Diseño y recreación visual del chasis y carenado del Ferrari 156 F1 en CATIA V5
Abstract
En esta memoria se recoge el modelado de uno de los monoplazas históricos y más reconocibles de la historia de Ferrari y de la Fórmula 1, el Ferrari 156 F1. En esta memoria encontraremos en primer lugar una introducción histórica sobre la Scuderia Ferrari, sus orígenes y los logros conseguidos a lo largo de los años que llevaron a la marca a convertirse en el equipo más laureado de la competición. En esta introducción encontramos los modelos más destacados de la Scuderia y los pilotos más importantes que han pilotado para la marca en sus 91 años de historia. Tras esto se describe de forma más detallada el modelo protagonista del proyecto, el Ferrari 156 F1, destacando varias características técnicas para entender su dominio en la competición en el año 1961. Seguidamente, se procede a la descripción del proyecto, es decir, la descripción del diseño y el ensamblado de las piezas, indicando también las herramientas del software CATIA empleadas para ello. Para ayudar a la descripción, se adjuntan numerosas imágenes que se han ido obteniendo progresivamente. Por último, encontramos en el apartado final los planos del modelo que hemos obtenido, acompañado de unas imágenes con un maniquí que simula el piloto para poder comprobar la fiabilidad de la recreación del modelo.
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Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Autor: F. Javier Payán Somet Tutor: Juan José Murillo Fuentes Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2013 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Diseño y recreación visual del chasis y carenado del Ferrari 156 F1 en CATIA V5 Autor: José Ignacio Fontecha Ballesteros Tutor: Francisco Valderrama Gual Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020
Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Diseño y recreación visual del chasis y carenado del Ferrari 156 F1 en CATIA V5 Autor: José Ignacio Fontecha Ballesteros Tutor: Francisco Valderrama Gual Profesor Titular Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020
Trabajo Fin de Grado: Diseño y recreación visual del chasis y carenado del Ferrari 156 F1 en CATIA V5 Autor: José Ignacio Fontecha Ballesteros Tutor: Francisco Valderrama Gual El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes profesores: Presidente: Vocal/es: Secretario: acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Fecha:
Agradecimientos En primer lugar, quería dedicarle este proyecto a mi familia. Mis padres, por ser la piedra donde apoyarse, por ser los primeros en celebrar los éxitos y los primeros en estar allí en las decepciones, por perdonar todos mis errores y por todo el esfuerzo realizado hasta llegar a este punto. A mi hermana, por ser mi guía durante los años de universidad, sin tí no hubiese tenido la gran oportunidad del año que viene. Gracias. A mis abuelos, porque sé que ellos han sufrido incluso más que yo, al ver a su nieto lejos de casa y sin poder apenas celebrar las cosas juntos. Siempre nos quedará una comida pendiente para celebrarlo. Mis tíos, por ayudarme aquel día cuando más lo necesitaba, nunca os lo he dicho, pero muchas gracias. A mis amigos de Toledo, que están desde el principio del camino. A los amigos de Cádiz, en especial a Gonzalo, que aunque nos separen mil kilómetros, siempre estás ahí para darme tu apoyo, y por qué no, para sacarme de fiesta. Y también a mis amigos de Sevilla, que han sido mi día a día universitario. Y por último, y no menos importante, a María. Gran parte de lo conseguido en los dos últimos años es gracias a tí. Te espero en el otro lado. Nacho I
Resumen En esta memoria se recoge el modelado de uno de los monoplazas históricos y más reconocibles de la historia de Ferrari y de la Fórmula 1, el Ferrari 156 F1. En esta memoria encontraremos en primer lugar una introducción histórica sobre la Scuderia Ferrari , sus orígenes y los logros conseguidos a lo largo de los años que llevaron a la marca a convertirse en el equipo más laureado de la competición. En esta introducción encontramos los modelos más destacados de la Scuderia y los pilotos más importantes que han pilotado para la marca en sus 91 años de historia. Tras esto se describe de forma más detallada el modelo protagonista del proyecto, el Ferrari 156 F1, destacando varias características técnicas para entender su dominio en la competición en el año 1961. Seguidamente, se procede a la descripción del proyecto, es decir, la descripción del diseño y el ensamblado de las piezas, indicando también las herramientas del software CATIA empleadas para ello. Para ayudar a la descripción, se adjuntan numerosas imágenes que se han ido obteniendo progresivamente. Por último, encontramos en el apartado final los planos del modelo que hemos obtenido, acompañado de unas imágenes con un maniquí que simula el piloto para poder comprobar la fiabilidad de la recreación del modelo. ... III
XÍndice de Figuras 6.22 Ensamblaje del amortiguador 88 6.23 Ensamblaje del amortiguador 88 6.24 Ensamblaje de la palanca de cambios 89 6.25 Ensamblaje de la palanca de cambios 89 6.26 Ensamblaje de la pieza 102 90 6.27 Ensamblaje del carenado lateral 90 6.28 Ensamblaje del asiento 91 6.29 Ensamblaje del sistema eléctrico 92 6.30 Ensamblaje del sistema eléctrico 92 6.31 Ensamblaje del sistema eléctrico 93 6.32 Ensamblaje de los pedales 93 6.33 Ensamblaje de los pedales 94 6.34 Ensamblaje del depósito de combustible 95 6.35 Ensamblaje del depósito de aceite 95 6.36 Ensamblaje del panel de control 96 6.37 Ensamblaje del volante 96 6.38 Ensamblaje del volante 97 6.39 Ensamblaje de la suspensión delantera 97 6.40 Pieza 39 98 6.41 Ensamblaje de la pieza 39 98 6.42 Ensamblaje del amortiguador delantero 99 6.43 Ensamblaje de la suspensión delantera 99 6.44 Ensamblaje de la suspensión delantera 100 6.45 Ensamblaje de la suspensión delantera 100 6.46 Ensamblaje del radiador 101 6.47 Ensamblaje del radiador 101 6.48 Pieza 265 102 6.49 Ensamblaje del radiador 102 6.50 Ensamblaje del carenado lateral 103 6.51 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras 103 6.52 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras 104 6.53 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras 104 6.54 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras 105 6.55 Ensamblaje del morro delantero 105 6.56 Ensamblaje del morro trasero 106 6.57 Ensamblaje de los morros trasero y delantero 106 6.58 Ensamblaje de la pieza 194 107 6.59 Ensamblaje de la pieza 337 107 7.1 Menú del módulo Drafting 109 7.2 Planta del monoplaza 109 7.3 Alzado del monoplaza 110 7.4 Perfil del monoplaza 110 7.5 Maniquí 110 7.6 Maniquí 111 7.7 Maniquí 111 8.1 Recreación del Ferrari 156 F1 113 8.2 Fotografía real del Ferrari 156 F1 114 8.3 Detalle del interior del 156 F1 114
1 Introducción El proyecto realizado recogido en la memoria que se presenta a continuación consiste en la recreación visual del chasis y del carenado del monoplaza 156 F1 Sharknose de Scuderia Ferrari , empleado en el campeonato mundial de 1961. La elección de este modelo se debe a su importancia en la historia del equipo italiano, además de ser uno de los monoplazas más reconocibles de la historia. Esta recreación visual se ha realizado con el software CATIA V5 R19, empleando los módulos en profundidad para poder modelar este monoplaza. 1.1 Estructura La memoria se encuentra divida en una serie de capítulos en los que se desarrolla el proceso que se ha seguido para la realización de este proyecto. En los primeros capítulos se desarrolla el estado del arte del proyecto, poniendo especial interés en la historia de la Scuderia Ferrari para poder entender el contexto en el que se enmarca este monoplaza y el por qué de su forma tan característica. Además de la presentación de la historia de la escudería, se tratará de explicar la obtención de los documentos de referencia, contando con detalle todo el proceso seguido. Tras esto, se desarrolla en otro capítulo los módulos de CATIA que se han empleado en el desarrollo del proyecto a la vez que se explica cómo se ha acometido el diseño de las piezas, explicando de forma breve qué es cada modulo. Además de esto, se dará una breve explicación de las herramientas de medida que se han empleado durante el proyecto, con una descripción de su uso. A continuación, se comienza a explicar con detalle el trabajo de modelado de piezas que se ha realizado, adjuntando una serie de imágenes de cada pieza para poder visualizar mejor el posterior ensamblaje que se realiza de todas las piezas y así obtener el resultado final del proyecto. 1.2 Objetivos El objetivo de este proyecto es poner en práctica los conocimientos adquiridos a lo largo del grado para realizar el modelado y posterior ensamblaje en CATIA de este modelo histórico de Ferrari pieza por pieza, explicando con detalle el proceso que se ha seguido en su modelado y del ensamblaje de las piezas para lograr el monoplaza completo. Con esto, se conseguirán afianzar las bases que se tienen sobre modelado por ordenador, y adquirir nuevas habilidades en este área tan importante en los proyectos de ingeniería, como los proyectos de ingeniería de competición en los que se enmarca este proyecto. Además de esto, otro de los objetivos propuestos fue la recuperación de documentación de referencia del modelo, ya que en esa época, Ferrari destruía toda la información referente a sus modelos empleados en la Fórmula 1, desde planos de piezas hasta modelos enteros, debido a que querían evitar a toda costa el espionaje de los otros equipos de la parrilla. Ésto tiene como consecuencia la falta de información que existe sobre este modelo, limitada prácticamente a modelos a escala. 1
2Capítulo 1. Introducción Gracias a la investigación llevada a cabo, se obtendrá unos conocimientos sobre la Fórmula 1 de la época, que pueden ser de especial interés en la vida profesional de un ingeniero, debido a la tecnología puntera que esta rama de la ingeniería aplica a sus productos.
2 Scuderia Ferrari En este capítulo desarrollamos el estudio del arte centrado en la historia de la Scuderia Ferrari, en su nacimiento y su ascenso a la cima de la Fórmula 1, siendo una parte importante de ella el Ferrari 156 F1. 2.1 Origen y primeros años Como de todos es sabido, Ferrari es una de las marcas más respetadas e importantes dentro del mundo del automóvil, juntando la elegancia, calidad y prestaciones en todos sus productos. Todo comenzó en el año 1929, cuando Enzo Ferrari, fundador y piloto en los campeonatos de velocidad en Italia con Alfa Romeo, decide crear la Scuderia Ferrari para comprar, preparar y distribuir coches de carreras en Módena. Durante estos primeros años, se conforma como un equipo oficial, pero pilotando vehículos de la marca Alfa Romeo, hecho que le condujo momentáneamente a trabajar para esta marca, disolviendo la Scuderia durante un tiempo. Ya en esta época emplea los dos famosos distintivos de la marca: el cavallino rampante sobre un escudo amarillo, que representa la ciudad de Módena [ 1 ], ciudad natal de Enzo; y el color rojo en sus coches, empleado por los coches italianos en los grandes premios. Debido al potencial de Enzo, los gerentes de Alfa Romeo intentaron neutralizar y absorber la Scuderia [ 1 ], resultando en la marcha de Enzo de la marca bajo la cláusula de no competir en los siguientes cuatro años bajo el nombre “Ferrari”. Este hecho hizo que Enzo se obsesionase con batir a un Alfa Romeo en las carreras. Tras cumplir con la cláusula de no competencia, Enzo crea el Ferrari 815 Spider para competir en la Mille Miglia de 1940, aunque este coche no llevaría su apellido. Figura 2.1 Ferrari 815 Spider. 3
4Capítulo 2. Scuderia Ferrari Al estallar la Segunda Guerra Mundial, el régimen fascista de Mussolini obligaba a las empresas italianas a fabricar y manufacturar aquello que el régimen considerase necesario para la Guerra [ 2 ], y por ello, la empresa comenzó a fabricar máquinas rectificadoras, copias de las originales alemanas. Además de esto, la fábrica paró su producción debido a la falta de carreras que se produjo debido a la Guerra. En el año 1943, año del colapso del régimen fascista, la Scuderia se traslada a Maranello, ciudad donde se ha mantenido desde entonces. Tras la Guerra, en 1947, se crea el primer automóvil con el apellido del fabricante fabricado íntegramente en Maranello en participar en los campeonatos y traer los primeros éxitos a la marca, el 125 Sport. Con este automóvil, la Scuderia conseguiría las victorias en Mille Miglia de 1948 y en las 24 Horas de Le Mans de 1949. Figura 2.2 Ferrari 125 Sport. 2.2 Década de 1950 y 1960 Con la aparición de la Fórmula 1 en el año 1950, y los éxitos obtenidos durante los primeros años de la competición de la mano de Ascari, Ferrari se centra casi exclusivamente en este competición, abandonando otro tipo de competiciones. Durante esta década, Ferrari demostró una rápida evolución técnica de los monoplazas, lo que suponía una ventaja sobre sus competidores, que siempre veían a la Scuderia un paso por delante. El primer modelo de la década fue el modelo 500 de Fórmula 2, que fue el primer Ferrari en incorporar un motor de 4 cilindros, rompiendo así la tradición de emplear motores de 12 cilindros [ 5 ]. Este modelo sirvió como prueba para la Fórmula 1, obteniendo unos magníficos resultados en la competición de Fórmula 2, donde su rendimiento en carrera resultó muy superior a los demás debido a no efectuar paradas en box. Gracias a este modelo, y a la falta de monoplazas con motores permitidos en la competición, en los años 1952 y 1953 se emplearon los modelos de Fórmula 2, y con el modelo 500 arrasaron en la Fórmula 1 de la mano de Ascari, ya que su máximo competidor en ese momento, Alfa Romeo, se retiró del campeonato y el coche era muy superior a sus oponentes. De las 31 carreras disputadas durante estos dos años, Ascari resultó vencedor en 16 de ellas, quedando demostrada su superioridad. Para los años 1954 hasta 1960, la Fórmula 1 se regía por la norma que limitaba los motores a 2500 cc si eran de admisión atmosférica, o 750 cc si estaban sobrealimentados. En la temporada de 1954 se empleó el modelo 555 [ 5 ], y más tarde el modelo 625, que resultaron tener un escaso rendimiento, y es por ello que se fabricó un nuevo motor, prácticamente mezclando los motores de los estos modelos (monobloque del 625 y la culata del 555). Aún habiendo introducido esta mejora en el modelo 625, los malos resultados y el escaso rendimiento del monoplaza provocaron la marcha de pilotos como Ascari y Villoresi a Lancia.
2.2 Década de 1950 y 1960 5 Figura 2.3 Ferrari 625 F1. Tras la muerte de Ascari en 1955, Lancia tomó la decisión de parar la actividad deportiva y puso todas sus instalaciones y material de competición a disposición de Ferrari [ 5 ], lo que permitió a la Scuderia volver a fabricar un monoplaza con el alto rendimiento que caracterizaba a los Ferrari en esta época. El modelo en cuestión es el 8 CL, fue empleado durante la temporada 1955 y 1956. Para el año 1956 y con la llegada del famoso piloto Juan Manuel Fangio, la Scuderia logró su tercer título mundial, siendo el cuarto de Fangio, con el modelo que venía de la temporada anterior. Durante la temporada 1957, también se empleó este modelo, pero se introdujeron modificaciones en la suspensión delantera, incorporando muelles helicoidales; en el motor, en el que se ensambló la culata al bloque. Aún habiendo introducido esta modificación en el motor, desde la fabrica decidieron cambiarlo por un motor de 6 cilindros en V Dino [ 5 ], nombrado así en honor a Alfredo “Dino” Ferrari, hijo de Enzo, que falleció en 1956. Este nuevo motor entró en funcionamiento ese mismo año, con una cilindrada inicial de 1500cc, que fue modificándose a lo largo de la temporada, consiguiéndose en las sucesivas carreras tener 1800, 2200 y 2417cc. Es durante los últimos años de esta década en los que surgen los monoplazas Cooper, cuyo motor estaba situado en la parte trasera del monoplaza, lo que hacía que el reparto de pesos permitía obtener cierta ventaja con los monoplazas que portaban el motor en la parte delantera [ 4 ]. Es por ello que en Ferrari empezaron a trabajar en un nuevo coche con configuración trasera para poder competir contra los monoplazas Cooper: el Ferrari 156 F1. Con este coche, Ferrari conseguiría el campeonato mundial de pilotos de la mano de Phil Hill, pero el segundo piloto, Wolfgang von Trips, perdería la vida con este monoplaza en el Circuito de Monza. Tras el éxito alcanzado en el año 1961 con el 156 F1, los años que siguieron fueron años difíciles para la marca, debido al importante desarrollo que mostraban los equipos ingleses, como Cooper y Lotus. Durante estos años, siguieron empleando el modelo 156 F1 pero introduciendo mejoras y retoques, sobre todo en el apartado motor. En el año 1964 volvieron a alcanzar la gloria gracias al piloto John Surtees con el campeonato de pilotos. Durante esta temporada, Surtees empleó el modelo 158F1 con un motor V8, mientras que su compañero, Lorenzo Bandini, pilotó varios modelos, como el 156iF1, el 158F1 o el 512F1, muy distintos entre ellos, para probar diferentes soluciones técnicas.
6Capítulo 2. Scuderia Ferrari Figura 2.4 Ferrari 158 F1. Durante el año 1965, llevaron a cabo un año de transición hacia la siguiente normativa, que entraría en vigor al año siguiente, y es por ello que durante esta temporada se dedicasen casi exclusivamente al desarrollo del monoplaza del siguiente campeonato, y poder así derrocar a los equipos ingleses, que habían dominado estos últimos años, salvo los dos títulos mundiales conseguidos por Phil Hill y John Surtees. Este cambio de normativa provocó la vuelta a los motores V12 en el modelo 312, empleado hasta el año 1969. Es en estos años cuando Ferrari empieza a incluir alerones en los monoplazas para mejorar su eficiencia aerodinámica. Este tipo de soluciones aerodinámicas se introdujeron primero en sus coches de categoría Sport, siendo uno de los primeros el modelo Sport 350 LM de 1965 [ 5 ], empleado en la prueba de las 24 Horas de Le Mans de ese mismo año. Tras comprobar su utilidad en esa categoría, se decidió implementar estos alerones en la Fórmula 1 en la temporada 1968, siendo Enzo reacio a este tipo de soluciones, ya que, según sus propias palabras: “la aerodinámica es para fracasados que no saben hacer motores”. 2.3 Década de 1970 Tras unos primeros años llenos de fracasos, en el año 1974 vuelven los éxitos a la Scuderia gracias a un renovado 312B, y a la dupla de pilotos Niki Lauda y Clay Regazzoni, que volvieron a llevar a la Scuderia a lo más alto del cajón, aunque no conseguirían ni el mundial de constructores ni de pilotos, habiendo perdido Regazzoni éste último en la última carrera del año frente a Emerson Fittipaldi. No sería hasta la temporada siguiente, en 1975, donde se conseguiría de nuevo el campeonato mundial de pilotos gracias a Niki Lauda y su modelo 312T. Ese año también ganarían el campeonato mundial de constructores gracias a las sólidas actuaciones de los dos pilotos. Figura 2.5 Niki Lauda en su Ferrari 312T de 1976.
2.4 Década de 1980 y 1990 7 Para el año siguiente, emplearon el mismo monoplaza que la temporada anterior, debido a los buenos resultados obtenidos con él. Este año contarían con un duro rival que les complicaría la consecución de ambos mundiales: James Hunt y su McLaren. En la primera parte de la temporada, Lauda y Ferrari no encontraron rival, liderando tanto el mundial de pilotos como el de constructores. Desgraciadamente, en el Gran Premio de Alemania, celebrado en el circuito de Nürburgring, Niki Lauda sufrió un grave accidente incluyendo graves quemaduras, que le dejó fuera de la competición durante sólo seis semanas. Durante estas seis semanas, James Hunt aprovechó su ausencia para recortarle distancias en el mundial de pilotos, logrando ganar el campeonato mundial de pilotos en la última prueba de la temporada, el Gran Premio de Japón, por sólo un punto de ventaja sobre Niki Lauda, debido a que el piloto austriaco se retiró de la carrera tras la segunda vuelta debido a las condiciones extremas de lluvia. Sin embargo, el mundial de escuderias fue a parar a Maranello, el cuarto para la Scuderia. La rivalidad entre Lauda y Hunt está considerada una de las mayores rivalidades de la Fórmula 1, quedando reflejada en la película Rush. Tras esta temporada y la retirada de James Hunt, Ferrari y Niki Lauda volvieron a conseguir ambos mundiales con el mismo monoplaza que los años anteriores, quedando patente la superioridad sobre los demás y dejando la incógnita de qué hubiese pasado la anterior temporada si Lauda no hubiese tenido el accidente. Después de esta temporada 1977, Lauda abandona la Scuderia para incorporarse al equipo Brabham, quedándose como pilotos en Ferrari Carlos Reutemann (responsable de la marcha de Lauda debido a la mala relación entre ambos) y un emergente Gilles Villeneuve. Durante la temporada 1978, no pudieron prolongar el éxito conseguido en las anteriores debido al Lotus 79, que incorporaba el efecto suelo, lo que otorgaba una enorme ventaja sobre los demás competidores. Para la siguiente temporada, ya incorporado el efecto suelo en el monoplaza italiano, Jody Scheckter consiguió el mundial de pilotos, el último mundial de un piloto de Ferrari antes de la llegada de Schumacher. 2.4 Década de 1980 y 1990 La década de los 80 y 90 se caracterizan por ser una época oscura para la Scuderia, que se vió ampliamente superada por sus rivales ingleses, McLaren y Williams. La temporada de 1980 resultó un desastre debido a la pobre evolución del efecto suelo con respecto a la temporada anterior. Para el año 1982, la estrategia de Maranello de cambiar a motores turbo y dejar el desarrollo del efecto suelo parado (se prohibiría justo para la temporada de 1982) resultó ser la correcta, puesto que consiguieron dos campeonatos de constructores, los de 1982 y 1983, y no consiguieron el campeonato de pilotos debido al fallecimiento de Gilles Villeneuve y la lesión de Didier Pironi [ 6 ]. Tras estos triunfos fugaces, entraron en una época de sequía en la que sólo consiguieron nueve victorias en cinco años. la ilusión no volvería a Maranello hasta la llegada de Nigel Mansell para la temporada 1989, lo que resultó ser el último fichaje de Enzo Ferrari [6], ya que fallecería en agosto de 1988. La temporada de 1990 empezó de manera ilusionante con el fichaje del francés Alain Prost para acompañar a Nigel Mansell. Prost había decidido dejar a un dominante McLaren debido a los graves problemas con su compañero Ayrton Senna durante la temporada 1989, reflejado en la última carrera de la temporada, donde tuvieron un choque disputándose entre ambos el mundial de pilotos. Aunque McLaren seguía siendo muy superior a Ferrari, Prost consiguió disputarle a Senna el título mundial con su Ferrari 641 hasta la última carrera, en la que perdió el mundial en la primera curva de la carrera tras un choque con Senna, rememorando el choque del anterior mundial.
8Capítulo 2. Scuderia Ferrari Figura 2.6 Alain Prost en el Ferrari 641. Tras esta temporada donde se pudo ver un gran nivel de los Ferrari, el equipo volvió a quedarse sin victorias la temporada siguiente debido al mal desarrollo del coche. Además de los problemas del coche, también hubo problemas con los pilotos, ya que Mansell abandonó el equipo la temporada 1991 y la relación del equipo con Prost estaba tocada después de que éste llamase al coche “camión” [ 6 ]. Durante los siguientes años, se pudo ver a Ferrari detrás de los McLaren y los Williams, éstos últimos grandes dominadores de los siguientes años, debido al motor V10 de Renault y a la suspensión activa electrónica introducida por Williams durante la temporada 1993, donde ganaron ambos campeonatos, siendo el cuarto y último para Prost, que después de la temporada de 1991 con Ferrari decidió retirarse para volver a la Fórmula 1 de la mano de Williams para la temporada 1993. Durante los siguientes años, Ferrari quedó relegado en la lucha por el título debido principalmente al desarrollo del motor, muy inferior a los motores Honda y Renault, y no volvió a la lucha por el mundial hasta la temporada 1996 con el fichaje del bicampeón del mundo Michael Schumacher y el paso a los motores V10 [6]. 2.5 Década del 2000 Tras los últimos años de la década de los 90, donde sólo consiguieron alzarse con el campeonato de constructores en 1999, yendo el mundial de pilotos a McLaren con Mika Häkkinen, llegaría la época dorada de la Scuderia, de la mano de Schumacher como piloto y Jean Todt y Ross Brawn en la parte directiva y técnica del equipo. Gracias a la llegada de Ross Brawn y la “desitalianización” del equipo, consiguieron diseñar los monoplazas más dominantes de la historia de la Fórmula 1, siendo su punto fuerte la fiabilidad, quedando patente en los escasos abandonos que tuvieron a lo largo de los cinco primeros años del milenio. Esta fiabilidad se basaba sobre todo en el motor V10 que desarrollaron durante los tres años anteriores, tras dejar atrás los V12, que habían quedado relegados a una segunda fila después de que Honda y Renault
2.5 Década del 2000 9 dominasen las décadas anteriores con esta configuración de motor. Gracias a las grandes actuaciones de ambos pilotos, sobre todo Schumacher, lograron conseguir cinco mundiales consecutivos de pilotos y constructores, siendo éstos los de las temporadas 2000, 2001, 2002, 2003 y 2004, consiguiéndolos de manera sencilla, salvo el campeonato de 2003, donde se vio una fuerte competencia de los equipos que montaban neumáticos Michelin (Ferrari montaba neumáticos Bridgetone). Para conseguir monoplazas tan fiables y tan superiores a los demás, Ferrari consiguió una estructura de equipo y pilotos que constantemente estaban probando y modificando los coches y conseguir los mejores resultados posibles. Entre ellos cabe destacar el Ferrari F2002, vigente durante las temporadas 2002 y 2003, que consiguió 15 victorias de 19 carreras disputadas. Se dice que este coche era tan bueno que hasta los mismos ingenieros de Ferrari se sorprendieron del ritmo en carrera del monoplaza en los primeros tests de invierno, en los que Schumacher rodaba casi dos segundos más rápidos que la temporada anterior sin apenas llegar a rodar al ritmo real de carrera. Figura 2.7 Ferrari F2002. Para frenar este dominio de la Scuderia, la FIA cambió la normativa para la temporada 2005. Este cambio de normativa trataba de poner trabas a la relación Ferrari-Bridgetone [ 6 ], obligando a montar sólo un set de neumáticos por carrera, cosa que beneficiaba a los equipos que montaban Michelin debido a que éstos eran más duros que los Bridgetone. Es entonces cuando el dominio de Schumacher y Ferrari llegó a su fin, de la mano de Fernando Alonso y Renault. La primera temporada con la nueva normativa, es decir la temporada 2005, se pudo ver a un Ferrari afectado por esa norma, quedando relegado de la lucha por el título de pilotos, disputado entre Kimi Räikkönen (McLaren) y Fernando Alonso (Renault), yendo a parar el título para éste último, y el mundial de constructores, conseguido por el equipo francés. La temporada 2006 supuso la vuelta del equipo italiano a la lucha por los títulos después de haber superado sus problemas con la norma de los neumáticos. Esta temporada supondría la lucha entre Schumacher y Alonso, la leyenda contra la estrella del momento. Durante toda la temporada, ambos pilotos se fueron repartiendo las victorias, con un tira y afloja por la primera posición del mundial de pilotos. Aunque el mundial de pilotos sí estaba más reñido, no fue así con el mundial de constructores, ya que la pareja de pilotos de Renault conseguían resultados más sólidos que los pilotos del equipo italiano, soportados sobre todo por las actuaciones de Schumacher. Parecía que todo se resolvería en la última carrera del mundial, hasta que en el Gran Premio de Japón, Schumacher tuvo que abandonar por problemas mecánicos (rotura de motor), siendo ésto una gran sorpresa, ya que durante estos últimos años, Ferrari nunca había tenido problemas mecánicos, y menos por problemas de motor, tal como mostró Alonso al adelantarle celebrándolo con el puño en alto y en la rueda de prensa posterior. Tras ésto, la última carrera de la temporada, el Gran
16 Capítulo 3. Ferrari 156 F1 el año 1961, año en el que la FIA introdujo una nueva normativa cuyo principal aspecto era la limitación de la cilindrada del motor, quedándose en los 1500 cc. Es por ello que Ferrari decidió montar un motor V6 a 65 º en este nuevo modelo, ya que se conseguía respetar la limitación de cilindrada y obtenía buenos resultados. Lo que diferenciaba el motor Ferrari del resto era su alto régimen de vueltas, consiguiendo llegar a las 9200 rpm en su configuración inicial, ofreciendo una potencia de 180 cv. El resultado de estos años de estudio y preparación fue un monoplaza rápido y compacto, superior a sus rivales por el campeonato mundial, que incluso iba aumentando su ventaja debido a su constante evolución a lo largo de la temporada. Estas evoluciones traían sobre todo mejoras en el motor, adaptándolo a las necesidades de cada circuito, como por ejemplo, la mejora que llevaron para el Gran Premio de Mónaco, donde se modificó el motor de 65 º a 120 º de las válvulas, aumentando el régimen de vueltas a 9500 rpm y la potencia a 190 cv (muy inferior a los monoplazas actuales, que llegan a los 1000 cv con un motor V6 también) [4]. Figura 3.2 Chasis del modelo 156 F1. Como es de imaginar, al montar configuración trasera de motor, el chasis tuvo que ser diseñado desde cero para poder dar cabida al motor, además de la suspensión y demás elementos que podrían cambiar con respecto a diseños anteriores con configuración delantera. A diferencia de los monoplazas actuales, con un diseño monocasco de material compuesto (principalmente fibra de carbono), los chasis de la época como éste es de tipo tubular de metal, más concretamente de acero, que ofrece una buena resistencia para un peso bastante aceptable. Para la suspensión, utilizaron muelles axiales, de diferentes longitudes, montados en los monoplazas desde la temporada de 1957, completamente independientes la trasera de la delantera para así conseguir mejores resultados. Además de diseñar el chasis, tuvieron que diseñar también desde cero toda la caja de cambios, para adaptarla al motor nuevo. Para ello, crearon una caja de 5 velocidades más reversa, con un embrague de multi-disco para conseguir una buena eficiencia en los cambios de marcha [ 3 ]. Debido a que los presupuestos que se manejaban en esta época eran mucho más bajos que los actuales, los monoplazas no se podían cambiar todos los años como se hace en la Fórmula 1 actual, y por ello, los modelos se utilizaban durante varios años, introduciéndole modificaciones cada año para así poder seguir siendo competitivos. Ésta era una de las mejores cualidades de la época en Ferrari, siempre a la vanguardia de la tecnología y un paso por delante de sus competidores, ya que estaban constantemente en proceso evolutivo de los monoplazas. Después del éxito conseguido en la temporada de 1961 con el campeonato mundial de Phill Hill (Von Trips falleció en un accidente en el Gran Premio de Italia, celebrado en Monza), desde la dirección de Ferrari decidieron seguir utilizando este modelo para la siguiente temporada, la del años 1962. Esto resultó ser una mala decisión, ya que los principales competidores de la Scuderia, Cooper y Lotus, consiguieron evolucionar su motor hasta anular la diferencia con el motor Ferrari, además de la aparición en escena de los siempre fiables motores alemanes de Porsche. Aún así, desde Ferrari consiguieron aumentar la potencia del motor hasta los 200 cv, llegando a las 10000 rpm [4].
17 Figura 3.3 Ferrari 156 F1 Aero. Con el fichaje del piloto John Surtees y la modernización que llevaron a cabo en la fábrica, para la temporada 1963, Ferrari presentó el que sería el sucesor del 156 F1 en la competición: el Ferrari 156 F1 Injection, o como comúnmente se le conoce como 156 F1 Aero. Aunque en parte sigue empleando elementos del modelo Sharknose, cambiaban partes bastante importantes del monoplaza. De los elementos más cambiados tenemos el chasis, que por primera vez en la marca se trataba de un chasis autoportante. Este tipo de chasis se caracteriza por soportar toda la carrocería encima, consiguiendo una reducción de peso importante, además de un aumento en la resistencia a esfuerzos dinámicos y estáticos. Esta modificación del chasis llevó aparejada una nueva evolución del motor, para la que consiguieron elevar la potencia hasta los 205 cv con un régimen máximo de vueltas de 10500 rpm [ 4 ]. Ésto significó la retirada del Sharknose, pasando a formar parte de los modelos históricos de Ferrari al ser el monoplaza que consiguió volver a llevar a la gloria a la marca italiana después de unos años difíciles con el cambio de normativa y de configuración de motor trasera.
4 Documentación de referencia El proceso de selección de este modelo se remonta al principios del segundo cuatrimestre, cuando una vez hablado con el tutor y tras haberle expuesto mi propuesta sobre realizarlo de un modelo de Fórmula 1, comenzó la búsqueda del modelo, siempre intentando encontrar uno que haya jugado un papel importante en la historia de la competición. Primero, la búsqueda estaba más enfocada a modelos más actuales, como el Red Bull de la temporada 2011, uno de los monoplazas más dominantes de los últimos años, o el Ferrari F14T de la temporada 2014, el primero de la marca en la era híbrida y el último monoplaza de Alonso con Ferrari, pero como era de esperar, no se encontró ninguna información acerca de estos monoplazas, debido al secretismo de la época actual de la competición. Tras descartar los monoplazas actuales, la búsqueda se enfocó hacia los monoplazas de la época de 1980 y 1990, época dorada de grandes rivalidades. Entre los candidatos, surgieron el Williams de la temporada 1993 con el que Alain Prost se proclamó tetracampeón, o el McLaren MP4-4 de Ayrton Senna de la temporada de 1988. La elección del Williams tiene su razón en que fue el primer monoplaza en montar una suspensión activa electrónica, diseñada por Adrian Newey, en lo que supuso un cambio radical en el panorama debido a la gran superioridad de estos monoplazas con respecto al resto. Tal era su superioridad que la FIA prohibió para la siguiente temporada este tipo de suspensión. Por otro lado, los motivos de la candidatura del McLaren fueron por su dupla de pilotos, Senna y Prost, y el dominio que presentó durante toda la temporada este coche, ganando 15 de las 16 carreras que se disputaron en ese campeonato, repartidas entre ambos, resultando campeón el brasileño. Estos dos modelos se descartaron debido a que la documentación disponible sobre ellos no era suficiente para acometer un modelado por ordenador. Una vez descartados estos monoplazas, la búsqueda se iba a enfocar ya a otras competiciones de automovilismo, como rallies o karts, hasta que encontré en mi habitación un modelo a escala del Ferrari 156 F1, regalo de mi tío, y tras buscar documentación sobre este monoplaza, encontré otro modelo a escala sin montar, perfecto para acometer un modelado por ordenador. Tras exponérselo al tutor y recibir su confirmación, se comenzó a realizar el diseño de las piezas. Para la elaboración de este proyecto, se ha empleado como referencia el modelo a escala 1:43 de la empresa Tameo Kits. El pack del modelo a escala contiene todas las piezas del monoplaza, cada una por separado, y un manual muy útil para el ensamblado del coche. Además de esto, se ha empleado un modelo a escala 1:35 ya montado de la propia marca Ferrari. Debido a la escala, se han utilizado como instrumentos de medición un calibre de 150 mm y nonio de apreciación de 0.05 mm (1/128 pulgadas), y un micrómetro con un rango de medida de 25 mm y una resolución de 0.01 mm. A continuación, se adjunta el manual empleado en el montaje, además de una serie de fotografías de las piezas que contenía el pack y que han sido diseñadas, y de los instrumentos de medida utilizados en el proceso. 19
20 Capítulo 4. Documentación de referencia Figura 4.1 Manual 1-2. Figura 4.2 Manual 3-4.
21 Figura 4.3 Manual 5-6. Figura 4.4 Manual 7-8.
22 Capítulo 4. Documentación de referencia Figura 4.5 Manual 9-10. Figura 4.6 Manual 11-12.
23 Figura 4.7 Manual 13-14. Figura 4.8 Manual 15-16. A continuación, se adjuntan unas imágenes de las piezas del pack que se han empleado en el proceso de diseño. Hay que tener en cuenta la escala 1:43 de este modelo a la hora de tomar medidas, muchas veces presentando problemas debido al tamaño tan pequeño de algunas, y de la dificultad que presentan varias piezas al tener ángulos difíciles de medir. Además, se adjunta una imagen del modelo a escala que fue la inspiración para realizar este proyecto.
24 Capítulo 4. Documentación de referencia Figura 4.9 Piezas. Figura 4.10 Piezas.
5 Diseño de piezas Para la realización de este proyecto, se maneja el software de diseño CATIA V5, uno de los softwares más empleados en los proyectos de ingeniería, sobre todo ingeniería aeronáutica, debido a su versatilidad y variedad de módulos que permiten acometer todo tipo de modelado. En un primer momento, creamos un CatProduct para poder tener todas las piezas disponibles en un mismo archivo, y así luego acometer su ensamblado de manera más sencilla. En este CatProduct se irán insertando los CatPart de las distintas piezas, diseñadas una a una. Para ello emplearemos los siguientes módulos, que han sido muy útiles a lo largo del desarrollo del proyecto: • Part Design: diseño de piezas sólidas. Dentro de éste encontramos las herramientas de Pad,Pocket, Shaft, etc. • Generative Shape Design: diseño de superficies. Muy usada la herramienta Join, que permite unir diferentes bocetos en uno sólo para llevar a cabo, por ejemplo, un Rib más adelante. • Generative Sheet Metal Design: sirve para el diseño de planchas de metal. Empleado en la realización de piezas que necesitan un doblado de chapa, realizado con la herramienta Bend From Flat. • Sketch Tracer: este módulo ha sido empleado para realizar piezas de boceto complicado, ya que permite el insertar una imagen y poder seguir la plantilla mientras dibujas el boceto. En este módulo, antes de insertar la imagen, debemos escalarla para poder obtener la pieza con las medidas correctas. • Assembly Design: es el módulo empleado para el ensamblaje del conjunto. En él, encontramos las herramientas de tipo Constraint, dentro de las cuales tenemos diferentes tipos: Coincidence (para hacer coincidir ejes), Surface Contact,Offset, etc. Antes de comenzar la explicación en detalle del diseño de piezas, se adjuntan fotos del montaje completo para poder entender mejor el por qué del diseño y ensamblaje de todas las piezas. 25
32 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.11 Vista en perspectiva del motor. Además del motor, nos encontramos con las piezas que van unidas a él y que sirven como punto de unión de distintas piezas con el motor, como podemos ver en el manual. Más adelante vemos cómo se unen éstas al motor. Las piezas se han diseñado mediante un boceto, y luego realizar un Pad y darle la forma. Los detalles que se observan se realizan también con un boceto en un plano a una altura ligeramente superior a la altura de la pieza, al que luego se le hace un Pad hacia abajo mediante la opción Up to next para conseguir el resultado deseado. Figura 5.12 Piezas 62 y 63. Una de las piezas más importantes que se unen al motor son los tubos de escape, que se detallan a continuación. 5.3 Tubo de escape El diseño del tubo de escape fue uno de los que más problemas me presentó, debido a la dificultad de sus ángulos, mediciones y sobre todo, de la combinación de los tres tubos que forman la pieza. Para su diseño, se emplearán bocetos en distintos planos, para luego, tras haber realizado un Join de los bocetos en el módulo de Generative Shape Design, realizar un Rib después de haber realizado el boceto de los perfiles de los tubos. El tubo central es el que más problemas me dio a la hora de realizar el Rib, y es por ello que decidí acortar un poco ese boceto, y luego realizar un Pad tras haber proyectado el perfil del tubo sobre el punto donde terminaba el boceto del tubo. En las siguientes imágenes se puede observar la evolución del diseño, desde el boceto simple, siguiendo con el boceto con los perfiles del tubo, hasta el resultado final.
5.3 Tubo de escape 33 Figura 5.13 Boceto del tubo de escape. Figura 5.14 Boceto del tubo de escape. Figura 5.15 Tubo de escape. La longitud del tubo de escape son aproximadamente 1600 mm, con un diámetro exterior de 40 mm y 10 mm de espesor. Este tubo de escape irá unido a la parte inferior del motor como se verá detallado más
34 Capítulo 5. Diseño de piezas adelante. Al trabajar con la simetría del monoplaza, no necesitamos realizar los dos tubos de escape, ya que una vez que realicemos las operaciones de ensamblado, usaremos la herramienta Mirror del módulo de Part Design, con respecto al plano de simetría del coche, y así poder obtener el otro tubo de escape sin necesidad de hacer dos piezas independientes. Este proceso se realizará muy a menudo en el ensamblado, como puede ser con los neumáticos, llantas, etc., es decir, con piezas repetidas a ambos lados del coche. 5.4 Motor de arranque Siguiendo un poco el manual del modelo a escala, el siguiente paso fue el diseño del motor de arranque. Éste se puede encontrar en la página 6 del manual, en la diapositiva 17 del mismo. Las tres piezas que lo forman se realizan de forma similar, con un boceto al que después realizaremos un Pad. Las siguientes imágenes muestran las tres piezas que componen el motor de arranque. Las piezas 105, 106, 107 y 108 se han considerado como una sola para obtener un resultado mejor. Figura 5.16 Piezas 109 y 104. Para esta figura, hemos empleado la herramienta Edge Fillet para poder conseguir unos bordes redondeados y mejorar el aspecto final de la pieza. A continuación se muestra el aspecto de la pieza 105, posiblemente la pieza más interesante del motor de arranque en cuanto a su modelado.
5.4 Motor de arranque 35 Figura 5.17 Pieza 105. Figura 5.18 Pieza 105.
36 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.19 Detalle de los dientes. Resulta interesante esta pieza, ya que hemos hecho uso por primera vez de la herramienta Circular Pattern del módulo Part Design en prácticamente toda la pieza. Esta herramienta es muy útil por ejemplo para hacer ruedas dentadas, como vemos, o realizar agujeros en una corona circular sin tener que ir ajustando cada agujero por separado. En la imagen siguiente se muestra el boceto realizado para conseguir los dientes de la rueda posterior, al que se le realizará un Pocket para poder conseguir estos dientes. Tras realizar el primer diente, se le aplica un patrón circular y conseguir la rueda dentada. Figura 5.20 Boceto del diente. Para terminar con el motor de arranque, se presenta el relé de arranque, que irá unido a la parte superior de la pieza 109 en el hueco rectangular, como podemos ver en la imagen 5.16.
5.5 Palanca de cambios 37 Figura 5.21 Relé del motor de arranque. La patilla de unión de la parte superior del relé con la inferior resulta interesante respecto a su modelado, ya que se puede realizar de varias formas. Se eligió realizar primero un Pad rectangular desde un plano situado en la parte más alta del relé, para luego hacerle un Pocket con la forma que podemos observar en la imagen anterior. Esta parte también se podría haber realizado con un perfil abierto, para que se adaptase a la forma cilíndrica que hace de base. En la siguiente imagen se puede ver el boceto que sigue el Pocket realizado en esta pieza. Figura 5.22 Boceto para el Pocket. 5.5 Palanca de cambios Otra de las piezas que va unida al motor es la palanca de cambios, que se situará a la altura del asiento. Siguiendo la filosofía de la pieza 105, se eligió realizar toda la palanca de cambios como un único sólido, debido a que está formado por piezas muy simples separadas, como podemos ver en la página 5 del manual. La base es un simple boceto al que se le realiza un Pad. Tras esto, se le realiza un Pocket en la superficie superior con los huecos por donde se mueve la palanca para cambiar de marchas.
38 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.23 Palanca de cambios. Lo más interesante de esta pieza es la misma palanca. Para poder modelarla, hacemos uso por primera vez de la herramienta Shaft, que permite obtener cuerpos de revolución respecto a un eje de referencia. Para ello, creamos el siguiente boceto: Figura 5.24 Boceto para la palanca de cambios. En ella, podemos ver que el propio boceto ya cuenta con el eje de referencia sobre el que haremos la revolución. Tras esto, se le aplicó a la esfera superior un color marrón con una tonalidad clara, simulando que está hecho de madera.
5.6 Pieza 102: respaldo de piernas 39 5.6 Pieza 102: respaldo de piernas Posiblemente la pieza más complicada de todo el proyecto debido a la dificultad para su medición y los problemas surgidos durante su modelado. El proceso de modelado empezó planteándome cómo realizar la pieza. En un primer momento pensé medir el perfil de la pieza, para luego, mediante un Pad para hacerlo sólido, y un Pocket para hacerle lo que sería el “suelo”, conseguir la pieza, pero esto no fue posible ya que el resultado no fue como esperaba. Tras esto, me planteé lo que al final resultó ser la mejor opción: utilizar la herramienta Multi-sections Solid. Figura 5.25 Sección inicial de la pieza 102. Figura 5.26 Sección final de la pieza 102.
40 Capítulo 5. Diseño de piezas Para ello, medí la sección inicial y final e hice el boceto de ambas, la final en un plano situado a 531.6 mm, para luego, con la herramienta mencionada obtener el resultado final, mostrado en la siguiente imagen. Figura 5.27 Pieza 102. Una vez conseguido esto, se realiza un simple Pad en el plano de la sección inicial para hacer la patilla que enganchará esta pieza con el chasis. El siguiente paso en el diseño de piezas fue el modelado de las piezas de la suspensión trasera: las piezas de unión con el fuselaje, el muelle helicoidal, etc. 5.7 Suspensión trasera Se trata de una de las partes más importante del monoplaza, debido a que el tren trasero es el tren motriz del monoplaza. Es por ello que el diseño de estas piezas son críticas y se debe tener especial atención en su dimensionado y modelado. La primera pieza que se realizó fue la pieza 132, lo que sería el punto inferior de la suspensión. Figura 5.28 Pieza 132.
5.7 Suspensión trasera 41 Para su diseño, partimos del boceto base, luego añadirle lo que sería el punto de unión con la pieza 146, los puntos de unión con la estructura. Figura 5.29 Boceto base de la pieza 132. Figura 5.30 Boceto final de la pieza 132. Tras esto, se realizará un Sweep desde el módulo de Generative Shape Design, tal y como hemos hecho con el chasis, con un diámetro de 20 mm, para luego darle el espesor correspondiente con la herramienta Thick Surface. Las patillas de unión se realizan con un Pad con la orden Up to next. Una vez realizadas las patillas, se creó el agujero de diámetro 10 mm mediante la herramienta Hole, con el comando Up to next. La siguiente pieza del conjunto que se realizó fue la pieza 140, muy similar a la anterior. En este caso, se hizo mediante distintos Rib, que sería otra forma de hacer la pieza anterior también.
48 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.43 Boceto para el Shaft. Tras esto, se sigue con el diseño de la pieza que recrean las pinzas de freno. Esta pieza irá acoplada en la pieza 90, y en la homóloga de la suspensión delantera. Su diseño se realizó mediante un Pad, con el hueco que cogerá a la pieza 90. Tras la extrusión, se le aplica un Pocket para conseguir la forma de la pinza de freno, además de un Edge Fillet que mejora la estética de la pieza. Figura 5.44 Pinza de freno. Con esto concluye todo el diseño de piezas del conjunto de la suspensión trasera. A continuación nos encontramos con las piezas que conforman los pedales. 5.8 Freno, embrague y acelerador Antes de comenzar con la descripción de los pedales, procederemos con la descripción de la pieza 206, que es la pieza donde se acoplan los pedales.
5.8 Freno, embrague y acelerador 49 Figura 5.45 Pieza 206. Su modelado es sencillo, ya que simplemente necesitamos la herramienta Pad para realizarlo, siempre poniendo especial interés en las medidas, debido a que es una pieza que va “encajada” en la pieza 102 5.27. Los distintos huecos que vemos están preparados para encajar los pedales. Esta pieza también se podría modelar mediante el módulo de Generative Sheetmetal Design, diseñando primero la proyección de la pieza sobre el plano xy con el Sketch Tracer, y luego mediante la herramienta Bend From Flat, hacerle un doblado de chapa por un eje previamente diseñado por nosotros. Esta opción se descartó debido a que no era una pieza demasiado complicada de realizar con la herramienta Pad, simplificando mucho el modelado. Tras esto, se modelaron las piezas que encajarían en los huecos que hemos visto en la pieza 206 5.45, y que además, servirán de unión entre ésta y los pedales. Para este caso sí que empleamos el Sketch Tracer, ya que son unas piezas difíciles de ver a simple vista debido a su pequeño tamaño. Tras escalar la imagen de la pieza 207, y tras fijar los parámetros de espesor (12 mm) y de radio de doblado (7 mm) de la chapa de metal en el módulo de Generative Sheet Metal Design, realizamos el boceto de la pieza. Figura 5.46 Herramienta Sketch Tracer para la pieza 207.
50 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.47 Herramienta Sketch Tracer para la pieza 207. Ya con el boceto hecho, se dibujan los ejes sobre los que vamos a realizar el doblado de chapa con la herramienta Bend From Flat. Figura 5.48 Herramienta Bend From Flat para la pieza 207. El resultado final después de los dos doblados es el que podemos ver a continuación. Figura 5.49 Pieza 207.
5.8 Freno, embrague y acelerador 51 Para los pedales, aunque parezcan piezas complicadas de modelar, lo cierto es que al tener la herramienta Pad se pueden simplificar mucho los modelados. En la primera imagen que vemos a continuación, vemos los bocetos que se han realizado para esta pieza, siempre teniendo en cuenta las dimensiones que tenemos en el modelo. Figura 5.50 Bocetos del embrague. Figura 5.51 Bocetos del embrague. Como hemos ido viendo en las distintas imágenes, tras el diseño de los bocetos se les aplicaba un Pad de 10.75 mm de espesor para conseguir el resultado que vemos a continuación. Figura 5.52 Embrague.
52 Capítulo 5. Diseño de piezas Con el freno se procede de igual manera que con el embrague, pero en este caso, el eje se encuentra desplazado con respecto al eje de simetría. Figura 5.53 Freno. Para el acelerador, se procedió de manera distinta. Al ser éste más complicado, se decidió emplear de nuevo el módulo de Generative Sheetmetal Design para después realizar un doblado de chapa con la herramienta Bend From Flat. En la siguiente imagen podemos ver el boceto de todo el pedal que más tarde se doblará. También se adjunta el resultado final tras el doblado. Figura 5.54 Bocetos del acelerador.
5.9 Depósitos de combustible y aceite 53 Figura 5.55 Acelerador. Más adelante veremos cómo se ensamblan los pedales a la pieza 206, y ésta a la estructura. 5.9 Depósitos de combustible y aceite Debido a la configuración de motor trasero, éstos se ubicarán en la parte delantera del vehículo, más o menos a la altura del tren delantero. Es por ello que hay que tener especial cuidado al tomar sus medidas, ya que los huecos donde se ubican están limitados de espacio. Tras tomar las medidas oportunas en el chasis 5.7, se procede a su modelado, que como se puede intuir, se realizará mediante extrusiones a partir de los bocetos creados. Figura 5.56 Depósitos de aceite y combustible.
54 Capítulo 5. Diseño de piezas Además de esto, se le realizaron los respectivos Edge Fillet para conseguir un mejor resultado al conseguir redondear los bordes. También se creó un Pad en ambos simulando lo que sería el tapón de llenado de los depósitos, mediante el comando Up to next. 5.10 Suspensión delantera Tras la descripción del modelado de la suspensión trasera, es el turno de la suspensión delantera. En este caso, la descripción del amortiguador se obvia debido a que se obtuvo de la misma forma que la descrita en la suspensión delantera, salvo el cambio en las medidas del muelle helicoidal, que en este caso tiene una longitud de 144 mm. Al igual que en el caso anterior, la pieza 275 es la pieza sobre la que se sustenta toda la suspensión delantera, uniéndose a la estructura por la parte inferior. Figura 5.57 Pieza 275. El modelado de esta pieza se ha hecho de manera similar a la pieza 140 de la suspensión trasera, es decir, creando un boceto base, y luego, mediante la creación del boceto del perfil de las barras (diámetro de 20 mm), hacer un Pad con la opción Up to next. En la siguiente imagen podemos observar con detalle el boceto base antes mencionado. Figura 5.58 Boceto base de la pieza 275.
5.10 Suspensión delantera 55 Lo más interesante de esta pieza es la zona donde se encuentra el agujero en la parte central. Para ello, se crea un boceto en planta con la forma de la pieza por esta parte y luego hacerle un Pad de 5 mm con la opción Mirrored Extend activada. En el agujero que podemos ver en esta zona se ensamblará el amortiguador. Los agujeros se realizan con la opción Up to last activada para conseguir agujeros pasantes. Figura 5.59 Boceto parte central de la pieza 275. Por su parte, la pieza 286 sirve de unión entre el neumático y la estructura por la parte superior. Hay que tener las medidas del chasis y de la pieza 275 al modelar esta pieza, ya que los agujeros de los cilindros que las dos piezas tienen que estar alineados para poder obtener el resultado correcto. La filosofía de modelado de esta pieza se basa en la herramienta Sweep como la pieza 132 5.28. Figura 5.60 Pieza 286. En este caso, una de las patillas de unión a la estructura cuenta con un cierto ángulo (25 º ), y esto se debe a que la barra del chasis donde se ensambla esta patilla no es completamente horizontal. Para realizar esta patilla, se necesitó la herramienta Rib, siendo la curva central la que podemos ver en la siguiente imagen.
56 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.61 Boceto de la patilla de la pieza 286. Una pieza que es exclusiva de la suspensión delantera es la pieza 281. Esta pieza sirve de unión entre el amortiguador y la suspensión a través de la pieza 275, ensamblándose en el agujero de la parte central de esta pieza que hemos explicado anteriormente. Esta pieza se ha creado a través de un simple Pad tras dibujar el boceto correspondiente. Figura 5.62 Pieza 281. Pero esta pieza no se ensambla directamente en la pieza 275, si no que para ello necesitamos de la pieza 273. Figura 5.63 Pieza 273.
5.10 Suspensión delantera 57 Esta pieza se ha creado con la herramienta Sketch Tracer, ya que se trata de una pieza difícil de modelar a simple vista. Tras realizar el boceto de la pieza, y cambiando al módulo Generative Sheetmetal Design, obtenemos la chapa metálica de 5 mm de espesor, que habrá necesitado de un doblado de chapa con la herramienta Bend From Flat. La pieza donde se ensambla la llanta es la pieza 290, análoga a la pieza 146 de la suspensión trasera. Al igual que ésta, su modelado me resultó bastante complicado debido a su medición. Al igual que la otra pieza, se intentó su modelado mediante perfiles abiertos que uniesen las partes cilíndricas que la forman, pero tras obtener de nuevo los avisos de Topological Error, se decidió realizarla mediante extrusiones normales. Figura 5.64 Boceto de la pieza 290. Al crearlo así, las partes cilíndricas tuvieron que hacerse mediante extrusiones enteras, para luego realizarle los agujeros correspondientes mediante la opción Up to last para obtener el resultado correcto. A continuación encontramos el resultado final de la pieza.
64 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.77 Pieza 205. Tras esto, continuamos con el modelado de la batería. Al igual que con el motor, consideraremos la batería como una caja negra, es decir, como un único sólido. Tras realizar el Pad base, le aplicamos una serie de Pocket para conseguir el resultado deseado, sobre todo en la parte superior, simulando las partes de la batería. Además de esto, se realizó un Pad más para modelar la patilla de unión con la pieza 204. El resultado es el siguiente. Figura 5.78 Batería. Para la realización de la bobina, seguimos la misma filosofía de caja negra que la batería. Figura 5.79 Bobina. Sin duda, la pieza más interesante de este conjunto es la pieza 204, ya que es la pieza de unión con el
5.14 Asiento y respaldo 65 chasis. Interesante porque es la primera vez que empleamos Pad con perfiles abiertos para su realización. La pieza cuenta con una serie de cilindros (realizados con simples Pad), pero los nervios que unen el clindro trasversal con el clindro base. A continuación, podemos observar el boceto que forma estos nervios, abierto, que tras aplicarle el Pad se adaptará a los dos cilindros. Figura 5.80 Perfil abierto de los nervios. El resultado final es el siguiente. Figura 5.81 Pieza 204. 5.14 Asiento y respaldo No nos podemos olvidar del asiento, parte fundamental del monoplaza. Además de esto, tenemos el modelado de la pieza 194, que se trata del “respaldo” sobre el que descansa el asiento, y separa la cabina del piloto de la parte del motor. Para el asiento tuvimos en cuenta las medidas que contaba el cockpit, y tras varios días en los que se trataba de encontrar la mejor forma de modelarlo, se consiguió una forma bastante eficiente y que ofrecía un buen resultado. Primer se empieza con un Pad base de 559 mm, sobre el que iremos aplicando una serie de Pocket yEdge Fillet para adaptarlo a la forma original y a las medidas del cockpit.
66 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.82 Boceto inicial del asiento. Tras esto, se le aplicaron los Pocket con los bocetos que se muestran a continuación para conseguir la forma definitiva del asiento, además de los Pocket realizados en la parte inferior que sirven de punto de anclaje con el chasis. Ya con el resultado definitivo, se le aplicó un Edge Fillet a todos los bordes para mejorar la estética final. Figura 5.83 Bocetos de los Pocket. En la siguiente imagen podemos ver el resultado final. Figura 5.84 Asiento. Como podemos ver en el manual, la pieza 194 es una chapa metálica, pero en este caso en vez de utilizar el módulo de Generative Sheetmetal Design usaremos un Pad para su modelado, ya que esta pieza no necesita de ninguna operación especial de chapa, como doblado.
5.15 Neumáticos y llantas 67 Figura 5.85 Pieza 194. 5.15 Neumáticos y llantas El punto de unión entre el suelo y el monoplaza lo forman los neumáticos. Como vemos en la imagen del modelo empleado como base, estas ruedas son mucho más estrechas que las que se emplean actualmente. Aunque los neumáticos traseros y delanteros son diferentes en cuanto a espesor, su diseño es el mismo, al igual que ocurre con las llantas. Tras realizar el Pad base del neumático, se emplea por primera vez la herramienta Groove para hacer el dibujo del neumático. Figura 5.86 Boceto del Groove del neumático delantero. Una vez realizado el Groove y el Edge Fillet, se le aplica a todo el neumático un color negro, obteniendo el resultado final mostrado a continuación. Figura 5.87 Neumático.
68 Capítulo 5. Diseño de piezas El diseño de las llantas, aunque parezca complicado, se simplifica mucho gracias a la herramienta de Circular Pattern. En la imagen que se muestra a continuación se puede ver el boceto al que se le aplicará un Pad para conseguir el nervio, al que luego se le aplicará un Circular Pattern cada 24 º . Debido a que tenemos un diseño en estrella, se tiene que crear otra llanta, pero en este caso, los nervios irán en sentido contrario de giro para así crear ese patrón. Por lo tanto, tenemos dos llantas por cada neumático, pero gracias a la opción Mirror podemos reducir el diseño a sólo cuatro llantas. Figura 5.88 Boceto del nervio de la llanta. Figura 5.89 Llantas. También necesitamos el tornillo que permita unir el set neumático-llanta a la suspensión. Este tornillo queda reflejado en la pieza 319, una pieza muy interesante de modelar por su forma en spin. Tras crear el Pad base a partir de una circunferencia se creó el siguiente boceto, al que se le aplicará un Pad para darle espesor, y luego un Circular Pattern para completar el diseño.
5.16 Carenado 69 Figura 5.90 Boceto de la pieza 319. Figura 5.91 Pieza 319. 5.16 Carenado Una vez tenemos diseñadas todas las piezas que conforman el monoplaza, es turno del diseño de las piezas que lo cubren. El monoplaza se encuentra dividido en 3 partes: morro delantero, morro trasero y carenado lateral. Dentro del carenado lateral encontramos dos piezas diferentes que lo conforman, como podemos ver en el manual. Empezaremos su descripción desde la parte delantera, recorriendo el monoplaza hacia la parte trasera. El diseño del morro delantero del coche comienza con el planteamiento de cómo diseñarlo. Tras explorar diversas opciones, entre las que se encontraba realizarlo con el módulo de Imagine and Shape, se decidió acometerlo con la herramienta Multisection Solid del módulo Part Design ya que es la herramienta que se aprende a usar en la asignatura de Diseño y Fabricación Asistidos por Ordenador. Para ello, tomé la portada de manual para poder medir las secciones que conformarían el sólido, que se dibujarían en CATIA en diferentes planos.
70 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.92 Secciones del morro delantero. Una vez tenemos todas las secciones, usamos la herramienta Multi-sections Solid y obtenemos el siguiente resultado. Figura 5.93 Morro delantero. Tras obtener el sólido completo, es hora de hacerlo hueco. Ahora emplearemos otra herramienta, similar a la anterior, llamada Remove Multi-sections Solid, que hace justo lo contrario de la otra herramienta. Para ello, dibujaremos otra vez en los planos ya creados otras secciones, también elípticas, pero de un tamaño inferior a las anteriores, más concretamente 20 mm más pequeñas que las anteriores. Figura 5.94 Morro delantero.
5.16 Carenado 71 Una vez tenemos ya el cuerpo completo, procedemos a aplicarle distintos Pocket para poder adaptarlo a la pieza que tenemos del modelo. Además de esto, se crean los respiraderos laterales que le dan la forma tan característica a este monoplaza. Para ello, creamos una elipse que se muestra a continuación, para luego hacerle un Pocket con Mirrored Extent para poder conseguir los dos respiraderos con una única orden. Figura 5.95 Respiradores del morro delantero. Tras esto, se le añade una malla que funciona como barrera para el radiador. El resultado final del morro delantero se muestra en la siguiente imagen, ya pintado del rojo característico de Ferrari. Figura 5.96 Morro delantero. Tras esta pieza le sigue el diseño de la primera parte del carenado lateral. Ésta es posiblemente la pieza más sencilla de realizar de todo el carenado, ya que cuenta con un simple Pad de 1118 mm a partir del boceto que se observa en la siguiente imagen.
72 Capítulo 5. Diseño de piezas Figura 5.97 Boceto del carenado lateral. Una vez contamos con la pieza, se le realizaron dos patillas para su unión al chasis, como podemos observar en la imagen que muestra el resultado final a continuación. Figura 5.98 Carenado lateral. Para completar el lateral del carenado, contamos con la siguiente pieza, bastante interesante en cuanto a su modelado debido a los respiraderos con los que cuenta, necesarios para la refrigeración del motor, además de sus consecuencias aerodinámicas. Figura 5.99 Segunda parte del carenado lateral.
5.16 Carenado 73 La parte principal de la pieza se realiza de la misma forma que la anterior, sobre la que se le añade un nuevo Pad correspondiente al respiradero, al que le sigue un Pocket para terminar de abrirlo. Ambos bocetos se muestran a continuación. Figura 5.100 Bocetos del respirador. Para terminar, nos encontramos con el morro trasero. Su diseño se ha basado en la filosofía usada con el morro delantero, es decir, medir distintas secciones de la portada del manual, con su debido dimensionado, para después, con la herramienta Multi-sections Solid darle la forma al sólido. Tras esto, le sigue el vaciado para hacerlo hueco mediante un Remove Multi-sections Solid, que se realiza gracias al diseño de secciones en los mismos planos que hemos usado para crear el sólido, solo que esta vez, las elipses son 20 mm más pequeñas. Figura 5.101 Morro trasero. Ya que contamos con el cuerpo completo, es momento de hacerle los Pocket necesarios para darle la forma que encontramos en el manual. Cabe destacar el Pocket que se le ha realizado en la parte final, cuyo boceto se muestra a continuación.
80 Capítulo 6. Ensamblado de piezas que queden paralelas. En la siguiente imagen podemos ver detallado el ensamblaje de ambas piezas. Figura 6.6 Ensamblaje del motor. El siguiente paso del ensamblado fue el acople del motor de arranque al motor. Se puede proceder de dos formas: montar el motor de arranque de forma independiente y luego unirlo al motor como conjunto, que es como viene en el manual; o ir ensamblando las piezas una a una al motor, que es la forma elegida. De esta forma podemos ver la evolución de forma más detallada. La primera pieza ensamblada fue la pieza 109. Ésta se une al hueco del motor que vemos en la imagen 5.10, ya que la pieza 109 cuenta con un Pad que encaja en esta abertura, detallado en la imagen 5.16. Tras aplicarle una restricción de tipo Surface Contact, y otra de Offset de 0 mm (podría haber sido otro Surface Contact), la pieza queda ensamblada como: Figura 6.7 Ensamblaje del motor de arranque. Una vez tenemos fijada esta pieza, ensamblamos la pieza 104 en el hueco rectangular que observamos en la pieza 109 mediante dos Surface Contact para hacer coincidir la patilla de la pieza 104 en este hueco rectangular. La restricción impuesta para fijar definitivamente esta pieza a la pieza 109 fue un Offset de 0 mm (de nuevo, podría haber sido un Surface Contact), obteniendo el siguiente resultado.
6.1 Motor 81 Figura 6.8 Ensamblaje del motor de arranque. Ahora es el turno del ensamblado de la pieza 105 al conjunto. El primer paso para fijar esta pieza fue aplicar un Coincidence entre los ejes de la pieza 105 y el agujero de la pieza 104, para luego aplicarle un Surface Contact en la cara de la rueda dentada a la parte interior de la pieza 104. Tras ello, se crea la pieza 103, que es simplemente un eje de 301 mm que une las distintas piezas, ensamblado mediante un Coincidence con el eje del agujero de la pieza 104 y un Offset de 21.5 mm con la parte exterior de la pieza 104, quedando de la siguiente forma. Figura 6.9 Ensamblaje del motor de arranque. Para terminar con el ensamblaje del motor de arranque, unimos el relé de arranque a la pieza 109 en el hueco rectangular que tiene esta pieza. A continuación se muestra el motor de arranque completamente ensamblado.
82 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.10 Ensamblaje del motor de arranque. La última pieza relativa al motor son los tubos de escape. Para su ensamblaje contamos con una serie de agujeros en la parte inferior motor, que coinciden con los tres tubos que forman el tubo de escape. Es por ello que su ensamblaje se realiza mediante un Coincidence de uno de los tres tubos del tubo de escape con su respectivo agujero, además de un Surface Contact entre la cara interior del agujero del motor con el tubo. Debido a que el tubo de escape está presente a ambos lados del motor, para evitar tener que diseñar otro tubo de escape, se opta por emplear la herramienta Mirror con respecto al eje de simetría del chasis, simplificando mucho la operación de ensamblado. Este tipo de operación se usará de aquí en adelante para todas aquellas piezas que estén a ambos lados del eje de simetría del monoplaza. Figura 6.11 Ensamblaje del tubo de escape. Una vez que tenemos montado todo lo anterior, se creó la pieza 73, que es una pieza de unión del motor con algunos elementos, como puede ser la palanca de cambios o el radiador. Esta pieza irá unida a la parte inferior del motor.
6.2 Suspensión trasera 83 Figura 6.12 Pieza 73. A esta pieza se unirán distintos tubos que conectan el radiador con el motor, como veremos más adelante. A continuación se muestra el ensamblaje de los tubos mencionados a la pieza 73, y ésta al motor. Figura 6.13 Tubos de refrigeración. Con esto termina la parte relativa al ensamblado del conjunto motor. Le sigue el ensamblaje de la suspensión trasera. 6.2 Suspensión trasera El ensamblaje de este conjunto comienza con la unión de las piezas tipo 5.33 y 5.35 de acople en los puntos de anclaje del chasis, aquellas que limitan los movimientos indeseados de la suspensión. Estas piezas (130-137) se unen a esos puntos de anclaje simplemente mediante un Coincidence de los ejes de sus agujeros y un Surface Contact. Para poder conseguir que se encuentren en la posición correcta, aplicamos una restricción de Angle de 180 º entre la arista inferior de la parte inferior de la pieza 131 y la cara exterior de la pieza 104, y luego fijar la posición de la pieza 130 mediante una restricción de Angle de 0 º con la pieza 131 para que sea paralela a ésta.
84 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Una vez tenemos estas piezas fijadas, procedemos a unir la pieza 132 a éstas. Para ello, hacemos coincidir los ejes de las patillas de esta pieza con los puntos de anclaje. Antes de continuar, se hicieron varias pruebas de ensamblaje de la suspensión trasera, para poder confirmar que la pieza 146 coincidía con los puntos de unión de las piezas 132 y 140, además de coincidir con el eje de la pieza 90, pero como era de esperar no coincidían. Para poder corregir la pieza, se ensamblaron ambas piezas, la 132 y 140 y así poder hacer de nuevo la pieza 146, pero esta vez con la certeza de que coincidiría con los puntos de unión a ambas piezas y al eje de la pieza 90. A continuación se muestra la pieza 146 corregida, modelada desde cero. Figura 6.14 Pieza 146 corregida. Con esto, terminamos el ensamblaje de la suspensión trasera, que como las piezas anteriores, se realizará mediante las restricciones de Coincidence para hacer coincidir los ejes de los puntos de unión entre piezas, además de la restricciones de Offset a 0mm para hacer que estos puntos estén alineados. En las siguientes imágenes observamos el proceso seguido para el montaje de este conjunto. Figura 6.15 Ensamblaje de la suspensión trasera.
6.2 Suspensión trasera 85 Figura 6.16 Ensamblaje de la suspensión trasera. Figura 6.17 Ensamblaje de la suspensión trasera. En esta última imagen también vemos ya ensamblada la pieza 144. Esta pieza se unirá mediante un Coincidence entre su eje y el eje de la pieza 90 (o el agujero central de la pieza 146, ya que ambos coinciden) y un Surface Contact con el agujero de la bomba de aceite para acoplarla en su posición. Ya que tenemos acopladas estas piezas, es el turno del montaje del amortiguador. Éste se montará de forma independiente para luego acoplarlo al conjunto de la suspensión trasera. Tomaremos como pieza base la pieza 126, a la que acoplaremos el muelle helicoidal haciendo coincidir el eje del muelle con el eje de la pieza 126, además de aplicarle un Offset de 0 mm entre el punto de comienzo del muelle y la cara superior del anillo de la pieza 126.
86 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.18 Ensamblaje del amortiguador. Tras esto, se le acopla la pieza 128 mediante dos Offset para poder alinearla con el agujero de la pieza 126, además de un Surface Contact con la parte inferior de la pieza 126 para fijarla. Figura 6.19 Ensamblaje del amortiguador. Para terminar de montar el amortiguador, acoplamos la pieza 120 y la pieza 118 (igual que la pieza 128) al conjunto ya montado. Estas dos piezas se unen entre sí de la misma forma que hemos unido la pieza 128 a la pieza 126. Tras esto, se hace coincidir el eje de la pieza 120 con el eje de la pieza 126 y lo situamos de esta pieza a una distancia de 216.25 mm mediante un Offset, obteniendo el siguiente resultado.
6.2 Suspensión trasera 87 Figura 6.20 Ensamblaje del amortiguador. Para poder unir el amortiguador a la estructura, se tuvo que diseñar la pieza 29 que se acoplase a la estructura mediante distintos Offset con la estructura, debido a que no podíamos aplicando un Surface Contact al haber creado a la estructura mediante un Sweep. Figura 6.21 Pieza 29.
88 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.22 Ensamblaje del amortiguador. Ya que tenemos los puntos de anclaje del amortiguador, unimos éste a la estructura haciendo coincidir el eje de la pieza 118 con el eje del agujero de la pieza 29, y por la parte inferior, hacemos coincidir el eje del agujero de la pieza 128 con el punto de unión de la pieza 146 que podemos ver en la imagen 6.14, quedando el amortiguador ensamblado como se muestra a continuación. Figura 6.23 Ensamblaje del amortiguador. En esta última imagen ya podemos ver el resultado final tras haberle aplicado la herramienta Mirror a todo el conjunto de la suspensión trasera. 6.3 Palanca de cambios Para el ensamblaje de la palanca de cambios al conjunto caja de cambios-motor, se tuvo que crear la pieza 91, que recrea el cable que conecta ambas piezas. Esta pieza se crea simplemente con un Rib tras la unión de varios bocetos que hacen la curva central mediante la herramienta Join. Para acoplar la palanca de cambios a la estructura contamos con la patilla que vemos en la imagen 5.23, que se unirá al punto de anclaje preparado mediante un Surface Contact entre la patilla y la parte superior
6.4 Pieza 102 89 de este punto de anclaje, además de los distintos Offset con respecto a los planos del chasis para colocar la pieza en su posición correcta. Tras esto, se une la pieza 91 al agujero de la pieza de la palanca de cambios mediante un Coincidence del eje de la pieza 91 con el agujero del motor al que se acopla (también se puede hacer con el agujero de la palanca de cambios), y un Surface Contact. En las siguientes imágenes se muestra el ensamblaje de ambas piezas al conjunto. Figura 6.24 Ensamblaje de la palanca de cambios. Figura 6.25 Ensamblaje de la palanca de cambios. Debido a la creación de la pieza 91, se tuvo que realizar un agujero en el asiento para poder ensamblar bien el conjunto, como veremos más adelante. 6.4 Pieza 102 Como hemos mencionado anteriormente, al haber creado la estructura mediante la herramienta Sweep, el mismo programa de CATIA no permite el aplicar restricciones a la superficie creada con esa herramienta. Es por ello que para el ensamblaje de esta pieza con el chasis tenemos que aplicar restricciones de tipo Offset
96 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.36 Ensamblaje del panel de control. Para unir el volante al conjunto, se crea la pieza 220, que simplemente se trata de un Pad de longitud 220 mm. Lo acoplamos al agujero central del panel de control formando un ángulo de 25 º con el plano xy del chasis. Lo más interesante del acoplamiento de esta pieza fue que se tuvo que crear un plano sobre el chasis girado 25 º respecto al plano yz, siendo el eje de giro el eje y, que fuese paralelo al eje de la pieza 220 para poder fijarla en altura. Tras esto, el montaje del volante es sencillo, ya que sólo se necesita un Coincidence entre el agujero y el eje de la pieza 220, y un Surface Contact entre esta pieza y el volante para fijarlo, como vemos a continuación. Figura 6.37 Ensamblaje del volante.
6.11 Suspensión delantera 97 Figura 6.38 Ensamblaje del volante. 6.11 Suspensión delantera Una de las partes más interesantes en cuanto a su ensamblado fue la suspensión delantera, ya que llegados a este punto, el modelo ya tomaba forma y el resultado estaba quedando como se esperaba. Ya que su ensamblaje es similar a la suspensión trasera, la explicación se limitará a las partes que diferencian una parte de otra. Tras acoplar los elementos de unión de las piezas de la suspensión y que limitan sus movimientos, mediante restricciones de tipo Offset,Coincidence ySurface Contact similares a las de las piezas 130-136, se acopla la pieza 275 haciéndole coincidir sus patillas con los puntos de anclaje, además de un Surface Contact con la pieza 269 para fijarla. Figura 6.39 Ensamblaje de la suspensión delantera. Le sigue el ensamblaje del amortiguador, que se monta de la misma forma que el amortiguador de la parte trasera. Lo que son interesantes son los puntos de unión con la pieza 275 y la estructura. La unión del amortiguador con la pieza 275 se realiza a través de la pieza 273, acoplándose al agujero central mediante un Surface Contact y distintos Offset entre las paredes internar de la pieza 273 y el eje del agujero central de la
98 Capítulo 6. Ensamblado de piezas pieza 275. Para unir el amortiguador con la estructura, se crea la pieza 39, que se encajará en las barras de la estructura que sobresalen con un ángulo. Figura 6.40 Pieza 39. Su unión se realizará mediante un Coincidence entre el eje de la pieza 39 y la barra correspondiente, y un Offset de 0mm para que coincida el final de la parte inclinada de la pieza con el final de la barra. Figura 6.41 Ensamblaje de la pieza 39. Como ya contamos con los puntos de acoplamiento para el amortiguador, unimos éste al conjunto mediante un Surface Contact de la pieza 281 y la pieza 273, un Coincidence entre los agujeros de las piezas 281 y 273, otro Coincidence entre los agujeros de las piezas 255 y 39, para terminar de fijarlo con un Offset entre la pared interior de la pieza 273 y la pieza 281.
6.11 Suspensión delantera 99 Figura 6.42 Ensamblaje del amortiguador delantero. Como vemos en la imagen, ya se le realiza la operación de Mirror para completar el lado opuesto también. A continuación, se muestra el montaje de la pieza 286, que se realizará de forma similar a la pieza 275, aunque habrá que añadirle otra restricción de tipo Coincidence necesario para la patilla inclinada. Además de esto, para hacer coincidir los agujeros de las piezas 275 y 286, se le aplica a esta última una restricción de tipo Angle para dejarla paralela a la pieza 275. Figura 6.43 Ensamblaje de la suspensión delantera. Siguiendo con la suspensión delantera, el siguiente paso es la unión de la pieza 290 a las piezas 275 y 286. Esta unión se realiza de forma sencilla mediante un Coincidence de los agujeros y un Surface Contact para poder fijar la pieza en su sitio.
100 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.44 Ensamblaje de la suspensión delantera. Para terminar con el ensamblaje del conjunto, introducimos la pieza 316 junto con la pinza de freno. Para ensamblar la pieza 316, simplemente le aplicamos un Coincidence entre el agujero central de la pieza 290 y el eje de la pieza, para luego, mediante un Surface Contact entre el tronco de cono y zona central de la pieza 290, fijarla en su posición. Por último, la pinza de freno se ensambla de igual manera que la pinza de freno del tren trasero, aunque en este caso introducimos una restricción de tipo Angle con 0 º respecto al plano xy para dejarla paralela a este plano (se puede realizar mediante la restricción Parallelism). El resultado final se muestra a continuación. Figura 6.45 Ensamblaje de la suspensión delantera. 6.12 Radiador En este punto, se explicarán los pasos seguidos en el ensamblaje de esta pieza con la estructura, además de sus conexiones con el motor. Lo primero de todo es su unión, que se realiza a través de las patillas del radiador y las patillas que vemos en la parte delantera del chasis. Como hemos hecho en otros casos, se insertará mediante una restricción
6.12 Radiador 101 Coincidence entre el agujero superior de la patilla y la patilla del chasis, para luego fijarla mediante un Surface Contact entre la superficie interna de la patilla del radiador y la patilla del chasis. Figura 6.46 Ensamblaje del radiador. Ya que tenemos el radiador en su posición, es hora de unirlo al motor a través de la pieza 99. Para ello crearemos una nueva pieza, la 245, que simule el tubo que une el radiador con la pieza 99, y por ende con el motor. A continuación se muestra la conexión de todas las piezas mencionadas anteriormente en una imagen donde se han ocultado partes del conjunto ya ensamblado para poder observar en detalle esta conexión, realizada mediante un Coincidence ySurface Contact entre la pieza 245 y la pieza 99. Figura 6.47 Ensamblaje del radiador. Como sabemos, la función del radiador es la de reducir la temperatura del aire incidente y poder refrigerar el interior del monoplaza. Es por ello que es necesaria una conexión entre el depósito de aceite y el radiador, imprescindible para que éste último pueda funcionar correctamente. El tubo que conecta a ambos está representado a través de la pieza 265, unida a ambos elementos mediante sendos Coincidence ySurface Contact entre el agujero lateral del depósito de aceite y la pieza 265, siendo el punto de unión con el radiador el que encontramos en la parte inferior izquierda del radiador.
102 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.48 Pieza 265. Figura 6.49 Ensamblaje del radiador. 6.13 Segunda parte del carenado lateral Una vez completado el ensamblaje del interior del monoplaza, es hora de ir uniendo al conjunto las piezas que faltan, empezando por la segunda parte del carenado lateral, la que cuenta con un respiradero para la refrigeración del motor.
6.14 Neumático y llantas 103 Figura 6.50 Ensamblaje del carenado lateral. Su unión es simple, ya que contamos con la primera parte del carenado ya fijada, y al estar ésta unida a esta primera parte, simplemente necesitaremos restricciones de tipo Surface Contact yOffset para poder fijarla. La restricción clave del ensamblaje de esta pieza es el Offset de 0mm que aplicamos a la parte inferior de esta pieza y la parte inferior de la primera parte del carenado lateral, para poder fijarla en su posición en altura. 6.14 Neumático y llantas El ensamblaje de los neumáticos y llantas se realiza de la misma manera en el tren delantero que en el tren trasero. Al tratarse de cuerpos de revolución, su ensamblaje es sencillo, ya que simplemente necesitamos las órdenes de Coincidence entre los ejes del neumáticos y llantas con los de las piezas 146 y 290, además de las órdenes de Surface Contact entre las distintas piezas y de éstas con el conjunto para poder ensamblarlas. Figura 6.51 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras.
104 Capítulo 6. Ensamblado de piezas Figura 6.52 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras. En esta última imagen se observa muy bien el detalle de las llantas en configuración estrella que porta este monoplaza. Para la unión de los neumáticos y llantas delanteras se procede de la misma forma, es decir, mediante Coincidence ySurface Contact, pero además, le añadiremos una restricción de tipo Offset entre la pieza 319 y 317 de -10 mm para fijar la posición de ambos neumáticos, teniendo en cuenta la diferencia de grosores de ambos neumáticos. Como hemos realizado anteriormente, emplearemos la herramienta Mirror para completar el lado contrario. Figura 6.53 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras.
6.15 Morro delantero y trasero 105 Figura 6.54 Ensamblaje de los neumáticos y llantas traseras. 6.15 Morro delantero y trasero Para terminar con la parte del proyecto dedicada al ensamblaje, procedemos a unir los morros delantero y trasero del monoplaza. Para la unión del morro delantero aprovecharemos que las posiciones del carenado lateral (las dos partes) están ya fijadas. Primero posicionaremos el morro a lo largo del eje x mediante un Surface Contact entre el mallado del morro delantero y el radiador. Tras esto fijaremos la posición del morro trasero con un Surface Contact entre éste y la segunda parte del carenado lateral, para luego, con una restricción Offset de 180 mm con el morro delantero y un Offset de 0 mm con la parte superior del carenado lateral con el respiradero, fijar la posición de ambas piezas. En las siguientes imágenes podemos ver cada morro ensamblado por separado. Figura 6.55 Ensamblaje del morro delantero.
8 Conclusión y futuras mejoras Tras unos duros meses de trabajo en este proyecto, pondremos sobre la mesa una reflexión sobre el trabajo realizado y los resultados obtenidos, siempre teniendo en cuenta las expectativas con las que se inició este proyecto, además de las implicaciones futuras en mi vida laboral. Una vez finalizado el proyecto, se puede considerar que el resultado obtenido es más que satisfactorio ya que el comienzo no fue nada fácil debido a las circunstancias excepcionales provocadas por la pandemia. A esto se le suma la falta de información que había sobre este modelo, debido a lo comentado anteriormente sobre la peculiaridad de Ferrari en estos años, que destruían toda la información sobre sus modelos para evitar el espionaje. Otra dificultad añadida a la hora de realizar el proyecto ha sido su dimensionado, debido a las piezas que encontramos en el pack del modelo a escala, muchas de ellas menores a 1 mm y con partes difíciles de medir, pero que se han solucionado de manera satisfactoria, como vemos a continuación, donde comparamos nuestro modelo con una fotografía real para comprobar que la recreación está bastante lograda. Figura 8.1 Recreación del Ferrari 156 F1. 113
114 Capítulo 8. Conclusión y futuras mejoras Figura 8.2 Fotografía real del Ferrari 156 F1. Uno de los aspectos a destacar de este proyecto sería el grado de detalle conseguido en las piezas, como puede ser el chasis, base de todo el trabajo. Éste ha sido uno de los principios sobre los que se ha cimentado la realización del proyecto, ya que los proyectos de ingeniería de Fórmula 1 destacan por la precisión de los detalles de las piezas, debido a que se trata de un deporte donde todo cuenta para conseguir ser una milésima más rápidos que tus oponentes. Figura 8.3 Detalle del interior del 156 F1. Gracias al trabajo realizado, se han podido cimentar las bases del conocimiento sobre el modelado por ordenador ya obtenidas en la asignatura de Diseño y Fabricación Asistidos por Ordenador, además de ampliar los conocimientos sobre éste al haber usado nuevos módulos, muy útiles en ciertos puntos del proyecto, como pueden ser los módulos de Generative Sheetmetal Design o el Sketch Tracer, herramientas interesantes para cualquier tipo de proyecto de ingeniería. Además de esto, en el proceso de elaboración del trabajo se han omitido ciertos elementos por la dificultad de su dimensionado, que podrían llevar a una carga de trabajo excesiva, además de conseguir peores resultados de los obtenidos finalmente. Dentro de estos elementos omitidos podemos encontrar la carcasa de cristal que protege al piloto, los respiraderos que encontramos en el morro delantero y ciertas conexiones de los depósitos. Durante la realización del proyecto, se me ocurrieron varias ideas que podrían implementarse en trabajos futuros y que podrían iniciar una nueva línea de trabajos de fin de grado. Una de estas ideas sería la de abrir una línea de trabajos dedicada a la recreación de modelos históricos de la Fórmula 1, que seguro que muchos miembros del equipo ARUS estarían encantados de realizar. Otra de las ideas surgidas a lo largo del desarrollo del proyecto sería la realización de un estudio aerodinámico o estructural del modelo obtenido, aprovechando las herramientas con las que contamos hoy en día que en su época eran impensables. Además de esto, podrían haberse empleado otras herramientas, como puede ser la animación del maniquí mediante
115 el módulo Kinematics, o introducirle una ley cinemática al volante para que al girarlo un cierto ángulo se girasen las ruedas del tren delantero otro cierto ángulo. Ésto se deja pendiente para trabajos futuros. Por último, me gustaría acabar con una de las frases de Enzo Ferrari que más me han marcado a lo largo de la carrera, y sobre todo, a lo largo del desarrollo de este proyecto: “La voluntad obstinada de perseguir una ambición propia es verdaderamente una fuerza que puede hacer superar obstáculos.”
Bibliografía [1] Jose Luis Gómez David Clavero Mario Herraiz Sergio Alvarez, Historia de la marca ferrari, https://www.diariomotor.com/marcas/ferrari/, aug 2020. [2] Diego de Prado, La historia de ferrari: Más de 70 años de pasión por los automóviles, https://gascommunity.com/la-historia-de-ferrari/, aug 2020. [3] Ferrari, Ferrari 156 f1 (1961), https://www.ferrari.com/en-EN/formula1/156-f1, aug 2020. [4] Fede García, Ferrari 156 f1 sharknose, 1961. el primer ferrari de fórmula 1 con motor central-trasero, https://www2.ferrariclubespana.com/156f1.html, aug 2020. [5] Gestionmax, Historia de la marca ferrari, https://motorgiga.com/historia/marcas/historia-de-la-marca- ferrari/gmx-niv22-con583.htm, aug 2020. [6] Diario Motor, Scuderia ferrari, https://www.diariomotor.com/competicion/f1/equipo/scuderia-ferrari- formula-1/, aug 2020. 117