Bastidor del vehículo

El bastidor de un vehículo, también conocido históricamente como chasis, es la estructura de soporte principal de un vehículo de motor a la que se unen todos los demás componentes, comparable al esqueleto de un organismo.

Hasta la década de 1930, prácticamente todos los automóviles tenían un bastidor estructural separado de la carrocería. Este diseño de construcción se conoce como carrocería sobre bastidor. En la década de 1960, la construcción monocasco en automóviles de pasajeros se había vuelto común y la tendencia a utilizar carrocería monocasco para automóviles de pasajeros continuó durante las décadas siguientes.

Casi todos los camiones, autobuses y la mayoría de las camionetas siguen utilizando un bastidor separado como chasis.

Las principales funciones de un chasis en un vehículo de motor son:

1. Para apoyar los componentes mecánicos y el cuerpo del vehículo
2. Tratar con cargas estáticas y dinámicas sin deflexión indebida o distorsión

Estos incluyen:

• Peso del cuerpo, pasajeros y cargas de carga.
• Retorno vertical y torsional transmitido por sobre superficies irregulares
• Fuerzas laterales transversales causadas por condiciones de carretera, viento lateral y dirección del vehículo
• Torque del motor y la transmisión
• Las fuerzas tensiles longitudinales desde el comienzo y la aceleración, así como la compresión de frenado
• Impactos repentinos de colisiones

Por lo general, el material utilizado para construir el chasis y los marcos de los 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. Estos generalmente están hechos de secciones de canales de acero dobladas, enrolladas o prensadas con una placa de acero.

Existen 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 de sombrero (en forma de U). Los marcos "en forma de caja" contienen rieles de chasis cerrados, ya sea mediante soldadura o utilizando tubos de metal prefabricados.

El riel en forma de C, el más común, se ha utilizado en casi todos los tipos de vehículos en algún momento u otro. Se fabrica tomando una pieza plana de acero (que por lo general tiene un grosor que va de 1/8" a 3/16", pero hasta 1/2" o más en algunos camiones pesados) y enrollando ambos lados para formar una viga en forma de C que recorre la longitud del vehículo. El riel en forma de C suele ser más flexible que el riel en forma de caja (completamente) del mismo calibre.

Los marcos de los sombreros se parecen a una "U" y pueden estar en posición vertical o invertida, con el área abierta hacia abajo. No se usan comúnmente debido a su debilidad y propensión a oxidarse. Sin embargo, se pueden encontrar en los automóviles Chevrolet de 1936 a 1954 y en algunos Studebaker.

El chasis tipo sombrero, que se abandonó durante un tiempo, recuperó su popularidad cuando las empresas comenzaron a soldarlo a la parte inferior de los automóviles monocasco, creando así un chasis en forma de caja.

Originalmente, los marcos en forma de caja se hacían soldando dos rieles en C iguales para formar un tubo rectangular. Sin embargo, las técnicas modernas utilizan un proceso similar al de fabricación de rieles en C, en el que se dobla una pieza de acero en cuatro lados y luego se suelda donde se unen ambos extremos.

En la década de 1960, los chasis de los coches americanos convencionales se soldaban por puntos en varios puntos a lo largo de la costura; cuando se los convertía en coches de carreras de NASCAR, la caja se soldaba continuamente de un extremo al otro para lograr una mayor resistencia.

Aunque a primera vista parecen una forma simple hecha de metal, los bastidores se someten a una tensión significativa y se construyen en consecuencia. El primer problema que se aborda es la "altura de la viga", o la altura del lado vertical de un bastidor. Cuanto más alto sea el bastidor, mejor puede resistir la flexión vertical cuando se aplica fuerza en la parte superior del bastidor. Esta es la razón por la que los semirremolques tienen rieles de bastidor más altos que otros vehículos en lugar de ser simplemente más gruesos.

A medida que la apariencia, la calidad de conducción y el manejo se volvieron más importantes para los consumidores, se incorporaron nuevas formas a los chasis. Las más visibles son los arcos y los salientes. En lugar de pasar rectos sobre ambos ejes, los chasis 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. Los salientes hacen lo mismo sin curvarse hacia abajo en el otro lado y son más comunes en los extremos delanteros.

Otra característica son los rieles cónicos que se estrechan vertical u horizontalmente en la parte delantera de la cabina del vehículo. Esto se hace principalmente en las camionetas 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 bastidores que utilizan múltiples formas en el mismo riel del bastidor. Por ejemplo, algunas camionetas tienen un bastidor en forma de caja delante de la cabina, rieles más cortos y estrechos debajo de la cabina y rieles en C regulares debajo de la plataforma.

En los marcos perimetrales, las áreas donde los rieles se conectan desde el frente al centro y desde el centro hacia atrás son débiles en comparación con los marcos regulares, por lo que esa sección está encajonada, creando lo que se llama "cajas de torsión".

El bastidor de escalera, que recibe su nombre por su parecido con una escalera, es uno de los diseños de chasis y bastidor separados para debajo de la carrocería más antiguos, sencillos y utilizados con mayor frecuencia. Consiste en dos vigas, rieles o canales simétricos que recorren la longitud del vehículo y están conectados por varios travesaños transversales. Inicialmente, el bastidor de escalera se vio en casi todos los vehículos, pero fue descontinuado gradualmente en los automóviles en favor de los bastidores perimetrales y la construcción de carrocerías unificadas. Ahora se ve principalmente en camiones grandes. Este diseño ofrece una buena resistencia de las vigas debido a sus rieles continuos de adelante hacia atrás, pero una resistencia deficiente a la torsión o deformación si se utilizan travesaños simples y perpendiculares. La altura total del vehículo será mayor debido a que el piso se encuentra sobre el bastidor en lugar de dentro de él.

Un chasis de columna vertebral es un tipo de construcción automotriz con un chasis similar al diseño de carrocería sobre bastidor. En lugar de una estructura relativamente plana, similar a una escalera con dos rieles de bastidor longitudinales y paralelos, consta de una columna vertebral tubular central y fuerte (generalmente de sección transversal rectangular) que lleva el tren de potencia y conecta las estructuras de sujeción de la suspensión delantera y trasera. Si bien la columna vertebral se coloca con frecuencia hacia arriba, y en su mayoría por encima del piso del vehículo, la carrocería aún se coloca sobre o por encima (a veces a horcajadas) de esta estructura desde arriba.

Este es el diseño utilizado para los modelos estadounidenses de tamaño completo de General Motors a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960, en el que los rieles que van desde el lado del motor parecían cruzarse en el compartimiento de pasajeros, y cada uno continuaba hasta el extremo opuesto del travesaño en el extremo trasero del vehículo. Se eligió específicamente para disminuir la altura total de los vehículos independientemente del aumento en el tamaño de las protuberancias del eje de transmisión y de la hélice, ya que cada fila también tenía que cubrir los rieles del chasis. Varios modelos tenían el diferencial ubicado no por la barra habitual entre el eje y el chasis, sino por una rótula sobre el diferencial conectada a un zócalo en una horquilla articulada sobre un travesaño del chasis.

Se decía que el chasis en forma de X mejoraba los diseños anteriores, pero carecía de rieles laterales y, por lo tanto, no brindaba protección adecuada contra impactos laterales y colisiones. Los chasis perimetrales reemplazaron este diseño.

Similar a un bastidor de escalera, pero las secciones centrales de los rieles del bastidor se ubican en el exterior de los rieles delanteros y traseros, enrutados alrededor de los espacios para los pies de los pasajeros, dentro de los paneles de los estribos 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, por lo tanto, reduciendo tanto la línea del techo como la altura general del vehículo, así como el centro de gravedad, mejorando así el manejo y el agarre a la carretera en los automóviles de pasajeros.

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 de modelo anuales y automóviles de menor tamaño, introducidos en la década de 1950 para aumentar las ventas, sin cambios estructurales costosos.

La plataforma Ford Panther, que se dejó de fabricar en 2011, fue una de las últimas plataformas de vehículos de pasajeros con bastidor perimetral en Estados Unidos. La cuarta a séptima generación del Chevrolet Corvette utilizó un bastidor perimetral integrado con un esqueleto interno que funciona como una cubierta.

Además de un techo más bajo, el marco perimetral permite posiciones de asiento más bajas cuando es conveniente y ofrece mayor seguridad en caso de un impacto lateral. Sin embargo, el diseño carece de rigidez porque las áreas de transición de adelante hacia el centro y del centro hacia atrás reducen la resistencia a la torsión y a la viga y se utilizan en combinación con cajas de torsión y configuraciones de suspensión suaves.

Se trata de una modificación del bastidor perimetral, o del bastidor de columna vertebral, en el que el suelo del habitáculo, y en ocasiones el del maletero, se han integrado en el bastidor como piezas portantes para conseguir resistencia y rigidez. La chapa utilizada para ensamblar los componentes necesita ser troquelada con crestas y huecos para darle resistencia.

Los chasis de plataforma se utilizaron en varios automóviles europeos de éxito, en particular en el Volkswagen Beetle, donde se los denominaba construcción "carrocería sobre panel". Otro ejemplo alemán son los automóviles Mercedes-Benz "Ponton" de los años 1950 y 1960, donde se los denominaba "suelo de bastidor" en los anuncios en inglés.

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 minimalista de un chasis de plataforma bajo su carrocería.

VW Chasis de escarabajo "franqueado"

Renault 4 "fragmento de plataforma" chasis

Donde el diseño de marco Volkswagen se basa fuertemente en una fuerte columna vertebral, el diseño de Renault está mucho más cerca de un marco perímetro típico

En un chasis con estructura espacial (tubular), la suspensión, el motor y los paneles de la carrocería están unidos a un armazón 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 hace un uso máximo de triángulos, y todas las fuerzas en cada puntal son de tracción o compresión, nunca de flexión, por lo que se pueden mantener lo más delgadas posible.

Los primeros chasis con estructura espacial fueron producidos en la década de 1930 por Buckminster Fuller y William Bushnell Stout (el Dymaxion y el Stout Scarab), quienes comprendían la teoría de la estructura espacial real tanto desde el punto de vista de la arquitectura como del diseño de aeronaves.

El auto deportivo de carreras Jaguar C-Type de 1951 utilizaba un chasis ligero, multitubular y triangulado sobre el cual se había fabricado una carrocería de aluminio aerodinámica.

En 1994, el Audi A8 fue el primer automóvil de consumo masivo con un chasis de aluminio, que se hizo posible gracias a la integración de un bastidor espacial de aluminio en la carrocería. Desde entonces, los modelos Audi A8 han utilizado este método de construcción desarrollado en colaboración con Alcoa y comercializado como Audi Space Frame.

El término italiano Superleggera (que significa "superligero") fue registrado por Carrozzeria Touring para referirse a una carrocería ligera de coche deportivo que solo se parece a un chasis con estructura espacial. Utiliza un marco tridimensional que consiste en una jaula de tubos estrechos que, además de estar debajo de la carrocería, recorren los guardabarros y el radiador, el capó y el techo, y debajo de la ventana trasera, lo que se asemeja a una estructura geodésica. Se fija una piel al exterior del marco, a menudo hecha de aluminio. Sin embargo, esta construcción de carrocería no soporta tensiones y aún requiere la adición de un chasis.

Ejemplos integrados de un cuerpo

Citroën Traction Avant unitized body (1934)

1942 Nash Ambassador 600 cutaway drawing

Saab 9000 "célula de seguridad" en rojo y naranja (2005)

Polski Fiat 126p muestra refuerzos soldados bajo suelo, pero ningún marco distinto

Los términos "monocasco" y "carrocería unitaria" son abreviaturas de "carrocería unificada", "construcción unitaria" o, alternativamente, carrocería y bastidor/chasis (totalmente) integrados. Se define como:

Un tipo de construcción de cuerpo/frame en el que el cuerpo del vehículo, su cacerola y chasis forman una sola estructura. Tal diseño es generalmente más ligero y rígido que un vehículo que tiene un cuerpo y un marco separados.

La estructura del vehículo ha pasado de la arquitectura tradicional de carrocería sobre bastidor a la estructura de carrocería unificada/integrada más liviana que se utiliza actualmente en la mayoría de los automóviles.

La construcción de un chasis y una carrocería integrales requiere algo más que simplemente soldar una carrocería sin tensiones a un chasis convencional. En una estructura de carrocería totalmente integrada, todo el coche es una unidad de carga que soporta todas las cargas que experimenta el vehículo: fuerzas de conducción y cargas de carga. Las carrocerías de tipo integral para vehículos con ruedas se fabrican normalmente soldando paneles de metal preformados y otros componentes, formando o fundiendo secciones enteras como una sola pieza o combinando estas técnicas. Aunque a veces también se denomina estructura monocasco, debido a que la piel exterior y los paneles del coche están hechos para soportar cargas, todavía hay nervaduras, mamparos y secciones de caja para reforzar la carrocería, lo que hace que la descripción de semimonocasco sea más apropiada.

El primer intento de desarrollar una técnica de diseño de este tipo se realizó en el Lancia Lambda de 1922, para proporcionar rigidez estructural y una altura de carrocería más baja para su carrocería de torpedero. El Lambda tenía un diseño abierto con un techo sin tensiones, lo que lo hacía menos una carcasa monocasco y más como un cuenco. Se fabricaron mil unidades.

La firma estadounidense Budd Company, actualmente ThyssenKrupp Budd, desempeñó un papel clave en el desarrollo de la carrocería unitaria. Budd suministró carrocerías de acero prensado, acopladas a bastidores separados, a los fabricantes de automóviles Dodge, Ford, Buick y la empresa francesa Citroën.

En 1930, Joseph Ledwinka, ingeniero de Budd, diseñó un prototipo de automóvil con una construcción unitaria completa.

Citroën adquirió este diseño de carrocería unitaria para el Citroën Traction Avant. Este automóvil de producción en masa de gran volumen se presentó en 1934 y se vendieron 760.000 unidades durante los siguientes 23 años de producción. Esta aplicación fue la primera iteración de la integración estructural moderna de carrocería y chasis, utilizando láminas de acero estampadas y soldadas por puntos en una jaula estructural, que incluía umbrales, pilares y vigas del techo. 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 perfil bajo con un interior abierto y de piso plano.

Para el Chrysler Airflow (1934-1937), Budd suministró una variante: se soldaron tres secciones principales de la carrocería del Airflow en lo que Chrysler llamó una construcción de armazón de puente. Desafortunadamente, este método no era ideal porque los paneles encajaban mal. Para convencer a un público escéptico de la resistencia de los monocasco, tanto Citroën como Chrysler crearon películas publicitarias que mostraban autos que sobrevivían después de ser empujados por un acantilado.

Opel fue el segundo fabricante europeo y el primero alemán en producir un coche con estructura monocasco: la producción del compacto Olympia comenzó en 1935. En 1938 se empezó a fabricar un Kapitän más grande, aunque sus vigas longitudinales delanteras se estamparon por separado y luego se unieron a la carrocería principal. Tuvo tanto éxito que el GAZ-M20 Pobeda de posguerra, producido en serie, copió la estructura monocasco del Opel Kapitän. Más tarde, la limusina soviética GAZ-12 ZIM de 1950 introdujo el diseño monocasco en automóviles con una distancia entre ejes de hasta 3,2 m (126 pulgadas).

El Lincoln-Zephyr aerodinámico de 1936 con motor delantero convencional y tracción trasera utilizaba una estructura monocasco. En 1941, la construcción monocasco ya no era una idea nueva para los automóviles, "pero era algo inaudito en el mercado de bajo precio [estadounidense] [y] Nash quería una mayor participación en ese mercado". La construcción monocasco del Nash 600 permitió ahorrar peso y el presidente y director ejecutivo de Nash, George W. Mason, estaba convencido de que "la construcción monocasco era la tendencia del futuro".

Desde entonces, más automóviles fueron rediseñados con la estructura monocasco, que ahora se considera "estándar en la industria". En 1960, los tres grandes de Detroit utilizaron el diseño de carrocería monocasco en sus automóviles 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 fabricando exclusivamente variaciones de la carrocería monocasco.

Aunque el Chrysler Airflow de 1934 tenía un bastidor y una carrocería más débiles de lo habitual, soldados al chasis para brindar rigidez, en 1960 Chrysler pasó de una construcción de carrocería sobre bastidor a un diseño de carrocería unitaria para la mayoría de sus automóviles.

La mayoría de los automóviles monocasco fabricados en Estados Unidos utilizaban cajas de torsión en el diseño de sus vehículos para reducir las vibraciones y la flexión del chasis, excepto el Chevy II, que tenía un faldón delantero atornillado (erróneamente denominado bastidor auxiliar).

El monocasco es actualmente la construcción preferida para los automóviles de consumo masivo. Este diseño permite ahorrar peso, mejorar la utilización del espacio y facilitar su fabricación. Su aceptación aumentó drásticamente a raíz de las dos crisis energéticas de los años 70 y de los años 2000, en las que los SUV compactos que utilizaban una plataforma de camión (principalmente en el mercado estadounidense) quedaron sujetos a las normas CAFE después de 2005 (a finales de los años 2000, los SUV compactos basados en camiones se eliminaron gradualmente y se reemplazaron por crossovers). Una ventaja adicional de un automóvil con carrocería resistente es la protección mejorada contra colisiones para sus pasajeros.

A finales de los años 70, American Motors (con su socio Renault) incorporó la construcción monocasco al diseñar la plataforma del Jeep Cherokee (XJ) utilizando los principios de fabricación (lados unilaterales, plano de planta con rieles de bastidor 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 monocasco, que proporciona la resistencia de un bastidor pesado convencional con las ventajas de peso de la construcción monocasco". 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 vehículos utilitarios deportivos modernos como el Jeep Grand Cherokee y el Land Rover Defender. Este diseño también se utiliza en furgonetas grandes como Ford Transit, VW Crafter y Mercedes Sprinter.

Un bastidor auxiliar es un componente estructural específico del chasis que se utiliza para reforzar o complementar una sección particular de la estructura de un vehículo. Normalmente, el bastidor auxiliar rígido, que se fija a un monocasco o a una carrocería monocasco, puede soportar grandes fuerzas del motor y del tren de transmisión y transferirlas de manera uniforme a una amplia zona de chapa metálica relativamente delgada de una carrocería unificada. Los bastidores auxiliares se encuentran a menudo en la parte delantera o trasera de los automóviles y se utilizan para fijar la suspensión al vehículo. Un bastidor auxiliar también puede contener el motor y la transmisión. Normalmente tiene una construcción de acero prensado o en forma de caja, pero puede ser tubular o de otro material.

Entre los ejemplos de uso de vehículos de pasajeros se incluyen la plataforma F de GM de 1967 a 1981, los numerosos años y modelos construidos sobre la plataforma X de GM (1962), las furgonetas de plataforma M/L de GM (Chevrolet Astro/GMC Safari, que incluían una variante con tracción en las cuatro ruedas) y el monocasco AMC Pacer que incorporaba un bastidor auxiliar delantero para aislar el habitáculo de pasajeros de las cargas del motor, la suspensión y la dirección.

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