Diseño óptimo de un eje de transmisión para vehículos fabricado con materiales compuestos

Abstract

La búsqueda de nuevas tecnologías que permitan mejorar los diseños convencionales en la industria automotriz, ha impulsado el uso de materiales compuestos como una alternativa innovadora y eficaz, gracias a sus altas propiedades mecánicas y a su capacidad de adaptación a los requerimientos de diseño. El estudio realizado, consistió en determinar el diseño óptimo de un eje de transmisión para vehículos, fabricado a partir de materiales compuestos, mediante el uso de un algoritmo genético de optimización, con el fin de reducir el peso y las dos piezas que constituyen un eje de transmisión convencional. La metodología de diseño incluyó la caracterización mecánica del material compuesto, la implementación del algoritmo de optimización, el análisis del laminado del eje, la construcción de un prototipo a escala y la verificación experimental de los modos de vibración. Los resultados obtenidos mediante el cálculo analítico, la simulación en ANSYS y los estudios experimentales, demostraron que la velocidad de rotación del eje de transmisión, es un factor determinante en el diseño de ejes esbeltos y de gran longitud, debido a los primeros modos de vibración de flexión, que pueden ocasionar un fallo catastrófico durante su operación. La realización del estudio, permitió concluir que los materiales compuestos son una opción viable para reemplazar al acero, en la fabricación de los ejes de transmisión, gracias a la notable reducción en el peso y a la obtención de un eje de una sola pieza.