Unidad III Estructuras Vehiculares - Sistema de Transmisión
6. Estudios de Sistema de Transmisión: Describir los tipos de Sistemas de Transmisión desarrollados para los vehículos según su aplicación o requerimientos técnicos (Caja de velocidades automática, manual, correa variable tipo CVT, Sistemas 4DW, Sistema Diferencial) Adicionalmente esbozar los criterios de diseño y fundamentos matemáticos que rigen su funcionamiento
Transmision de Poleas de diametro variable CVT
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1.- Tipos de Transmisión
El sistema de transmisión es el encargado de transmitir la potencia generada por el motor (se a eléctrico o a combustión interna) a las ruedas motrices que dan el impulso al automóvil.
Dentro de las formas de transmisión de potencia más utilizadas estan las siguientes:
Dentro de las formas de transmisión de potencia más utilizadas estan las siguientes:
Transmisión por Bandas:
Se compone de un juego de ruedas acanaladas (poleas) conectadas por una banda que posee un cierto grado de elasticidad para transmitir la potencia de una hacia la otra proporcionalmente según la relación de sus diámetros. Su relación de transmisión se calcula de la siguiente manera:
Donde N1 y N2 son las velocidades rotacionales y d1 y d2 representan los diámetros de las poleas
Entre sus aplicaciones dentro de la industria automotriz se encuentran: - Usadas en los motores para sincronizar el movimiento del cigüeñal con el de la apertura de las válvulas a través del árbol de levas - También usadas en las transmisiones tipo CVT - El ahorro de peso es muy significativo en comparación con una de cadena o de engranajes - Debido a su elasticidad relativa hay una perdida de potencia de la transmisión un poco mayor que en una de engranajes o de cadena. - La banda tiene una durabilidad menor que las transmisiones de cadena o de engranajes - Gracias a su elasticidad admite desalineación entre los ejes |
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Transmisión por Cadena:
-Se compone de un juego de ruedas dentadas (corona y piñón) conectadas por una cadena de eslabones metálicos, su funcionamiento es similar al de las correas. Se denomina piñón a la rueda motriz y corona a la movida. Se cumple la relación de transmisión de la siguiente manera:
Entre sus aplicaciones dentro de la industria automotriz se encuentran:
- Usadas en los motores para sincronizar el movimiento del cigüeñal con el de la apertura de las válvulas a través del árbol de levas
- Usadas en vehículos pequeños como karting o motos ya que son relativamente livianos
- Se usa para transmitir grandes potencias con relaciones de transmisión cortas o distancias entre ejes pequeñas
- No admite desalineación entre los ejes
Transmisión por Engranajes:
-Se compone de un tren de ruedas dentadas conectadas en combinaciones especificas para producir distintas velocidades y torques para transmitir la potencia. En este tipo de transmisión se cumplen las siguientes relaciones de transmisión:
N1.d1=N2.d2
Donde N1 y N2 son las velocidades rotacionales y d1 y d2 representan los diámetros de cada engranaje |
Z1.N1=Z2.N2
Donde Z1 y Z2 son el número de dientes de cada engranaje y N1 y N2 representan las velocidades rotacionales |
Entre sus aplicaciones dentro de la industria automotriz se encuentran:
-Son las más utilizadas en vehículos y motos por ser las más fáciles de fabricar
-Tienden a ser pesadas en comparación con las otras
-La pérdida de potencia es casi insignificante por ser rígidas, en cambio se toman en cuenta pérdidas por fricción
-Son las más duraderas debido a tratamientos térmicos superficiales
-Existen opciones manuales y automáticas con diferencias de funcionamiento y costo
-Son las más utilizadas en vehículos y motos por ser las más fáciles de fabricar
-Tienden a ser pesadas en comparación con las otras
-La pérdida de potencia es casi insignificante por ser rígidas, en cambio se toman en cuenta pérdidas por fricción
-Son las más duraderas debido a tratamientos térmicos superficiales
-Existen opciones manuales y automáticas con diferencias de funcionamiento y costo
Las transmisiones de engranajes son utilizadas de la siguiente manera, en cajas de transmisión manual o automáticas mediante engranajes planetarios:
Al ser más complejas y admitir un mayor grado de combinación de engranajes para lograr diferentes relaciones de velocidad y potencia de ransmisión, se enumeran a continuación todos los elementos necesarios para conectar el motor con la caja de engranajes, sea automática o manual.
Flywheel:
Es un volante acumulador de inercia que vá conectado directamente sobre el eje del cigueñal del motor, una vez que se suelta el pedal del acelerador la inercia acumulada de ésta rueda hace que la caida de potencia por fricción y resistencia interna del mecanismo sea más lenta, lo que se traduce en una desaceleración más lenta del motor. En el caso de los tractores el flywheel puede llegar a pesar hasta 30 kilogramos fácilmente mientras que en autos de carrera para lograr picos de aceleración y desaceleración más rápidos se utilizan flywheels más ligeros, l oque se traduce también en un ahorro de peso del auto.
Embrague o Clutch:
(No, no es "croche" es "clutch") Es el mecanismo que conecta la caja de engranajes con el flywheel y el eje del cigueñal del motor para comenzar la transmisión de potencia hacia las reudas en el momento en que el auto las necesita. Está fabricado de un material de alta fricción lo que permite un mñaximo coeficiente de agarre entre ambos elementos nombrados, sin embargo en algunos autos suele fabricarse de bronce lo que disminuye casi en su totalidad las pérdidas de potencia por deslizamiento, sin embargo suelen gastarse más rápido y ser mucho más costosos, por eso se utilizan en autos de carreras.
Adicionalmente también existen cajas de transmisión que poseen un doble o hasta triple embrague, esto se refiere a que mientras un disco de embrague está acoplato transmitiendo potencia hay otro preparado que ya tiene acoplada la siguiente velocidad de la caja de cambios para que el tiempo que pasa el piloto "buscando en la caja la siguiente velocidad" (aveces hasta menos de un segundo) sea reducido al mínimo y el auto nunca deje de transmitir potencia hacia las ruedas.
Junta Homocinética:
Tambien se les conoce como "tripoides y crucetas" pero su nombre correcto es junta homocinética. Son brazos que permiten transmitir potencia desde la caja de cambios o diferencial hacia las ruedas con cierto grado de flexibilidad, dado que la rueda sube y baja por acción de la suspensión la transmisión debe poder ser capaz de llevar la potencia del motor hacia éstas ruedas indiferentemente de la posición en la que se encuentren.
Cardán o Driveshaft:
También es llamada "Junta tracta" y su funcionamiento es similar al de la junta homocinética, solo que es mucho más grande ya que se utilzia para conectar la caja de transmisión (generalmente ubicada en la parte delantera del auto) con el diferencial que se coloca del lado opuesto a la caja de transmisión. En un caso en el que el motor esté en el eje delantero, el cardán comunica la potencia hacia el eje trasero. éste tipo de junta admite cierto grado de flexibilidad dado que la suspensión hará que las ruedas delanteras con respecto a las traseras peudan variar su altura.
Diferencial:
Cuando el auto toma una curva con u n radio "R" Existirá una mínima diferencia de radios si se toma el centro de rotación de la curva con respecto a las reudas izquierdas y derechas del auto, por lo que en términos de velocidad rotacional las reudas del lado externo deberán girar más rápido que las del lado interno, pero al estar conectadas al mismo eje de transmisión pareciera imposible que un mismo "cardán" pudiera transmitir dos velocidades distintas para compensar ésta diferencia, por lo que surge el mecanismo diferencial, que permite regular la potencia y admitir ésta diferencia de velocidades tan solo con un mecanismo satelital como se observa a continuación:
Nota: Para el caso de los vehículos 4X4 existe una "segunda caja de transmisión" llamada Transfer, que es el encargado de dividir la potencia para el eje delantero y el eje trasero, de la cual salen dos cardanes hacia dos diferenciales, uno en el eje delantero y uno en el eje trasero, lo que permite lograr un efecto diferencial entre las cuatro ruedas.
Un efecto diferencial puede ser productivo para el caso de vehículos de carreras como Lamborghini, Porsche y Subaru que suprimen los problemas de subviraje, transmitiendo la potencia hacia las ruedas directrices, sin embargo en el caso de vehículos offroader el mismo efecto diferencial resulta contraproducente, porque si una rueda se llega a deslizar en el barro mientras que otra se mantiene en contacto con una roca (por ejemplo) el diferncial enviará toda la potencia hacia la rueda que está libre en lugar de la rueda que está apoyada sobre la roca y el vehículo jamás saldría de ese obstáculo.
Justamente por eso es que existen diferenciales autoblocantes que mediante un pasador neumático suprimen el efecto diferencial de las ruedas para los momentos en que se necesita una transmisión neta de potencia por igual a todas las ruedas. Sin embargo un diferencial bloqueado en un auto de calle hará que tenga tendencia al deslizamiento o "drift" por la diferencia de velocidades de las ruedas anteriormente descrita, tal como les sucede a muchas motos de 4 ruedas que al tratar de girar su eje trasero derrapa en el asfalto por completo.
Justamente por eso es que existen diferenciales autoblocantes que mediante un pasador neumático suprimen el efecto diferencial de las ruedas para los momentos en que se necesita una transmisión neta de potencia por igual a todas las ruedas. Sin embargo un diferencial bloqueado en un auto de calle hará que tenga tendencia al deslizamiento o "drift" por la diferencia de velocidades de las ruedas anteriormente descrita, tal como les sucede a muchas motos de 4 ruedas que al tratar de girar su eje trasero derrapa en el asfalto por completo.