1 Calculos en Caja de Velocidades Mecanica Muy Bueno Estudiar

7/30/2019 1 Calculos en Caja de Velocidades Mecanica Muy Bueno Estudiar

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Construccin de Vehculos I

Diseo en una caja de velocidadesmecnica


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Determinacin de las relaciones develocidad

Aspectos a considerar en el diseo de untren motriz

1. Tipo de vehculo

2. Dimensiones del motor (potencia, torque, rpm)

3. Tipo de tren motriz (FFWD, FRWD, RRWD, 4WD, AWD)

4. Arquitectura del motor (motor transversal, longitudinal).5. Dimensiones de la rueda

6. Fuerza mxima de traccin en las ruedas

7. Velocidad tangencial mxima en las ruedas o velocidad del

vehculo


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Transmisin de potencia en un tren motriz


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Ing. Hugo L. Agero Alva

El rendimiento de los rganos interpuestos entre el motor y las ruedas se puede estimar como sigue:

Caja de velocidades en velocidades intermedias: .......... 0,95

Juntas cardans: ............................................................... 0,98

Grupo cnico: ................................................................ 0,97

Deslizamiento de neumticos sobre el suelo: .................. 0,95

Esto da un rendimiento global, aproximado, de 0,85 en marcha directa y de 0,80 en velocidades

intermedias

Rendimiento en un sistema de transmisin


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Dependiendo del tipo de tren motriz, elegir:

1) El nmero de ejes de la caja de velocidades

-Dos ejes (uno de entrada, uno de salida)-Tres ejes (uno de entrada, un intermedio y uno de salida)

-Tres ejes (uno de entrada, dos de salida)

2) Seleccionar el nmero de relaciones de transmisin de la

caja de velocidades (4, 5, 6, 7, 8, etc.)

3) Definir la colocacin de los trenes de engranajes.

4) Definir el esquema cinemtico de la caja de velocidades

Aspectos a considerar en el diseo deuna caja de velocidades


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5. Generalmente la mxima velocidad a desarrollar, en

un turismo que se consigue en 4ta, llamada directa. Lasotras velocidades, 5ta, 6ta, etc., son para mayores

velocidades pero en rgimen econmico.

Una caja de velocidades tiene varios juegos de engranajes que permiten

obtener valores que lo relacionan:

Velocidad del vehculo

rpm del motor

v

n


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6. El vehculo debe disponer de las suficientes relaciones

de transmisin para:

a. Arrancar con una cierta aceleracin bajo condiciones

exigentes.b. Alcanzar la mxima velocidad

c. Mantener el motor trabajando en el rango ptimo de

funcionamiento.


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7. El rango de velocidades del vehculo es funcin de:

a. La potencia del motor

b. La elasticidad del motor

c. La aplicacin del vehculo

En cualquier caso, la caja slo va permitir mover al vehculo en

la hiprbola terica, como mximo.


9/33Esquema de caja de velocidades de tres ejes

Esquemas cinemticas


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Esquema cinemtica de la caja de cambios

de cinco velocidadesEsquema cinemtica en caja de tres ejes


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Esquema de caja de velocidades de dos ejes


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Esquema cinemtica de la caja de cambios

de 5 velocidadesEsquema cinemtica en caja de dos ejes


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Caja de 5 velocidades en transejes

Esquema de funcionamiento de caja de dos ejes


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Caja de 6 velocidades en transejes

En algunos vehculos, la 6ta velocidad se logra aadiendo dos

nuevos piones que suelen situarse en la prolongacin delprimario y secundario.


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Esquema cinemtica en una caja de 6

velocidades de doble de salidaEsquema cinemtica en caja de tres ejes


16/33Curvas caractersticas del motor

Zona de auto regulacin o velocidad de rgimen


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Clculo de las relaciones de velocidad en un vehculoconvencional

Clculo de las relaciones de velocidad en un vehculo convencional

PRIMERA VELOCIDAD-FUNCIN DEL MXIMO REQUERIMIENTODE TRACCINMxima pendiente o mxima aceleracin desde parado.

Est limitada por la capacidad de traccin del sistema vehculo neumtico superficies.


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Diagrama de Resistencias VS velocidad


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Determinacin de las relaciones develocidadPotencia absorbida por la resistencia a la rodadura,

segn la frmula de Andreu


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Condiciones establecidas por normas:

1) Que el vehculo sea capaz de arrancar en una pendiente

del 15%, con una aceleracin del 0,5 m/s2, partiendo de

parado,

2) Superar una pendiente del 25% en 1ra velocidad.

Eleccin de la 1ra. velocidad


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Determinacin de las relaciones de

velocidad

Datos de un vehculo:

Potencia: 120 HP/6000 rpm; Torque mximo: 13 kgm/4000 rpm

PBV: 2000 kg-f

radio de la rueda: 0,32 m

coeficiente de rodadura: 0,015

Clculos:

Resistencia a la rodadura: .cos . 0,015 cof G x s(8,53 ) 2000 29,67 -

15Resistencia debida a la pendiente: . 2000 300

1002000 0,5

Fuerza necesaria para la aceleracin: . 10010

El esfuerzo total a aplicar en las ruedas es igual

o x kg f

G sen x kg f

xF m a kg f

a: 429,67 kg

El par resistente en las ruedas es igual a: 429,67 x 0,32m= 137,49 k.m

Caso 1: Que el vehculo sea capaz de arrancar enuna pendiente del 15%, con una aceleracin del 0,5

m/s2, partiendo de parado


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velocidad

Si el motor entrega =13 kg.m,

Siendo la multiplicacin total en el sistema de transmisin:

.

La relacin total en 1ra ser:137,49 kg.m

13,225:10,80x13 kg.mI

m

rtr

m

tr

M

Mi

M

i


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velocidad

( / )

Para el mismo vehculo:

Asumiendo una velocidad mxima del vehculo de 210 km/h

Clculos:

La velocidad mxima del vehculo est dada por la siguiente expresin:

. 0,32 60000,377 0,377.

u

r mmx km h

tr t

r n xV

i i

0,377 0,32 60003,45

210

u

u

r

tr

x xi

Caso 2: Que el vehculo alcance una velocidadmxima determinada


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velocidad

Caso 2: Que el vehculo alcance una velocidadmxima determinada

Hay tres enfoques diferenciados para seleccionar n para la velocidad mxima

del vehculo:

-Diseo optimo

-Sobrerevolucionado

-Subrevolucionado


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-A mayor nmero de relaciones intermedias, mejor aproximacin a la hiprbola terica, pero aumenta la

frecuencia del cambio y el peso y tamao de la caja.

-Un turismo se desplaza, a menudo, en marchas altas.

-La proporcin de la utilizacin de cada una de las relaciones

depende del tipo de vehculo, la aplicacin y el entorno.

-A menor salto entre relaciones, mayor suavidad y

progresividad de cambio.

Seleccin de las relaciones intermedias


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-La velocidad de cambio entre relaciones consecutivas debepermitir que la inferior no alcance la velocidad mxima del

motor cuando la superior ha alcanzado la velocidad mnima

de cambio (normalmente la de mximo par).

1 max

max

n N

n M

i n

i n


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Existen dos procedimientos efectivos para calcular elescalonamiento entre relaciones de velocidad:

1) Escalonamiento geomtrico: mismo salto entre todas las

relaciones.

2) Escalonamiento progresivo: relaciones de velocidades

ms altas tienen un escalonamiento ms estrecho.

Clculo


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Mtodo del escalonamiento geomtrica

Implica que todas las relaciones tienen la misma importancia,

es decir, las diferencias con la hiprbola terica son lasmismas para todas las marchas

max 1

max

( ).

donde:

, la relacin de velocidad determinada, nmero de relaciones de la caja

N Ztotal

M

Z n

n z

ni

n

i i

nZ


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Para un vehculo cuya zona de autoregulacin se sitan entre los 4000 y 6000 rpm.

Seleccionamos una caja de 5 velocidades, la 4ta es directa.

Calcular las relaciones de transmisin.

Ejemplo

max

max

( )

(4 3) (4 3)

(4 2) (4 2)

(4 1) (4 1)

(4 5) (4 5)

60001,5

4000De la frmula

.

1

. 1 1,5 1,5:1

. 1 1,5 2,25:1

. 1 1,5 3,375:1

. 1 1,5 0,667 :1

N

M

Z n

n z

IV

III IV

II IV

I IV

V IV

n

n

i i

i

i i x

i i x

i i x

i i x


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Mtodo del escalonamiento progresivo

Existe un nuevo salto que define la progresividad del

escalonamiento.

11 0,5( 1)( 2)

2

( ) 0,5( )( 1)

1 2

1

2

1.

. .

donde:

, la relacin de velocidad determinada

, nmero de relaciones de la caja

1,1 1,7

1 1,2

ZtotalZ Z

Z n Z n Z n

n z

i

i i

n

Z

a

a

2


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velocidad

En la siguiente figura, muestra que el funcionamiento del vehculo en pendientes

slo es posible en la zona donde las curvas de potencia resistentes estn cubiertas

por la curva de potencia motriz en la rueda, siendo la pendiente lmite, aquella en

la que las curvas son aproximadamente tangentes (7,5%).

Curvas de utilizacin

Curva de utilizacin de un vehculo en toma

directa

(E= excedente de potencia en terreno horizontal)

, Potencia del motor, Potencia en las ruedas

0,85

j

j

PP

P P


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l id d

Las rampas ms fuertes no podrn subirse sino es a condicin de hacer corresponder las rpm del

motor a velocidades del vehculo ms pequenas. Adoptando las relaciones determinadas

anteriormente, se obtienen la curvas del siguiente grfico

Mtodo de las potencias

Curva de utilizacin de un vehculo equipado con caja de 4 velocidades

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