5) CHASIS
Distancia entre ejes
Anchura
Centro de gravedad
Transferencia de peso
Rigidez del chasis
DISTANCIA ENTRE EJES ( wheelbase )
La distancia entre ejes es la distancia entre el centro del eje delantero y del eje trasero. Puede estar limitado por reglamento o por necesidades técnicas.
Influye, entre otros, en los siguientes aspectos:
- Estabilidad: Una mayor distancia entre ejes implica que, con el mismo ángulo de giro de las ruedas, el vehículo gire menos ya qe recorre una trayectoria con un radio mayor. Esto significa que se vuelve más estable a altas velocidades y en curvas amplias pero menos manejable a bajas veloicdades y en curvas cerradas.
- Momento de Inercia respecto al giro del chasis: En un vehículo relativamente ligero como una goitibera, el peso de los ejes, ruedas, frenos y suspensiones supone un porcentaje considerable respecto al total del chasis. Al aumentar la distancia entre ejes alejamos este peso del eje vertical de giro ( situado entre los ejes ). Esto supone aumentar el momento de inercia del vehículo respecto a los giros, por lo que cuesta más cambiar la dirección: se vuelve más lento de reacciones - aunque también más estable.
- Transferencia de pesos en frenada: lo veremos con detalle más adelante, pero una mayor distancia entre ejes supone que se transfiera menos carga de las ruedas traseras a las delanteras durante las frenadas, por lo que mejora la capacidad de frenada total.
- Diseño aerodinámico: En general las carrilanas punteras suelen tener la longitud máxima total permitida en la categoría para poder adoptar formas más suaves en el carenado lo que suele representar una mejora en el coeficioente aerodinámico. Dentro de esta longitud total, la distancia entre ejes se escoje en función de los puntos anteriores.
Una medida habitual de distancia entre ejes en goitiberas Cx ronda los 135-140 cm.
ANCHO DE VÍA ( track )
Es la medida entre el centro de la huella del neumático izquierdo y derecho. Puede ser diferente en el tren delantero y en el trasero. Estos son algunos de los aspectos en los que influye:
- Transferencia lateral de pesos: Al tomar una curva se sobrecargan las ruedas exteriores al transferirse parte del peso del vehículo. Esta transferencia disminuye al aumentar el ancho de vía como veremos en el punto siguiente.
- Peso: Mayor anchura implica mayor peso total.
- Área frontal: Mayor anchura suele implicar mayor área frontal y mayor resistencia aerodinámica.
- Manejabilidad: Del mismo modo que vimos en la distancia entre ejes, una mayor anchura implica una menor maniobrabilidad al aumentar el momento de inercia respecto al eje vertical. En otras palabras, la goitibera se vuelve algo más "perezosa" pero también más estable.
- Elección de trayectoria: Una mayor anchura obliga a que el centro del vehículo tenga que pasar algo más alejado del borde de la curva, alejándonos de la trayectoria ideal. Este efecto se nota más en curvas de radio reducido ( curvas cerradas o carreteras estrechas ). Una goitibera 40 cm más ancha que otra tiene que pasar 20 cm ( la mitad ) más alejado del borde interior de la curva.
La gran mayoría de goitiberas Cx punteras en el Campeonato de Europa utlizan un ancho de vía de unos 70-80 cm a pesar de que el límite autorizado es 120 cm. Esto demuestra que hay que tener en cuenta todas las variables en juego, no solo la transferencia lateral de pesos.
CENTRO DE GRAVEDAD ( center of gravity )
El Centro de Gravedad ( CG ) es el punto en el cual podríamos concentrar toda la masa del vehículo más piloto sin que cambiase el comportamiento dinámico del mismo. También puede definirse como aquel punto en el que se puede aplicar cualquier fuerza ejercida sobre el vehículo obteniendo el mismo efecto que en la realidad. Imagínate un chasis de goitibera sin peso que une las ruedas a un punto de material superdenso ( situada en el CG ) que concentrase el peso total del conjunto.
La posición del centro de gravedad se define respecto a los tres ejes del vehículo:
- Eje longitudinal ( delante-detrás ): Define el reparto de peso entre el eje delantero y el trasero en función inversa a la distancia a cada eje. Cuanto más cerca esté el CG de un eje, mayor porcentaje del peso del vehículo recae sobre dicho eje:
% peso delantero = ( distancia CG a eje trasero / distancia entre ejes ) * 100.
Si el CG está sobre un eje, todo el peso recae sobre ese eje. Si el CG está a la misma distancia de los dos ejes, el reparto será al 50%. Si el CG está a 50 cm del eje trasero y la distancia entre ejes es de 150 cm el % de peso en el eje delantero es de ( 50/150 )*100 = 33%. El % de peso en el eje trasero será 100 - 33 = 67 % ( El % de peso del otro eje es lo que resta hasta 100 ).
- Eje transversal ( izquierda-derecha ): En la gran mayoría de los casos el CG está situado sobre el eje central del vehículo, a la misma distancia de las ruedas izquierdas y derechas, repartiendo el peso al 50% entre ambas. Solo tiene sentido desplazar transversalmente el CG en el caso de que la bajada tenga una gran mayoría de curvas exigentes en el mismo sentido, en cuyo caso la fórmula sería:
% peso rueda izquierda = [ ( distancia CG a rueda derecha ) / ( ancho de vía ) ] * 100.
Este desplazamiento transversal del CG es la base de la función del copiloto ( si tiene libertad de movimientos ) en las carrilanas biplaza: Gx, rodamientos y sidecar. Al trasladar lateralmente el CG hacie el interior de la curva compensa el efecto de la transferencia de peso hacia el exterior.
- Eje vertical ( arriba-abajo ): No tiene influencia en el reparto estático de pesos en llano, aunque sí sobrecarga ligeramente las ruedas delanteras en un descenso.
Cómo hallar las coordenadas del Centro de Gravedad:
- Longitudinal y transversal:
Necesitamos 4 básculas de baño, una debajo de cada rueda y un suelo perfectamente horizontal:
Llamaremos a las básculas ( vistas desde arriba ):
Di ( delantera izquierda ) Dd ( delantera derecha )
Ti ( trasera izquierda ) Td ( trasera derecha )
El ratio de peso cargado sobre el eje delantero es:
El porcentaje es este mismo número multiplicado por 100. El porcentaje en el eje trasero es 100 - el porcentaje en el eje delantero.
Hacemos lo mismo para calcular el ratio de peso cargado en el tren izquierdo:
El porcentaje es 100 por este número y el porcentaje en el tren derecho es 100 - el porcentaje en el izquierdo. Lo habitual es un reparto 50-50.
- Vertical:
En el caso de las altura del centro de gravedad, repetiremos esta medición elevando las básculas traseras unos 25 cm:
Pulsa en la fórmula para acceder a una hoja Excel donde calcularlo cómodamente. Introduce los valores en los campos sombreados en azul.
TRANSFERENCIA DE PESO ( load transfer )
- Transferencia lateral
La verdadera importancia de la altura del CG se manifiesta en el comportamiento dinámico. Al tomar una curva con una determinada velocidad, los neumáticos generan una fuerza lateral hacia el interior de la curva y,a su vez, se origina una fuerza hacia el exterior de la misma en el CG ( recuerda que el CG es el "resmuen" de toda la masa del vehículo y el piloto ) ya que el vehículo pretende continuar con su trayectoria anterior ( 1ª Ley de Newton: principio de inercia ). Las ruedas exteriores actúan como una bisagra sobre la que rota el vehículo intentando "volcar". La altura del CG actúa el brazo de palanca que intensifica o disminuye este efecto ( más exactamente el cociente de la altura del CG entre el ancho de vía ).
Si el CG está muy elevado, ejerce un brazo de palanca muy grande, por lo que la transferencia de peso es muy elevada, sobrecargando las ruedas exteriores y descargando las interiores. Esto es importante por la sensibilidad a la carga de los neumáticos que vimos en el capítulo 1. Al aumentar la carga sobre las ruedas exteriores disminuye su coeficiente de rozamiento.
La suma de fuerza lateral de las 4 ruedas es máxima cuando todas soportan la misma carga ( suponiendo que las 4 ruedas sean idénticas ). Cualquier transferencia de pesos disminuye esta fuerza lateral total. De todas maneras, no hay que olvidar que la sensibilidad a la carga del neumático depende del peso que soporta y que, para cubiertas diseñadas para cargas muy superiores ( por ejemplo ruedas de coche o de moto con un elevado índice de carga ), podemos encontrarnos en el tramo lineal de la sensibilidad a la carga, por lo que la disminución de la capacidad de agarre puede ser reducida.
La aceleración lateral se mide directamente en "G". ( 1 G = 9'8 m/s2 = aceleración de la gravedad ).
- Transferencia en frenada:
En el caso de las frenadas, el mismo efecto se produce con el ratio entre la altura del CG y la distancia entre ejes. Cuando más alto esté el CG mayor transferencia de pesos se producirá en las ruedas delanteras por lo que disminuirá la fuerza de frenada total.
RIGIDEZ DEL CHASIS
En los chasis con suspensiones es FUNDAMENTAL que el chasis se lo más rígido posible ya que la puesta a punto es muy difícil de realizar cuando el efecto de las suspensiones se mezcla con la flexión del propio chasis. Es especialmente importante la rigidez torsional ( de lado a lado ), ya que afecta a la transferencia de pesos diagonal en las curvas. Solo es admisible una ligera flexión longitudinal ( de delante a atrás ) en chasis sin suspensiones.
De cara a aumentar la rigidez del chasis, hay una serie de normas básicas a tener en cuenta:
- A igualdad de peso, es mucho más rígido un tubo de mayor diámetro y menor espesor que uno de menor diámetro y mayor espesor.
- A igualdad de peso, es más rígido un tubo cuadrado que uno redondo.
- Un chasis es más rígido cuando sus tubos trabajan mayoritariamente a compresión o extensión y no a flexión.
- Siempre que sea posible el chasis debe de estar triangulado por tubos menores entre los tubos principales.
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