Maestría en Ingeniería Mecánica · 2026
Diseño paramétrico del chasis y la carrocería de un vehículo tipo prototipo para competir en la Shell Eco Marathon
El siguiente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de un diseño paramétrico de un chasis y la carrocería de un vehículo tipo prototipo enfocado a la competencia Shell Eco-Marathon. Esta investigación surge de la necesidad de reducir la iteración manual y el tiempo de evaluación en el diseño de chasis y carrocería, mediante un enfoque paramétrico que permita actualizar la geometría y las verificaciones CAE ante cambios en las condiciones de carga. Uno de los principales retos en el diseño estructural de un chasis es el elevado costo computacional asociado al proceso de análisis y optimización, dado que cualquier variación en los parámetros de entrada, como las condiciones de carga o las restricciones geométricas, requiere reiniciar el procedimiento de simulación desde el comienzo.
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Contenido
- Resumenp. 5
- Abstractp. 7
- Índice de Figurasp. 20
- Índice de Tablasp. 30
- Introducciónp. 33
- Contextualización del problemap. 33
- Justificaciónp. 33
- Objetivosp. 34
- 1.3.1. Objetivo Generalp. 34
- 1.3.2. Objetivos específicosp. 34
- Contribución del trabajop. 35
- Organización del documentop. 35
- Marco Teóricop. 38
- Shell Eco-Marathonp. 38
- Estado del artep. 39
- Conceptos Fundamentalesp. 44
- 2.3.1. Fundamentos estructurales aplicados al diseño de chasisp. 44
- 2.3.1.1. Chasisp. 44
- 2.3.1.2. Clasificación de los chasisp. 46
- 2.3.2. Carroceríap. 49
- 2.3.2.1. Tipos de Carroceríasp. 49
- 2.3.2.1.1. Monovolumenp. 50
- 2.3.2.1.2. Dos volúmenesp. 50
- 2.3.2.1.3. Tres Volúmenesp. 51
- 2.3.3. Cargas Actuantes en el chasisp. 51
- 2.3.3.1. Cargas Muertasp. 52
- 2.3.3.2. Cargas Vivasp. 52
- 2.3.3.3. Cargas por girop. 52
- 2.3.3.4. Cargas por aceleración y frenadop. 53
- 2.3.3.5. Cargas por arrastre de viento o cargas aerodinámicasp. 53
- 2.3.3.6. Carga de prueba sobre la barra antivuelco (roll bar)p. 53
- 2.3.4. Esfuerzos Estructuralesp. 54
- 2.3.5. Factores y condiciones de diseñop. 55
- 2.3.5.1. Factores internosp. 56
- 2.3.5.1.1. Tipo de Motorp. 56
- 2.3.5.1.2. Suspensiónp. 56
- 2.3.5.1.3. Distribución de masap. 57
- 2.3.5.1.4. Arquitectura general del vehículop. 57
- 2.3.5.2. Factores externosp. 58
- 2.3.5.2.1. Terrenop. 58
- 2.3.5.2.2. Climap. 59
- 2.3.5.2.3. Condiciones de operaciónp. 59
- 2.3.5.3. Criterios estructuralesp. 60
- 2.3.5.3.1. Resistenciap. 60
- 2.3.5.3.2. Rigidezp. 60
- 2.3.5.3.3. Deformación admisiblep. 61
- 2.3.5.4. Factor de seguridad y su aplicación en el diseño de chasisp. 61
- 2.3.6. Subsistemas del vehículo relevantes para el diseño del chasisp. 62
- 2.3.6.1. Sistemas de direcciónp. 63
- 2.3.6.1.1. Tipos de Sistemas de Direcciónp. 64
- 2.3.6.2. Geometría de dirección y ángulo de Ackermannp. 65
- 2.3.6.2.1. Principios del ángulo de Ackermannp. 65
- 2.3.6.2.2. Cálculo e implementación en SolidWorksp. 66
- 2.3.7. Sistemas de transmisión usados en vehículos de competenciap. 67
- 2.3.7.1. Transmisión por medio de cadenap. 67
- 2.3.7.2. Transmisión por correa o bandap. 68
- 2.3.8. Motores aplicados a la competencia Shell Eco-MARATHONp. 69
- 2.3.9. Sistema de Frenadop. 70
- 2.3.9.1. Equipos del sistema de frenadop. 71
- 2.3.9.2. Clasificación de sistemas de frenosp. 73
- 2.3.9.3. Clasificación de frenos de fricciónp. 74
- 2.3.9.4. Neumáticos y ruedasp. 76
- 2.3.10. Dinámica Vehicularp. 78
- 2.3.10.1. Sistema de referencia del vehículop. 79
- 2.3.10.2. Centro de masap. 81
- 2.3.10.3. Dinámica en Curvas (maniobrabilidad lateral)p. 82
- 2.3.10.3.1. Fuerza lateral en curva (Fuerza centrífuga)p. 82
- 2.3.10.3.2. Criterio de deslizamiento lateralp. 83
- 2.3.10.3.3. Criterio de vuelco cuasi estáticop. 85
- 2.3.10.4. Dinámica en el frenadop. 89
- frenado……………p. 90
- deslizamiento (aceleración teórica máxima)p. 90
- 2.3.10.4.3. Criterio para evitar el deslizamiento de las ruedas (bloqueo)p. 91
- ruedap. 92
- 2.3.10.4.5. Distribución de la carga estática por ejep. 94
- 2.3.10.4.7. Criterios de selección del sistema de freno de discop. 97
- 2.3.10.5. Dinámica de aceleraciónp. 99
- 2.3.10.5.1. Aceleración desde el par motor a la rueda motrizp. 100
- 2.3.10.5.2. Criterio para determinar si el vehículo logra moversep. 102
- 2.3.10.5.3. Tiempo para alcanzar una velocidad desde reposop. 102
- 2.3.10.5.4. Transferencia de carga al eje trasero durante la aceleraciónp. 102
- (deslizamiento)……p. 103
- 2.3.10.5.6. Evaluación del levantamiento del eje delanterop. 104
- 2.3.10.6. Impacto frontalp. 104
- frontal………………p. 105
- 2.3.10.7. Aerodinámicap. 107
- SolidWorks………p. 112
- 2.3.10.9. Simulación estructural y herramientas CAEp. 115
- (FEA)……………p. 115
- 2.3.10.9.2. Aplicación de ANSYS Workbench en ingenieríap. 116
- 2.3.10.9.3. Mallado, tipos de elementos y estudio de convergenciap. 117
- aerodinámico………p. 119
- Desarrollo y Metodología Aplicadap. 123
- Diseño paramétrico del chasisp. 124
- 3.1.1. Análisis de la reglamentación Shell Eco-Marathonp. 124
- 3.1.2. Diseño conceptualp. 129
- 3.1.2.1. Caracterización del sistema motriz Honda GX-35p. 129
- (Shell Eco-Marathon)p. 132
- 3.1.2.3. Selección de material para el chasisp. 134
- chasis……………p. 137
- configuración del prototipop. 139
- 3.1.2.5.1. Geometría Aerodinámica de Tipo “Gota de Agua”p. 139
- Fibra de Carbono…p. 142
- vidrio (GFRP)……p. 146
- 3.1.2.6. Selección de subsistemas mecánicos y ergonómicosp. 147
- del habitáculo……p. 148
- 3.1.2.6.2. Análisis y selección del sistema de transmisión de potenciap. 150
- planetario y correa síncrona)p. 153
- 3.1.2.6.4. Especificaciones del sistema de Frenadop. 156
- 3.1.2.6.5. Especificaciones de rines y neumáticosp. 159
- 3.1.2.6.6. Suspensión del prototipop. 160
- 3.1.2.6.7. Selección del Sistema de Direcciónp. 162
- 3.1.3. Diseño paramétrico detallado del chasis en CADp. 164
- 3.1.3.1. Modelado del chasisp. 164
- 3.1.3.2. Diseño, ensamble e integración de subsistemas sobre el chasisp. 171
- 3.1.3.2.1. Piso estructural y revestimientos del espaldar en láminap. 171
- 3.1.3.2.2. Ensamble del asiento del pilotop. 173
- 3.1.3.2.3. Ensamble rueda trasera- sistema de transmisión y chasisp. 173
- 3.1.3.2.4. Ensamble conjunto motor-reductor y base para motorp. 177
- 3.1.3.2.5. Diseño tanque de combustiblep. 180
- 3.1.3.2.6. Diseño y sub-ensamble caja de sistemas eléctrico/electrónicop. 181
- chasis……………p. 182
- 3.1.3.2.8. Diseño y ensamble del sistema de direcciónp. 184
- 3.1.3.2.9. Diseño y ensamble sistema de pedales acelerador y frenop. 190
- 3.1.3.2.10. Ensamble final del vehículo prototipop. 194
- 3.1.3.3. Parametrización del chasisp. 195
- 3.1.3.3.1. Procedimiento de parametrización del chasisp. 197
- Eco-marathon…p. 200
- Cálculos y fundamentos de dinámica vehicularp. 213
- Dinámica de aceleraciónp. 99
- 4.1.1. Masa totalp. 215
- 4.1.2. Distribución estática de cargas por ejep. 217
- 4.1.3. Cálculo de la aceleración longitudinal del vehículop. 220
- 4.1.4. Calculo fuerza de rodadurap. 222
- 4.1.5. Cálculo de la fuerza aerodinámica (Fuerza de arrastre aerodinámico)p. 224
- 4.1.6. Cálculo de la Fuerza resistiva totalp. 225