Cátedra : VEHÍCULOS AUTOMOTORES BASTIDORES

U.N.M.d.P.
FACULTAD DE INGENIERIA
Cátedra : VEHÍCULOS AUTOMOTORES
BASTIDORES
INTRODUCCION
El bastidor, en todo vehículo automotor, es el encargado de soportar los
esfuerzos a que esta sometido el rodado, por ejemplo el esfuerzo de las
suspensiones, la cupla del motor, esfuerzos de frenaje y aceleración, etc. También
debe reaccionar ante un accidente vial, manteniendo en lo posible la integridad del
habitáculo.
El primer bastidor que se utilizó fueron dos perfiles paralelos tipo doble T o U
acostado. Estos perfiles se colocaban bajo la carrocería del rodado y a su largo,
estando unidos por otros perfiles transversales del mismo tipo.
Sobre los perfiles mencionados se sujetaba el motor, las suspensiones y la
carrocería.
En un principio estos perfiles eran rectos, sin embargo esto provocaba un
aumento en la altura del centro de gravedad del rodado.
Con el fin de bajar el centro de gravedad del rodado, se curvaron los
largueros en las zonas de los ejes del vehículo, dando cabida así al eje, que en estos
casos es del tipo rígido.
Un ejemplo de lo anterior se da en la figura siguiente, correspondiendo en
este caso al chasis de un ómnibus Scania.
En esta se ve claramente la curvatura de los largueros sobre el eje trasero.
Posteriormente se comenzaron a utilizar perfiles de tipo circular de 75 a 90
mm. de diámetro, con espesores aproximados de 1.6 mm., los cuales se soldaban
entre sí. Un ejemplo de este tipo de bastidor se da a continuación.
Este
tipo
de
bastidor
es
bastante pesado y de baja rigidez,
pero fácil de construir y con buen
acceso a los elementos mecánicos.
También es de bajo costo.
Su torsión depende de la
sección de los tubos y de la forma
en el espacio, si es triangular o
rectangular.
Se usan dos tubos para mayor facilidad del montaje de los elementos
mecánicos.
BASTIDOR MULTITUBULAR
Se utilizan cuatro tubos en dos planos distintos unidos entre sí por otros
tubos, creando una especie de jaula.
Todos los tubos se encuentran soldados entre sí.
Este tipo de bastidor posee buena rigidez a la torsión.
En la figura siguiente se muestra la forma de este tipo de bastidor.
BASTIDOR DE TUBO CENTRAL
Este tipo de bastidor esta formado por un tubo central de sección
rectangular, de aproximadamente 15 cm por 26 cm. Adelante se bifurca para dar
cabida al motor y caja, mientras que atrás para soportar la suspensión.
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Es una estructura muy rígida. Es necesario agregar una estructura extra
para soportar la carrocería, butacas, accesorios etc.
A continuación se adjunta un esquema de este tipo de estructura.
ESTRUCTURA ESPACIAL
La estructura básica indeformable es la triangular. Aún en el caso que se
unan los vértices del triángulo con tornillos, este seguirá siendo indeformable en el
plano que lo contiene, por ejemplo si se aplica una fuerza en uno de los vértices.
Esto puede apreciarse en la parte superior de la figura siguiente.
Si se aplica la fuerza marcada, para que la
estructura triangular se deforme, se deberá estirar una
de las barras y acortar otra.
Todas las barras quedaran sometidas a esfuerzos
de tracción o compresión.
Si construimos un rectángulo como el de la
figura, y aplicamos una fuerza en uno de los vértices, el
rectángulo se deformara tomando la forma de un rombo.
Si ahora agregamos una barra diagonal, esta
estructura se volverá indeformable. Esto se debe a que
ahora estamos ante la presencia de dos triángulos.
Si
a
un
triángulo
plano
le
agregamos en cada uno de sus vértices
una barra que concurra a un punto se
transforma en una estructura espacial
indeformable elemental,
cuatro triángulos.
compuesta por
RETICULADO ESPACIAL
El bastidor o estructura espacial que
posee mayor rigidez es el mostrado en la
siguiente figura.
Esta
estructura
también
posee
gran
rigidez a la flexión.
Generalmente se realiza un bastidor que
esta compuesto de varias cajas elementales,
cada una de ellas confeccionada de forma tal
que sea lo más parecida posible a una caja
elemental.
La resistencia al impacto de este tipo de
estructura es buena, en impactos menores se deformará la caja que recibe el golpe.
En impactos mayores, cada caja absorbe parte de la energía en forma proporcional
a su rigidez, logrando así obtener una estructura colápsale en algunos lugares y
rígida en otra. Obviamente a la parte correspondiente al habitáculo se le dará la
mayor rigidez.
El esquema de un bastidor espacial multitubular
siguiente.
ESTRUCTURA TIPO MONOCASCO
Se
construye
con
dos
chapas
paralelas separadas por algún elemento
liviano.
Esto
para
darle
mayor
rigidez.
Queda así formado un componente de la
estructura. Varios de estos componentes
unidos nos darán la estructura definitiva tal
cual se muestra en la figura adjunta.
se da en la figura
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Este tipo de estructura posee muy buena rigidez tanto a la flexión como a la
torsión.
En los vehículos de calle, la trompa y la cola del bastidor se le da menor
rigidez que a la parte correspondiente al habitáculo. Esto tiene la finalidad que ante
un choque, estas partes absorban la mayor cantidad de energía cinética,
preservando lo más posible la estabilidad estructural del habitáculo, y por
consiguiente de los tripulantes del rodado.
RIGUIDEZ A LA TORSION
Para tener buena estabilidad en las curvas, es necesario que los neumáticos
apoyen correctamente, esto se logra por medio de un correcto funcionamiento de las
suspensiones del rodado. Para que esto suceda, los anclajes de estas debe estar lo
mas firme posible, sin deformarse una respecto a la otra, lo cual se logra con un
bastidor que posee una buena rigidez a la torsión.
En caso que al doblar en una curva el bastidor se deformase elásticamente,
se produciría un desplazamiento errático del vehículo, pues las suspensiones no
trabajarían como fueron diseñadas.
La torsión admisible para categorías nacionales es de 1300Kgm/º.
Con bastidores tubulares es difícil llegar a estos valores con un bajo peso. En
este tipo de bastidor, se considera aceptable un valor de 900 Kg/º.
En los automóviles con techo, dada su mayor sección transversal se llega a
mayores valores en su rigidez transversal.
La forma de medir la rigidez transversal se da en la siguiente figura.
En la actualidad se utilizan dos tipos de bastidores en los vehículos de calle,
ellos son las carrocerías autoportantes y los chasis con largueros, los cuales muy
poco han cambiado en su forma desde los primeros utilizados a principios del siglo
XX.
CARROCERIAS AUTOPORTANTES
Son
utilizadas
prácticamente
en
la
totalidad
de
los
automóviles
comercializados.
Entre sus ventajas se encuentran:
¾ Centro de gravedad bajo.
¾ Bajo peso.
¾ Gran rigidez.
¾ Pocas vibraciones y ruidos.
¾ Larga vida útil.
¾ Menor mano de obra para la fabricación.
¾ Piezas enlazadas con soldadura robotizada.
¾ Diseño adecuado para la fabricación en serie.
¾ Posibilidad de crear zonas fusibles que absorban gran cantidad de
energía ante un impacto, protegiendo a los tripulantes.
En la siguiente figura se muestra la estructura básica o casco de un
automóvil moderno, en él se aprecian las siguientes piezas estructurales:
¾ Largueros delanteros inferiores y superiores.
¾ Máscara frente.
¾ Parallamas.
¾ Parantes delanteros, central y traseros.
¾ Zócalos.
¾ Largueros traseros.
Este tipo de estructura logra su rigidez por múltiples dobleces de la chapa
que formas las partes estructurales, como por ejemplo los parantes, logrando así un
buen valor del momento de inercia con pesos reducidos.
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En este tipo de vehículo es importante destacar que poseen trompa y cola
colapsable, las cuales absorben gran cantidad de la energía en juego durante un
choque, disminuyendo así la energía que llega a los tripulantes.
La idea es mantener lo más rígido posible la zona del habitáculo del vehículo
mientras trompa o cola absorben la mayor energía posible.
LARGUEROS LONGITUDINALES
Este tipo de bastidor, aún se sigue utilizando en el caso de camiones o
acoplados, donde la caja de carga no es estructural, por lo cual no absorbe los
distintos esfuerzos a que esta sometido el vehículo. Además le permite a un mismo
camión utilizar distintos tipos de caja de carga a través de su vida útil.
Este tipo de bastidor es sumamente rígido, lo cual lo hace ideal para el
transporte de grandes cargas.
En el caso de los camiones, se puede independizar la cabina de la caja de
carga, mejorando así el confort del conductor.
Una característica importante es el fácil acceso a los órganos mecánicos del
rodado.
Este tipo de bastidor, se sigue utilizando en vehículos de tipo 4x4, una
fotografía de la parte central de una pick up Toyota Hilux se muestra a
continuación, pudiéndose observar los órganos mecánicos de la transmisión.
En algunos casos se usan dos sistemas de bastidor en un mismo chasis, este
es el caso de algunos ómnibus de larga distancia, donde en la parte delantera y
trasera poseen largueros, adelante para soportar la suspensión, atrás para soportar
la suspensión y el motor.
En las dos fotografías siguientes se puede apreciar claramente lo anterior.
Los bastidores de camiones son todos del tipo recto como el de la figura
siguiente, esto facilita la instalación de la caja de carga.
Las cargas que soporta el bastidor de un camión son de dos tipos:
1) Puntuales:
¾ Motor y caja.
¾ Tanque de combustible.
¾ Batería.
¾ Cabina.
¾ Rueda de auxilio.
2) Uniformemente distribuidas:
¾ Caja de carga.
¾ Carga.
Las reacciones sobre el bastidor son los anclajes de los elásticos de
suspensión. A partir de esto se puede llegar a realizar los diagramas de esfuerzo de
corte y momento flector a que esta sometido el chasis. Estos se dan a continuación.
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DIAGRAMA DE ESFUERZO DE CORTE
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR
METODO DE CALCULO LARGUEROS
1) Adoptar longitud largueros.
2) Situar ejes.
3) Situar cargas puntuales y distribuidas.
4) Calcular reacciones en ejes y soportes de ballestas.
5) Calcular diagramas de esfuerzo de corte y momento flector.
6) Calcular momento flector máximo.
7) Elección coeficiente dinámico.
8) Elección coeficiente de seguridad.
9) Elección del material.
10) Calcular Wf.