Diferencial Drexler - Drexler Diferentziala

El grupo transmisión también quiere sumarse a la iniciativa de compartir nuestro trabajo con los seguidores del blog de EiTB. El objetivo del grupo transmisión para este año era hacer un diseño completamente innovador con respecto a los años anteriores, que nos sirva para bajar peso, e introducir el diferencial bloqueado Drexler, que es el que montan todos los equipos punteros. La diferencia de este diferencial con respecto al Torsen del año pasado consiste en una reducción considerable en el peso del propio diferencial (2,5kg. frente a los 8kg. del año pasado) y la posibilidad de adaptar el diferencial al tipo de prueba que se va a realizar, modificando su capacidad de bloqueo.

El primer paso del diseño consistía en elegir una relación de transmisión adecuada. En el coche de combustión, debido a la introducción de un cambio de marchas accionado por un mecanismo de levas, se decidió elegir una relación que nos proporcione marchas más cortas que las del año pasado. En el caso del coche eléctrico, los cálculos se realizaban para garantizar la correcta transmisión de par y velocidad deseados dentro de la capacidad de régimen de giro del motor. Una vez elegida la relación de transmisión, pasamos a calcular las dimensiones del piñón y la corona, además de la distancia mínima que tendría que haber entre sus ejes de giro para un funcionamiento adecuado.

Al terminar esta fase de cálculos, teníamos dimensionada la transmisión, que era diferente para los dos coches, y había que diseñar unos soportes que se adecuaran a dichas dimensiones. Tras analizar varias ideas de soportes diferentes, decidimos que la más interesante consistía en unos soportes en forma de “boomerang”, que fueran anclados al motor, en el caso del coche de combustión, y al chasis en el caso del coche eléctrico, con un sistema de excéntricas para el tensado de la cadena. Con este diseño eliminábamos la caja de tubos de acero que tenía detrás el FSB2011, reduciendo el peso de esa parte del coche.

El diseño sería muy parecido para los dos coches, siempre teniendo en cuenta la diferencia de dimensiones. Decidimos también introducir elementos rigidizadores entre los soportes, para evitar el movimiento relativo entre ellos. Por motivos de normativa, se decide también que el “jacking point” (la barra naranja que se usa para levantar el coche), vaya también anclada a los soportes. Estos son los diseños:

Coches de combustión interna y eléctrico - Barne errekuntzako eta elektriko kotxeak

Una vez terminado el diseño de la transmisión, solo nos queda realizar ensayos de Elementos Finitos que nos aseguren que los soportes aguantarán bien bajo las condiciones de trabajo. Realizamos los ensayos a los soportes para condiciones de carrera y también para la situación en la que se levanta el coche a través del Jacking Point, cuando tenemos que trabajar en boxes.

En la imagen de más abajo puede observarse un ejemplo de las simulaciones realizadas, en este caso se ven los análisis realizados a los soportes del coche de combustión interna. Son varios los parámetros que analizamos: tensiones, deformaciones, fatiga…

Tras analizar los resultados, damos por bueno el diseño, ya que no aparecen problemas significativos. Con esto queda cerrada la fase de diseño, y ahora empieza la fase de fabricación…

Transmisio taldeak ere jarraitu nahi du EiTBko blog-eko jarraitzaileekin gure lana partekatzeko ekimena. Transmisio taldearen helburua urte honetarako aurreko urteekikoekin alderatuta diseinu guztiz berritzailea gauzatzea zan, pisua murriztea ahalbidetuko diguna, eta baita ere Drexler diferentzial blokeatua barneratzea, talde garrantzitsuenek erabiltzen dutena baita. Diferentzial honek pasa dan urteko Torsen motako diferentzialarekiko duen ezberdintasun nagusia pisuaren murrizketa garrantzitsu bat diferentzial beraren pisuan (2,5kg. pasa dan urteko 8kg.-en aurrean) eta diferentziala proba motaren arabera egokitzea da, blokeatzeko duen gaitasuna aldatuta.

Diseinuko lehen pausua transmisio-erlazio egoki bat aukeratzea zen. Barne errekuntzako kotxean, espeka mekanismo bidez eragindako martxa aldaketa sartuko denez, pasa dan urteko kotxearekin alderatuta martxa laburragoak emango dizkigun transmisio-erlazio bat aukeratu genuen. Kotxe elektrikoan, ordea, motorraren biraketa errejimenaren barruan nahi ditugun abiadura eta parea era egokian transmitituko dela ziurtatzeko egin ziren kalkuluak. Behin transmisio-erlazioa aukeratuta, pinioi eta koroaren dimentsioak kalkulatuko ditugu, eta funtzionamendu egokia bermatzeko euren biraketa ardantzen arteko distantzia minimoa ere.

Kalkulu fase hau amaituta, transmisioa dimentsionatua dugu, kotxe bakoitzarentzako ezberdina zena, eta dimentsio hauei egokituko diren euskarriak diseinatu behar ditugu. Euskarrietarako ideia ezberdin asko aztertu ondoren, interesgarriena “boomerang” erako euskarri batzuk zirala erabaki genuen, euskarri hauek motorrak eutsiko dituela barne errekuntzako kotxearen kasuan, eta txasis-ak kotxe elektrikoaren kasuan, eta katea teinkatzeko eszentsika bidezko sistema bat izango dituztenak. Diseinu honekin FSB2011ak atzean zuen altzairu-tutuzko kaxa ezabatzen genuen, kotxeko alde horretako pisua murriztuz.

Diseinua berdintsua da kotxe bientzako, beti dimentsio diferentzia kontuan izanda. Euskarrien arteko mugimendu erlatiboa ekiditeko asmoz, euren artean zurruntasun-elementuak sartzea erabaki genuen ere. Araudia dela eta, “jacking point”-a (Kotxea altzatzeko erabiltzen den barra laranja) euskarrietatik irtetea ere erabaki zen.

Behin transmisioaren diseinua amaituta, bakarrik falta da Elementu Mugatuen entseguak egitea, euskarriek lan baldintzetan era egokian eutsiko dutela ziurtatuko digutenak. Entseguak karrera baldintzapetan gauzatzen ditugu, eta baita ere kotxea “Jaking Point”-a erabiliz altzatzen deneko egoerarako, box-ean lan egin behar dugunean.

Ondoren, gauzatutako simulazioen adibide bat ikusi daiteke, kasu honetan barne errekuntzako kotxeko euskarriei egindako analisia ikus daiteke. Aztertzen ditugun parametroak ugari dira:

Elementos Finitos - Elementu Mugatuak

Emaitzak aztertu eta gero, diseinua ontzat ematen dugu, ez baita arazo esanguratsurik agertzen. Honekin, diseinu fasea itxita geratzen da, eta orain fabrikazio fasea hasten da…

Al igual que el resto de grupos han venido haciendo las últimas semanas, en este caso el Grupo Carrocería os haremos un resumen de lo que ha sido nuestro trabajo en el diseño de los monoplazas para la temporada 2012. Explicaremos brevemente de qué modo hemos afrontado las necesidades del coche, las técnicas que hemos usado para el análisis y las mejoras generales que se esperan por parte de nuestro grupo.

Como ya sabéis, el principal reto del equipo FSBizkaia para ésta temporada es el diseño y fabricación de dos coches, uno de combustión interna como se ha hecho hasta ahora, y por primera vez uno eléctrico. Por nuestra parte, la idea inicial era diseñar una carrocería que fuese igual para ambos monoplazas, ya que supondría un ahorro económico a la hora de fabricar los moldes. Sin embargo, como ya comentó el Grupo Chasis, la parte de atrás tuvo que modificarse para albergar los distintos motores, y con ello la carrocería.

Boceto - Zirriborroa

Partiendo de los bocetos iniciales hechos a mano, como cualquier diseño que pretende dar la forma exterior a un coche, se fueron fijando ideas sobre las formas que se pretendían conseguir. Respecto a diseños anteriores, hemos intentado dar una mayor continuidad a las líneas que definen nuestra carrocería, dentro de las restricciones que nos imponen el resto de elementos. Partiendo de la punta del morro, una franja lateral se va ensanchando de manera progresiva, hasta ser la parte superior del pontón.

En cuanto al morro, hemos intentado que sea también contínuo, y algo más afilado (dentro de lo que la normativa de las competiciones nos permite). Los pontones serán más pequeños y empezarán en una posición más atrasada que el año pasado para tratar de reducir peso, evitar que choquen con las ruedas delanteras y facilitar la evacuación del vehículo en caso de emergencia.

Una vez fijado el diseño, lo hemos trasladado al CAD empleando el programa CATIA y trabajando con el módulo de superficies. Para crear éstas, se ha partido de las principales secciones del chasis junto con líneas guía que se apoyan en distintos puntos de ellas. Así nos ha sido muy sencillo modificar las dimensiones de la carrocería cuando se ha ido variando el resto del coche.

Para analizar cómo se comporta la carrocería al estar en movimiento, hemos realizado análisis aerodinámicos con programas CFD (Computacional Fluid Dynamics). Los resultados nos han dado una idea de cómo se comporta el aire alrededor del coche, así como de la fuerza que hace ese aire contra el coche a diferentes velocidades (Drag Force).

Tras estos pasos, solo hemos tenido que ir adaptando nuestro diseño a las dimensiones del resto de elementos del coche. La gran diferencia entre ambos coches es la anchura de los pontones, considerablemente mayor en el coche de combustión que en el eléctrico, debido a la necesidad de albergar el radiador, elemento esencial para la refrigeración de su motor. Para mantener la simetría, por el otro pontón se ha aprovechado a sacar el escape. En el coche eléctrico, por otra parte, los pontones se reducen a unos pequeños riñones, más bajos y estrechos, que servirán de toma de aire para refrigerar las baterías.

Diseños preliminares en CATIA - Aurretiazko diseinua CATIAren bitartez

También hemos probado diferentes materiales composites (vibra de vidrio y de basalto) para la fabricación de la carrocería, mediante probetas de ellos, sobre las que hemos estimado el peso; y para anclar la carrocería al chasis se ha estudiado usar un nuevo sistema, llamado Dual Lock, que es una especie de velcro, pero de muy alta fijación. Para la fabricación, se está proyectando una fresadora casera para poder fabricar nosotros mismos los moldes de la carrocería en poliuretano, lo que supondría un gran ahorro económico.

Con todas estas novedades de forma, materiales y procedimientos pretendemos disminuir el peso de la carrocería y el precio de su fabricación. Así, hemos intentado conjugar las formas más estéticas y aerodinámicas posibles, con una mejora del comportamiento global del coche.

Azken asteotan beste taldeek egin duten modura, Karrozeria Taldekoek laburtuko dizuegu orain geure lan prozesua 2012ko kotxeen diseinuan. Besteak beste, kotxearen beharrak zelan aztertu ditugun, analisirako erabili diren teknikak eta geure taldetik esperotako hobekuntza orokorrak beste urteen diseinuekiko azalduko dizkizuegu.

Dakizuenez, bi kotxeen diseinua izan da FSBizkaiaren aurtengo erronkarik nagusiena: barne konbustiokoa, orain arte egin den modura, eta lehendabiziko aldiz, elektrikoa. Geure atalari dagokionez, hasierako ideia bi karrozeria berdin berdinak diseinatzeavizan zen, moldeak fabrikatzerako orduan aurrezki handia ekarriko zuena. Hala ere, Txasis Taldekoek komentatu zuten modura, kotxearen atzeko partea aldatzeko beharra zegoen, motore desberdinei egokitzen zaien tokia ahalbidetuz. Horrela, karrozeriaren bi diseinu egin beharko ziren.

Eskuz egindako zirriborroetatik abiatuz, kotxe baten kanpo forma mugatu nahi duen edozein diseinuaren modura, ideiak proposatzen hasi ginen lortu beharreko formak finkatuz. Beste urtetako diseinuekiko, karrozeria definitzen duten lerroei jarraitutasun handiago bat ematen saiatu gara, gainontzeko elementuek aurkezten dituzten murrizpenak kontuan izanda. Muturraren puntatik abiatuz, alboko lerroek osatutako gainazal bat zabalduz joaten da, pontoiaren goiko partea bihurtzen den arte.

Coches combustión y eléctrico diseño cuasi-final - Errekuntza eta elektrizitate bidezko automobilen ia-behin betiko diseinua

Muturrari buruz hitz eginez, jarraia izatea bilatu dugu, baita zorrotzagoa (konpetizioak finkatzen duen arautegia errespetatuz). Pontoiak beste urteekiko txikiagoak izango dira, atzerago hasiz, pisua murrizten, aurrealdeko gurpilekin talkak sahiesten eta emergentzia kasuan ibilgailuaren ebakuazioa azkartzen ahalbidetuko diguna.

Behin diseinua finkatuta, CAD-era (Computer Aided Design – Ordenagailuz Lagundutako Diseinua) igaro dugu CATIA programa erabiliz, gainazalen moduluarekin lan eginez. Hauek sortzeko, txasisaren sekzio nagusietatik eta haiengandik igarotzen diren lerro zuzentzailetatik abiatu gara. Modu honetan oso erreza egin zaigu karrozeriaren dimentsioak aldatzea gainontzeko kotxearen diseinua aldatuz joan den heinean.

Karrozeria mugimenduan dagoenean zer nolako portaera duen ikusteko, analisi aerodinamikoak burutu ditugu CFD (Computational Fluid Dynamics – Fluidoen dinamika konputazionala) programez baliatuz. Lortutako emaitzak kotxearen inguruko airea zelako portaera duen aztertzeko aukera eman digu, baita abiadura desberdinetan aireak bere kontra egiten duen indarraren balioak lortzeko ere (Drag Force – Aurrera joateko erresitentzia indarra).

Ensayos CFD de la carrocería - Karrozeriaren CFD probak

Prozesu hau burutu ondoren, kotxearen gainontzeko dimentsioekiko moldatu dugu geure diseinua. Bi kotxeen arteko desberdintasunarik nagusiena pontoien zabalera da, konbustio kotxean askoz zabalagoak direnak, motorearen errefrigerazioarentzako behar beharrezkoa den erradiadorea sartu ahal izateko. Simetria mantenduz dimentsio berberetan egin den beste pontoitik eskapea aterako da, espazio horreri probetxua ateraz. Bestalde, kotxe elektrikoaren pontoiak mehe meheak dira, eta baxuagoak, baterien errefrigerazioarentzako aire sarrerak izango direnak.

Konposite material desberdinak (beira eta basalto zuntzak) frogatu ditugu ere bai karrozeriaren frabrikaziorako, hoiekin probetak eginez, pisua estimatuz; eta karrozeria txasisari lotzeko sistema berri bat sartzen saiatu gara, Dual Lock izenekoa, finkapen handiko belkro baten modura lan egiten duena. Fabrikaziorako, ikasleek egindako fresatzaile bat proiektatzen ari da, poliuretanozko moldeak geure kontura fabrikatzeko, aurrezpen handia ekarriko zuena.

Itxura, material eta prozeduratan eman diren berrikuntza hauek sartuta, karrozeriaren pisua baita fabrikazio prozesuaren kostua murrizten saiatu gara, forma estetiko eta aerodinamikoak eta kotxearen portaeraren hobekuntzaren artean konpromiso egokienenera helduz.