E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
INTRODUCCIÓN
Se llama bastidor en los vehículos a aquella estructura rígida donde se fijan de una u otra forma, tanto la carrocería como los distintos elementos y grupos mecánicos que componen componen un vehículo vehículo (motor, (motor, elemento elementos s del sistema sistema de transmisi transmisión, ón, suspensió suspensión, n, etc.). l bastidor de los vehículos, además de soportar el peso de todos estos elementos y part partes es que que comp compon onen en a un vehí vehícu culo lo auto automó móvi vil, l, tamb tambi! i!n n debe deberá rá sopo soport rtar ar las las sobrecargas de uso que incluyen, además del peso propio de la carga que transporte y de los ocupantes del vehículo, las cargas dinámicas e inerciales originadas por el funcionamiento funcionamiento de los distintos elementos y por el propio movimiento del vehículo. l bastidor de un vehículo lo puede constituir un conjunto formado por dos elementos longitudinales longitudinales situados sim!tricamente a ambos lados del eje longitudinal longitudinal del vehículo, llamados largueros, que están unidos transversalmente por medio de otras estructuras más cortas, en n"mero variable, denominadas travesa#os. l travesa#o de mayor inercia y resistencia (llamado a veces puente) suele montarse en la parte delantera del bastidor, con objeto de poder soportar tanto el motor como la suspensión delantera del vehículo. $unque ya se verán más adelante los distintos tipos de bastidores e%istentes para vehícu vehículo los, s, la geomet geometría ría de los bastid bastidore ores s conven convencio cional nales es suele suelen n ser tal que se presen presentan tan más estrecho estrechos s en la parte parte delan delanter tera, a, a fin de permi permitir tir que que las ruedas ruedas direccionales direccionales puedan girar y poder mantener la misma rodada (distancia entre ruedas) que en las ruedas traseras. &or otro lado, la mayor anchura del bastidor se suele situar en la parte trasera, y sirve para distribuir el peso de la carrocería y la carga más cerca de las ruedas traseras, con objeto de dar mayor estabilidad al vehículo. $demás, esta mayor anchura permite ofrecer tambi!n una mayor protección al vehículo en caso de impacto lateral.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
OBJETIVOS 'odelar un dibujo asistido por computadora del bastidor de un vehículo usando el softare de dise#o mecánico Solidworks.
GENERALIDADES a primera pregunta que hay que hacerse es, *qu! es un +chasis o bastidor- ien, en ingeniería la palabra +chasis, o bastidor, se refiere a un conjunto de elementos unidos de tal manera que forman una estructura +intraslacional, es decir, una estructura completamente rígida o considerada rígida. sto trasladado al mundo del automóvil significa que el chasis de nuestro vehículo será la estructura encargada de conectar las cuatro ruedas, recibir todas las cargas y esfuer/os, ubicar todos los componentes en la posición más ventajosa y además, hacer las veces de c!lula de seguridad o supervivencia, entendi!ndose por esta "ltima la parte del vehículo que se considerará +indeformable a efectos prácticos. $ continuación unas figuras ilustrativas de lo que es un chasis0
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
a diferencia fundamental es que son dos tipos de bastidores completamente diferentes. l modelo de arriba es el denominado chasis independiente, no todos son así pero en este observamos que está formado por largueros (las dos vigas que abarcan todo el largo del vehículo) y travesa#os (vigas colocadas en sentido transversal a los largueros). ste chasis se llama independiente porque es el elemento portante de la carrocería, es decir, será el elemento que aguante todos los esfuer/os y torsiones producidos por la marcha del vehículo, además de aguantar los impactos que pudieran ocurrir, y sostener el resto de elementos que componen nuestro vehículo. s muy com"n su uso en automóviles 1odo 1erreno, camiones y autobuses por su buena resistencia y sencille/ de dise#o, sufriendo pocos da#os en caso de impacto. Sin embargo, no todo son ventajas, y los grandes inconvenientes de este modelo son su peso, bastante alto, y sobre todo la forma de construcción hace que las suspensiones no terminen de trabajar de la forma más correcta (ya lo e%plicar! mejor en el apartado de suspensiones), aunque hay otros modelos de chasis independiente, que e%plicar! más tarde, que sí hacen trabajar mucho mejor a la suspensión del automóvil. l chasis de abajo es el considerado como chasis monocasco o carrocería autoportante. a diferencia con el anterior estriba en que aquí la carrocería al completo del vehículo y el chasis son la misma cosa, es decir, la estructura es una especia de +todo en uno que hace las veces de elemento portante y elemento portado. Su uso se justifica por la mayor ligere/a del conjunto, obteni!ndose buenos valores de rigide/ torsional y resistencia. ste chasis a su ve/ hace que las suspensiones trabajen de manera más correcta y el vehículo sea más estable en toda condición de uso. $ la hora de dise#ar un chasis se deben tener en cuenta ciertos factores cómo0
2
&eso.
2
3igide/ torsional (capacidad de soportar distintos 'omentos de 4uer/a).
2
3esistencia.
2
3esiliencia (resistencia al impacto).
2
Sencille/.
Bastidor (Vehícuo! 5n bastidor es la estructura principal compuesta por largueros y travesa#os que unidos forman el chasis del vehículo.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
"istoria 6urante a#os el chasis tal y como se ha e%plicado fue el "nico sistema constructivo para todos los vehículos. Sin embargo, a partir de los a#os 78 (9itro:n ;1raction;) y sobre todo los <8, en los automóviles de turismo se empe/ó a integrar en la carrocería, pasando !sta de cumplir una función meramente protectora a ser estructural. =oy día tan sólo lo llevan lo camiones, los todoterreno de más prestaciones, las máquinas de obras p"blicas, etc.
O#$eti%o de u& Bastidor $porta rigide/ y forma a un vehículo u objeto. l chasis sostiene varias partes mecánicas como el motor, la suspensión, el sistema de escape y la caja de dirección. l chasis es considerado como el componente más significativo de un automóvil. s el elemento más fundamental que da fortale/a y estabilidad al vehículo en diferentes condiciones. s una parte importante del automóvil que permite el armado de los demás componentes. $lgunos chasis se clasifican en chasis con riostra, chasis sin riostra, chasis con largueros, chasis sin largueros, chasis clásico, chasis compacto y chasis en organi/ación.
Co&strucci'& Suele estar construido en diferentes materiales, dependiendo de la rigide/, costo y forma necesaria. os más habituales son aleaciones como el acero o de diversos metales como el aluminio. as pie/as que lo componen son por lo general tubos, o vigas, de diferentes calibres y funciones en la estructura. =ay tres dise#os principales de los largueros (viga) del bastidor. stos son0 •
Ca&a C
•
Ca$a cerrada
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
Ca&a U
•
•
9anal 9
l bastidor de canal, en forma de 9, es fuerte pero fle%ible> se emplea en camiones y en /onas de automóviles convencionales donde se necesita resistencia y cierto grado de fle%ión y además es muy difícil de romper.
•
9aja cerrada
a construcción de caja se emplea en muchos bastidores convencionales, en especial cuando se necesita resistencia adicional> la sección de caja se construye con dos secciones de canal en forma de 9. os largueros de caja del bastidor son hechos soldando dos vigas en ambos e%tremos para formar un tubo rectangular. •
9anal 5
l dise#o de canal en forma de 5, por lo general en lata más ligera, se utili/a en las carrocerías unitarias tipo monocasco, para formar los largueros inferiores, que se hacen al soldar por puntos un canal con cejas en el piso de la carrocería o en el panel interno del pasarueda. n los diversos travesa#os se pueden utili/ar complementos tubulares y viguetas. os bastidores los puede haber de diferentes metales como hierro principalmente pero, tambi!n en aluminio.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
Tios de Bastidores
Bastidor I&dee&die&te os primeros dise#os de bastidores se basaban en el conjunto formado por dos largueros longitudinales laterales, fabricados de chapa laminada con perfil cajeado o en ;9;, enla/ados entre sí mediante travesa#os, constituyendo una base sobre la que se montan los órganos mecánicos y la carrocería del vehículo. ste tipo de bastidor presenta una gran rigide/, por lo que hoy en día todavía son ampliamente utili/ados en camiones de carga, furgones ligeros y en vehículos todo terreno.
=abitualmente, cuando sobre el bastidor se han montado todos los elementos mecánicos del vehículo (motor, elementos del sistema de transmisión, suspensión, etc.), entonces a este conjunto se le denomina ;chasis;. &or otro lado, se llama ;carrocería; o latonería a aquella otra parte del vehículo sobre la que reposan los pasajeros o la carga, constituyendo la parte e%terior vista del vehículo. s decir, la carrocería constituye la envoltura e%terna del vehículo, careciendo normalmente de funciones estructurales y de resistencia. l tipo de bastidor independiente está constituido por una estructura o arma/ón de acero compuesta por dos largueros longitudinales unidos mediante travesa#os soldados, atornillados o remachados, dispuestos transversal o diagonalmente. ste conjunto así formado posee una elevada resistencia y rigide/, constituyendo la base sobre el que se montan los órganos mecánicos y tambi!n la carrocería del vehículo. 6e esta manera, el bastidor es la estructura encargada de recibir y absorber todos los esfuer/os de fle%ión y torsión derivados del normal funcionamiento del motor y de la marcha o movimiento del vehículo.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
os bastidores suelen dise#arse con diferentes formas y geometría, con objeto de poder adaptarse a las diversos requerimientos (resistencia, distribución especial de carga, fle%iones y torsiones elevadas...) en función de la tipología y uso del vehículo donde van a ser montados. n este sentido y para mayor información, cabe destacar los siguientes modelos de bastidores de tipo independiente0
•
Bastidor e& cou)&a (o e& *+*!, astidor en columna o en ;?; que recibe su nombre por la geometría que presenta en forma de ?, como se puede ver en la figura adjunta. ste tipo de bastidor se estrecha por el centro, proporcionando al vehículo una estructura más rígida, que está dise#ada para contrarrestar los puntos de torsión elevada. l travesa#o delantero en este tipo de bastidor suele ser muy robusto, con objeto de poder servir para la fijación a los anclajes de las suspensiones delanteras y elementos del motor.
Bastidor eri)-trico o #astidor eri)etra,
l bastidor perim!trico o de tipo perimetral se utili/a en ciertos modelos de automóviles y en algunas camionetas. n este tipo de bastidor, los largueros soportan la carrocería del vehículo en su parte más ancha, ofreciendo así una mayor protección en caso de impacto lateral. &resentan una configuración escalonada detrás y delante de las ruedas delanteras y traseras, respectivamente. 9on esta configuración, el bastidor permite formar una estructura de caja de torsión, que en caso de impacto frontal permite absorber gran parte de la energía generada durante la colisión.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
$demás, con este tipo de bastidor, que es un poco más ancho, se consig/ue dotar al vehículo de una mayor estabilidad. a sección central de este tipo de bastidor cuando se usa en automóviles y camionetas ligeras está deprimida, a fin de conseguir un centro de gravedad más bajo y una menor altura total del vehículo, con lo que se consigue tambi!n una mayor estabilidad. &or otro lado, los largueros suelen presentar una curvatura hacia arriba a fin de ofrecer mayor espacio para las suspensiones.
Bastidor de .ata/or)a
l tipo de bastidor de plataforma reali/a la función, como su propio nombre indica, de una plataforma portante y resistente.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
stá constituido por un chasis aligerado formado por la unión de varias chapas soldadas, generalmente mediante soldadura por puntos, formando el conjunto una base de rigide/ suficiente como para poder soportar los órganos mecánicos y posteriormente tambi!n la carrocería del vehículo. n este caso, la carrocería del vehículo podrá unirse al bastidor o plataforma mediante el empleo de dos t!cnicas posibles0 @ 5niones atornillada a la plataforma, o bien, @ Soldadura por puntos o uniones por remaches. 6ebido a la elevada rigide/ que proporciona la plataforma en este tipo de bastidor, la carrocería puede ser más ligera, además de poder ser compuesta de numerosos elementos desmontables que facilitan las labores de recambios y sustituciones en caso de desperfectos en alguna parte de la carrocería.
Carrocería Autoorta&te o 0o&ocasco
l sistema de carrocería autoportante, o tambi!n llamada carrocería monocasco, es la opción más empleada actualmente en la fabricación de automóviles, sobre todo en vehículos ligeros y turismos, debido a que supone una reducción importante en el peso del vehículo, le dota de mayor fle%ibilidad y es mucho más barato su producción en serie. as carrocerías autoportantes o monocasco parten del concepto de conformar una estructura metálica envolvente constituida por la unión de elementos de chapa de diferentes formas y espesores, de manera que se consigue formar una caja resistente que se soporta a sí misma y a los elementos mecánicos que se fijen sobre ella.
n este caso, casi todas las pie/as que conforman las carrocerías monocasco van a estar unidas por medio de puntos de soldadura principalmente, aunque puedan e%istir dise#os donde gran parte de componentes se unen por medio de uniones atornilladas para hacer más fácil las labores de sustitución o de reparación de desperfectos.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
ntre sus ventajas se encuentran0
9entro de gravedad bajo. ajo peso. Aran rigide/. &ocas vibraciones y ruidos. arga vida "til. 'enor mano de obra para la fabricación. &ie/as enla/adas con soldadura roboti/ada. 6ise#o adecuado para la fabricación en serie. &osibilidad de crear /onas fusibles que absorban gran cantidad de energía ante un impacto, protegiendo a los tripulantes.
n la siguiente figura se muestra la estructura básica o casco de un automóvil moderno, en !l se aprecian las siguientes pie/as estructurales0
argueros delanteros inferiores y superiores. 'áscara frente. &arallamas. &arantes delanteros, central y traseros. Bócalos. argueros traseros
Bastidor tu#uar l bastidor tubular forma una estructura en forma de celosía o perimetral a partir de elementos o barras tubulares que pueden tener secciones circulares, ovaladas o cuadradas.
ste tipo de bastidor nace de la necesidad de obtener estructuras más ligeras y esbeltas. Son estructuras de tipo celosía principalmente, dando lugar a un conjunto muy rígido y ligero. 9omo se aprecia en la figura adjunta, el bastidor tubular se constituye por un arma/ón de tubos soldados entre sí que adopta la forma de una especie de jaula. $ este entramado se anclan, directamente o a trav!s de un sub2bastidor, el resto de elementos del automóvil.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
l elevado costo para la fabricación de este tipo de bastidor hace que su uso se limite a peque#os vehículos de competición o algunos prototipos de automóviles que por alguna circunstancia requieran una gran reducción de peso.
Bastidor de Tu#o Ce&tra ste tipo de bastidor está formado por un tubo central de sección rectangular, de apro%imadamente C< cm por DE cm. $delante se bifurca para dar cabida al motor y caja, mientras que atrás para soportar la suspensión. s una estructura muy rígida. s necesario agregar una estructura e%tra para soportar la carrocería, butacas, accesorios etc. $ continuación se adjunta un esquema de este tipo de estructura.
ES.ECI1ICACIONES T2CNICAS
l dise#o de bastidores es en gran medida un arte ya que requiere de acomodar los componentes de máquina, pudiendo colocar los soportes necesarios dejando espacios para el montaje y el acceso al mantenimiento.
Re3uisitos T-c&icos4 %isten requisitos t!cnicos que deben ser satisfechos para el dise#o como para la estructura> dentro de los parámetros de dise#o más importantes están0 1.
2. 3.
4.
5.
6.
7.
8.
3esistencia0 deberá resistir a todos los esfuer/os de tracción y de corte con el fin de evitar rupturas en el arma/ón $specto0 deberá verse bien a los ojos, la est!tica es muy importante. 3esistencia a la corrosión0 debe de utili/arse materiales que soporten la corrosión por muchos a#os, para así e%pandir su vida "til tomando en cuenta aspectos específicos sobre el clima y el lugar donde esta va a operar. 1ama#o0 el tama#o deberá ser el adecuado al componente de máquina o máquina que será cubierta. $tenuar la vibración0 la estructura deberá impedir la vibración de los componentes que estás dentro de esta, pues la vibración altera el funcionamiento correcto de las partes y puede ocasionar la ruptura de la misma estructura o de los componentes o partes instaladas sobre la arma/ón. 3igide/0 la estructura deberá ser rígida para conseguir la protección del ser humano y de las mismas partes. Fue al manipular la estructura o ya en funcionamiento la máquina, esta arma/ón no sufra deformaciones. 9ostos de fabricación0 el costo es muy importante debido a que un dise#o muy caro es poco rentable, y al contrario, un dise#o muy barato pone en duda la calidad. &eso0 el peso de la estructura es un factor importante porque puede afectar la eficiencia del dise#o de una máquina y hasta de poder manejarla. &esos bajos
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
9.
10.
no serían los recomendables para esfuer/as de tracción y corte muy altos. &esos altos no serían recomendables para su manejo o instalación. 3educción de ruido0 cuanto menos ruido mejor será para los operarios de las máquinas y en general de todas las personas, ya que hay leyes que regulan la cantidad de sonido que una empresa pueda emitir. Gida "til0 depende de algunos los factores anteriormente descritos y al final de todo es el más importante, pues el dise#o y fabricación correctos da como resultado una longeva vida "til para la estructura o arma/ón> sin embargo esta debe de ser sujeta a estimado de la vida "til total de la máquina, ya que el dise#ar arma/ones o partes que tengan una e%cesiva duración indica que aumentara el costo, y al final no se le sacara provecho a esta inversión.
1actores a to)ar e& cue&ta4 $ntes de iniciar un proyecto de dise#o de un bastidor, se debe tomar en consideración los siguientes factores0
1.
4uer/as que ejercen los componentes de la máquina a trav!s de los puntos de montaje como cojinetes, pivotes, abra/aderas y bases de otros elementos mecánicos
2.
'anera en que se va a soportar la propia estructura
3.
&recisión del sistema> defle%ión permisible de los componentes
4.
9antidades que se van a producir e instalaciones disponibles
5.
6isponibilidad de herramientas analíticas como análisis de tensiones por computadora y análisis e%perimental de tensiones
6.
3elaciones con otras máquinas, muros y demás
0ateriaes ara e dise5o #astidores4
as propiedades de resistencia y rigide/ del material resultan de primordial importancia> el acero se clasifica con resistencia muy alta si se le compara con otros materiales para fabricar arma/ones> Sin embargo, es mejor tomar en cuenta algo más
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
que solo resistencia a punto cedente, resistencia má%ima a esfuer/o de tracción o resistencia debida a la durabilidad.
l dise#o se puede reali/ar con varios materiales a fin de evaluar el rendimiento general, la ra/ón de resistencia a densidad es susceptible de originar una selección de material diferente> es por eso que se utili/a el aluminio, titanio y materiales compuestos en aeronaves, vehículos aeroespaciales y equipo para transporte.
a rigide/ de una estructura o arma/ón suele ser el factor determinante, y no la resistencia> esta rigide/ es indicada por el coeficiente de elasticidad.
Su6ere&cias de dise5o ara resistir a /e7i'&
H I &7 J KL & I carga I longitud entre soportes I módulo de elasticidad del material de la viga L I momento de inercia de la sección transversal de la viga K I un factor que depende de la manera en que se carga y se soporta
n la ecuación la carga y la longitud deben mantenerse peque#as y los valores e I deben ser grandes. &ara que el dise#o sea resistente a la fle%ión se debe tomar las siguientes sugerencias0
1.
'antener la longitud de la viga tan corta como sea posible y colocar cargas cerca de los soportes
2.
'a%imi/ar el momento de inercia de la sección transversal en el sentido de la defle%ión. sto se puede lograr colocando la mayor parte del material lejos del eje neutral de fle%ión
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
3.
5tili/ar un material cuyo módulo de elasticidad sea alto
4.
6onde sea posible utili/ar e%tremos fijos para la viga
5.
9onsiderar la defle%ión lateral además de la defle%ión en el sentido principal de la carga. 1ales cargas se encontrarán durante la fabricación, manejo, embarque, uso inadecuado o golpes accidentales.
6.
valuar en el dise#o final la resistencia y rigide/
7.
&roporcionar apuntalamiento rígido en las esquinas de estructuras o arma/ones abiertos
8.
9ubrir la sección abierta de un arma/ón o estructura con un material laminado para resistir la distorsión (refuer/o mediante entrepa#os)
9.
9onsiderar una construcción tipo armadura o entramado para obtener rigide/ estructural con miembros de poco peso
10.
5tili/ar riostras o apuntalamientos diagonales para dividir secciones en partes triangulares, una forma inherentemente rígida
11.
5sar montantes de refuer/o para paneles de gran tama#o a fin de reducir la vibración y el ruido
12.
$gregar riostras o apuntalamientos donde se aplican cargas o en los soportes para ayudar a transferir las fuer/as hacia miembros adyacentes
13.
1ener cuidado con los miembros que soportan cargas provistos de rebordes e%tendidos que pueden colocarse en compresión. &uede provocarse pandeo a nivel local (desgarramiento o inestabilidad local)
14.
9olocar las cone%iones en puntos de baja tensión
Sugerencias para dise#ar miembros de manera que resistan la torsión
1 I torque aplicado o momento de torsión I longitud a lo largo de la que act"a el torque A I módulo de elasticidad ante esfuer/o de corte de material
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
3 I constante de rigide/ torsional
Se debe tomar en cuenta la forma del miembro para poder obtener una estructura rígida las cuales pueden ser0 tira delgada, forma de canal, tubo hueco abierto, tubo hueco cerrado y tubo cuadrado cerrado> de los cuales los "ltimos dos son los más utili/ados debido a la alta rigide/ torsional. $demás se deben escoger las riostras ya sea0 transversal convencional, diagonal "nica y diagonal doble.
E.A.P. Ingeniería Mecánica –UNS
Bi#io6ra/ía htts,88es49i:iedia4or689i:i8Bastidor;(%eh
?@8estructura?de?%ehicuo?>>> htt,88reositorio4ese4edu4ec8#itstrea)8>8F8>8AC?ES.EL?0AI?@4d/ htt,88#i#i&64us4es8roectos8a#rero8@=8/ichero8HCacuosH0eca&icos <1CaituoHHCacuoHdeH#astidorHV=4d/ htt,88du%erdt4#o6sot4e8>=8>>8estructura?)etaica?de?auto)o%i4ht) htt,889994#a&recutura4or68&ode8@> htt,88i&6e)eca&ica4co)8tutoriase)a&a8tutoria&>4ht) htt,889994echaista4co)8chasis;carrocerias;%ehicuos4ht) htt,889994tari&6a4&et8osts8autos?)otos8>F>8Tra&s)isio&?>era?arte4ht) htt,889994#ridor4co)8#ordado8#astidores?ara?#ordado8#astidores?a&os4ht) htt,889994o&acra9i&64co)8/oros8%ie9toic4hK/>MtF
