Asignaturas:
- Calcular la carga por eje usando VLS
- Calcular la carga del eje delantero
- Diferencia entre peso y masa
- Calcular la carga del eje trasero
- Calcular el peso de la nariz
- Calcular la influencia del peso de punta sobre el eje trasero.
Calcule la carga por eje usando VLS:
Las cargas por eje de un vehículo se pueden calcular con un dibujo esquemático y los datos del vehículo. Se puede dibujar un automóvil con las fuerzas relevantes usando un VLS (diagrama de cuerpo libre) (ver imagen a continuación). Las condiciones de un VLS son que la superficie de la carretera no esté dibujada. Incluso si el vehículo está en una colina, el vehículo no debe dibujarse en ángulo, sino que se debe aplicar una fuerza horizontal con una dirección en el VLS.
La ventaja de trabajar con un VLS es que se omiten las cosas innecesarias. Por ejemplo, al calcular los momentos internos o la carga por eje de un remolque, es útil tirar solo del remolque en lugar de un automóvil con remolque. Al dibujar sólo lo necesario, evita cometer errores (al incluir demasiadas fuerzas horizontales/verticales en el cálculo que no pertenecen).
En primer lugar, se debe calcular el peso utilizando la aceleración gravitacional que actúa sobre el vehículo. La gravedad depende de dónde se encuentre el vehículo en la Tierra. En los Países Bajos la aceleración gravitacional es de 9,81 m/s.
La masa del vehículo debe multiplicarse por la gravedad. Eso da: 1500 x 9.81 = 14.715N (La unidad de fuerza es Newton). Cabe señalar que la aceleración gravitacional a veces también se denomina aceleración gravitacional, constante gravitacional o velocidad de caída. El número 9,81 también a veces se redondea a 9,8 o, más o menos, a 10. Esto es más fácil de calcular (1500/10 es más fácil de calcular de memoria que 1500/9.81), pero la respuesta final ciertamente no es exacta. Por lo tanto, utilice siempre 9,81 m/s, a menos que se indique lo contrario en una pregunta de examen, por ejemplo.
La fuerza total con la que el vehículo presiona la superficie de la carretera es, por tanto, de 14.715 Newtons. Esta fuerza se distribuye entre ambos ejes del coche.
La carga por eje suele ser mayor en la parte delantera porque es allí donde se encuentra el motor. Esto se puede ver en la imagen por el centro de gravedad que, visto desde el centro, se encuentra en la parte delantera. El centro de gravedad es un punto de pivote imaginario. Si este centro de gravedad estuviera exactamente en el medio, la carga por eje en ambos ejes sería la misma (divida la masa del vehículo por 2). Como se conocen las distancias de las ruedas, la ubicación del centro de gravedad y la masa total del vehículo, se pueden calcular las cargas sobre los ejes delanteros y traseros.
Masa del vehículo: 1500kg
Peso: 14715N
Altura de la superficie de la carretera – punto de giro: 60 cm
Distancia F1 – punto de curvatura: 115 cm
Distancia del punto de pivote – F2: 160 cm
Distancia F1 – F2: 115+160= 275cm (esta es la distancia entre ejes)
Calcule la carga del eje F2 (eje trasero):
14715 x 1,15 – F2 x 2,75 = 0
16922 – F2 x 2,75 = 0
F2 = 16922/2,75
F2 = 6154N
El cálculo se detalla a continuación:
- Para calcular F1 y F2, primero se debe calcular uno. Elegimos calcular F2 primero.
Hacemos el pivote en F1. Todo lo que va en el sentido de las agujas del reloj es positivo y todo lo que va en el sentido contrario a las agujas del reloj es negativo. Esto significa que las fuerzas dirigidas hacia abajo son positivas y la fuerza F2 hacia arriba es negativa. Completamos la primera parte de la fórmula.
14715 x 1,15 – F2 x 2,75 = 0
(Ingrese este último 0 como estándar, porque más adelante en el cálculo se intercambian los números a la izquierda y a la derecha del signo "=") - Fuerza x brazo: El peso de 14715 se multiplica por la distancia de 1,15:
X 14715 1,15 16922 = - Ahora ingresamos esto nuevamente en la fórmula:
16922 – F2 x 2,75 = 0 - Mueva el 16922 al otro lado donde está el 0:
F2 x 2,75 = 16922 - Divide ambos lados por 2,75 para eliminarlo a la izquierda del signo =:
F2 = 16922/2,75 - Eso resulta en:
F2 = 6154N.
Diferencia entre peso y masa:
Recuerda que el peso no es lo mismo que la masa. El peso de F2 en el cálculo anterior es de 6154 Newtons. Una masa siempre está en kilogramos. Por lo tanto, siempre hay que dividirlo por la aceleración gravitacional de 9,81. (6154 / 9,81 = 627,3 kg) Basta pensar en la masa del vehículo vacío que figura en el certificado de matriculación. Esto siempre se expresa en kg. Para aclarar la historia anterior; No hay gravedad en el espacio. Allí todo flota, por muy pesado que sea. Todo tiene un peso; cuando arrojas un cartón de leche contra algo o una piedra, el impacto será diferente. El cartón de leche no dañará fácilmente nada cuando golpee la pared, por ejemplo, pero la piedra definitivamente causará daños. Esto se debe a que la fuerza con la que el objeto se detiene es mayor en el caso de la piedra que en el del cartón de leche. Esto demuestra que el peso también está presente en el espacio y es importante, pero la masa no. La masa se debe a la atracción gravitacional de la Tierra. Entonces el peso del automóvil no es 1200 kg, pero su masa es 1200 kg. Se suelen cometer muchos errores con esto.
Calcule la carga por eje en la parte trasera:
Cuando se conocen el peso total y la carga de 1 eje, la carga del segundo eje se puede calcular fácilmente restando estos dos entre sí:
Peso total – F2 = F1:
14715 – 6154 = 8561N.
Por supuesto, F1 también se puede calcular por separado. Esto es casi lo mismo que el primer cálculo:
14715 x 1,6 – F1 x 2,75 = 0
23544 – F1 x 2,75 = 0
F1 = 23544/2,75
F1 = 8561N
La fuerza que ejerce la rueda delantera sobre la superficie de la carretera es de 8561N y la rueda trasera de 6154N. Sumados esto es 14715N. La masa total del vehículo es, por tanto, 14715 / 9.81 = 1500 kg.
Calcular el peso de la nariz:
De la misma manera que se calcularon las cargas por eje del automóvil en los capítulos anteriores, también se puede determinar el peso delantero sobre la barra de remolque del automóvil. El momento es fuerza x brazo. Esto significa que cuanto más largo sea el brazo, mayor será el momento. La carga del eje trasero depende de la distancia entre F2 y F3 y el peso en la punta depende de la distancia entre F3 y F4. Y es precisamente la fuerza sobre el "punto de articulación" o la bola de remolque la que debe calcularse.
El coche pesa 1500 kg y el remolque 300 kg. Primero convertimos esto a Newton multiplicando por la aceleración gravitacional:
1500 x 9,81 = 14715N
300 x 9,81 = 2943N
Para calcular el peso delantero es más fácil dibujar primero sólo el remolque. El coche en sí no es importante en el cálculo.
El peso de la punta se indica con F3 y la fuerza con la que el neumático presiona la superficie de la carretera es F5.
F3 se convierte en el punto de pivote y calcularemos la fuerza F5. El centro de gravedad es una fuerza hacia abajo, por tanto positiva. La fuerza que actúa sobre F5 es una fuerza hacia arriba, por lo que es negativa (por lo que tiene un signo menos delante). El peso del remolque es 4000N.
Calcule la fuerza F5:
4000 x 1,2 – F5 x 1,4 = 0
4800 – F5 x 1,4 = 0
F5 = 4800/1,4
F5 = 3429N
Calcule el peso de la nariz (F3):
4000 – 3429 = 571N
571 / 9,81 = 58,2 kg
El peso delantero de este remolque es de 58,2 kg.
A medida que el centro de gravedad se mueve hacia atrás, el peso del morro disminuye. Para obtener esta idea y practicar con los cálculos, es útil aumentar y disminuir la distancia entre F3 y F4 y por lo tanto también entre F4 y F5 y realizar el cálculo nuevamente.
Calcule la influencia del peso de punta sobre el eje trasero:
Como ahora se conoce el peso delantero, se puede calcular su influencia sobre el eje trasero. El peso no se puede simplemente sumar, porque la distancia entre el eje trasero y la bola de remolque es muy importante (fuerza x brazo). Volvemos a utilizar la misma imagen del coche con remolque.
En el cálculo anterior se sabía que el peso del morro (F3) es 571N. También se conocía ya la F2, que era 6154N. Las fuerzas no se pueden sumar, porque la distancia entre la rueda trasera y la cabeza de la bola de remolque todavía funciona como un brazo. Recrearemos la fórmula completa, como al principio de esta página. A esta fórmula se le suma 571 x 3,65 (la fuerza sobre F3 más la distancia de F1 a F3).
14715 x 1,15 + 571 x 3,65 – F2 x 2,75 = 0
19006 – F2 x 2,75 = 0
F2 = 19006/2,75
F2 = 6911N = 691kg.
Esto significa que el eje trasero tiene un peso de 691 kg.
