sumario 1 anexo i - consideraciones tÉcnicas (fsae...

Estudio y propuesta ergonómica de un Formula Student Pág. 1

Sumario

SUMARIO ____________________________________________________ 1

ANEXO I - CONSIDERACIONES TÉCNICAS (FSAE RULES 2015) ______ 3

I. Posición de conducción ................................................................................... 3

II. Volante ............................................................................................................. 5

III. Cuadro de instrumentos ................................................................................... 6

IV. Pedalería .......................................................................................................... 6

V. Asiento ............................................................................................................. 7

VI. Cinturones ........................................................................................................ 7

VII. Reposacabezas ............................................................................................. 11

VIII. Protecciones interiores .................................................................................. 11

ANEXO II – MODELADO DEL VOLANTE __________________________ 13

I. Modelado físico .............................................................................................. 13

II. Modelado digital ............................................................................................. 20

ANEXO III – FABRICACIÓN DEL VOLANTE _______________________ 27

I. Volante CAT08e ............................................................................................ 27

ANEXO IV – FABRICACIÓN DE LOS ASIENTOS ___________________ 37

I. Pruebas previas con poliuretano ................................................................... 37

II. Asientos CAT08e ........................................................................................... 42

ANEXO V – ESTRUCTURA ERGONÓMICA ________________________ 44

I. Diseño de la estructura .................................................................................. 44

II. Configuraciones posibles ............................................................................... 47


Anexo I - Consideraciones técnicas (FSAE Rules

2015)

Este anexo pretende recopilar aquellos puntos de la normativa de la competición de Formula

Student que afectan directamente a este proyecto. Se han tomado de [4]

http://www.fsaeonline.com/content/2015-16%20FSAE%20Rules%20revision%2091714%20kz.pdf, es

decir de las reglas oficiales más actualizadas hasta la fecha de realización de este trabajo.

I. Posición de conducción

T3.10.2 The Frame must include both a Main Hoop and a Front Hoop as shown in Figure 1.

T3.10.3 When seated normally and restrained by the Driver’s Restraint System, the helmet of a

95th percentile male (anthropometrical data) and all of the team’s drivers must:

a. Be a minimum of 50.8 mm (2 inches) from the straight line drawn from the top of the

main hoop to the top of the front hoop. (Figure 1a)

b. Be a minimum of 50.8 mm (2 inches) from the straight line drawn from the top of the

main hoop to the lower end of the main hoop bracing if the bracing extends rearwards. (Figure 1b)

T3.10.4 The 95th percentile male template will be positioned as follows: (See Figure 2.)

a. The seat will be adjusted to the rearmost position,

b. The pedals will be placed in the most forward position.

95th Percentile Male Template Dimensions

A two dimensional template used to represent the 95th percentile male is made to the following dimensions:

• A circle of diameter 200 mm (7.87 inch) will represent the hips and buttocks.

• A circle of diameter 200 mm (7.87 inch) will represent the shoulder/cervical region.

• A circle of diameter 300 mm (11.81 inch) will represent the head (with helmet).

• A straight line measuring 490 mm (19.29 inch) will connect the centers of the two 200 mm circles.

• A straight line measuring 280 mm (11.02 inch) will connect the centers of the upper 200 mm circle

and the 300 mm head circle.

http://www.fsaeonline.com/content/2015-16%20FSAE%20Rules%20revision%2091714%20kz.pdf

Pág. 4 Anexo

c. The bottom 200 mm circle will be placed on the seat bottom such that the distance

between the center of this circle and the rearmost face of the pedals is no less than 915 mm (36

inches).

d. The middle 200 mm circle, representing the shoulders, will be positioned on the seat

back.

e. The upper 300 mm circle will be positioned no more than 25.4 mm (1 inch) away from

the head restraint (i.e. where the driver’s helmet would normally be located while driving).

El cockpit del CAT08e cumple con esta normativa tal y como se muestra en la Figura I.1:

Fig. I.1


II. Volante

T3.12.4 The top-most surface of the Front Hoop must be no lower than the top of the steering

wheel in any angular position.

T3.12.5 The Front Hoop must be no more than 250 mms (9.8 inches) forward of the steering

wheel. This distance shall be measured horizontally, on the vehicle centerline, from the rear surface

of the Front Hoop to the forward most surface of the steering wheel rim with the steering in the

straight-ahead position.

T6.5.4 The steering wheel must be attached to the column with a quick disconnect. The driver

must be able to operate the quick disconnect while in the normal driving position with gloves on.

T6.5.6 The steering wheel must have a continuous perimeter that is near circular or near oval,

i.e. the outer perimeter profile can have some straight sections, but no concave sections. “H”,

“Figure 8”, or cutout wheels are not allowed.

T6.5.7 In any angular position, the top of the steering wheel must be no higher than the top-most

surface of the Front Hoop. See Figure 3.

Queda demostrado que estas relaciones del volante respecto al fronthoop se

cumplen en la Figura I.1, mostrada más arriba.

Pág. 6 Anexo

III. Cuadro de instrumentos

IC4.3.1 The cockpit-mounted master switch:

a. Must be located to provide easy actuation by the driver in an emergency or panic situation.

b. Must be located within easy reach of the belted-in driver, alongside the steering wheel, and

unobstructed by the steering wheel or any other part of the car. It is suggested that it be placed on the

same side of the steering wheel as the shifter mechanism.

c. Must be a push/pull Emergency switch with a minimum diameter of 24mm. The switch

must be installed such that:

i. From the ON position, pushing on the switch will disable power to the ignition and

all fuel pumps, and

ii. From the OFF position, pulling on the switch will enable power to the ignition and

fuel pump(s). Switches that require a twist or twist and pull to enable power are acceptable.

d. May act through a relay.

Examples of typical switches that meet these requirements are shown below:

IV. Pedalería

T7.1.8 The brake pedal shall be designed to withstand a force of 2000 N without any failure of

the brake system or pedal box. This may be tested by pressing the pedal with the maximum force

that can be exerted by any official when seated normally.

T7.1.9 The brake pedal must be fabricated from steel or aluminum or machined from steel,

aluminum or titanium.


V. Asiento

T4.3.1 The lowest point of the driver’s seat must be no lower than the bottom surface of the

lower frame rails or by having a longitudinal tube (or tubes) that meets the requirements for Side

Impact tubing, passing underneath the lowest point of the seat.

T4.3.2 When seated in the normal driving position, adequate heat insulation must be provided

to ensure that the driver will not contact any metal or other materials which may become heated to a

surface temperature above sixty degrees C (60°C). The insulation may be external to the cockpit or

incorporated with the driver’s seat or firewall. The design must show evidence of addressing all

three (3) types of heat transfer, namely conduction, convection and radiation, with the following

between the heat source, e.g. an exhaust pipe or coolant hose/tube and the panel that the driver could

contact, e.g. the seat or floor:

a. Conduction Isolation by:

i. No direct contact between the heat source and the panel, or

ii. A heat resistant, conduction isolation material with a minimum thickness of 8 mm (0.3

in) between the heat source and the panel.

b. Convection Isolation by a minimum air gap of 25 mm (1 inch) between the heat source

and the panel

c. Radiation Isolation by:

i. A solid metal heat shield with a minimum thickness of 0.4 mm (0.015 in) or

ii. Reflective foil or tape when combined with T4.3.2.a.ii above.

VI. Cinturones

T5.1.1 Definitions:

a. A 5-point system – consists of a 76 mm (3 inch) wide lap belt, approximately 76 mm (3

inch) wide shoulder straps and a single approximately 51 mm (2 inch) wide anti-submarine strap.

The single anti-submarine strap must have a metal-to-metal connection with the single release

common to the lap belt and shoulder harness.

b. A 6-point system – consists of a 76 mm (3 inch) wide lap belt, approximately 76 mm (3

inch) wide shoulder straps and two (2) approximately 51 mm (2 inch) wide leg or anti-submarine

straps.

c. A 7-point system – system is the same as the 6-point except it has three (3) anti-

submarine straps, two (2) from the 6-point system and one (1) from the 5-point system.

NOTE: 6 and 7-point harnesses to FIA specification 8853/98 and/or SFI Specification 16.5 with

approximately 51 mm (2 inch) lap belts are acceptable.

d. An “upright driving position” is defined as one with a seat back angled at thirty degrees

(30°) or less from the vertical as measured along the line joining the two 200 mm circles of the

template of the 95th percentile male as defined in Rule T3.10.3 and positioned per T3.10.4 .

e. A “reclined driving position” is defined as one with a seat back angled at more than thirty

degrees (30°) from the vertical as measured along the line joining the two 200 mm circles of the

Pág. 8 Anexo

template of the 95th percentile male as defined in Rule T3.10.3 and positioned per T3.10.4 .

f. The “chest-groin line” is the straight line that in side view follows the line of the shoulder

belts from the chest to the release buckle.

T5.3.1 The lap belt must pass around the pelvic area below the Anterior Superior Iliac Spines

(the hip bones).

T5.3.2 The lap belts should not be routed over the sides of the seat. The lap belts should come

through the seat at the bottom of the sides of the seat to maximize the wrap of the pelvic surface and

continue in a straight line to the anchorage point.

T5.3.3 Where the belts or harness pass through a hole in the seat, the seat must be rolled or

grommeted to prevent chafing of the belts.

T5.3.4 To fit drivers of differing statures correctly, in side view, the lap belt must be capable of

pivoting freely by using either a shouldered bolt or an eye bolt attachment, i.e. mounting lap belts by

wrapping them around frame tubes is no longer acceptable.

T5.3.5 With an “upright driving position”, in side view the lap belt must be at an angle of

between forty-five degrees (45°) and sixty-five degrees (65°) to the horizontal. This means that the

centerline of the lap belt at the seat bottom should be between 0 – 76 mm (0 – 3 inches) forward of

the seat back to seat bottom junction. (See Figure 10)

T5.3.6 With a “reclined driving position”, in side view the lap belt must be between an angle of

sixty degrees (60°) and eighty degrees (80°) to the horizontal.


T5.4.4 The shoulder harness mounting points must be between 178 mm (7 inches) and 229 mm

(9 inches) apart. (See Figure 11)

T5.4.5 From the driver’s shoulders rearwards to the mounting point or structural guide, the

shoulder harness must be between ten degrees (10°) above the horizontal and twenty degrees (20°)

below the horizontal. (See Figure 12).

T5.5.2 The anti-submarine belts of a 6 point harness should be mounted either:

a. With the belts going vertically down from the groin, or angled up to twenty degrees (20°)

rearwards. The anchorage points should be approximately 100 mm (4 inches) apart. Or

b. With the anchorage points on the Primary Structure at or near the lap belt anchorages, the

driver sitting on the anti-submarine belts, and the belts coming up around the groin to the release

buckle.

Los anclajes de los cinturones del CAT08e cumplen con todas estas normas y la posición de

conducción se corresponde con una posición reclinada como recoge la norma T5.1.1 e.


VII. Reposacabezas

T5.6.1 A head restraint must be provided on the car to limit the rearward motion of the driver’s

head.

T5.6.2 The restraint must:

a. Be vertical or near vertical in side view.

b. Be padded with an energy absorbing material such as Ethafoam® or Ensolite® with a

minimum thickness of 38 mm (1.5 inches).

c. Have a minimum width of 15 cms (6 inches).

d. Have a minimum area of 235 sq. cms (36 sq. inches) AND have a minimum height

adjustment of 17.5 cms (7 inches), OR have a minimum height of 28 cms (11 inches).

e. Be located so that for each driver:

i. The restraint is no more than 25 mm (1 inch) away from the back of the driver’s

helmet, with the driver in their normal driving position.

ii. The contact point of the back of the driver’s helmet on the head restraint is no less

than 50 mm (2 inch) from any edge of the head restraint.

NOTE 1: Head restraints may be changed to accommodate different drivers (See T1.2.2 ).

NOTE 2: The above requirements must be met for all drivers.

NOTE 3: Approximately 100mm (4”) longitudinal adjustment is required to accommodate 5th to

95th Percentile drivers. This is not a specific rules requirement, but teams must have sufficient

longitudinal adjustment and/or alternative thickness head restraints available, such that the above

requirements are met by all their drivers.

T5.6.3 The restraint, its attachment and mounting must be strong enough to withstand a force

of 890 Newtons (200 lbs. force) applied in a rearward direction.

T5.7 Roll Bar Padding: Any portion of the roll bar, roll bar bracing or frame which might be

contacted by the driver’s helmet must be covered with a minimum thickness of 12 mm (0.5 inch) of

padding which meets SFI spec 45.1 or FIA 8857-2001.

La forma de la espuma del reposacabezas cumple con todos los requerimientos

dimensionales nombrados en la norma T5.6.2.

VIII. Protecciones interiores

T5.8.1 To keep the driver’s legs away from moving or sharp components, all moving

suspension and steering components, and other sharp edges inside the cockpit between the front roll

hoop and a vertical plane 100 mm (4 inches) rearward of the pedals, must be shielded with a shield

made of a solid material. Moving components include, but are not limited to springs, shock

absorbers, rocker arms, anti-roll/sway bars, steering racks and steering column CV joints.

T5.8.2 Covers over suspension and steering components must be removable to allow

inspection of the mounting points.


Anexo II – Modelado del volante

I. Modelado físico

Impresión 3D en ABS:

Para la fabricación de la estructura principal del modelo del volante, se escogió utilizar el

plástico impreso, dada la facilidad y rapidez con la que se pueden obtener piezas (de tamaño

contenido), lo que permite ir mejorando un diseño en poco tiempo y de forma barata.

La impresora empleada fue una BCN3D+ (Fig. II.1), de RepRapBCN, ya que es con la que

se trabaja en el equipo. Además en la escuela hay un equipo de becarios que trabajan con

ellas y nos ayudaron en más de una ocasión a acertar con las configuraciones de impresión.

Fig. II.1 (Fuente propia)

El material utilizado fue ABS negro, ya que de entre los plásticos para imprimir con este

modelo, es el que ofrece un mejor acabado y permite ser mecanizado con mejores

resultados una vez frío.

Pág. 14 Anexo

En las primeras impresiones (Fig. II.2) surgieron problemas tales como que, al ser una pieza

tan grande, el medio volante se despegaba de la base de la impresora.


Consultando a los becarios y a un miembro del equipo aficionado a las impresoras, se

probaron varias soluciones que terminaron por dar resultado:

- Añadir laca a la base: añadiendo laca capilar en cantidad a la base de la impresora

se consigue que el plástico se adhiera mejor a su superficie.

- Reducir el infill: reduciendo el infill o relleno de las piezas (que no son macizas, sino

que tienen una estructura de celdas para ahorrar material, peso y tiempo), se

consigue que el material no se contraiga tanto, evitando su levantamiento de la base.

Reducir el relleno implica que las celdas interiores sean más grandes:

Fig. II.3 a) y b) Dos momentos durante la impresión de una pieza con menor infill, más


estable que la de la Fig. II.2, con mayor infill (Fuente propia)

- Aislar la impresora: una forma de asegurarse la correcta solidificación del plástico,

ya sea ABS u otro, es aislando la impresora de corrientes de aire. Estas corrientes

provocan enfriamientos irregulares en las capas de la pieza, lo que puede conllevar

contracciones locales que la deformen. Por ello se hizo una tapa provisional con

cartón y bridas (Fig. II.4 a)), la cual demostró unos muy buenos resultados. Más tarde

se hizo una caja más práctica, con una pantalla de plástico transparente para

controlar la impresión (Fig. II.4 b)):

Fig. II.4 a) y b) (Fuente propia)

Modelado de los mangos en arcilla:

Una vez impresas las dos mitades del volante, fueron ancladas al quick release y éste

colocado en el sistema de dirección del CAT07e (Fig. II.5), para detectar algún posible fallo

que hubiera pasado desapercibido (el CAT08e aún no estaba disponible):


Pág. 16 Anexo

Después se colocó en su soporte de la estructura ergonómica (capítulo 4) para tener alguna

forma de apoyarlo y empezar a trabajar con la arcilla. En la Figura II.6 se observa la mitad

izquierda del modelo del volante con una serie de agujeros, el objetivo de los cuales es

permitir que la arcilla se agarre mejor al plástico. En la mitad derecha podemos ver el mango

modelado en arcilla.


Las formas se fueron definiendo tomando como referencia las hendiduras del volante

comercial, con formas abombadas y surcos, pero adaptadas a las medidas de este volante.

Se fue añadiendo y quitando material hasta conseguir formas que se consideró que

permitían un buen agarre del volante. Se contó con el consejo de dos miembros del equipo

(que luego fueron pilotos) con experiencia en competiciones de karting y turismos, que dieron

su opinión durante el modelado.

Fig. II.7 En todo momento se trabajó con las versiones anteriores para tener en cuenta sus

ventajas e inconvenientes (Fuente propia)


Una vez seca, la arcilla se había agrietado, hasta el punto de haberse empezado a despegar

del plástico por las superficies planas de éste (Fig. II.8). Se intentó reparar con agua y algo

más de arcilla, pero al secarse otra vez volvieron a aparecer (aunque menores). Debido al

peligro de que se desmembrase el conjunto, se envolvió todo con cinta de carrocero (Fig.

II.9):

Fig. II.8 (Fuente propia) Fig. II.9 (Fuente propia)

Ya seco y encintado, se pudo probar con los guantes reglamentarios y se verificó que con la

arcilla el grosor era demasiado como para cogerlo cómodamente (no cabían los tres dedos

por debajo del radio de apoyo del pulgar, tal y como se había diseñado). Para ello se

imprimió otra mitad de volante (la izquierda), más grande, para compensar el aumento

posterior del barro.

También con el objetivo de que a los tres dedos menores no les faltase espacio, se puso

más material en la parte posterior del mango. Así, al tener que recorrer una longitud mayor, a

la parte de debajo del radio llegan sólo las puntas de los dedos, menos anchas que las

falanges de en medio (Fig. II.10):

Pág. 18 Anexo


Como en la vez anterior, volvieron a aparecer grietas, pero esta vez de menor importancia

gracias al uso de mucha agua durante el modelado de la arcilla (Fig. II.11 a) y b)):


Para que a la hora de hacer el digitalizado no surgieran problemas con ellas, se taparon las

grietas con masilla (Fig. II.12). Hay que poner cuidado en no excederse con la masilla, puesto

que luego toca lijarla (Fig. II.13) y ésta es una operación delicada habiendo barro seco no

cocido de por medio.

Fig. II.12 Una vez colocada la masilla (Fuente propia)


Fig. II.13 Después de lijar la masilla (Fuente propia)

Pág. 20 Anexo

II. Modelado digital

Una vez recibido el documento digitalizado de AsorCAD, fue necesario tratarlo

informáticamente para obtener la forma deseada. La empresa nos proporcionó el documento

de los mangos en formato STL, es decir como un conjunto de superficies. El objetivo era

convertir estas superficies en sólidos (digitales) que pudieran ser fresados en madera, los

cuales también necesitaban una adaptación previa antes de ser enviados a mecanizar.

De superficie a sólido:

En el documento CAD recibido había los dos mangos (el izquierdo y su simetría) y parte del

quick release para poder encontrar fácilmente la referencia del centro. Los mangos incluían

parte de la chapa plana, para tener margen, pero el CAD no incluía la chapa en su totalidad.

Lo primero que se hizo al recibir el documento digitalizado fue añadir la estructura de fibra

para comprobar que todo encajaba correctamente, ajustando el quick release digitalizado

con el creado con SolidWorks (Fig. II.14):


Una vez comprobado, se procedió a la conversión de la superficie de los mangos en sólidos.

Para ello se crearon unas superficies límite en los extremos de los mangos (Fig. II.15 a)),

creando una superficie cerrada (eliminando posteriormente los sobrantes de superficie, Fig.

II.15 b)):


Fig. II.15 a) Superficie límite volumen mangos y b) superficie cerrada mangos (Fuente propia)

Una vez obtenida la superficie cerrada del mango, ésta se hizo intersecar con un volumen

mayor que ella, para seleccionar después el volumen interior y obtener así el sólido deseado

(Fig. II.16 a) y b)):

Fig. II.16 a) Llenado mangos y b) comparación mango relleno vs no relleno (vista de sección)

(Fuente propia)

Grosor en los extremos:

Habiendo obtenido ya el sólido de un mango se procedió a aumentar el grosor de éste en los

extremos, pues al intersecar la estructura de carbono se vio que en algunos puntos éste era

de menos de un milímetro (Fig. II.17 a), b), c), d), e) y f)):

Pág. 22 Anexo

Fig. II.17 a) Uniones mangos (Fuente propia)

Fig. II.17 a) Unión mango radio inferior cara delantera y b) y trasera (Fuente propia)

Fig. II.17 c) Unión mango radio superior cara delantera y d) y trasera (Fuente propia)


Fig. II.17 e) Unión mango radio de en medio cara delantera y f) y trasera (Fuente propia)

Como solución se encontró hacer una extrusión en el mango con la forma de la chapa de

fibra de carbono ensanchada 1’5mm, como se muestra en la Figura II.18 a) i b):

Fig. II.18 a) y b) Reparación/arreglo radio superior (Fuente propia)

Suavizado superficies:

Con la intención de suavizar las superficies, que habían quedado rugosas i algo irregulares

(Fig. II.19), se procedió a crear una nueva superficie a partir de splines.

La idea era crear un mallado a partir de splines (Fig. II.20) que tomasen puntos de la

superficie de AsorCAD para ser creados, consiguiendo así curvas más sencillas y por tanto

suaves.


Pág. 24 Anexo

Las superficies nuevas obtenidas (en verde) demostraron ser mucho más suaves y sencillas,

lo cual parecía más interesante para un posterior mecanizado en madera (Fig. II.21 a) y b)).

El problema era que a la hora de cerrar las superficies nuevas siempre surgían

discontinuidades. Si se forzaba la continuidad de las mismas, la superficie de unión resultaba

muy angulosa y por tanto el objetivo de suavizar la pieza no se conseguía.


Después de gastar 12 horas trabajando en esta idea finalmente se descartó por la falta de

resultados. Posteriormente se demostró que las irregularidades originales no suponían un

problema a la hora de fresar la madera, ya que ni el fresado era tan preciso ni era necesario

que lo fuera.

Simetría y vaciado:

Para acabar, se hizo una simetría del mango trabajado para obtener los dos lados (Fig. II.22),

y se hizo el vaciado de su interior a fin de dejar espacio para alojar la estructura principal de

fibra de carbono (Fig. II.23):



Obteniendo como resultado final el conjunto:

Fig. II.24 Render del conjunto del volante (Fuente propia)


Anexo III – Fabricación del volante

I. Volante CAT08e

La fabricación del volante del CAT08e fue un proceso que, aunque se planteó de una forma

concreta desde un principio, fue tomando nuevos caminos al encontrarse mejores

soluciones. Del mismo modo, algunos pasos sí seguidos se demostró que habría sido mejor

hacerlos de otro modo.

El objetivo de este anexo es recoger la experiencia obtenida en la fabricación del volante y

proponer alternativas para futuros diseños. Veamos los pasos seguidos en el de la presente

temporada:

Cortar núcleo y colocar insertos:

Gracias a una plantilla de papel, se fue dando forma a una plancha de núcleo Rohacell de

10mm de grosor con una Dremel y papel de lija:

Fig. III.1 (Fuente propia)

En un principio la plancha iba a ser plana, pero por requerimiento del responsable de

dirección se añadió un trozo de 5mm en forma de “C” (Fig. III.2 a) y b)), para dar espacio

para conexiones faston para el cableado de los botones, por si en algún momento era

necesario quitar el quick release del volante (en teoría es una pieza que una vez ensamblada

es fija y no hay que quitar).

Pág. 28 Anexo

Fig. III.2 a) y b) (Fuente propia)

Los insertos de aluminio fueron colocados en sus respectivas posiciones y las dos piezas de

Rohacell encoladas con resina epóxica Axson Adekit H 9951 (“cola rosa”).

Probar mangos

La primera idea para la fabricación de los mangos del volante fue hacerlos de ABS impreso.

Se hicieron varias pruebas:

- Mango en dos partes: una parte frontal y una trasera, es decir, con surcos en su

interior para permitir alojar la estructura de carbono en su interior. Se usan menos

piezas pero la estructura ha de encajar con el carbono ya laminado. Se puede lijar

antes el núcleo dejando margen, pero eso no asegura que luego vaya a caber.

- Mango en cinco partes: una parte frontal y otra trasera, apoyando planas sobre la

estructura, más tres en forma de “C” para cubrir los cantos del núcleo. Aunque al final

el encaje no sea perfecto, se pueden forzar y lijar algo las “C’s”, con cuidado de no

llegar al interior hueco:



- Baño en acetona: como el acabado de la impresión era un poco tosco, se probó de

alisarlo con vapores de acetona. Este proceso es habitual para dar un buen acabado

a las piezas impresas en plástico, y consiste en meterlas en un recipiente con

acetona al fondo (sin que la toquen directamente) y calentar la base del mismo, para

que los vapores vayan disolviendo la superficie y suavicen las diferencias entre

capas. Al no tener experiencia en el proceso y hacerlo de forma muy casera (un

recipiente hecho de papel de aluminio calentado en una plancha eléctrica), los

resultados no fueron muy satisfactorios. La pieza debe estar expuesta a los vapores

homogéneamente y el tiempo justo, sino se suavizan unas partes y otras no y

aparecen burbujas, como se comprobó en este experimento.

Finalmente, y por tener disponibilidad de realizar este proceso, se decidió hacer cada mango

en cinco partes de DM, la ventaja del cual, aparte de ser muy ligero y más robusto que el

ABS hueco, es que se podía limar posteriormente al laminado para acabar de ajustar las

piezas:

Fig. III.4 a) Los dos mangos a piezas y b) colocados en el núcleo (Fuente propia)

Laminar

Si se hubiese tenido que laminar simplemente una chapa plana de Rohacell, el proceso de

laminado habría sido bastante más sencillo, puesto que se habría colocado la pieza sobre

una superficie plana, se habría llevado a cabo el proceso cubriendo los cantos y luego lo

mismo por el otro lado, en otra operación. El problema es que al tener el saliente no se podía

laminar la cara frontal apoyando la trasera en una superficie plana, pues había el riesgo de

que la bolsa de vacío hiciera flectar el núcleo.

Se decidió entonces seguir un proceso diferente para evitar este problema y otros:

Pág. 30 Anexo

- Laminado de cantos: En primer lugar, se cubrieron los cantos de un lado con fibra

de carbono (Fig. III.5 a)). El objetivo era que a la hora de eliminar la rebaba del

segundo paso, no quedara núcleo a la vista y perdiera resistencia la pieza. De paso

se cubrió la cara frontal y parte de la trasera (Fig. III.5 b)):


Esta parte fue muy complicada de llevar a cabo, dado que la fibra tenía que ir justa y

entonces era más fácil que se deshilachara. Se añadió una capa de peel ply cortada a

medida para darle un acabado rugoso a la cara plana, con el fin de agarrar mejor la cola en

futuras operaciones. El vacío se hizo en un saco de vacío en vez de sobre una superficie

plana para que la resina copiara bien todos los cantos:


- Encolado de chapa plana: Una vez curada la resina, se eliminaron las rebabas y se

rebajaron las arrugas de la fibra causadas por la tensión del vacío (Fig. III.7). Con

“cola rosa” se pegó el volante a una lámina de dos capas de fibra de carbono


previamente curada (Fig. III.8). Estas capas tenían un mejor acabado ya que habían

sido laminadas sobre una chapa de aluminio lisa. Por el lado de la cola tenían

acabado de peel ply.

Fig. III.7 (Fuente propia) Fig. III.8 (Fuente propia)

- Laminado final: Para acabar, se laminaron un par de capas por la cara trasera para

acabar de tapar el núcleo (Fig. III.9). En alguna parte que faltaba se añadió algún retal

más para conseguir que toda la pieza estuviera cubierta por tres capas de fibra de

carbono. Se hizo todo lo posible para que la disposición fuera 0º-45º-0º, pero la

dificultad de la geometría del volante dejó esta idea en una aproximación. Lo

explicado antes sobre no dejar cantos sin fibra a la hora de quitar rebabas se

representa en la (Fig. III.10):


Pág. 32 Anexo


Hacer agujeros

Una vez realizado todo el proceso de laminado de fibras, fue el turno de los agujeros, tanto

de los botones como de los tornillos.

En el caso de los agujeros de los botones, fue tan sencillo como reabrirlos, ya que ya se

habían practicado en el núcleo. Simplemente había que eliminar la resina y la cola que se

habían metido durante el laminado y el encolado, usando una plantilla de papel para

encontrarlos.

Para hallar los tornillos se usó también la misma plantilla para acertar con los insertos de

aluminio. El problema que hubo es que en dos de las perforaciones, los insertos quedaron

agarrados a la broca y al subirla éstos fueron arrancados de la fibra (posteriormente fueron

reencolados). Para evitar esto se siguió usando lubricante pero se perforó con una velocidad

de avance mucho menor. Una solución mejor habría sido usar insertos ya perforados con

agujeros de 5’5mm (los tornillos son de métrica 5).


Para asegurar el buen encaje del quick release (Fig. III.11) se unió al volante con un tornillo y

se fueron adaptando el resto de agujeros con Dremel.


Colocar mangos

Debido al incremento relativamente irregular de volumen de la fibra respecto al núcleo, se

tuvieron que adaptar las piezas de los mangos (Fig. III.12 a) y b)), rebajando ciertas zonas

con Dremel y papel de lija:


Posteriormente al taladrado de los agujeros se procedió al encolado de los mangos a la

estructura de fibra con “cola rosa”, dado que para hacer los agujeros mejor disponer de la

superficie plana. Para sujetar las piezas durante el encolado se hizo uso de cinta

Econobreaker, dado que no se adhiere a la cola y se puede retirar luego sin problemas.

Después de pegar los mangos, se suavizaron e igualaron aristas y se rellenaron las uniones

con masilla.

Fig. III.13 Mangos con las uniones antes de enmasillar (Fuente propia)

Barnizar

Con el conjunto estructura-mangos a punto, se llevó a SEAT a pintar y barnizar,

Pág. 34 Anexo

principalmente para impermeabilizar la madera y el núcleo si en algún punto había quedado

al aire, y por otro lado para darle un mejor acabado.

Por consejo de SEAT, se pintaron los mangos de negro y la parte trasera, para que no se

viera la madera en caso de escurrirse la cinta y porque en la cara trasera del volante

acababan muchos retales de fibra que le daban un aspecto poco homogéneo. El conjunto

entero fue cubierto de barniz transparente:


Poner botones

Los botones fueron soldados a sus respectivos cables y colocados en los agujeros del

volante realizados a tal efecto. Primero fueron encolados por delante con Super Glue de

Loctite, y luego las conexiones fueron aisladas con silicona de curado en frío. Se dejó

bastante cable sobrante para poder trabajar con las conexiones de los extremos libres con

comodidad:



Encintar

El último paso antes de ensamblar todo el conjunto fue colocar las cintas de tenis en los

mangos. Se usaron dos cintas negras por mango. Para empezar a colocarlas, cada cinta

dispone de una punta adhesiva, y para rematar el encintado se superpuso un trozo de cinta

de en medio sobre el extremo final. En principio de esta forma aguantaba suficiente pero al

cabo de probar el coche se decidió encolar la punta para asegurar que no se desmontaba:


Ensamblar

Ya con todos los elementos preparados se procedió a hacer el conexionado de los cables de

los botones con los del quick release y finalmente el montaje de este, una vez verificado el

buen funcionamiento de los botones (pasar pantalla (I) y alerón activo (D)):

Fig. III.17 a) Conjunto antes de montar y b) conjunto ensamblado (Fuente propia)


Anexo IV – Fabricación de los asientos

I. Pruebas previas con poliuretano

Antes de conseguir fabricar los asientos definitivos del CAT08e, se hicieron una serie de

pruebas, tanto con la estructura ergonómica como con el monocasco:

- Poliuretano monocomponente:

A mediados de temporada se decidió hacer alguna prueba de asiento, aún y no tener el

monocasco fabricado. Se buscó poliuretano bicomponente, ya que es el que suelen usar

otros equipos y se expande homogéneamente, pero sólo se encontró monocomponente en

spray.

Se colocó la estructura ergonómica en la posición finalmente escogida y se puso sobre ella

una bolsa de basura semitransparente. Un miembro del equipo se sentó en la posición de

conducción vestido con un mono de trabajo. Se practicó un agujero en la parte superior de la

bolsa (que estaba sellada con cinta americana) y se introdujo el poliuretano mediante una

cánula.

Se formó una pasta al fondo de la bolsa que no curaba. Se esperó media hora y el

poliuretano no curaba, por lo que se decidió introducir agua en la bolsa (las indicaciones del

producto decían que los ambientes húmedos favorecen el curado). Un cuarto de hora

después de ello y sin obtener resultados, se decidió que el miembro sentado saliera de la

estructura. Se procedió a amasar la pasta del fondo en un intento por hacerla reaccionar y

finalmente empezó a endurecerse por la parte más baja, donde se había acumulado el agua.

Visto que de esta forma no se podían obtener asientos, se siguió buscando el poliuretano

bicomponente.

- Poliuretano bicomponente prueba 1:

Finalmente se encontró el material buscado, de nombre Urefoam 35 (partes A y B, Fig. IV.1)

y suministrado por la empresa Sagristà Products. Se trata de una parte A de poliol y otra B de

diisocianato a mezclar en proporción 100:100 en peso, y se proporciona en formato 1kg+1kg

(a un precio de 28,02 €) ó 5kg+5kg (113,21 €):

Pág. 38 Anexo

Fig. IV.1 Pack de 1kg+1kg de Urefoam 35 (Fuente propia)

Para esta prueba se volvió a usar la estructura ergonómica, pero esta vez se usaron dos

bolsas de basura de 100 litros cada una solapadas y unidas con cinta americana (Fig. IV.2),

a fin de evitar cualquier fuga (ya que si el poliuretano reaccionante entra en contacto con la

ropa o la piel se queda pegado, además de que la reacción es exotérmica y el producto se

calienta mucho y suelta vapores; por eso se usan monos, gafas y mascarillas para las

pruebas).

Fig. IV.2 (Fuente propia)

Se vertieron los dos kilogramos de mezcla en un cubo y se removieron hasta obtener un

líquido de color beige homogéneo. Con un miembro del equipo en posición de conducción,

se vertió el contenido del cubo en las bolsas, y este empezó a reaccionar.


Fig. IV.3 a) y b) (Fuente propia)

El resultado del curado fue satisfactorio (Fig. IV.3 a) y b)), pues la espuma presentó una

densidad bastante uniforme por toda la pieza. Lo que se vio que había que mejorar fue la

distribución de la espuma en la bolsa, ya que se acumuló en las puntas inferiores y faltó

debajo del culo, en la espalda y a la altura de los hombros (Fig. IV.4):

Fig. IV.4 (Fuente propia) Fig. IV.5 a) (Fuente propia)

Aprovechando este experimento, se probó de dar un acabado liso a la espuma para hacer

un molde de fibra de vidrio y más tarde un asiento de fibra de carbono. Para ello se cubrieron

las grietas (causadas por las arrugas de las bolsas) con poliuretano monocomponente (más

fácil de aplicar), se recortaron los sobrantes y se cubrió todo con yeso de construcción (Fig.

IV.5 a), b) y c)):

Fig. IV.5 b) y c) (Fuente propia)

Pág. 40 Anexo

Al fraguar el yeso se volvía muy quebradizo y poco apto para ser usado como modelo de un

molde de fibra de vidrio. Aunque hay materiales como el aguaplast que serían más

adecuados para ello, se decidió abandonar la idea del asiento de fibra para simplificar y

porque realmente no aportaba ninguna ventaja respecto al asiento de espuma.

- Poliuretano bicomponente prueba 2:

Teniendo ya disponible el monocasco, se hizo una prueba con la intención de hacer un

asiento definitivo. Se siguieron los consejos dados por la escuela MONLAU para la

fabricación de asientos de espuma de poliuretano:

En primer lugar, cubrir el fondo del monocasco con algún tipo de plástico (Fig. IV.6 a) y b))

para prevenir cualquier fuga (la espuma también se queda adherida a la fibra de carbono),

colocar las bolsas de basura (Fig. IV.7) y entrar el piloto en el monocasco, con toda la

equipación puesta, casco incluido. Una vez dentro, ajustarse las bolsas para que la espuma

llegue hasta el punto deseado, normalmente entre las rodillas y la pelvis:

Fig. IV.6 a) y b) (Fuente propia) Fig. IV.7 (Fuente propia)

Cuando el piloto da el visto bueno, la persona encargada de la mezcla la hace y se prepara

para verterla en las bolsas.

En este caso, la reacción fue tan súbita que casi no dio

tiempo a hacer el vertido, con lo que la espuma se

endureció antes de copiar la forma correcta


Fig. IV.8 (Fuente propia)

Pág. 42 Anexo

II. Asientos CAT08e

Analizando la situación de la prueba anterior, se dedujo que el fallo había estado en la

temperatura a la que se habían almacenado los componentes del poliuretano, la temperatura

ambiente.

En Monlau se había aconsejado hacer los asientos por la noche, cuando las temperaturas

son más bajas. Y así se hizo, pero en una noche de julio que rondaba los 30ºC. Se decidió

guardar los componentes en un frigorífico y volver a probarlos a una temperatura más baja.

Una vez más fríos, se volvió a hacer la prueba y esta vez los tiempos de curado sí eran los

esperados. A la hora de verter, el piloto se levantó mínimamente apoyándose con las manos

en los laterales del monocasco, para permitir el paso de material debajo del culo, hasta

obtener la cantidad deseada (Fig. IV.8 a) y b)). Una vez obtenida, fue necesario mover con la

espalda material hacia arriba para conseguir que también hubiese espuma en el respaldo,

hasta obtener también la cantidad deseada (Fig. IV.9 a) y b)):




Este asiento se hizo con bastante material en esas dos zonas, para los pilotos más bajos, y

se “tapizó” con cinta americana (Fig. IV.10 a)) plateada, mientras que el de los más altos

tenía menos material y la cinta usada era negra (Fig. IV.10 b)), para diferenciarlos:


Después de haberse curado el material del todo, se hizo un proceso de adaptación,

eliminando espuma sobrante y haciendo los agujeros para permitir el paso de los lap belts y

las anti-submarine straps de los cinturones (Fig. IV.11). Con la forma definitiva se hizo el

mencionado “tapizado” y finalmente se cubrió la parte trasera con cinta de aluminio (Fig.

IV.12), tal y como manda la normativa:

Fig. IV.11 (Fuente propia) Fig. IV.12 (Fuente propia)

Pág. 44 Anexo

Anexo V – Estructura ergonómica

I. Diseño de la estructura

Tomando como referencia las medidas de la estructura a continuación explicada, una idea

aproximada de las que tendría el CAT08e y el tamaño de las maderas disponibles, se

dimensionó la estructura ergonómica fabricada ex profeso para este proyecto.

Partiendo de este diseño de estructura regulable (Fig. V.1), obtenido en [5]

https://grabcad.com/library/fsae-mock-chassis-1, se tomaron las siguientes ideas:

Fig. V.1 (Fuente: GrabCAD)

- Regulación de la inclinación del respaldo: mediante dos columnas y una barra. La

diferencia es que en la estructura de este proyecto la base del respaldo era fija

(bisagra sin translación) y no disponía de una tercera tabla para los muslos.

- Regulación del ángulo y altura del volante: La idea usada es la misma pero con

menos posiciones para el ángulo, ya que era obvio que ciertas configuraciones no se

iban a llevar a cabo (por ejemplo colocar el volante cara arriba). Como diferencia las

torretas del volante eran móviles en la estructura de este trabajo, con lo que se podía

https://grabcad.com/library/fsae-mock-chassis-1


regular la profundidad.

- Regulación de la profundidad de los pedales: mediante guías. Además era

posible la variación de la altura con listones a modo de alzas.

Además de incluir estas características, se diseñó la estructura de forma que fuera plegable y

con ruedas (Fig. V.2 a), b) y c)), de modo que fuera almacenable en el propio despacho y

transportable al lugar en que hiciera falta. Aparte de esto, se fue modificando a lo largo de la

temporada para poder incorporar elementos del propio coche a medida que éstos se iban

desarrollando (por ejemplo la pedalería o el volante):

Fig. V.2 a), b) y c) (Fuente propia)


II. Configuraciones posibles

De la estructura ergonómica se pueden extraer hasta nueve variables, tal y como muestra el

gráfico siguiente (Fig. V.3):

Fig. V.3 (Fuente propia)

Éstas son x1, x2, y1, y2, alfa1, alfa2, beta, d y s. El punto R ha sido llamado así por ser el de

referencia, dado que es el punto fijo de la estructura (la base del respaldo). Las variables

expresan las siguientes relaciones:

- x1: distancia horizontal de la base del respaldo a las torretas del volante.

- x2: distancia horizontal de la base del respaldo a las taloneras.

- y1: distancia vertical de la base del respaldo al punto de articulación del soporte del

volante.

- y2: distancia vertical de la base del respaldo a las taloneras.

- alfa1: ángulo de inclinación del soporte del volante respecto a la vertical (para el

posicionado del plano del volante en el ensamblaje digital hay que tener en cuenta

que está separado 130mm del plano de su soporte).

- alfa2: ángulo de inclinación de las taloneras respecto a la horizontal.

- beta: ángulo de inclinación del primer plano del respaldo respecto a la horizontal.

Pág. 48 Anexo

Para obtener el ángulo y la posición del segundo plano del respaldo, el superior, se procedió

de la siguiente manera. Se colocó a los sujetos probadores una esterilla en la espalda (Fig.

V.4 a) y b)), y se definió el punto D como aquél en que aproximadamente la espalda perdía

contacto con el respaldo de madera, obteniendo así la distancia d. Mediante un nivel

milimetrado colocado verticalmente en el extremo de la tabla de madera y una barra de

longitud constante DS se obtenía el punto S, y por ende la distancia s en el nivel. Por tanto

tenemos que:

- 700-d (en mm): distancia del punto R al inicio del segundo plano del respaldo.

- s: distancia del extremo de la tabla de madera al punto S. Sirve para definir el ángulo

del segundo tramo del respaldo mediante triangulación (conocemos s, d, la longitud

DS y el ángulo de la tabla).

Fig. V.4 a) y b) (Fuente propia)

Con estas regulaciones posibles se obtuvieron las posiciones de ocho sujetos miembros del

equipo, y a partir de ellas se definió la configuración ERGMAX (Fig. V.5). Esta configuración

es la que finalmente se implementó en el diseño del monoplaza, con pequeñas variaciones

debido a la gran cantidad de variables que entran en juego en el diseño de un monocasco.

Mediante regulaciones varias tales como el uso de asientos personalizados y la regulación

de la pedalería es posible obtener posiciones intermedias diversas más adecuadas para

cada piloto.


Suje

to

Var

iab

le

00

11'2

50

00

00

0O

pci

ón

may

ori

tari

a y

sen

cill

ez

de

co

loca

r e

l vo

lan

te v

ert

ical

350

380

345

380

350

340

370

365

380

Op

ció

n m

ayo

r ->

re

gula

ble

co

n d

isti

nto

s as

ien

tos

455

455

475

475

475

455

455

455

475

Op

ció

n m

ayo

r ->

re

gula

ble

co

n d

isti

nto

s as

ien

tos

125

125

125

125

125

125

125

125

125

Fija

do

po

r p

ed

ale

ría

(se

usa

la d

el a

ño

an

teri

or)

910

950

890

890

960

960

880

870

960

Op

ció

n m

ayo

r ->

re

gula

ble

co

n d

isti

nta

s p

osi

cio

ne

s d

e p

ed

ale

ría

120

120

120

120

120

120

120

120

120

Fija

do

po

r d

ise

ño

de

mo

no

casc

o

3535

3535

3535

3535

35Fi

jad

o p

or

dis

eñ

o d

e b

ate

rías

440

360

420

350

270

240

400

400

240

Op

ció

n m

en

or

-> r

egu

lab

le c

on

dis

tin

tos

asie

nto

s

340

320

310

340

250

240

320

300

240

Op

ció

n m

en

or

-> r

egu

lab

le c

on

dis

tin

tos

asie

nto

s

Re

spal

do

Vo

lan

te

Pie

s

alfa

1 [

º]

x1 [

mm

]

y1 [

mm

]

alfa

2 [

º]

x2 [

mm

]

y2 [

mm

]

be

ta [

º]

d [

mm

]

s [m

m]

ab

cd

ef

gh

ERG

MA

XM

oti

vo

sumario 1 anexo i - consideraciones tÉcnicas (fsae...

Documents