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El bastidor de un vehículo , también conocido históricamente como chasis , es la principal estructura de soporte de un vehículo de motor a la que están unidos todos los demás componentes, comparable al esqueleto de un organismo.
Hasta la década de 1930, prácticamente todos los automóviles tenían un marco estructural separado de su carrocería. Este diseño constructivo se conoce como carrocería sobre bastidor . En la década de 1960, la construcción unibody en los turismos se había vuelto común, y la tendencia a unibody para los turismos continuó durante las décadas siguientes. [1]
Casi todos los camiones , autobuses y la mayoría de las camionetas siguen utilizando un bastidor separado como chasis.
Las principales funciones de un bastidor en un vehículo de motor son: [2]
Normalmente, el material utilizado para construir chasis y bastidores de vehículos incluye acero al carbono para mayor resistencia o aleaciones de aluminio para lograr una construcción más liviana. En el caso de un chasis independiente, el marco está formado por elementos estructurales llamados rieles o vigas . Normalmente están hechos de secciones de canales de acero , fabricadas plegando, laminando o prensando placas de acero.
Hay tres diseños principales para estos. Si el material se dobla dos veces, se obtiene una sección transversal abierta, ya sea en forma de C o en forma de sombrero (en forma de U). Los marcos "en caja" contienen rieles del chasis que están cerrados, ya sea soldándolos de alguna manera o usando tubos metálicos prefabricados .
El riel de canal C, con diferencia, el más común, se ha utilizado en casi todos los tipos de vehículos en un momento u otro. [ cita necesaria ] Se fabrica tomando una pieza plana de acero (generalmente con un grosor de 1/8 "a 3/16", pero hasta 1/2 "o más en algunos camiones pesados [3] [4 ] ) y enrollar ambos lados para formar una viga en forma de C que se extiende a lo largo del vehículo. El canal C suele ser más flexible en comparación con el canal (completamente) encajonado del mismo calibre.
Los marcos de los sombreros se parecen a una "U" y pueden estar boca arriba o invertidos con el área abierta hacia abajo. No se utilizan habitualmente debido a su debilidad y propensión a oxidarse. Sin embargo, se pueden encontrar en automóviles Chevrolet de 1936 a 1954 y en algunos Studebaker .
Abandonado por un tiempo, el marco del sombrero recuperó popularidad cuando las empresas comenzaron a soldarlo en la parte inferior de los automóviles unibody, creando efectivamente un marco en forma de caja.
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Originalmente, los marcos en caja se fabricaban soldando dos rieles en C a juego para formar un tubo rectangular. Sin embargo, las técnicas modernas utilizan un proceso similar a la fabricación de rieles en C en el que una pieza de acero se dobla en cuatro lados y luego se suelda en el lugar donde se unen ambos extremos.
En la década de 1960, los bastidores encajonados de los automóviles estadounidenses convencionales estaban soldados por puntos en varios lugares a lo largo de la costura; Cuando se convirtieron en corredores de "stock car" de NASCAR, la caja se soldó continuamente de un extremo a otro para mayor resistencia.
Aunque a primera vista parecen una forma simple hecha de metal, los marcos enfrentan grandes tensiones y se construyen en consecuencia. La primera cuestión que se aborda es la "altura de la viga", o la altura del lado vertical de un marco. Cuanto más alto sea el marco, mejor podrá resistir la flexión vertical cuando se aplique fuerza en la parte superior del marco. Esta es la razón por la que los semirremolques tienen bastidores más altos que otros vehículos en lugar de ser simplemente más gruesos.
A medida que la apariencia, la calidad de marcha y el manejo se volvieron más importantes para los consumidores, se incorporaron nuevas formas a los cuadros. Los más visibles son los arcos y los kick-ups. En lugar de correr recto sobre ambos ejes , los marcos arqueados se ubican más abajo (aproximadamente al nivel de sus ejes) y se curvan hacia arriba sobre los ejes y luego hacia abajo en el otro lado para colocar el parachoques. Las patadas hacen lo mismo sin curvarse hacia abajo en el otro lado y son más comunes en la parte delantera.
Otra característica son los carriles cónicos que se estrechan vertical u horizontalmente delante de la cabina del vehículo. Esto se hace principalmente en camiones para ahorrar peso y aumentar ligeramente el espacio para el motor, ya que la parte delantera del vehículo no soporta tanta carga como la trasera. Los desarrollos de diseño incluyen marcos que utilizan más de una forma en el mismo riel del marco. Por ejemplo, algunas camionetas tienen un marco en forma de caja delante de la cabina, rieles más cortos y estrechos debajo de la cabina y rieles en C normales debajo de la caja.
En los marcos perimetrales, las áreas donde los rieles se conectan del frente al centro y del centro a la parte trasera son débiles en comparación con los marcos normales, por lo que esa sección está encajonada, creando lo que se llama "cajas de torsión".
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El marco de la escalera, llamado así por su parecido con una escalera, es uno de los diseños de bastidor/chasis separados debajo de la carrocería más antiguos, simples y utilizados con mayor frecuencia. Consta de dos vigas, rieles o canales simétricos, que se extienden a lo largo del vehículo, conectados por varios travesaños transversales. Originalmente visto en casi todos los vehículos, el marco de escalera se fue eliminando gradualmente de los automóviles en favor de marcos perimetrales y una construcción de carrocería unificada. Actualmente se ve principalmente en camiones grandes. Este diseño ofrece buena resistencia a la viga debido a sus rieles continuos de adelante hacia atrás, pero poca resistencia a la torsión o alabeo si se utilizan travesaños simples y perpendiculares. La altura total del vehículo será mayor debido a que el piso se ubicará sobre el marco en lugar de dentro de él.
Un chasis backbone es un tipo de construcción de automóvil con chasis similar al diseño de carrocería sobre bastidor. En lugar de una estructura relativamente plana, similar a una escalera, con dos rieles longitudinales paralelos, consiste en una columna central tubular fuerte y singular (generalmente de sección transversal rectangular), que transporta el tren motriz y conecta las partes delantera y trasera. Estructuras de fijación de suspensión. Aunque la columna vertebral con frecuencia se eleva hacia arriba y principalmente por encima del piso del vehículo, la carrocería todavía se coloca sobre o sobre (a veces a horcajadas) esta estructura desde arriba.
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Este es el diseño utilizado para los modelos americanos de tamaño completo de General Motors a finales de los años cincuenta y principios de los sesenta, en el que los rieles situados junto al motor parecían cruzarse en el compartimento de pasajeros, y cada uno continuaba hasta el extremo opuesto del travesaño en el extremo. parte trasera del vehículo. Se eligió específicamente disminuir la altura total de los vehículos independientemente del aumento en el tamaño de la transmisión y las jorobas del eje de la hélice, ya que cada fila tenía que cubrir también los rieles del bastidor. Varios modelos tenían el diferencial ubicado no en la barra habitual entre el eje y el bastidor, sino en una rótula encima del diferencial conectada a un casquillo en una horquilla articulada a un travesaño del bastidor.
Se afirmó que el marco en X mejoraba los diseños anteriores, pero carecía de rieles laterales y, por lo tanto, no proporcionaba una protección adecuada contra impactos laterales y colisiones. [5] Este diseño fue reemplazado por marcos perimetrales.
Similar al marco de una escalera, pero las secciones intermedias de los rieles del marco se ubican fuera de los rieles delanteros y traseros, enrutadas alrededor de los espacios para los pies de los pasajeros, dentro de los paneles de los balancines y los umbrales. Esto permitió bajar el piso, especialmente los espacios para los pies de los pasajeros, bajando la altura de los asientos de los pasajeros y reduciendo así tanto la línea del techo como la altura total del vehículo, así como el centro de gravedad, mejorando así el manejo y el agarre en carretera de los pasajeros. carros.
Este se convirtió en el diseño predominante para los automóviles con carrocería sobre bastidor en los Estados Unidos, pero no en el resto del mundo, hasta que el monocasco ganó popularidad. Por ejemplo, Hudson introdujo esta construcción en sus modelos Commodore de tercera generación en 1948. Este tipo de bastidor permitió cambios anuales de modelo y autos más bajos, introducidos en la década de 1950 para aumentar las ventas, sin costosos cambios estructurales.
La plataforma Ford Panther , descontinuada en 2011, fue una de las últimas plataformas para automóviles de pasajeros con estructura perimetral en los Estados Unidos. [1] El Chevrolet Corvette de cuarta a séptima generación utilizó un marco perimetral integrado con un esqueleto interno que sirve como cubierta.
Además de un techo más bajo, el marco perimetral permite posiciones de asiento más bajas cuando así se desea y ofrece mayor seguridad en caso de un impacto lateral. Sin embargo, el diseño carece de rigidez, porque las áreas de transición de la parte delantera al centro y del centro a la parte trasera reducen la resistencia de la viga y la torsión, y se utiliza en combinación con cajas de torsión y ajustes de suspensión suaves.
Se trata de una modificación del marco perimetral, o del marco principal, en la que el suelo del habitáculo, y en ocasiones también el suelo del maletero, se han integrado en el marco como piezas portantes, para mayor resistencia y rigidez. La chapa utilizada para ensamblar los componentes debe estar estampada con crestas y huecos para darle resistencia.
Los chasis de plataforma se utilizaron en varios automóviles europeos de éxito, sobre todo en el Volkswagen Beetle , donde se le llamó construcción "body-on-pan". Otro ejemplo alemán son los coches Mercedes-Benz "Ponton" de los años 1950 y 1960, [6] donde en los anuncios en inglés se le llamaba "suelo de estructura".
El Renault 4 francés , del que se fabricaron más de ocho millones, también utilizaba un bastidor de plataforma. El bastidor del Citroën 2CV utilizaba una interpretación mínima de un chasis de plataforma bajo su carrocería.
En un chasis de estructura espacial (tubular), la suspensión, el motor y los paneles de la carrocería están unidos a un marco esquelético tridimensional de tubos, y los paneles de la carrocería tienen una función estructural limitada o nula. Para maximizar la rigidez y minimizar el peso, el diseño frecuentemente hace el máximo uso de triángulos, y todas las fuerzas en cada puntal son de tracción o de compresión, nunca se doblan, por lo que pueden mantenerse lo más delgados posible.
El primer chasis espacial verdadero fue producido en la década de 1930 por Buckminster Fuller y William Bushnell Stout ( Dymaxion y Stout Scarab ), quienes entendieron la teoría del marco espacial verdadero desde la arquitectura o el diseño de aviones. [7]
El auto deportivo de carreras Jaguar C-Type de 1951 utilizaba un marco triangulado, multitubular y liviano, sobre el cual se diseñó una carrocería aerodinámica de aluminio.
En 1994, el Audi A8 fue el primer coche de gran consumo con un chasis de aluminio, que fue posible integrando un bastidor espacial de aluminio en la carrocería. Desde entonces, los modelos Audi A8 han utilizado este método de construcción desarrollado conjuntamente con Alcoa y comercializado como Audi Space Frame . [8]
El término italiano Superleggera (que significa "superligero") fue una marca registrada de Carrozzeria Touring para la construcción de carrocerías de automóviles deportivos livianos que solo se asemeja a un chasis de estructura espacial. Utilizando un marco tridimensional que consta de una jaula de tubos estrechos que, además de estar debajo de la carrocería, suben por los guardabarros y pasa por encima del radiador, el capó y el techo, y debajo de la luneta trasera, se asemeja a una estructura geodésica . Se coloca una piel en el exterior del marco, a menudo hecha de aluminio. Esta construcción de la carrocería, sin embargo, no soporta tensiones y, aun así, requiere la adición de un chasis.
Los términos "unibody" y "unibody-body" son abreviaturas de "cuerpo unificado", "construcción unitaria" o, alternativamente, carrocería y bastidor/chasis (totalmente) integrados. Se define como: [9]
Un tipo de construcción de carrocería/bastidor en el que la carrocería del vehículo, su planta y el chasis forman una sola estructura. Un diseño de este tipo es generalmente más ligero y rígido que un vehículo que tiene una carrocería y un bastidor separados.
La estructura del vehículo ha pasado de la arquitectura tradicional de carrocería sobre bastidor a la estructura de carrocería unificada/integrada más ligera que ahora se utiliza en la mayoría de los automóviles. [10]
La construcción integral del bastidor y la carrocería requiere algo más que simplemente soldar una carrocería sin tensiones a un bastidor convencional. En una estructura de carrocería totalmente integrada, todo el automóvil es una unidad de carga que maneja todas las cargas que experimenta el vehículo: las fuerzas de conducción y las cargas. Las carrocerías de tipo integral para vehículos de ruedas se fabrican normalmente soldando paneles metálicos preformados y otros componentes, formando o fundiendo secciones enteras como una sola pieza, o mediante una combinación de estas técnicas. Aunque a veces también se hace referencia a esto como estructura monocasco , porque la piel exterior y los paneles del automóvil están hechos para soportar carga, todavía hay nervaduras, mamparos y secciones de caja para reforzar la carrocería, lo que hace que la descripción semimonocasco sea más apropiada.
El primer intento de desarrollar una técnica de diseño de este tipo fue en el Lancia Lambda de 1922 para proporcionar rigidez estructural y una altura de carrocería más baja para su carrocería torpedo . [11] El Lambda tenía un diseño abierto con techo relajado, lo que lo hacía menos una carcasa monocasco y más como un cuenco. Se produjeron 1.000. [12]
La empresa estadounidense Budd Company, ahora ThyssenKrupp Budd, desempeñó un papel clave en el desarrollo de la carrocería unitaria . [12] Budd suministró carrocerías de acero prensado, montadas en bastidores separados, a los fabricantes de automóviles Dodge , Ford , Buick y a la empresa francesa Citroën .
En 1930, Joseph Ledwinka , ingeniero de Budd, diseñó un prototipo de automóvil con una construcción totalmente unitaria. [13]
Citroën adquirió este diseño de carrocería totalmente unitaria para el Citroën Traction Avant . Este automóvil de producción en masa de gran volumen se presentó en 1934 y vendió 760.000 unidades durante los siguientes 23 años de producción. [12] Esta aplicación fue la primera iteración de la integración estructural moderna de la carrocería y el chasis, utilizando láminas de acero profundamente estampadas soldadas por puntos en una jaula estructural, que incluye umbrales, pilares y vigas de techo. [11] Además de una carrocería unitaria sin bastidor separado, el Traction Avant también presentaba otras innovaciones como la tracción delantera . El resultado fue un vehículo de planta baja con un interior abierto y de piso plano. [14]
Para el Chrysler Airflow (1934-1937), Budd proporcionó una variación: tres secciones principales de la carrocería del Airflow se soldaron en lo que Chrysler llamó una construcción de puente-truso. Desafortunadamente, este método no era ideal porque los ajustes de los paneles eran deficientes. [12] Para convencer a un público escéptico de la solidez del monocasco, tanto Citroën como Chrysler crearon películas publicitarias que mostraban coches que sobrevivían después de ser empujados por un precipicio. [12]
Opel fue el segundo fabricante de automóviles europeo y el primer fabricante alemán en producir un automóvil con estructura monocasco: la producción del compacto Olympia comenzó en 1935. En 1938 entró en producción un Kapitän más grande , aunque sus vigas longitudinales delanteras fueron estampadas por separado y luego unidas a el cuerpo principal. Tuvo tanto éxito que el GAZ-M20 Pobeda de 1946 , producido en masa en la posguerra soviética, copió la estructura monocasco del Opel Kapitän. [15] Posteriormente, la limusina soviética GAZ-12 ZIM de 1950 introdujo el diseño unibody en los automóviles con una distancia entre ejes de hasta 3,2 m (126 pulgadas). [dieciséis]
El aerodinámico Lincoln-Zephyr de 1936 con motor delantero convencional y diseño de tracción trasera utilizaba una estructura unibody. [17] En 1941, la construcción de unidades ya no era una idea nueva para los automóviles, "pero era algo inaudito en el campo [estadounidense] de precios bajos [y] Nash quería una mayor participación en ese mercado". [18] [19] La construcción de una sola unidad del Nash 600 proporcionó ahorro de peso y el presidente y director ejecutivo de Nash, George W. Mason , estaba convencido de "que unibody era la ola del futuro". [20] [21]
Desde entonces, se rediseñaron más automóviles con la estructura unibody, que ahora se "considera estándar en la industria". [21] En 1960, el diseño de carrocería unificado fue utilizado por los tres grandes de Detroit en sus autos compactos ( Ford Falcon , Plymouth Valiant y Chevrolet Corvair ). Después de que Nash se fusionara con Hudson Motors para formar American Motors Corporation , sus automóviles con la insignia Rambler continuaron construyendo exclusivamente variaciones del monocasco.
Aunque el Chrysler Airflow de 1934 tenía un bastidor más débil de lo habitual y una estructura de carrocería soldada al chasis para proporcionar rigidez, en 1960, Chrysler pasó de la construcción de carrocería sobre bastidor a un diseño de carrocería unitaria para la mayoría de sus automóviles. [22]
La mayoría de los automóviles unibody fabricados en Estados Unidos utilizaban cajas de torsión en el diseño de sus vehículos para reducir las vibraciones y la flexión del chasis, con la excepción del Chevy II que tenía un faldón delantero atornillado (erróneamente denominado subchasis). American Motors (con su socio Renault ) a finales de la década de 1970 incorporó la construcción unibody al diseñar la plataforma del Jeep Cherokee (XJ) utilizando los principios de fabricación (unisides, piso con rieles de marco integrados y zonas de deformación, y panel de techo) utilizados en sus automóviles de pasajeros. como los Hornets y los Eagles con tracción total para un nuevo tipo de bastidor llamado "Uniframe [...] un robusto bastidor de acero estampado soldado a una fuerte estructura de carrocería unitaria, que brinda la resistencia de un bastidor pesado convencional con el ventajas de peso de la construcción Unibody." [23] Este diseño también se utilizó con el concepto XJC desarrollado por American Motors antes de su absorción por Chrysler, que más tarde se convirtió en el Jeep Grand Cherokee (ZJ) . El diseño todavía se utiliza en los vehículos utilitarios deportivos modernos, como el Jeep Grand Cherokee .
El monocasco es ahora la construcción preferida para los automóviles del mercado masivo. Este diseño proporciona ahorro de peso, mejor utilización del espacio y facilidad de fabricación. La aceptación creció dramáticamente a raíz de las dos crisis energéticas de la década de 1970 y la de la década de 2000 , en la que los SUV compactos que usaban una plataforma de camión (principalmente el mercado de EE. UU.) estuvieron sujetos a los estándares CAFE después de 2005 (a finales de la década de 2000, los compactos basados en camiones Los SUV fueron eliminados y reemplazados por crossovers). Una ventaja adicional de un vehículo con carrocería robusta es la mejora de la protección de sus ocupantes en caso de colisión.
Un subchasis es un componente estructural distinto del marco, para reforzar o complementar una sección particular de la estructura de un vehículo. Normalmente unido a un monocasco o monocasco, el subchasis rígido puede soportar grandes fuerzas del motor y del tren de transmisión, y puede transferirlas uniformemente a una amplia zona de chapa metálica relativamente delgada de una carrocería unificada. Los subchasis se encuentran a menudo en la parte delantera o trasera de los automóviles y se utilizan para fijar la suspensión al vehículo. Un subchasis también puede contener el motor y la transmisión . Normalmente es de acero prensado o de caja, pero puede ser tubular y/o de otro material.
Ejemplos de uso de automóviles de pasajeros incluyen la plataforma GM F de 1967 a 1981 , los numerosos años y modelos construidos sobre la plataforma GM X (1962) , las camionetas con plataforma M/L de GM (Chevrolet Astro/GMC Safari, que incluían una variante de tracción total). ), y el AMC Pacer unibody que incorporó un subchasis delantero para aislar el compartimiento de pasajeros de las cargas del motor, la suspensión y la dirección. [24] [25]
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