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Ca p t ulo 4

Disen o y F ab r icaci on de la Jaula Antivuelco

La jaula antivuelco es el elemento de seguridad f und amental para brindar la seguridad adecuada al

piloto y para poder clasificar a la compe tencia.

4.1. Antecedente s Generale s

Lo primero es leer las reglas ad jun tas en el Anexo ?? . Lo importante a destacar es la cobertura de

las distinta s ar e as que genera el piloto en las distinta s vistas del auto: frontal y lateral. La jaula debe

ser capaz de resistir un fuerza de 4 g W ( pes o auto + pil o t o).

4.2. Soluciones existentes

Figura 4.1: Auto de la Universidad de Standford, se

volcaron.

Figura 4.2: Auto de la Universidad de Michigan,

chocaron y repara ron.

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Figura 4.3: Auto de la Universidad de Queen.Figura 4.4: Auto de la Universidad de Cagliari,

chocaron y repara ron .

Figura 4.5: Auto del equipo Umicore, segundo

lugar.

Figura 4.6: Concepto jaula antivuelco Nuon solar

car Team, los campeones.

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Figura 4.7: Vista lateral Respaldo-jaula (color

verde ) de Nuon.

Figura 4.8: Vista isom etri ca posterior

Respaldo-jaula (color verde) de Nuon.

Cabe destacar la jaula antivuelco de los campeones de Holanda (ver Fig.4.6, 4.7), Nuon Solar Car

Te am.

jaula integrada al asiento, es decir, el respaldo est a reforzado internamente con espuma y va

envolviendo de manera e rgon omica la cabeza del piloto.

Es fabricada con fibra de carbono y espuma de polietileno.

Ahorra mucho pesoal continuar la forma del asiento.

4.3. Geom et r a

El desarrollo de la geomet r a sigue los siguientes pasos :

1. Definir el chasis

2. Fotografiar la vista lateral y frontal con una idea aproximada de la posicion del piloto. E s to por

ahorrar tiempo en dibujar en 3-D una persona del percentil de proporciones corporalesseleccionadoo tomado como media de los posiblespilotos.

3. Inserta r estas fotos en un boceto de solida edge. Ver Fig.4.9, 4.10 y 4.11.

4. Ajustar taman o de foto al taman o de la maqueta 3-D del chasis.

5. Disenar en f unci on de lo anterior y de las reglas la geomet r a de la jaula

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6. Calcular eldiametro del tubo y el espesor, previamente seleccionado el material, seg un los e sfuer zos

maximos dados por las reglas de la WSC ad jun tas.

Figura 4.9: Vista lateral chasis con boceto

insertado.

Figura 4.10: Vista posterior del chasis con boc eto

insertado.

Figura 4.11: Vista isom etri ca del chasis con los bocetos ya insertados y diseno preeliminar de la jaula.

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4.4. An al isis de Esfuerzos

El material disponible son tubos de variados diametros Acero de aviacion SAE 4130, algunos depropiedad del profesor Carlos Gharardelliy otros d iametros en ENAER. En el comercio local no se han

encontrado tubos de ese material. La ventaje es que es de buena soldabilidad al arco y TIG, posee alta

dureza y elevado esfuerzo de fluencia (476[MPa]), con lo que se puede fabricar una estructura resis tente

ahorrando basta nte peso.

Figura 4.12: An alisis de esfuerzos en el software

ADINA.

Figura 4.13: An alisis de esfuerzos en el software

CosmoWorks.

Figura 4.14: An alisis del FS en el software CosmoWorks.

Se encontr o un factor de seguridad m nimo de FS=3 para una fuerza distribuida enla zona superior

de la jaula de 4 g W , por lo que se cumple la norma. Una prueba adicional es el levantamiento del

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auto con piloto tomando la jaula. Tal prueba la pide la competencia pero no la realizo. Se cumpli o con

exito la prueba mediant e un tecle del talle r Mecanico del departamento de e lectrica.

Luego se conocen los esfuerzos en los apoyos inferiores. Tales es f uerzos corresponden a los esfuerzos

de corte de lso pernos a utilizar. Con pernos de grado de dureza 10.9, se necesitan solamente 4 para un

caso ideal, pero para mayor seguridad se colocaron 8: 2 por tubo.

4.5. Construcci on y Montaje

La jaula va apernada al chasis en insertos de aluminio explicitados enel anexo D. Los pernos usados

son M8 gr. 10.9. Primero se fabrico el tubo principal y se mont o. Luego se fabricaron los tir antes

posteriores y se les hizo el vaciado necesario, en f resa y esmeril, para encajar en el tubo principal. Secubrio el chasis con piso de goma para poder soldar al arco con aporte 3032. Para mas detalles ver los

planos en E. Los insertos de aluminio se tornearon apartir de una barra del diametro externo final, por

lo tanto seolo se tuvo que tronzar el material(cortar en eltorno, con herramienta tronzadora).

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4.6. Modelo Final

Figura 4.15: Modelo 3-D de la jaula antivuelco, se

aprecian las puntos de anclaje. Figura 4.16: Jaula antivuelco real instalada.

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4.7. Posibles Mejo ra s

Realizar mayor cantidad de iteraciones con el fin de encontrar el perfil que presente elfactor deseguridad igual a uno y no a 3 como en el caso actual, con el fin de disminuir masa.

Unir con alguna suje cion o mecanismo el asiento a la jaula, para que sea todo un

conjunto antivuelco, para que en el caso de un accidente el asiento no se desprenda del

chasis y el piloto

permanezca con el menor dano posible. El asiento y jaula deben pertenecer a un mismocon junto.

Alejar lo mas posible los anclajes del piloto con el fin de prevenir cortes o rebanamientos

durante un vue lco.