columna de dirección colapsable

Columna de la direcciónTanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición mas adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehículo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. Es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presión y dispositivos telescopicos o articulaciones angulares que impiden que la presión del impacto se transmita en linea recta a lo largo de la columna.
En la figura inferior se muestra el despiece e implantación de este tipo de dirección sobre el vehículo. La carcasa (Q) o cárter de cremallera se fija al bastidor mediante dos soportes (P) en ambos extremos, de los cuales salen los brazos de acoplamiento o bieletas de dirección (N), que en su unión a la cremallera están protegidas por el capuchón de goma o guardapolvos (O), que preserva de suciedad esta unión. El brazo de acoplamiento dispone de una rótula (M) en su unión al brazo de mangueta y otra axial en la unión a la cremallera tapada por el fuelle (O). Esta disposición de los brazos de acoplamiento permite un movimiento relativo de los mismos con respecto a la cremallera, con el fin de poder seguir las oscilaciones del sistema de suspensión, sin transmitir reacciones al volante de la dirección.
La columna de la dirección va partida, por las cuestiones de seguridad ya citadas, y para llevar el volante a la posición idónea de conducción. El enlace de ambos tramos se realiza con la junta universal (B) y la unión al eje del piñón de mando (K) se efectúa por interposición de la junta elástica (D).El ataque del piñón sobre la cremallera se logra bajo la presión ejercida por el muelle (S) sobre el pulsador (R), al que aplica contra la barra cremallera de la parte opuesta al engrane del piñón, mientras que el posicionamiento de esté se establece con la interposición de las arandelas de ajuste (H).

jaula antivuelco

Una jaula de seguridad (también llamada jaula antivuelcos o barras de seguridad) es un marco metálico especialmente construido dentro o alrededor de la cabina de un vehículo, para proteger a sus ocupantes en un accidente, particularmente en vuelcos. Las jaulas de seguridad son usadas en casi todos los vehículos de carreras (o de competición) y en la mayoría de los autos modificados para competir en carreras. En las competiciones de rally es obligatorio su uso en todos los vehículos.

Este artículo se refiere a requerimientos para vehículos que participan en competencias reguladas, como rally y carreras de velocidad. Como tal, sus directrices pueden no aplicarse a las necesidades de un dispositivo de protección antivuelco para vehículos 4x4. Sin embargo, es posible encontrar aquí criterios de diseño de utilidad.

Siempre consulta a un especialista en el tema al escoger una jaula o barra para tu 4x4.
La función primaria de la protección antivuelco es reducir la posibilidad de daños serios a los ocupantes del vehículo durante una competencia en  un vehículos. La habilidad de una jaula o barra antivuelco para proveer protección depende de la calidad del diseño, construcción y mantención de la estructura. Un beneficio secundario de instalar protección antivuelcos es que mejora la rigidez del chassis.

El propósito principal de este documento es clarificar los requerimientos de construcción de tales dispositivos y describir el proceso de homologación. Hay una amplia variación en el estándar de las postulaciones de homologación enviadas a las oficinas de MotorSport y por esta razón se explica y clarifica en detalle.

Criterios de diseño

Consideraciones: Un conjunto de factores deben ser considerados antes de comenzar la construcción

¿Hay requerimientos o restricciones para la clase en que se compite para el diseño de la protección antivuelco?
¿Deseará poder sacar la protección en cualquier momento?
¿Usará el vehículo en caminos públicos con la protección instalada?
¿Hay miembros adicionales requeridos, tales como barras "side intrusion" (parecen ser travesaños que van desde la barra principal a las patas delanteras de la jaula, a la altura de las puertas. MB)

Puede ahorrar bastante tiempo y evitar equivocaciones consultando con competidores en vehículos similares o yendo a un constructor experimentad de dispositivos de protección antivuelco. 


Opciones de diseño

La protección antivuelco puede ser diseñada y construida siguiendo una de las tres siguientes opciones:
Requerimientos de Motorsport NZ, según se detalla en la edición actual del Manual de MotorSport en el apéndice 2, Clase A, o apéndice 6, clase AA. Requerimientos FIA, dependiendo del tipo de vehículo
Un diseño alternativo, como se detalla en la edición actual del Manual de MotorSport

Cualquier diseño de protección antivuelco que varía respecto de los requerimientos de MotorSport o FIA es clasificado como diseño alternativo, cuyos requerimientos se detallan a continuación

Requerimientos para diseños alternativos

Los diseños alternativos para barras o jaulas antivuelco deben ser capaces de soportar cualquier combinación de las siguientes cargas, aplicadas en la parte superior de la jaula o barra:
Lateral: 1.5 veces el peso del vehículo
Adelante y atrás: 5.5 veces el peso del vehículo
Vertical: 7.5 veces el peso del vehículo + 150 kg

La postulación para homologar un diseño alternativo debe ser hecha en el formulario T004, incluir dibujos y fotografías del diseño completo, y adjuntar la certificación de un ingeniero calificado acompañada de cálculos de esfuerzo verificando las cargas ya mencionadas.

Nota: Esto puede ser una opción de diseño bastante cara y debe tomarse en cuenta la desventaja de desviarse de las opciones de diseño de MotorSport y FIA. La opción de diseño alternativo es principalmente para fabricantes que requieren construir una cantidad de jaulas o barras idénticas para una aplicación determinada.

Criterios de Construcción

Los siguientes miembros estructurales deben estar:

Una Barra Antivuelco consiste en una barra principal, 2 diagonales hacia atrás, y al menos una barra diagonal.

Una Jaula Antivuelco consiste en una barra principal, 2 barras laterales o una barra frontal, las barras que las conectan, dos barras diagonales hacia atrás, y al menos un miembro diagonal.

Nota: Las Side Intrusion Bars deben instalarse cuando hay un asiento adyacente a una puerta con una estructura alivianada.

Miembros estructurales individuales

La barra principal deberá
ser hecha de un único tubo
seguir el perfil interior de la carrocería tan cerca como sea posible
tener sus secciones verticales tan rectas y verticales como sea posible
posicionarse tan atrás como sea posible respecto de la posición de los asientos.

La barra frontal deberá
ser hecha de un único tubo
tener patas rectas, o bien tener patas que siguen el pilar del parabrisas hasta el nivel del tablero, y luego tener sólo un doblez hacia abajo

Las diagonales hacia atrás deberán
estar hechas de un único tubo
unirse a la barra principal tan arriba como sea posible
tener un ángulo de al menos 30 grados respecto a la vertical
extenderse no más atrás que el centro del eje trasero

Los brazos diagonales deberán
ser hechos de un único tubo
ser rectos
unirse a la barra principal a menos de 100 mm de la unión entre la diagonal trasera y la barra principal, o unirse a la barra principal a menos de 100 mm de las uniones con las diagonales.

Las Side Intrusion Bars deberán
ser tan altas como sea práctico pero no más altas que la mitad de la altura de la puerta
pueden ser instaladas usando uniones desmontables aprobadas
estos miembros no pueden dificultar la entrada o salida a los ocupantes del vehículo

Las barras de refuerzo deberán
ceñirse a las especificaciones de material del schedule A, artículo 4.4.4
estar soldadas en su posición
no usurpar el espacio de los ocupantes
no entorpecer la entrada o salida de los ocupantes del vehículo

Nota: las barras de refuerzo son adicionales a los requerimientos mínimos y por tanto no son un requerimiento obligatorio.

Las barras para montar arneses deberán
estar soldadas a la barra principal, o a las dos diagonales traseras, o a ellas más la barra diagonal
ser de material del mismo grado y tamaño que los miembros a los que se conectan
estar construidas tal que aseguren que tienen la capacidad de carga requerida

Nota: Los requerimientos de carga para el montaje de arneses de seguridad se detallan en el el schedule A. 


Requerimientos de construcción

Unión a la carrocería

La protección antivuelco puede ser fijada permanentemente a la estructura del vehículo soldando los puntos de unión con placas de refuerzo, o pueden hacerse como una estructura removible incorporando soportes que se apernar a las placas de refuerzo. En ambos casos las placas de refuerzo deben estar soldadas a la estructura del vehículo / chassis.

Los soportes apernables generalmente son sólo requeridos cuando el diseño de la estructura es removible. Las placas de refuerzo deben ser más grandes que los soportes fijados a ellos.

Los siguientes puntos de montaje son el requerimiento mínimo, pero pueden ser suplementados por puntos adicionales tales como la parte superior de la barra principal al pilar "B" de la carrocería
las patas de la barra principal, de la barra frontal, y de la barra lateral
las patas inferiores de las diagonales traseras.

Las placas de refuerzo deben estar soldadas a la carrocería en cada uno de los puntos de anclaje.

El dispositivo de protección antivuelco debe ser unido a las placas de refuerzo soldando el tubo directamente a la placa de refuerzo, o soldando el tubo a una placa, la que a su vez es soldada o apernada a la placa de refuerzo usando pernos adecuados

Recomendaciones para la Soldadura:
Sea 50% intermitente. Soldé 20mm y deje un espacio de 20mm
Monte la placa de refuerzo al travesaño o en más de un plano cuando sea posible.
La soldadura debiera ser hecha con un procedimiento de penetración completa (Mig o Tig), usando una barra o alambre de relleno apropiado para el "parent material" (supongo que es el material de aquello que se está soldando. MB)
Tenga especial cuidado al usar aceros al carbón

Uniones

Pueden ser incorporadas en el diseño para permitir remover secciones del dispositivo

Curvatura de tubos

Al curvar tubo, debe tenerse cuidado de no comprometer la fuerza del material. Al doblar tubos las propiedades mecánicas del material son afectadas, lo que a su vez puede disminuir la fuerza del material. Al curvar, el exterior de las paredes del tubo se estira y adelgaza, mientras que el interior de las paredes se comprime y engrosa.

Se puede minimizar los problemas aplicando las siguientes reglas:
Los tubos deben doblarse en frío
Debe usarse dobladoras de tipo mandril
Los tubos con unión soldada deben ser doblados con el sello soldado hacia afuera del eje neutral, o sea a 90 grados de la curvatura
Las curvaturas deben tener un radio de al menos 3 veces el diámetro exterior del tubo

La curva terminada debe
Ser suave, sin roturas ni corrugaciones
Tener un radio de al menos 3 veces el diámetro exterior del tubo, medido desde el centro del tubo
Tener una mínima deformación axial aparente
La relación entre el menor diámetro (B) a mayor diámetro (A) debe ser menor o igual a 0.9, o la razón de diámetro menor (B) al diámetro nominal del tubo (X) debe ser mayor o igual a 0.94 


Especificaciones de material

Requerimientos generales
Las barras y jaulas deben ser construidas solamente en acero
El uso de aceros que requieren soldadura especializada o técnicas de tratamiento en calor aplicadas para normalizar el parent material no son recomendadas en general. Si se usan esos aceros, es responsabilidad del fabricante proveer evidencia de lo adecuado del acero y de que se aplicaron métodos de construcción apropiados.

Tubo: Las especificaciones mínimas son
Tamaño: 38 x 25 mm
Fuerza Tensil: 350 MPa
Yield Strength: 300 MPa
Placas de pie de tubo
Acero, Espesor mínimo: 3mm
Placas de refuerzo en anclaje
Acero, Area mínima para barras principal, lateral y frontal: 120 cm2
Acero, Area mínima para diagonales traseras: 60 cm2

Nota: No se recomienda usar placas de refuerzo de más de 5 mm

Pernos, especificaciones mínimas
Cantidad para anclajes en la barra principal, y lateral: 3
Canidad para las diagonales traseras y transversal: 2
Tamaño mínimo: M8 o 5/16"
Grado mínimo: 8.8 o SAE grado 5

Nota: pernos "high tensile" no deben ser soldados o tratados en caliente. Se puede usar pernos de tensile medio de mayor diámetro siempre que cumplan o excedan las fuerzas indicadas y el número sea el mismo.

barras de protección lateral

El acero avanzado de alta resistencia es un material imprescindible para los componentes de seguridad de los coches. El acero hace posible producir distintos tipos de componentes de protección contra el choque que son ligeros pero poseen una alta capacidad para la absorción de energía.
Las barras de protección lateral de aceros avanzados de alta resistencia, se instalan de forma estándar en la mayor parte de los automóviles aun cuando su diseño esté lejos de estar estandarizado. Existen diferentes tipos de diseño, algunos fabricantes de coches prefieren perfiles abiertos, otros emplean diseños tubulares y otros emplean perfiles que tienen refuerzos soldados.

La solución óptima es, naturalmente, una barra de protección lateral que pueda ser fabricada en grandes volúmenes y utilizada en un gran número de modelos diferentes de coches con solo pequeñas modificaciones. Este ha sido el objetivo básico de Dura en su trabajo de desarrollo.

Otra condición fundamental fue el uso de acero de ultra alta resistencia Docol 1200, acero que tiene una buena soldabilidad y buenas propiedades para el conformado con rodillos. El acero tiene un límite elástico mínimo de 1200 N/mm2 lo que hace de él uno de los más avanzados aceros de alta resistencia disponible en el mercado. Todos los accesorios de seguridad del automóvil deben de poseer un tratamiento efectivo anticorrosivo, lo cual puede conseguirse mediante la utilización de acero Docol1200 M electrozincado.

La barra de protección lateral Dura es un perfil cuadrado cerrado, con forma de collar en los lados. El diseño del perfil ha sido optimizado para dar una muy alta capacidad de absorción de energía a la barra de protección lateral.

Este diseño ha sido patentado. El grosor del acero en la barra es de solo 2 mm lo que hace que su peso sea solo de 1,75 kg para una longitud de 1,1 m de la barra.
Sin embargo, los diseñadores de Dura, no estaban satisfechos con haber conseguido únicamente las propiedades básicas que proporcionan este tipo de barras. Se dieron cuenta de que estas propiedades podían ser mejoradas colocando un refuerzo en medio de la barra, de 200 a 300 mm de longitud. Este es el lugar donde los esfuerzos son máximos en caso de choque. Este refuerzo, incrementa el peso en solo 200 g, pero permite una optimización de las deformaciones en el caso de un impacto lateral

"Virtualmente, probamos para los refuerzos toda clase de materiales" afirma Torsten Hundt de Dura quien tiene la responsabilidad para la prueba de los prototipos. "El refuerzo extra, con acero de ultra alta resistencia, nos permite hacer una barra mucho más resistente. Pero en los trabajos de seguridad, los esfuerzos se dirigen a menudo a conseguir una absorción controlada de la energía para lograr que la barra tenga una mayor deformación pero sin romperse. Nos dimos cuenta de que un cierto tipo de material plástico, producía justamente estas propiedades".

El tipo de refuerzo que se adapta a un coche en particular depende de la filosofía sobre la seguridad del fabricante. Determinados fabricantes de coches, priorizan las deformaciones controladas mientras que otros especifican una máxima resistencia.

Dependiendo de la filosofía que se tenga en materia de seguridad, las barras pueden fabricarse a medida, según los requerimientos específicos, variando el tipo y longitud de los refuerzos" añade Meinhard Schwermann, quien participó en estos trabajos en Dura.

También puede variarse el tipo de montaje. Dependiendo de las especificaciones del proyecto, la barra puede fijarse a la puerta mediante remaches, soldarse o atornillarse. La ventaja para el fabricante de automóviles es que la barra puede ser adaptada rápidamente a las diversas variantes de un determinado modelo de coche.

En paralelo con los diversos tipos de barra y de refuerzos, Dura ha realizado un eficiente sistema de producción. Todas las operaciones tienen lugar en la línea de producción, en la que el acero discurre de forma continua procedente de una bobina de banda. La parte inferior de la barra es conformada por rodillos en primer lugar y, en ese momento, los refuerzos son colocados en su sitio. El perfil se cierra entonces y se une mediante soldadura por láser. La barra se corta entonces al tamaño deseado.
El refuerzo se fija al perfil de diversas formas dependiendo de su tipo - los de acero son fijados mediante soldadura por puntos durante el conformado por rodillos, mientras que los refuerzos plásticos son fijados mediante apriete en forma de cuello en los laterales.

habitaculo indeformable

Habitáculo indeformable para coches soldado a chasis, se compone: De un habitáculo a ser posible realizado de una pieza de un material que ha de ser indeformable, como hierro, acero o cualquier otro material que reúna estas características. Respiraderos que permitan la entra y salida de oxígeno desde el interior al exterior y desde el exterior al interior, estos boquetes pueden ser redondos o de la forma que más se prefiera. Aberturas a modo de ventan

as en el mencionado habitáculo como en los coches tradicionales que poseen las ventanas, que permiten la visión y la buena conducción, estas ventanas pueden cerrarse por medio de unas chapas que se hallan en el interior del habitáculo y que se accionan por medio de unos sensores que detectan el golpe o colisión en caso de accidente de tráfico.

carroceria de deformacion programada

Estructura de deformación programada ¿Qué es? La estructura del vehículo está diseñada para deformarse de manera que proteja el habitáculo. ¿Para qué sirve? Para amortiguar los choques y redistribuir la energía con el fin de proteger el habitáculo y sus ocupantes. ¿Cómo funciona? La estructura del coche está compuesta de travesaños y largueros de acero con muy alto límite de elasticidad. Determinadas piezas exteriores al habitáculo (componentes del motor, ruedas...) reaccionan apilándose o protegiendo los elementos sensibles (depósito de carburante). Los elementos del motor se apilan para no penetrar en el habitáculo, además, el habitáculo es muy rígido y se comporta como una célula de supervivencia. En la parte superior se muestra un ejemplo de la deformación programada en el sector frontal del vehículo.

Cuando se produce un accidente y el vehículo impacta un objeto rígido, su estructura se somete a una violenta desaceleración, la cual es finalmente transmitida a sus ocupantes. En estos casos, la estrategia considerada en el diseño de los vehículos actuales para proteger a sus pasajeros es dotarlos de zonas de deformación programada en sus extremos, y de un habitáculo rígido que asegure la intergridad de la cabina.

Las zonas de deformación programada se ubican en el sector delantero y trasero del vehículo, y están diseñadas para absorber la mayor cantidad de energía posible en caso de impacto. La absorción de energía se realiza principalmente a través de las deformaciones de piezas específicamente diseñadas para cumplir esta función, junto con la dispersión de las cargas hacia los demás sectores del vehículo.

La absorción de parte de la energía del impacto efectuada por las zonas de deformación programada, permite reducir la cantidad de energía que deberá absorber el compartimento de pasajeros, y finalmente los ocupantes. Esto se traduce en pasajeros expuestos a aceleraciones de menores magnitudes, lo cual reduce la gravedad del impacto que “sienten” los pasajeros del vehículo.