CAPÍTULO V. ANÁLISIS DE MEJORAS AL DISEÑO...

Recreación virtual en CATIA V5 R20 del automóvil de Leonardo da Vinci

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CAPÍTULO V. ANÁLISIS DE MEJORAS AL

DISEÑO ORIGINAL

Una vez explicado el funcionamiento y partes del automóvil (Capítulo III) y

presentado el modelo concreto realizado en este Proyecto Fin de Carrera (Capítulo IV),

en el presente Capítulo vamos a analizar distintas modificaciones enfocadas a mejorar o

simplificar el funcionamiento del carrito automotor, aprovechando en algunos casos

elementos tecnológicos inexistentes en la época de Leonardo.

Dado que la potencia suministrada por un motor de muelle aparte de ser de

duración limitada es de poca magnitud, un buen objetivo común a todas las partes será

el de reducir el peso del ensamblaje final. De este modo, disminuirá el rozamiento y en

consecuencia, la resistencia del automóvil al movimiento.

MODIFICACIONES PROPUESTAS PARA MEJORAR EL DISEÑO OR IGINAL

Bastidor

Como sabemos, el Bastidor es la estructura base que sirve de apoyo para el resto

de sistemas y mecanismos del automóvil. Recordemos que el modelo creado en el

Capítulo IV consistía en una estructura cuadrada compuesta por vigas y ejes de

sustentación encajados los unos en los otros. El material elegido por excelencia para la

mayor parte de las piezas fue la madera de roble, que como sabemos se trata de una

madera dura y resistente pero también bastante pesada.

Pues bien, en cuanto a la geometría del conjunto y de las distintas partes que lo

componen, consideramos que el número y tamaño de las vigas del modelo inicial son

los necesarios para formar una estructura suficientemente consistente. Sin embargo, en

cuanto a los materiales empleados el margen de mejora puede ser mayor, puesto que

como hemos visto en el Capítulo IV, el Bastidor supone el 34% de la masa total del

automóvil, y podemos intentar reducir su peso buscando materiales más ligeros.

Así pues, en los siguientes párrafos vamos a analizar los posibles beneficios que

obtendríamos si para la construcción del Bastidor utilizásemos otro material distinto a la

madera de roble. La extensa librería de materiales que ofrece nuestro software de diseño

nos facilitará en gran medida esta tarea.


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Dicho esto, si accedemos a las propiedades que CATIA V5 tiene asignadas para

cada material, comprobamos que en el caso del roble su densidad es de 753 kg/m3.

Dentro del campo de las maderas se trata de un valor elevado, pues como ya

comentamos con anterioridad, el roble es una de las maderas más pesadas que existen.

De hecho, si comparamos la densidad del roble con respecto a otro tipo de madera más

ligera, como la de pino, obtenemos una reducción notable de la densidad, que desciende

hasta los 500 kg/m3. No obstante, esta última continúa siendo una madera bastante

resistente y de uso común en la práctica.

Por otro lado, si queremos sustituir la madera de roble por algún metal ligero con

el fin de reducir el peso, encontramos un gran inconveniente, ya que si por ejemplo

recurrimos al aluminio, uno de los metales más ligeros que existen en la actualidad, su

densidad está en torno a los 2700 kg/m3, lo que significa que un Bastidor hecho de este

material sería del orden de cuatro veces más pesado que el de roble. Resulta un varapalo

considerable teniendo en cuenta que las aleaciones de aluminio son, por su bajo peso y

alta resistencia, frecuentemente utilizadas en industrias como la aeronáutica, donde la

reducción del peso es uno de los objetivos fundamentales.

No obstante, debemos tener en cuenta que el modelo del Capítulo IV fue

diseñado con piezas macizas, que es como suele trabajarse la madera. Sin embargo, el

aluminio es comúnmente utilizado en formatos de láminas delgadas (chapas o placas),

perfiles (en U, en I, en H) o secciones tubulares (circulares, cuadradas o rectangulares).

De hecho podemos encontrar perfiles y secciones normalizadas en cuanto a dimensiones

y espesores.

Teniendo en cuenta que la mayor parte de las piezas que componen el Bastidor

son de sección rectangular o cuadrada, procedemos a modelar una nueva estructura con

la misma geometría pero compuesta por piezas huecas en lugar de macizas. De este

modo, al asignar aluminio como material, analizaremos si se produce una disminución

de peso con respecto al anterior.

Concretamente, el nuevo modelo realizado es el que se muestra a continuación.

Observemos que en este caso hemos prescindido de las piezas rigidizadoras de chapa

metálica que reforzaban longitudinalmente las vigas laterales superiores e inferiores, al

considerar que en este caso son innecesarias.

soldadura de las mismas, por lo que no ha sido necesario

unión


Figura

En este caso


unión introducidas en

Figura 60.


Figura 59. Modelo y sección del

En este caso, para las uniones de las


introducidas en el modelo anterior

. Juntas diseñadas con piezas huecas de metal para su unión por soldadura


Modelo y sección del

para las uniones de las


odelo anterior

Juntas diseñadas con piezas huecas de metal para su unión por soldadura


Modelo y sección del Bastidor metálico realizado con piezas huecas

para las uniones de las distintas


odelo anterior.



astidor metálico realizado con piezas huecas

distintas piezas

soldadura de las mismas, por lo que no ha sido necesario diseñar




piezas hemos

diseñar las complejas juntas de




hemos optado por

las complejas juntas de



74

optado por la

las complejas juntas de

74


75

En lo referente a la parametrización de este nuevo modelo del Bastidor, hemos

conservado el parámetro que controla las dimensiones de todas las piezas del mismo,

pero además hemos añadido uno nuevo: el espesor de la sección de las vigas metálicas.

Sin embargo, hemos prescindido del parámetro que controlaba el espesor de las piezas

de chapa puesto que, como hemos mencionado, en este modelo las hemos suprimido.

Parámetros del Bastidor realizado con piezas huecas

Nombre Tipo Función

Tamaño Bastidor Length Controlar las dimensiones de todas las piezas

del Bastidor.

Espesor de la sección de las vigas

Length Controlar el espesor del perfil o sección de las

vigas metálicas.

Tabla 17. Parámetros introducidos en el nuevo modelo del Bastidor

Así pues, estos parámetros nos van a permitir analizar de forma rápida y sencilla

distintas alternativas. De hecho, en la tabla siguiente vemos los resultados obtenidos en

cuanto a la masa del conjunto para distintas combinaciones de los parámetros anteriores.

Además, hemos añadido una columna con la masa del Bastidor modelado en el Capítulo

IV, hecho de madera de roble, y otra con la masa obtenida si utilizásemos madera de

pino en lugar de roble, que como acabamos de ver, es bastante más ligera. Los

resultados obtenidos han sido redondeados al primer decimal.

Tamaño Bastidor

(metros de lado)

Masa Bastidor (Kilogramos)

Bastidor de

madera de roble

Bastidor de aluminio

(espesor sección en milímetros)

Bastidor de

madera de pino

e=1,6 e=1,8 e=2 e=2,5 e=3

0,5 3,5 2,8 3,1 3,4 4,2 4,9 2,4

1 26,6 11,5 12,9 14,3 17,7 21,0 18,1

2 207,8 46,9 52,6 58,4 72,6 86,7 139,7

Tabla 18. Masa del Bastidor para distintos materiales, tamaños y espesores


76

Observando el comportamiento de la masa en la tabla anterior, podemos ver

fácilmente que el valor del parámetro que controla el tamaño del Bastidor influye

enormemente a la hora de decantarnos por un material u otro.

En primer lugar, para un Bastidor de medio metro de lado, vemos que la madera

de pino es la opción que en mayor medida reduce el peso del conjunto, consiguiendo

una disminución del 30% respecto al modelo construido en roble. En cuanto a los

espesores de aluminio, ninguno de ellos consigue una reducción de peso tan notable

como la anterior, e incluso para los espesores más gruesos se produciría un incremento.

Por tanto, en este primer caso la madera de pino es la opción más acertada si valoramos

únicamente la repercusión en el peso del conjunto.

Si nos centramos en el caso de un Bastidor con un metro de lado, vemos en la

tabla anterior que las construcciones más ligeras corresponden a los perfiles de aluminio

de 1,6 y 1,8 milímetros de espesor, con los que se obtienen sendas reducciones respecto

al Bastidor de roble del 56% y el 51%. Ahora bien, con estos espesores tan delgados y

teniendo en cuenta que en este caso la longitud de las vigas más largas es de un metro,

sería recomendable analizar si el Bastidor es lo suficientemente resistente. Para ello

habría que determinar las cargas y condiciones de contorno a las que va a estar sometido

el conjunto e introducirlas en algún software capaz de realizar los análisis de resistencia

pertinentes, tales como PATRAN-NASTRAN, ANSYS o incluso el propio CATIA V5,

que en el módulo Analysis & Simulation cuenta con herramientas capaces de realizar

análisis estructurales por el Método de los Elementos Finitos (MEF). A expensas de

realizar dicho análisis, en este caso consideramos que el uso de estos espesores tan

delgados puede resultar insuficiente para la resistencia del conjunto, más aún teniendo

en cuenta que el resto de sistemas aumentarán proporcionalmente de tamaño y en

consecuencia, de peso. Por ello, es preferible ponerse del lado de la seguridad y utilizar

perfiles de 2 ó 2,5 milímetros de espesor, con los que se obtienen reducciones de peso

del 46% y el 33% respectivamente, que si bien son porcentajes menores que los

anteriores, continúan siendo ventajosos. No obstante, si queremos prescindir del análisis

de resistencia, también cabría la posibilidad de utilizar madera de pino, con la que

conseguiríamos una reducción de peso del 32% respecto a la de roble.

Por último, para un Bastidor de dos metros de lado, las construcciones en

madera, ya sea pino o roble, vemos que resultan excesivamente pesadas, superando con


77

creces los cien kilogramos de masa, lo que haría inviable la puesta en marcha del

automóvil teniendo en cuenta que la fuerza motriz del sistema es la desprendida por dos

muelles cargados. Recordemos que por este motivo, en el Capítulo anterior descartamos

la posibilidad de construir un Bastidor de estas dimensiones. Sin embargo, con el nuevo

modelo hecho de aluminio obtenemos pesos más razonables. Por los mismos motivos

que en el caso anterior, debido a las grandes dimensiones de las piezas, sería

recomendable trabajar con un espesor de 3 milímetros, que aun siendo el más grueso de

todos los analizados, consigue reducir el peso un 58% respecto a la madera de roble y

un 38% respecto a la de pino. De todas maneras, se trata de un Bastidor de casi noventa

kilogramos de masa y faltaría añadir el resto de sistemas que componen el automóvil,

por lo que habría que analizar si podríamos conseguir poner en movimiento un conjunto

tan pesado utilizando únicamente la fuerza desprendida por un par de muelles cargados.

Una vez analizadas en detalle todas las posibilidades propuestas, la conclusión

que obtenemos es que si realmente tuviésemos que construir un prototipo del automóvil

de Leonardo da Vinci, nos decantaríamos por un tamaño máximo del Bastidor de medio

metro de lado, pues recordemos que la fuerza motriz del sistema es muy limitada, y ésta

es la opción que menor resistencia ofrece al movimiento.

En cuanto al material a emplear, hemos visto que para este tamaño, la madera de

pino es la que proporciona menor masa al conjunto y, por tanto, menor peso. También

hemos comprobado que esta madera es considerablemente más barata que la de roble y

que los perfiles de aluminio, por lo que además es la opción más económica. Otras

ventajas que tiene la madera de pino, como vimos en el Capítulo III, son su resistencia

moderada y la facilidad que ofrece para ser trabajada a mano.

En definitiva, por todo lo anterior, concluimos que la decisión más acertada es

construir un Bastidor de medio metro de lado utilizando madera de pino para la

construcción de todas las piezas que lo componen.

Sistema Motor

Puesto que Leonardo no dejó indicación alguna sobre la procedencia de la fuerza

motriz de este invento, en el Capítulo III razonamos las distintas hipótesis que nos

llevaron a considerar que el Sistema Motor estaba compuesto por dos muelles

helicoidales colocados bajo los engranajes principales del automóvil.

su efecto y el mantener constante la fuerza de propulsión de los muelles, la cual se

debilita a medida que

la necesidad

del automóvil un invento se su siglo consistente en un sistema compuesto por un muelle

conectado a un tornillo, que podría haber hecho las veces de Sistema Motor y Sistema

de Escape. En la siguiente figura podemos ver el

avanza la descarga

Enrollando una cuerda alrededor del cono y de un

sistema

del cono

que hay en la base del tornillo,


Asimismo


debilita a medida que

necesidad de

Sin embargo, una buena opción hubiese sido que Leonardo utilizase como motor




Figura 61

El concepto es el siguiente:

avanza la descarga


sistema puede aprovechar

del cono y la debilitada fuerza final



Asimismo explicamos que el problema de este motor era la duración limitada de


debilita a medida que éstos

de introducir un S





61. Sistema que mantiene

l concepto es el siguiente:

avanza la descarga, sustituimos uno de los muelles por


puede aprovechar la potencia inicial aplicándola al reduc

a debilitada fuerza final


Figura 62. Modelo del cono


explicamos que el problema de este motor era la duración limitada de


éstos se van descargando.

un Sistema de





que mantiene

l concepto es el siguiente: para evitar que

sustituimos uno de los muelles por


la potencia inicial aplicándola al reduc

a debilitada fuerza final a la parte ancha del cono. Gracias a la rueda dentada

que hay en la base del tornillo, conseguimos transmitir

. Modelo del cono




se van descargando. Para evitar este problema

istema de Escape.




de Escape. En la siguiente figura podemos ver el esquema de este invento

constante la fuerza desprendida

para evitar que

sustituimos uno de los muelles por



la parte ancha del cono. Gracias a la rueda dentada

conseguimos transmitir

. Modelo del cono y del Sistema Motor




Para evitar este problema




esquema de este invento

constante la fuerza desprendida

para evitar que la potencia

sustituimos uno de los muelles por un cono con un surco e

Enrollando una cuerda alrededor del cono y de un envoltorio



conseguimos transmitir un movimiento constante.

Sistema Motor




Para evitar este problema




esquema de este invento

constante la fuerza desprendida por un

la potencia disminuya

un cono con un surco e

envoltorio que contenga al

la potencia inicial aplicándola al reducido tamaño de la punta


movimiento constante.

Sistema Motor mejorado




Para evitar este problema, justificamos




esquema de este invento.

un muelle

disminuya a medida que

un cono con un surco en espiral.

que contenga al muelle

ido tamaño de la punta


movimiento constante.


78



justificamos




a medida que

n espiral.

lle, el

ido tamaño de la punta


78


79

No obstante, también debemos tener en cuenta que en el nuevo modelo estamos

prescindiendo de uno de los dos grandes muelles motrices, lo que acarrea la desventaja

de que la potencia proporcionada por el motor se reduce a la mitad. Sin embargo, en el

Capítulo IV vimos que debido a los dos grandes muelles helicoidales, el Sistema Motor

era el más pesado de todos los que componen el automóvil, constituyendo el 36% de su

masa total. Así pues, podemos compensar la pérdida de potencia comentada con

anterioridad, con el hecho de que al suprimir uno de los muelles motrices, el nuevo

Sistema Motor es casi un 25% menos pesado que el anterior, y por tanto, a menor peso

menor es la potencia necesaria para poner en movimiento el automóvil.

Aparte de la reducción de peso mencionada con anterioridad, hemos explicado

que otra de las ventajas obtenidas con el nuevo modelo del Sistema Motor es que nos

permite prescindir del Sistema de Escape, lo que supone una ligera reducción de peso

adicional en el ensamblaje completo del automóvil.

Al margen de la anterior modificación, entendida como mejora de nuestro

modelo, podemos añadir en el motor algún elemento que, una vez cargado el muelle,

sirva de freno bloqueando los engranajes. Puede servir como sistema de freno, una

simple pieza que se pueda encajar en medio de los engranajes principales hasta el

instante en que se decida poner en marcha el sistema.

Destacar, por último, que al igual que en el Sistema Motor modelado en el

Capítulo IV, en esta ocasión tampoco ha sido necesario añadir parámetro adicional

alguno.

Sistema de Dirección

Recordemos que nuestro Sistema de Dirección estaba compuesto, entre otras

partes, por una única rueda formada por una maza, unos radios y un perímetro. El

material empleado para todas estas piezas fue la madera de distintos árboles. Además de

las partes anteriores, añadimos una banda de rodadura metálica que comúnmente se

utilizaba en las antiguas ruedas de madera para reducir el rozamiento, disminuir el

desgaste y aumentar la resistencia.

La modificación que podemos llevar a cabo para mejorar el diseño anterior, es

sustituir la rueda de madera por un neumático de caucho similar a los que se emplean en


80

la actualidad. Las principales ventajas que presentan éstos últimos son una mayor

adherencia al suelo, menor desgaste, menor ruido y mayor confort.

Sin embargo, si analizamos la repercusión de dichas ventajas en el automóvil de

Leonardo da Vinci comprobamos que carecen de relevancia alguna. Por un lado, hemos

visto que este invento no parecía estar pensado para el transporte de personas, por lo que

no tiene sentido realizar modificaciones encaminadas a aumentar la confortabilidad o

disminuir el ruido. Y por otro lado, aumentar la adherencia y disminuir el desgaste

resulta importante cuando está previsto que un automóvil vaya a alcanzar velocidades

elevadas, lo que en nuestro caso es impensable teniendo en cuenta la escasa potencia de

nuestro Sistema Motor.

Por lo tanto, consideramos que sería un error sustituir la rueda de madera con

banda de rodadura metálica por un neumático de caucho, puesto que no aportaría

mejoras relevantes al modelo y sin embargo, al requerir una llanta metálica, conllevaría

un significativo aumento de peso y de presupuesto. Además, las ruedas de madera, a

pesar de ser demasiado rígidas, cumplieron su cometido en los carruajes durante siglos.

Sin embargo, al igual que hemos hecho con el Bastidor, podemos aprovechar las

ventajas de la madera de pino para utilizarla en todas las piezas que anteriormente

habían sido modeladas con madera de roble. De este modo, conseguimos una reducción

de peso del 36% respecto al anterior. No obstante, en este caso, tal modificación no

tiene una repercusión global muy relevante puesto que recordemos que el Sistema de

Dirección tan sólo contribuía al 5% de la masa total del automóvil. Comentar, por

último, que mantenemos el parámetro definido en su momento para este sistema, el cual

hacía referencia al número de radios de la rueda.

Sistema de Escape

Acabamos de ver que con el nuevo Sistema Motor introducido, podemos

prescindir del Sistema de Escape creado en el Capítulo IV, lo que implica un ahorro

importante de material y tiempo de construcción del ensamblaje final. La repercusión en

el peso del automóvil no resulta tan relevante, pues recordemos que este sistema tan

sólo suponía un 1% de la masa total.

Obviamente, el parámetro relacionado con el Sistema de Escape en el Capítulo

anterior, carece de sentido ahora que este sistema ha sido eliminado del automóvil.


81

Sistema de Transmisión

En el Capítulo III explicamos en detalle el funcionamiento del Sistema de

Transmisión y posteriormente, en el Capítulo IV mostramos el modelo concreto

realizado en este Proyecto Fin de Carrera así como un diagrama de flechas que ilustraba

y aclaraba el funcionamiento del mismo. De este modo, vimos que este sistema tiene la

finalidad de transmitir el movimiento entre ejes perpendiculares.

Para ello, en la Baja Edad Media era frecuente utilizar el engranaje de rodillo o

linterna incluido en muchos de los inventos que el propio Leonardo diseñó, y que

también aparece en la hoja 812r del Códice Atlántico. Sin embargo, hoy en día este tipo

de engranajes está totalmente en desuso, debido a que presentan un sinfín de

inconvenientes, como por ejemplo grandes pérdidas energéticas, problemas de

interferencia, transmisión discontinua del movimiento, gran tamaño y desgaste elevado.

En la actualidad, para transmitir el movimiento entre ejes que se cruzan, se usan

los engranajes cónicos, ya sean rectos, helicoidales o hipoides. Entre los anteriores, los

más sencillos de trazar son los engranajes cónicos-rectos, que efectúan la transmisión de

movimiento entre ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto.

Figura 63. Ejemplos de engranajes cónicos rectos. Sección y vista tridimensional

Estas condiciones son las que nos encontramos en el caso de nuestro automóvil,

es decir, queremos transmitir el movimiento entre ejes que se cortan perpendicularmente

en el mismo plano, por lo que podemos utilizar engranajes cónicos rectos, y evitar tener

que introducir en nuestro modelo los tediosos engranajes de rodillo o linterna. También

podríamos haber utilizado los engranajes cónicos helicoidales, que son más silenciosos,

pero decidimos descartarlos debido a que se emplean para velocidades de giro elevadas,

que en nuestro caso no se van a dar, y además son de geometría mucho más compleja.

el Sis

las dos interacciones

intermedios y la del engranaje de rodillo

muestran

Observemos que


Introduciendo los engranajes cónicos rectos

el Sistema de Transmisión

dos interacciones


muestran el nuevo modelo realizado

Observemos que

Figura


ntroduciendo los engranajes cónicos rectos

tema de Transmisión,

dos interacciones anteriores


el nuevo modelo realizado

Observemos que una vez más, la madera de roble

Figura 64. Funcionamiento del

Figura 65

Figura



, puesto que con una única interacción

anteriores: la correspondiente a los engranajes principales con los


el nuevo modelo realizado

una vez más, la madera de roble

Funcionamiento del

65. Sistema de Transmisión mejorado

Figura 66. Sistema de engranajes cónicos



que con una única interacción

: la correspondiente a los engranajes principales con los

intermedios y la del engranaje de rodillo con las ruedas motrices.

el nuevo modelo realizado así como un diagrama de su funcionamiento.

una vez más, la madera de roble

Funcionamiento del Sistema de Transmisión mejorado

Sistema de Transmisión mejorado

Sistema de engranajes cónicos


ntroduciendo los engranajes cónicos rectos estamos simplificando

que con una única interacción


con las ruedas motrices.

así como un diagrama de su funcionamiento.

una vez más, la madera de roble ha sido sustituida por la de pino.





estamos simplificando

que con una única interacción podemos prescindir de


con las ruedas motrices. Las siguientes figuras


sustituida por la de pino.


(alzado)



estamos simplificando enormemente

podemos prescindir de


as siguientes figuras


sustituida por la de pino.



82

enormemente

podemos prescindir de


as siguientes figuras


82

Sistema de Transmisión, la cual

automóvil.

obtenemos

nuevo Sistema de Transmisi

Capítulo IV

los parámetros definidos

de sentido, a excepción del ángulo de presión, que se define

modo.

son conceptualmente similares a los anteriores. Por un lado queremos controlar

número de dientes del engranaje de menor tamaño

produzca

en este caso, al haber una única interacción,

vueltas

Ángulo de

Número de dientes del piñón

Relación de transmisión del sistema de


Figura 67

Con esta


automóvil. Concretamente

obtenemos una reducción de masa del 45%


Capítulo IV, por lo que la mejora

Por otra parte,

parámetros definidos


modo. No obstante, los parámetros



produzca interferencia

ste caso, al haber una única interacción,

vueltas de la rueda motriz por cada vuelta

Nombre

Ángulo de presión delde engranajes

Número de dientes del piñón cónico

Relación de transmisión del sistema de engranajes cónicos

Tabla


67. Detalle de interacción

estas modificaciones


Concretamente

una reducción de masa del 45%


, por lo que la mejora

Por otra parte, al prescindir de las dos interacciones

parámetros definidos para el Sistema de Transmisión


No obstante, los parámetros



interferencia y, por otro


la rueda motriz por cada vuelta

Parámetros del

Nombre

presión del sistema de engranajes


Relación de transmisión del engranajes cónicos

Tabla 19. Parámetros introducidos en el nuevo Sistema de Transmisión


Detalle de interacción rueda

s modificaciones conseguimos reducir

Sistema de Transmisión, la cual vimos que

Concretamente, se ha calculado que con el nuevo modelo

una reducción de masa del 45%

nuevo Sistema de Transmisión tendrá casi la mitad de peso que el modelado en el

, por lo que la mejora conseguida resulta cuanto menos significativa

al prescindir de las dos interacciones

para el Sistema de Transmisión


No obstante, los parámetros relacionados con



por otro, nos interesa


la rueda motriz por cada vuelta

Parámetros del Sistema de Transmisión mejorado

Tipo

sistema Angle

Número de dientes del piñón Integer

Relación de transmisión del engranajes cónicos

Parámetros introducidos en el nuevo Sistema de Transmisión


rueda-piñón en el

conseguimos reducir

vimos que representaba

calculado que con el nuevo modelo

una reducción de masa del 45% respec

ón tendrá casi la mitad de peso que el modelado en el

conseguida resulta cuanto menos significativa


para el Sistema de Transmisión


relacionados con



nos interesa establecer

ste caso, al haber una única interacción, determinará

la rueda motriz por cada vuelta del eje motor.


Tipo

Angle

Integer

Real Establecer la relación de transmisión en



en el Sistema de engranajes cónicos

conseguimos reducir considerablemente

representaba un 24% de la masa total del


respecto al anterior




para el Sistema de Transmisión en el Capítulo anterior


relacionados con el siste


número de dientes del engranaje de menor tamaño sea el suficiente

establecer la relación de transmisión

determinará

eje motor.


Controlar el ángulo de presión de los dientes

Controlar el número de dientes del engranaje cónico de menor tamaño.

Establecer la relación de transmisión en el sistema de engranajes cónicos.




considerablemente

un 24% de la masa total del


to al anterior, lo que implica que el



al prescindir de las dos interacciones explicadas anteriormente

en el Capítulo anterior

de sentido, a excepción del ángulo de presión, que se define exactamente

el sistema de engranajes cónicos


sea el suficiente para evitar que se

la relación de transmisión

determinará directamente


Función

Controlar el ángulo de presión de los dientes cónicos






considerablemente la masa


calculado que con el nuevo modelo realizado,

, lo que implica que el


conseguida resulta cuanto menos significativa.

explicadas anteriormente

en el Capítulo anterior carecen

exactamente del mismo

engranajes cónicos

son conceptualmente similares a los anteriores. Por un lado queremos controlar que

para evitar que se

la relación de transmisión

directamente el número de

Función

Controlar el ángulo de presión de los cónicos.





83

la masa del


realizado,

, lo que implica que el


explicadas anteriormente,

carecen

del mismo

engranajes cónicos,

que el

para evitar que se

la relación de transmisión, que

número de

Controlar el ángulo de presión de los



83

COMPONENTES, DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO, PARÁMETROS Y

ALGUNOS DATOS DESCRIPTIVOS DEL

cabo

Capítulo IV




Una vez

cabo en cada uno de los sistemas con el fin de

Capítulo IV, procedemos a mostrar

Figura




Una vez razonadas y justificadas

en cada uno de los sistemas con el fin de

procedemos a mostrar

Figura 68. Modelo mejorado del automóvil de Leonardo da Vinci




razonadas y justificadas


procedemos a mostrar cómo quedaría el nuevo modelo propuesto

Modelo mejorado del automóvil de Leonardo da Vinci



ALGUNOS DATOS DESCRIPTIVOS DEL AUTOMÓVIL

razonadas y justificadas las modificaciones que pretendemos llevar a


cómo quedaría el nuevo modelo propuesto




AUTOMÓVIL

las modificaciones que pretendemos llevar a

en cada uno de los sistemas con el fin de mejorar el diseño





AUTOMÓVIL MEJORADO


mejorar el diseño presentado en el





MEJORADO


presentado en el

cómo quedaría el nuevo modelo propuesto.



84



presentado en el

84

cuatro grandes ensamblajes que

componen el nuevo diseño

En este aspecto,

la decisión que tomamos en el B

por ser menos pesada y

justificamos la elección del hierro como metal con el fin de

accesibles en la época de Leonardo, sin e

sustituido

Cantidad


En la siguiente figura


Acto seguido,

componen el nuevo diseño

En este aspecto,


por ser menos pesada y


esibles en la época de Leonardo, sin e

sustituido por aluminio, que es más ligero.

Cantidad

1 Conjunto_bastidor_mejorado

1 Sist_direccion

2 Sist_transmision_mejorado

1 Sist_motor_mejorado


a siguiente figura


Figura 69. Subconjuntos que conforman el automóvil mejorado

Acto seguido, hemos recopilado

componen el nuevo diseño, así como los materiales elegidos para cada una de las piezas

En este aspecto, recordemos


por ser menos pesada y suficientemente



por aluminio, que es más ligero.

Componentes de Conjunto_automovil_mejorado

Conjunto_bastidor_mejorado

Sist_direccion

Sist_transmision_mejorado

Sist_motor_mejorado


a siguiente figura hemos realizado un despiece donde podemos visualizar los

cuatro grandes ensamblajes que constituyen

Subconjuntos que conforman el automóvil mejorado

hemos recopilado

, así como los materiales elegidos para cada una de las piezas

recordemos que hemos hecho extensiva

la decisión que tomamos en el Bastidor de

suficientemente





Parte


Sist_direccion _mejorado


Sist_motor_mejorado


hemos realizado un despiece donde podemos visualizar los

constituyen el nuevo


hemos recopilado en una tabla


hemos hecho extensiva

astidor de sustituir la madera de roble por l

suficientemente resistente. Por otro lado, en el Capítulo III


esibles en la época de Leonardo, sin embargo, en el nuevo modelo



Parte


_mejorado




el nuevo automóvil


en una tabla el total de partes y


hemos hecho extensiva al resto de partes

sustituir la madera de roble por l

resistente. Por otro lado, en el Capítulo III


, en el nuevo modelo




automóvil.


el total de partes y


al resto de partes

sustituir la madera de roble por l


justificamos la elección del hierro como metal con el fin de respetar los

, en el nuevo modelo,


Material

-

-

-

-




el total de partes y conjuntos que


al resto de partes del automóvil

sustituir la madera de roble por la de pino,


respetar los materiales

el hierro ha sido

Material Tipo

Assembly

Assembly

Assembly

Assembly


85


conjuntos que

, así como los materiales elegidos para cada una de las piezas.

del automóvil

a de pino,


materiales

ha sido

Tipo

Assembly

Assembly

Assembly

Assembly

85


86


1 Bas_lateral_sup_izq_mejorado Pino Part

1 Bas_lateral_sup_dcho_mejorado Pino Part

1 Bas_frontal_sup_mejorado Pino Part

1 Bas_trasera_sup_mejorado Pino Part

1 Bas_lateral_inf_izq_mejorado Pino Part

1 Bas_lateral_inf_dcho_mejorado Pino Part

1 Bas_frontal_inf_mejorado Pino Part

1 Bas_trasera_inf_mejorado Pino Part

6 Bas_taco_union_supinf_mejorado Pino Part

1 Bas_barra_divisoria_superior_mejorado Pino Part

1 Bas_barra_divisoria_inferior_mejorado Pino Part

2 Bas_rigidizador_mejorado Aluminio Part

1 Bas_fijacion_motor_mejorado Pino Part

3 Bas_sujecion_tren_ruedas_motrices_mejorado Pino Part

Recapitulación de Conjunto_bastidor_mejorado

Partes diferentes 14

Total partes 22

Sist_motor_mejorado

1 Mot_carcasa_mejorado Pino Part

1 Mot_muelle_helicoidal_mejorado Acero Part

1 Mot_cono Cedro Part

1 Mot_cubierta_carcasa_mejorado Pino Part

1 Mot_eje_cono Pino Part

1 Mot_eje_muelle Pino Part

Recapitulación de Sist_motor_mejorado

Partes diferentes 6

Total partes 6

Sist_direccion_mejorado

1 Rue_direccion_maza _mejorado Pino Part

4 Rue_direccion_perimetro_mejorado Pino Part


87

8 Rue_direccion_radio_mejorado Cedro Part

1 Rue_direccion_chapa_refuerzo _mejorado Aluminio Part

1 Rue_direccion_eje_horizontal _mejorado Pino Part

1 Rue_direccion_guia_mejorado Pino Part

1 Rue_direccion_eje_vertical _mejorado Pino Part

2 Rue_direccion_sujecion_eje _mejorado Aluminio Part

1 Rue_direccion_anilla _mejorado Aluminio Part

Recapitulación de Sist_direccion_mejorado

Partes diferentes 9

Total partes 20


1 Conjunto_rueda_motriz_mejorado - Assembly

1 Tren_ruedas_motrices_eje_mejorado Pino Part

1 Conjunto_engranajes_conicos - Assembly

1 Tren_ruedas_motrices_sujecion_eje_mejorado Aluminio Part

Conjunto_rueda_motriz_mejorado

1 Rue_motriz_maza _mejorado Pino Part

8 Rue_motriz_radio_mejorado Cedro Part

4 Rue_motriz_perimetro_mejorado Pino Part

1 Rue_motriz_chapa_refuerzo_mejorado Aluminio Part

Conjunto_engranajes_conicos

1 Engranaje_conico_1 Cedro Part

1 Engranaje_conico_2 Cedro Part

Recapitulación de Sist_transmision_mejorado

Partes diferentes 8

Total partes 36

Recapitulación de Conjunto_automovil_mejorado

Partes diferentes 37

Total partes 84

Tabla 20. Componentes de Conjunto_automovil_mejorado

el funcionamiento del nuevo diseño del automóvil. Siguiendo el mismo criterio de

colores establecido en el Capítulo IV, hemos

movimient

transmitidos y en color verde el movimiento último obtenido. Podemos comprobar

fácilmente, que en este caso tan sólo se produce una interacción

motor y las ruedas

anterior.

podemos ver

finalmente intervienen en el modelo completo del automóvil mejorado

balance

al diseño anterior

que los

anterior

cónicos,


Llegados a este punto, parece oportuno aclarar mediante un diagrama de flechas



movimiento inicial recibido del Sistema Motor, en color azul los giros intermedios



motor y las ruedas

anterior.

Figura

Por otro lado, al igual que hicimos en el

podemos ver a modo de resumen


balance neto obtenido

al diseño anterior

que los cuatro primeros

anterior, mientras que los dos restantes

cónicos, han sido i





o inicial recibido del Sistema Motor, en color azul los giros intermedios



motor y las ruedas del automóvil, en lugar de las dos que teníamos en el modelo

Figura 70. Diagrama de funcionamiento del automóvil


a modo de resumen


obtenido es que hemos reducido en dos el número de parámetros

al diseño anterior, teniendo en el nuevo

cuatro primeros se identifican con

, mientras que los dos restantes

han sido introducidos en el presente Capítulo.








del automóvil, en lugar de las dos que teníamos en el modelo

Diagrama de funcionamiento del automóvil


a modo de resumen una recapitulación


es que hemos reducido en dos el número de parámetros

, teniendo en el nuevo

se identifican con

, mientras que los dos restantes

ntroducidos en el presente Capítulo.




colores establecido en el Capítulo IV, hemos representado con flechas de color rojo el







una recapitulación



, teniendo en el nuevo modelo

se identifican con los definidos de igual modo en el

, mientras que los dos restantes, relacionados con el sistema de engranajes





representado con flechas de color rojo el






Por otro lado, al igual que hicimos en el caso anterior,

una recapitulación de los distintos parámetros que



modelo un total de seis

los definidos de igual modo en el

, relacionados con el sistema de engranajes








fácilmente, que en este caso tan sólo se produce una interacción intermedia


Diagrama de funcionamiento del automóvil mejorado

anterior, en la siguiente tabla

los distintos parámetros que



un total de seis parámetros

los definidos de igual modo en el








intermedia entre el


mejorado

en la siguiente tabla


y su función

es que hemos reducido en dos el número de parámetros respecto

parámetros. Notem

los definidos de igual modo en el Capítulo



88






entre el


en la siguiente tabla


y su función. El

respecto

Notemos

Capítulo


88


89

Parámetros introducidos en el automóvil mejorado

Nombre Función Tipo

Tamaño Bastidor Controlar las dimensiones de todas las piezas

del automóvil. Length

Espesor piezas chapa Controlar el espesor de todas las piezas de

chapa del automóvil. Length

Número de radios de las ruedas

Controlar el número de radios de todas las ruedas del automóvil.

Integer

Ángulo de presión del sistema de engranajes

Controlar el ángulo de presión de los dientes cónicos.

Angle



Integer

Relación de transmisión del sistema de

engranajes cónicos


Real

Tabla 21. Parámetros que intervienen en el nuevo modelo de automóvil

A continuación incluimos una tabla que muestra algunos datos descriptivos del

automóvil obtenidos para los siguientes valores de los parámetros anteriores:

Tamaño Bastidor = 0,5 m Espesor piezas chapa = 2 mm

Número de radios de las ruedas = 8 Ángulo de presión = 20º

Número de dientes del piñón = 20 Relación de transmisión = 0,25

Algunos datos descriptivos del automóvil mejorado

l (m) b (m) h (m) Volumen (m3) Masa (Kg)

0,5 0,5 0,313 8,959 10-3 6,848

Tabla 22. Algunos datos descriptivos del automóvil mejorado

En concreto, los datos hacen referencia a las dimensiones principales del

automóvil definidas en la siguiente figura, así como a su masa y volumen, siendo éstos


90

últimos proporcionados por la herramienta Measure Inertia, gracias a la cual también

hemos verificado la estabilidad de la máquina frente al vuelco, al comprobar que su

centro de gravedad se sitúa entre el eje de ruedas delantero y la rueda de dirección.

Figura 71. Dimensiones principales del automóvil mejorado

Por último, incluimos una tabla en la que hemos desglosado la masa y tanto por

ciento en peso que cada uno de los cuatro grandes subconjuntos aporta al automóvil

mejorado. Podemos ver que nuevamente el Sistema Motor resulta ser el más pesado,

seguido del Bastidor y del Sistema de Transmisión.

Conjunto Masa (Kg) Tanto por ciento en peso

Bastidor 2,146 32%

Sistema Motor 2,822 41%

Sistema de Dirección 0,395 6%

Sistema de Transmisión 1,485 21%

Tabla 23. Masa y tanto por ciento en peso aportados por cada sistema al automóvil mejorado

CAPÍTULO V. ANÁLISIS DE MEJORAS AL DISEÑO...

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