Modelado y recreación virtual en CATIA V5 del conjunto motor-transmisión del Ford Modelo T

i Trabajo Fin de Grado Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales Modelado y recreación virtual en CATIA V5 del conjunto motor-transmisión del Ford Modelo T Autor: José María Zapico Moreno Tutor: María Gloria Del Río Cidoncha Dpto. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, ENERO 2016 i iii Proyecto Fin de Carrera Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Modelado y recreación virtual en CATIA V5 del conjunto motor-transmisión del Ford Modelo T Autor: José María Zapico Moreno Tutor: María Gloria del Río Cidoncha Dpto. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2016 iv v “Desentrañar el misterio del vuelo de un pájaro fue como tratar de averiguar el secreto de la magia de un mago. Tras conocer el truco y saber qué mirar, ves cosas que no habías notado cuando no sabías exactamente qué buscar” _ Orville Wright vi vii A todos aquellos que han hecho posible la creación de este proyecto. viii xv Ilustración 83. Modelo del engranaje triple ......................................................................................... 95 Ilustración 84. Modelo del tambor inverso .......................................................................................... 96 Ilustración 85. Modelo del tambor de baja velocidad ......................................................................... 96 Ilustración 86. Modelo del tambor de freno (I): vista superior ............................................................ 97 Ilustración 87. Modelo del tambor de freno (II): vista inferior ............................................................. 98 Ilustración 88. Modelo del tambor de disco de embrague ................................................................. 99 Ilustración 89. Modelo del disco de embrague pequeño.................................................................... 99 Ilustración 90. Modelo del disco de embrague grande .................................................................... 100 Ilustración 91. Modelo del plato conductor ....................................................................................... 101 Ilustración 92. Modelo del brazo del plato conductor ....................................................................... 102 Ilustración 93. Modelo del anillo de embrague ................................................................................. 102 Ilustración 94. Modelo del collar de desplazamiento ........................................................................ 103 Ilustración 95. Modelo del muelle de embrague ............................................................................... 104 Ilustración 96. Modelo del soporte del muelle de embrague............................................................ 104 Ilustración 97. Modelo de la chaveta de unión tambor de freno-engranaje conducido ................... 105 Ilustración 98. Tabla de los diferentes cojinetes repartidos por el sistema ...................................... 106 Ilustración 99. Tabla de los diferentes tornillos repartidos por el sistema........................................ 107 Ilustración 100. Modelo del magneto ................................................................................................ 108 Ilustración 101. Drawing con la inscripción de Ford ......................................................................... 109 Ilustración 102. Modelo de la cubierta de la transmisión ................................................................. 110 Ilustración 103. Módulos de la herramienta Mechanical Design de CATIA ..................................... 112 Ilustración 104. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly ................................................ 113 Ilustración 105. Barra de Constraints del módulo Assembly ........................................................... 113 Ilustración 106. Barra de Move del módulo Assembly ..................................................................... 114 Ilustración 107. Ensamblado exterior ............................................................................................... 114 Ilustración 108. Ensamblado interior del motor I: vista frontal diagonal ........................................... 115 Ilustración 109. Ensamblado interior del motor II: vista inferior diagonal ......................................... 115 Ilustración 110. Ensamblado de la transmisión ................................................................................ 116 Ilustración 111. Vista explosionada de la transmisión ...................................................................... 116 Ilustración 112. Ensamblado interior del conjunto ............................................................................ 117 Ilustración 113. Logotipo de KeyShot ............................................................................................... 119 Ilustración 114. Ejemplos de la potencia del software de Luxion .................................................... 120 Ilustración 115. Comparativa entre el modelo del bloque y la pieza real I: vista frontal .................. 123 Ilustración 116. Comparativa entre el modelo del bloque y la pieza real II: vista trasera ................ 123 Ilustración 117. Comparativa entre el modelo de la culata y la pieza real I: vista superior ............. 123 Ilustración 118. Comparativa entre el modelo de la culata y la pieza real II: vista inferior .............. 123 Ilustración 119. Comparativa entre el modelo de la válvula y la pieza real ..................................... 124 Ilustración 120. Comparativa entre el modelo del pistón y la pieza real .......................................... 124 Ilustración 121. Comparativa entre el modelo de la biela y la pieza real ......................................... 125 Ilustración 122. Comparativa entre el modelo del cigüeñal y la pieza real ...................................... 125 Ilustración 123. Comparativa entre el modelo del arbol de levas y la pieza real ............................. 126 Ilustración 124. Comparativa entre el modelo del colector de admisión y la pieza real .................. 126 Ilustración 125. Comparativa entre el modelo del colector de escape y la pieza real ..................... 126 Ilustración 126. Comparativa entre el modelo del rodamiento central del arbol de levas y la pieza real ........................................................................................................................................................... 126 Ilustración 127. Comparativa entre el modelo del rodamiento frontal del arbol de levas y la pieza real ........................................................................................................................................................... 127 Ilustración 128. Comparativa entre el modelo del cojinete de bancada central y frontal del cigüeñal y la pieza real ....................................................................................................................................... 127 Ilustración 129. Comparativa entre el modelo del cojinete de bancada trasero del cigüeñal y la pieza real ..................................................................................................................................................... 127 xvi Ilustración 130. Comparativa entre el modelo del alzaválvulas y la pieza real ................................ 128 Ilustración 131. Comparativa entre el modelo del engranaje conducido y la pieza real ................. 128 Ilustración 132. Comparativa entre el modelo del engranaje triple y la pieza real .......................... 129 Ilustración 133. Comparativa entre el modelo del tambor inverso y la pieza real ........................... 129 Ilustración 134. Comparativa entre el modelo del tambor de baja velocidad y la pieza real........... 129 Ilustración 135. Comparativa entre el modelo del tambor de freno y la pieza real .......................... 130 Ilustración 136. Comparativa entre el modelo del plato conductor y la pieza real .......................... 130 Ilustración 137. Comparativa entre el modelo del tambor de discos y la pieza real ........................ 130 Ilustración 138. Comparativa entre el modelo del volante de inercia y la pieza real I: vista frontal 131 Ilustración 139. Comparativa entre el modelo del volante de inercia y la pieza real II: vista posterior ........................................................................................................................................................... 131 Ilustración 140. Comparativa entre el modelo del eje del volante y la pieza real ............................ 131 Ilustración 141. Comparativa entre el modelo de los cojinetes y las piezas reales ......................... 132 Ilustración 142. Comparativa entre el modelo de la bobina del magneto y la pieza real ................ 132 Ilustración 143. Comparativa entre el modelo de la cubierta de la transmisión y la pieza real ....... 133 Ilustración 144. Renderizado exterior ............................................................................................... 133 Ilustración 145. Renderizado del interior del motor I: vista frontal diagonal .................................... 134 Ilustración 146. Renderizado del interior del motor II: vista inferior diagonal .................................. 134 Ilustración 147. Renderizado de la transmisión................................................................................ 135 Ilustración 148. Renderizado interior del conjunto ........................................................................... 135 xvii Notación Ilustración 48, página 66: - TC: Top Center - BC: Bottom Center - ATC: After Top Center - BTC: Before Top Center - ABC: After Top Center - BBC: Before Top Center Página 139: ISSM: Istituto Di Studi Sulle Società Del Mediterraneo 18 1 INTRODUCCIÓN 1.1 OBJETIVO La finalidad de este trabajo es, con el mayor grado de realismo posible, modelar de forma tridimensional y renderizar el motor, y la unidad de transmisión, del Ford modelo T con la ayuda de herramientas de gran potencia y utilidad en la actualidad como CATIA V5. 1.2 MOTIVACIÓN Una razón que ha decantado este tema en favor de otros para ser desarrollados, es el hecho de que en la rama de Mecánica-Máquinas del Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales no son estudiados los motores de combustión, sus componentes y su funcionamiento, y como es obvio, todo alumno de esta especialidad está interesado en esta materia. Todo lo anterior, unido a influencias familiares por estas máquinas ha llevado a su elección y desarrollo. La herramienta a utilizar también ha servido de incentivo, ya que un uso habitual y correcto de este software es valorado por grandes empresas como un plus de conocimiento. CATIA, con respecto a los demás, ha sido el elegido debido a su potencia y a su importancia en estas industrias, como se detallara posteriormente. Es importante mencionar que la idea de que futuros alumnos pudieran tener una base para obtener sus propias ideas y decidirse por continuar este trabajo motivaba sobremanera su elección. Por último, y como no podía ser de otra manera, era una ocasión ideal para poner en práctica conceptos recibidos durante el grado y, sobre todo, el último año de él. 1.3 METODOLOGÍA El proceso a seguir para la ejecución de este proyecto ha sido la adquisición del mayor número de planos, dibujos, manuales y especificaciones técnicas posibles para obtener toda la información que hiciera del modelo un conjunto fiable al ser construido y realista visualmente. Cabe mencionar que algunas piezas se han simplificado, así como otras directamente prescindido de ellas, por diversos motivos técnicos y de modelado. 19 La forma de proceder, cronológicamente ha sido la siguiente: -Recabar información de las medidas y distancias. -Consideración de que piezas no modelar, y cuales modificar. -Modelado de las piezas individuales. -Ensamblaje -Renderizado Como es natural, entre uno y otro se han realizado ensayos de prueba y error para vislumbrar si había algún fallo y corregirlo sobre la marcha antes del ensamblaje final. Así como modificar las piezas añadiéndole colores para mejorar el renderizado final. 1.4 ESTRUCTURA En consonancia con lo anterior, cada uno de esos apartados se ha configurado mediante bloques, así como otros independientes al modelado en sí. En primer lugar, el bloque de Introducción, éste en el cuál se encuentran estas líneas, trata de dar una primera visión sobre lo que va a ser el resto del trabajo, así como una idea de la manera de proceder. En segundo lugar, el bloque dos se centra en explicar cuál ha sido el software usado y el motivo de su elección, siendo éste CATIA V5. Como añadido, un breve repaso de los principales módulos usados. El tercer bloque Historia del automóvil, intenta dar al lector una dosis de historia, que siempre sirve de atracción para continuar leyendo con interés, algo así como un entrante para llevar al primer plato, que es el motor. El cuarto bloque es el Motor, que abarca dos sub-bloques denominados Descripción de elementos del motor y Modelado del Motor, donde se trata de poner en situación sobre este elemento, entendiendo su funcionamiento y sus piezas, además de su posterior modelado, detallando cómo se ha realizado. El quinto bloque es el de Transmisión, que al igual que en tercer bloque, se divide en dos bloques análogos: Descripción de elementos y funcionamiento de la transmisión, y Modelado de la Transmisión. De la misma manera, en el primero de detallan todos los componentes y se explica cómo funciona este elemento, así como finalmente es expuesto su modelado pieza a pieza. 20 El sexto bloque se trata del Ensamblado, donde teniendo todos los modelos de las piezas individuales, se agregan unas a otras como si de un puzle se tratara para obtener el modelo final. El siguiente, Renderizado, trata de exponer los motivos de elección y las características del software de renderizado, al igual que en el software de modelado, así como una comparativa entre las piezas renderizadas y sus análogas reales. Por último es posible encontrar un renderizado final y parcial del conjunto. El octavo bloque son las conclusiones y el cierre final del trabajo, comentando algunos detalles de relevancia, además de las futuras aportaciones que esté proyecto haría en otros trabajos ajenos. Para cerrar, con Referencias se muestran los libros, artículos, manuales, etc…usados en este documento así como un enlace de redirección hasta su lugar de origen. 21 22 2 ELECCIÓN DEL SOFTWARE CAD: CATIA V5 2.1 Definición y origen CATIA (computer-aided three dimensional interactive application) es un programa informático de diseño, fabricación e ingeniería asistida por computadora comercial realizado por Dassault Systèmes. El programa está desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño hasta la producción y el análisis de productos. La principal peculiaridad de CATIA es que provee una arquitectura abierta para el desarrollo de aplicaciones y para personalizar el programa. CATIA fue inicialmente desarrollada para la industria aeronáutica aunque desde los últimos años se ha integrado en la industria del automóvil para el diseño y desarrollo de componentes de carrocería. Concretamente empresas como el Grupo VW (Volkswagen, Audi, SEAT y Škoda), BMW, Renault, Peugeot, Daimler AG, Chrysler, Smart y Porsche hacen un amplio uso del programa. El sector de la construcción también ha incorporado el uso del software para desarrollar edificios de gran complejidad. El Museo Guggenheim Bilbao fue un hito arquitectónico que ejemplifica el uso de esta tecnología. [11] 2.2 CATIA para la Ingeniería En esta área CATIA ofrece distintas utilidades: - Sistemas mecánicos. Cubren una amplia gama de operaciones, como el diseño y el posicionamiento de componentes, la creación de automatismos, la simulación de la cinemática en tiempo real, las tolerancias funcionales y anotaciones, la generación de esquemas de ensamblaje y la creación de imágenes fotorrealistas. - Carrocerías en blanco. CATIA ofrece tecnologías punta para el diseño de superficies mecánicas y carrocerías en blanco, basadas en un sólido enfoque de la modelización regida por las especificaciones. - Componentes estructurales y Diseño de ensamblajes. Los componentes fundidos, moldeados y forjados, así como las herramientas correspondientes, Ilustración 1. Logotipo de CATIA de Dassault Systèmes [15] 23 pueden ser definidos con CATIA. También cubre el soldado, los materiales compuestos, las estructuras, las fijaciones y el procesamiento de láminas de metal. - Diseño eléctrico. CATIA ofrece una solución electromecánica completa para el diseño y la documentación de arneses eléctricos de todos los productos que incluyen componentes eléctricos, electrónicos y electromecánicos. - Ingeniería de tuberías y tubos. Cuenta con herramientas de creación de plano general para la ubicación inteligente de tubos y tuberías. - Diseño electrónico. Integran circuitos impresos (PCB) en un producto virtual. - Sistemas integrados. Los arquitectos pueden definir, simular y generar códigos C para todo tipo de sistema de control. - Diseño de herramientas. CATIA ofrece una amplia gama de aplicaciones para diseñar herramientas, incluyendo herramientas generales, moldes y matrices. Dispone de un extenso catálogo de componentes estándar para automatizar la definición. [11] 2.3 CATIA para el Diseño En el mundo del diseño CATIA ofrece básicamente 3 tipos de soluciones: - Diseño Industrial. Permite la creación en 3D a partir de cero o a partir de croquies en 2D. Los diseñadores industriales pueden manipular formas con una gran libertad. - Refinamiento de superficies. Abarca la totalidad del proceso de automoción de la Clase A. Integra las tecnologías de modelización de superficies ICEM. Utiliza las ventajas de la tecnología V6 con herramientas de modelización, análisis y visualización de formas estéticas y ergonómicas. - Ingeniería inversa y Reutilización de superficies. Los diseñadores pueden generar y leer ficheros STEP. Ofrece herramientas de armonización y de reparación que permiten corregir las piezas que se utilizan en aplicaciones posteriores, como la fabricación, el análisis y el diseño de utillaje. [11] 24 2.4 Módulos utilizados A pesar de que CATIA V5 cuenta con una gran cantidad de módulos y de muy diversas índoles, en este proyecto se ha recurrido a los más estrictamente necesarios para la consecución de éste. A continuación se citan: - Módulo de creación de piezas: Módulo utilizado para la creación de sólidos, con multitud de herramientas de modelado y diseño. Ha sido el más usado con amplía diferencia, debido a la gran cantidad de piezas a crear. - Módulo de ensamblaje: Con el módulo de ensamblaje es posible realizar el montaje de varios Part con restricciones muy intuitivas. Usado para el ensamblaje de la transmisión, el motor y el conjunto final. - Módulo de superficies: Muy útil para crear superficies y chapas, pudiendo crear formas muy complejas, por lo que es un módulo clave en la industria ingenieril. En este trabajo ha sido utilizado para crear los muelles de las válvulas y de la transmisión. - Módulo de creación de planos: Sencillo de usar, gracias a él es posible realizar representaciones 2D de una manera rápida, así como proyecciones en el plano de las piezas, permitiendo acotar el dibujo o realizar una lista de elementos. Se recurrió a su poder para crear la tipografía en relieve de “Ford” y “MADE IN USA” en la cubierta de la transmisión, como se verá posteriormente. 31 importante fuera de la familia Ford era, en ese momento, James Couzens, ex secretario de Malcomson; como director general, entonces vicepresidente y secretario-tesorero de la Ford Motor Company, fue, sin lugar a dudas, el segundo al mando durante muchos de los años del Modelo T. Mientras se avanzaba en la vida del producto, era una realidad que la dirección de la empresa hacía modelos cada vez más caros, incluso era algo que no le gustaba al propio Henry Ford. Para corregir esta situación, utilizó su nuevo poder para reducir su producción, un movimiento que coincidió con el Pánico Financiero de 1907. Este movimiento de gran sincronización, por accidente, probablemente salvó la empresa. Ford, insistiendo en que los altos precios desaceleraban la expansión de la marca en el mercado, decidió en 1906 introducir un nuevo modelo, más barato con un margen de beneficio menor: el Modelo N. Muchos de sus partidarios no estaban de acuerdo, y tuvieron parte de razón, ya que el N fue sólo un éxito tibio, pero Ford, sin embargo, siguió adelante con el diseño del coche que realmente quería construir. El vehículo que iba a ser el Modelo T. Ilustración 7. El Ford modelo N: En la época (izquierda) [22] y conservado actualmente (derecha) [23] "Voy a construir un coche para el pueblo, el automóvil universal ", proclamó. Tal idea fue revolucionaria. Hasta entonces el automóvil había sido un símbolo de estatus cuidadosamente fabricado por artesanos. Sin embargo, Ford se propuso hacer del coche un producto. "Al igual que un alfiler es igual que otro alfiler cuando se trata de una fábrica de alfileres, o una cerilla es como otra cerilla cuando se trata de una fábrica de cerillas", dijo. Este fue sólo el primero de varios movimientos contradictorios que Ford hizo a lo largo de su impredecible carrera. Espinoso, brillante, deliberadamente excéntrico, se basaba más en el instinto que en los planes de negocio, o como el eminente economista John Kenneth Galbraith dijo más tarde: "Si hay alguna certeza en cuanto a lo que es un hombre de negocios, es que con total seguridad, Ford no lo era." En el invierno de 1906, Ford había dividido en secreto una habitación de cuatro por quince pies en su planta, en Piquette Avenue en Detroit. Con unos compañeros, dedicó dos años para el diseño y planificación del Modelo T. Al principio, hicieron un extenso estudio de los materiales, el aspecto más valioso de los cuales se 32 iniciaron de manera improvisada. Para ello, durante una carrera de coches en Florida, Ford examinó los restos de un coche francés y se dio cuenta de que muchas de sus partes eran de un acero más ligero que el ordinario. El equipo de Piquette Avenue comprobó que el acero francés era una aleación de vanadio, pero que nadie en Estados Unidos sabía cómo hacerlo. Las mejores aleaciones de acero utilizadas en la fabricación de automóviles norteamericana proporcionaban 60.000 libras de resistencia a la tracción. Ford se percató de que el acero de vanadio, que era mucho más ligero, proporcionaba 170.000 libras de resistencia a la tracción. Como parte de la pre-producción para el nuevo modelo, Ford financió una fábrica de acero y como resultado de ello, los únicos coches en el mundo que utilizan el acero de vanadio en los próximos cinco años serían coches de lujo francés y el Ford Modelo T. El vehículo americano podría averiarse de vez en cuando, pero, según aventuraban, no se romperían. El coche que salió finalmente de la sección de diseño secreta de Ford en la fábrica iba a cambiar Estados Unidos para siempre. Por 850 $, unas 1.200 libras al cambio de la época, un potencial cliente del modelo T podría llevar a casa un coche que era ligero, relativamente potente, con cuatro cilindros, veinte caballos de potencia, y bastante fácil de conducir, con una transmisión “planetaria” de dos velocidades controlada y accionada con los pies. Simple, robusto y versátil, el pequeño coche excitaría la imaginación del público. Y desde luego enamoró a su inventor: cuando Henry Ford trajo el prototipo de la fábrica para su primera prueba de manejo, estaba demasiado excitado para conducir. Un asistente tuvo que tomar el volante. Ilustración 8. Anuncios del precio de 850 $ de la primera versión del T [24,25] "Bueno, supongo que hemos empezado" Ford comentó en aquel entonces. El coche salió a venta para los primeros clientes el 1 de octubre de 1908. En su primer año, más de diez mil modelos fueron vendidos, un nuevo récord para un modelo de automóvil. Las ventas del "Tin Lizzie", o "Flivver", como coloquialmente se conocía 33 al T, fueron impulsadas por las actividades promocionales que iban desde un elegante consultorio de Ford en Nueva York, donde un equipo de mecánicos mostraba el coche, hasta rodeos en el oeste, donde los vaqueros montados en el Ford trataban de lazar terneros. Ya en 1909, el magnate de la minería Robert Guggenheim patrocinó una carrera de automóviles de Nueva York a Seattle en el que los únicos supervivientes fueron dos Ford modelo T. "Creo que el Sr. Ford tiene la solución para el automóvil universal", concluyó Guggenheim. En los primeros años, los Modelo T se produjeron en Piquette Avenue, y de la misma manera que los anteriores coches fueron construidos. La creciente demanda de los nuevos Ford colapsó el viejo método, sin embargo. Ford se dio cuenta de que no sólo tenía que construir una nueva fábrica, sino que tenía que crear e implantar un nuevo sistema dentro de ella. A lo largo de su mandato como jefe de la compañía, Henry Ford mantuvo la idea de mantener enormes reservas de efectivo, una política que le permitió planificar una nueva planta para la producción del Modelo T sin interferencia o presión exterior. La nueva fábrica de Highland Park, que abrió en 1910, fue diseñada por el arquitecto industrial más importante del país, Albert Kahn. Fue un hecho sin precedentes, expandiéndose 250.000 metros cuadrados. John D. Rockefeller, cuya refinería Standard Oil siempre había representado la vanguardia de la técnica de diseño, llamó a Highland Park "el milagro industrial de la época." Ilustración 9. Edificio central de Highland Park: vistas diagonales [26,27] En sus primeros años, los cuatro pisos de la fábrica de Highland Park fueron organizados de arriba a abajo. El ensamblaje de desarrollaba hacia abajo, desde el cuarto piso, donde los paneles de la carrocería se elaboraban, a la tercera planta, donde los trabajadores colocaban los neumáticos en las ruedas y se pintaban las carrocerías de los automóviles. Después de que el ensamblaje se completara en el segundo piso, los coches nuevos descendían por una rampa final más allá de las oficinas del primer piso. La producción aumentó en aproximadamente un 100 por ciento en cada uno de los tres primeros años, pasando de 19.000 en 1910, a 34.500 en 1911, y más tarde a un asombroso 78.440 en 1912. Todavía era sólo un comienzo. [1,14] 34 Ilustración 10. Producción: colocación del motor y del tanque (izquierda) y el banco de pruebas del motor (derecha) [28] 3.4 El éxito del cambio de sistema de producción "Voy a democratizar el automóvil," dijo Henry Ford en 1909. "Cuando haya terminado, todo el mundo será capaz de pagar uno, y casi todo el mundo va a tener uno." Los medios para conseguirlo eran una continua reducción en el precio. Cuando se vendió por 575 $ en 1912, el Modelo T por primera vez costaba menos que el salario medio anual vigente en los Estados Unidos. Haciendo caso omiso de la sabiduría convencional, Ford sacrificó continuamente los márgenes de ganancia para aumentar las ventas. De hecho, los beneficios por coche iban en caída mientras se recortaba el precio de 220 $ en 1909 a 99 $ en 1914. Pero las ventas explotaron, llegando a 248.000 en 1913. Por otra parte, Ford demostró que una estratégica y sistemática reducción de los precios podría aumentar las ganancias, los ingresos netos aumentaron de 3 millones $ en 1909 a 25 millones $ en 1914. Viendo como la cuota de Ford en el mercado estadounidense se alzaba de un respetable 9,4 por ciento en 1908 a un formidable 48 por ciento en 1914, esto significaba que el Modelo T era el absoluto dominador del mercado más importante del mundo. En Highland Park, Ford comenzó a implementar la automatización de fábricas en 1910. Pero la experimentación continuaría diariamente durante los siguientes diecisiete años, en una de las máximas de Ford: "Todo siempre se puede hacer mejor de lo que se está haciendo." Ford y sus expertos en eficiencia examinaban todos los aspectos de ensamblaje y probaban nuevos métodos para aumentar la productividad. El propio jefe afirmó haber encontrado la inspiración para el mayor avance de todos, la línea de montaje en movimiento, en un viaje a Chicago: "La idea surgió de una manera general al ver el sistema de carritos utilizado por los empaquetadores de Chicago para el embalaje de la carne de res", Ford dijo. En los mataderos, los carniceros quitaban ciertos cortes por cada sección que pasaban, hasta que no quedaba nada. Ford invirtió el proceso. Su uso de la línea 35 de montaje en movimiento se complicaba por el hecho de que las partes, a menudo hechas en las líneas de sub-ensamblaje, tenían que complementarse sin problemas en el proceso. El tiempo era crucial: una obstrucción a lo largo de una línea más pequeña frenaría el trabajo más largo. La primera línea en movimiento se puso a prueba con el montaje del volante magnético, con un ahorro de seis minutos y cincuenta segundos sobre el método antiguo. Posteriormente otras líneas fueron implementando este sistema en Highland Park, por ejemplo, el tiempo de montaje para un chasis del Modelo T se redujo de doce horas y treinta minutos a cinco horas y cincuenta minutos. El ritmo solo hacía acelerarse, gracias a los ingenieros de producción de Ford experimentó con toboganes de trabajo, rollways, cintas transportadoras, y cientos de otras ideas. La primera y más eficaz línea de montaje en la industria del automóvil fue actualizada continuamente. Los más afectados eran, por supuesto, los trabajadores. Ya en enero de 1914, Ford desarrolló un transportador "sin fin” accionado por cadena, para desplazar el chasis de una estación de trabajo a otra; por lo que los trabajadores permanecían en un lugar fijo. Tres meses más tarde, la compañía creó un nuevo tipo de línea, denominada "Man High”, con todas las partes y cinturones a nivel de la cintura, lo cual hacía que los trabajadores podrían repetir sus tareas asignadas sin tener que mover sus pies. Ilustración 11. Cintas transportadoras: montaje del volante (izquierda) [29] y puesta a punto del cigüeñal (derecha) [30] En 1914, 13.000 trabajadores de Ford hicieron 260,720 automóviles. En comparación, en el resto de la industria, se tomó 66,350 trabajadores para hacer 286.770. Los críticos acusaron que la división del proceso de montaje en tareas repetitivas, volvió a la mayor parte de los empleados de Ford en autómatas no pensantes, y que la manipulación del ritmo de la línea era equivalente a un esclavo conducido por control remoto. Los hombres que hacían los coches ya no tenían que estar continuamente dedicados a ello, como en los primeros años; eran únicamente jornaleros. Ford eligió ver la imagen más grande del empleo que él ofreció. "He oído que alguien dijo, y de hecho, creo que es un buen pensamiento actual, que hemos eliminado la habilidad de trabajar", dijo. "Pero no lo hemos hecho. Hemos creado una habilidad superior en la 36 planificación, la gestión, y la construcción de herramientas, y los resultados de esa habilidad son disfrutados por el hombre que no es experto." Pero los trabajadores no cualificados, muchos de ellos nacidos en el extranjero, no disfrutaban de su trabajo, ganando una cantidad mediocre de 2,34 $ al día por nueve horas. De hecho, la simplificación de los puestos de trabajo creó una reacción traicionera: alta rotación. En el transcurso de 1913, la empresa tuvo que contratar a 963 trabajadores por cada 100 que necesitaban para continuar con la nómina impuesta. De hecho, para mantener una plantilla de 13.600 empleados en la fábrica, Ford gastó continuamente dinero en formación a corto plazo de los trabajadores. A pesar de que la compañía introdujo un programa de bonos y beneficios generosos, incluyendo una clínica médica, campos deportivos y parques infantiles para las familias de los trabajadores, el problema persistió. El resto de la industria aceptó a regañadientes la alta rotación como parte del sistema de la línea de montaje y se pasó a los crecientes costes laborales en los precios de sus coches. Henry Ford, sin embargo, no le importaba el hecho aumentar los costes laborales del Modelo T, mientras se mantuviera una buena relación calidad-precio. Su solución fue un golpe audaz que repercutió en toda la nación. Ilustración 12. Portada del The Detroit Journal destacando la estrategia de Ford (izquierda) [31]; gráfico comparativo de los salarios de la época (derecha) [32] El 5 de enero de 1914, Henry Ford anunció un nuevo salario mínimo de cinco dólares por jornada de ocho horas, además de un plan de reparto de beneficios. Fue la comidilla de las ciudades de todo el país; Ford fue aclamado como el amigo del trabajador, como un socialista puro y simple, o como un loco dispuesto a la quiebra de su empresa. Muchos hombres de negocios - incluyendo la mayor parte de los accionistas restantes de la Ford Motor Company - se referían a su solución como imprudente. Pero él se quitó toda la crítica: "Bueno, ya sabes que si pagas a los hombres bien se puede hablar con ellos", dijo. Reconociendo el elemento humano en la producción en masa, Ford sabía que la retención de más empleados reduciría los costes, y que una fuerza de trabajo más feliz conduciría inevitablemente a una mayor productividad. Los números le dieron la razón. Entre 1914 y 1916, las ganancias de la compañía se 37 duplicaron de 30 millones $ a 60 millones $. "El pago de cinco dólares al día por una jornada de ocho horas fue uno de los mejores movimientos de reducción de costes que hemos tomado", dijo más tarde. Hubo otras repercusiones, también. Un esfuerzo en ciernes de sindicación de la fábrica de Ford se disolvió en la cara del Día de cinco dólares. Lo más astuto en la nueva estrategia de Ford, fue el hecho de que la nueva escala de salarios de los trabajadores convirtió a los mismos en clientes también. Las adquisiciones que ellos hicieron devolvieron al menos algunos de esos cinco dólares a Henry Ford, y ayudaron a aumentar la producción, lo que invariablemente ayudó a reducir los costes por el automóvil. El papel central que el Modelo T había llegado a jugar en la vida cultural, social y económica de Estados Unidos elevó a Henry Ford a un papel de héroe popular en toda regla. Sin embargo, Ford no estaba satisfecho. Imaginándose a sí mismo un experto en política, se dejó arrastrar por los asuntos nacionales e incluso mundiales. Antes de que Estados Unidos entrara en la Primera Guerra Mundial, desesperado por los horrores de los combates; a finales de 1915, contrató un "Barco de la Paz" y se embarcó con una delegación privada de radicales de Francia en un intento de poner fin a la guerra. Más adelante, en 1918, perdió una campaña para un puesto en el Senado de Estados Unidos y al año siguiente, compró un periódico, el Dearborn Independent, que se convertiría en el vehículo para su notorio antisemitismo. El diario clamó contra El Judio Internacional, e informó de las teorías de conspiración difamatorias tales como Los Protocolos de los Sabios de Sion. Ilustración 13. Recorte del The Dearborn Independent del polémico 22-05-1920 (izquierda) [33]; The Internacional Jew, escrito por Henry Ford (derecha) [34] En 1915, James Couzens renunció a un puesto de director general de la Ford Motor Company, pero manteniendo un cargo en el consejo. Ya en 1916, Ford puso en contra a los demás accionistas por declarar un dividendo insignificante, incluso a la vista de unas ganancias récord. En respuesta, los accionistas demandaron, y en 1919 el Tribunal Supremo de Michigan confirmó una sentencia 38 en primera instancia que calificaba como inaceptable retener dividendos bajo aquellas circunstancias. La Ford Motor Company se vio obligado a distribuir 19 millones $ en pagos de dividendos. Como respuesta a la intensa disputa, Henry amenazó públicamente con abandonar la empresa y formar una nueva. Incluso hizo planes dirigidos a esta nueva idea y discutió el próximo coche que produciría. Ante el temor de que el valor de las acciones de Ford se desplomara, los accionistas minoritarios de repente se mostraron dispuestos a vender, y por otro lado, agentes que trabajaban a escondidas para Henry Ford ya habían comprado discretamente mucho antes una gran cantidad de acciones. Los vendedores no recibieron todo el valor de las acciones, a causa de los rumores, pero cada uno de ellos se creó una fortuna. James Couzens, el más astuto de todos, recibió el precio más alto por acción, y se volvió para emprender una trayectoria en el Senado de los Estados Unidos (ganó su batalla, a diferencia del antiguo jefe) con 30 millones $ en el banco. Ford obtuvo el control completo de la empresa con un coste de millones de $ 125 - $ 106 millones de las acciones, más $ 19 millones para el dividendo por orden judicial – un gran gasto que el financió con un préstamo de 75 millones $ por parte de dos bancos del este. El 11 de julio de 1919, firmó el último acuerdo de transferencia de acciones, a los cincuenta y cinco años de edad. Las acciones se dividieron y pasaron a nombre de Henry, Clara, y Edsel Ford. Ilustración 14. Couzens posando como senador de Michigan (izquierda) [35], y junto a Henry Ford (derecha) [36] En 1921, el Modelo T de Ford ocupaba el 60 por ciento del mercado de automóviles nuevos. Las plantas de todo el mundo producían “Flivvers” como si fueran fichas de metro, y el único problema de Henry Ford, como a menudo él afirmaba, fue encontrar la manera de hacer los suficientes. Como ejemplo de la gran diversificación que existía en la empresa, Ford se hizo con la Lincoln Motor Company Car en 1921. Los planes de la compañía parecía estar mirando en un predecible futuro a largo plazo, por lo que a Ford le surgió la idea de embarcarse en un nuevo gran proyecto: el diseño y construcción la factoría de automóviles más grande y eficiente del mundo, en River Rouge, cerca de Detroit. Se dispusieron más de 2.000 acres de terreno, 8 millones de metros cuadrados, que incluirían 90 millas de vías férreas y suficiente espacio para 75.000 empleados 39 para producir los coches desde las materias primas hasta su acabado en un lapso de tan sólo cuarenta y una horas. River Rouge tenía su propia planta de energía, forjas de hierro, e instalaciones de fabricación. Ningún detalle se pasó por alto: el papel desechado sería reciclado en cartón en el propio molino de papel de la fábrica. River Rouge fue construido para producir Fords modelo T en las siguientes décadas, en el momento en que fuera capaz de alcanzar plena producción, una fábrica de una décima parte de su tamaño podría haber manejado la demanda de Modelo Ts. [1] Ilustración 15. Imágenes de la fábrica de River Rouge [37,38] 3.5 Decadencia del modelo El 4 de junio de 1924, el Modelo T número 10 millones de Ford salió de la fábrica de Highland Park, que continuaría siendo la principal fábrica para la producción del T. Mientras que el “Flivver” vendía seis veces más que su competidor más cercano, su carrera desenfrenada se comenzaba a acercar a su conclusión imprevista. Después de años ocupando la gama media-baja del mercado, Ford veía como otro fabricante de automóviles fijaba las miradas en ese mismo sector. A principios de la década, General Motors era un conglomerado incómodo de empresas de automóviles y proveedores de piezas, logró más por el bien de la fluctuación en el precio de sus acciones que para la eficiencia en la fabricación de automóviles. A mediados de la década, sin embargo, una GM revitalizada, bajo la brillante dirección de Alfred P. Sloan, Jr., comenzó a ofrecer Chevrolet de bajo costo con todas las comodidades de las que el Modelo T carecía. En lugar de una robusta pero anticuada transmisión planetaria, tenía una transmisión suave de tres velocidades. El mercado comenzó a cambiar; precio y valor dejaron de ser factores primordiales. El diseño y la comodidad pasaron de repente a ser requisitos para el cliente. A pesar de que el modelo T costaba apenas 290 $ a mitad de la década de los 20, los distribuidores clamaban por un nuevo Ford que la satisficiera la imaginación de los consumidores más exigentes y sofisticados. Pero Henry Ford se negó incluso a considerar la sustitución de su amado modelo T. Una vez, mientras estaba de vacaciones, los empleados construyeron un modelo 40 T actualizado, y le sorprendieron con él a su regreso. Ford respondió con patadas en el parabrisas y pisando fuerte en el techo. "Nos dieron el mensaje," uno de los empleados dijo más tarde: "En lo que a él respecta, el Modelo T era Dios y teníamos que alejarnos de falsas imágenes." Sólo una persona insistió en advertirle de la inminente crisis: su hijo, Edsel, que había sido nombrado como presidente de la Ford Motor Company durante el juicio de dividendos y sus secuelas en 1919. Fue la primera de muchas discusiones que Edsel perdería, como la relación con su padre, que pasó de adoración mutua al deterioro en desconfianza y falta de respeto por parte de Henry, y la triste desilusión de Edsel. El Chevrolet continuó restando ventas a un desfasado modelo T. En 1926, las ventas del T habían caído en picado, y las realidades del mercado finalmente convencieron a Henry Ford de que el final estaba cerca. El 25 de mayo de 1927, Ford anunció abruptamente el final de la producción del Modelo T, y poco después se cerró la fábrica de Highland Park durante seis meses. El cierre no era para reequipamiento: no había ningún nuevo modelo en los planes. En el peor ejemplo de planificación de un producto de la historia, Henry envió a casa a los trabajadores para que pudieran empezar a diseñar su próximo modelo. Afortunadamente, Edsel se había reunido en secreto con los diseñadores de la empresa para crear nuevos bocetos, y estaba listo y capaz de trabajar con su padre en la elaboración de los planes para el nuevo coche, llamado Modelo A. Fue un éxito desde su lanzamiento en diciembre de 1927, y situó de nuevo a la empresa sobre bases sólidas. En el momento en que entró en producción, la fábrica de River Rouge se había convertido en la principal cede de fabricación de Ford. Ilustración 16. El Chevrolet Serie V 1926 (izquierda) [39] y el Ford modelo A (Derecha) [40] Cuando el último Modelo T salió de la línea de montaje, no era el final de una era, era todavía el inicio de una época que el pequeño automóvil de Ford había inaugurado. Los coches - más de la mitad de ellos Modelo T - impregnaron la cultura estadounidense. Ellos colapsaron las calles de las grandes ciudades del este y recorrieron las carreteras recién instaladas en el sur de California. Adaptados para transportar todo, desde el envío de ametralladoras a ataúdes o hasta estudiantes, los coches representaron una oportunidad para cambiar en prácticamente todo. También se convirtieron en un factor crucial en la refundición de una economía en crecimiento. Henry Ford había creado un coche para la multitud, y ese coche 47 4 TEORÍA DEL MOTOR DEL FORD T 4.1 Información general del motor El motor es el corazón del vehículo, el órgano que da vida a cada una de las partes del conjunto, sin él solo sería un amasijo de hierro y latón, y por tanto para entender cómo se mueve el Ford es necesario conocer en primera instancia todos los detalles de sus componentes y posteriormente una idea de su funcionamiento global. Esto ayudará para más adelante conocer el comportamiento de la transmisión. Para ello el primer paso es conocer las especificaciones generales antes de profundizar en lo minúsculo. Ilustración 21. Representación gráfica del motor del Ford modelo T [43] Como punto de partida, el desplazamiento, o volumen de aire empujado por cada uno de los pistones, era de 177 pulgadas cúbicas (2,90 L), con un reparto en línea de 4 cilindros distribuidos en un bloque motor. Tal elemento presentaba un diseño monobloque, que era una práctica poco común cuando la producción del modelo comenzó en 1908. Esto fue muy importante para la producción en masa pues hacia valer la filosofía de la compañía de Detroit reduciendo considerablemente el tiempo de montaje y fabricación. La culata, sin embargo, era desmontable, que no sólo ayudó a Ford en la fabricación, sino también a facilitar trabajos centrados en las válvulas como limpieza, pulido, o el reemplazo de las válvulas de resorte. 48 Tanto el bloque como la culata eran de hierro fundido, algo muy común en aquella época, aunque desde mitad del siglo pasado muchos son los poseedores de este vehículo que han optado por cambiar a una configuración de aluminio, beneficiándose del bajo peso a pesar de ser más ruidosos. Y es que este material reduce la “reciprocating mass” lo que libera de esfuerzo y desgaste al cigüeñal y a los cojinetes. Ilustración 22. Vista del motor en el interior del vehículo [44] Generalmente era un motor de gasolina, pero poseía la capacidad de operar también con otros combustibles como queroseno o etanol. A estos tipos de propulsores se denominaban de combustible flexible o multifuel. Según la propia compañía, el Modelo T tenía una autonomía del orden de 13-21 millas por galón estadounidenses, lo que en conversión sería 11-18 L / 100 km. Con respecto al sistema propio de combustible, este modelo contaba con un carburador suministrado por grandes firmas como Holley, Zenith o Kingston, el cual no tenía bomba de aceleración y cuya válvula reguladora y de estrangulamiento se manejaban manualmente. Precisamente la válvula reguladora se controlaba con una maneta en lugar de un pedal. 49 Ilustración 23. Sistema de admisión [45] Durante la mayor parte del ciclo de producción del T, el depósito de combustible se montaba bajo el bastidor del asiento delantero. Debido a que Ford se basó en la gravedad para alimentar al carburador en lugar de una bomba de combustible, este vehículo no podía subir una cuesta pronunciada cuando el nivel de gasolina era bajo. La solución inmediata y menos ortodoxa era subir las colinas escarpadas a la inversa. En 1926, el depósito de combustible se mueve hacia la parte posterior y hacia arriba, debajo de la cubierta en la mayoría de los modelos, o por fuera de ella como en la siguiente imagen de la derecha, lo cual mejoró la alimentación por gravedad. Ilustración 24. Posición del tanque: en el centro (izquierda) [46] y atrás (derecha) [47] La potencia de la cual presumía era de 20 CV (15 kW), alcanzando velocidades máximas de 45 mph (72 km / h). Cabe destacar que en los primeros años el motor desarrollaba 22 CV con una relación de compresión de 4,5:1 que se redujo 50 posteriormente a 4:1 en 1912 y luego de nuevo a 3,98: 1 para el resto del período de producción. El diámetro de pistón era de 3 3/4 pulgadas (95,25 mm) y su carrera de 4 pulgadas (101,6 mm) para el desplazamiento comentado al inicio de este capítulo. Por otro lado la relación de compresión era baja en comparación con los estándares modernos, pero típicas de la época, por lo que minimizaba la influencia de una calidad de combustible pobre en esos tiempos y mitigaba el esfuerzo realizado por el propulsor en el arranque. Al igual que harían con el bloque, muchos entusiastas del Modelo T de Ford se atrevían a incorporar accesorios o piezas modificadas para mejorar el rendimiento del motor. Esta actividad abarcaba entre otras acciones la ampliación de la culata, lo que mejoraba el diseño de la cámara, así como la reconstrucción de los colectores, por nombrar algunas marcas, Rajo o Frontenac eran comunes entre los que querían más de su T. Un reemplazo común era la cabeza de aluminio "Z", la cual se hizo muy popular debido a sus ventajas. La "Z" aumentaba la compresión del motor Modelo T a 6:1, que añadía un plus de "empuje" extra para subir pendientes, lo que realmente hacia transformar el rendimiento de los propulsores de los habituales 20 CV estándar a aproximadamente 27 CV. Una aumento del 35% de la potencia era una mejora muy considerable para la época. Ilustración 25. Anuncio de las culatas modificadas de Frontenac (izquierda) [48] y anuncios de las mismas de Rajo Motors para el modelo A (derecha) [49] 51 4.2 Descripción de elementos Los elementos de esta parte del vehículo pueden considerarse infinitos, pero este modelado se centra en los más necesarios para el correcto funcionamiento. Se le dará, además, su correspondiente nomenclatura americana y así hacer referencia al mismo elemento de ambas formas, habida cuenta que algunas piezas son de difícil traducción al castellano. Ilustración 26. Imagen aclaratoria de las partes del exterior del motor [50] Cabe mencionar en primer lugar la armadura del sistema, el bloque, o Block (número 1 de la Ilustración 26), la cual ejerce de cuerpo para la adición de todos los demás componentes. Estaba fabricada en hierro fundido como se comentó en la información general y su anatomía se vio modificada con el paso de los años, de manera que introdujeron pequeñas adiciones a sus primeras versiones. Una destacable era una especie de caja que cubría los vástagos de las válvulas de la suciedad y los fluidos que podían rodear al sistema, y que le proporcionaba más durabilidad a estas partes. Ilustración 27. Cubierta de las válvulas: Sin cubierta (izquierda) [44] y con ella (derecha) [51] 2 1 3 4 5 6 52 Cubriendo el bloque se encuentra la culata, Cylinder Head o Compression Head (número 2 de la Ilustración 26), la cual posee unas cámaras donde el combustible y los gases pasan de las válvulas a los pistones y viceversa, están conectados en una distribución poco común en la actualidad pero muy utilizado entonces. También forjados a hierro fundido, este elemento sostiene cada una de las bujías, o Spark Plugs (número 3 de la Ilustración 26), que en total eran cuatro unidades, una por cada cilindro, y las cuales se encargan de producir eléctricamente la chispa que explosiona el combustible empujando al pistón en una de sus cuatro fases de funcionamiento que se detallarán más adelante. Ilustración 28. Bujías del modelo T: Instaladas (izquierda) [52]; pieza individual y caja (derecha) [53] Es posible encontrar también la toma de agua, o water connection, la cual es la protuberancia en la parte superior de la culata y que actúa como conducto para la refrigeración del motor. El agua entra por dicho tubo llegando a una cámara llamada camisa de agua o water-jacket que se dispone a lo largo de la culata, justo encima de las cámaras de los pistones, para que se disipe el mayor calor posible y evitar un problema de sobrecalentamiento. Ilustración 29. Cortes del motor donde apreciar la camisa de agua de la culata [54,55] 53 Y ahora es necesario adentrarse en el puro movimiento del sistema, que lo constituyen los pistones. Cada uno de los cuatro contribuye de misma manera para obtener la potencia del vehículo, y para ello sufren cuatro fases que todo cilindro de motor de cuatro tiempos sufre, admisión, compresión, expansión y escape. [4] Ilustración 30. Fases de un motor de cuatro tiempos [4] Tiempo 1: ADMISIÓN En el primer tiempo una mezcla de gasolina y aire va a entrar en la cámara de combustión del cilindro. Para ello el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior, mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente. Tiempo 2: COMPRESIÓN En el segundo tiempo, con el pistón en su posición más baja y la cámara de combustión llena de gasolina y aire, la válvula de admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente. La inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará que el pistón vuelva a subir y comprima así la mezcla. Tiempo 3: EXPANSIÓN Es en este preciso momento, con el pistón en lo más alto, la mezcla comprimida y a una alta temperatura, cuando la bujía genera una chispa que hace explotar violentamente esa mezcla. La combustión hace empujar el pistón hacia abajo con fuerza y la biela y el cigüeñal se encargan de convertir ese movimiento lineal del pistón, de arriba a abajo, en un movimiento giratorio. Tiempo 4: ESCAPE El pistón vuelve a subir en este cuarto tiempo y al hacerlo empuja los gases quemados productos de la combustión hacia arriba para que salgan por la válvula de escape que se abre con el fin de dejarlos salir y volver a dejar la cámara del cilindro vacía. No como durante la compresión, que permanecía cerrada. 54 Cabe decir que la distribución que siguen las válvulas en la explicación de la figura es más actual de lo que era en aquella época. En esta ocasión se usaban las válvulas en una posición vertical, con la cabeza apuntando hacia arriba, y mediante la cámara comentada en el apartado de la culata se hacía incidir el combustible y la retirada de gases. Por supuesto, el funcionamiento en sí mismo era idéntico. Con respecto al orden en el que se coordinan los pares de válvulas es 1-2-43, siendo 1 el más cercano a la parte anterior y 4 a la posterior, como se verá en la siguiente ilustración. Por otro lado las válvulas, o valves, que se comentaban anteriormente, eran las encargadas de ejercer esta función de inyectar combustible y absorber los gases. Por cada cilindro existen dos unidades de ellas, que como se vio en la explicación del motor de cuatro tiempos, una se encarga de expulsar combustible y otra de recoger los gases. La distribución que siguen es la siguiente: Las válvulas de admisión, “A”, se manejan por parejas, es decir, las dos entre los cilindros 1 y 2 (ídem para 3 y 4) inyectan combustible por el mismo conducto proveyendo a ambos orificios a la vez gracias al colector de admisión, que se verá a continuación. En cambio, las válvulas de escape “S” se distribuyen individualmente, por lo que el colector de admisión, por estudiar, aspira los gases quemados de cada unidad de válvula y no por parejas como en la admisión. El tempo al que éstas se abren viene dado por la configuración del árbol de levas. Estos colectores nombrados, ejercen de conductos principales por los que el combustible asciende del carburador a los orificios de admisión, en el caso del colector de admisión o Intake Manifold (número 5 de la Ilustración 26), o aspira los gases quemados en el del colector de escape o Exhaust Manifold (número 4 de la Ilustración 26). El segundo dispone de cuatro salidas para las cuatro válvulas individuales de escape, mientras que el primero solo contiene dos entradas, una para cada pareja de válvulas de admisión. Il Ilustración 37. Disposición de las válvulas y pistones Ilustración 31. Representación gráfica del interior del motor [56] Ilustración 32. Disposición de las válvulas y pistones [57] 55 Ilustración 33. Colectores de admisión y escape (derecha) [59,60] y su posición general en el motor (izquierda) [58] De vuelta a las válvulas, es necesario decir que vienen equipados con otros componentes que los complementan. En primer lugar, el árbol de levas (número 4 de la Ilustración 34) no transmite su movimiento directamente a la válvula (número 1 de la Ilustración 34), antes pasa por un alzaválvulas, Push Rod o Tappet (número 2 de la Ilustración 34), unido a ésta por el vástago. También destaca un muelle, o Spring (número 3 de la Ilustración 34), que hace que al subir la válvula, ésta se comprima creando una fuerza que obliga a la cabeza a bajar súbitamente, haciendo el sistema mucho más eficiente y fluido. Ilustración 34. Imagen aclaratoria de las partes del interior del motor [61,62] 2 4 1 3 56 Todo este movimiento de subida y bajada de las válvulas tiene que proceder de algún lugar, y éste no es otro que el árbol de levas, o Cam Shaft. Este elemento consta de un número de protuberancias llamadas levas, dadas por el número de válvulas que presente el propulsor, con una forma específica, que al girar dichos salientes levantan o bajan el alzaválvulas y, por tanto, las válvulas. El ángulo con el que apunta el eje de la leva con respecto a la vertical depende de los ingenieros, es este caso de Ford, para proporcionar la configuración más óptima, siempre respetando el tempo entre apertura de admisión y escape así como el orden de 1-2-4-3 de funcionamiento de los pistones. Ilustración 35. Boceto de la leva del modelo T (izquierda) y su representación real (derecha) [5,63] Anteriormente se explicó el movimiento de los pistones pero no se entró en detalle de los elementos que están sujetos a ellos como la biela o a aquellos componentes que da movimiento como el cigüeñal. En primer lugar la biela, o Connecting Rod, es el nexo de unión entre el pistón y el cigüeñal, con dos articulaciones móviles en sus dos extremos que le permiten un rango de movimientos fluido y sin entorpecer la transmisión de dicho movimiento. Su función es meramente permitir la conversión de movimiento de translación del pistón en movimiento rotatorio del cigüeñal y viceversa. 63 cabeza de la válvula tiene un diámetro de 32.16 mm, así como un ángulo de 45° en el chaflán. Dimensiones muy concretas que daban lugar a escasas especulaciones. En el tema de diseño, en primer lugar se operó con un Sketch, dibujando la mitad de la silueta de la pieza, para posteriormente convertirla en sólido con la orden Shaft. Para culminar, un pequeño agujero, de 2.8 mm dado también por guía y que se llevó a cabo mediante Hole. Ilustración 43. Modelo de la válvula 5.1.4 Tappet También denominado Push Rod, tanto la longitud: 51 mm, como el diámetro del vástago, 7.88 mm y el diámetro de cabeza, 17.473 mm, eran sabidos por especificaciones, de manera que todo se encontraba bien definido. Con un Sketch que representaba la mitad de la silueta de la pieza y posteriormente un Shaft se consiguió reproducir la figura deseada. Como se ha visto, este Part era muy sencillo de ejecutar. 64 Ilustración 44. Modelo del alzaválvulas 5.1.5 Piston Debido a su gran relevancia en el sistema, es posible encontrar mucha información acerca de este componente. Consta de una dimensiones de alto-diámetro del mismo orden, siendo el primero 96.77 mm contra 95.25 mm de diámetro exterior. Algunos datos como ángulo del chaflán superior o el grosor del pistón no se conocían pero viendo imágenes se han logrado estimar imitando las proporciones. Los alojos de los anillos son conocidos, así como el agujero del Wrist Pin, de 18.79 mm y su longitud 47.55 mm. Para proceder, en primer lugar se ha dibujado con Sketch la mitad de la silueta del pistón, y con Shaft se ha realizado una extrusión por revolución. Posterior mente se ha vaciado el interior con Pocket. El comando Hole ha ayudado a hacer el agujero, mientras que con un nuevo Sketch y Pad se ha creado el eje del Wrist pin, o las paredes del agujero. Por último Chamfer para rebajar el borde del agujero. Ilustración 45. Modelo del pistón: vista superior (izquierda) e inferior (derecha) 65 5.1.6 Connecting Rod Las bielas tienen como parámetros más importantes de diseño la longitud entre los centros de los apoyos y los diámetros de estos. Ambos datos eran recogidos en los catálogos por lo que fue relativamente sencillo diseñar este elemento. Otros datos como la altura de los apoyos eran dados indirectamente en las especificaciones del cigüeñal y del bulón del pistón. Siendo, en definitiva, 178 mm de longitud, 31.7 mm el diámetro de la cabeza de biela, que es el de los codos del cigüeñal, y 18.8 mm del pie de biela, que coincide con el del Wrist Pin. Un primer dibujo del cuerpo de biela era una buena base para comenzar el diseño. Posteriormente las circunferencias del pie y la media de la cabeza, más los salientes que alojan los pernos de unión, que con Pad se traducía en el diseño en bruto de la pieza. Finalmente con Fillet y Chamfer se ha suavizado toda arista afilada, ya que es una de las piezas más manipuladas por los operarios y mecánicos. En resumen, pocos comandos usados, pero por el contrario mucho tiempo de perfeccionar los detalles, lo cual se ha transformado en la única dificultad de la operación. Ilustración 46. Modelo de la biela 5.1.7 Crank Shaft Los datos conocidos eran exclusivamente los diámetros y longitudes de los codos o muñequillas del cigüeñal, es decir, no se conocía la forma de los brazos o de los contrapesos, pero sus dimensiones eran fácilmente deducibles, dado que conociendo las longitudes de los codos se restringía el espacio a los demás elementos. Dicha longitud era de 38.227 mm y diámetro de 31.7 mm para los codos, mientras que los muñones principales también eran conocidos con idéntico diámetro y 55.667 mm de longitud. 66 La complejidad de la pieza se vio traducida en numerosas creaciones de planos para los codos, y en utilizar la forma óptima de contrapesos y brazos, pero finalmente todo se llevó a cabo mediante Sketch en los distintos planos y luego con el comando Pad darle la profundidad. Fillet fue usada para rebajar todas las aristas vivas, puesto que es una pieza muy manejada por operarios, no puede contener ningún filo cortante. En definitiva, la dificultad radicó en plantear en diseño y el tiempo para ejecutarlo, más que en el número de comandos a usar. Ilustración 47. Modelo del cigüeñal 5.1.8 Cam Shaft La mayor dificultad en la creación de esta importante pieza era la orientación que los ingenieros de Ford habían dado a las levas, así como sus dimensiones. Consultando las especificaciones se determinaron todos los datos necesarios para orientar y modelar de forma fiable una de ellas. El siguiente problema que surgió fue la orientación, o desfase en grados, de las tres levas restantes con respecto a esta primera. Debido a que esto no se encontró en especificaciones, se propuso el valor de 45º, siempre manteniendo el orden 1-2-4-3 de acción de las válvulas. Sabiendo estos datos, era necesario plantearse el modelado de la rueda dentada helicoidal, que se encuentra en la zona frontal de la pieza. Ilustración 48. Tabla de especificaciones del árbol de levas. [5] 67 Con respecto al modelado, la metodología a usar, al igual que se hiciera en el bloque motor, fue construcción por etapas o partes. En primer lugar, se creó el primer cilindro liso, sobre éste se hizo el Sketch con la forma y las especificaciones de la primera leva de escape, y con Pad se dio forma. De nuevo otro cilindro liso de 30 mm y la segunda leva, esta vez de admisión, también con los datos de la tabla. Las tres levas restantes de cada tipo son las primeras giradas progresivamente 45º. Con respecto al modelado de la rueda dentada helicoidal, se opera de forma idéntica al engranaje del cigüeñal. En primer lugar se crea el cilindro bruto con Sketch y la orden Pad, posteriormente dibujando en el plano horizontal la silueta del diente y dándole profundidad se tendrá el primero de ellos. Con la orden Circular Pattern se tendrán las 48 unidades. Finalmente con Chamfer se rebajarán los dientes para mejorar el contacto entre engranajes. Ilustración 50. Modelo del árbol de levas 5.1.9 Intake Manifold Éste ha sido un ejercicio de imitar la forma y proporciones mediante imágenes originales. Solo se contaba con el diámetro de las dos salida del conducto, a partir de ahí no eran conocidas las medidas generales, que han sido supuestas. Para ello se ha dibujado con Sketch la forma en bruto de la pieza y se ha extruido con Pad. Obviamente, la forma de una sección del colector es más próxima a circular que a rectangular, por lo que se recurrió a Fillet para redondear lo máximo posible los bordes, resultando una sección con la forma deseada. Luego se procedió con Sketch y Pad, añadiendo las dos salidas con las dimensiones conocidas, y la 3 2 1 1 4 3 2 4 Escape Admisión Ilustración 49. Orientación, posición y tipo de cada una de las levas 68 junta de unión con el carburador. Finalmente, como es lógico, el conducto debe ser hueco por su interior, puesto si no fuera así no sería conducto, por lo que se utilizó la orden Shell, para vaciar el interior con el espesor que se considerara oportuno. La dificultad en esta pieza fue dada por la falta de información de las dimensiones de la “T” del colector. Ilustración 51. Modelo del colector de admisión 5.1.10 Exhaust Manifold En este caso la experiencia fue similar que con el Intake Manifold, puesto que solo se conocía el diámetro de las cuatro entradas, que era el mismo que el de las salidas del colector de admisión. La forma general de la pieza, al igual que anteriormente, no se conocía con exactitud, por lo que con ayuda de imágenes se trató de darle la mayor fidelidad posible. De nuevo análogamente con el Intake Manifold, la pieza bruta se creó con Sketch y Pad, pero al ser la sección mucho más redondeada se decidió proceder con Fillet. Hecho esto, de nuevo con Sketch y Pad se crearon las entradas de aspiración y la salida a escape, con forma circular. Para vaciar el interior se usó Shell. Las dificultades encontradas también fueron idénticas a las del colector de admisión. 69 Ilustración 52. Modelo del colector de escape 5.1.11 Cam Bearings I: Front Las tres dimensiones más importantes para definir este elemento son la longitud, el diámetro interior y el exterior, todos dados por especificaciones salvo el diámetro exterior que se ha supuesto aplicando coherencia. Dicha longitud total está fijada en 49.96 mm, con diámetro interior 19 mm y exterior de 32 mm. Los detalles de contorno tienen una geometría supuesta, ya que no es crucial para el buen rendimiento de la pieza. El modelado se ha realizado con un Sketch dibujando las circunferencias, mediante la suborden Conic se ha creado el detalle longitudinal de la pieza. Con el comando Pad se ha extruido la longitud comentada, para después con Sketch y Groove hacer el detalle que rodea al apoyo. Con Hole se ha terminado haciendo el agujero, de diámetro aproximado. Ilustración 53. Modelo del rodamiento frontal del árbol de levas 70 5.1.12 Cam Bearings II: Center Al igual que el anterior apoyo, los datos encontrados eran la longitud y el diámetro interior del árbol de levas con el cual contacta. El valor de longitud, eso sí, era diferente, con 61.9 mm. El resto de detalles, salientes, bandas, etc… ha sido diseñado en función de imágenes. Su ejecución ha sido prácticamente idéntica al cojinete frontal, con la salvedad de haber usado en varias ocasiones las órdenes Chamfer y Fillet para rebajar ciertas zonas. Ilustración 54. Modelo del rodamiento central del árbol de levas 5.1.13 Crank Bearing I-II: Center-Front Debido a su geometría prácticamente idéntica se decidió modelar ambos componentes como si fueran uno solo, y a la hora de ensamblar reproducir dos copias. El diámetro interior de los dos es igual, el de los muñones del cigüeñal, pero en el caso de la longitud el primero es del orden de 1 mm mayor que la del segundo, algo prácticamente imperceptible sabiendo que la longitud total es de 50.8 mm, por lo que se decidió no construir un nuevo Part por esta diferencia. Para crear este componente, en primer lugar se dibujaron las circunferencias exterior e interior, luego la orden Pad para darle grosor. Posteriormente se operó de la misma forma con los soportes con agujeros donde se introducen los tornillos, cuyos diámetros se dedujeron debido a que no consta en especificaciones. Con Tritangent se curvaron los dos relieves y con Chamfer y Fillet se rebajaron y suavizaron las esquinas y aristas. 71 Ilustración 55. Modelo del apoyo frontal y central del cigüeñal 5.1.14 Crank Bearing III: Rear La geometría de este tercer apoyo es similar al de los dos anteriores pero con una longitud considerablemente mayor, ahora el valor es de 79.4 mm. El diámetro interior de nuevo es exactamente el de los muñones del cigüeñal. Su diseño ha demorado un tiempo muy comparable a los anteriores, tan solo el añadido de dos bandas más de refuerzo y algún achaflanado y/o redondeo adicional, utilizando los mismos comandos, por lo que las dificultades encontradas son compartidas por el trio de cojinetes. Ilustración 56. Modelo del apoyo trasero del cigüeñal 72 5.1.15 Spring El muelle era un elemento del que no se conocía nada y, de nuevo, se dedujo por proporciones, mayoritariamente la longitud de éste y su diámetro nominal. Se fijó el primer valor a 51.775 mm y el segundo a 22.85 mm, con un paso en la parte central de 3 mm, mientras que el paso en los extremos es de 1 mm. En cuestiones de modelado, en primer lugar para crear la parte central se colocó un punto de inicio de la hélice a la distancia deseada. Mediante la suborden Helix se creó la trayectoria, para posteriormente con un dibujo de circunferencia en Sketch de diámetro 0.925 mm y la orden Rib, crear el sólido. Pero es sabido que los extremos de los muelles tienen un paso inferior a la parte central, por términos de amortiguación y fatiga, por lo que se crearon dos nuevas hélices de la misma forma en los dos extremos, pero con un tercio del paso central. Ilustración 57. Modelo del muelle de las válvulas 5.2 ELEMENTOS MENORES Se definen estos componentes como aquellos que, o bien su geometría es muy sencilla, o su importancia en el funcionamiento es secundaria. Ni que decir tiene que sin estos elementos el sistema no podría funcionar, pero no son de la contundencia de los anteriores. 79 Estos engranajes triples (número 4 de la Ilustración 64) se montan en sus pines en consonancia con el volante de inercia, que gira con él, pero también es capaz de girar sobre sus propios pasadores en cualquier dirección, al mismo tiempo a medida que giran con el volante. Algo así, análogamente, como el movimiento que realiza la Tierra, la cual rota sobre su eje así como realiza una translación alrededor del sol al mismo tiempo, por lo tanto, se trata de una transmisión planetaria. Los engranajes triples tienen este nombre, no sólo porque hay 3 de ellos, sino también porque cada uno contiene tres engranajes diferenciados por distintos número de dientes o relaciones de transmisión. Ilustración 65. Carácter planetario del sistema: movimiento terrestre (arriba) [67]; movimiento de los engranajes (abajo) [68] Después en línea es el engranaje conductor o Driven Gear (número 5 de la Ilustración 64), este está montado en el eje de transmisión contra el volante, pero no "incrustado" en él, de manera que puede girar independientemente del eje, y por tanto, del movimiento del volante de inercia. En concreto está unido al tambor de freno o Brake Drum, del cual se hablara más adelante. Dicho engranaje conductor está engranado con el primer engranaje individual de los engranajes triples (véase la ilustración 66), esto es, el más cercano al volante. 80 Ilustración 66. Engranaje conducido y triples engranajes: instalados (izquierda) [6] y pieza individual (derecha) [69,70] Este conjunto se comporta como el ejemplo de sistema planetario anteriormente visto, creando el mismo efecto que tenía el volante sobre los triples engranajes, de manera que los triples engranajes rotan sobre ellos mismos, engranados con el conductor y trasladándose alrededor de éste. A continuación tenemos el tambor de marcha atrás, inverso o también llamado Reverse Drum (número 6 de la Ilustración 64). El engranaje del tambor inverso es fijo, así que lo que hace el engranaje, el tambor le sigue solidariamente. Este tambor se desliza sobre el eje de transmisión sin estar adherido a él, de manera que el engranaje engarza con la última rueda del conjunto del triple engranaje que está más alejados del volante. 81 Ilustración 67. Imagen real de un tambor inverso o marcha atrás [71] El siguiente en línea es el tambor de baja velocidad o Low Speed Drum (número 7 de la Ilustración 64). El engranaje que se observa en éste también se encuentra fijado a su tambor como ya lo hacia el Reverse Drum, y su longitud es mayor al del tambor inverso. Esto es debido a que pasa a través del centro de tambor de marcha atrás, es decir actúa como un eje en sí mismo con cabeza dentada y, por tanto, es capaz de engranar con el segundo conjunto de dientes de los triples engranajes. Ilustración 68. Tambor de baja velocidad: acoplado a los demás tambores (izquierda) [72] y pieza individual (derecha) [73] Si se continúa en la sucesión de elementos del ensamblaje, se encuentra el tambor de freno o Brake Drum (número 8 de la Ilustración 64). El tambor de freno también gira alrededor del eje de transmisión, pero no tiene dientes de engranaje. En lugar de ello, tiene una "extensión" que pasa a través tanto del tambor de baja velocidad como del tambor inverso, con un chavetero que se utiliza para bloquear el engranaje 82 conducido a ella. Esto significa que el Driven Gear gira de forma solidaria con el tambor de freno, lo que hace el segundo lo ejecuta el primero. Ilustración 69. Tambor de freno: acoplado a los demás tambores (izquierda) [74] y pieza individual (derecha) [75] Por otro lado, y entrando en la segunda fase de los elementos del sistema, el tambor de freno proporciona una "carcasa" dentro de la cual se ajustan el tambor de disco de embrague (número 1 de la Ilustración 70) y los propios discos (número 2 de la Ilustración 70). Ilustración 70. Imagen esquemática de las partes de la transmisión (II) [6] El conjunto del embrague proporciona la "ruptura" física entre la acción del motor y el eje trasero, sin él, el coche siempre se movería en cada instante que el motor estuviera en marcha y a ritmo de él. El embrague se compone de dos conjuntos de diferentes discos de acero de distintos tamaños. El conjunto más grande tiene rebajes en su circunferencia que se acoplan con los salientes del interior del tambor 83 de freno, de modo que estos discos giran solidariamente con el Brake Drum. Entre cada disco de los grandes se coloca un pequeño disco que se acopla con el tambor de disco de embrague o Disc Drum, éstos se intercalan y se basan en el aceite de motor para proporcionar lubricación y evitar el desgaste. Ilustración 71. Discos de embrague: en su posición global (izquierda) [76] y vista individual (derecha) [77] El tambor de disco de embrague está fijado al extremo del eje de transmisión y por lo tanto gira con él, al igual que los pequeños discos de embrague. Su fijación se produce mediante un perno que atraviesa ambas partes para unirlas y hacer que se muevan al unísono. Ilustración 72. Imagen real de un tambor de discos de embrague [78] El siguiente elemento en el sistema ensamblado es el anillo de empuje de embrague, esto como su descripción sugiere empuja contra los discos de embrague 84 y que a su vez es accionado por el plato conductor y sus brazos. El plato conductor o también llamado Driving Plate (número 4 de la Ilustración 70) proporciona el enlace físico entre el eje motor y el eje trasero. Se atornilla al tambor de freno y por lo tanto está conectado al engranaje conducido. También hay que destacar el muelle de embrague (número 5 de la Ilustración 70), que es el resorte que proporciona la presión, y que se "magnifica" por la acción de palanca de los brazos de embrague del Driving Plate, comprimiendo los discos de embrague cuando es necesario mediante el paso de presión a través del anillo de empuje (número 3 de la Ilustración 70), que está unidos a los brazos del Driving Plate a través de un tornillo de sujeción. Ilustración 73. Acople final de la transmisión [79] Externamente, los controles de la transmisión son tres pedales, uno para el tambor de baja velocidad (y de alta velocidad / control de embrague), otro para el tambor de marcha atrás, y un último para el tambor de freno. Además, por supuesto, de la palanca del freno de emergencia. La combinación pedal-palanca que el piloto decida manejar tendrá un efecto u otro en el muelle del embrague, permitiendo o evitando que éste empuje a los discos de embrague. Cada pedal, al pisarlo, actúa sobre su tambor correspondiente, debido a una conexión en forma de abrazadera sobre el exterior del tambor, que lo pinza. Todas las combinaciones serán estudiadas posteriormente. Antes de proceder, sin embargo, es importante señalar que el pedal de velocidad baja/alta también actúa para desacoplar la presión del muelle de embrague (al igual que la palanca de freno de mano) cuando se mantiene en la posición "neutral". [6] 85 Ilustración 74. Imagen descriptiva de las conexiones exteriores de la transmisión [80] 86 6.2 Explicación del funcionamiento de la transmisión Para entender correctamente el movimiento del sistema es determinante conocer estas reglas simples:  Cada uno de los engranajes triples hace exactamente lo mismo que el otro.  El engranaje conductor y, por lo tanto, el tambor de freno siempre actúan en sintonía a lo que el coche está haciendo, ya sea el coche parado, en marcha hacia delante o hacia atrás.  El embrague sólo se utiliza en toma directa (alta velocidad).  Los engranajes triples sólo se utilizan para conducir en marcha baja y marcha atrás.  El tambor de baja velocidad y el de marcha atrás giran a menos que se pincen con las mordazas o bandas. Con el motor en marcha y el coche todavía quieto ocurre lo siguiente: El coche está parado, lo que significa que el plato conductor o Driving Plate está parado porque se fija permanentemente al eje de transmisión y el eje trasero. La razón por la que el motor puede seguir funcionando se debe a que el sistema sigue las siguientes premisas:  Eje de transmisión, plato conductor, tambor de freno, discos hexagonales de embrague y el engranaje conductor son todos estacionarios. Esto es debido a que el engranaje conductor gira libremente en el eje de transmisión, ya que todos ellos están unidos entre sí.  Volante de inercia, árbol de transmisión, tambor disco de embrague y los discos circulares de embrague giran todos, ya sea debido a la palanca del freno de emergencia o a que el conductor (a través del pedal de baja velocidad) presiona el muelle de embrague o Clutch Spring contra los discos, permitiendo que los grandes pasen a ser estacionarios y los pequeños comiencen a girar en sintonía con el tambor de disco de embrague.  Todos los tambores pueden, y hasta cierto punto podrán, girar cuando el coche está en punto muerto, a menos que las bandas los presionen al tener un pedal accionado. [6] En la siguiente animación, los engranajes que se adjuntan a los tambores se muestran sólo como un ejemplo del número de dientes de engranaje, la acción y la dirección de rotación cuando se selecciona una marcha. 87 6.2.1 Baja velocidad Cuando el conductor desea arrancar y moverse hacia delante, el freno de emergencia se libera hasta la mitad, para permitir que las ruedas traseras giren, además de evitar que el muelle de embrague empuje los discos de freno. El conductor aprieta y mantiene el pedal de marcha baja hasta el fondo, mientras modifica la velocidad del motor para compensar. Al apretar este pedal acciona la abrazadera que pinza el tambor de baja velocidad. Debido a que existe una diferencia entre los números de dientes entre el engranaje de baja velocidad y los engranajes triples, éstos últimos giran sobre su eje a una velocidad más lenta de la que lleva el volante de inercia, y a su vez, el engranaje conducido es forzado a girar en la misma dirección que el volante, y también a un ritmo más lento. Es necesario recordar que el engranaje conducido se bloquea mediante una chaveta con el tambor de freno y, por lo tanto, éste tambor actúa de la misma manera que lo hace el engranaje, forzando al eje de la transmisión a girar a un ritmo más lento. [6] Ilustración 75. Movimiento de los engranajes y posición de los pedales a baja velocidad [6] 88 6.2.2 Alta velocidad Cuando el conductor desea engranar una marcha larga (accionamiento directo), la palanca del freno de emergencia debe ser liberada completamente hacia adelante, mientras que el pedal de baja velocidad es, o bien presionado a la mitad, o totalmente presionado engranando el tambor de baja velocidad, de modo que ya no impide que el muelle del embrague comprima la discos de embrague. A medida que la velocidad del coche aumenta, ya está preparado para cambiar a marcha alta. El conductor disminuye momentáneamente las revoluciones del motor y libera simultáneamente el pedal de marcha baja, eliminando también la presión, por lo tanto, del muelle del embrague. Esto permite que el muelle de embrague aplique la presión completa a los discos de embrague. Es importante recordar que los discos pequeños se fijan directamente al tambor de disco de embrague y, por tanto, al eje del volante y al propio volante, y por otro lado, los discos grandes están fijados al tambor de freno y, por tanto, al plato conductor. Por lo que la acción de comprimir los dos discos, proporciona un enlace directo de la siguiente manera: El movimiento se transmite del volante a su eje, luego al tambor de disco de embrague, estos a los discos pequeños de embrague y posteriormente a los discos grandes de embrague. Finalmente éstos al tambor de freno, al plato conductor, y finalmente al eje de transmisión que va unido al eje trasero. [6] Ilustración 76. Movimiento de los engranajes y posición de los pedales a alta velocidad [6] 95 7.1.4 Triple gear Esta triple rueda dentada ha seguido las mismas pautas que en el anterior sólido. La rueda de mayor envergadura, Low triple gear, dispone de 33 dientes, por 24 de la Reverse triple gear y 27 dientes de la Driven triple gear. Como sabemos esta última ha de ir engranada con la primera pieza comentada. Procediendo de la misma forma que en el ejemplo anterior pero por triplicado, obtenemos este sólido. Ilustración 83. Modelo del engranaje triple 7.1.5 Reverse Drum A pesar de que solo se contaba con varios datos sobre este elemento, como el diámetro exterior del tambor (190 mm), el número de dientes que es 30 y su radio que es de 30 mm, se supo obtener de una manera muy fiel el resto de datos, ya que los ya sabidos se trataban de los cruciales que influían más directamente al funcionamiento del conjunto. Para la realización se usaron las órdenes Sketch, Pad y Circular Pattern para agujeros, Pocket para obtener la forma deseada del tambor y algún redondeo con Fillet. 96 Ilustración 84. Modelo del tambor inverso 7.1.6 Low Speed Drum Su geometría es similar a la del Reverse Drum, con la salvedad de que el número de dientes de la rueda dentada pasa a ser 21 mm, con la consiguiente disminución de radio con respecto al ejemplo anterior. Los comandos usados y la forma de proceder son idénticos. Ilustración 85. Modelo del tambor de baja velocidad 97 7.1.7 Brake Drum Este sólido trajo un poco más de cabeza, debido a la complejidad de ciertas geometrías, las cuales no quedaban claras sus dimensiones o simplemente su utilidad. En esta ocasión se trata de un eje de 40 mm de diámetro externo, 33 mm de diámetro interno y 100 mm de longitud, en lugar de rueda dentada como aparecía en los demás tambores. El diámetro y profundidad del tambor es idéntico a los dos solidos anteriores, pero la parte posterior requería de más trabajo ya que iba a servir como alojo para los “Clutch dics” que se comentará a continuación, y como elemento de unión para el “Driving plate” que también será estudiado a posteriori. El proceso de modelado consistió en varios Sketch, Pad y Pocket para conformar la pieza en bruto, y después se le fue dando forma con algunos Fillet y Chamfer, así como Circular Pattern para los agujeros o los agarres que sobresalen por el tambor. Ilustración 86. Modelo del tambor de freno (I): vista superior 98 Ilustración 87. Modelo del tambor de freno (II): vista inferior 7.1.8 Disc Drum Fue comentado anteriormente, y cuya única restricción geométrica era de poder apoyarse de manera perfectamente plana sobre la parte posterior del Brake Drum, así como tener las hendiduras de suficiente profundidad para que los dientes de los Clutch Discs entrarán y pudieran agarrarse a él de forma óptima. Para ello dotamos de un diámetro exterior de 108 mm y diámetro interior de 100 mm, con unas hendiduras de profundidad 4.7 mm por 5 mm de los dientes del Clutch Dics, por lo que entra casi en su totalidad, dejando 0.3 mm de espacio entre ambos elementos para el paso del aceite y lubricante. Como si de los anteriores tambores se tratase, se procede de manera idéntica, mediante Sketch, Pad y Pocket, para obtener la forma deseada y posteriormente un Circular Pattern para completar el número de hendiduras, huecos y agujeros laterales en toda el área. 99 Ilustración 88. Modelo del tambor de disco de embrague 7.1.9 Clutch Discs I: Small Disc Su geometría es muy sencilla y solo consta de un Sketch de una circunferencia de radio exterior 155 mm y radio interior 120 mm, el cual se hace protusión de tan solo 1 mm para crear la forma general y posteriormente mediante un nuevo dibujo le añadimos los salientes, multiplicando con la orden Circular Pattern. Cabe decir que estas medidas no son estrictas, ya que ese dato no era conocido, pero gracias a las proporciones de la parte posterior del Brake Drum y del Disc Drum (el cuál se comentará luego), se pudo modelar de forma fiable. Ilustración 89. Modelo del disco de embrague pequeño 100 7.1.10 Clutch Discs II: Large Dics Como su propio nombre indica, estos discos son más grandes que los anteriores, puesto que van ajustados a una superficie de mayor diámetro. Dicho esto, lo que es idéntico es la sencillez de su geometría y la facilidad de modelado. Un hexágono de lado 66 mm con muescas de 17,672 mm de longitud y 6.771 mm de ancho. El diámetro exterior que circunscribe al hexágono es de 170 mm, mientras que el diámetro interior es de 125 mm. En primer lugar se ha ejecutado el comando Sketch para dibujar un hexágono con la circunferencia interior, luego un Pad le ha dado un espesor de 1 mm, y finalmente mediante Sketch se ha creado la muesca, que con Pocket se eliminaría el material y con Circular Pattern se ha copiado en seis ocasiones, una por cada vértice. Ilustración 90. Modelo del plato conductor 7.1.11 Driving Plate De este elemento solo se disponía el diámetro exterior de 190 mm y la restricción de que los agujeros debían conectarse con los análogos de la parte posterior del Brake Drum, cuyos centros se situaban en una circunferencia de diámetro 172 mm. El eje que se encuentra en este sólido ha sido dotado de un diámetro de 33 mm y una longitud de 100 mm. La manera de procesar ha sido, a diferencia de los tambores, los cuales realizábamos extrusiones y luego vaciábamos, mediante un Sketch en el plano 101 vertical y posteriormente una extrusión de revolución Shaft, obteniendo la silueta deseada. Los tres huecos centrales han sido realizados mediante Sketch y Pocket, en cambio los agujeros exteriores de diámetro 7.843 mm mediante Hole y un avellanado cilíndrico de altura 2 mm, eso sí ambos reproducidos con la orden Circular Pattern. Por últimos se han usado las órdenes Fillet para redondear y Tritangent para darle forma a los soportes. Ilustración 91. Modelo del plato conductor 7.1.12 Driving Plate Arm El plato conductor expuesto anteriormente posee tres brazos, localizados a 60º entre cada una de los dobles elementos de fijación y unidos a ellos por un cilindro que entra en ambos agujeros. Se partía de la idea de que este componente debía tener unos 80 mm ya que debía ir desde el lugar mencionado antes, donde pivota, hasta la base del eje, pero sin tocar con él. La forma ha sido imitada a vista de imágenes reales, manteniendo las proporciones y con el diámetro el cilindro de 6 mm, que es el mismo valor que el diámetro de los agujeros de las sujeciones. Mediante un Sketch en el plano vertical con la silueta y posterior Pad se ha creado la pieza, posteriormente el cilindro de pivote y finalmente con Fillet se ha curvado toda arista para dar una sensación más atractiva y más fiel a la realidad. 102 Ilustración 92. Modelo del brazo del plato conductor 7.1.13 Clutch Push Ring Este elemento de sujeción de los discos de embrague ha sido modelado de manera aproximada, siguiendo la idea de que su diámetro exterior e interior debe encontrarse en contacto con la cara del disco de embrague, además de que sus tres pines fueran suficientemente largos como para sobresalir por sus correspondientes agujeros en el plato conductor. Mediante un Sketch se ha realizado la silueta de la pieza, y mediante Shaft se ha revolucionado. Con un nuevo Sketch y gracias a Pad se han creado los tres pines, mientras que con Chamfer se ha rebajado el borde exterior. Ilustración 93. Modelo del anillo de embrague 103 7.1.14 Clutch Shift Debido a la falta de datos con respecto a este elemento, se decidió seguir las proporciones de imágenes reales, manteniendo que el disco inferior sea más pequeño que el intermedio, y este a su vez que el superior. La altura total de la pieza es de 25 mm, con 33.2 mm de diámetro interior, y 38.175 mm de diámetro exterior. El disco inferior posee 52 mm de diámetro exterior, 58 mm el intermedio y 64 mm el superior. Para ello, al ser una geometría de revolución, mediante un Sketch y luego con la orden Shaft, se ha creado la pieza completa, rebajando algún borde con Chamfer. Ilustración 94. Modelo del collar de desplazamiento 7.1.15 Clutch Spring Las dimensiones de las que se ha dotado al muelle del embrague son de 34 mm de altura total, y 40 mm de ancho nominal. Cabe destacar que la pieza real tiene la sección de la espira de forma rectangular, pero se decidió crearla con forma circular, ya que no daba algunos problemas que si daba la sección rectangular, además de que, técnicamente, cumplirían de igual manera la función para la que están diseñados. Como ya se operara en el muelle de las válvulas, mediante el módulo WIREFRAME & SURFACE DESIGN se creó la trayectoria de le hélice, dándole la forma a la espira con la orden Rib del PART DESIGN. 104 Ilustración 95. Modelo del muelle de embrague 7.1.16 Clutch Spring Support Este elemento se ha creado con semejanza a la realidad, sin llegar a entrar en detalles dimensionales debido a que no es un elemento crucial para el funcionamiento del sistema. El diámetro interior tiene un valor de 33.6 mm mientras que el exterior es de 36 mm. Su altura total alcanza los 20.5 mm. Su modelado ha sido muy sencillo, creando la forma bruta mediante Sketch, y girando la silueta con la orden Shaft. Finalmente mediante Pocket se han realizado los dos agujeros que unen esta pieza al eje del plato conductor. Ilustración 96. Modelo del soporte del muelle de embrague 111 112 8 ENSAMBLADO A continuación, y con todas las piezas necesarias modeladas, es necesario unirlas en una sola creando el conjunto completo que significará el resultado final. Para ello, se ha recurrido al módulo de ensamblado de CATIA que se accede mediante: MECHANICAL DESIGN  ASSEMBLY DESIGN, o lo que es lo mismo crear un Part general, aquí denominado Product que en englobe todos los elementos. Respecto a su uso, hay que destacar que es muy intuitivo, y con solo algunos botones se podrán crear conjuntos de gran dificultad y visualmente atractivos, siempre teniendo claras las restricciones a imponer en el sistema, así como que encaje a la perfección, como si de un puzle se tratase. Todo lo que no sea lo anterior, significaría rehacer o modificar los Part individuales. Ilustración 103. Módulos de la herramienta Mechanical Design de CATIA La metodología a seguir es muy sencilla, en primer lugar es necesario añadir piezas a la zona de trabajo para operar con ellas. Para esto, es posible emplear dos maneras: en primer lugar hacer Click sobre la pestaña Product del árbol de operaciones, posteriormente en Components y seleccionar Existing Component. Como segunda vía, es posible pulsar sobre el icono de Existing Component que se encuentra de forma predeterminada en el lateral y posteriormente pulsar en la pestaña Product del árbol de operaciones. 113 Ilustración 104. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly Para el ensamblado del conjunto ha sido necesario imponer todas las restricciones comentadas anteriormente, y su ejecución dependía de la habilidad de uso de los siguientes sub-módulos: CONSTRAINTS 1. Coincidence Constraint: Herramienta muy importante ya que es un conjunto con muchos taladros y piezas como engranajes que hacían que se estuviera constantemente recurriendo a este módulo. Sirve para hacer coincidir dos ejes, ya sea eje pieza-pieza, eje pieza-taladro, etc… 2. Contact Constraint: De nuevo su uso ha sido abundante, ya que, como es obvio, todas las piezas deben ir perfectamente unidas unas a otras por alguna de sus caras o por algún elemento de unión. Como se ha descrito, se usa para poner en contacto dos elementos. 3. Offset Constraint: Menos usado que las anteriores pero de gran utilidad. No siempre es necesario que dos piezas estén completamente unidas, sino que conviene que queden holgadas en un cierto valor, para ello se utiliza esta herramienta, que dista dos elementos la distancia que se solicite. Ejemplo: los engranajes triples se encuentran a una distancia determinada del volante de inercia, no en contacto para evitar roces. Ilustración 105. Barra de Constraints del módulo Assembly 1 2 3 4 5 114 4. Angle Constraint: Muy poco usado, para ajustar ciertas piezas con mayor exactitud con restricciones de tipo perpendicularidad. Se usa para dar cierto ángulo entre los ejes o caras de dos piezas. 5. Reuse Pattern: Su uso también ha sido intenso, debido a la gran cantidad de piezas repetidas que se encuentran en el conjunto, como pistones, bielas, rodamientos, tornillos, muelles, etc… MOVE Manipulation: Es utilizado para mover en cualquier dirección espacial a la pieza y girarla con respecto a cualquier eje, esto hace que se pueda tener control total sobre el sólido. Se ha recurrido mucho a esta herramienta para posicionar correctamente el Part antes de añadirle las restricciones. ENSAMBLADO FINAL Ilustración 107. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly Ilustración 106. Barra de Move del módulo Assembly 115 ENSAMBLADO INTERIOR DEL MOTOR Ilustración 108. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly Ilustración 109. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly 116 ENSAMBLADO TRANSMISIÓN Ilustración 110. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly Ilustración 111. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly 117 ENSAMBLADO INTERIOR DEL CONJUNTO Ilustración 112. Opciones para añadir piezas al módulo Assembly 118 119 9 RENDERIZADO 9.1 SOFTWARE KEYSHOT 6 9.1.1 Descripción, elección y desarrollo KeyShot es un programa independiente de renderizado y simulación de datos en 3D creado por la empresa Luxion y cuyo objetivo fue eliminar la complejidad de renderizado de imágenes realistas. Es utilizado por diseñadores, ingenieros y profesionales de todo el mundo para la generación de imágenes realistas de forma rápida y fácil, así como para la animación de modelos en 3D. Como características más esenciales que han motivado al alumno a seleccionar este software son: la rapidez y la sencillez. En primer lugar, uno de los puntos fuertes es el hecho de que cualquier cambio realizado en el programa, el sistema reaccionará instantáneamente para dar el resultado en tiempo real, esto da al ingeniero mucho tiempo de pruebas y de ajuste. Por otro lado, un usuario básico podrá utilizar gran parte de su potencia interviniendo solo en algunos parámetros, por lo que reduce el tiempo de adaptación. Cabe decir que KeyShot cuenta con el único motor de renderizado certificado por el CIE (International Commission on Illumination). Gracias al uso de materiales científicamente testados y a la iluminación del mundo real, KeyShot es capaz de proporcionar las imágenes más precisas en pocos segundos. Cuando se combina una imagen 3D con una fotografía, se pueden crear resultados aún más sorprendentes. [10] Ilustración 113. Logotipo de KeyShot [81] 120 9.1.2 ¿Cómo funciona? Existen 5 pasos básicos: Paso 1: Importación de los datos desde diferentes plataformas y con los formatos más populares del mercado como aparece en el siguiente apartado. Paso 2: Asignación de materiales. Entre más de 700 materiales disponibles, se selecciona el deseado y se arrastra al sólido para darle ese aspecto. Este punto estará ampliamente desarrollado posteriormente. Paso 3: Seleccionar la iluminación. Se selecciona una imagen de fondo (HDRI), con ello se percibirán los efectos de la luz natural sobre los materiales, los colores y el acabado. Paso 4: Ajustar la cámara. El usuario puede cambiar el marco de la escena así como el ángulo, la distancia y el giro. Se puede controlar la perspectiva, la distancia focal y la profundidad de campo que se le quiera dar a la imagen. Paso 5: Ajustar el fondo. Dar los últimos retoques a la imagen para cuadrarla y obtener las condiciones ideales para el render. [10] 9.1.3 Formatos Soportados  3ds Max 2016 y anteriores (via plugin)  ALIAS 2016 y anteriores  AutoCAD (DWG/DXF)  CATIA v5/6  Cinema 4D R16 y posteriores  PTC Creo 3.0 y anteriores  Inventor 2016 y anteriores  Maya 2016 y anteriores  NX 10 y anteriores Ilustración 114. Ejemplos de la potencia del software de Luxion [82] 127 Ilustración 127. Comparativa entre el modelo del cojinete frontal del árbol de levas y la pieza real [95] Ilustración 128. Comparativa entre el modelo del cojinete de bancada central y frontal y la pieza real [96] Ilustración 129. Comparativa entre el modelo del cojinete de bancada trasero y la pieza real [97] 128 Ilustración 130. Comparativa entre el modelo del alzaválvulas y la pieza real [98] 9.2.2 Piezas de la transmisión Al igual que ocurriera con las piezas del motor, en esta ocasión se ha comparado únicamente las piezas principales, sin entrar en las menores, aunque sí los elementos ajenos, que son bobinas del magneto y cubierta de la transmisión, ya que se ha considerado que son visualmente atractivas. Ilustración 131. Comparativa entre el modelo del engranaje conducido y la pieza real [70] 129 Ilustración 132. Comparativa entre el modelo del engranaje triple y la pieza real [99] Ilustración 133. Comparativa entre el modelo del tambor inverso y la pieza real [71] Ilustración 134. Comparativa entre el modelo del tambor de baja velocidad y la pieza real [100] 130 Ilustración 135. Comparativa entre el modelo del tambor de freno y la pieza real [75] Ilustración 136. Comparativa entre el modelo del plato conductor y la pieza real [101] Ilustración 137. Comparativa entre el modelo del tambor de discos y la pieza real [78] 131 Ilustración 138. Comparativa entre el modelo del volante de inercia I: vista frontal [102] Ilustración 139. Comparativa entre el modelo del volante de inercia I: vista frontal [68] Ilustración 140. Comparativa entre el modelo del eje del volante y la pieza real [103] 132 Ilustración 141. Comparativa entre el modelo de los cojinetes y las piezas reales [104] Ilustración 142. Comparativa entre el modelo de la bobina del magneto y la pieza real [105] 133 Ilustración 143. Comparativa entre el modelo de la cubierta de la transmisión y la pieza real [106] 9.3 RENDERIZADO FINAL 9.3.1 Renderizado exterior Ilustración 144. Renderizado del exterior del conjunto 134 9.3.2 Renderizado del interior del motor Ilustración 145. Renderizado del interior del motor I: Vista superior Ilustración 146. Renderizado del interior del motor II: Vista inferior 135 9.3.3 Renderizado de la transmisión Ilustración 147. Renderizado de la transmisión 9.3.4 Renderizado del interior del conjunto Ilustración 148. Renderizado del interior del conjunto 136 143 68 Modelt.org. http://modelt.org/discus/messages/2/32776.html?1313176657 69 Midcansusp. Usuario de Ebay. http://www.ebay.com/itm/Conjunto-de-3-19091927-Ford-Modelo-T-TRANSMISIoN-triple-engranajes-Bujes- /272203171734?_ul=BO 70 Synders Antique Auto. http://www.snydersantiqueauto.com/driven-gear 71 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtransmission-reverse-drum-new-no-core-required.html 72 Modeltcentral. http://www.modeltcentral.com/Model-T-Ford-TransmissionSpecifications.html 73 Modelt96. Usuario de Ebay. http://www.ebay.com/itm/Model-T-FordTransmission-Slow-Speed-Drum-/401037079928?hash=item5d5fac3578:g:- AIAAOSwwE5WYc35&vxp=mtr 74 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/118802/158731.html 75 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtransmission-brake-drum-new-drum-installed-on-your-good-shaft.html 76 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtransmission-clutch-disc-set-25-pieces-small-and-large.html 77 Modelt.org. http://modelt.org/discus/messages/2/2719.html?1236261836 78 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/411944/422288.html?1392217331 79 Hemmings Daily. https://blog.hemmings.com/index.php/2013/02/13/everydayt-transmission-troubles/ 80 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/331880/359310.html?1367709603 81 West, Mathiew. Blog. http://blogs.solidworks.com/solidworksblog/2013/01/solidworks-world-2013partner-profile-luxion.html 144 82 Zbrushcentral. Todas las imagenes de la ilustración han sido obtenidas de esta web. http://www.zbrushcentral.com 83 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/80257/82606.html?1235820828 84 Arcar. https://www.arcar.org/ 85 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/179374/247234.html?1321562230 86 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/29/50120.html?1205329343 87 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordvalve-standard-size-312-stem-stainless-steel.html 88 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordaluminum-piston-set-pins-included-choose-your-size.html 89 Strongclassics. https://strongclassics.com/1908-1927-ford-model-tconnecting-rod-a11439.html 90 Modeltford. https://www.modeltford.com/item/3030CB.aspx 91 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordcamshaft-new-250-grind-short-front-bearing-journal.html 92 Zingallngpastels. Usuario de Ebay. http://www.ebay.com/itm/MODEL-TFORD-CAST-IRON-CARBURETOR-INTAKE-MANIFOLD-1914-1927- /282125624753 93 Dollloft. Usuario de Ebay. http://www.ebay.com/itm/Ford-Model-T-ExhaustManifold-marked-Ford-in-script- /322258953673?hash=item4b082165c9:g:pTYAAOSwvg9XcvMp&vxp=mtr 94 Snydersantiqueauto. http://www.snydersantiqueauto.com/center-cam-bearing 95 Snydersantiqueauto. http://www.snydersantiqueauto.com/front-cam-bearing 96 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordcrankshaft-front-bearing-cap-rebabbitted-1-15-16-long.html 145 97 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordcrankshaft-rear-bearing-cap-rebabbitted-3-1-8-long.html 98 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtappet-original-type-1-64-015-oversize-452-not-adjustable.html 99 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/transmissiontriple-gear-used-1909-1927-model-t-each.html 100 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtransmission-slow-speed-drum-new-drum-installed-on-your-good-gear.html 1 101 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/506218/559279.html?1438354923 102 Modeltcentral. http://www.modeltcentral.com/model-t-ford-brokencrankshaft2.html 103 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtransmission-gear-shaft-forged-usa-made.html 104 Macsautoparts. http://www.macsautoparts.com/ford_model_t/model-t-fordtransmission-bushing-set-8-pieces-bronze-grooved.html 105 MTFCA. http://www.mtfca.com/discus/messages/411944/502884.html?1419027637 106 Snydersantiqueauto. http://www.snydersantiqueauto.com/transmission-door