Diseño y fabricación de un banco de ensayo de la suspensión de un monoplaza del equipo UPMRacing

Serrano Gallén, Rodrigo (2017). Diseño y fabricación de un banco de ensayo de la suspensión de un monoplaza del equipo UPMRacing. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Diseño y fabricación de un banco de ensayo de la suspensión de un monoplaza del equipo UPMRacing
Autor/es:
  • Serrano Gallén, Rodrigo
Director/es:
  • Francisco Javier, Paez Ayuso
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Este trabajo consiste en la fabricación y validación de un banco de ensayo para la suspensión de un vehículo tipo Formula. El trabajo se desarrolla en el entorno del equipo UPMRacing adscrito a la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y con sede en las instalaciones del Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (INSIA). El trabajo se plantea por la necesidad del equipo de realizar ensayos sobre la suspensión del vehículo en la fase de diseño sin necesidad de realizar los ensayos con la suspensión montada en el vehículo. Por ello se piensa en la posibilidad de diseñar un banco de ensayo que permita la realización de estos ensayos sobre una bancada. Una vez planteada esta necesidad, se comienza el trabajo por el análisis de datos registrados por el equipo en competiciones anteriores para idear soluciones para este problema. Los datos tenidos en cuenta para este análisis son los desplazamientos verticales en cada una de las suspensiones y la aceleración vertical del vehículo. Tras esta primera fase se piensa en un banco que permita realizar ensayos de esfuerzos verticales sobre la suspensión que simulen estas aceleraciones y que tenga la posibilidad de desplazarse verticalmente para aproximarse lo máximo posible a la realidad. Los ensayos se realizarán sobre una de las cuatro suspensiones del vehículo por lo que el modelo a considerar durante las fases de diseño y ensayo será la de ¼ de éste. La geometría de la suspensión se rediseña en cada una de las nuevas versiones del vehículo. Esto hace que un banco diseñado exclusivamente para una de estas suspensiones quedé obsoleta en un periodo insuficiente para justificar el esfuerzo de su diseño. Por tanto el banco se plantea como una herramienta modular que pueda ser empleada con distintas geometrías de la suspensión. Para comenzar la fase de diseño se calculan las posiciones relativas de cada uno de los puntos de anclaje de la suspensión al chasis y se define un plano vertical que será el de la placa en la que se colocarán estos anclajes. Esta placa será el cuerpo central del banco. Sobre ella se colocarán los anclajes y estará en contacto con el bastidor que se fijará a la bancada sobre la que se realizará el ensayo. Los anclajes se diseñan basándose en los montados en el chasis para asegurar la correcta colocación de la suspensión y sus casquillos para el montaje. Los anclajes se dividen en dos categorías según la distancia a la que se encuentran de la placa vertical y su diseño difiere por esta distancia. Estos anclajes pueden variar su separación de la placa mediante la colocación de chapas de distinto espesor en su parte posterior. Para permitir el movimiento vertical del conjunto de la placa y la suspensión, se colocan unas guías en la parte posterior de la placa y se diseña un marco rectangular que será el que se fije a la bancada y además se colocan unos raíles verticales sobre los que se desplazarán las guías de la placa. Este movimiento vertical puede ser restringido si el ensayo que se quiere realizar lo requiere. Todas las piezas se diseñan en el mismo material que el empleado en la fabricación del vehículo, acero S235. Al finalizar el diseño de los elementos del banco se procede a la realización de un análisis por elementos finitos de éstos, calculando una estimación de los esfuerzos que les serán transmitidos al aplicar una fuerza vertical a la suspensión durante el ensayo. Se define el valor máximo de esta fuerza sin superar el límite elástico de los elementos del banco. La siguiente fase del trabajo consiste en la fabricación del banco según el diseño realizado. Este proceso se llevó a cabo en las instalaciones del INSIA. Algunas de las técnicas empleadas son corte, taladrado y soldadura. Tras la fabricación de los elementos del banco se procede a su montaje y de la suspensión para la comprobación de la geometría de los elementos fabricados. El ensayo para la validación del banco requiere una preparación previa consistente en la colocación del banco en la bancada donde se realizará el ensayo y el pegado de las galgas extensométricas para la medición de las deformaciones en las barras de la suspensión durante el ensayo. Posteriormente se conectan las galgas al equipo de adquisición. El montaje del circuito para la medición de estas galgas es de ¼ de puente de Wheatstone y se realiza con unos conectores diseñados previamente a tal efecto. Durante la realización del ensayo se aplica la fuerza vertical sobre la suspensión con la mangueta y el buje y un utillaje para poder tirar del conjunto. Se utiliza un polipasto sujeto por el puente grúa existente en la nave. Para controlar la fuerza aplicada en todo momento se tiene una lectura en tiempo real de la fuerza indicada por una célula de carga conectada al equipo de adquisición. El ensayo se realiza con tres ciclos de carga y descarga hasta el nivel de fuerza vertical con el que se calcularon las estimaciones de los esfuerzo en las barras de la suspensión y con las que se realizó el FEA. Con los resultados de este análisis se procede a la validación del modelo de esta estimación. Tras este análisis se llega a la conclusión que la desviación entre las medidas y las estimaciones es del 1% y por tanto se puede validar el modelo y el diseño del banco. Aprovechando el montaje del banco para la realización del primer ensayo, se procede a realizar otros ensayos modificando algunos de los elementos de la suspensión y la ejecución de otros ensayos permitiendo el movimiento vertical de la placa para comprobar su funcionamiento. El análisis de los resultados de estos ensayos secundarios muestra algunas curiosidades como la variación de las curvas generadas por la señal de fuerza medida en la célula de carga.

Más información

ID de Registro: 46304
Identificador DC: http://oa.upm.es/46304/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:46304
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 31 May 2017 07:02
Ultima Modificación: 31 May 2017 07:02
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