Modelado, diseño y recreación virtual, mediante el software Catia V5, del Benz Patent-Motorwagen

i Trabajo Fin de Máster Máster en Ingeniería Industrial Modelado, diseño y recreación virtual, mediante el software Catia V5, del Benz Patent-Motorwagen Autor: Ismael Martínez Sevilla Tutor: Francisco Salmerón Medina Cotutor: Francisco Lucas García Dpto. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 ii iii Trabajo Fin de Máster Máster en Ingeniería Industrial Modelado, diseño y recreación virtual, mediante el software CATIA V5, del Benz Patent-Motorwagen Autor: Ismael Martínez Sevilla Tutor: Francisco Salmerón Medina Profesor titular: Francisco Lucas García Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 iv v Trabajo Fin de Máster: Modelado, diseño y recreación virtual, mediante el software CATIA V5, del Benz Patent-Motorwagen Autor: Ismael Martínez Sevilla Tutor: Cotutor: Francisco Salmerón Medina Francisco Lucas García El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Fecha: Sevilla, 2024 vi vii Agradecimientos En primer lugar, quiero expresar mi gratitud a mis tutores por su trabajo, apoyo y confianza en mí. Gracias a los demás profesores del máster, quienes han contribuido con su formación hasta llegar a este punto. A mis compañeros de clase, les agradezco su ayuda, respaldo moral y compartir conmigo este camino académico. Su opinión y crítica constructiva han sido extremadamente útiles. Nada de esto hubiera sido posible sin el apoyo, la comprensión, la paciencia y la fe de mi familia y amigos. Finalmente, también me gustaría acordarme aquellos que ya no están presentes, pero que nos acompañan en el recuerdo, dondequiera que estén. Ismael Martínez Sevilla Máster en Ingeniería Industrial Sevilla, 2024 viii ix Resumen El presente trabajo de fin de máster emplea el software CATIA V5 para modelar, diseñar y recrear virtualmente el primer vehículo a motor de la historia, el Benz Patent-Motorwagen. La investigación histórica y técnica de Benz Patent-Motorwagne, el modelado tridimensional en CATIA V5, la simulación y la elaboración de documentación técnica detallada son todos los componentes del proyecto. El enfoque principal reside en la autenticidad y precisión del diseño, con el objetivo de proporcionar una representación precisa de dicho vehículo. El trabajo está organizado en secciones que incluyen la introducción, el estado del arte y las herramientas del software CATIA V5, así como el diseño, la simulación y las conclusiones. xvi ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Karl Benz y su Benz Patent-Motorwagen 3 Ilustración 2. Representación detallada del Benz Patent-Motorwagen 4 Ilustración 3. Diagrama técnico del Benz Patent-Motorwagen 6 Ilustración 4. Bertha Benz montada en el Benz Patent-Motorwagen 6 Ilustración 5. Ruta de Bertha Benz 7 Ilustración 6. Primer vehículo a motor de la historia 9 Ilustración 7. Evolución en la industria automotriz 9 Ilustración 8. Fotografía histórica de la línea de montaje del Ford Modelo T 10 Ilustración 9. Automóvil moderno con sistemas de seguridad avanzados 10 Ilustración 10. Fotografía de un vehículo autónomo en operación 11 Ilustración 11. Coche eléctrico recargándose 12 Ilustración 12. Futuro de la movilidad y del transporte 13 Ilustración 13. Herramientas empleadas en el modelado 16 Ilustración 14. Comandos del Reference Elements 17 Ilustración 15. Comandos del Transformation Features 17 Ilustración 16. Comandos del Sketch-Based Features 18 Ilustración 17. Comandos del Dress-Up Features 18 Ilustración 18. Comandos del Analysis 19 Ilustración 19. Comandos del Annotations 19 Ilustración 20. Comandos del Contraints 20 Ilustración 21. Comando Dynamic Sectioning 20 Ilustración 22. Comando Measure 20 Ilustración 23. Comando Render 21 Ilustración 24. Comando Select 21 Ilustración 25. Comandos del Tools 21 Ilustración 26. Comandos del View 22 Ilustración 27. Comandos del Standard 22 Ilustración 28. Comandos del Apply Material 23 Ilustración 29. Esqueleto principal del chasis 26 Ilustración 30. Enganche delantero para horquilla 26 Ilustración 31. Estructura Soporte Sillón 27 Ilustración 32. Chasis con estructuras soporte sillón 27 Ilustración 33. Soporte tabla rueda de arranque 28 Ilustración 34. Chasis con soportes rueda de arranque 28 Ilustración 35. Modelado del estribo 29 Ilustración 36. Estribo unido al chasis del vehículo 29 xvii Ilustración 37. Parte delantera del chasis 30 Ilustración 38. Chasis con soportes delanteros 30 Ilustración 39. Límite para freno de mano 31 Ilustración 40. Soporte carburador 31 Ilustración 41. Chasis completo 1 32 Ilustración 42. Chasis completo 2 32 Ilustración 43. Soporte madera piernas 34 Ilustración 44. Soporte colocado sobre el chasis 34 Ilustración 45. Tornillos y tuercas métrica 12 mm 35 Ilustración 46. Unión soporte/chasis con tornillos y tuercas 35 Ilustración 47. Cubierta de madera para piernas 36 Ilustración 48. Cubierta de madera sobre chasis-1 36 Ilustración 49. Cubierta de madera sobre chasis-2 37 Ilustración 50. Unión cubierta de madera para piernas/soporte chasis 38 Ilustración 51. Madera base para los pies 39 Ilustración 52. Ensamblaje Madera base para los pies/ resto del chasis – 1 40 Ilustración 53. Ensamblaje Madera base para los pies/ resto del chasis – 2 40 Ilustración 54. Modelado tornillo métrica 12 mm - 1 41 Ilustración 55. Modelado tornillo métrica 12 mm - 2 42 Ilustración 56. Modelado tornillo métrica 12 mm – 3 42 Ilustración 57. Modelado tuerca métrica 12 mm - 1 43 Ilustración 58. Modelado tuerca métrica 12 mm - 2 43 Ilustración 59. Modelado tuerca métrica 12 mm – 3 44 Ilustración 60. Diseño matrícula del primer Benz Patent-Motorwagen 45 Ilustración 61. Ensamblado de la matrícula al vehículo - 1 46 Ilustración 62. Ensamblado de la matrícula al vehículo – 2 46 Ilustración 63. Modelado amortiguador fase 1 47 Ilustración 64. Modelado amortiguador fase 2 47 Ilustración 65. Modelado amortiguador fase 3 48 Ilustración 66. Barra rectangular de acero 48 Ilustración 67. Ensamblaje barra acero/amortiguadores 49 Ilustración 68. Ensamblaje barra acero/amortiguadores al chasis 49 Ilustración 69. Modelado abrazadera metálica para amortiguadores 50 Ilustración 70. Ensamblaje de la abrazadera al conjunto anterior 50 Ilustración 71. Modelado tornillo y tuerca para amortiguadores 51 Ilustración 72. Ensamblaje total amortiguador 51 Ilustración 73. Ensamblaje global de los amortiguadores al chasis 52 Ilustración 74. Geometría del muelle del asiento 53 Ilustración 75. Modelados muelles para asiento 53 xviii Ilustración 76. Ensamblados muelles al chasis - 1 54 Ilustración 77. Ensamblados muelles al chasis – 2 54 Ilustración 78. Modelado de llanta y eje delantero 55 Ilustración 79. Radios de la rueda delantera 56 Ilustración 80. Ensamblaje de los radios a la llanta delantera 56 Ilustración 81. Llanta delantera con todos sus radios 57 Ilustración 82. Cubierta rueda delantera 57 Ilustración 83. Rueda delantera 58 Ilustración 84. Llanta rueda trasera-1 59 Ilustración 85. Llanta rueda trasera-2 60 Ilustración 86. Modelado de la rueda dentada trasera 60 Ilustración 87. Vista de la llanta trasera con el piñón 61 Ilustración 88. Modelado cubierta trasera 61 Ilustración 89. Ensamblaje rueda trasera-1 62 Ilustración 90. Ensamblaje rueda trasera-2 63 Ilustración 91. Modelado tubo de dirección 64 Ilustración 92. Modelado tornillo de unión tubo de dirección/chasis 65 Ilustración 93. Ensamblado tubo dirección/chasis y unión con tornillos M12 65 Ilustración 94. Modelado de la horquilla delantera 66 Ilustración 95. Conexión horquilla/rueda delantera 67 Ilustración 96. Modelado tornillo cabeza redonda y tuerca M20 67 Ilustración 97. Ensamblado del tubo de dirección a la horquilla con unión por tornillo y tuerca M20 68 Ilustración 98. Modelado del volante completo 69 Ilustración 99. Modelado de la cabeza y de la base del volante 69 Ilustración 100. Modelado del eje de giro 70 Ilustración 101. Ensamblaje del eje de giro al volante 70 Ilustración 102. Modelado barra dentada de acero 71 Ilustración 103. Modelado tornillo de cabeza y rosca redonda 71 Ilustración 104. Ensamblado del tornillo anterior a la barra dentada de acero 72 Ilustración 105. Barra dentada de acero engranando al eje de giro del volante 72 Ilustración 106. Ensamblaje volante/tubo de dirección-1 73 Ilustración 107. Ensamblaje volante/tubo de dirección-2 73 Ilustración 108. Ensamblado bloques 1,2,3 y 4 -- 1 74 Ilustración 109. Ilustración 108. Ensamblado bloques 1,2,3 y 4 -- 2 75 Ilustración 110. Modelado soporte freno mano 76 Ilustración 111. Modelado del trinquete del freno de mano 77 Ilustración 112. Ensamblado del trinquete al chasis 77 Ilustración 113. Ensamblado del freno de mano al chasis 78 lustración 114. Tablón de madera sujeción sillón 79 xix Ilustración 115. Tornillos y tuercas de unión tablón de madera/chasis 79 Ilustración 116. Ensamblaje tabla soporte/chasis con unión de tornillos y tuercas 79 Ilustración 117. Modelado del chasis del sillón 80 Ilustración 118. Ensamblado del chasis del sillón a la tabla de sujeción 80 Ilustración 119. Ensamblado del reposabrazos al chasis del sillón 81 Ilustración 120. Ensamblado del respaldo al chasis del sillón 81 Ilustración 121. Modelado del asiento 81 Ilustración 122. Ensamblado total del sillón al chasis 82 Ilustración 123. Vista superior del ensamblado total del sillón 82 Ilustración 124. Ensamblado bloques 1,2,3,4,5 y 6 -- 1 83 Ilustración 125. Ensamblado bloques 1,2,3,4,5 y 6 -- 2 83 Ilustración 126. Modelado válvula de aire 84 Ilustración 127. Ensamblaje de la válvula de aire al conjunto total 84 Ilustración 128. Modelado del carburador 85 Ilustración 129. Ensamblado del carburador al chasis 85 Ilustración 130. Modelado conducto de admisión y válvula trasera 86 Ilustración 131. Ensamblado del carburador al chasis -- 1 86 Ilustración 132. Ensamblado del carburador al chasis -- 2 86 Ilustración 133. Modelado soportes tanque gasolina 87 Ilustración 134. Ensamblaje de los soportes al chasis 88 Ilustración 135. Modelado depósito gasolina 88 Ilustración 136. Ensamblado del tanque de gasolina al chasis 89 Ilustración 137. Modelado del conducto que une el tanque de gasolina con el carburador 89 Ilustración 138. Ensamblado del conjunto total del tanque de gasolina al chasis 90 Ilustración 139. Diseño de la caja de madera para guardar la batería del vehículo 91 Ilustración 140. Ensamblado de la caja de la batería al chasis del vehículo 91 Ilustración 141. Modelado de la pieza base del cilindro -- 1 92 Ilustración 142. Modelado de la pieza base del cilindro – 2 93 Ilustración 143. Modelado de la tapadera del cilindro 93 Ilustración 144. Ensamblaje tapadera izquierda/cilindro 93 Ilustración 145. Modelado tornillos y tuercas para la tapadera 94 Ilustración 146. Unión de la tapa izquierda al cilindro con 6 tornillos y 6 tuercas de M12 94 Ilustración 147. Modelado de la parte derecha del cilindro - 1 94 Ilustración 148. Modelado de la parte derecha del cilindro - 2 95 Ilustración 149. Modelado tornillos y tuercas para la parte derecha 95 Ilustración 150. Unión de la parte derecha del cilindro a la base inicial con 6 tornillos y 6 tuercas de M12 95 Ilustración 151. Modelado de la base del pistón 96 Ilustración 152. Ensamblaje de la base del pistón al cilindro 96 xx Ilustración 153. Modelado biela rotatoria 96 Ilustración 154. Ensamblaje de la biela al cigüeñal del pistón 97 Ilustración 155. Modelado soporte de engranaje cónico 97 Ilustración 156. Ensamblaje de los soportes al cilindro 97 Ilustración 157. Modelado de los tornillos de los soportes 98 Ilustración 158. Ensamblaje total del cilindro hasta el momento 98 Ilustración 159. Modelado del reservorio de aceite 98 Ilustración 160. Ensamblado reservorio de aceite al cilindro 99 Ilustración 161. Modelado del tanque refrigerante 99 Ilustración 162. Ensamblaje del tanque refrigerante al cilindro 99 Ilustración 163. Modelado bujía – 1 100 Ilustración 164. Modelado bujía – 2 100 Ilustración 165. Modelado bujía – 3 100 Ilustración 166. Unión de la bujía al cilindro por medio de 2 tornillos M12 101 Ilustración 167. Modelado Respiradero – 1 101 Ilustración 168. Modelado Respiradero – 2 101 Ilustración 169. Modelado Respiradero – 3 102 Ilustración 170. Modelado Respiradero – 4 102 Ilustración 171. Modelado Respiradero – 5 102 Ilustración 172. Modelado Respiradero – 6 103 Ilustración 173. Modelado completo del respiradero 103 Ilustración 174. Vista del modelado del conjunto del motor hasta el momento 103 Ilustración 175. Modelado del soporte del eje de levas y del cigüeñal 104 Ilustración 176. Modelado de la biela del cigüeñal 104 Ilustración 177. Modelado del cigüeñal 104 Ilustración 178. Ensamblado del cigüeñal al conjunto del motor 105 Ilustración 179. Vista completa del cigüeñal unido al resto del motor 105 Ilustración 180. Modelado de la biela del eje de levas 106 Ilustración 181. Ensamblado de la biela al conjunto del motor 106 Ilustración 182. Válvula de admisión y escape de la gasolina al cilindro 106 Ilustración 183. Modelado del eje de levas del motor 107 Ilustración 184. Vista del ensamblado del eje de levas al conjunto del motor 107 Ilustración 185. Vista completa del ensamblado del eje de levas al conjunto del motor 107 Ilustración 186. Modelado tapadera de admisión 108 Ilustración 187. Ensamblado de la tapadera al conjunto del motor 108 Ilustración 188. Unión de la tapadera a la carcasa del cilindro por medio de 4 tornillos M12 108 Ilustración 189. Ensamblado de todo el conjunto del motor al chasis por medio de 4 tornillos M12 -1 109 Ilustración 190. Ensamblado de todo el conjunto del motor al chasis por medio de 4 tornillos M12 - 2 109 Ilustración 191. Modelado tubo conductor de gasolina desde el tanque de gasolina al cilindro del motor 109 xxi Ilustración 192. Ensamblado bloques 1,2,3,4,5,6 y 7 -- 1 110 Ilustración 193. Ensamblado bloques 1,2,3,4,5,6 y 7 – 2 111 Ilustración 194. Modelado de los eslabones 112 Ilustración 195. Ensamblado eslabones 113 Ilustración 196. Modelado de las cadenas traseras 113 Ilustración 197. Modelado eje de giro delantero 114 Ilustración 198. Ensamblado del eje de giro delantero al chasis 114 Ilustración 199. Ensamblado de la cadena al eje de giro delantero 115 Ilustración 200. Modelado de la bancada por la que pasa el eje de giro trasero 115 Ilustración 201. Ensamblaje de la bancada a los amortiguadores del vehículo 116 Ilustración 202. Unión de la bancada a los amortiguadores mediante 4 tornillos de M12 116 Ilustración 203. Modelado y ensamblaje del eje de giro trasero 116 Ilustración 204. Vista de la unión del eje de giro trasero al chasis 117 Ilustración 205. Ensamblaje de todo el conjunto que forma el eje de giro trasero 117 Ilustración 206. Modelado rueda de arranque 118 Ilustración 207. Modelado cubierta rueda de arranque 118 Ilustración 208. Diseño del soporte de madera de la rueda de arranque 119 Ilustración 209. Tornillos y tuercas de unión al chasis 119 Ilustración 210. Anclaje con tornillos y tuercas al chasis 120 Ilustración 211. Ensamblado soporte rueda de arranque al chasis 120 Ilustración 212. Ensamblado rueda de arranque al chasis 121 Ilustración 213. Modelado del eje de la rueda de arranque 121 Ilustración 214. Ensamblado del eje a la rueda de arranque al motor 122 Ilustración 215. Modelado de la rueda dentada cónica motriz 122 Ilustración 216. Ensamblado de la rueda dentada cónica motriz al motor 123 Ilustración 217. Modelado rueda dentada cónica conducida 123 Ilustración 218. Ensamblado de la rueda dentada cónica conducida al motor 124 Ilustración 219. Modelado y ensamblado del eje de giro de la polea superior 124 Ilustración 220. Modelado de la abrazadera de la rueda dentada cónica motriz 124 Ilustración 221. Unión de la abrazadera al resto del motor 125 Ilustración 222. Modelado de la polea superior del vehículo 125 Ilustración 223. Ensamblado de la polea superior al conjunto del motor 126 Ilustración 224. Modelado de la polea inferior 126 Ilustración 225. Ensamblado de la polea inferior al eje de giro delantero -- 1 127 Ilustración 226. Ensamblado de la polea inferior al eje de giro delantero -- 2 127 Ilustración 227. Ensamblado de la polea inferior al chasis 127 Ilustración 228. Modelado de la correa del vehículo 128 Ilustración 229. Ensamblado de la correa a las poleas del vehículo 128 Ilustración 230. Ensamblado de la correa al conjunto del chasis y el motor --1 129 xxii Ilustración 231.Ensamblado de la correa al conjunto del chasis y el motor --2 129 Ilustración 232. Ensamblado total de los bloques 1,2,3,4,5,6,7 y 8 – 1 del Benz Patent-Motorwagen 130 Ilustración 233. Ensamblado total de los bloques 1,2,3,4,5,6,7 y 8 – 2 del Benz Patent-Motorwagen 131 Ilustración 234. Ensamblado total de los bloques 1,2,3,4,5,6,7 y 8 – 3 del Benz Patent-Motorwagen 131 Ilustración 235. Ensamblado total de los bloques 1,2,3,4,5,6,7 y 8 – 4 del Benz Patent-Motorwagen 132 Ilustración 236. Ensamblado total de los bloques 1,2,3,4,5,6,7 y 8 – 5 del Benz Patent-Motorwagen 132 Ilustración 237. Vista perfil delantero del Benz Patent-Motorwagen 133 Ilustración 238. Vista perfil trasero del Benz Patent-Motorwagen 133 Ilustración 239. Vista alzado delantero del Benz Patent-Motorwagen 134 Ilustración 240. Vista alzado trasero del Benz Patent-Motorwagen 134 Ilustración 241. Vista planta superior del Benz Patent-Motorwagen 135 Ilustración 242. Vista planta inferior del Benz Patent-Motorwagen 135 Ilustración 243. Ensamblaje de todos los componentes del motor -- 1 136 Ilustración 244. Ensamblaje de todos los componentes del motor -- 2 136 Ilustración 245. Ensamblaje de todos los componentes del motor -- 3 137 Ilustración 246. Ensamblaje de todos los componentes del motor -- 4 137 Ilustración 247. Ensamblaje de todos los componentes del motor -- 5 138 Ilustración 248. Comando “Apply Material” 139 Ilustración 249. Selección de material 140 Ilustración 250. Vista "Shading with Material" 140 Ilustración 251. Diferentes opciones de renderizado 141 Ilustración 252. Renderizado en calidad media 142 Ilustración 253. Renderizado final 1 142 Ilustración 254. Renderizado final 2 143 Ilustración 255. Renderizado final 3 143 Ilustración 256. Renderizado final 4 144 Ilustración 257. Renderizado final 5 144 Ilustración 258. Renderizado final 6 145 Ilustración 259. Render 1 146 Ilustración 260. Benz Patent-Morowagen foto 1 146 Ilustración 261. Render 2 147 Ilustración 262. Benz Patent-Morowagen foto 2 147 Ilustración 263. Render 3 148 Ilustración 264.Benz Patent-Morowagen foto 3 148 xxiii 1 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Contexto y justificación del proyecto l Benz Patent-Motorwagen, diseñado por Karl Benz en 1885 y patentado en 1886, es reconocido como el primer vehículo a motor de la historia, marcando un hito en la evolución del transporte. Este vehículo, impulsado por un motor de combustión interna de un cilindro, no solo simboliza el nacimiento de la industria automotriz, sino también una revolución tecnológica que transformó radicalmente la movilidad humana. El estudio detallado y la recreación de este icónico automóvil tienen un valor significativo tanto desde el punto de vista histórico como técnico. El uso de herramientas avanzadas de diseño asistido por computadora, como CATIA V5, permite a los ingenieros y diseñadores modernos explorar y entender con precisión la complejidad y la innovación inherente en los primeros diseños automotrices. Este proyecto no solo preserva la memoria histórica del Benz Patent- Motorwagen, sino que también proporciona una plataforma educativa para futuros ingenieros y entusiastas de la automoción. La recreación virtual de este vehículo no solo facilita un análisis técnico detallado, sino que también permite visualizar y simular su funcionamiento, ofreciendo una valiosa herramienta para la enseñanza y la investigación. En la actualidad, la digitalización y el uso de tecnologías avanzadas en la ingeniería son esenciales para la innovación y la preservación del patrimonio histórico. La recreación virtual del Benz Patent-Motorwagen a través de CATIA V5 no solo asegura una representación precisa y detallada, sino que también abre nuevas posibilidades para la enseñanza interactiva y la demostración técnica. Este proyecto, por lo tanto, se justifica por su contribución a la preservación histórica, la educación técnica y la promoción de la innovación en el diseño y la ingeniería. 1.2 Objetivos El principal objetivo de este trabajo de fin de máster es modelar, diseñar y recrear virtualmente el Benz Patent- Motorwagen utilizando el software CATIA V5. Este objetivo general se desglosa en varios objetivos específicos que abarcan diferentes aspectos del proyecto: • Investigación histórica y técnica: Realizar una investigación exhaustiva sobre la historia y los aspectos técnicos del Benz Patent-Motorwagen, incluyendo su diseño original, materiales, técnicas de construcción y funcionamiento. • Modelado tridimensional detallado: Crear un modelo tridimensional preciso del Benz Patent- Motorwagen utilizando CATIA V5, asegurando que cada componente y pieza sea fiel al diseño original. • Simulación del funcionamiento: Implementar simulaciones del Benz Patent-Motorwagen en CATIA V5 para verificar la precisión del modelo creado y analizar su comportamiento en diferentes condiciones operativas. • Elaboración de documentación técnica: Desarrollar una documentación técnica detallada que describa todo el proceso de modelado, diseño y simulación, incluyendo planos, esquemas, y descripciones técnicas. • Evaluación y análisis comparativo: Analizar los resultados obtenidos y evaluar la autenticidad y precisión del modelo virtual en comparación con el diseño original del Benz Patent-Motorwagen, discutiendo posibles mejoras y aplicaciones futuras del proyecto. E 2 2 Introducción 1.3 Metodología Este proyecto requiere de una metodología cuidadosa y estructurada para lograr resultados exitosos. A continuación, se presenta la metodología detallada que se seguirá: Definición de Objetivos y Alcance Identificar los objetivos principales y secundarios del proyecto y establecer el alcance del proyecto, incluyendo las características y detalles específicos que se planea modelar y analizar. Investigación Realizar una recopilación de información histórica y técnica sobre el Benz Patent-Motorwagen. Se consultarán fuentes bibliográficas, documentos históricos y todo tipo de información relevante que nos ayuden a visualizar, entender y comprender mejor el modelo original del vehículo. Esta investigación proporcionará la base teórica y los datos necesarios para el modelado y diseño posterior. Modelaje en CATIA V5 Utilizar el software CATIA V5 para crear modelos tridimensionales detallados de las piezas que componen el Benz Patent-Motorwagen. Este proceso implicará la definición aproximada de las dimensiones del vehículo, la creación individual de cada pieza y componente, y su ensamblaje virtual. Se prestará especial atención a la precisión y fidelidad del modelo, asegurando que sea lo más parecido posible al diseño original. Ensamblaje y Validación Ensamblar todos los componentes para crear una representación completa del vehículo. Y realizar pruebas de validación para asegurarse de que los componentes se ajusten y funcionen correctamente. Simulación en CATIA V5 Una vez creado el modelo 3D, se implementarán simulaciones en CATIA V5 para analizar el funcionamiento del vehículo. Estas simulaciones permitirán verificar la precisión del modelo y entender mejor el comportamiento del Benz Patent-Motorwagen bajo diferentes condiciones operativas. Se evaluarán aspectos como la dinámica del vehículo, el rendimiento del motor y la interacción entre los diferentes componentes. Creación de Documentación Técnica Generación de planos técnicos detallados que incluyan todas las dimensiones y especificaciones necesarias para del Benz Patent-Motorwagen, así como la creación de un informe técnico que documente el proceso de diseño y las decisiones tomadas en cada etapa. Anexos Este apartado incluirá toda la documentación adicional relevante del vehículo, así como todos los planos, esquemas y detalles técnicos en el software. 9 9 Estado del arte Ilustración 6. Primer vehículo a motor de la historia 2.3 Evolución de la industria automotriz La industria automotriz ha evolucionado significativamente desde la introducción del Benz Patent- Motorwagen. Este punto explora los hitos clave en la evolución de la industria, los avances tecnológicos que han transformado el diseño y la fabricación de automóviles, y las tendencias actuales y futuras que están moldeando el sector. Ilustración 7. Evolución en la industria automotriz 2.3.1 Primeras innovaciones y competidores de Benz Después del lanzamiento del Benz Patent-Motorwagen, otros inventores y fabricantes comenzaron a desarrollar sus propios vehículos a motor. Entre ellos, Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, quienes construyeron el primer vehículo de cuatro ruedas impulsado por un motor de gasolina en 1886. Estos primeros competidores impulsaron la innovación y la competencia, acelerando el desarrollo tecnológico en la industria. 10 10 Estado del arte 2.3.2 La era de la producción en masa El siguiente gran hito en la evolución de la industria automotriz fue la introducción de la producción en masa, liderada por Henry Ford con su Modelo T en 1908. Ford implementó la cadena de montaje en sus fábricas, lo que permitió la producción eficiente y a gran escala de automóviles a un costo reducido. Este avance hizo que los automóviles fueran accesibles a una audiencia más amplia y revolucionó la industria manufacturera en general. Ilustración 8. Fotografía histórica de la línea de montaje del Ford Modelo T 2.3.3 Innovaciones en el diseño y la tecnología A lo largo del siglo XX, la industria automotriz continuó evolucionando con la introducción de nuevas tecnologías y diseños. La incorporación de motores más potentes y eficientes, sistemas de seguridad avanzados como frenos ABS y airbags, y la integración de electrónica y software en los vehículos han transformado la experiencia de conducción y mejorado significativamente la seguridad y el rendimiento. Ilustración 9. Automóvil moderno con sistemas de seguridad avanzados 11 11 Estado del arte 2.4 La revolución digital y los vehículos inteligentes En las últimas décadas, la revolución digital ha tenido un impacto profundo en la industria automotriz. La introducción de vehículos eléctricos, híbridos y autónomos está redefiniendo el concepto de movilidad. La conectividad avanzada, los sistemas de asistencia al conductor y las tecnologías de inteligencia artificial están transformando los vehículos en plataformas inteligentes capaces de comunicarse con su entorno y proporcionar una experiencia de conducción más segura y eficiente. Ilustración 10. Fotografía de un vehículo autónomo en operación 2.4.1 Impacto social y económico de la automoción La invención del automóvil ha tenido un impacto profundo en la sociedad y la economía mundial. Este punto analiza cómo la proliferación de los vehículos a motor ha transformado las ciudades, las economías y el estilo de vida de las personas. 2.4.1.1 Transformación urbana y desarrollo de infraestructuras La masificación del automóvil ha llevado al desarrollo de infraestructuras extensivas, como carreteras, autopistas y estacionamientos, transformando el paisaje urbano. Las ciudades han sido rediseñadas para acomodar el flujo de tráfico y la movilidad personal, afectando el diseño urbano y la planificación territorial. 2.4.1.2 Crecimiento económico y generación de empleo La industria automotriz ha sido un motor significativo del crecimiento económico y la generación de empleo. Desde la fabricación y ensamblaje de vehículos hasta la venta, mantenimiento y servicios asociados, el sector automotriz ha creado millones de empleos en todo el mundo y ha contribuido al desarrollo económico de muchas naciones. 2.4.1.3 Cambio en el estilo de vida y la cultura El automóvil ha cambiado la manera en que las personas viven, trabajan y se relacionan. Ha facilitado la movilidad personal, permitiendo desplazamientos más largos y rápidos, y ha influido en la cultura popular a través de su presencia en el cine, la música y el arte. Además, ha dado lugar a subculturas y movimientos, como el automovilismo deportivo y la personalización de vehículos. 12 12 Estado del arte 2.4.1.4 Impacto ambiental y sostenibilidad Aunque el automóvil ha traído muchos beneficios, también ha generado desafíos ambientales significativos. La dependencia de los combustibles fósiles ha contribuido al cambio climático y la contaminación del aire. En respuesta, la industria está adoptando tecnologías más sostenibles, como los vehículos eléctricos y las energías renovables, para reducir su impacto ambiental. Ilustración 11. Coche eléctrico recargándose 2.5 Desafíos y perspectivas futuras en la industria automotriz Este punto explora los desafíos actuales y las perspectivas futuras de la industria automotriz, incluyendo las tendencias tecnológicas emergentes, las políticas regulatorias y las expectativas del mercado. 2.5.1 Desafíos tecnológicos y de innovación La rápida evolución tecnológica presenta desafíos para los fabricantes de automóviles, que deben mantenerse al día con las innovaciones en electrificación, automatización y conectividad. La integración de nuevas tecnologías en los vehículos y la infraestructura de soporte requiere inversiones significativas en investigación y desarrollo. 2.5.2 Políticas regulatorias y normativas Las regulaciones ambientales y de seguridad están influyendo cada vez más en el diseño y la producción de vehículos. Los fabricantes deben cumplir con estándares estrictos de emisiones y eficiencia energética, así como con normas de seguridad que protejan a los ocupantes y a otros usuarios de la vía. 2.5.3 Expectativas del mercado y comportamiento del consumidor El comportamiento del consumidor está cambiando, con una mayor demanda de vehículos sostenibles, conectados y personalizados. Los fabricantes deben adaptarse a estas expectativas y ofrecer productos que satisfagan las necesidades de un mercado cada vez más exigente y diverso. 13 13 Estado del arte 2.5.4 Futuro de la movilidad y el transporte La movilidad está experimentando una transformación significativa con el desarrollo de nuevas formas de transporte, como los servicios de movilidad compartida y los vehículos autónomos. Estas innovaciones tienen el potencial de cambiar la forma en que las personas se mueven y redefinir el concepto de propiedad del automóvil. Ilustración 12. Futuro de la movilidad y del transporte 14 3 HERRAMIENTAS DE DISEÑO: CATIA V5 3.1 Introducción al software n la historia del diseño asistido por computadora (CAD), CATIA V5 ocupa un lugar destacado. Desarrollado por Dassault Systems, este software ha sido un faro de innovación en la industria de la ingeniería y el diseño desde su lanzamiento en la década de 1990. El nombre CATIA proviene de "Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive Appliquée" en francés, que se traduce como "Diseño Asistido Tridimensional Interactivo Aplicado". CATIA V5 es una suite de software CAD y CAM (fabricación asistida por computadora) utilizado para el diseño y modelado 3D. Su principal objetivo es facilitar la creación, análisis y documentación de productos y sistemas complejos en una amplia variedad de industrias. CATIA V5 se ha convertido en una herramienta esencial para ingenieros, diseñadores y arquitectos que buscan desarrollar productos, desde automóviles y aviones hasta dispositivos electrónicos y maquinaria industrial. Entre otras, las características de CATIA V5 a destacar son: • Modelado 3D: Una de las capacidades principales de CATIA V5 es su capacidad para crear modelos 3D detallados y realistas. Esto permite a los usuarios diseñar y visualizar componentes y ensamblajes completos con precisión milimétrica. El modelado 3D en CATIA V5 es esencial para la representación virtual de productos antes de su fabricación física, facilitando la detección temprana de errores de diseño y optimizando el desarrollo del producto. • Diseño Paramétrico: El diseño paramétrico en CATIA V5 permite a los diseñadores establecer relaciones entre diferentes componentes y parámetros del modelo. Esta funcionalidad no solo agiliza el proceso de diseño, sino que también facilita la realización de cambios en cualquier etapa del ciclo de vida del producto. Los parámetros definidos pueden modificarse de manera intuitiva para adaptarse a nuevos requisitos o mejoras en el diseño, garantizando una flexibilidad óptima. • Superficies Avanzadas: CATIA V5 es ampliamente reconocido por su capacidad para crear superficies complejas y orgánicas. Esta característica es particularmente crucial en industrias como la automotriz y la aeroespacial, donde se requieren formas aerodinámicas y estilizadas para optimizar el rendimiento y la eficiencia. Las herramientas de superficies avanzadas permiten a los diseñadores modelar y perfeccionar superficies con alta precisión y detalle. • Simulación y Análisis: La suite de herramientas de CATIA V5 incluye módulos robustos para simulación y análisis de productos. Los ingenieros pueden realizar análisis de tensiones, dinámica de fluidos, cinemática y otros estudios virtuales para evaluar el rendimiento y la viabilidad de los diseños propuestos. Esta capacidad no solo ayuda a optimizar el producto final, sino que también reduce los costos asociados con pruebas físicas y prototipado. • Documentación Técnica: CATIA V5 facilita la creación de documentación técnica detallada, incluyendo planos de fabricación, listas de materiales y especificaciones técnicas. Esta funcionalidad asegura que todos los aspectos del diseño estén correctamente documentados y son fácilmente comprensibles para los equipos de fabricación y otras partes interesadas. CATIA V5 ha transformado fundamentalmente la forma en que se conciben, diseñan y fabrican productos en una variedad de industrias, incluyendo la automoción, la aeroespacial, la electrónica, la manufactura y la arquitectura. Varios aspectos lo hacen destacar frente a la competencia y estar en la cima de softwares de diseño y modelado 3D: • Innovación y Creatividad: CATIA V5 libera la creatividad al permitir a los diseñadores experimentar con ideas y conceptos de manera rápida y precisa. • Eficiencia en el Diseño: Facilita la optimización del diseño y reduce el tiempo necesario para llevar un producto del concepto a la producción. E 15 15 Herramientas de diseño: CATIA V5 • Reducción de Errores: Las capacidades de simulación y análisis ayudan a identificar problemas y defectos en etapas tempranas del diseño, lo que reduce costos y volver a realizar los trabajos. • Competitividad Global: CATIA V5 permite a las empresas competir en un mercado global al mejorar la colaboración y la eficiencia en el desarrollo de productos. • Seguridad y Fiabilidad: En industrias como la aeroespacial y la automotriz, CATIA V5 contribuye a garantizar la seguridad y la confiabilidad de los productos. Por estas razones, el software más apropiado para el modelado del Benz Patent-Motorwagen es CATIA V5, el cual se abordará en el próximo capítulo del documento. 3.2 Herramientas empleadas En este capítulo se repasarán los módulos utilizados en CATIA V5 para llevar a cabo el diseño del Benz Patent- Motorwagen, con una breve introducción a cada uno de ellos. 3.2.1 Sketcher Esta herramienta forma parte del módulo “Mechanical Design” y es fundamental para crear bocetos 2D y perfiles de diseño que sirven como base para la creación de geometría 3D en modelos y ensamblajes. Es una de las primeras etapas en el proceso de diseño y es esencial para la mayoría de los proyectos de modelado. Gracias a esta herramienta se permitirán crear constricciones geométricas y dimensionales, entidades de construcción o elementos 3D. 3.2.2 Part Design Part Design, del módulo “Mechanical Design” es uno de los módulos más esenciales en CATIA V5, y se centra en el diseño de piezas tridimensionales sólidas y paramétricas. Esta herramienta permite a los usuarios crear componentes individuales que se utilizan en ensamblajes más grandes. 3.2.3 Assembly Design También perteneciente al módulo “Mechanical Design”, Assembly Design es un módulo que se utiliza para crear, gestionar y analizar ensamblajes tridimensionales de componentes individuales. Esta herramienta permite a los usuarios diseñar conjuntos de productos completos, desde máquinas y vehículos hasta dispositivos electrónicos y cualquier cosa que requiera la interconexión de múltiples partes. 3.2.4 Wireframe and Surface Design Esta herramienta también la podemos encontrar dentro de “Mechanical Design”. Es un módulo que permite la creación y manipulación de geometrías de alambre (wireframe) y superficies, esenciales para la representación precisa de formas complejas como muelles, rosca de los tornillos, rosca de las tuercas, radios de las llantas, etc. 3.2.5 Drafting El módulo de CATIA V5 Drafting se utiliza para la creación de dibujos técnicos y planos, que son esenciales en el proceso de diseño y fabricación. Este conjunto de herramientas permite crear vistas de las piezas y ensamblajes en el dibujo. Se puede generar vistas de proyección, como vistas frontal, superior o lateral, así como vistas auxiliares y secciones transversales. Muy importante es el dimensionado, ya que es una parte crítica en los dibujos técnicos. CATIA V5 ofrece herramientas para agregar dimensiones lineales, angulares, radiales y otros tipos de dimensiones que describen las medidas y relaciones de las piezas, además, también se pueden realizar anotaciones para proporcionar información adicional. 16 16 Herramientas de diseño: CATIA V5 Otro aspecto importante es el de la simbología, CATIA V5 proporciona una amplia variedad de símbolos y notaciones estándar de la industria que son esenciales para la documentación técnica, como símbolos de soldadura, indicadores de rugosidad, símbolos de ajuste, etc. Por último, muy destacable son los planos que se pueden realizar, a los cuales se puede configurar la escalas que se desean, así como el formato del papel para garantizar que el dibujo se ajusta correctamente. Además, estos se pueden realizar en plantillas predefinidas y formatos de página que aseguran que los planos cumplan con los estándares de la empresa o industria. Ilustración 13. Herramientas empleadas en el modelado 17 17 Herramientas de diseño: CATIA V5 3.3 Conjuntos de herramientas La herramienta más utilizada, y, por medio de la cual hemos obtenido todas las piezas, ha sido la herramienta “Part Design”. Dentro de esta herramienta hay una serie de categorías que contienen a su vez un conjunto de comandos, sobre las cuales, nos hemos apoyado para el modelado del vehículo. A continuación, nombraremos y explicaremos algunos de los más utilizados en nuestro diseño. 3.3.1 Reference Elements • Point (Punto): Un punto en CATIA V5 es un elemento geométrico básico que no tiene dimensiones y se utiliza para definir ubicaciones precisas en el espacio tridimensional. • Line (Línea): Una línea es una entidad unidimensional que conecta dos puntos y se extiende infinitamente en ambas direcciones. • Plane (Plano): Un plano es una superficie bidimensional que se extiende infinitamente y está definida por tres puntos no colineales o por una línea y un punto no alineados. Ilustración 14. Comandos del Reference Elements 3.3.2 Transformation Features • Translation (Traslación): Mueve una entidad o conjunto de entidades desde una ubicación a otra en una dirección específica. • Mirror (Espejo): Refleja una o varias entidades respecto a un plano definido. • Rectangular Pattern (Patrón Rectangular): Crea copias de una entidad a lo largo de direcciones x, y, z con un espaciado y número de copias definidos. • Circular Pattern (Patrón Circular): Crea copias de una entidad alrededor de un eje de rotación en un patrón circular. • Rotation (Rotación): Rota una entidad alrededor de un eje de rotación específico. • Symmetry (Simetría): Aplica simetría a una entidad o conjunto de entidades respecto a un plano o eje. Ilustración 15. Comandos del Transformation Features 18 18 Herramientas de diseño: CATIA V5 3.3.3 Sketch-Based Features • Pad (Extrusión): Crea una forma tridimensional extruyendo un perfil bidimensional a lo largo de una dirección. • Pocket (Cavidad): Remueve material de una forma tridimensional creando una cavidad o hueco. • Shaft (Eje): Crea un cilindro o eje sólido a partir de un perfil circular o rectangular. • Groove (Ranura): Crea una ranura o canal en una superficie sólida. • Hole (Agujero): Crea un agujero circular o cilíndrico en una superficie sólida. • Rib (Costilla): Añade una costilla o nervio a una superficie sólida para aumentar su rigidez estructural. • Slot (Ranura): Crea una ranura o abertura alargada en una superficie sólida. • Stiffener (Refuerzo): Añade un refuerzo o nervio a una superficie para fortalecerla estructuralmente. Ilustración 16. Comandos del Sketch-Based Features 3.3.4 Dress-Up Features (Características de Adorno): • Edge Fillet (Filete de Borde): Redondea los bordes afilados de una entidad para mejorar la estética y la resistencia. • Chamfer (Chaflán): Añade un chaflán a los bordes de una entidad para eliminar aristas afiladas y mejorar la apariencia estética. Ilustración 17. Comandos del Dress-Up Features 25 25 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Bloque 7: Motor y Componentes Relacionados • Válvula de aire • Carburador • Depósito gasolina • Caja para la batería • Motor Bloque 8: Sistemas de Transmisión • Cadena • Eje de giro delantero • Eje de giro trasero • Rueda de arranque • Eje rueda trasera • Rueda dentada cónica motriz • Rueda dentada cónica conducida • Polea superior • Polea inferior • Correa 4.1 Chasis y Estructura Principal El chasis y la estructura principal del Benz Patent-Motorwagen son esenciales para la integridad, estabilidad y funcionalidad del vehículo. Cada componente dentro de este bloque desempeña un papel crítico en mantener la estructura robusta y segura, asegurando que el vehículo pueda soportar las fuerzas y cargas a las que se somete durante su operación. 4.1.1 Chasis El chasis es la base estructural del Benz Patent-Motorwagen y actúa como el esqueleto del vehículo. Está diseñado para soportar el peso de todos los componentes del vehículo, incluyendo el motor, el sistema de transmisión, las ruedas y el conductor. La rigidez y la resistencia del chasis son fundamentales para mantener la integridad del vehículo bajo diversas condiciones de conducción. Funciones Principales del Chasis: • Soporte Estructural: Proporciona una plataforma robusta sobre la cual se montan todos los demás componentes del vehículo. • Distribución de Carga: Asegura una distribución uniforme del peso para mantener el equilibrio y la estabilidad del vehículo. • Resistencia a la Flexión y Torsión: Minimiza la deformación bajo cargas dinámicas y estáticas, garantizando la durabilidad y la seguridad del vehículo. Inicialmente, se procedió a dibujar la parte principal que conforma el chasis, tal como se muestra en la Ilustración 29. Para ello, se creó el contorno 3D en diferentes planos y, una vez definidas todas las líneas del chasis, se unieron en una única trayectoria curvilínea. Para este propósito, se empleó el comando "c: join”, que transformó todo el contorno en un único elemento. Posteriormente, se creó un plano en uno de los extremos, se dibujó una circunferencia y, mediante la herramienta "Rib", se realizó un barrido del chasis, cuyo resultado se puede apreciar en la Ilustración 29. 26 26 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 29. Esqueleto principal del chasis El siguiente paso fue dar forma al enganche delantero del soporte, sobre el cual se acoplará el mecanismo principal conectado a la rueda delantera. Para ello, se diseñó un plano con un ángulo de 45 grados y se modeló la pieza utilizando el comando "Pad". Esta pieza se unirá a otro extremo del soporte mediante tres tornillos de métrica 12 mm, que se insertarán en agujeros creados con el comando "Pocket", como se muestra en la Ilustración 30 correspondiente. Ilustración 30. Enganche delantero para horquilla A continuación, se diseñó la estructura que soportará el asiento del carruaje. Se crearon diferentes planos y se utilizaron los comandos "c:join", "Pad" y "Rib". Posteriormente, se perforaron dos agujeros en la parte superior e inferior, donde se insertarán los muelles que amortiguarán el peso del asiento. Seguidamente, se creó la base superior, a la cual se conectará el asiento mediante dos tornillos de métrica 12 mm a cada lado del chasis, utilizando las herramientas "Pad" y "Pocket". 27 27 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Una vez modelada esta parte, se utilizó la herramienta "Mirror" para reflejar la estructura en la cara opuesta, evitando así la repetición del trabajo. El resultado de este proceso se puede observar en la Ilustración 32. Ilustración 31. Estructura Soporte Sillón Ilustración 32. Chasis con estructuras soporte sillón El siguiente componente del chasis modelado fue la sección destinada a sostener el tablón sobre el cual se insertará la rueda de arranque del carro. Este tablón se unirá a la estructura del chasis mediante cuatro tornillos de métrica 12 mm, dos en cada lado del chasis. Para modelar esta sección, se emplearon las herramientas "Pad" y "Pocket". El resultado se muestra en la Ilustración 34 correspondiente. Posteriormente, se utilizó el comando "Mirror" para reflejar esta sección en la parte opuesta. 28 28 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 33. Soporte tabla rueda de arranque Ilustración 34. Chasis con soportes rueda de arranque En el caso del estribo de apoyo para subir al Benz Patent-Motorwagen, las herramientas utilizadas fueron “Pad” para crear el volumen de la pieza, y, seguidamente nos apoyamos en “Pocket” para hacer 20 agujeros a la pieza, lo que permitirá un mayor agarre del calzado en casos más desfavorables, como, por ejemplo, días de lluvia, calzado mojado, etc. El resultado se muestra en las Ilustraciones 35 y 36. 29 29 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 35. Modelado del estribo Ilustración 36. Estribo unido al chasis del vehículo Asimismo, se configuró la sección del chasis destinada a sostener el volante, el eje de transmisión delantero, los soportes del asiento y la porción del tablón sobre la cual descansarán los pies de los pasajeros, entre otros elementos. Para este modelado, se emplearon los comandos "Pad" y "Pocket". Los resultados obtenidos se visualizan en las Ilustraciones siguientes. 30 30 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 37. Parte delantera del chasis Ilustración 38. Chasis con soportes delanteros Otros elementos adicionales modelados en el chasis incluyen barridos cilíndricos situados en la estructura que soporta el asiento. Estos barridos sirven como superficie de apoyo para la pieza que limitará el freno de mano. Para realizar este modelado, se creó un plano auxiliar que sirvió como referencia para dibujar los círculos que representan las extrusiones cilíndricas. Posteriormente, se utilizó la herramienta "Pad" para darles volumen y definir su forma tridimensional, como se muestra en la Ilustración 39. 31 31 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 39. Límite para freno de mano Finalmente, se modeló el soporte para el carburador. Para ello, se creó un plano auxiliar y se trabajó con los comandos "Pad" y "Pocket". El resultado se puede ver en las siguientes Ilustraciones. Ilustración 40. Soporte carburador Cada uno de estos pasos detallados en el proceso de modelado del chasis y sus componentes demuestra la precisión y el detalle necesarios para recrear fielmente el diseño del Benz Patent-Motorwagen, utilizando las herramientas avanzadas proporcionadas por el software CATIA V5. 32 32 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 41. Chasis completo 1 Ilustración 42. Chasis completo 2 Las medidas del chasis completo, tal y como se puede apreciar en la imagen de arriba, podemos observarlas con más detalle en el plano 4.1.1 dentro del ANEXO I. PLANOS. 33 33 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.1.2 Madera Adorno Chasis El adorno de madera en el chasis no solo añade un elemento estético al vehículo, sino que también puede contribuir a la integridad estructural en cierta medida. La madera utilizada debe ser de alta calidad para resistir el desgaste y los impactos ambientales. Funciones Principales del Adorno de Madera: • Estética: Mejora la apariencia visual del vehículo, dándole un aspecto distintivo y clásico. • Soporte Adicional: Puede proporcionar soporte adicional y ayudar a distribuir las cargas de manera más uniforme. Dentro de esta categoría, distinguiremos entre dos tipos de madera, la madera base para los pies y la madera de cubierta para las piernas. Ambas piezas de madera son fundamentales tanto para la estética como para la funcionalidad del Benz Patent-Motorwagen, aportando comodidad y un acabado refinado al diseño del vehículo. 4.1.2.1 Madera de Cubierta para las Piernas Esta sección de madera se extiende desde la base del asiento hasta la madera base para los pies, cubriendo así la zona de las piernas de los ocupantes. Su función es doble: estética y funcional. Estéticamente, proporciona un acabado elegante y coherente al interior del vehículo. Funcionalmente, actúa como una cubierta que protege las piernas de los ocupantes y los componentes internos del vehículo. Está situada en una posición inclinada que va desde la parte inferior del asiento, bajando hasta encontrarse con la madera base para los pies, creando una superficie continua y uniforme que cubre la zona de las piernas. Para el modelado de esta pieza, se ha creado previamente el soporte sobre el cual se fijará la madera mediante tornillos de métrica 12 mm. Para el diseño de dicho soporte, se han empleado los comandos "Pad" para generar volumen, "Mirror" para reflejar la mitad de la pieza en la cara opuesta y así optimizar el tiempo de modelado, y "Pocket" para realizar los orificios destinados a los tornillos. El resultado se muestra a continuación: 34 34 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 43. Soporte madera piernas Ilustración 44. Soporte colocado sobre el chasis Para asegurar la unión del soporte al chasis original del vehículo, se modelaron tornillos y tuercas de métrica 12 mm. Se eligió esta métrica para conferir un mayor realismo al modelo, dado que es una medida convencionalmente utilizada en la actualidad. El proceso de modelado de estos componentes será detallado paso a paso en la siguiente sección: Tornillos y Tuercas. 41 41 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.1.3 Tornillos y Tuercas Estos son los elementos de fijación que mantienen unidos todos los componentes del chasis y la estructura del vehículo. Son cruciales para la integridad estructural y deben ser seleccionados con precisión para asegurar una unión segura y duradera. Funciones Principales de los Tornillos y Tuercas: • Fijación Segura: Aseguran que todos los componentes estén firmemente unidos, evitando desensamblajes accidentales durante la operación. • Mantenimiento de la Integridad Estructural: Contribuyen a la rigidez general del chasis al mantener todos los componentes en su lugar. • Facilidad de Montaje y Desmontaje: Permiten un montaje y desmontaje relativamente fácil para mantenimiento y reparaciones. Inicialmente, en el proceso de modelado de los tornillos en Catia, se emplearon las herramientas "Pad" para configurar la forma deseada y "Groove" para realizar la ranura en la cabeza del tornillo. Seguidamente, se ejecutó el comando "Helix" utilizando planos auxiliares y puntos como referencia, lo cual permitió la creación de la hélice con el paso especificado para nuestro tornillo. Posteriormente, se delineó el paso del tornillo, y se utilizó la herramienta "Slot" para modelar la geometría correspondiente al paso. Estos procedimientos están documentados de manera gráfica en las Ilustraciones 54, 55 y 56. Ilustración 54. Modelado tornillo métrica 12 mm - 1 . 42 42 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 55. Modelado tornillo métrica 12 mm - 2 Ilustración 56. Modelado tornillo métrica 12 mm – 3 43 43 Modelado del Benz Patent-Motorwagen En el caso de la tuerca, el procedimiento inicial consistió en proporcionarle un volumen con forma hexagonal mediante el comando "Pad". Posteriormente, se utilizó el comando "Pocket" para crear el taladro que atraviesa la pieza, destinado a alojar el tornillo. A continuación, se empleó la herramienta "Groove" para realizar ranuras en ambas caras de la tuerca. Luego, mediante el módulo "Wireframe and Surface Design" y el comando "Helix", se generó la parte roscada de la tuerca, a lo largo de la cual se desplazará el tornillo. Finalmente, con el comando "Sweep", se completó el proceso mencionado. El resultado de estos pasos se presenta en las Ilustraciones siguientes: Ilustración 57. Modelado tuerca métrica 12 mm - 1 Ilustración 58. Modelado tuerca métrica 12 mm - 2 44 44 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 59. Modelado tuerca métrica 12 mm – 3 Las dimensiones completas del tornillo y de la tuerca de métrica 12 mm, están detalladas con mayor precisión en los planos 4.1.3 del ANEXO I. PLANOS. 45 45 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.1.4 Matrícula La matrícula identifica oficialmente al vehículo. Aunque su función principal es administrativa y legal, también forma parte del diseño del vehículo. Funciones Principales de la Matrícula: • Identificación Legal: Proporciona una identificación única y oficial del vehículo, esencial para el cumplimiento de las normativas de tráfico y registro. • Documentación: Facilita la documentación y el seguimiento del vehículo en registros oficiales. • Seguridad: Ayuda en la identificación del vehículo en caso de robo o pérdida. Para diseñar la matrícula del vehículo, primero se creó un dibujo detallado utilizando la herramienta de dibujo (Drawing) en CATIA V5 para trazar las letras y números. Luego, trasladé este dibujo al entorno de diseño (Part Design) donde lo utilicé como referencia para modelar las letras y números en relieve sobre la placa de la matrícula. Utilicé los comandos habituales como "Pad" y "Pocket" para dar forma a cada letra y número según el diseño trazado previamente en el dibujo. Este proceso aseguró que las dimensiones y la estética de la matrícula fueran precisas y se ajustaran al diseño original del vehículo. El resultado se puede apreciar en las siguientes Ilustraciones: Ilustración 60. Diseño matrícula del primer Benz Patent-Motorwagen 46 46 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 61. Ensamblado de la matrícula al vehículo - 1 Ilustración 62. Ensamblado de la matrícula al vehículo – 2 Las dimensiones completas de la matrícula están detalladas con mayor precisión en el plano 4.1.4 del ANEXO I. PLANOS. 47 47 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.2 Sistema de Suspensión y Amortiguación El sistema de suspensión y amortiguación del Benz Patent-Motorwagen desempeña un papel vital en mejorar tanto el confort como la seguridad de la conducción, al tiempo que protege los componentes del vehículo y facilita su manejo en diversas condiciones de carretera. 4.2.1 Amortiguadores En el Benz Motorwagen, el amortiguador tenía la función principal de absorber y disipar las vibraciones, impactos e irregularidades del terreno durante el desplazamiento. Su objetivo era mejorar la comodidad del viaje a los ocupantes del vehículo. Además de proporcionar una experiencia más suave, estos amortiguadores contribuían a dar una mayor estabilidad del carruaje al reducir la oscilación excesiva y el rebote que podría ocurrir debido a las imperfecciones del terreno. Por lo tanto, aunque primitiva en comparación con los sistemas actuales, el Patent-Motorwagen incorporaba una forma básica de suspensión. La suspensión de resortes de acero ayudaba a suavizar el viaje al proporcionar cierta flexibilidad a las ruedas en respuesta a las irregularidades del terreno. Para el modelado de dichos resortes, nos apoyamos en los comandos “PAD” y “POCKET”, pudiendo apreciar dicho resultado en las siguientes ilustraciones. Ilustración 63. Modelado amortiguador fase 1 Ilustración 64. Modelado amortiguador fase 2 48 48 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 65. Modelado amortiguador fase 3 En relación a la vinculación entre los amortiguadores y el chasis, se implementó una barra rectangular de acero junto con abrazaderas metálicas. Estas, acompañadas de dos tornillos de métrica 12 y sus respectivas tuercas, aseguraron una sujeción robusta de dichos componentes. Es relevante destacar que esta unión se ejecutó en la parte superior del amortiguador, mientras que en la parte inferior se integró la barra de acero destinada a mantener el eje central de las ruedas traseras. Esta barra de acero será atravesada en su interior por el eje de transmisión trasero. En cuanto a la conexión entre la barra de acero y el amortiguador, también se llevó a cabo mediante una abrazadera metálica, similar a la mencionada anteriormente. Para la configuración de la barra rectangular de acero y las abrazaderas metálicas, se emplearon los comandos "Pad" y "Pocket". Este último comando se utilizó para realizar los agujeros pasantes, en los cuales se alojarán los tornillos de fijación. El resultado de las piezas mencionadas y su ensamblaje se puede ver en las siguientes ilustraciones. Ilustración 66. Barra rectangular de acero 49 49 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 67. Ensamblaje barra acero/amortiguadores Ilustración 68. Ensamblaje barra acero/amortiguadores al chasis 50 50 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 69. Modelado abrazadera metálica para amortiguadores Ilustración 70. Ensamblaje de la abrazadera al conjunto anterior 57 57 Modelado del Benz Patent-Motorwagen El siguiente paso consistió en replicar los radios utilizando la herramienta "Circular Pattern". Esta función permitió la reproducción de los radios en ambas direcciones, creando un total de 32 radios en la rueda delantera del vehículo. Ilustración 81. Llanta delantera con todos sus radios Finalmente, se modeló la cubierta de la rueda utilizando la herramienta "Part Design" y la función de "Shaft" para su formación. Para aumentar la autenticidad del modelo, se incorporaron orificios longitudinales en la parte superior de la cubierta, inspirados en diseños de ruedas de bicicleta reales. Ilustración 82. Cubierta rueda delantera 58 58 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Una vez completada la modelación tanto de la llanta como de la cubierta, el siguiente paso consistió en ensamblar ambas piezas utilizando la herramienta "Assembly Design" en CATIA V5. El resultado de la rueda delantera final es el siguiente: Ilustración 83. Rueda delantera Las dimensiones completas de la rueda delantera vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.3.1 del ANEXO I. PLANOS. 59 59 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.3.2 Ruedas Traseras Las ruedas traseras desempeñan un papel crucial en la transmisión del movimiento y la tracción del vehículo. A diferencia de la rueda delantera, las ruedas traseras están diseñadas específicamente para recibir la potencia del motor y convertirla en movimiento lineal. Esto se logra a través de ejes que llevan piñones conectados a las cadenas de transmisión, las cuales están vinculadas a los ejes de los platos delanteros de revolución. Los piñones facilitan la transmisión del movimiento a las ruedas traseras, permitiendo así que el vehículo se desplace. Para modelar las ruedas traseras, se partió del diseño de las ruedas delanteras como punto de referencia, realizando ajustes específicos en los ejes para adaptarlos a su función de transmisión de potencia. Además de estas adaptaciones, se modificó el tamaño de las ruedas traseras, aumentándolo casi al doble en comparación con las ruedas delanteras. En lo que respecta a las modificaciones de los ejes, se incorporó un agujero que atraviesa la mitad del eje. Este agujero está destinado a alojar el eje de transmisión trasero, que será responsable de impulsar el movimiento del vehículo. Este movimiento se genera gracias a la energía mecánica transferida por los piñones de las ruedas traseras. Esta energía es transmitida a los piñones a través de la cadena de transmisión, lo que a su vez impulsa el movimiento de las ruedas traseras y, en última instancia, del vehículo en su conjunto. Ilustración 84. Llanta rueda trasera-1 60 60 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 85. Llanta rueda trasera-2 En cuanto al modelado de los peñones de las ruedas traseras, se aplicaron las herramientas: Primero, se crearon los piñones o ruedas dentadas utilizando las herramientas "Pad" y "Pocket" para darles forma y definir los primeros dientes. Luego, se utilizó la herramienta "Circular Pattern" para replicar el resto de los dientes mediante una revolución de 360 grados. Ilustración 86. Modelado de la rueda dentada trasera 61 61 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 87. Vista de la llanta trasera con el piñón Una vez completada la modelación de las llantas traseras, se procedió a modelar las cubiertas, las cuales presentan un tamaño mayor que las cubiertas delanteras. Ilustración 88. Modelado cubierta trasera 62 62 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Finalmente, se llevó a cabo el ensamblaje total de las ruedas traseras. Esto implicó utilizar la herramienta "Assembly Design" para insertar las piezas individuales (llanta completa y cubierta) en la posición requerida. Posteriormente, se fijaron ambas piezas para asegurar su correcta alineación y funcionamiento en conjunto. Ilustración 89. Ensamblaje rueda trasera-1 63 63 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 90. Ensamblaje rueda trasera-2 Las dimensiones completas de las ruedas traseras vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.3.2 del ANEXO I. PLANOS. 64 64 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.4 Sistema de Dirección El sistema de dirección es fundamental para controlar la dirección del vehículo de manera efectiva y segura. El volante proporciona al conductor el medio para girar las ruedas mediante la transmisión de movimiento a través del tubo de dirección. La horquilla delantera y el eje de giro delantero son cruciales para permitir la rotación y el movimiento de las ruedas delanteras, asegurando así una dirección precisa y controlable del vehículo. 4.4.1 Tubo de dirección Este elemento consiste en la estructura que conecta el volante con el mecanismo de dirección en las ruedas delanteras, transmitiendo el movimiento del volante al sistema de dirección. Para modelar el tubo de dirección, inicialmente se crearon dos planos auxiliares. El primero se utilizó para trazar la curva del tubo, mientras que el segundo permitió dibujar la circunferencia necesaria. Con la herramienta "Rib", se dio forma al tubo según el diseño establecido. Posteriormente, se empleó la herramienta "Pocket" para crear un taladro pasante que permitirá el paso del eje de dirección conectado a la horquilla. Ilustración 91. Modelado tubo de dirección Una vez completado el modelado del tubo de dirección, se procedió a integrarlo al chasis mediante tres tornillos de métrica 12, utilizando el entorno de "Assembly Design". El resultado final de esta unión se ilustra a continuación: 65 65 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 92. Modelado tornillo de unión tubo de dirección/chasis Ilustración 93. Ensamblado tubo dirección/chasis y unión con tornillos M12 Las dimensiones completas del tubo de dirección vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.4.1 del ANEXO I. PLANOS. 66 66 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.4.2 Horquilla delantera La horquilla delantera es un componente crucial en el sistema de suspensión y dirección del vehículo. Su diseño y función están específicamente orientados para permitir que la rueda delantera gire y se mueva de manera controlada en respuesta a las acciones del conductor a través del volante. En el proceso de modelado de la horquilla, comencé creando un boceto que representara su forma básica. Utilicé la función "Pad" para extruir este boceto y darle volumen a la pieza. Seguidamente, realicé taladros precisos en la parte superior de la horquilla para alojar el tubo de dirección. Este tubo se conectará a la horquilla mediante un tornillo que asegura una unión robusta. Además, en la parte inferior de la horquilla, ejecuté dos perforaciones utilizando la herramienta "Pocket". Estos agujeros están diseñados para albergar el eje de la rueda delantera, garantizando así su correcta fijación. Para suavizar y mejorar los perfiles de la horquilla, apliqué la función "Edge Fillet", que permite redondear los bordes y proporcionar un acabado más estético y funcional. Finalmente, completé el modelado de la sección de la horquilla que alberga la barra dentada de transmisión del vehículo, asegurando que todos los componentes estén integrados de manera adecuada y funcional. Ilustración 94. Modelado de la horquilla delantera Las conexiones entre la horquilla y la rueda delantera se lograron mediante el eje de la rueda, asegurando así una unión sólida y alineada. 73 73 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 106. Ensamblaje volante/tubo de dirección-1 Ilustración 107. Ensamblaje volante/tubo de dirección-2 Las dimensiones completas del volante vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.4.3 del ANEXO I. PLANOS. 74 74 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Hasta ahora, a modo de resumen gráfico, presentamos dos ilustraciones que muestran el progreso del modelado, con la organización de los bloques principales y sus componentes: 1. Ilustración del Chasis y Estructura Principal: o Chasis: La estructura básica que soporta y da forma al vehículo. o Madera adorno chasis: Elementos decorativos que realzan la estética del chasis. o Tornillos y tuercas: Elementos de fijación utilizados para ensamblar diversas partes del chasis. o Matrícula: Placa identificativa del vehículo. 2. Ilustración del Sistema de Suspensión y Amortiguación: o Amortiguadores: Dispositivos que absorben los impactos y proporcionan una conducción suave. o Muelles asiento: Componentes que soportan y amortiguan el asiento del conductor. 3. Ilustración de las Ruedas: o Rueda delantera: Rueda situada en la parte frontal del vehículo, crucial para la dirección. o Rueda trasera: Ruedas situadas en la parte posterior del vehículo, que proporcionan estabilidad y soporte. 4. Ilustración del Sistema de Dirección: o Tubo de dirección: Conecta el volante con la horquilla delantera, permitiendo la maniobrabilidad. o Horquilla delantera: Soporta la rueda delantera y permite su giro. o Volante: Dispositivo de control utilizado por el conductor para dirigir el vehículo. Ilustración 108. Ensamblado bloques 1,2,3 y 4 -- 1 75 75 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 109. Ilustración 108. Ensamblado bloques 1,2,3 y 4 -- 2 76 76 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.5 Sistema de frenado El sistema de frenado en el Benz Patent-Motorwagen tiene como función principal proporcionar la capacidad de detener el vehículo de manera segura y controlada. Específicamente, el freno de mano actúa sobre la correa de la polea del eje de transmisión delantero, permitiendo al conductor al tirar de la palanca del freno de mano aplicar presión sobre correa para reducir la velocidad o detener completamente el movimiento del carro cuando sea necesario. 4.5.1 Freno de mano Lo primero que se diseñó fue el soporte del freno de mano. Utilicé el comando "Pad" para crear la forma básica y luego "Pocket" para hacer los agujeros necesarios donde se instalarían los componentes internos. Posteriormente, apliqué "Edge Fillet" para suavizar los bordes y mejorar la estética y funcionalidad del soporte. Ilustración 110. Modelado soporte freno mano Lo siguiente que se diseñó fue el trinquete del freno de mano. La función de esta pieza simplemente es restringir el movimiento o no del vehículo. Para ello, si la palanca del freno de mano está subida, el vehículo estará parado. Por el contrario, si la palanca está bajada, el vehículo comenzará a moverse. Para su modelado, utilicé los comandos "Pad" para crear la forma básica y "Pocket" para definir los agujeros necesarios. Además, empleé "Shaft" para crear un tronco de cono hueco, sobre el cual se montaría el eje del trinquete. Utilicé planos auxiliares para establecer las dimensiones y ubicaciones precisas, asegurando un ajuste adecuado dentro del mecanismo. Finalmente, apliqué el comando "Chamfer" para biselar los bordes de los agujeros, proporcionando un acabado más suave y funcional al trinquete del freno de mano. 77 77 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 111. Modelado del trinquete del freno de mano Finalmente, ensamblé el soporte del freno de mano al chasis principal del vehículo utilizando los agujeros previamente creados. El resultado fue un sistema de freno de mano funcional que se integró perfectamente en el diseño general del Benz Patent-Motorwagen. Ilustración 112. Ensamblado del trinquete al chasis 78 78 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 113. Ensamblado del freno de mano al chasis Las dimensiones completas del freno de mano y del trinquete vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.5.1 del ANEXO I. PLANOS. 4.6 Asiento y Componentes relacionados El bloque "Asiento y Componentes Relacionados" en el Benz Patent-Motorwagen se centra en proporcionar comodidad y soporte al conductor y pasajeros durante el uso del vehículo. El asiento, junto con sus componentes, como la base y el respaldo, están diseñados para asegurar una posición ergonómica y estable mientras se conduce. Además de la comodidad, el asiento también cumple con la función de proporcionar seguridad al mantener a los ocupantes en su lugar durante el movimiento del vehículo. 4.6.1 Sillón o asiento Lo que hicimos para el modelado del sillón fue primero crear las piezas individuales que lo componen y luego ensamblarlas. Empezamos con el soporte rectangular de madera, diseñado para ser atornillado al chasis original del vehículo, y, sobre el cual, irá colocado el sillón de cuero. Utilizamos los comandos "Pad" para crear su forma tridimensional y "Pocket" para hacer los agujeros donde se fijarán los tornillos al chasis. 79 79 Modelado del Benz Patent-Motorwagen lustración 114. Tablón de madera sujeción sillón Ilustración 115. Tornillos y tuercas de unión tablón de madera/chasis Ilustración 116. Ensamblaje tabla soporte/chasis con unión de tornillos y tuercas 80 80 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Después, unimos al soporte rectangular un chasis metálico que sirve como esqueleto para sostener el resto del sillón, incluyendo el respaldo, los reposabrazos y el asiento, todos ellos hechos de cuero y rellenos de esponja. Para modelar este esqueleto metálico, empleamos planos auxiliares como referencia para dibujar el contorno, utilizamos el comando "c:join" para unir las líneas y luego aplicamos "Rib" y "Pad" para darle volumen y forma. Ilustración 117. Modelado del chasis del sillón Ilustración 118. Ensamblado del chasis del sillón a la tabla de sujeción Para el asiento, el respaldo y los reposabrazos, utilizamos los comandos "Pad" para darles volumen y "Edge Fillet" para suavizar los bordes y mejorar la estética general de las piezas. 81 81 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 119. Ensamblado del reposabrazos al chasis del sillón Ilustración 120. Ensamblado del respaldo al chasis del sillón Ilustración 121. Modelado del asiento 82 82 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 122. Ensamblado total del sillón al chasis Ilustración 123. Vista superior del ensamblado total del sillón Las dimensiones completas de los componentes que forman el sillón vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.6.1 del ANEXO I. PLANOS. 89 89 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 136. Ensamblado del tanque de gasolina al chasis Ilustración 137. Modelado del conducto que une el tanque de gasolina con el carburador 90 90 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 138. Ensamblado del conjunto total del tanque de gasolina al chasis Las dimensiones completas de los componentes que forman el tanque de gasolina vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.7.3 del ANEXO I. PLANOS. 4.7.4 Caja para la batería En el Benz Patent-Motorwagen, la función de la batería es diferente a la de los vehículos modernos. A pesar de que el motor se inicia girando manualmente la rueda de arranque, la batería tenía un papel crucial en la operación eléctrica del vehículo. En ese contexto histórico, la batería proporcionaba la energía necesaria para encender la lámpara de encendido (bujía), que era esencial para la combustión dentro del motor. Así, aunque no era necesaria para el arranque físico del motor, la batería era fundamental para el encendido y el funcionamiento eléctrico básico del Benz Patent-Motorwagen. Para el modelado de la caja de madera, la cual contiene la batería, nos hemos apoyado en los comandos “Pad” y “Pocket”. El resultado se muestra en las ilustraciones 139 y 140. 91 91 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 139. Diseño de la caja de madera para guardar la batería del vehículo Ilustración 140. Ensamblado de la caja de la batería al chasis del vehículo 92 92 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.7.5 Motor La función principal del motor en el Benz Patent-Motorwagen es convertir la energía química del combustible en energía mecánica. Este proceso se logra a través de la combustión interna dentro de los cilindros del motor. El motor, mediante la expansión de los gases generados por la combustión, impulsa el movimiento del vehículo al girar el cigüeñal. Este movimiento es transmitido a través de un sistema de transmisión y finalmente a las ruedas, permitiendo al vehículo desplazarse de manera controlada y eficiente. Sin duda, esta fase del proyecto ha sido la más compleja de abordar. Para el modelado del motor, opté por dividir el conjunto en varios subconjuntos para facilitar el proceso. En primer lugar, se modeló la pieza base del cilindro, que constituye la envolvente principal del motor. Posteriormente, se trabajó en las tapas del cilindro, tanto la derecha como la izquierda, asegurando un ensamblaje preciso y funcional. En el Benz Patent-Motorwagen, el cilindro y el pistón tienen la función principal de generar movimiento mecánico a partir de la energía liberada por la combustión de la mezcla aire-combustible. El cilindro es una parte del motor donde ocurre la combustión interna. Dentro del cilindro, el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo. Durante la carrera descendente del pistón, la mezcla de aire y combustible es aspirada desde el carburador hacia el cilindro. Luego, la válvula de admisión se cierra y el pistón sube, comprimiendo la mezcla. Posteriormente, la bujía produce una chispa que enciende la mezcla comprimida, generando una explosión que empuja el pistón hacia abajo con fuerza. Este movimiento lineal del pistón se transmite a través de una biela al cigüeñal, convirtiendo el movimiento lineal en rotativo. Además, se modelaron componentes clave como la bujía, esenciales para la generación de la chispa que inicia la combustión. Los ejes de transmisión fueron modelados con detalle, asegurando su correcta alineación y funcionamiento dentro del motor. El pistón, fundamental para la conversión de la energía de la combustión en movimiento mecánico, fue modelado con precisión para su ajuste dentro del cilindro. Otros elementos incluidos en el diseño fueron el reservorio de aceite, el respiradero y el tanque refrigerante, cada uno modelado utilizando una combinación de los comandos avanzados mencionados en la sección 3.3 de herramientas del TFM. Estos comandos incluyeron técnicas como “Pad” para extruir formas básicas, “Pocket” para crear huecos y cavidades, y la utilización de planos auxiliares para guiar la geometría compleja, entre otros. Ilustración 141. Modelado de la pieza base del cilindro -- 1 93 93 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 142. Modelado de la pieza base del cilindro – 2 Ilustración 143. Modelado de la tapadera del cilindro Ilustración 144. Ensamblaje tapadera izquierda/cilindro 94 94 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 145. Modelado tornillos y tuercas para la tapadera Ilustración 146. Unión de la tapa izquierda al cilindro con 6 tornillos y 6 tuercas de M12 Ilustración 147. Modelado de la parte derecha del cilindro - 1 95 95 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 148. Modelado de la parte derecha del cilindro - 2 Ilustración 149. Modelado tornillos y tuercas para la parte derecha Ilustración 150. Unión de la parte derecha del cilindro a la base inicial con 6 tornillos y 6 tuercas de M12 96 96 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 151. Modelado de la base del pistón Ilustración 152. Ensamblaje de la base del pistón al cilindro Ilustración 153. Modelado biela rotatoria 97 97 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 154. Ensamblaje de la biela al cigüeñal del pistón Ilustración 155. Modelado soporte de engranaje cónico Ilustración 156. Ensamblaje de los soportes al cilindro 98 98 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 157. Modelado de los tornillos de los soportes Ilustración 158. Ensamblaje total del cilindro hasta el momento Ilustración 159. Modelado del reservorio de aceite 105 105 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 178. Ensamblado del cigüeñal al conjunto del motor Ilustración 179. Vista completa del cigüeñal unido al resto del motor 106 106 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 180. Modelado de la biela del eje de levas Ilustración 181. Ensamblado de la biela al conjunto del motor Ilustración 182. Válvula de admisión y escape de la gasolina al cilindro 107 107 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 183. Modelado del eje de levas del motor Ilustración 184. Vista del ensamblado del eje de levas al conjunto del motor Ilustración 185. Vista completa del ensamblado del eje de levas al conjunto del motor 108 108 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 186. Modelado tapadera de admisión Ilustración 187. Ensamblado de la tapadera al conjunto del motor Ilustración 188. Unión de la tapadera a la carcasa del cilindro por medio de 4 tornillos M12 109 109 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 189. Ensamblado de todo el conjunto del motor al chasis por medio de 4 tornillos M12 -1 Ilustración 190. Ensamblado de todo el conjunto del motor al chasis por medio de 4 tornillos M12 - 2 Ilustración 191. Modelado tubo conductor de gasolina desde el tanque de gasolina al cilindro del motor 110 110 Modelado del Benz Patent-Motorwagen En el caso del motor, solo se ha sacado a modo de ejemplo, el plano de la parte interna del cilindro que forma el motor. Estas medidas vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.7.5 del ANEXO I. PLANOS. Para refrescar el modelado del vehículo hasta el momento, a modo de resumen gráfico, presentamos dos ilustraciones que muestran el progreso del modelado hasta ahora, con la organización de los bloques principales y sus componentes. A las dos imágenes del ensamblaje anterior (página 83), en el cual, podíamos apreciar los seis primeros bloques, vamos a añadirle el último bloque modelado arriba (bloque 7). 7. Motor y Componentes Relacionados • Válvula de aire • Carburador • Depósito gasolina • Caja para la batería • Motor El resultado del ensamblaje es el siguiente: Ilustración 192. Ensamblado bloques 1,2,3,4,5,6 y 7 -- 1 111 111 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 193. Ensamblado bloques 1,2,3,4,5,6 y 7 – 2 112 112 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.8 Sistemas de Transmisión El sistema de transmisión del Benz Patent-Motorwagen es crucial para la transferencia de potencia desde el motor hacia las ruedas, permitiendo el movimiento del vehículo. Este bloque incluye los siguientes componentes: 4.8.1 Cadena La cadena transmite la potencia del eje de transmisión delantero, el cual recibe la energía de la correa proveniente del motor, y, se la transmite a las ruedas traseras, facilitando el movimiento del vehículo. Actúa como el enlace directo entre el motor y el mecanismo de tracción. Se modela con eslabones que deben encajar perfectamente en los engranajes del eje de transmisión delantero (se modelará más adelante) y de las ruedas traseras, asegurando una transmisión eficiente de la energía. Para el diseño de la cadena de bicicleta, inicialmente creé los componentes individuales que conforman un eslabón. Estos componentes incluyen las placas externas e internas, los rodillos y los pasadores. Utilicé el módulo “Part Design” para modelar cada uno de estos elementos. Para las placas, comencé con bocetos planos en “Sketcher”, utilizando herramientas como “Pad” para darles volumen y “Pocket” para hacer los orificios. Los rodillos y pasadores también fueron modelados a partir de bocetos circulares, extruidos con “Pad” para crear los cilindros necesarios. Ilustración 194. Modelado de los eslabones Una vez finalizados los componentes individuales, pasé al módulo “Assembly Design”. Inicié un nuevo archivo y comencé a ensamblar los componentes del eslabón. Inserté las placas externas e internas, junto con los rodillos y pasadores, en sus posiciones correctas. Utilicé restricciones de coincidencia (Coincidence) para alinear los orificios de las placas con los pasadores y los rodillos con los orificios de las placas internas, asegurando un ensamblaje preciso. Para crear la cadena completa, utilicé la herramienta “Linear Pattern” en “Assembly Design”, duplicando el eslabón ensamblado a lo largo de una trayectoria lineal, definiendo así el número de eslabones necesarios. Posteriormente, dibujé la trayectoria de la cadena en “Sketcher”, utilizando líneas y arcos para representar el recorrido alrededor de los engranajes. Ajusté la posición y orientación de los eslabones a lo largo de esta trayectoria utilizando la herramienta de coincidencia. Verifiqué el ensamblaje para asegurarme de que todos los eslabones estuvieran correctamente alineados y que la cadena se moviera fluidamente a lo largo de la trayectoria definida. Realicé ajustes en las dimensiones y posiciones de los componentes cuando fue necesario para asegurar un ensamblaje preciso. El resultado final de la cadena lo podemos observar en las ilustraciones 195 y 196. 113 113 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 195. Ensamblado eslabones Ilustración 196. Modelado de las cadenas traseras Las dimensiones completas de las cadenas vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.8.1 del ANEXO I. PLANOS. 114 114 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.8.2 Eje de giro delantero Este eje es crucial para la dirección y la maniobrabilidad del Benz Patent-Motorwagen. Recoge el movimiento de la polea inferior, que está unida a él, y transmite el movimiento recibido de la correa que viene del eje de giro trasero. Este eje delantero hace que giren las cadenas conectadas a las ruedas traseras, permitiendo que el vehículo se mueva y gire correctamente. Para su modelado, se utilizaron las herramientas “Pad”, “Pocket”, “Planos Auxiliares”, “CircPattern” y “Planos Auxiliares”. El resultado podemos apreciarlo en las siguientes ilustraciones: Ilustración 197. Modelado eje de giro delantero Ilustración 198. Ensamblado del eje de giro delantero al chasis 121 121 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 212. Ensamblado rueda de arranque al chasis Las dimensiones completas de rueda de arranque, el soporte y los tornillos vendrán detalladas con mayor precisión en los planos 4.8.2 del ANEXO I. PLANOS. 4.8.5 Eje rueda de arranque En el Benz Patent-Motorwagen, el eje que conecta la rueda de arranque con la biela que está conectada al pistón del cilindro tiene la función crucial de transmitir el movimiento rotatorio inicial necesario para poner en marcha el motor. Al girar la rueda de arranque, este eje convierte el movimiento manual en un movimiento lineal de la biela, que a su vez mueve el pistón dentro del cilindro. Este movimiento del pistón es esencial para iniciar el ciclo de combustión del motor, permitiendo así que el motor arranque y funcione. Para su modelado, nos hemos apoyado en las herramientas “Pad” y “Chamfer”. El resultado de este modelado se puede apreciar en las siguientes ilustraciones. Ilustración 213. Modelado del eje de la rueda de arranque 122 122 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 214. Ensamblado del eje a la rueda de arranque al motor 4.8.6 Rueda dentada cónica motriz En el Benz Patent-Motorwagen, la rueda dentada cónica motriz conectada a la biela, que a su vez está conectada al pistón del cilindro, cumple una función fundamental en la transmisión del movimiento del motor a otras partes del vehículo. Esta rueda dentada motriz convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento rotatorio. A continuación, el movimiento de la rueda dentada motriz se transmite a otra rueda dentada cónica (rueda dentada conducida), creando un sistema de engranajes que multiplica y dirige la fuerza motriz. Para el modelado de esta pieza, nos hemos apoyado en las siguientes herramientas: “Pad”, “Shaft”, “Planos Auxiliares”, “Pocket” y “CircPattern”. Ilustración 215. Modelado de la rueda dentada cónica motriz 123 123 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 216. Ensamblado de la rueda dentada cónica motriz al motor Las dimensiones completas de la rueda dentada cónica motriz vendrán detalladas con mayor precisión en el plano 4.8.3 del ANEXO I. PLANOS. 4.8.7 Rueda dentada cónica conducida La rueda dentada cónica conducida en el Benz Patent-Motorwagen tiene una función crucial en el sistema de transmisión. Esta rueda recibe el movimiento rotatorio de la rueda dentada cónica motriz, con la cual está engranada. Una vez recibe este movimiento, la rueda dentada cónica conducida lo transmite a la polea superior. La polea superior, a su vez, transfiere el movimiento a la polea inferior mediante una correa. Finalmente, la polea inferior transmite este movimiento al eje de giro delantero, facilitando así el desplazamiento del vehículo. Para el modelado de esta pieza, nos hemos apoyado en las siguientes herramientas: “Pad”, “Shaft”, “Planos Auxiliares”, “Pocket” y “CircPattern”. Ilustración 217. Modelado rueda dentada cónica conducida 124 124 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 218. Ensamblado de la rueda dentada cónica conducida al motor Ilustración 219. Modelado y ensamblado del eje de giro de la polea superior Ilustración 220. Modelado de la abrazadera de la rueda dentada cónica motriz 125 125 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 221. Unión de la abrazadera al resto del motor 4.8.8 Polea superior La polea superior en el Benz Patent-Motorwagen recibe el movimiento de la rueda dentada cónica conducida. Su función principal es transmitir este movimiento a la polea inferior mediante una correa, asegurando la continuidad de la transmisión de potencia hacia el eje de giro delantero, lo que permite el movimiento del vehículo. Para su modelado, se han utilizado las herramientas “Pad”, “Pocket”, “Planos auxiliares” y “CircPattern”. Ilustración 222. Modelado de la polea superior del vehículo 126 126 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 223. Ensamblado de la polea superior al conjunto del motor 4.8.9 Polea inferior La polea inferior recibe el movimiento de la correa conectada a la polea superior. Al girar, esta polea acciona el eje delantero, que a través de sus engranajes transmite el movimiento a las cadenas, y estas a su vez impulsan las ruedas traseras, permitiendo así el movimiento del Benz Patent-Motorwagen. Para su modelado, se han utilizado las herramientas “Pad”, “Pocket”, “Planos auxiliares” y “CircPattern”. Ilustración 224. Modelado de la polea inferior 127 127 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 225. Ensamblado de la polea inferior al eje de giro delantero -- 1 Ilustración 226. Ensamblado de la polea inferior al eje de giro delantero -- 2 Ilustración 227. Ensamblado de la polea inferior al chasis 128 128 Modelado del Benz Patent-Motorwagen 4.8.10 Correa La correa en el Benz Patent-Motorwagen desempeña una función crucial en la transmisión del movimiento mecánico desde el motor hacia las ruedas del vehículo. Conecta la polea superior, que recibe el movimiento de la rueda dentada cónica conducida, con la polea inferior. Al recibir el movimiento de la polea superior, la correa lo transmite a la polea inferior. Esta transferencia de movimiento permite que el eje de giro delantero gire, y a su vez, mediante sus engranajes, transfiere este movimiento a las cadenas que conectan con las ruedas traseras, facilitando así el desplazamiento del vehículo. Para su modelado, previamente nos hemos dibujado el recorrido de la correa utilizando el comando “sketch”, y, después, con la herramienta “Rib” hemos dado cuerpo a dicha pieza. Ilustración 228. Modelado de la correa del vehículo Ilustración 229. Ensamblado de la correa a las poleas del vehículo 129 129 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Ilustración 230. Ensamblado de la correa al conjunto del chasis y el motor --1 Ilustración 231.Ensamblado de la correa al conjunto del chasis y el motor --2 130 130 Modelado del Benz Patent-Motorwagen Para refrescar el modelado total del vehículo, a modo de resumen gráfico, presentamos una serie de ilustraciones que muestran el progreso total del modelado final, con la organización de los bloques principales y sus componentes. A las dos imágenes del ensamblaje anterior (páginas 110 y 111), en el cual, podíamos apreciar los siete primeros bloques, vamos a añadirle el último bloque modelado arriba (bloque 8). 8. Sistemas de Transmisión • Cadena • Eje de giro delantero • Eje de giro trasero • Rueda de arranque • Eje rueda trasera • Rueda dentada cónica motriz • Rueda dentada cónica conducida • Polea superior • Polea inferior • Correa El resultado del ensamblaje total del Benz Patent-Motorwagen es el siguiente: Ilustración 232. Ensamblado total de los bloques 1,2,3,4,5,6,7 y 8 – 1 del Benz Patent-Motorwagen