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UNIVERSIDAD JAUME I
ESCUELA SUPERIOR DE TECNOLOGÍAS
Y CIENCIAS EXPERIMENTALES
GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CAMBIO
DE MARCHAS Y PEDALERA PARA UN
PROTOTIPO DE FORMULA STUDENT
AUTOR
Blai Soto Artiga TUTOR José Vilarroig Herrera
Desarrollo de un sistema de cambio de marchas y pedalera para un prototipo de Formula Student. Blai Soto Artiga
Desarrollo de un sistema de cambio de marchas y pedalera para un prototipo de Formula Student. Blai Soto Artiga
- 11 - 1.1. Objetivo: El objetivo de este trabajo de final de grado es el desarrollo y diseño para la fabricación y puesta en servicio de un sistema de cambio de marchas y una pedalera para un prototipo de Formula Student. 1.2. Alcance Entrando más en materia los sistemas sobre los que se va a trabajar en este proyecto son el sistema de cambio de marchas o “shifter” en inglés y pedalera que son dos sistemas de control de la maquina (vehículo en este caso). En la mecapedia dentro de la descripción de los cuatro tipos de sistemas principales que pueden componer una máquina, define como: “Sistemas de control, que permiten regular el funcionamiento de la máquina, que pueden ser casi inexistentes en máquinas manuales o muy importantes en máquinas automatizadas.” (Mecapedia, 2021) El alcance que va a tener el desarrollo dentro de este proyecto en cada una de las dos partes va a ser:
- Cambio de marchas “shifter”: el objeto de este proyecto es el desarrollo de los mecanismos y/o sistemas que van desde las manos del piloto hasta el accionamiento mecánico sobre la bieleta del cambio.
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- 13 - muy abiertas que no solamente permitían la creatividad, sino que la fomentaban. En sus inicios la competición contaba únicamente con una categoría (vehículos con motores de combustión interna), lo que hoy en día se ha ampliado hasta tres categorías; combustión, eléctricos, y los últimos en llegar, vehículos autónomos. Hoy en día la competición ha crecido y se ha extendido a todo el mundo lo que ha dado pie a la aparición de nuevos reglamentos basados en el original de FSAE. Por este motivo en la mayoría de las competiciones europeas se usa la normativa alemana de Formula Student Germany aunque también tiene influencia de Imeche del Reino Unido donde se acuño el término Formula Student. Estas normativas y reglamentos son actualizados y sometidos a cambios anualmente. 1.3.1.1. En España: La Formula Student empezó en España como evento oficial en el año 2010, organizado por la STA (Sociedad de Técnicos de Automoción) con la colaboración de Ilustración 1 : Competiciones internacionales.
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- 14 - instituciones públicas e importantes compañías del sector del automóvil. Este evento se sigue celebrando hasta el día de hoy en el circuito de Montmeló, aunque la participación ha crecido considerablemente hasta lograr albergar a 100 equipos en su edición de
Ilustración 2 : Participación en Formula Student Spain. Ilustración 3 : Equipos participantes Formula Student Spain 2018.
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1.3.2. Objetivo de la competición
El objetivo de esta competición es promover la excelencia entre los estudiantes de ingeniería, aunque hoy en día la competición engloba muchas otras carreras universitarias ya que el único requisito para participar como alumno es estar matriculado en una universidad. También cabe destacar que la gestión de un equipo requiere de muchas otras especialidades que poco tienen que ver con la ingeniería. Para entender y conocer con más detalle se describe a continuación como sería un año en la competición para un equipo, así como las pruebas en las que compiten los prototipos:
- El primer paso para formar un equipo es conseguir que un grupo de alumnos este interesado en participar, así como también tiene que haber un profesor que esté implicado en el proyecto ya que así lo exige la normativa. A partir de ahí se constituye un equipo que puede estar vinculado jurídicamente de distintas formas a la universidad.
- El siguiente paso es elegir la categoría en la que se quiere participar, aunque hay equipos que desarrollan un prototipo para cada categoría lo habitual es participar en una. En caso de participar en la categoría de combustión interna es recomendable elegir el propulsor que se va a utilizar ya que puede condicionar mucho los siguientes pasos. También es importante decidir a las competiciones donde se quiere participar ya que de ello dependerá la normativa que se deberá seguir en el diseño. En esta fase también se debe de hacer un estudio económico para tener claros los recursos económicos
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- 17 - necesarios y posteriormente conseguir la financiación necesaria. Lo normal es que la financiación sea en parte proveniente de la universidad y la otra parte de patrocinadores externos que pueden apoyar también aportando material.
- A continuación, se organiza el equipo. La mayoría de los equipos tienen una organización muy similar, esta consta de una organización por departamentos donde se agrupan los miembros dependiendo la tarea que van a realizar. Una organización habitual por orden jerárquico sería:
- Jefe de equipo: es el máximo responsable
- Equipo de organización: se dedica a las tareas de búsqueda de patrocinadores, gestiones con la universidad, gestión económica, marketing, informática etc.
- Director técnico: dirige el equipo de diseño y fabricación.
- Departamento de Motor: se dedican al desarrollo del motor.
- Departamento de chasis: desarrollan y fabrican el chasis.
- Departamento de dinámica: se encargan de todos los elementos que no estén presentes en los dos departamentos anteriores.
- Para continuar se pasa a la fase de diseño donde se desarrollan y validan los diseños siempre teniendo en cuenta la normativa. Para que no haya errores después en la fase de fabricación es necesaria una comunicación lo más fluida posible entre los departamentos.
- A mitad de temporada, en Europa en enero, se realizan las pruebas de entrada a las competiciones. Estas pruebas las realizan todos los equipos a la vez y de forma telemática y sirven para seleccionar a los equipos que podrán participar en cada competición ya que hay un número de plazas limitadas.
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- 19 - piezas y componentes. Para ello hay unas plantillas de precios y un modelo estandarizado que se debe de seguir. c. Presentation evento: es un evento donde participan uno o dos representantes del equipo y es una prueba donde se evalúan las capacidades comerciales del equipo para convencer a los jueces. Pruebas dinámicas: d. Verificaciones técnicas (scrutineering): es una prueba que no puntúa para la clasificación pero que es indispensable pasar para poder participar en las pruebas dinámicas. En ella se verifica que se cumplen todos los requerimientos presentes en la normativa y se comprueba que el prototipo es seguro para circular. e. Acceleration event: es una prueba que consiste en recorrer en línea recta desde parado una distancia de 75 metros en el menor tiempo posible. f. Skidpad event: se disputa en un circuito en forma de ocho y consiste en completar el circuito en ambos sentidos en el menor tiempo posible. g. Autocross event: consiste en recorrer en el menor tiempo posible un circuito delimitado por conos, muy revirado y con una longitud de unos ochocientos metros. h. Endurance event: en un circuito similar al del autocross pero con un longitud superior, se dan vueltas hasta recorrer una distancia de veintidós kilómetros. En esta prueba el objetivo es evaluar la fiabilidad del prototipo. i. Fuel economy: se puntúa sobre el consumo de combustible (en el caso de la categoría de combustión) que se ha hecho en la prueba del endurance.
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1.3.3. Caracterización y punto de partida
Como punto de partida para empezar el diseño en este proyecto se van a tomar los sistemas montados en el prototipo del año 2018 que implementaba las soluciones técnicas que se desarrollan a continuación para cada uno de los dos sistemas objeto de este trabajo. Cambio de marchas: La función de este sistema es la de accionar mecánicamente el cambio de marchas cuando el piloto pulsa una leva situada en volante. Para cumplir con esta función en la elección del sistema anterior también se tuvieron en cuenta otras alternativas; como accionar directamente a través de un sistema de palancas como en la mayoría de los vehículos de turismo con cambio manual. Esta opción se descartó debido a que forzaba al piloto a retirar una de las manos del volante lo que se traducía en una pérdida de tiempo y de seguridad. La transmisión está integrada en el motor instalado originalmente en una motocicleta Suzuki modelo SV 650 variante K 5. Sobre la transmisión actúa el sistema que se quiere implementar a través de la bieleta del cambio. La transmisión es de seis velocidades con sincronizadores de tipo secuencial, lo que significa que se tienen que engranar las marchas una detrás de otra sin posibilidad de saltarse ninguna. En este sistema de transmisión únicamente se necesita para accionar el cambio un actuador al contrario que en una transmisión no secuencial en el que se necesitarían dos. Para caracterizar un poco mejor el tipo de transmisión sobre la que se está trabajando, apuntar también que el accionamiento de los sincronizadores es mediante un tambor en el cual están mecanizadas las pistas en las que encajan los usillos que accionan los sincronizadores.
