de pieza tratada con herramientas de control numérico

Digital Mockup. Permite verificar la validez de un diseño mediante la realiza-ción de un gran número de simulaciones. Los módulos más destacados de esteespacio de trabajo son: DMU Navigator, DMU Space Analysis y DMU Kinema-tics.

Equipments and Systems. Ofrece gran variedad de aplicaciones de distin-tos ámbitos, tales como instalaciones de tuberías o eléctricas. En estos campos,permite la organización y optimización de los trazados para garantizar el mejoraprovechamiento del espacio de diseño.

Figura 1.11: Distribución de tuberías y cables eléctricos elaborados con CATIA

Ergonomics Design & Analysis. Agrupa los módulos que se encargan delestudio de la interacción humana con el conjunto diseñado. Con este espacio detrabajo se puede validar/rechazar el diseño desde este punto de vista.

14


Figura 1.12: Análisis de la interacción humana con el diseño

Knowledgeware. Proporciona una serie de capacidades muy interesantes quepermiten a los diseñadores crear sus propias especificaciones y reglas, salvándolasen documentos, y reutilizándolas de nuevo. Las aplicaciones que se necesitan paradesarrollar soluciones del Conocimiento se han dividido en tres partes:

• El consejero del conocimiento (Knowledge Advisor).• El conocimiento experto (Knowledge Expert).• Plantillas de producto del conocimiento (Product Knowledge Template).

15


16

Capítulo 2

Introducción al prototipo 5J

Francisco González López, un andaluz de 82 años que vive en Campofrío (Huelva)y que trabajó durante 37 años en Rio Tinto Company Limited, es el creador de esteautomóvil.

Figura 2.1: Francisco González López en la actualidad

17

Capítulo 2. Introducción al prototipo 5J

Este capítulo muestra la información recopilada de la entrevista realizada al SeñorGonzález.

2.1. Entrevista al creador del automóvil

Se le plantea la posibilidad de realizarle una entrevista para conocer aspectos de suvida profesional y los motivos por los cuales realizó el diseño en estudio. Así pues sequeda en su taller, al que todavía va todos los días.

1. P. ¿Cuándo empezó a trabajar?R. Fuí a la escuela hasta los 14 años y realicé trabajos en el campo hasta que alos 18 empecé a trabajar en la empresa Rio Tinto Company Limited.

2. P. ¿Cuál fué su primer trabajo?R. Mi primer trabajo fue como aprendiz devanando motores eléctricos. Más tardepasé a desempeñar trabajos de tornero, mecánico y fresador.

3. P. ¿Cómo se formó como mecánico?R. La misma empresa me proporcionaba los cursos de formación, que recibía enel mismo horario de trabajo.

4. P. ¿Cuántas horas trabajaba?R. En la empresa 8 horas, pero yo monté un taller particular en mi pueblo, donderealizaba trabajos de mecánico por la tarde durante otras 4 horas.

(a) Taller (b) Señor González trabajando en el torno

Figura 2.2: Lugar de trabajo

18


5. P. ¿Qué trabajos realizaba en la empresa?R. Durante los 37 años que estuve en la empresa realicé trabajos de elaboraciónde piezas para los camiones y vehículos de la empresa: manguetas para las ruedas,directrices, tornillerías, métricas, ... Más tarde hice un curso de motores de explo-sión, combustión interna y de máquinas de vapor (combustión externa) y empecéa reparar las máquinas de vapor que arrastraban los vagones que transportabanel mineral a Huelva. Posteriormente, cuando se dejaron de utilizar las máquinasde vapor, reparaba las locomotoras diesel eléctricas.

6. P. ¿Cuándo empezó a elaborar objetos artesanales?R. Ya mientras trabajaba en Riotinto aprovechando restos de materiales comoplanchas de latón y de cobre elaboré objetos artesanales para decoración. Éstoslos realice con mis manos utilizando plantillas.

Figura 2.3: Algunos objetos de decoración realizados

7. P. ¿Siempre ha trabajado en la misma empresa?R. Si, hasta que por problemas de la empresa, fuí objeto de una reestructuraciónde empleo. Por mis años de trabajo y el tipo de trabajo realizado me jubilaron,tenía 55 años.

8. P. ¿Qué hizo a partir de entonces?R. Continuar con mi taller particular, pero no podía realizar trabajos remune-rados. Como me gustaba mucho el trabajo artesano y tenía mucho tiempo libre,empecé a realizar otros trabajos para familiares y amigos, casi todo de forja: cabe-ceros, percheros, lámparas, estanterías, mesas, sillones,... y otros muchos objetosdecorativos.

19


9. P. Se observa que no solo ha diseñado objetos de decoración ¿Cuándose le ocurrió hacer otro tipos de modelos?

(a) Vista lateral (b) Indicadores y palancas

Figura 2.4: Vistas del primer diseño

Figura 2.5: Vista frontal del primer diseño

R. Cuando nacieron mis nietos les fabriqué algunos, llamemos “juguetes”. Primeroles hice dos modelos de patinetes, utilizando materiales que yo tenía o comprabay aprovechando piezas que yo poseía o realizaba en el torno. Más tarde les hiceun primer vehículo, ya con motor, que incluso salió en un programa de televisión.Hubo un segundo vehículo, que pretendió ser un quad, pero no salío como yoesperaba, pues no conseguí darle la potencia necesaria, ya que los materiales eranmuy pesados. Por último hice, el “5J” que sí dió resultado, aunque sólo podíanusarlo en un terreno particular.

20


(a) Diseño 1 (b) Diseño 2

Figura 2.6: Tipos de modelos

Figura 2.7: Los nietos (uno de ellos yo) de Francisco en el primer diseño en 2003

10. P. ¿De dónde obtuvo los materiales?R. Los sistemas principales que componen el coche, como la dirección, los frenos,el conjunto motor,... proceden de automóviles antiguos que han pasado por estetaller. En cuanto a los tubos de la estructura, se compraron en la empresa localTransmejías S.L.

11. P. ¿Alguna otra afición?R. La música. Cuando era joven formé parte de una banda donde tocaba elclarinete. Me hubiera gustado formarme pero no tuve la posibilidad.

21


Figura 2.8: Banda de música a la que pertenecía el Señor González

12. P. En la actualidad ¿Sigue trabajando en su taller?R. Todos los días, me levanto temprano y después de tomar un café en un barcercano a mi taller, me dedico a hacer pequeños trabajos, ya casi todos decorativosy de pequeño tamaño, puesto que por mi edad no puedo realizar trabajos quesupongan un gran esfuerzo físico. Mientras pueda seguiré ocupando algunas horasde la mañana en mi taller, donde además recibo la visita de amigos y paisanosque buscan charla y compañía.

Tras la visita al taller de Francisco, ver sus trabajos y escucharle, se deduce quese trata de una persona con unas inquietudes creativas que se han visto limitadas porlas circunstancias de su vida, sobre todo a nivel de formación y recursos. Pero que apesar de todo ha encauzado hacia creaciones destinadas a su entorno más cercano defamiliares y amigos.

22

Capítulo 3

Justificación de las herramientas detrabajo

En este capítulo se realiza un análisis y justificación de las herramientas y utensiliosque permiten el desarrollo del proyecto: software utilizado, equipos de medidas (Pie derey, Cinta métrica y micrómetro) y equipos auxiliares o de apoyo.

3.1. CATIA V5 como software de diseño

En este apartado se analizan las razones de la elección de este software de diseño,entre las distintas posibilidades existentes en el mercado, para modelar el automóvil‘5J’.

Para establecer que ventajas e inconvenientes impone este programa es necesariotener claro su utilidad para este proyecto. La recreación virtual que se pretende realizardel automóvil artesanal ‘5J’ consiste en el modelado de las piezas que lo integran y en suposterior ensamblaje, que constituye la fase de diseño o fase CAD. Debido a que puedeser de interés, fuera de este proyecto, realizar simulaciones (por ejemplo un análisiscinemático), se requiere un sistema que abarque los puntos anteriormente tratados, esdecir, una aplicación CAD/CAM/CAE.

CATIA V5 cumple con el requisito anteriormente comentado, pero además presentalas siguientes ventajas:

Es ampliamente utilizado en la industria del automóvil para el diseño y desarrollode componentes de carrocería. Concretamente empresas como Volkswagen, Audi,SEAT, BMW, Renault, ... hacen un amplio uso de este software.

Se organiza en distintos espacios de trabajo, que ha su vez se subdividen en mó-dulos más pequeños y concretos. Cada espacio de trabajo posee sus herramientas

23

Capítulo 3. Justificación de las herramientas de trabajo

características que permiten trabajar de forma autónoma en dicho espacio. Estono quiere decir que si se necesita una herramienta de otro módulo no se puedahacer un cambio a dicho módulo, CATIA permite el cambio de espacio de trabajo(con el correspondiente cambio de herramientas asociado). Esta disposición haceque se multipliquen las opciones de trabajo permitiendo un trabajo más simple,rápido y flexible.

Analizando la potencia de cálculo, CATIA está considerado uno de los programasmás potentes que se comercializan actualmente.

En cuanto a su manejabilidad y aprendizaje, es un programa de nivel medio-alto,por tanto es otro punto a favor para su utilización.

Pero todo no pueden ser ventajas, también presenta inconvenientes:

Dificultad de obtención. El coste de las licencias es demasiado elevado.

Necesidad de computadores potentes para diseños de gran amplitud o que requie-ran simulaciones, operaciones muy complejas, etc.

Anteriormente se comentaron los distintos espacios de trabajo que componen estesoftware. A continuación se van a analizar los módulos que han permitido el diseño ydesarrollo de este proyecto:

Mechanical Design: Part Design, Sketcher, Assembly Design, Wireframe and Sur-face y Drafting. Estos módulos han permitido el modelado y ensamblaje de todoslos elementos mecánicos que integra este automóvil.

Infrastructure: Photo Studio y Real Time Rendering. En primer lugar, se haempleado para completar la recreación de algunos componentes, añadiendo pe-gatinas. Más tarde, se ha hecho uso de este campo para la comparación entre elvehículo real y su modelo virtual (módulo Real Time Rendering).

Analysis & Simulation. Por último, para estudiar el comportamiento estructuralde algunos elementos relevantes de la estructura, se ha utilizado este módulo.

3.2. Equipos de medida

Tras la justificación del uso de CATIA V5 para este proyecto, se procede a comentarlos equipos de medida que han permitido desarrollar los planos 2D de todas las piezasque componen el vehículo.

24

3.2. Equipos de medida

3.2.1. Pie de rey

El Pie de rey, también denominado Calibre, es una herramienta utilizada para medirdimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones demilímetros.

Figura 3.1: Vista más característica del Pie de rey

Es un instrumento bastante delicado y debe manipularse con cuidado y habilidad,sin rayarlo ni doblarlo.

En este proyecto se ha utilizado fundamentalmente para medir diámetros de lostubos que constituyen la estructura, dimensión de tuercas y tornillos, grosor de pletinas,..., es decir, todas las pequeñas piezas que forman parte del vehículo.

(a) (b)

Figura 3.2: Una aplicación del calibre para este trabajo

3.2.2. Cinta métrica

Es una herramienta de medida formada por una cinta flexible graduada que sepuede enrrollar, permitiendo un fácil transporte. Esta destinada fundamentalmente

25


para medir superficies planas, aunque también permite regiones con curvatura (graciasa su flexibilidad).

La utilidad fundamental que ha tenido esta herramienta para el proyecto ha sido:longitud de barras y tubos, tamaño de superficies, medidas generales, etc.

Figura 3.3: Cinta métrica

(a) (b)

Figura 3.4: El principal uso de la cinta métrica: longitud de superficies planas

3.2.3. Micrómetro

El micrómetro, también conocido como tornillo de Palmer, es una herramienta quepermite evaluar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden decentésimas o de milésimas de milímetro.

La longitud máxima mensurable con este aparato, en nuestro caso, es de 25 mm

26

3.3. Equipos auxiliares o de apoyo

(distancia máxima permitida entre el tope y la espiga).

Figura 3.5: Micrómetro


Para poder emplear con facilidad los equipos de medida sobre algunas piezas aacotar, se necesitan una serie de herramientas de trabajo que permitan acceder a éstas.Estos equipos fundamentalmente son: la grúa elevadora y la fosa.

3.3.1. Grúa elevadora

En este proyecto ha permitido, como su propio nombre indica, elevar la parte de-lantera o trasera del automóvil (dependiendo de la zona de trabajo) y así realizar unamedición más comoda sobre las piezas inmersas en éste.

Figura 3.6: Grúas existentes en el taller del Señor González

27


3.3.2. Fosa

La utilidad fundamental que ha tenido este equipo ha sido el permitir medir lasdimensiones inferiores del automóvil.

Figura 3.7: Fosa empleada en este estudio

3.3.3. Planos de diseño

Han constituido una herramienta fundamental para el desarrollo del modelado delas distintas piezas que componen el automóvil. Se puede decir que son el primer pasoen este proceso de diseño y por ello una etapa fundamental para el buen desarrollo dedicha recreación.

A continuación se muestra un plano típico utilizado en este proyecto (Figura 3.8).

28


Figura 3.8: Ejemplo de un plano de diseño

29


30

Capítulo 4

Recreación del automóvil 5J

Este capítulo se puede dividir en dos partes claramente diferenciadas. En primerlugar se describen, a grandes rasgos, las principales características que definen al “5J”.Tras esto, se procede al análisis general de los distintos conjuntos que conforman elvehículo, como son: luces, dirección, frenos, etc. En los capítulos posteriores, se desa-rrolla la explicación de la modelización de las distintas piezas y posterior ensamblajeen los conjuntos que constituyen el coche.

4.1. Descripción general del coche

El automóvil que se va a desglosar a continuación, presenta las siguientes caracte-rísticas generales:

El metal predominante en su estructura es el hierro, lo que implica que el vehículosea muy pesado (∼ 250 Kg). Está recubierto con pintura al aceite para evitar laoxidación. La estructura está constituida fundamentalmente a partir de la uniónpor soldadura de distintos tubos y piezas. Algunas de estas piezas son “especiales”y se han tenido que desarrollar en el torno (mangetas delanteras, eje trasero, ...).

El sistema de iluminación procede de varios vehículos clásicos como: Skoda 105(1976), Land Rover Santana, etc.

El sistema de dirección ha sido acoplado a partir de varias modificaciones (porejemplo, acortar el eje), ya que procede de un Renault 4tl.

En cuanto a las ruedas, tienen un diámetro de 10.5 pulgadas y provienen de unquad.

Otro conjunto muy importante es el sistema motor, de nombre PIT BIKE, po-see una potencia de 125cc. Para acoplar el motor al eje trasero se ha tenido que

31

Capítulo 4. Recreación del automóvil 5J

diseñar un sistema soporte y de transmisión especial, que se analizará posterior-mente.

Los frenos presentan las mismas características de una moto tradicional (frenode disco), con pequeñas modificaciones para permitir el exacto acople en lasdimensiones de este automóvil.

Por último, los asientos provienen de una rehabilitación del centro de salud delpueblo en el que vive el creador. Tiene una estructura de hierro recubierta depintura negra.

Figura 4.1: Automóvil 5J

Tras definir las características fundamentales de este automóvil, se procede a lacomparación entre el vehículo real y su correpondiente modelo virtual (CAD). A conti-nuación, se muestran las vistas más significativas que permiten analizar las similitudesy diferencias existentes entre ambos. El “rendering” se ha realizado utilizando la foto-grafía de la entrada principal al taller del Señor González.

32


Figura 4.2: Alzado

Figura 4.3: Alzado

33


Figura 4.4: Perfil

Figura 4.5: Perfil

34


Figura 4.6: Vista en perspectiva

Figura 4.7: Vista en perspectiva

Las figuras anteriores muestran la comparación entre el vehículo real y su recreaciónpara distintas vistas. Se puede observar que se ha conseguido una gran similitud, las

35


principales diferencias se encuentran en el color de cada material, en la elevación delvolante y levemente en la altura del vehículo. Por último, decir que la diferencia detamaño entre ambos es solo aparente debido a una mala aproximación al realizar el“rendering”.

4.2. Estructura del automóvil

En este apartado, se aborda de forma general la introducción a todos los conjuntoscaracterísticos del “5J”, analizando las características más relevantes de cada uno deellos. Los subconjuntos en los que está dividido el vehículo en un primer nivel son:

Figura 4.8: Conjuntos generales

La estructura, que será objeto del Capítulo 5, es el chasis del vehículo y tiene lafunción de soportar el resto de equipos que integran el coche. Se caracteriza fundamen-talmente por su robustez, resistencia y fiabilidad.

Posteriormente, se analizarán los sistemas mecánicos elementales (Capítulo 6). Bajoeste título se engloba a:

36

4.2. Estructura del automóvil

Dirección. Está montada en el eje delantero. Su función es la de orientar losneumáticos de forma progresiva a voluntad del conductor, sin que se produzcancambios bruscos. Además de ser precisa, no debe necesitar un gran esfuerzo porparte del usuario para activarla. El sistema empleado en el automóvil es unadirección por cremallera.

Frenos. Este sistema convierte la energía cinética producida por el desplazamien-to del vehículo en calor, utilizando para ello el rozamiento de elementos mecánicos(Frenos de disco).

Neumáticos. El neumático es un órgano de seguridad y confortabilidad y únicolazo de unión entre el suelo y el vehículo. Tiene como funciones principales:soportar el peso del vehículo, transmitir la potencia del motor, dirigir al vehículoy contribuir en la estabilidad, frenado y suspensión.

Suspensión. Tiene la función de mantener en todo momento las ruedas en con-tacto con el suelo contribuyendo a mejorar la adherencia y el guiado del neumá-tico. Además, es el encargado de soportar el peso del vehículo y de absorber lasfuerzas.

En cuanto al sistema motor (Capítulo 7), está formado por:

Motor. El motor es el elemento principal del equipo propulsor, su función entreotras es la de generar y transmitir movimiento a los diferentes elementos encar-gados de desplazar al vehículo. Es un motor térmico de combustión interna yfunciona transformando la energía calorífica que posee el combustible en energíamecánica que se transmite a las ruedas.

Sistema de alimentación. Este sistema tiene como función principal elaboraruna mezcla de aire y combustible “ideal” para cada régimen de operación delmotor.

Sistema de escape. Se emplea para la evacuación de los gases quemados desdeel motor hasta la atmósfera. Todos los elementos situados en contacto con elescape deben estar diseñados para soportar altas temperaturas y no sufrir grandesdilataciones.

Transmisión. Conjunto de elementos encargados de transmitir el par generadopor el motor a las ruedas tractoras.

Las siglas S.I.I. se corresponden con Sistema de Iluminación e Indicación (Capítulo8). Como su propio nombre refleja, este sistema engloba al sistema de alumbrado delautomóvil y al sistema de indicación en el habitáculo del piloto.

Por último, se encuentra el bloque de Seguridad y Confort (Capítulo 9). En esteconjunto se encuentran en primer lugar elementos de seguridad como: parachoquesy barra antivuelco. A continuación se analizan sistemas de confort (asientos) y deentretenimiento (radio).

37


38

Capítulo 5

La estructura mecánica. Análisis

Es el armazón (chasis) del automóvil, sirve de soporte para el resto de elementosy sistemas que lo componen: motor, transmisión, dirección, suspensión, frenos, etc.Está compuesto por planchas metálicas y tubos de sección cuadrada (40x40 mm) ycircular (30 mm de diámetro) de 3 mm de espesor. Estos elementos están unidos tantopor soldadura (soldadura por arco) como por uniones roscadas. Para el ensamblaje delas distintas piezas no se ha hecho uso del módulo de soldadura sino simplemente delASSEMBLY DESIGN.

Se puede dividir en tres partes: Estructura central, Estructura delantera y Estruc-tura trasera.

5.1. Estructura central

Es la parte de mayor tamaño del chasis. Esta unido tanto a la estructura delan-tera como trasera mediante uniones roscadas y juntas elásticas (silentblocks). Sirvede soporte para el sistema de indicación, sistema de combustible, asientos, radio, etc.También posee un elemento muy importante de protección frente a un accidente, labarra antivuelco.

El material empleado para la construcción de esta estructura es el hierro, que pre-senta las siguientes propiedades:

Módulo de Young (E): 1.2·1011N/m2

Coeficiente de Poisson (ν): 0.291

Densidad (ρ): 7870 kg/m3

Coeficiente de dilatación (α): 1.21·10−5 oC−1

39

Capítulo 5. La estructura mecánica. Análisis

Límite elástico (σE): 3.1·108N/m2

Las dimensiones (mm) más significativas o relevantes de este conjunto (para definirlocompletamente son necesarias muchas más) se muestran en las siguientes figuras (5.1,5.2):

(a) Alzado (b) Perfil

Figura 5.1: Alzado y Perfil de la Estructura base

(a) Planta (b) Vista general

Figura 5.2: Planta y Vista Isométrica de la Estructura base

Tras la modelización y ensamblaje de todos los tubos que componen el conjunto, seprocede a la aplicación del material anteriormente comentado para hacer un análisisdel posible peso de la estructura. Tras la aplicación del material se obtiene un peso

40

5.2. Estructura delantera

estructural de 74.8 Kg, que parece ser bastante razonable viendo las dimensiones y elmaterial en cuestión.

Debido a que es un material oxidante, se ha recubierto con una capa de pinturaanticorrosiva, que evita la oxidación prematura de las distintas barras que conformanesta estructura y le proporciona un aspecto muy llamativo.


La estructura delantera está compuesta por largueros y travesaños, que son tubosde hierro de dimensiones 40x40 mm y 3 mm de espesor. Sirve de soporte para el sis-tema de amortiguación, dirección, batería, iluminación delantera, sistema de frenos yruedas. Como se comentó anteriormente, la unión a la estructura central se realizamediante uniones roscadas y silentblocks. Éstos son elementos elásticos de unión fabri-cados de caucho, que absorben las vibraciones y evitan que se transmitan al resto dela estructura.

A continuación se muestran varias imágenes que permiten ver el modelado y suscaracterísticas más significativas.

Figura 5.3: Conjunto Estructura delantera

Al igual que para la estructura central, los largueros y travesaños se encuentransoldados y recubiertos con una pintura antioxidante de color rojo oscuro.

Tras la modelación de este componente (Figura 5.3), se aplica el correspondientematerial (Iron) para obtener el peso estructural de nuestro diseño, obteniéndose unpeso de 20.165 Kg.

41


Figura 5.4: Estructura delantera y algunos componentes más

Si tenemos en cuenta más componentes estructurales que componen esta parteestructural, como puede verse en (Figura 5.4), se tiene un peso característico de 34.7Kg.

Para observar como sirve de soporte y las distintas interconexiones con los siste-mas anteriormente comentados (sistema de amortiguación, dirección, ...) se realiza lacomparación entre las siguientes imágenes:

(a) Estructura básica (b) Estructura con equipos que soporta

Figura 5.5: Sistemas que son soportados por la estructura delantera

Para analizar el comportamiento estructural de este conjunto se realizan dos simu-laciones en dos situaciones bien distintas:

1. Efecto de un llantazo.En esta situación la fuerza que experimenta el conjunto de la rueda es iguala la presión que posee el neumático multiplicado por la superficie de contacto.Estableciendo unos valores nominales de:

P =2.5 bar.

42


Scontact =368 x 120 (mm).

Se obtiene una fuerza perpendicular al suelo de valor F = 10830 N. Analizandolas distintas contribuciones que reciben cada elemento del triángulo de dirección:

Figura 5.6: Contribución de fuerza que recibe cada elemento

Se puede observar en (Figura 5.6) que según el estudio realizado toda la fuerzaes absorbida por el amortiguador. Por ello, el punto de aplicación de dicha fuerzasobre la estructura delantera será la cogida superior de este componente. Rea-lizando un análisis estructural con estas condiciones anteriormente comentadas(Figura 5.7), se llegan a los resultados obtenidos en las figuras (5.8, 5.9).

Figura 5.7: Condiciones de contorno de este problema

43


Figura 5.8: Baremo de tensiones alcanzadas

Figura 5.9: Desplazamientos generados

En primer lugar, analizando los valores de tensiones obtenidos (Figura 5.8) sepuede concluir que se produce la fractura de la cogida superior del amortiguadorya que se supera con creces el límite de tensión (tensión de rotura) para el metalempleado (σRHierro

= 350 · 106). En cuanto a los desplazamientos representados,no tienen mucho sentido debido a que se produce la fractura, no contemplada porel programa de análisis.Por tanto este elemento del diseño puede considerarse como un punto de mejora,que deberá ser tenido en cuenta a la hora de establecer los límites de funciona-miento. Dos posibles soluciones serían: Emplear una pletina de mayor grosor oun rigidizador para evitar la gran concentración de tensiones que se producen enesta situación.

2. Choque delantero.En este apartado se estudia el choque del automóvil “5J” contra una barrerade hormigón a una velocidad de 64 km/h (Figura 5.10). Los datos para reali-zar este análisis han sido obtenidos del proyecto fin de carrera “SIMULACIÓN

44


DE UN CHOQUE FRONTAL DE UN VEHÍCULO AUTOMÓVIL CONTRADIFERENTES TIPOS DE BARRERA” [11].

Figura 5.10: Recreación del problema planteado

La fuerza que experimenta esta estructura al colisionar, de forma estática, vendrádada por la expresión F = m · a, donde m es la masa del vehículo más la desus ocupantes y a es la aceleración que se experimenta en la colisión. Según lainformación contenida en el proyecto fin de carrera anteriormente comentado [11],la aceleración se estima de la siguiente forma:

ax = Vt1 − Vt2

tdec

(5.1)

Donde tdec es el tiempo de deceleración (entre picos de deceleración) y [Vt1, Vt2]son las velocidades antes del impacto y justo después de éste, respectivamente.Particularizando con datos numéricos:

ax = 17,778 − 8,50380,05 = 185,484m/s2 = 18,907g (5.2)

En cuanto a la masa total del conjunto se establece a partir de la masa de lossiguientes componentes:

Masa del automóvil “5J”: 250 Kg.Masa de un ocupante: 80 Kg.

Por tanto la fuerza a aplicar para realizar este estudio posee un valor de F =61,209 KN. La manera de aplicar las condiciones de contorno se muestra en laFigura (5.11).

45


Figura 5.11: Condiciones de contorno para este problema

Los resultados en tensiones y desplazamientos se pueden observar en las Figuras(5.12, 5.13), respectivamente.

Figura 5.12: Baremo de tensiones alcanzadas

Figura 5.13: Desplazamientos generados

Analizando el valor de las tensiones máximas obtenidas (σmax = 7.98 ·108 Pa) sedemuestra que éstas superan el límite de rotura del hierro. Por tanto ante estasituación, se produce la fractura de la estructura iniciándose en el concentradorde tensiones.

46

5.3. Estructura trasera

5.3. Estructura trasera

Es la encargada de alojar el sistema motor y de transmisión, además de otrossistemas esencialmente necesarios como: sistema de amortiguación, sistema de frenos,motor de marcha atrás, etc. Está constituido por dos largeros o vigas longitudinalesde 40x40 mm (y 3 mm de espesor), unidos entre sí mediante soldadura por arco pordos travesaños dispuestos transversalmente. En la Figura (5.14) pueden observarse lasdimensiones más representativas de este componente.

(a) Alzado (b) Perfil

Figura 5.14: Vistas más representativas de la Estructura trasera

(a) Estructura trasera (b) Equipos que soporta la estructura

Figura 5.15: Análisis de los requerimientos de la estructura

47


Al igual que en los casos anteriores, se realiza una estimación del peso estructural delconjunto mostrado en (Figura 5.15a). Tras aplicar el correspondiente material (Iron),se obtiene un peso de 14.4 Kg.

48

Capítulo 6

Sistemas mecánicos principales

6.1. Dirección

La dirección es el conjunto de elementos encargados de transformar el movimientode rotación aplicado en el volante en un movimiento de giro del vehículo, mediante laorientación de las ruedas delanteras, directrices, a voluntad del conductor [12].

Las principales prestaciones que tiene que incluir este sistema son:

1. Confortabilidad. Depende fundamentalmente de la fuerza necesaria para moverel volante y de la capacidad del sistema para evitar la transmisión de vibraciones.

2. Precisión. Exige la ausencia de holguras y la elección de una desmultiplicaciónadecuada.

3. Agrado de conducción. Recoge factores como: centrado de la dirección, retornodel volante al punto medio tras un giro, ausencia de rozamientos, etc.

4. Seguridad. Los elementos que conforman la dirección deben ser robustos y pro-porcionar un comportamiento estable.

Los elementos que constituyen la dirección son: Volante, Árbol de dirección, Cajade dirección, Bieletas, Rótulas y Manguetas.

6.1.1. Volante

De forma general, se diseña con dos o tres brazos, con el objetivo de obtener mayorfacilidad de manejo y comodidad. Se fabrican con materiales agradables al tacto quepermitan un buen agarre por parte del conductor, para evitar que se resbale durante

49

Capítulo 6. Sistemas mecánicos principales

las maniobras. Su misión consiste en reducir el esfuerzo que el conductor aplica a lasruedas.

El volante que lleva implementado el “5J” presenta las siguientes características:

Dos brazos.

Carece de Airbag.

Diámetro nominal: 355 mm.

Material: caucho.

Peso: 1.5 Kg.

Aplicando las herramientas correspondientes se llega a la recreación mostrada en(Figura 6.1).

(a) Modelo CAD (b) Real

Figura 6.1: Volante

6.1.2. Árbol de dirección

Se encarga de transmitir el giro del volante a la caja de dirección. Puede estarformado por varios tramos homocinéticos que permiten la retracción de la columna encaso de colisión (evitando daños en el conductor). Estos tramos están unidos mediantejuntas cardan y elásticas diseñadas para tal fin [13].

En el automóvil “5J” el árbol de dirección (Figura 6.2), se divide en dos tramosunidos entre sí mediante una junta cardan (Figura 6.3). Además este sistema hacede soporte de otros equipos como: palanca de marcha atrás, switch de encendido o eldepósito de líquido de frenos.

50

6.1. Dirección


Figura 6.2: Árbol de dirección


Figura 6.3: Junta cardan

El principal objetivo de esta junta es transmitir el movimiento de rotación del ejeque está conectado al volante al que se inserta en la caja de dirección, a pesar de la nocolinealidad de estos.

6.1.3. Caja de dirección

El movimiento giratorio del volante se transmite a través del árbol y llega a la cajade dirección. En ella es donde se ubica el verdadero mecanismo de funcionamiento,encargado de transformar el movimiento de rotación del árbol en un movimiento lon-gitudinal. A su vez, reduce el esfuerzo requerido para hacer girar el volante, gracias ala desmultiplicación [12].

51



Figura 6.4: Caja de dirección

Existen fundamentalmente dos mecanismos de dirección: Sistema de cremallera ysistema de tornillo sin fin.

El vehículo “5J” lleva incorporado el sistema de cremallera (Figura 6.5), típico enel vehículo Renault 4tl (del cuál procede). Se caracteriza por ser un sistema sencillo,preciso y que ocupa poco espacio. Consiste en una barra sobre la que se ha tallado unacremallera (1), en la cual se engrana el piñón de ataque (2), que está unido al árbolde dirección. De esta forma, al girar el piñón (que gira solidariamente con el árbol), seproduce el desplazamiento de la cremallera en el sentido deseado.

(a) Esquema del sistema (b) Modelo CAD

Figura 6.5: Sistema cremallera

En la parte central de la cremallera, los dientes tienen un módulo variable perocon pequeña desmultiplicación, lo que implica que un leve giro del volante mueve muypoco las ruedas. A medida que se aumenta el giro de la dirección, la desmultiplicaciónaumenta, permitiendo que las ruedas respondan rápidamente de acuerdo al volante(maniobrabilidad en el estacionamiento).

52

6.1. Dirección

6.1.4. Bieletas y rótulas

Las bieletas son las encargadas de unir el sistema de mando (mecanismo de crema-llera) con los brazos de acoplamiento en la mangueta. En sus extremos, van montadaslas rótulas de dirección (Figura 6.6). Éstas son elementos de unión entre las bieletas ylos brazos de la mangueta (Figura 6.7).

Figura 6.6: Bieleta

Figura 6.7: Rótula de dirección

6.1.5. Manguetas

Es el elemento que sirve de apoyo a las ruedas y les permite girar. También hacede soporte para las pinzas de freno, suspensión y dirección (Figura 6.8).

53


(a) Mangueta (b) Unión a equipos

Figura 6.8: Conjunto mangueta

En este prototipo, las manguetas se han desarrollado de forma manual, empleandoun torno tradicional. La razón de ello se encuentra en la necesidad de acoplar conexactitud los distintos sistemas que están relacionados con este elemento. El materialempleado para su elaboración es el acero.

6.2. Frenos

El sistema de frenos que posee el automóvil “5J” son los denominados frenos de dis-co. En estos, el disco que gira solidariamente con la rueda (ya sea porque está instaladoen ella o en su eje) es sometido al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente defricción (las pastillas) que ejercen sobre ellos una fuerza suficiente como para transfor-mar toda o parte de la energía cinética del vehículo, en calor, hasta detenerlo o reducirla velocidad [14].

Este conjunto se puede dividir en dos tipos:

Frenos de marcha. Engloba a los frenos delanteros y traseros. Estos son los dispo-sitivos que se emplean para realizar la actividad de frenado mientras el vehículoestá en movimiento.

Freno de estacionamiento. Como su propio nombre indica, el objetivo de estemódulo es el de inmovilizar el coche cuando se encuentra parado. Está constituidopor el freno de mano.

Los componentes fundamentales que conforman este conjunto son: los discos, laspinzas, los pistones, las pastillas, los latiguillos, la bomba de freno y el pedal de freno.

54

6.2. Frenos

6.2.1. Discos

En la actualidad, existen distintos tipos de discos de freno. En este automóvil seemplean discos procedentes de motos antiguas, cuyas características son:

Material: acero.

Presentan orificios para aumentar la disipación del calor.

Dimensiones características: R = 80 mm, Espesor(t) = 2 mm.

En este vehículo existen tres configuraciones de montaje para los discos:

Delantera. Los discos de freno van montados en el buje de cada rueda de maneraindependiente.

Trasera. El disco de freno se instala en el eje de tracción afectando únicamenteal neumático traccionado.

Freno de mano. Este disco se posiciona en el eje de transmisión del motor.

La modelación de este componente se muestra en las Figuras (6.9) y (6.10).

(a) CAD (b) Real

Figura 6.9: Discos de frenos delanteros y traseros

55


(a) CAD (b) Real

Figura 6.10: Disco de freno de mano

6.2.2. Pinzas de freno

Las pinzas constituyen el soporte para las pastillas y los pistones de freno. En larealidad existen dos tipos de pinzas: las fijas y las flotantes. Este diseño posee incor-poradas el segundo tipo.

Las pinzas flotantes se mueven en relación al disco (están fijas respecto a la es-tructura). Un pistón a uno de los lados mueve la pastilla hasta hacer contacto con lasuperficie del disco. Así se consigue que la presión se aplique a ambos lados del discoy producir el frenado [14].

Este componente se ha obtenido de motos antiguas para la configuración delanteray el conjunto del freno de mano. En cambio, para la configuración trasera, la pinza defrenos procede de un renault 4tl.

A continuación se muestran las recreaciones de este elemento en sus distintas con-figuraciones.

56

6.2. Frenos

(a) CAD (vista frontal) (b) Real (vista posterior)

Figura 6.11: Pinza de freno para la configuración delantera y el conjunto del freno demano

En la Figura (6.11a), se puede observar en primer lugar la integración de las pastillasde freno. También se pueden ver la toma de hidráulica, las cogidas de sujección a lamangueta y el purgador cuya función es aliviar sobrepresiones.

(a) CAD (b) Real

Figura 6.12: Integración de la pinza de frenos delantera

Como puede observarse en las Figuras (6.12a) y (6.12b), las pinzas de freno delan-teras presentan esa disposición en la mangueta de cada rueda.

57


(a) CAD (b) Real

Figura 6.13: Integración de la pinza del freno de mano

Para la configuración del freno de mano (Figura 6.13), al estar el disco de freno enel eje de transmisión, la pinza se instala en un soporte adicional al del eje permitiendola integración adecuada. Esta pinza se acciona gracias al dispositivo mostrado en laFigura (6.14), cuya misión es proporcionar presión hidráulica a la pinza en caso deaccionarse el freno de mano.

(a) CAD (b) Real

Figura 6.14: Sistema de accionamiento de la pinza del freno de mano

Como se ha comentado anteriormente, la pinza de frenos trasera procede de unautomóvil (de ahí su mayor tamaño). Se dispone sobre la plancha metálica de la es-tructura trasera a una altura determinada para garantizar una correcta integración con

58

6.2. Frenos

el disco.

(a) CAD (b) Real

Figura 6.15: Integración de la pinza trasera

6.2.3. Pistones y cilindros

Los pistones se ubican en el interior de la pinza de frenos. Poseen sellos que impidenla pérdida de presión ejercida por el líquido de frenos, a través del cual son accionados.El líquido de freno accede a los pistones a través de la toma mostrada anteriormente enla Figura (6.11). Los pistones empujan a la pastilla de tal forma que ambas (pastillas)actúen sobre el disco de forma uniforme.

6.2.4. Pastillas de freno

Las pastillas están diseñadas para producir una alta fricción con el disco. El ma-terial del que estén compuestas determinará la duración, potencia de frenado y sucomportamiento en condiciones adversas [14].

Las pastillas que lleva incorporadas este automóvil son de tipo cerámico. Éstasse componen de cerámica y fibra de cobre y se caracterizan por presentar distintocomportamiento dependiendo de su temperatura.

6.2.5. Latiguillos

La función principal que presenta este componente es la de transportar el líquidode freno a presión desde la bomba de freno hasta las pinzas. Formalmente, los latigui-llos, se refieren a la parte de goma que conectan los conductos metálicos con la pinzapermitiendo la flexibilidad de estos ante giros en la dirección.

59


6.2.6. Bomba de freno

La bomba de freno es la encargada de aumentar la presión del líquido de freno. Esteaumento de presión depende del porcentaje de pisada en el pedal de freno.

Suelen estar constituidas por dos pistones para alimentar de forma independientea los frenos de cada rueda, para garantizar el funcionamiento en caso de rotura de unconducto. La bomba de freno instalada en este vehículo es simple, es decir, sólo poseeun pistón. Se encarga de alimentar tanto a los frenos delanteros como traseros.

La modelación de este elemento se muestra en las Figuras (6.16a) y (6.16b).

(a) CAD (b) Real

Figura 6.16: Bomba de freno

En la Figura (6.16a) se puede observar la interacción del pedal de freno con labomba. Además, en la Figura (6.16b) se muestra la bomba de freno real de formaaislada. Ésta no es la que tiene integrada el automóvil pero solo se diferencia en lacapa de pintura que posee. Por último, se pueden observar las conexiones existentespara los latiguillos.

6.2.7. Pedal de freno y palanca del freno de mano

El pedal de freno se considera como la interfaz entre el piloto y este conjunto. Alactuarse sobre éste se produce el desplazamiento del pistón existente en la bomba defreno. Con el pedal se consigue reducir el esfuerzo a realizar para transmitir la fuerzanecesaria.

El pedal existente en el automóvil “5J” se ha realizado de forma artesanal y estáconstituido por varias piezas metálicas soldadas. La comparación entre la pieza real yla modelada se muestran en la Figuras (6.17b) y (6.17a), respectivamente.

60

6.2. Frenos

(a) CAD (b) Real

Figura 6.17: Pedal de freno

Se puede observar que el pedal muestra adicionalmente un taco de madera conprotector de plástico. La implementación de estos componentes complementarios se harealizado en la actualidad, para aumentar la zona de contacto del pie.

Tras analizar el pedal de freno, se procede a comentar la palanca del freno de mano.Esta pieza permite al piloto actuar sobre el sistema de freno de estacionamiento. Altirar sobre ésta, se tensa el cable de acero que comprime el pistón mostrado en la Figura(6.14). La modelación de esta palanca se muestra en las Figuras (6.18a) y (6.18b).

(a) CAD (b) Real

Figura 6.18: Palanca del freno de mano

61


6.2.8. Depósito

Su función es la de abastecer al sistema hidráulico de frenado, y en particular a labomba de freno, de la cantidad de líquido necesaria. Además permite compensar fugase indicar al piloto la cantidad existente en cada momento.

6.3. Neumáticos

El neumático es el conjunto intermediario entre el vehículo y el suelo. Es una piezacompleja, formado por varios elementos: rueda, cubierta, cámara y aire. Sobre las ruedasactúan los mecanismos de dirección, de frenado y de propulsión del vehículo mientrasque de la cubierta depende la adherencia y la estabilidad [12].

Las funciones más importantes que debe cumplir este conjunto son:

Soportar y transmitir la carga vertical al terreno.

Desarrollar esfuerzos longitudinales (tracción y frenado).

Proporcionar esfuerzos laterales precisos (control y estabilidad).

6.3.1. Rueda

La rueda es el elemento que soporta la carga y se sitúa entre la cubierta y el eje.Está constituida por la llanta, sobre la que se instala la cubierta, y el disco, soldadoa la llanta, que permite la unión del conjunto al buje del vehículo. Se pueden fabricartanto en acero estampado como en aleación ligera [12].

Las ruedas que lleva incorporadas el “5J” están fabricadas con aluminio. Sus carac-terísticas más representativas son:

Anchura: 95 mm (3.75 pulgadas).

Diametro nominal: 266 mm (10.5 pulgadas).

Peso: 3.5 Kg.

La modelación de este componente se muestra en la Figura (6.19).

62

6.3. Neumáticos


Figura 6.19: Llantas de este automóvil

6.3.2. Cubierta

Es la parte del neumático que se encuentra en contacto con el suelo. En su interiorse encuentra el aire a presión, ya sea con cámara o sin ella, creando una superficie decontacto del automóvil con el terreno [12]. Están fabricadas fundamentalmente con:caucho natural, caucho sintético y acero entre otros.

Las partes que constituyen una cubierta son:

Carcasa o armazón. Aporta resistencia y flexibilidad al neumático, retiene lapresión de inflado y soporta los esfuerzos exteriores.

Capas de rodadura. Están colocadas entre el armazón y la banda de rodadurapara absorber los esfuerzos internos generados por los impactos.

Banda de rodadura. Mantiene un contacto directo con el terreno y, por tanto, esla parte que sufre un mayor desgaste.

En el interior de la cubierta se encuentra la cámara, la cuál posee una presión de 2Kg.

Tras analizar los distintos componentes que constituyen el neumático, se procede ala representación completa de éste (Figura 6.20).

63



Figura 6.20: Vistas exteriores

Al aplicar los materiales correspondientes se obtienen los siguientes pesos específi-cos:

Peso de la llanta: 3.5 Kg.

Peso cubierta: 0.5 Kg.

Peso de la cámara inflada a presión: 2 Kg.

Por tanto un neumático posee un peso de aproximadamente 6 Kg, que concuerdacon los cálculos realizados en el taller.

(a) Configuración delantera (b) Configuración trasera

Figura 6.21: Diferencias existentes entre la configuración delantera y trasera

64

6.4. Suspensión

La diferencia fundamental entre los neumáticos delanteros y traseros puede obser-varse en la Figuras (6.21). Mientras que los de la parte delantera incorporan el disco defreno, los traseros muestran la conexión directa al eje de tracción. En el conjunto traseroel disco de freno se sitúa a lo largo del eje afectando únicamente a la rueda tracciona-da. La tracción se transmite a una única rueda con el objetivo de un comportamientoestable en situaciones de giro (debido a la ausencia de mecanismo diferencial).

6.4. Suspensión

El sistema de suspensión de un automóvil tiene la función de hacer más cómodoel viaje a los ocupantes, evitando que las oscilaciones del terreno se transmitan a lacarrocería. Además, contribuye a la estabilidad del vehículo, manteniendo en contactolas ruedas con el terreno, mejorando así la adherencia y la respuesta de la dirección[12].

Para cumplir estos objetivos, este conjunto debe poseer las propiedades de [13]:

Elasticidad. Evita que las desigualdades del terreno se transmitan al vehículo enforma de golpes secos.

Amortiguación. Impide el balanceo excesivo de la carrocería y mantiene los neu-máticos en contacto con el terreno.

Todo sistema de suspensión debe disponer de un conjunto elástico, formado por losmuelles helicoidales, y otro de amortiguación, formado por los amortiguadores.

6.4.1. Muelles helicoidales

Están construidos por una varilla de acero de diámetro 5 mm, en forma de hélice.Sus espiras extremas se hacen planas para obtener un buen asiento, tanto en la zonasuperior como en la inferior.

La flexibilidad del muelle varía en función del diámetro de la varilla utilizada, delnúmero de espiras, del ángulo de inclinación de las mismas, del diámetro del muelle yde la calidad del acero empleado.

La recreación de este componente y su integración al conjunto se pueden ver en lasFiguras (6.22a) y (6.22b).

65


(a) Muelle helicoidal (b) Integración en el amortiguador

Figura 6.22: Muelle de este diseño

6.4.2. Amortiguadores

Estos elementos se encargan de absorber las oscilaciones de los muelles, evitandoque se transmitan a la carrocería, convirtiendo en calor la energía recogida de la masaoscilante [12].

Los amortiguadores se pueden clasificar por su sentido de trabajo (simple o dobleefecto) o por el fluido que empleen (gas, hidráulicos o magnetorreológicos).

(a) CAD (b) Real

Figura 6.23: Configuración de la suspensión delantera

66

6.4. Suspensión

El vehículo en cuestión, posee unos amortiguadores de doble efecto hidráulicos(Figura 6.22b). Estos se componen por un tubo sellado por el extremo superior con unretén, a través del cual pasa el vástago, terminado en el extremo de fuerza por el anillo,que se une mediante una cogida articulada a la estructura. El vástago termina, en suextremo, en el pistón, con orificios calibrados y válvulas. La cogida inferior permitefijar el amortiguador al brazo articulado.

(a) CAD (b) Real

Figura 6.24: Configuración de la suspensión trasera

Por otro lado, la integración de estos elementos al conjunto es diferente para laconfiguración delantera y trasera. En la parte delantera los amortiguadores se unenpor su parte superior a la estructura delantera y por la parte inferior al brazo articu-lado (Figuras 6.23a y 6.23b). En cambio, los amortiguadores traseros se integran a laestructura central y al cuadro trasero, respectivamente (Figuras 6.24a y 6.24b).

6.4.3. Otros elementos de la suspensión

En este vehículo se encuentran los brazos articulados, silentblocks y manguetas(anteriormente comentadas).

Los brazos articulados se posicionan entre la carrocería y la mangueta, montándosesobre la parte inferior de la suspensión para este automóvil. Su misión es mejorarel guiado del neumático y permitir su oscilación. La recreación de este elemento semuestra en la Figura (6.25).

67


Figura 6.25: Brazos articulados delanteros

Por su parte, los silentbloks son elementos elásticos de unión fabricados de caucho,que absorben las vibraciones de la suspensión y evitan que se transmitan a la carrocería.Sólo permiten el giro de los brazos de suspensión como se muestra en la Figura (6.26).

Figura 6.26: Detalle de los silentbloks

68

Capítulo 7

Sistema Motor. Alimentación,Escape y Transmisión

7.1. Motor

Las características fundamentales que presenta el sistema motor implementado enel automóvil “5J” son:

Motor de 4 tiempos.

Potencia de 125 cc.

Monocilíndrico.

7.1.1. Descripción y funcionamiento

El motor transforma la energía química del combustible a energía calorífica en lacombustión y finalmente a energía mecánica. Su nombre, cuatro tiempos, se debe a queha de realizar un ciclo de trabajo completo en cuatro fases, perfectamente diferenciadas,que requieren cuatro carreras del pistón [12].

El proceso es el siguiente:

1. Admisión. La válvula de admisión permanece abierta y permite que el cilindro sellene con los gases de entrada.

2. Compresión. Al estar las válvulas cerradas (admisión y escape), se produce lacompresión de la mezcla. Al final de esta estapa se genera la ignición de la mezclagracias a la chispa producida por la bujía.

69

Capítulo 7. Sistema Motor. Alimentación, Escape y Transmisión

3. Combustión y expansión. Es la única carrera útil donde el pistón se ve obligadoa desplazarse hacia abajo debido a la combustión.

4. Escape. La válvula de escape permanece abierta, saliendo a través de la mismalos productos quemados.

Figura 7.1: Detalle del motor

(a) CAD (b) Real

Figura 7.2: Aletas de refrigeración

El cilindro se encuentra en el interior de un bloque de fundición, situándose asíperfectamente alineado respecto a las restantes piezas. En determinados casos, comoes el nuestro (Figura 7.1), este bloque se rodea de aletas, cuya utilidad es facilitar larefrigeración con el aire de la marcha, cuestión importantísima para el funcionamiento

70

7.1. Motor

del conjunto. Para ver el resto de elementos que constituyen el motor, se muestra elsiguiente gráfico:

Figura 7.3: Componentes que constituyen un motor

El pistón va unido por un bulón a la biela y ésta al cigüeñal en forma de manivela,formando el conjunto biela-manivela, que transforma el movimiento lineal del pistónen movimiento rotativo. El cigüeñal transmite la fuerza del par motor a la caja decambios (a través del embrague), que será la encargada de establecer el régimen de girodel engranaje del motor (primer engranaje de la transmisión). La recreación completadel motor incluyendo la palanca de arranque manual y el engranaje de transmisión delmotor se puede ver en la Figura (7.4).

71


Figura 7.4: Recreación completa del motor

(a) CAD (b) Real

Figura 7.5: Comparación entre recreación virtual y modelo real

7.1.2. Otros elementos relacionados con el sistema motor

Motor de arranque

En este vehículo, además del arranque manual mostrado en la imagen anterior, setiene implementado un motor de arranque que realiza la misma función, permitiendo alconductor poner en marcha el motor actuando únicamente sobre la llave de contacto.

72

7.1. Motor

En el momento que el conductor acciona la llave de contacto, el piñón del motor dearranque se hace engranar directamente con la corona dentada postiza del volante delcigüeñal, moviendo todos los órganos del motor.

En la Figura (7.6) puede observarse el sistema anteriormente comentado.

(a) (b)

Figura 7.6: Motor de arranque

Carburador

La finalidad del carburador es realizar la mezcla de aire-gasolina en una proporciónaproximada de 1 litro de gasolina por cada 10.000 litros de aire. Dicha mezcla serágaseosa, dosificada y homogénea.

El fundamento del carburador, que va unido al colector de admisión, es que todacorriente de aire que pasa rozando por un orificio, provoca sobre éste una succión. Enel carburador, la corriente de aire es producida por la aspiración del pistón en el tiempode admisión [15].

Para que la succión sea mayor, en el conducto se coloca una válvula venturi. Estedifusor es un estrechamiento que aumenta la velocidad del aire sin variar el caudal,mejorando la pulverización.

Los elementos fundamentales que constituyen al carburador son [15]:

Cuba. Depósito que mantiene la gasolina en un nivel constante por medio de unflotador. A medida que se va consumiendo el combustible, el flotador desciendeun poco y la aguja permite el paso de más gasolina a la cuba.

Surtidor. Es un tubo calibrado que une la cuba con el colector de admisión. Ala salida de la cuba se encuentra el chiclé que regula y dosifica la cantidad decarburante que puede salir.

73


Venturi. En esta válvula se pulveriza la mezcla aire-gasolina que entra en loscilindros.

Válvula de mariposa. Regula la entrada de aire y la cantidad de mezcla depen-diendo de la presión que ejerza el conductor sobre el pedal del acelerador.

Figura 7.7: Elementos de un carburador elemental

El modelo y la imagen real de esta pieza se muestran en las Figuras (7.8a) y (7.8b),respectivamente.

(a) CAD (b) Real

Figura 7.8: Carburador

74

7.1. Motor

Pedales y palanca de cambios

El pedal del acelerador es un mecanismo que permite regular el flujo de la mezclaaire/combustible para motores con carburador. El mecanismo de funcionamiento con-siste en una ligadura mecánica directa entre el pedal y la válvula de mariposa, es decir,cuanto más se presione el pedal mayor paso de la mezcla permitirá dicha válvula.

A continuación se muestra la recreación y su comparación con la pieza real (Figuras7.9a y 7.9b).

(a) CAD (b) Real

Figura 7.9: Pedal del acelerador

Por otro lado, el embrague es el elemento encargado de permitir que el conductorpueda decidir en qué momento se transmite el movimiento del cigüeñal a la caja develocidades, consiguiendo que dicha transición se realice de forma suave y progresiva,independientemente del régimen de operación.

El embrague puede operar de dos formas distintas:

Motor embragado. El volante motor transmite el movimiento al eje primario de lacaja de velocidades. Esta situación se produce al no pisar el pedal del embrague.

Motor desembragado. Al contrario que en el caso anterior, el volante motor notransmite el movimiento al eje primario de la caja de velocidades. Esta situaciónse produce al pisar el pedal del embrague.

El pedal que permite estos regímenes de operación se muestra en las Figuras (7.10ay 7.10b).

75


(a) CAD (b) Real

Figura 7.10: Pedal del embrague

En la actualidad, al igual que para el pedal del freno, se han añadido al pedal delembrague un taco de madera y un protector de plástico para aumentar la zona decontacto con el pie izquierdo.

Por último, la palanca de cambios es la encargada de regular la caja de velocidades.Ésta es el elemento que permite variar el régimen de revoluciones entre el cigüeñal yel eje de transmisión, permitiendo de este modo poder conseguir una mayor velocidado fuerza en función de las necesidades de la circulación, de la vía o perfil de la misma[15].

La función principal que cumple la caja de velocidades es la de poder elegir distintasrelaciones de desmultiplicación en función del esfuerzo resistente. Esto permite que elmotor proporcione el máximo rendimiento en cualquier condición.

En el automóvil “5J” se encuentra integrada en el conjunto motor. Está contro-lada por la palanca de cambios mostrada en la Figura (7.11). La configuración demovimientos que tiene definidos este elemento son, partiendo de la posición de puntomuerto (Figura 7.12):

Un desplazamiento hacia delante: Primera marcha.

Un desplazamiento hacia atrás: Segunda marcha.

A partir de la segunda marcha, cada movimiento de la palanca hacia atrás esta-blece una marcha superior (hasta llegar a la quinta marcha).

Todos los movimientos de esta palanca, se deben de realizar con el pedal del em-brague pisado para garantizar la correcta adecuación de la transmisión (al igual que

76

7.1. Motor

en cualquier coche o moto).

(a) CAD (b) Real

Figura 7.11: Palanca de cambios

Figura 7.12: Movimientos de la palanca cambios

Motor de marcha atrás

El sistema que permite la marcha atrás de este vehículo, no es más que un motor dearranque (Figura 7.13) que comunica el par generado directamente al eje de tracción.

77


En lo referente a la alimentación de dicho motor, comentar que, presenta una conexióndirecta con la batería del vehículo.

(a) CAD (b) Real

Figura 7.13: Motor de arranque para la marcha atrás

Para accionar dicho motor, se dispone en el puesto del piloto de una palanca a laaltura del volante (Figura 7.14). Esta palanca sólo funcionará cuando se tenga la llavede contacto en la posición de encendido.

(a) CAD (b) Real

Figura 7.14: Palanca de marcha atrás

78

7.2. Sistema de alimentación y escape


El sistema de alimentación se encarga de hacer llegar el combustible al interior delcarburador, que será el encargado (como se ha comentado anteriormente) de realizarla mezcla aire-combustible en las proporciones adecuadas. Está formado por diferentessubsistemas: depósito, bomba, aforador y tuberías.

Por su parte, el sistema de escape tiene la misión de expulsar a la atmósfera losgases producidos en la combustión, tratándolos para reducir el ruido y las emisionescontaminantes [12].

7.2.1. Componentes del sistema de alimentación

Depósito de combustible

Se encarga de almacenar el combustible que va a emplear el motor. Es de plásticoy presenta la forma adecuada para evitar que la inercia del combustible provoque eldescebado de la bomba (Figura 7.15). Va colocado en la parte superior trasera, demanera que no se dañe ante golpes traseros (Figura 7.16).

Figura 7.15: Depósito de combustible

79


(a) CAD (b) Real

Figura 7.16: Depósito integrado

Bomba de combustible

La bomba succiona el combustible del depósito para enviarlo al carburador a travésdel sistema de alimentación, a baja presión.

En este automóvil se encuentra sumergida en el depósito de combustible. Además,en este diseño se encuentra integrada conjuntamente con el filtro de combustible.

Aforador

El aforador mide el nivel de combustible que hay en el depósito y manda esa infor-mación al conductor, a través del cuadro de instrumentos. Su funcionamiento se basaen una resistencia variable, que según el nivel de combustible, varía la tensión de salida[15].

Figura 7.17: Bomba de combustible

80


Figura 7.18: Aforador

Tuberías

Las tuberías tienen la función de transportar el combustible desde la bomba hastael carburador. En este vehículo son de plástico, siendo la zona terminal de metal. A laestructura se fijan mediante regletas y grapas atornilladas.

Figura 7.19: Tuberías

81


7.2.2. Componentes del sistema de escape

Colector de escape

Es la canalización que une el motor con el silenciador. Se une al motor mediantetuerca y espárrago, y al silenciador a través de soldadura por punto. Al estar sometidoa las elevadas temperaturas de los gases de escape, está fabricado por fundición.

Figura 7.20: Colector de escape

Silenciador

Se encarga de reducir el ruido generado por la expulsión de los gases de escape delmotor. Aunque los automóviles, en general, pueden incorporar varios silenciadores, estediseño solo posee uno al igual que la mayoría de motos.

82

7.3. Transmisión

(a) CAD (b) Real

Figura 7.21: Silenciador

7.3. Transmisión

El automóvil “5J” tiene integrado un eje con dos rodamientos que tiene la funciónprincipal de transmitir el par motor al eje de tracción (Figuras 7.22a y 7.22b). Este ejede transmisión presenta un paso constante. Por esta razón, el régimen de giro de éstedependerá del par a la salida de la caja de cambios.

(a) CAD (b) Real

Figura 7.22: Eje de transmisión

En las imágenes anteriores, se puede observar además de los engranajes, el disco delfreno de mano y su correspondiente pinza (anteriormente comentados). Los engranajeshan sido diseñados según las pautas establecidas en el Prontuario de Máquinas [16], apartir del diámetro, profundidad y paso de estos (Figura 7.23).

83


Figura 7.23: Engranaje del eje de transmisión

Por otro lado, este eje también proporciona potencia al alternador, mediante unacorrea de caucho (Figura 7.24). El alternador tiene la función de cargar la bateríamientras el vehículo se encuentre en marcha.

(a) CAD (b) Real

Figura 7.24: Detalle de la transmisión

Comentar que, tanto las cadenas como las correas no han sido modeladas por serelementos cinemáticos.

84

Capítulo 8

Sistema de iluminación e indicación

8.1. Luces

El sistema de alumbrado del vehículo ilumina la calzada cuando no tiene una lumi-nosidad adecuada y suficiente. Señala, también, la posición del automóvil y su manio-bra, advirtiendo a los demás conductores que circulan por la misma vía.

Este sistema puede clasificarse en:

Luces de alumbrado. En este automóvil se corresponden con las luces de carretera,de posición y los faros antinieblas.

Luces de maniobra. Son los indicadores de dirección (intermitentes), de freno yde marcha atrás.

Luces especiales. Es por ejemplo la luz de posición de punto muerto.

El sistema de iluminación que tiene implementado el automóvil “5J” lo forman lossiguientes elementos: mando de luces, cables, dispositivos de protección (fusibles) yfaros.

8.1.1. Faros

Son parte integrante de la carrocería. Están formados por diversos elementos, cadauno con una función determinada:

1. Reflector y Tulipa. Es el elemento encargado de dirigir los rayos emitidos por lalámpara para proyectarlos en una dirección, además de servir de protección contra

85

Capítulo 8. Sistema de iluminación e indicación

suciedad y las influencias meteorológicas. Existen distintos tipos dependiendode su forma geométrica: parabólicos, elipsoidales, cónicos o planos. En el “5J”los reflectores para los faros de carretera son del tipo parabólico, para las lucesde posición, intermitentes y frenos cónicos y para las luces de marcha atrás yantinieblas planos.

La modelación de este tipo de componentes se muestra a continuación en (Figuras8.1a, 8.1b). Se le ha aplicado Plexiglass como material, que posee las siguientescaracterísticas: E = 2.9·109N/m2; ν = 0.4; ρ = 1200Kg/m3; α = 7 · 10−5 oC−1;σE = 5.5·107N/m2.

(a) Reflector faros de carretera (b) Reflector faros de posición

Figura 8.1: Reflectores del sistema de alumbrado

2. Lámparas. Las lámparas que lleva incorporadas el “J5” son incandescentes clá-sicas. Son un dispositivo que produce luz mediante el calentamiento por efectoJoule de un filamento metálico, en concreto wolframio, hasta ponerlo al rojo blan-co, mediante el paso de corriente eléctrica. Son poco eficientes ya que el 85 % dela electricidad que consumen la transforman en calor y solo el porcentaje restantees transformado en luz.

A continuación se muestran los distintos tipos de lámparas que posee este diseño.

86

8.1. Luces

Figura 8.2: Lámparas del sistema de iluminación del “5J”. Lámparas de carretera,posición, antinieblas, marcha atrás e intermitentes.

3. Carcasa inferior. Cumple la misión de soporte de la lámpara. Además posee elsistema de conexión a los cables de corriente que alimentan el sistema. Depen-diendo del faro se tiene una geometría de carcasa.

Tras analizar los distintos componentes que constituyen un faro, se procede a larepresentación de su modelización (Figuras 8.3, 8.4, 8.5, 8.6):

(a) Modelo CAD (b) Faro real

Figura 8.3: Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para el faro de carretera

Estos son los faros encargados de iluminar la calzada cuando no exista iluminaciónsuficiente.

87


(a) Modelo CAD (b) Faros reales

Figura 8.4: Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para los faros deposición y maniobra

Aparte de los faros principales, en las Figuras (8.4) se muestra otro tipo de faroque lleva incorporado este automóvil, las luces de posición. Éstas no se encargan deiluminar la vía, sino de indicar la posición del vehículo en ésta. Junto a este tipo deluces se encuentran las luces de intermitentes delanteras, encargadas de señalizar conantelación los cambios de dirección que se pretendan realizar.

(a) Modelo CAD (b) Faro real

Figura 8.5: Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para el faro antinieblas

La luz antiniebla tiene la finalidad fundamental de mejorar el alumbrado en con-diciones adversas como: niebla, nevada, tormenta o nube de polvo. Debe utilizarsede forma conjunta con el alumbrado de posición. Este automóvil posee un único faroantiniebla (mostrado en las Figuras 8.5).

88

8.1. Luces

(a) Modelo CAD (b) Faros reales

Figura 8.6: Comparación entre el modelo CAD y el modelo real para los faros traseros

El conjunto de alumbrado trasero engloba a las luces de freno, marcha atrás eintermitentes.

Las luces de freno avisan al conductor del vehículo posterior que se va a reducir lavelocidad o a parar el vehículo. Al igual que todos los vehículos existentes en el mercado,el automóvil “5J” posee dos luces de freno de color rojo. Estas luces se encienden en elmomento que se hace uso del pedal de freno.

Por su parte las luces de marcha de atrás, tienen la finalidad de advertir que sepretende realizar o que se está realizando una maniobra contraria al sentido de marcha.Este vehículo está constituido por un par de luces de marcha atrás (una a cada lado),que se activan al actuar sobre la palanca situada en los mandos de control.

8.1.2. Fusibles

Son dispositivos de seguridad encargados de proteger al sistema eléctrico y suscomponentes. En caso de producirse intensidad de corriente excesiva, este elemento serompe evitando el posible fallo de algún componente del sistema.

8.1.3. Cables

Tienen la función de distribución e interconexión de los diferentes subsistemas. Lared existente en este automóvil puede observarse en la Figura (8.7).

89


Figura 8.7: Sistema de alumbrado del “5J”

90

8.2. Indicación

8.1.4. Mando de luces

Permiten el control sobre el sistema de alumbrado y muestran indicaciones sobre laposición de algunos elementos como por ejemplo, el freno de mano.


Figura 8.8: Mando de luces

8.2. Indicación

De forma general, el sistema de indicación de un vehículo tiene la misión de infor-mar, de forma visual, al conductor de los parámetros más importantes para el buenfuncionamiento del automóvil.

En el “5J”, existen diferentes equipos que se encargan de ello:

1. Cuadro de luces. Este equipo permite, además del encendido del sistema de ilu-minación, visualizar cuando el freno de estacionamiento se encuentra accionado(Figura 8.9).

2. Palanca de cambios. Posee una lámpara que informa al piloto de la posición delpunto muerto, es decir, esta bombilla se enciende al establecer la palanca decambios en la posición de punto muerto (Figura 8.10).

3. Cuadro de control. Permite visualizar en un determinado instante: velocidad,revoluciones, combustible en el depósito o nivel de aceite, entre otros (Figura8.11).

91


(a) CAD (b) Real

Figura 8.9: Lámpara del freno de mano

(a) CAD (b) Real

Figura 8.10: Lámpara del punto muerto

El cuadro de control se integra en el vehículo como se muestra en la Figura (8.11a).Éste posee los indicadores siguientes:

1. Cuentakilómetros.

2. Indicador de combustible.

3. Nivel de aceite.

92

8.2. Indicación

4. Configuración de intermitentes.

(a) Imagen general (b) Indicadores que conforman el cuadro

Figura 8.11: Cuadro de control

93


94

Capítulo 9

Seguridad y Confort

9.1. Seguridad

Los elementos de seguridad que presenta este vehículo son:

Parachoques delantero.

Parachoques traseros.

Barra antivuelco.

9.1.1. Parachoques delantero

(a) CAD (b) Real

Figura 9.1: Parachoques delantero

Más que un elemento de seguridad para los ocupantes, tiene la función de evitardaños importantes en la carrocería ante un impacto frontal. Está constituido por una

95

Capítulo 9. Seguridad y Confort

serie de barras unidas por soldadura por arco. El tubo principal es de acero con sección40x40 mm y 3 mm de espesor. Además, posee un enganche que permite remolcar alvehículo en caso de avería.

9.1.2. Parachoques traseros

Se dispone de dos parachoques traseros, uno en la parte superior y otro en laparte inferior. Al igual que sucede con el parachoques delantero, estos se emplean paradisminuir los posibles daños (En luces traseras, motor o tubo de escape) ante un choquetrasero. En las Figuras (9.2) y (9.3) se muestran las recreaciones de estos componentes.

Figura 9.2: Parachoques trasero superior

Figura 9.3: Parachoques trasero inferior

96

9.2. Confort y Entretenimiento

9.1.3. Barra antivuelco

Este es el elemento de seguridad más importante en este vehículo, ya que si se puedeconsiderar como un componente de seguridad para los ocupantes. Tiene la función deproteger a los ocupantes, de golpes en la cabeza fundamentalmente, en caso de unposible vuelco.

(a) CAD (b) Real

Figura 9.4: Barra antivuelco


Dentro de este apartado, se encuentran dos sistemas fundamentales para una con-ducción más cómoda del piloto.

Por el lado del confort, se encuentran los asientos. Estos, comparando con los vehícu-los tradicionales, son de muy baja calidad. Están realizados de plástico duro por lo quepresentan poca elasticidad y amortiguación. La explicación de esto, se encuentra en elorigen de los mismos: una reforma en el consultorio del pueblo en el que vive el creador.

En las siguientes imágenes (Figuras 9.5a y 9.5b) se pueden ver la recreación y lafotografía real de los asientos descritos.

97


(a) CAD (b) Real

Figura 9.5: Asientos

Figura 9.6: Integración de los asientos en el modelo CAD

El único equipo de entretenimiento que presenta el “5J” es la radio (Figura 9.7).Se trata de una radio clásica, de los años 80. Ésta posee tanto banda AM como FM,pulsando el botón AM/FM. Para establecer una emisora determinada, se emplea laruleta de la izquierda; y para subir/bajar el volumen (además del encendido), la ruletasimétrica. El resto de botones se utilizan para configurar el cassette.

98


(a) CAD (b) Real

Figura 9.7: Radio clásica

Por último, los altavoces de este automóvil se disponen de forma simétrica en loshuecos de la rueda (Figuras 9.8a, 9.8b).

(a) CAD (b) Real

Figura 9.8: Altavoz izquierdo

99


100

Capítulo 10

Puesta a punto del automóvil “5J”

Tras haber modelado todos los elementos que integran este vehículo y comparadocon las piezas reales, se procede a detallar como ha sido la puesta a punto del automóvil.

Han sido muchos los subconjuntos afectados por esta revisión, como son:

Sistema de arranque

Sistema de escape

Sistema de alimentación

Sistema de transmisión

Sistema motor

Sistema de iluminación e indicación

10.1. Sistema de arranque

En el prototipo inicial existían dos procedimientos para poner en marcha al vehículo.Estos eran:

Atomáticamente. A través del accionamiento de la llave contacto, se le mandauna señal eléctrica al motor de arranque (Figura 10.1) y éste acciona el engranajeintegrado en el motor.

Manualmente, mediante la manivela mostrada en la Figura (10.2).

101

Capítulo 10. Puesta a punto del automóvil “5J”

(a) Vista detallada (b) Vista general

Figura 10.1: Sistema de arranque automático

Figura 10.2: Sistema de arranque manual

Con el objetivo de aumentar la fiabilidad de este conjunto, se eliminó el sistema dearranque automático y se modificó el sistema manual para facilitar su uso y aumentarla eficacia. El resultado obtenido se muestra en la Figura (10.3).

102

10.2. Sistema de escape

Figura 10.3: Sistema de arranque manual modificado

10.2. Sistema de escape

Este conjunto ha tenido que ser modificado debido a la configuración del sistemade arranque manual actual. La nueva disposición de este sistema (Figura 10.4b) tieneun doble objetivo, por un lado evitar interferencias con el sistema de arranque y porotro lado facilitar su refrigeración.

(a) Configuración inicial (b) Configuración actual

Figura 10.4: Sistema de escape

Además de la modificación de disposición, también se ha realizado un cambio en eltubo de escape (más acorde a la nueva configuración).

103


10.3. Sistema de alimentación

Al igual que para el sistema anterior, los cambios han sido tanto de elementos comode configuración. En primer lugar, el cambio de disposición se debe a interferencias deldepósito con el tubo de escape. Por otro lado, ante la ausencia de espacio para integrarel déposito inicial se decidió cambiar dicho depósito por otro, Figuras (10.5a) y (10.5b)respectivamente.

(a) Depósito inicial (b) Depósito final

Figura 10.5: Sistema de alimentación

Figura 10.6: Integración del sistema en el vehículo

10.4. Sistema de transmisión

A este conjunto no se le han realizado cambios referentes a su funcionamientoo disposición. Debido a la fuerza suministrada por el motor, a la hora de realizarlas primeras pruebas funcionales, se han detectado limitaciones estructurales que hantenido que ser corregidas mediante el uso de refuerzos. Tras la implantación de dichosrefuerzos (Figura 10.7) se comprobó que el funcionamiento del sistema era el establecidoen el diseño.

104

10.5. Sistema motor

Figura 10.7: Refuerzos instalados en la transmisión

10.5. Sistema motor

A este sistema se le han instalado mayor cantidad de tornillos de fijación. El ob-jetivo de estos es el de garantizar la fijación del motor a la estructura trasera a pesarde la vibraciones producidas por éste y las transmitidas desde el suelo. En el diseñopreliminar existían pocos puntos de contacto lo que generaba la salida de la cadenadebido a las vibraciones mencionadas.

Figura 10.8: Fijación final del motor a la estructura trasera

10.6. Sistema iluminación e indicación

Por último, al sistema de iluminación e indicación, se le ha realizado una revisiónmás que modificaciones. El objetivo de esta revisión ha sido el de garantizar el óptimofuncionamiento de todos los elementos que configuran este sistema. A continuación semuestra, a través de imágenes, el buen funcionamiento de todos los elementos.

105


10.6.1. Elementos de alumbrado

(a) Luces de carretera (b) Luz antinieblas

(c) Luces de posición delanteras (d) Luces de posición traseras

(e) Luces de intermitencia delanteras (f) Luces de intermitencia traseras

(g) Luces de freno

Figura 10.9: Revisión luces de alumbrado

106

10.6. Sistema iluminación e indicación

Las imágenes agrupadas en la Figura (10.9) muestran el buen funcionamiento delsistema de iluminación.

10.6.2. Elementos de indicación

Como se ha comentado en el capítulo 8, los elementos de indicación que posee esteautomóvil son:

Lámpara de posición de punto muerto. Cuando se encuentra encendida indica quela caja de cambios se establece en la posición de punto muerto, apagándose si secambia a una marcha (Figura 10.10).

Lámpara de freno de mano activado. Si se encuentra encendida indica que el frenode mano se encuentra accionado, apagándose en caso contrario (Figura 10.11).

Cuadro de indicación. Éste se ilumina al accionar las luces de posición e indica laconfiguración de los intermitentes y la cantidad de combustible (Figura 10.12).

Lámpara de posición de punto muerto

Figura 10.10: Revisión lámpara de posición de punto muerto

107


Lámpara de freno de mano activado

Figura 10.11: Revisión lámpara de freno mano activado

Cuadro de indicación

(a) (b)

Figura 10.12: Revisión iluminación del cuadro de indicación

108

Capítulo 11

Conclusiones

En este proyecto se han podido apreciar las inmensas posibilidades que ofrece el pro-grama CATIA. Su forma de trabajar es muy intuitiva y proporciona un entorno muyagradable para ello, obteniendo unos resultados bastante buenos, útiles y completos.

El objetivo inicial de este trabajo era la recreación virtual más detallada posibledel automóvil “5J”, propiedad del Señor González. Se ha podido comprobar que elprograma permite desarrollar el análisis del vehículo completo. Una vez realizado elmodelado de cada una de las piezas que integran el vehículo y su posterior ensamblaje,se han analizado una serie de estudios estructurales, utilizando el mismo programade cálculo. Estos tienen el objetivo de comprobar la consistencia del automóvil anteciertas condiciones críticas. Los resultados obtenidos han mostrado los puntos débilesa reforzar para garantizar la seguridad del vehículo.

Uno de los principales problemas encontrados en el desarrollo del trabajo ha sidoel ensamblaje de los distintos módulos (“product”). La razón de ello se encuentra en elcumplimiento de las condiciones de ligadura, para ello todas las piezas del subconjuntodeben poseer las medidas exactas y al ser éstas tomadas directamente del automóvilse producen discrepancias que se han tenido que corregir en el programa. A pesar deesta limitación, se ha conseguido una gran similitud en lo referente a la forma de loscomponentes.

El resultado final, mostrado de nuevo en la Figura (11.2), está compuesto por 447piezas, de las cuales 237 son diferentes (como se muestra en la Figura 11.1). Estas sehan organizado por subconjuntos constituyendo los sistemas analizados en los distintoscapítulos.

109

Capítulo 11. Conclusiones

Figura 11.1: Listado de piezas

A lo largo de todo el documento, se han comparado las piezas reales con las mo-deladas con el fin de analizar los resultados obtenidos de este trabajo y poder sacarconclusiones del mismo. Por otro lado, se han empleado los materiales de acuerdo a losexistentes en el prototipo: acero, hierro, plástico o madera de roble entre otros. Estoha permitido garantizar la veracidad del comportamiento estructural en los análisis yobtener el peso total del vehículo, 260 Kg (muy próximo al peso real, 250 Kg). Paraobtener el peso total del vehículo se han tenido que realizar en algunas piezas (compo-nentes macizos) aproximaciones de la densidad global para garantizar el peso real delelemento.

Otro aspecto a tener en cuenta, ha sido la capa de pintura que posee cada material.Ésta se ha establecido intentando asemejar la apariencia al acabado real para crear un“render” lo más parecido posible. Las comparaciones se muestran en el capítulo 4 y sepuede apreciar la similitud existente entre ambos. El principal problema encontrado ala hora de realizar la recreación virtual, ha sido la limitación de memoria del ordenador,que ha implicado una gran inversión en tiempo para obtener unos resultados aceptablesFigura (11.2).

Por último, comentar dos aspectos importantes que aunque no se muestran refle-jados directamente en este proyecto han sido vitales para constituir y comprender elresultado final, estos son:

Ante la ausencia de planos preliminares del objeto en estudio y la dificultad demodelar sin ellos, estos se han tenido que desarrollar manualmente y teniendocomo fuente principal los conocimientos que posee el autor. Se considera unaactividad muy laboriosa y que requiere mucha precisión para obtener un resultadoaceptable.

La puesta a punto del automóvil. Con el objetivo de entender y demostrar el fun-cionamiento del vehículo se han realizado, paralelamente al estudio del proyecto,modificaciones sobre éste para garantizar su operatividad nominal. Este aspectose ha incluido por propia iniciativa e interés del autor y como muestra del éxitodel proyecto.

110

Figura 11.2: Resultado final

111

Bibliografía

[1] Enciclopedia libre Wikipedia. Obtenido el 9/3/2014 de:http://en.wikipedia.org/wiki/CAD

[2] Narayan, K. Lalit. Computer Aided Design and Manufacturing. Prentice Hall, 2008.

[3] http://mbinfo.mbdesign.net/CAD-History.htm. Obtenido el 9/3/2014.

[4] http://www.cadazz.com/cad-software-history.htm. Obtenido el 10/3/2014.

[5] http://www.castor.es/historia_CAD_CAM.html. Obtenido el 14/3/2014.

[6] http://www.3ds.com/es/acerca-de-3ds/historia/1981-1997/. Obtenido el14/3/2014.

[7] https://docs.google.com/document/preview. Obtenido el 17/3/2014.

[8] http://es.wikipedia.org/wiki/CATIA. Obtenido el 18/3/2014

[9] http://www.3ds.com/es/products/catia/welcome/. Obtenido el 20/3/2014.

[10] http://en.wikipedia.org/wiki/CATIA. Obtenido el 20/3/2014.

[11] Proyecto fin de carrera. SIMULACIÓN DE UN CHOQUE FRONTAL DE UNVEHÍCULO AUTOMÓVIL CONTRA DIFERENTES TIPOS DE BARRERA. Au-tor: David Illescas Pérez.

[12] CESVIMAP. Elementos Amovibles. 2011.

[13] T. González, G. del Río, José Tena, B. Torres. Circuitos de fluidos. Suspensión ydirección. EDITEX, 2011.

[14] http://es.wikipedia.org/wiki/Freno_de_disco. Obtenido el 15/4/2014.

[15] Manuel Tomás Fernández. Manual de mecánica BTP-C/D. Ediciones MATFER,2004.

[16] Nicolas Larburu Arrizabalaga. Máquinas: Prontuario. Ediciones Paraninfo, 2001.

113

Trabajo Fin de Grado

Documents

Transcript of Trabajo Fin de Grado