Disseny d'una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radiocontrol de pista escala 1/5

Treball de Fi de Grau/Màster Grau en enginyeria en tecnologies industrials Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5 Autor: Sergi Roures Vives Director: Lluís Roger Casals Convocatòria: 07/2022 Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 3 Resum Aquest treball de final de grau té com meta dur a terme el disseny d'una suspensió davantera, singularment, per un vehicle controlat via ràdio control d'F1 a escala 1:5. Complementàriament, buscarem que es dugui a terme de la forma més eficient possible, tot respectant el màxim possible unes mesures prèviament recercades i analitzades en models de vehicles existents, ensems a la normativa vigent de competicions de vehicles RC F1 escala 1:5. Per a més inri, el sistema de suspensió dissenyat haurà d'absorbir les irregularitats del terreny, tot passant per mantenir l'estabilitat i la direcció del vehicle, tenint present el contacte entre el pneumàtic i la calçada. Quan parlem de sistemes de suspensió ens referim a, com la massa suspesa està acoblada a la massa no suspesa. La forma en què tots dos estan relacionats determina no només el moviment sinó també les forces transmeses. La suspensió independent és la més adequada per a la nostra aplicació en ser la que ofereix una estabilitat més gran en absorbir de forma independent les vibracions i oscil·lacions de les dues rodes d'un mateix eix. A més, es tracta del disseny que ofereix un millor confort i el que té un menor pes no suspès. Per assolir els propòsits descrits, cal dur a terme un estudi previ de dues assignatures relacionades amb el grau d'enginyeria d'automoció: "Suspensions" i "Direccions", en paral·lel a una recerca d'informació exhaustiva dels productes i disponibilitat al mercat actual, amb el fi de concretar i maximitzar els coneixements adquirits en la matèria, que resultaran extremadament útils de cara al disseny final de la suspensió del vehicle. Tan aviat s'hagi completat la fase de recerca i adquisició de coneixements, es durà a terme un esbós inicial de la suspensió, tenint com referència tres vehicles proporcionats pel tutor, i a partir d'ells es realitzarà un primer disseny 3D de la suspensió. D'aquest disseny en sortiran noves dades, gràcies a les quals es podrà dur a terme un estudi inicial dels paràmetres de direcció seleccionats, i un estudi de tensions. Aquests dos estudis es duran a terme mitjançant càlculs propis i per mitjà d'un programa d'Excel, fet per Pedro González Melis, ex-estudiant de l'ETSEIB. Per tal d'assegurar la veridicitat i validesa tant del càlcul com l'estudi de tensions, ens servirem programari CAD per a modelatge mecànic en 2D i 3D SolidWorks, que simultàniament ens resultarà de gran utilitat de cara al disseny. Aquest darrer estudi ens permetrà identificar quines peces susceptibles a presentar riscs, per poder anticipar i prendre decisions estructurals del disseny, tant materials com geomètriques, en cas de que siguin necessàries. Per acabar, es realitzarà un estudi de toleràncies i fabricació dels elements per relacionar-ho junt amb el seu cost econòmic i total del projecte. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 5 Índex 1. Índex de les figures ............................................................................................................... 7 2. Glossari ................................................................................................................................ 11 3. Introducció i objectius del treball ....................................................................................... 13 4. Què és una suspensió? ........................................................................................................ 14 4.1. Finalitats d’una suspensió .............................................................................................. 14 4.2. Objectius d’una suspensió .......................................................................................... 15 4.3. Tipus de suspensions .................................................................................................. 15 4.3.1 Suspensió d’eix rígid ............................................................................................ 15 4.3.2. Suspensió independent ....................................................................................... 16 5. Què és un sistema de direcció? .......................................................................................... 18 5.1. Paràmetres d’estudi de la direcció............................................................................. 18 5.1.1. Angle de caiguda ...................................................................................................... 18 5.1.2. Angle d’avanç ...................................................................................................... 19 5.1.3. Convergència o divergència ................................................................................ 19 5.1.4. Avanç lineal ......................................................................................................... 20 5.1.5. Angle de sortida .................................................................................................. 21 5.1.6. Braç al terra ......................................................................................................... 21 5.1.7. Braç transversal a terra ....................................................................................... 22 5.1.8. Centre de balanceig ............................................................................................ 22 5.1.9. Centre d’enfonsament ........................................................................................ 23 6. Suspensió independent de doble triangle. ......................................................................... 24 6.1. Sistema de referència ................................................................................................. 25 6.2. Triangle superior ......................................................................................................... 26 6.3. Triangle inferior ........................................................................................................... 27 6.4. Boixa ............................................................................................................................ 28 6.5. Molla i esmorteïdor .................................................................................................... 29 6.6. Tirant de direcció ........................................................................................................ 30 6.7. Cremallera ................................................................................................................... 30 6.8. Roda ............................................................................................................................ 30 6.9. Ròtula .......................................................................................................................... 31 7. Càlculs i disseny de la suspensió ......................................................................................... 32 7.1. Disseny inicial i mesures a tenir en compte ................................................................ 32 7.1.1. Normativa de la Fórmula1 a gran escala: ................................................................. 32 7.1.2 Mesures inicials ......................................................................................................... 33 7.2. Disseny i elecció dels elements de la suspensió ......................................................... 38 7.2.1. Esmorteïdor......................................................................................................... 38 Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 7.2.2. Trapezi superior ................................................................................................... 41 7.2.3. Trapezi inferior .................................................................................................... 43 7.2.4. Boixa .................................................................................................................... 44 7.2.5. Roda ..................................................................................................................... 45 7.2.6. Ròtula ................................................................................................................... 47 7.3. Càlculs sobre la suspensió final ................................................................................... 47 7.3.1 Model vibracional sobre un quart del vehicle ............................................................ 49 7.3.2. Transferència de càrrega en dinàmica ................................................................ 52 7.3.3. Càlcul dels paràmetres de direcció ...................................................................... 54 7.4. Anàlisi estructural ........................................................................................................ 64 7.4.1. Ròtula ................................................................................................................... 65 7.4.2. Eix xassís-trapezi inferior ..................................................................................... 68 7.4.3. Trapezi inferior .................................................................................................... 69 8. Procés de fabricació dels elements ..................................................................................... 73 8.1 Control Numèric (CN) ........................................................................................................ 75 8.2 Estudi d’interaccions entre elements ................................................................................ 77 8.2.1 Unió entre xassís i braços ........................................................................................... 77 8.2.2 Unió entre el braç inferior i el ressort inferior del conjunt molla-esmorteïdor ......... 78 8.2.3 Unió entre els braços i la boixa................................................................................... 79 8.2.4 Unió entre la boixa i la roda ....................................................................................... 80 9. Estudi econòmic .................................................................................................................. 82 9.1. Peces de construcció pròpia ........................................................................................ 82 9.2. Peces no dissenyades pròpiament .............................................................................. 83 10. Conclusions ...................................................................................................................... 84 11. Línies de futur .................................................................................................................. 85 Agraïments .................................................................................................................................. 86 Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 7 1. Índex de les figures Figura 1. Suspensió davantera del tercer vehicle F1 RC. Figura 2. Imatge d’un conjunt molla-esmorteïdor. Figura 3. Exemple de suspensió d’eix rígid per ballestes. Figura 4. Exemple de suspensió d’eix rígid per molles helicoidals. Figura 5. Exemple de suspensió independent McPherson. Figura 6. Exemple de suspensió independent de doble triangle. Figura 7. Angle de caiguda. Figura 8. Angle d’avanç. Figura 9. Angle de convergència o divergència. Figura 10. Avanç lineal. Figura 11. Angle de sortida. Figura 12. Braç al terra. Figura 13. Braç transversal al terra. Figura 14. Centre de balanceig. Figura 15. Geometria anti-enfonsament. Figura 16. Geometria anti-gatzoneta. Figura 17. Exemple de suspensió independent de doble triangle. Figura 18. Sistema de referència de l’estudi segons la normativa ISO 8855. Figura 19. Triangle superior, amb els seus respectius punts definits i eixos de coordenades. Figura 20. Triangle inferior, amb els seus respectius punts definits i eixos de coordenades. Figura 21. Boixa, amb els seus respectius punts definits i eixos de coordenades. Figura 22. Esmorteïdor, amb els seus respectius punts definits i eixos de coordenades. Figura 23. Tirant de direcció i cremallera, amb els seus respectius punts definits i elements. Figura 24. Exemple de roda RC F1 1:5. Figura 25. Exemple de ròtula de direcció de vehicle RC F1 1:5. Figura 26. Dibuix de cotes màximes i mínimes segons la normativa d’EFRA. Figura 27. Taula de dimensions inicials del tercer model de vehicle. Figura 28. Esbós de la suspensió davantera del tercer model de vehicle.. Figura 29. Esbós de la boixa del tercer model de vehicle Figura 30. Disseny inicial de la suspensió davantera. Figura 31. Taula de coordenades de cada punt i cotes d’estudi inicials. Figura 32. Disseny inicial de l’esmorteïdor. Figura 33. Dimensions inicials de l’esmorteïdor. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Figura 34. Paràmetres esperats de l’esmorteïdor. Figura 35. Característiques finals de l’esmorteïdor. Figura 36. Esmorteïdor “Aluminium Öldruck Stoßdämpfer Big Bore 110 mm”. Figura 37. Disseny inicial trapezi superior amb l’eix del xassís. Figura 38. Disseny final trapezi superior amb l’eix del xassís. Figura 39. Disseny inicial trapezi inferior. Figura 40. Disseny final trapezi inferior. Figura 41. Disseny inicial boixa. Figura 42. Disseny final boixa. Figura 43. Disseny inicial roda. Figura 44. Roda GWH55-M2, de GRPtyres. Figura 45. Característiques de la roda GWH55-M2, de GRPtyres. Figura 46. Disseny final roda. Figura 47. Disseny de la ròtula. Figura 48. Disseny final de la suspensió davantera. Figura 49. Taula de coordenades de cada punt i cotes d’estudi finals. Figura 50. Esquema del model vibracional a ¼ del automòbil. Figura 51. Esquema del model vibracional a ¼ del automòbil simplificat. Figura 52. Desplaçaments de la molla i la roda, relació de desplaçament entre ambdós elements. Figura 53. Esquema del model vibracional a ¼ del automòbil simplificat, tenint en compte la massa no suspesa. Figura 54. Finestra SolidWorks de propietats físiques de la suspensió davantera. Figura 55. Vista frontal de la suspensió, angle de caiguda. Figura 56. Variació de l’angle de caiguda segons el recorregut del conjunt esmorteïdor-molla. Figura 57. Variació de l’angle de caiguda segons el recorregut del conjunt esmorteïdor-molla i el pas de direcció. Figura 58. Vista lateral de la suspensió, angle d’avanç. Figura 59. Angle d’avanç segons l’escombrat de l’esmorteïdor Figura Figura 60. Variació de la convergència segons l’escombrat de l’esmorteïdor Figura 61. Variació de la convergència segons l’escombrat de l’esmorteïdor i el pas de direcció Figura 62. Vista lateral de la suspensió, avanç lineal Figura 63. Variació de la convergència segons l’escombrat de l’esmorteïdor i el pas de direcció. Figura 64. Triangle rectangle. Figura 65. Variació del braç al terra, segons l’estat de l’esmorteïdor i de la convergència. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 9 Figura 66. Vista frontal de la suspensió, braç transversal al terra. Figura 67. Variació del braç al terra, segons l’escombrat de l’esmorteïdor i de la direcció. Figura 68. Vista frontal de la suspensió, centre de balanceig. Figura 69. Variació de l’alçada del centre de balanceig respecte al balanceig. Figura 70. Taula de propietats de l’alumini 7075-T6. Figura 71. Mallat de la ròtula. Figura 72. Distribució de tensions Von Misses ròtula, assaig estàtic. Figura 73. Estudi de deformació de la ròtula, assaig estàtic. Figura 74. Estudi del factor de seguretat de la ròtula, assaig estàtic. Figura 75. Mallat de l’eix xassís-trapezi inferior. Figura 76. Distribució de tensions Von Misses eix xassís-trapezi inferior, assaig estàtic. Figura 77. Estudi de deformació de l’eix xassís-trapezi inferior, assaig estàtic. Figura 78. Estudi del factor de seguretat de l’eix xassís-trapezi inferior, assaig estàtic. Figura 79. Mallat trapezi inferior. Figura 80. Distribució de tensions trapezi inferior, assaig estàtic. Figura 81. Estudi de deformació del trapezi inferior, assaig estàtic. Figura 82. Estudi del factor de seguretat del trapezi inferior, assaig estàtic. Figura 83. Representació gràfica del diàmetre nominal, distàncies màximes i mínimes, i diferències superiors i inferiors, junt amb la línia de referència i l’interval de tolerància. Figura 84. Representació gràfica del joc màxim i mínim. Figura 85. Representació gràfica de l’ajust màxim i mínim. Figura 86. Exemple de màquina-eina per CN del laboratori de Tecnologies de Fabricació de l’ETSEIB. Figura 87. Taula de metrologia, amplitud de l’interval de toleràncies pel forat 12 H6 . Figura 88. Taula de característiques del forat d’unió entre els braços i el xassís. Figura 89. Taula de paràmetres d’estudi del forat d’unió entre els braços i el xassís. Figura 90. Taula de metrologia, amplitud de l’interval de toleràncies per l’eix 3 h6. Figura 91. Taules de característiques de l’eix d’unió entre els braços inferiors i el ressort inferior del conjunt molla-esmorteïdor. Figura 92. Taules de paràmetres d’estudi de l’eix d’unió entre els braços inferiors i el ressort inferior del conjunt molla-esmorteïdor. Figura 93. Taula de metrologia, amplitud de l’interval de toleràncies per l’eix 8 h6 i forat 8 H6. Figura 94. Taules de característiques de les esferes de la boixa i els forats de les ròtules. Figura 95. Taules de característiques de les esferes de la boixa i els forats de les ròtules. Figura 96. Taules de paràmetres de les esferes de la boixa i els forats de les ròtules. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Figura 3. Exemple de suspensió d’eix rígid per ballestes 4.3.1.2. Eix rígid per molles helicoidals: És constituït per un eix unit als cubs de les rodes a través dels pius i els rodaments. Sobre aquest eix, es recolzen els elements de suspensió, en aquest cas, la molla. Figura 4. Exemple de suspensió d’eix rígid per molles helicoidals 4.3.2. Suspensió independent En contrast amb les d'eix rígid, les suspensions independents permeten a cada roda moure's verticalment sense afectar la roda oposada. Gairebé tots els cotxes de passatgers i camions lleugers utilitzen aquest sistema, pels avantatges d'espai per a la ubicació del motor i per disposar d’una millor resistència a les vibracions de la direcció. A més, proporciona una major rigidesa al balanceig. Aquest tipus de suspensions tenen el desavantatge que el balanceig afecta directament l'angle de caiguda de les rodes, provocant una pèrdua de contacte entre el pneumàtic i l'asfalt, per solucionar aquest inconvenient de subjecció es de gran ajut instal·lar sistemes auxiliars de resistència al balanceig com són les barres anti balanceig. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 17 4.3.2.1 Independent McPherson Consisteix en un braç inferior i una columna rígida, amb pivot superior. Se sol emprar com a suspensió davantera. És senzilla i barata, el que ha fet que tots aquests anys sigui la més utilitzada. Figura 5. Exemple de suspensió independent McPherson 4.3.2.2 Independent per triangles superposats: També anomenada trapezoidal. És molt habitual en tots dos eixos, sobretot actualment, tant en cotxes de carrer, com de competició. Encara que és una mica més complexa, costosa i roba força espai, permet un disseny més precís dels angles de la roda. Figura 6. Exemple de suspensió independent de doble triangle 4.3.2.3 Independent per eix torsional: És qualsevol suspensió de vehicle que utilitza una barra de torsió com a molla principal de suport de pes. La suspensió independent de la barra de torsió fa servir la mateixa tecnologia, però l'aplica a cada roda en lloc de tot l'eix. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 5. Què és un sistema de direcció? El sistema de direcció és un grup de components i mecanismes ubicats a l'interior del vehicle, la funció de la qual és l'orientació de rodes davanteres al mínim esforç. L’esforç generat al girar un vehicle es transmet a través de l'eix de la columna al mecanisme d'engranatges. Aquest esforç és molt elevat, pel que cal un mecanisme d'engranatges permet que la persona del vehicle giri amb una força adequada a les seves capacitats. És possible augmentar o disminuir la capacitat de resposta segons el rendiment de gir d'alta velocitat. L'acció creada pel mecanisme d'engranatge és un gir de les rodes pel mecanisme d'enllaç, es crea un angle de tall a les rodes. 5.1. Paràmetres d’estudi de la direcció 5.1.1. Angle de caiguda L'angle de caiguda és l'angle format pel pla mitjà del pneumàtic i l'eix normal al pla de rotació en un pla YZ. Aquest angle és positiu si la part inferior de la roda es troba més a prop del centre del vehicle que la part superior, i negatiu a la inversa. Aquest angle serveix per a millorar el comportament del vehicle de tal manera que ajuda al fet que les rodes s'adaptin millor a les irregularitats de la carretera i baixa el centre de gravetat de les rodes. Figura 7. Angle de caiguda A les corbes, la força centrífuga també hi participa, així provocant forces al sistema de suspensió. Pel que fa a la compressió i descompressió de la suspensió, la primera succeeix a la roda exterior quan es descriu una corba i en aquesta situació la roda tendeix a agafar una caiguda positiva, Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 19 però a la roda interior la suspensió es descomprimeix i la roda tendeix a agafar una caiguda negativa disminuint l'estabilitat del vehicle. En situacions de compressió de la suspensió s'intenta que la caiguda sigui negativa, mentre que en extensió es busca un angle positiu. Un angle negatiu millora el comportament lateral a les corbes i l'estabilitat en augmentar l'adherència transversal. 5.1.2. Angle d’avanç És l'angle format per l'eix de pivots de la boixa i l'eix Z en un pla XZ. És positiu quan la part superior de l'eix es troba més proper a la part darrera del vehicle que la part inferior, i negatiu a la inversa. Aquest angle s'associa directament al parell d'auto alineament de les rodes i la duresa i estabilitat de la direcció, repercutint així sobre l'avanç lineal. Aquest parell té com a origen la força lateral que es genera al neumàtic pel desviament d'aquest. Figura 8. Angle d’avanç 5.1.3. Convergència o divergència S'anomena convergència a l'angle format pel pla mitjà del pneumàtic i l'eix X en el pla de la carretera quan el vehicle es troba en repòs i la direcció recta. És positiu si la part davantera de la roda es considera més a prop del centre del vehicle que la part posterior de la roda. En el cas contrari és negatiu. En tota roda apareix una força resistent al gir de la mateixa, la qual genera un moment que tendeix a obrir la roda. L'angle de convergència serveix per contrarestar-lo. Aquest angle també té una gran importància en l'estabilitat de la direcció en situacions límit, com ara frenades d'emergència. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Figura 9. Angle de convergència o divergència La convergència és un paràmetre molt important també en els viratges. En un revolt, la roda interior tendeix a tancar-se, però la roda exterior tendeix a obrir-se. Això pot modificar el comportament del vehicle, fent-lo sub virar o sobre virar. Per tant, segons si tenim un angle de convergència o altre, es pot arribar al fet que el comportament del vehicle sigui diferent envers un gir. 5.1.4. Avanç lineal L'avanç lineal es defineix com la distància en la direcció de l'eix X que hi ha entre el punt de contacte de la roda amb el terra i el punt d'encreuament de la recta definida per l'eix de pivot de la boixa i el terra. Se li assigna un valor positiu quan el punt d'encreuament de la recta definida pel pivot de la boixa i el terra es troba darrere del punt de contacte de la roda amb el terra. Figura 10. Avanç lineal Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 21 5.1.5. Angle de sortida L'angle de sortida, o, dit en altres paraules, l'angle que tindran els punts d'unió de la boixa amb els braços. Aquests punts d'unió estaran units mitjançant unes ròtules ubicades a cada braç de la suspensió. Com que la boixa estarà allotjada a l'interior de la llanta és important tenir en compte que les retoles no entrin en contacte a cap moment amb la llanta, per això tindran un angle màxim de moviment. L'angle augmentarà depenent de la situació de la boixa, com més a l'interior de la llanta estigui allotjada menor serà aquest angle. Figura 11. Angle de sortida 5.1.6. Braç al terra El braç al terra es defineix com la distància entre el punt de contacte de la roda amb el terra i el punt d’encreuament de la recta definida per l'eix de pivot de la boixa i el terra. Es pot trobar com l'arrel quadrada de la suma dels quadrats de l'avenç lineal i el braç transversal. Figura 12. Braç al terra Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 5.1.7. Braç transversal a terra El braç transversal a terra es defineix com la distància en la direcció de l'eix Y que es troba entre el punt de contacte de la roda amb el terra i el punt de creuament de la recta definida per l'eix de pivot de la boixa i el terra. Se li assigna un valor positiu quan el punt d'encreuament de la recta definida pel pivot de la boixa i el terra es troba a la part interior de roda. Figura 13. Braç transversal al terra Aquesta distància té associada tota les forces longitudinals que hi ha a la roda: tracció, frenada i resistència al rodolament. Aquestes forces són perpendiculars al braç transversal, originant així un parell relacionat amb la força que es requerirà per fer girar el vehicle. Com a menor braç transversal, menys força necessària a aplicar al volant per girar les rodes. Per contrari, a més distància, més parell que afavoreix la divergència i pugui afectar l'estabilitat en frenada i engegada. Per tant, és desitjable un braç transversal proper a zero o negatiu per garantir l'estabilitat en frenada i arrancada. 5.1.8. Centre de balanceig Punt en el pla YZ en el qual si s'aplica una força transversal a la massa suspesa no es produeix el balanceig. Cada eix del vehicle té el seu centre de balanceig i l'eix que uneix els dos centres s'anomena eix de balanceig. Definida la meitat del vehicle, aquest punt correspon al centre instantani de rotació de les masses no suspeses respecte del terra. Conèixer la situació d'aquest punt permet calcular l'angle de balanceig i la transferència de càrrega als eixos. Les forces laterals aplicades al centre de gravetat poden ser traslladades Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 23 adequadament als centres de balanceig. Això permet definir la dinàmica del vehicle en condicions d’acceleracions laterals. Figura 14. Centre de balanceig 5.1.9. Centre d’enfonsament El centre d'enfonsament es defineix com el centre instantani de rotació de la massa suspesa en un pla XZ. Conèixer la situació d'aquest punt permet determinar l'angle de capcineig. És utilitzat per estudiar el comportament del cotxe, si serà anti enfonsament o anti gatzoneta (anti-dive / antisquat) en els moviments de capcineig, com en les frenades i les acceleracions. Figura 15. Geometria anti-enfonsament Figura 16. Geometria anti-gatzoneta Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 6. Suspensió independent de doble triangle. La suspensió de doble triangle, com s'ha comentat prèviament, és la suspensió més adient de cara al disseny del treball, i l'escollida. És una suspensió cara i complexa, però és la més utilitzada per a vehicles de competició. A diferència d'altres suspensions independents, té l'avantatja que la trajectòria de la roda envers obstacles és purament vertical, ja que el fet que tingui forma de paral·lelogram vist des del front permet tal moviment, en comptes de fer una trajectòria arquejada com amb la suspensió McPherson, i fa que hi hagi un millor contacte roda-terra. També ens permet una major maniobrabilitat gràcies a l’eix de gir de cada roda, seguretat, i a més a més, és molt menys susceptible al soroll i vibracions. Tot això facilita el confort i una major precisió per al bon funcionament del vehicle en les frenades i les acceleracions. Figura 17. Exemple de suspensió independent de doble triangle Està formada per dos braços superiors, dos braços inferiors, un braç de control encarregat de limitar els moviments de les rodes, silentblocks, un ressort helicoidal i un esmorteïdor. És opcional l'ús d'una barra de torsió, però, en ser un vehicle ràdio control, no és del tot freqüent o necessària. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 25 El sistema esmentat té dos graus de llibertat, ja que els triangles només poden fer un moviment de gir respecte al xassís, i la boixa també pot realitzar un moviment de gir descrit pels dos punts d'unió entre els triangles i la boixa. Per a poder calcular els diferents paràmetres i les seves variacions segons d’altres, s’haurà de fixar dues magnituds de la suspensió per obtenir les distàncies respectives definides als següents subapartats, i així obtenir resultats dels paràmetres. Per a dur a terme l'estudi del disseny i els càlculs, haurem de definir diferents punts per a les respectives distàncies entre ells, i els sistemes d'orientació de cada part de la suspensió. 6.1. Sistema de referència Per poder referenciar els punts i elements del sistema cal definir un únic sistema de referència. El sistema de referència utilitzat és un sistema de coordenades cartesià definit segons la normativa ISO-8855 de vehicles: Figura 18. Sistema de referència segons la ISO 8855 - Origen: qualsevol punt del vehicle. L'usuari pot definir l'origen al punt que més li convingui. - Eix X: longitudinal al vehicle on el sentit positiu és el sentit d’avanç del vehicle. - Eix Y: transversal al vehicle, resultat del producte vectorial dels vectors directors de l'Eix Z pel de l'Eix X. - Eix Z: perpendicular a terra, en el qual el sentit positiu és el sentit ascendent. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 7. Càlculs i disseny de la suspensió 7.1. Disseny inicial i mesures a tenir en compte De cara a dissenyar la suspensió, primer hem de mirar quina normativa i quines restriccions vigents s’imposen en l'actualitat. A l'hora de participar en les competicions, es realitzen inspeccions tècniques aleatòries on poden revisar qualsevol dels punts mencionats en la normativa, l’incompliment dels quals suposarà la impossibilitat de participar en certa competició. Seguint les restriccions d'EFRA ( European Federation of Radio operated model Automobiles), la normativa general més actual (publicada el 2022) he tingut en compte la de vehicles d'elevada escala. D'aquests n'hi ha dos tipus, dels quals s’ha respectat la pertanyent als F1. La normativa d’EFRA pels F1 nomena els següents decrets: 7.1.1. Normativa de la Fórmula1 a gran escala: - El disseny de les parts visibles de la suspensió han de tindre la mateixa aparença que els cotxes de F1 originals. - Pes mínim en sec: 10.000 g = 10kg. - Amplada màxima: 450 mm (inclosos els pneumàtics). - Alçada màxima: 250 mm. - Batalla: 620 mm +/-15 mm. - Capacitat màxima de 700 cm³ al dipòsit de combustible, amb el filtre de combustible, el tub de combustible i sense cap peça extraïble a l'interior. - Diàmetre dels pneumàtics davanters: 142 mm +/- 5% = 134,9-149,1mm. - Diàmetre dels pneumàtics del darrere: 142 mm +/- 5% = 134,9-149,1mm. - Amplada dels pneumàtics davanters: mínim 60 mm, màx. 75mm. - Amplada del pneumàtic del darrere: 85 mm com a màxim; les rodes del darrere han de ser com a mínim 5 mm més amples que les davanteres. - Diàmetre exterior de les llantes: 80mm +/-5mm, els indicadors han de ser els mateixos als pneumàtics i a les llantes. - Els pneumàtics han de ser de goma semi pneumàtica. - Amplada màxima de l’aleró davanter: 450 mm - Corda màxima del aleró: 120 mm. - L'aleró davanter ha d'estar fixat al xassís, de manera que es pugui doblegar cap amunt o cap avall en cas d'accident. - La part davantera del cotxe no ha de sobresortir del centre de la roda davantera més de 230 mm. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 33 Figura 26. Dibuix de cotes màximes i mínimes segons la normativa d’EFRA 7.1.2 Mesures inicials Des de la primera reunió de treball, es van facilitar tres models de vehicle de F1 radio control a escala 1:5 per part del tutor, en Lluís Roger Casals, que van permetre prendre mesures de cotes i distàncies de cada component de les suspensions davanteres. D’entre aquests tres models, vaig escollir el tercer, ja que era el prototip plantejat en els programes d’Excel, i el que aspectualment vaig trobar més atractiu a la vista. Amb les mesures preses també podia fer-me una idea de com era un vehicle i de relacions de distàncies entre elements i geometries. De cara a dissenyar una suspensió, podem distingir tres tipus de geometria a seguir: - Els dos triangles/trapezis d’igual longitud - Braç inferior més llarg que el superior - braç superior més llarg que el braç inferior. Els braços d'igual longitud proporcionen al cotxe un centre de balanceig proper al terra, i la rigidesa dels seus braços eviten la deflexió sota els esforços del pas per corba, també proveint al pilot de gran control de la direcció. D'altra banda en no tenir un guany negatiu, el seu poder de subjecció és menor. Si es fa servir una geometria on el braç inferior és més llarg que el braç superior, es dota al vehicle d'un guany de caiguda negativa mentre la roda es comprimeix, compensant el guany de Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. caiguda positiva provocada pel balanceig. Això és degut al moviment de la articulació superior de la boixa, en ser més curt el braç superior es mou més ràpid que el braç inferior més llarg. Per a aquest disseny s'ha seleccionat un sistema de suspensió de braços d’igual longitud, ja que vaig trobar convenient l’aspecte d’aconseguir un centre de gravetat baix, i també per seguir d’alguna manera la geometria del vehicle del professorat. Les mesures que es van prendre a la primera reunió, del tercer vehicle, van ser les següents: d(TSP,TSM) 113,38 mm d(TSD,TSM) 113,38 mm d(TIM,TIP) 122,57 mm d(TIM,TID) 122,57 mm d(MD,TSM) 75 mm d(TSM,TIM) 40 mm d(MD,TIM) 75 mm d(PMR,MD) 73,78 mm d(PMR,TSM) 35 mm d(PMR,TIM) 35 mm d(P1,MD) 75 mm d(P1,TIM) 30 mm d(RI,TIP) 72,8 mm d(RI,TID) 86,02 mm d(TIM,RI) 50 mm d(P1,TSM) 30 mm d(MD,CR) 10 mm Pes 10kg Figura 27. Taula de dimensions inicials del tercer model de vehicle Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 35 Figura 28. Esbós de la suspensió davantera del tercer model de vehicle Figura 29. Esbós de la boixa del tercer model de vehicle Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Per a resoldre el disseny, com ja s’ha esmentat, tenim dos graus de llibertat, i haurem de fixar dues longituds de cara a poder trobar les coordenades de cada punt. Quan es van prendre les mesures, els vehicles estaven recolzats lateralment sobre la taula, de tal manera que el volant no es va girar en cap moment, així he fixat els paràmetres respectius a les longituds de la molla, i al angle de gir del volant (el valor del CR). A partir de tots aquests valors, va fer-se un disseny inicial, de cara a estudiar-lo i canviar el que calgués degut al disseny comercial de cada part al mercat. Va quedar de la següent manera, globalment: Figura 30. Disseny inicial de la suspensió davantera Les dades de cada coordenada global i local de cada element han quedat de la següent forma: Coordenades globals [mm] x y z Triangle Superior Posterior 0,1 0,1 39,06 Triangle Superior Davanter 59,8 0,1 39,06 Triangle Inferior Posterior 0 0 0 Triangle Inferior Davanter 59,8 0,1 0,1 Ressort Superior del conjunt molla-esmorteïdor 20 1 80,2 Unió de la ròtula entre la cremallera i tirant de dir. -65 79,55 20,53 Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 37 Coordenades Locals Triangle Superior [mm] x y z Triangle Superior Posterior 0 0 0 Triangle Superior Davanter 59,8 0,1 0,1 Triangle Superior Mòbil 10 116,24 14,69 Coordenades Locals Triangle Inferior [mm] x y z Triangle Inferior Posterior 0 0 0 Triangle Inferior Davanter 59,8 0,1 0,1 Triangle Inferior Mòbil 10 120,42 -5,99 Ressort Inferior del conjunt molla-esmorteïdor 20 74,8 0,1 Coordenades Locals boixa [mm] x y z Triangle Inferior Mòbil 0 0 0 Triangle Superior Mòbil 0,1 0,1 -60 Unió entre la boixa i tirant de direcció (MD) -74,2 -40 -29,5 Punt Mitjà Roda (PMR) 0,1 28 -30 Punt sobre l’eix de la roda (P1) 0,1 25 -30 Condicions Inicials [mm] Longitud de l’esmorteïdor en posició de disseny 64 Longitud de l’esmorteïdor en màxima compressió 60,1 Recorregut màxim de l’esmorteïdor 6 Recorregut de la cremallera de direcció 25 Longitud del tirant de direcció 113,5 Radi estàtic de la roda 65 Ample de via 449,38 Figura 31. Taula de coordenades de cada punt i cotes d’estudi inicials. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 7.2. Disseny i elecció dels elements de la suspensió En aquest apartat del treball es comentarà el disseny inicial de cada peça, el producte escollit del mercat, i com afectarà de cara al nostre disseny definitiu. La geometria de cada element, com ja s’ha esmentat, s’ha dissenyat d’una manera aproximada al vehicle de model inicial, sempre respectant les mesures reglamentaries. El programa que s’ha utilitzat per al disseny es el SolidWorks, amb el que es podran crear més tard els planells de cada peça. 7.2.1. Esmorteïdor Pel que fa al sistema molla-esmorteïdor, he seleccionat el sistema push-rod, ja que atorga una major resistència a esforços i impactes, a més a més d’una lleugera millora en l’aerodinàmica. També facilita l’accessibilitat als demés elements de la suspensió. Figura 32. Disseny inicial de l’esmorteïdor Aquest conjunt de molla-esmorteïdor es va dissenyar amb les mesures següents: Longitud total 112,7 mm Diàmetre molla 10 mm Diàmetre del pistó 13 mm Distància entre els centres dels ressorts 97,5 mm Diàmetre de l’orifici del ressort superior 4 mm Diàmetre del ressort de l’orifici inferior 8 mm Figura 33. Dimensions inicials de l’esmorteïdor. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 39 7.2.1.1. Càlcul de rigidesa En l’estudi de la nostra molla, s’ha de dur a terme un estudi de les forces que interactuen en la nostra suspensió. El vehicle, pel que fa a elements que suporten el pes, consta de la suspensió davantera i la suspensió darrera. La nostra, la davantera, s’encarrega de suportar el 45% del pes total del vehicle, i el nostre vehicle, pel que fa a massa, pesa 10kg. Per a calcular la suspensió, ens interessa el pes de la massa suspesa, el qual suposarem que és un 70% de la massa total. Per tant, la massa suspesa total del vehicle és de 7kg, repartits en els % respectius a la suspensió davantera i darrera. El 45% de 7kg és 3,15kg, i el 55% de 7kg és 3,85kg, sent així la massa no suspesa de la suspensió darrera. (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟%𝑠𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑑𝑎𝑣𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎)∗𝑀𝑠𝑇= 𝑀𝑠𝑑 45 100∗7𝑘𝑔= 3,15𝑘𝑔 La nostra suspensió, seguint la segona llei de Newton, rebrà una força de 30,90 N (tot suposant el valor de la gravetat de la terra com a 9,81m/s2). 𝐹𝑠𝑑𝑡= 𝑀𝑠𝑑𝑡∗ 𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó 𝐹𝑠𝑑𝑡= 3,15𝑘𝑔∗9,81𝑚 𝑠2= 30,90 𝑁 La suspensió davantera es dividida en dos parts idèntiques, totalment simètriques respecte al pla XZ del vehicle, per tant, per calcular el que cada roda haurà de suportar en estàtic s’ha de dividir entre dos el valor de la força de la suspensió davantera. Per tant, Fsdr = 15,45 N / roda. El següent pas és calcular la rigidesa dels elements de la suspensió davantera. S’ha de tenir en compte quines mesures suposarem de compressió i d’extensió de la molla. El més comú és que del recorregut total es reparteixi en un 65% a la compressió i un 35% a l’extensió. En el nostre cas, seguint aquest criteri, pel recorregut hem suposat un valor de 6mm, deixant una compressió de 3,9mm i una extensió de 2,1mm. Amb això podem calcular la rigidesa del ressort davanter: Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 𝑘𝑟=𝐹𝑠𝑑𝑟 𝐴𝑦=15,45 2,1∗10−3=7357,14 𝑁/𝑚 Com s'ha vist anteriorment, l’esmorteïdor és l'encarregat d'absorbir les oscil·lacions produïdes pel ressort perquè no provoqui un efecte de vaivé al vehicle. A causa d'aquest fenomen és freqüent que les empreses d'esmorteïdors venguin com a conjunt la molla i l'esmorteïdor, com si fos una sola part de la suspensió. Tenint en compte els càlculs realitzats anteriorment a l'estudi de l'anàlisi vibracional del vehicle, i complint els requisits de la normativa en allò establert al sistema de la suspensió, la rigidesa necessària per a un bon funcionament del nostre vehicle i les longituds de compressió i tracció són: Rigidesa 7357,14 N/m Extensió 2,1 mm Compressió 3,9 mm Figura 34. Paràmetres esperats de l’esmorteïdor Amb aquests paràmetres, i el disseny inicial, s’ha optat per seleccionar l’esmorteïdor de la marca alemanya PartCore, “Aluminium Öldruck Stoßdämpfer Big Bore 110 mm” amb les següents propietats: Longitud total 110 mm Diàmetre de la molla 24,5 mm Pes 36 g Diàmetre del pistó 20 mm Distància entre els centres dels ressorts 97,5 mm Diàmetre de l’orifici del ressort superior 5,5 mm Diàmetre de l’orifici del ressort inferior 3 mm Preu per cada conjunt d’esmorteïdors 16,95 € Figura 35. Característiques finals de l’esmorteïdor Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 41 Figura 36. Esmorteïdor “Aluminium Öldruck Stoßdämpfer Big Bore 110 mm” Són esmorteïdors dissenyats principalment per a boogies i vehicles tot-terreny que puguin trobar-se amb més irregularitats al terreny que no pas un F1. Ja que no podem obtenir la suficient informació que detalli si una suspensió tindrà suficient rigidesa o no de cara a suportar els nostres suposats escenaris en un circuit, he decidit obtenir esmorteïdors de vehicles preparats per a anar en qualsevol terreny, confirmant que ens proporcionin una rigidesa d’aquests més que suficient de cara al nostre vehicle. Aquests esmorteïdors varien lleugerament en algunes cotes i distàncies del nostre esmorteïdor dissenyat inicialment, per el que implicarà que duguem alguns canvis a les dimensions de la resta d’elements. Tot i així, el nostre vehicle disposa de diferents opcions per a la unió d’elements com l’esmorteïdor, o les varetes de direcció, per tal de, no només aconseguir varietat de valors per als paràmetres de direcció, sinó que també per a que aquests elements puguin ser col·locats adientment. 7.2.2. Trapezi superior Els triangles superiors s’han dissenyat d’una manera poc convencional. A vista dels models en l’actualitat, que són literalment triangles, he optat per donar curvatura al disseny, i fer-lo més estètic visualment. Les barres estan formades pel material escollit, com es mostrarà més tard, d’alumini 7075-T6, amb unes dimensions de secció de 14x7 mm. La longitud de l’eix d’unió amb el xassís és de 59,8mm. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. D’aquesta nova suspensió, les coordenades locals i globals han variat en relació a les del disseny inicial. També s’han arrodonit valors centesimals de cara a la simplicitat del disseny i fabricació de peces. Les dades resultants són les següents: Coordenades globals [mm] x y z Triangle Superior Posterior 0,1 0,1 39 Triangle Superior Davanter 63 0,1 39 Triangle Inferior Posterior 0 0 0 Triangle Inferior Davanter 63 0,1 0,1 Ressort Superior del conjunt molla-esmorteïdor 21,5 -0,15 80,2 Unió de la ròtula entre la cremallera i tirant de dir. -37 -29 24,5 Coordenades Locals Triangle Superior [mm] x y z Triangle Superior Posterior 0 0 0 Triangle Superior Davanter 63 0,1 0,1 Triangle Superior Mòbil -2,1 116,2 15 Coordenades Locals Triangle Inferior [mm] x y z Triangle Inferior Posterior 0 0 0 Triangle Inferior Davanter 63 0,1 0,1 Triangle Inferior Mòbil 4,4 120,4 -1 Ressort Inferior del conjunt molla-esmorteïdor 21,5 75 0,1 Coordenades Locals boixa [mm] x y z Triangle Superior Mòbil 0 0 0 Triangle Inferior Mòbil 6,5 4,2 -60,2 Unió entre la boixa i tirant de direcció (MD) -68,5 -35,8 -29,5 Punt Mitjà Roda (PMR) 4,4 25,1 -28,5 Punt sobre l’eix de la roda (P1) 4,4 20 -28,9 Condicions Inicials [mm] Longitud de l’esmorteïdor en posició de disseny 60 Longitud de l’esmorteïdor en màxima compressió 56,1 Recorregut màxim de l’esmorteïdor 6 Recorregut de la cremallera de direcció 25 Longitud del tirant de direcció 113,5 Radi estàtic de la roda 68,5 Ample de via 450 Figura 49. Taula de coordenades de cada punt i cotes d’estudi finals. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 49 7.3.1 Model vibracional sobre un quart del vehicle Amb les dades finals de cada element de la suspensió podem determinar ja les freqüències naturals per a cada eix. Per a l’estudi, s’ha plantejat el model representat a la següent figura (50): Figura 50. Esquema del model vibracional a ¼ del automòbil. Aquest model depèn de la massa suspesa (ms), de les constants de rigidesa del neumàtic i esmorteïdor (Kn i Kr), i dels coeficients d’esmorteïment (Ca i Cn). Les equacions del model representat queden com a continuació: Com hem dit abans, tenim 3,15kg de massa suspesa en la suspensió davantera, dels quals la meitat va a cada roda. Per tant, en un quart del vehicle, la massa suspesa és de 1,575kg, i la massa no suspesa és de 0,675kg. Es determinarà les freqüències naturals tant de la massa suspesa com de la massa no suspesa, i per resoldre les equacions s’ha menyspreat el coeficient d’esmorteïment Ca i Cn, perquè amb prou feines modifiquen els valors de les freqüències naturals i faciliten la solució del sistema. Si depreciem els coeficients d’amortiment: Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Per a la freqüència de la massa suspesa, s’ha realitzat una simplificació, de tal manera que la massa no suspesa es deprecia. La massa suspesa és molt major a la no suspesa, permetentnos fer aquesta operació. Així doncs el model queda com el següent: Figura 51. Esquema del model vibracional a ¼ del automòbil simplificat. L’equació per a calcular la freqüència natural de la massa suspesa queda de la següent forma: 𝑤𝑠𝑑=1 2𝜋∗ √𝐾𝑒𝑞 𝑚𝑠𝑑 𝑜𝑛 𝑘𝑒𝑞=𝑘𝑤 Kw és la constant de rigidesa de la suspensió un cop s’ha tingut en compte la relació de desplaçament entre la molla i la roda (MR). Aquesta nova constant de rigidesa es calcula de la següent manera: 𝑘𝑤=𝑘𝑟 𝑀𝑅2 𝑜𝑛 𝑀𝑅=𝑍𝑟𝑜𝑑𝑎 𝑍𝑚𝑜𝑙𝑙𝑎 Mitjançant el disseny geomètric a SolidWorks, hem plantejat el cas d’extensió i hem obtingut que per a l’extensió de la molla de 2,1 mm, equivalent a un desplaçament en l’eix Z de 1,53 mm, obtenim un desplaçament vertical de la roda de 2,29 mm. Així doncs, el MR de la suspensió serà de 1,5. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 51 Figura 52. Desplaçaments de la molla i la roda, relació de desplaçament entre ambdós elements. Per a la freqüència de la massa no suspesa, de cara a la resolució es simplifica, de tal manera que la massa suspesa es suposa immòbil quan la massa no suspesa oscil·la. Figura 53. Esquema del model vibracional a ¼ del automòbil simplificat, tenint en compte la massa no suspesa. L’equació finalment queda de la següent manera: 𝑤𝑛𝑠𝑑=1 2𝜋∗ √1 𝑚𝑛𝑠𝑑∗𝑘𝑒𝑞 𝑜𝑛 𝑘𝑒𝑞=𝑘𝑤+𝑘𝑛 Respecte a la constant de rigidesa del pneumàtic, normalment acostuma a ser un valor molt més elevat en comparació al que fa la constant de rigidesa de la molla. Degut a que el fabricant del pneumàtic no disposa de certes dades del material ni de la roda en si, s’ha suposat per a aquest càlcul un valor del triple que la constant de rigidesa de la suspensió davantera. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Així doncs, finalment obtenim els resultats per a la freqüència de la massa suspesa i no suspesa respectius de: 𝑤𝑠𝑑=1 2𝜋∗ √1 𝑚𝑠𝑑∗𝑘𝑒𝑞= 1 2𝜋∗√(7357,14 1,52) 1,575 =𝟕,𝟐𝟓 𝑯𝒛 𝑤𝑠𝑑=1 2𝜋∗ √1 𝑚𝑠𝑑∗𝑘𝑒𝑞= 1 2𝜋∗√1 0,675∗(7357,14 1,52+3∗7357,14 1,52)= 𝟐𝟐,𝟏𝟓 𝑯𝒛 Aquests resultats no poden comparar-se amb els d’un vehicle normal i corrent, tant si és de competició o no, degut a que el pes d’un vehicle de F1 a escala 1:1 és molt més elevat que el d’escala 1:5, i no és proporcional. Com es tracta d’un vehicle RC, i no porta cap pilot, no ens ha de preocupar el confort del passatger, i la freqüència no està limitada en cap valor com seria el cas d’un vehicle de transport de gent, en el qual la freqüència de la massa suspesa ha de rondar entre 1-2 Hz, i la de la massa no suspesa entre 10-15 Hz. 7.3.2. Transferència de càrrega en dinàmica Normalment aquest estudi es realitzaria a la part davantera i darrera del vehicle, per a frenades i acceleracions respectivament. En el nostre cas, com estudiem la suspensió davantera només estudiarem la frenada del vehicle. En el moment de la frenada és quan l'eix davanter patirà més càrrega per part de la massa suspesa. Per calcular aquest desplaçament de càrrega en el moment de la frenada s’utilitzen valors experimentals de competicions prèvies, on s’ha mesurat una mitjana de frenades màximes de 30m/s2. Per tant, per no partir del cas més extrem, s’ha decidit suposar una frenada de 20 m/s2. Per calcular la variació de massa de l'eix davanter es fa servir la fórmula següent: 𝑟=𝐹𝑖∗ℎ/𝑙 On h és l’altura del centre de gravetat del vehicle, l la batalla, i Fi és la força d'inèrcia que es calcula de la manera següent: 𝐹𝑖=𝑄𝑔∗𝑗 Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 53 On Q és la càrrega (la nostra massa suspesa total), g l'acceleració de la gravetat i j la desacceleració del vehicle. 𝐹𝑖=𝑄𝑔∗𝑗= 7 9,81∗20=14,27 𝑘𝑔=140 𝑁 El nostre centre de gravetat es calcula a suposició, degut a que no tenim cap dada sobre la suspensió darrera. Si que sabem, però, les restriccions dimensionals del vehicle, i tenim el disseny de la suspensió davantera. Al haver més massa a la part darrera del vehicle que a la davantera (45% davantera, 55% darrera del total), definim el centre de gravetat a una distància en la direcció X respecte al eix darrer de 279mm, que ve a ser el mateix que una distància de 341mm respecte a l’eix davanter (batalla de 620mm). Pel que fa a l’alçada la podem calcular. Definint el material al programa de SolidWorks, trobem el centre de gravetat de la suspensió davantera, que surt a -18,8mm des del centre de coordenades del sòlid total. Respecte al terra significa una distància de 72,75mm d’altura del centre de gravetat . Figura 54. Finestra SolidWorks de propietats físiques de la suspensió davantera. Aquest valor és molt precís però no exacte del tot, degut a que la làmina de fibra de carboni s’ha deduït també com a làmina d’alumini 7075-T5. El resultat final però, no és alterat en excés. La làmina, en comparació amb la resta dels elements no té importància en quant a dimensions. Un cop obtinguda la força d'inèrcia durant la frenada es calcula l'increment de càrrega que es produeix. Aquesta massa és la que s'incrementarà a l'eix davanter al moment de la frenada, a la Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. massa que suporta en estàtica. S’obté que la quantitat de càrrega transferida en un cas de frenada de 20 m/s2 de desacceleració és de 1,67 kg. 𝑟=140 𝑁 ∗ 72,75 𝑚𝑚 620 𝑚𝑚 = 16,43 𝑁=1,67 𝑘𝑔 7.3.3. Càlcul dels paràmetres de direcció Partint de les coordenades locals i globals dels elements del disseny geomètric de la nova suspensió, s’ha utilitzat els Excels proporcionats pel professor per a trobar els següents paràmetres de direcció, tant per quan el vehicle es trobi en estàtic, com segons variacions d’altres paràmetres d’estudi. 7.3.3.1. Angle de caiguda Com ja hem definit, l’angle de caiguda és el que forma el pla mig del neumàtic i l’eix normal al pla de rotació respecte al pla YZ. La nostra roda segueix el mateix angle que l’angle de sortida que veurem posteriorment, així seguint el valor de 4º. Figura 55. Vista frontal de la suspensió, angle de caiguda Segons el recorregut del nostre conjunt molla-esmorteïdor, l’angle de caiguda variarà. Amb l’ajut del programa d’Excel, podem veure a la figura 54, que, tant si el conjunt s’escurça com si s’estira, l’angle de caiguda resultarà ser negatiu. Les variacions d’angle, però, són gairebé negligibles, ja que la nostra compressió màxima és de 3,9 mm i l’estirament màxim de 2,1 mmm i en els Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 55 següents gràfics podem observar que, per a poder aconseguir una variació de l’angle de caiguda d’1º necessitaríem comprimir el conjunt molla-esmorteïdor més de 30mm (figura 55). Depenent del pas de direcció, és a dir, depenent de la direcció que prengui el vehicle, l’angle també serà alterat, com es pot observar a la figura 56. En l’estudi s’ha utilitzat direccions totalment girades (al 100%), parcials (al 50%) i recta. Per a una direcció totalment girada cap a l’esquerra serà la variació més elevada, de fins a 6º, i per a una direcció parcial cap a la dreta, de fins -2º. Figura 56. Variació de l’angle de caiguda segons el recorregut del conjunt esmorteïdor-molla -1.60 -1.40 -1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 -50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.0010.0020.0030.0040.00 Angle de caiguda [graus] Longitud esmorteïdor ref. CD [mm] Caiguda [Escombrat esmorteïdor] Direcció recta Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Figura 57. Variació de l’angle de caiguda segons el recorregut del conjunt esmorteïdor-molla i el pas de direcció 7.3.3.2. Angle d’avanç Com ja hem comentat, l’angle d’avanç és l’angle format per l’eix de pivots de la boixa i l’eix Z en un pla XZ. Observem que, per a una situació estàtica, sense escurçament ni estirament de la molla, l’angle d’avanç és de -4º. A la figura 56 veiem com varia l’angle segons l’escombrat del conjunt molla-esmorteïdor, on veiem que els resultats gairebé variaran. Es necessitaria una elongació de casi 30 mm per a poder variar un grau del paràmetre. Figura 58. Vista lateral de la suspensió, angle d’avanç -4.00 -2.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 -50.00-40.00-30.00-20.00-10.000.0010.0020.0030.0040.00 ΔCaiguda {ref. vehicle en condició de disseny i direcció recta} [graus] Longitud esmorteïdor ref. CD [mm] ΔCaiguda [Passos de direcció] & [Escombrat esmorteïdor] Direcció 100% a l'esquerra Direcció 50% a l'esquerra Direcció recta Direcció 50% a la dreta Direcció 100% a la dreta Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 57 Figura 59. Angle d’avanç segons l’escombrat de l’esmorteïdor 7.3.3.3. Convergència o divergència En la nostra situació, el disseny consta en que les rodes formen un angle de 0º entre el pla mig del neumàtic i l’eix X. Amb l’ajut del programa d’Excel, s’ha determinat la variació d’aquest angle segons la longitud de l’esmorteïdor. Com veient a la següent figura (59), es mostra que en estàtic es troba en 0º. A mesura que augmenta l’escombrat, la convergència passa a ser negativa. En canvi, si disminueix, es torna en un valor positiu. Tot i així, com el nostre escombrat del conjunt molla-esmorteïdor és molt baix, l’angle de convergència gairebé no patirà variacions. Com en l’angle de caiguda, també es poden dur a terme variacions de la convergència segons la direcció presa. Amb les direccions que s’ha estudiat en el cas previ, s’ha dut a terme el mateix estudi (figura 57). El fet de prendre direccions extremes, farà que la nostra convergència variï més fortament segons si és a l’esquerra o a la dreta. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 7.4. Anàlisi estructural Per a l'anàlisi estructural de les peces dissenyades s’ha fet servir el programa SolidWorks Simulation, que crea una simulació de càrregues sobre les peces per poder verificar els dissenys. Per a l’elecció del material de cadascun dels elements que no formen part de la suspensió, el vehicle estaria format per parts amb fibra de carboni, com serien les superfícies on es recolza el suport de les molles i on van subjectats els dos rectangles del xassís, de cara a obtenir una bona resistència al mínim pes possible. Com formen part del xassís, no es tindrà en compte de cara al treball. Per a l’elecció de material dels elements de la suspensió, els trapezis, els eixos, i els altres elements que puguin formar part del que pertany a la suspensió estaran formats per alumini 7075-T6 (SN) dels materials a la plantilla de SolidWorks, el suggerit pel professorat també, degut a la seva elevada resistència a la fatiga en comparació al acer, que és econòmic, i una mecanització mitjanament bona. És el més usat en competicions de radio control escala 1:5 de F1 generalment. Propietats de l’Alumini 7075-T6 (SN) Valor Unitats Mòdul elàstic 7,2 e+10 N/m2 Coeficient de Poisson 0.33 N/D Mòdul tallant 2,69e+10 N/m2 Densitat de massa 2810 Km/m3 Límit de tracció 5,7e+8 N/m2 Límit elàstic 5,05e+8 N/m2 Coeficient d’expansió tèrmica 2,36e-5 /K Conductivitat tèrmica 130 W/(m*K) Calor específic 960 J/(kg*K) Figura 70. Taula de propietats de l’alumini 7075-T6 Durant l'estudi de càrregues realitzat anteriorment s’ha analitzat el cotxe de dues maneres: - La massa suspesa és de 7 kg, i un cop repartides les masses a cada suspensió segons el percentatge equivalent, veiem que la suspensió davantera s’encarrega de suportar 3,15kg. - En frenada: s’ha observat que es transfereix una càrrega equivalent de fins a 1,67 kg de massa a la suspensió davantera en un suposat cas de frenada de 20 m/s2. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 65 A l’hora d’analitzar els diferents elements sota càrrega, s’han considerat les càrregues per sobre dels valors estudiats per poder tenir un factor de seguretat real més gran, i dels valors obtinguts a l'anàlisi estructural no s'acceptarà cap estudi en el que obtinguem un factor de seguretat inferior a 1,4. S’ha escollit un mallat triangular el més fi possible dins de la disponibilitat a SolidWorks per a definir els elements, degut a que es tracta d’elements de dimensions petits i càrregues relativament poc elevades, així s’ha pogut obtenir una millor exactitud en els càlculs i resultats. Es procedeix a fer un assaig en estàtica per a les diferents peces que componen el sistema de suspensió. 7.4.1. Ròtula Les ròtules són articulacions les quals s’utilitzen a les unions mòbils dels sistemes de suspensió per proveir aquests d'un joc controlat entre els components que es troben interactuant quan la suspensió està en moviment. El cas crític per a l’estudi serà el cas de frenada, on l’eix davanter es sotmetrà a una càrrega màxima de 4,82 kg = 47,3 N. El disseny de la ròtula consisteix en un prisma de 28x20x14,5mm, amb una cavitat tubular de 3,5mm de radi, i una cavitat interna esfèrica de 4mm de radi, al centre del tub. En aquesta, s’introdueix l’esfera a pressió que permetrà la rotació en tots els eixos. Per a l’estudi s’ha treballat amb una càrrega de 100 N, gairebé el doble que la carga màxima prevista. Es realitza un assaig estàtic, després d'haver aplicat les càrregues i haver mallat la peça per poder analitzar-ne els nodes. S'estudien els resultats de distribució tensions, deformacions i factor de seguretat. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Figura 71. Mallat de la ròtula Aquest gràfic mostra la distribució de tensions Von Mises, sota l'aplicació de les forces, com s'aprecia a la llegenda, l'esforç màxim té un valor de 7,546 MPa la qual no supera el límit elàstic del material, 505 MPa. Figura 72. Distribució de tensions Von Misses ròtula, assaig estàtic La deformació que s’observa, es major en els punts més llunyans a l’esfera que uneix la ròtula amb la boixa. La màxima deformació és d’1,033*10-3 mm, pel que podem assegurar una deformació no plàstica: el límit elàstic no és superat. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 67 Figura 73. Estudi de deformació de la ròtula, assaig estàtic Com podem observar també en la següent figura, el factor de seguretat en tota la peça és molt elevat, per tant no donarà cap inconvenient respecte a les càrregues a les que es sotmetrà la peça. Figura 74. Estudi del factor de seguretat de la ròtula, assaig estàtic Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 7.4.2. Eix xassís-trapezi inferior No s’ha arribat a esmentar de manera concreta l’element d’unió del trapezi inferior amb el xassís durant el projecte, ja que es considerat un element del xassís. Tot i així, és un element que pot patir força del conjunt que es troba en contacte amb la suspensió. Aquest és un cilindre de 12mm de diàmetre i 92mm de llargada. En aquest element fixarem els extrems, que figurarien les unions amb el xassís d’aquest eix, i aplicarem una força equivalent al doble del vehicle verticalment. Figura 75. Mallat de l’eix xassís-trapezi inferior La següent figura mostra que la tensió màxima es troba als extrems, equivalent a 8,85 MPa. Segueix sense superar el límit elàstic, per tant assegurem que no es deformarà plàsticament. Figura 76. Distribució de tensions Von Misses eix xassís-trapezi inferior, assaig estàtic Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 69 La deformació que patirà màxima succeeix al centre de la barra com podem observar a la figura 74, però és gairebé menyspreable. Figura 77. Estudi de deformació de l’eix xassís-trapezi inferior, assaig estàtic Pel que fa al factor de seguretat, comprovem que no es inferior a 1,4 en cap part del element. Figura 78. Estudi del factor de seguretat de l’eix xassís-trapezi inferior, assaig estàtic. 7.4.3. Trapezi inferior Per a l'estudi estructural dels braços de la suspensió s'ha optat per estudiar el triangle inferior, ja que és el triangle que més esforços suportarà. D'aquesta manera podrem saber la resistència dels braços. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Figura 79. Mallat trapezi inferior S’ha realitzat un estudi estàtic posicionant les unions mòbils (ròtules) i la unió del trapezi amb el xassís com a punts fix, i com a punts d'aplicació de forces s'utilitzarà el punt de connexió al triangle amb l’esmorteïdor, en el sentit corresponent, i la unió del trapezi amb la boixa en sentit vertical. La força aplicada per l’esmorteïdor serà de 98 N que representa el pes màxim del vehicle i la força vertical serà de 98 N també, representant les possibles irregularitats del terreny. Seran més petites en una situació real, però així es simplifiquen els càlculs. El gràfic de la figura 77 mostra els esforços de tensions a von Misses. Com s'observa a la llegenda, l’esforç màxim suportat per la suspensió és de 3,1 MPa, i no supera el límit de 505 MPa. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 71 Figura 80. Distribució de tensions trapezi inferior, assaig estàtic. Pel que fa a les deformacions, la màxima és de 4,65*10-4 mm, gairebé menyspreable. Figura 81. Estudi de deformació del trapezi inferior, assaig estàtic Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Finalment, es comprova també que el factor de seguretat serà superior a 1,4 en tota la peça. Figura 82. Estudi del factor de seguretat del trapezi inferior, assaig estàtic Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 73 8. Procés de fabricació dels elements Tal com s'ha pogut observar al llarg del capítol precedent, cadascun dels elements de la suspensió es produirà utilitzant Alumini 7075-T6(SN) com material central. Per assegurar la bona fabricació i mecanització dels components, és imprescindible disposar de la variació de les mesures, tenint especial cura a les unions entre el xassís i els braços, de la boixa amb els braços, i de la boixa amb la roda. Un cop definit el material, cal establir de forma precisa i clara la metodologia de treball sobre aquest. En el moment de prendre la decisió, s’han pres en compte diferents factors en visió a la creació dels elements, amb especial èmfasi en assolir el menor temps possible de producció, tot guardant una gran precisió en els detalls de cadascuna de les parts de la suspensió. Partint d'aquests ideals, els mecanitzats de control numèric, és el mètode que més s'ajusta a les necessitats del projecte. Un dels factors clau de cara a la presa de la decisió, a més del alt nivell de precisió i l'oportunitat de posar en practica els coneixements adquirits al llarg del curs, és la possibilitat d'accedir al laboratori de Tecnologies de Fabricació de l'ETSEIB, el qual disposa de tota la maquinària i recursos necessaris, que a més podria desencadenar, en el millor dels casos, en una reducció considerable dels costs de producció. Dins dels mecanitzats de control numèric trobem les toleràncies d’una cota, en altres mots, aquelles variacions de cota que s’admeten en el moment d’obtenció d’una peça. La tolerància està definida per la variació de cota màxima i mínima, i el seu valor nominal. Com menys elevada sigui la tolerància, més precisa serà la cota desitjada, major serà la qualitat, però més cara serà la obtenció de la peça, ja que més difícil serà obtenir el resultat anhelat. De la mateixa manera que es va presentar i avaluar en l’assignatura de Sistemes de Fabricació, s’ha procurat seguir i respectar la normativa ISO 20286-1:2011 per a mesures d’entre 1-500 mm. Per a cada unió d’elements, s’analitzarà els següents paràmetres de cada element i del conjunt: - Diàmetre nominal (D): diàmetre desitjat que ve indicat als planells. - Diferència superior (ds): resultat de la resta entre el diàmetre màxim i el diàmetre nominal. - Diferència inferior (di): resultat de la resta entre el diàmetre mínim i el diàmetre nominal. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Esferes de les boixes Diàmetre esfèric nominal (D) 8 mm Diferència superior (ds) 0 mm Diferència inferior (di) -0,009 mm Diàmetre esfèric màxim (Dmax) 8 mm Diàmetre esfèric mínim (Dmin) 7,991 mm Interval de tolerància (IT) 0,009 mm Figura 94. Taules de característiques de les esferes de la boixa i els forats de les ròtules Cavitats dels braços superiors i inferiors Diàmetre esfèric nominal (D) 8 mm Diferència superior (ds) 0,009 mm Diferència inferior (di) 0 mm Diàmetre esfèric màxim (Dmax) 8,009 mm Diàmetre esfèric mínim (Dmin) 8 mm Interval de tolerància (IT) 0,009 mm Figura 95. Taules de característiques de les esferes de la boixa i els forats de les ròtules Joc màxim (Jmax) 0,008 mm Joc mínim (Jmin) 0 mm Ajust màxim (Amax): 0 mm Ajust mínim (Amin) -0,008 mm Figura 96. Taules de paràmetres de les esferes de la boixa i els forats de les ròtules 8.2.4 Unió entre la boixa i la roda La unió entre la boixa i la roda es duu a terme mitjançant un cilindre massís de 18mm de diàmetre. El forat de la roda per on s’introduirà l’eix té una cota nominal de 18mm de diàmetre, i fixa. L’eix doncs, tindrà una diferència superior de 0mm i una diferència inferior de -0,011mm. Figura 97. Taula de metrologia, amplitud de l’interval de toleràncies per l’eix 12 h6 . Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 81 Eix de la boixa, unió de la boixa amb el forat de la roda Diàmetre nominal (D) 18 mm Diferència superior (ds) 0 mm Diferència inferior (di) -0,011 mm Diàmetre màxim (Dmax) 18 mm Diàmetre mínim (Dmin) 17,989 mm Interval de tolerància (IT) 0,011 mm Figura 98. Taules de característiques de l’eix de la boixa Joc màxim (Jmax) 0,011 mm Joc mínim (Jmin) 0 mm Ajust màxim (Amax): 0 mm Ajust mínim (Amin) -0,011 mm Figura 99. Taules de paràmetres d’estudi de l’eix de la boixa, unió amb el forat de la roda Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 9. Estudi econòmic 9.1. Peces de construcció pròpia Es procedirà fer un estudi econòmic del cost de les peces de construcció pròpia del disseny. Les peces que són de fabricació pròpia són els dos trapezis i la boixa. Com s’ha esmentat, Pel que fa als costos de mecanitzat, es considera que al ser un projecte de la UPC, es podrà utilitzar la maquinaria disponible del laboratori. Per tant, només haurem de tenir en compte el preu de les làmines i blocs de les quals es partirà inicialment a fer els mecanitzats. S’ha detectat una potencial empresa xinesa de fabricació de làmines metàl·liques, ‘LINXU’, que fabrica tota mena de geometries comercials, i podria fabricar-nos els gruixos i dimensions desitjats, ja que no són comercials, a un cost equivalent al seu pes. A partir d’aquesta empresa, recordem que encarregarem una làmina de 180x16x290 mm que es dividirà per als quatre braços i per a les quatre ròtules. Per a les maneguetes, dues barres de 140x90x30 mm, i a més, una làmina de 60x120x5 mm per a les unions amb els tirants de direcció. El preu actual per kilogram d’alumini 7075-T6 es troba entre els 2€ i 6€, per tant es suposarà un preu de 4€/kg. En la següent taula (76) es mostra el model raonat de preus de cada element a comprar, seguint la següent fórmula plantejada: Preu=densitatmaterial∗Volum∗preu/kilogram Preu=2810∗10−9𝑘𝑔 𝑚𝑚3∗Volum(mm3)∗ 4€ kilogram Pes equivalent=densitatmaterial∗Volum Volum (mm3) Pes equivalent (Kg) Preu (€) 180x16x290 2,3469 kg 9,39 € 140x90x30 1,06218 kg 4,25 € 60x120x5 0,10116 kg 0,41 € Total 3,51 kg 14,04 € Figura 100. Taula dels volums, pesos equivalents i preus corresponents Són preus elevats degut a que és una peça totalment dissenyada a mesura, i a que s’ha de tenir en compte el preu de mà d’obra. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 83 Pel que fa al cost d’enviament internacional, si el paquet a enviar pesa menys de 30kg, El preu mínim a dia d’avui és de 32,5 €. Aquests s’hauran d’afegir al cost final tres vegades, ja que les rodes i els conjunts molla-esmorteïdor tampoc provenen de Barcelona i venen d’empreses diferents. 9.2. Peces no dissenyades pròpiament Pel que fa als esmorteïdors-molla i les rodes, ja hem escollit els productes comercials. El total és el pertanyent a cada parell de peces (dues rodes i dos esmorteïdors). Peça Preu Esmorteïdor-molla 16,95 € Roda 46,90 € Total 63,85 € Figura 101. Taula dels elements comercials a comprar i preus A més del cost de la fabricació de les peces, també s’ha tingut en compte les hores invertides en el disseny. Quantitat d’hores Preu unitari Total 250 h 20 € 5000 € Figura 102. Hores treballades i cost Tot i així, al ser un treball universitari, no es tindrà en compte aquest valor final de cara al cost total. El cost total del treball s’ha resumit, doncs, en el següent valor: Concepte Preu total Peces de disseny propi 14,04 € Peces no dissenyades pròpiament 63,85 € Costos d’enviament 3x 32,5 € Total 175,39 € Figura 103. Cost total. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 10. Conclusions A l'inici del treball es va realitzar una breu introducció al repte que suposava aquest treball, i es van introduir les bases teòriques del sistema de suspensió per poder comprendre els requisits del vehicle. Després d´un procés d´aprenentatge, recopilació d´informació i d´estudi s´han conclòs els conceptes següents: - S'ha definit un sistema de suspensió de doble triangle superposat del tipus push-rod. Aquest sistema ha estat seleccionat pels avantatges que presenta per a la adaptació del vehicle, ja que permet una gran varietat d'ajustaments a l'hora de seleccionar els paràmetres del sistema de suspensió. - S'han dissenyat, mitjançant el programa SolidWorks, els braços de la suspensió, la boixa, les rodes, les ròtules, els esmorteïdors i els diferents punts d’acoblament, tot i després seleccionar algunes parts comercialitzades. - Un cop dissenyades totes les peces, s'han sotmès a un estudi estructural mitjançant el programa ‘SolidWorks Simulation’ per poder determinar la fiabilitat de les peces, i un estudi dels paràmetres de direcció definits com a objectius del treball. Un cop finalitzat el treball cal tenir en compte que molts dels paràmetres utilitzats per poder dissenyar el sistema de suspensió han estat estimats. Per aquest motiu, és possible que algunes de les opcions seleccionades a mesura que es vagin fixant els dissenys o components del vehicle puguin fer variar les mides i masses. Una de les parts que més influeix en la suspensió del vehicle és el xassís, aquest sistema de suspensió ha estat dissenyat prenent unes mesures pel xassís, doncs s'hauran de tenir en compte les mesures de dissenys futurs a l'hora d'ancorar els braços del sistema de suspensió. També hi influirà notablement la distribució i el pes de les masses suspeses. Tot i que és un primer disseny, es pot concloure que: - El disseny compleix els paràmetres marcats per la normativa de F1 radio control a escala 1:5. - S'ha realitzat el disseny del sistema de suspensió seguint tots els paràmetres i recomanacions per a aquest tipus de configuració de sistema de suspensió i pel professorat. - S’ha assolit el coneixement de totes les matèries que no han estat cursades a la carrera d’enginyeria industrial. - Les peces dissenyades compleixen les condicions estructurals. - S’ha aconseguit un ús correcte dels programes SolidWorks, i dels excels proporcionats, a més a més dels apunts del professor de la carrera d’enginyeria d’automoció. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. 85 11. Línies de futur A partir d'aquest treball es podran realitzar futurs estudis amb l'objectiu de millorar el disseny del sistema de suspensió. Les següents línies de futur indicades són possibilitats de millora del projecte: - Adaptació del sistema de suspensió a futurs canvis de les característiques del vehicle, o canvis a la normativa. - Anàlisi dinàmica del sistema de suspensió. - Anàlisi aerodinàmica, amb el desenvolupament de barres de millors característiques aerodinàmiques. - Fer un estudi dels angles de la direcció per als diferents tipus de circuit. - Variació de posició dels eixos dels braços, de cara a aconseguir valors i un futur estudi del centre d’enfonsament i del enfonsament en sí. - Abaratir costos del sistema de suspensió. - Millorar el disseny de les peces de manera que es redueixi el pes de les peces i es mantingui la seva capacitat estructural. - Plantejar un sistema de suspensió diferent. - Dur a terme dissenys menys complexes/més comercials. - Realitzar més estudis de tensions en més possibles elements o punts crítics del disseny que puguin presentar deformacions elàstiques. - Dissenyar la part dels sistemes de fre, junt amb un estudi de forces relacionat amb les característiques d’aquest, i de desgast. - Concretar un disseny específic de les varetes de direcció, així com els seus graus de gir possibles. Disseny d’una suspensió davantera per un vehicle de F1 de radio control de pista escala 1/5. Agraïments Després d'aquests llargs sis mesos de feina ja ha arribat el dia de donar per finalitzat aquest projecte, però no sense abans donar les gràcies a totes les persones que m'han ajudat al llarg d'aquest camí. La finalització d'aquest treball suposa un punt d'inflexió de la meva vida, ja que comportarà la finalització d'un cicle formatiu molt intens com és el grau d'enginyeria en tecnologies industrials. Ha estat un període d'intens aprenentatge dur a terme una feina de manera individual, amb una implicació a l’estranger i amb les responsabilitats i conseqüències tant laborals com econòmiques que això comporta, aspectes amb que encara no m'havia pogut trobar fins a aquest punt de la meva vida. S'han superat diversos moments de dificultats gràcies a l'afecte de la gent que ha viscut amb mi aquí, a Alemanya. Voldria donar les gràcies, en primer lloc, al meu tutor Lluís Roger Casals, per la compressió, la hospitalitat de rebre’m a casa seva i permetre’m accés als seus vehicles personals, la paciència rere la meva impaciència, i la dedicació que m'ha brindat en tot aquest temps tenint una agenda tan estreta com la seva. Per part de l’equip de tutors de l’ETSEIB, també vull agrair en especial a l’única ajuda externa que he rebut a l’Arantza Villa Sicilia. No només va ajudar-me a comprendre de nou aspectes del SolidWorks que ja feia temps que no practicava, sinó que el fet de dedicar-me temps sense ser la tutora encarregada de dirigir-me en aquest treball, amb tota la feina que la persegueix, i en un moment tant crític de feina, va aportar-me una gran alegria i tranquil·litat. Si ja va marcar en la meva vida només en el moment de estudiar la seva matèria, ara ho ha fet encara més. D'altra banda, també voldria donar les gràcies a la meva família pels consells, la compressió i la confiança en mi, per seguir sempre aconseguir el màxim de mi, i recolzar-me en moments durs de la vida, paral·lels a la meva carrera universitària. Finalment, però no per això menys important, voldria destacar l'ajuda i el suport que m'han donat els meus amics en molts moments.