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Diseño y cálculo del sistema de frenado para un prototipo formula student

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Publication date
2012-03
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2012-03-26
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El presente proyecto se centra en el estudio, cálculo y diseño del sistema de frenado de un prototipo Formula Student, más comúnmente conocido como Formula SAE (F-SAE). En concreto, del monoplaza perteneciente al equipo UC3M Competición que participará en la competición Formula Student 2013. Se trata de diseñar un sistema de frenado atendiendo a criterios de máxima fiabilidad y altas prestaciones. Para ello se deberá cumplir la normativa impuesta por la organización de la competición además de realizar ciertas consideraciones particulares para adaptar al máximo este sistema a la comodidad y seguridad del piloto. Para llevarlo a cabo, se ha creído conveniente definir y resumir la propia competición así como la normativa que la rige en lo referente al sistema de frenado. Posteriormente se ha pasado a un análisis exhaustivo de los dos puntos claves a los cuales debemos atender a la hora de realizar el diseño de un sistema de frenado. En primer lugar, se analizará la dinámica de la frenada de un vehículo convencional tipo turismo. A continuación se llevará a cabo un recorrido por los elementos que lo componen además de realizar un estudio de su funcionamiento. Todo ello con el objetivo de poder comparar este tipo de sistema con el de un Formula SAE. Así podremos adaptar, de la mejor manera posible, estos elementos a las especificaciones que requerirá el vehículo de competición. El estudio de los componentes del sistema de frenado ha sido enfocado hacia los sistemas de freno de disco, debido a su perfecta y óptima utilización como solución al problema. Con ello, se ha profundizado en el mecanismo de fricción entre disco y pastilla y se han desarrollado aspectos fundamentales del comportamiento del mismo como pueden ser el desgaste, el agrietamiento o la fatiga térmica. De esta manera, una vez adquirido el máximo volumen de conocimientos referente a los sistemas de frenado, se ha llevado a cabo el estudio de las exigencias particulares de un monoplaza tipo Formula SAE. Así, se ha realizado un estudio de las diversas alternativas a las que podemos optar analizando las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. También se han justificado cada una de las decisiones que se han tomado. Todo ello bajo el criterio principal de adaptar al máximo dicho sistema de frenado a nuestras exigencias particulares. Las metas establecidas mediante este proyecto han sido, desde un primer momento, las de alcanzar una deceleración máxima de 1,6g aprovechando la máxima adherencia entre los neumáticos y el asfalto. Todo ello a través de un sistema lo más ligero y fiable posible que proporcione una distribución de fuerzas entre ambos ejes que aseguren la estabilidad del vehículo. Siempre bajo la condición de un presupuesto que se ha establecido en un máximo de 3000€. De esta forma podemos establecer de manera introductoria, que nuestro sistema de frenado se compondrá de los siguientes elementos: - Doble circuito hidráulico independiente. - Dos discos de freno delanteros externos con pinzas de freno fijas de simple pistón. - Dos discos de freno traseros internos con pinzas de freno fijas de doble pistón. - Dos bombas de freno independientes montadas sobre el conjunto del pedal de freno. - Un repartidor de frenada regulable desde la posición del conductor. - Conjunto de latiguillos y conectores que cerrarán el circuito hidráulico. Una vez elegidos los componentes que finalmente formarán parte de nuestro sistema de frenado y de haber seleccionado los fabricantes con los que trabajaremos, procederemos a la modelización de cada uno de ellos mediante la herramienta de trabajo Solid Edge V19. Terminado el ensamblaje de dichos componentes, se nos permitirá asignar las propiedades características de cada uno de los materiales, lo cual nos da la oportunidad de hallar el peso del conjunto y la altura del centro de gravedad. Esta información es realmente muy importante para poder estudiar el comportamiento del vehículo en conjunto. Además aporta información muy relevante al resto de divisiones. También nos ha permitido obtener los planos de conjunto, subconjunto y despiece de estos componentes.
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Keywords
Tecnología automovilística, Sistemas de frenado
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