DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUSPESIÓN DE MATERIAL COMPUESTO RECICLABLE PRESCINDIENDO DE RESORTES HELICOIDALES

Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Grado se aborda un estudio inicial de diseño de un nuevo tipo de esquemas de suspensión inteligentes para automoción, con el objetivo de poder llegar a soluciones técnicas que incluyan elementos multipropósito y con capacidad de ser monitorizados, que puedan ejercer de forma simultánea las funciones de guiado y de absorción de energía elástica de una forma controlable. Para tal fin, se propone un diseño de suspensión de eje delantero con un brazo de guiado combinado con un resorte de ballesta transversal de material compuesto multiescalar. Tanto el brazo de guiado, como la ballesta transversal, que reemplaza a los resortes helicoidales como elemento elástico, están fabricados con un laminado de matriz epoxi de enlace reversible reforzada con nanotubos de carbono y tejidos planos de fibra de vidrio desarrollado experimentalmente en el Área de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Rey Juan Carlos. La selección de este material se realiza en base a su similitud de propiedades mecánicas frente a un material compuesto de fibra de vidrio convencional y al compendio de propiedades dadas por la combinación de matriz reversible y nano refuerzos, que lo convierten en un material reciclable y con capacidad de monitorización de deformaciones. Ambos aspectos fundamentales para proveer, por un lado, una mayor sostenibilidad, y por otro, la posibilidad de realizar ejercicios de diseño de suspensiones innovadores que permitan mejores soluciones dinámicas para el sector automotriz. Una vez realizada la revisión de los aspectos dinámicos de un vehículo y las posibles configuraciones de un sistema de suspensión, se realiza una propuesta de diseño aplicable al eje delantero de un vehículo, consistente en un esquema independiente de tipo paralelogramo deformable con un resorte de ballesta transversal. Las piezas creadas tendrán que ser adaptables a un modelo de producción en serie, tomándose como modelo de referencia un Alfa Romeo 147 para la fijación de cotas. Para realizar el diseño de la suspensión se comienza calculando las constantes elásticas máxima y mínima, del conjunto del ensamblaje, derivadas de las frecuencias naturales superior e inferior de la masa suspendida, las cuales vienen marcadas por el uso que se le va a dar al coche. Posteriormente, se toman las distancias que hay desde los puntos de anclaje del brazo de suspensión al chasis, al anclaje del amortiguador y al anclaje de la mangueta, para crear un boceto inicial. Una vez tomadas estas medidas, se procede a crear un diseño inicial de la suspensión con una ballesta simple, sobre el cual simular las condiciones a las que se verá sometido un coche destinado al uso en circuito de asfalto. Con base en los resultados de las simulaciones, el ensamblaje será modificado y ensayado de nuevo en distintas iteraciones hasta que se alcancen los objetivos marcados. Las iteraciones con los resultados más relevantes son las que quedan reflejadas en la memoria.

Como resultado del proceso de diseño y simulación, se llega a una configuración que consigue los objetivos planteados para los parámetros de rigidez y resistencia de la suspensión, planteándose, además, una idea de concepto para posteriores desarrollos en sistemas de suspensión inteligentes con capacidad de detección de posicionamiento de la rueda y ajuste en tiempo real de la rigidez, basada en el uso de servomotores eléctricos para controlar el recorrido de la suspensión. El esquema de suspensión propuesto alcanza una rigidez dentro del objetivo propuesto, con una frecuencia natural de las masas suspendidas de 2,45 Hz y logrando una reducción de masa del 16 % respecto a la alternativa convencional tomada como referencia en el diseño de la suspensión. En base a los resultados obtenidos, la selección de materiales compuestos multiescalares dopados con nano refuerzos conductores de la electricidad es una vía prometedora para la creación de nuevos sistemas de suspensión que aporten solucio