caja de cambios dia positivas
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Funciones:Transmitir la potencia a las ruedas
Cambiar el torque y velocidad del motor en el torque y la
velocidad requerida por las ruedas en cada trabajo.
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Se cumple que:
TE.NE.h = TW.NW Constante
TE: Torque en el motor
NE: Velocidad en el motor (rpm)
Tw: Torque en la rueda
Nw: Velocidad en la rueda (rpm)
h: Eficiencia de transmisin
Conceptos Bsicos:
La potencia del motor a una determinada
velocidad de rgimen de giro del motor es
siempre la misma
Debe haber un medio de cambiar la relacin de giro entre el motor y las ruedas para cumplir
los diferentes requerimientos de trabajo del tractor.
V (rpm)
BHP
Torque
BHP
Combustible
(1)
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MOTOR
TRANSMISION
EJE
BARRA DE TIRO
TDF
0.750.81
0.960.98
0.870.90
0.920.93
0.850.89
0.440.96
0.900.92
0.800.89
Prdidas de potencia en las transmisiones
Por cada par de engranajes se pierde entre 3 y 4 % de potencia.
P TDF = (0.87
0.90). PM P BT = (0.75
0.81). PM
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Como se cumple le relacin 1. se tienen las siguientes curvas de tiro velocidad de avance del tractor.
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Velocidad del tractor (km/h)
Tiro
en
barr
a
detiro
(kg)
20 40 60 80
h
4.274
.VPHP
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La complejidad de la transmisin de potencia se ha ido incrementando con eltiempo.
1941: 4 velocidades
1962: 8 velocidades
2004: 16 18 - 20 velocidades adelante y atraz.
Las transmisiones variables se pueden clasificar en:
1. Cambios selectivos, radio fijo (convencional)
2. Cambios selectivos, radio fijo mas un planetario
3. Planetarios en serie
4. Hidrodinmica (hidrocintica) mas cambiosselectivos
5. Hidrosttica
6. Mecnica de variacin infinita.
Automticas, cambios hidrulicos omanuales
Se puede equipar para que la transmisin sepueda bloquear para condiciones de cargaestable
En pequeos tractores de jardn y encombinadas en sistemas de correa en V
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La diferencia entre la transmisin de un tractor y unautomvil es:
En el tractor a cualquier cambio se puede trabajarcontinuamente bajo muchos rangos de carga
En un automvil la transmisin puede fallar si trabaja encambios bajos a toda potencia por tiempos prolongados.
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Diseo de los dientes de los piones
Los engranajes fallan por flexin o por su uso. Por eso se han desarrolladoecuaciones para su clculo segn estos dos criterios.
Esfuerzo de superficie: Es el factor que mas afecta la duracin por uso, estagobernado por las propiedades del material.
Ecuacin de Buckinghampara la carga lmite de desgaste en un engrane recto:
bKQDF pw Fw: Carga equivalente, sobre la cual se espera un desgaste rpido. (lb)
Dp: Dimetro de paso del menor pin o engrane. (in)
b: Ancho de la cara del engrane. (in)
s: Lmite de endurecimiento de la superficie del material.Ep: Modulo de elasticidad del material del pin
Eg: Mdulo de elasticidad del material del engrane
n: Nmero de dientes en el pin
N: Nmero de dientes en el engrane.
gp EEx
sen
k
11
35.04
2 s
Nn
N
Q
2
psixBHN 10000400 s Para algunos aceros de engranes
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Ecuacin de Barth. Esfuerzo de trabajo seguro en funcin de velocidad del dimetro
de paso de los engranes y de su exactitud.
VA
Ac
.ss
sc: Esfuerzo seguro de trabajo del material
s: Esfuerzo esttico seguro del material
A: Factor que depende de la seguridad de los engranajes
V: Velocidad del dimetro de paso
Con A = 2000 y s = 240000, La mayora de los engranajes de los tractores fallan en
el 10% del valor des = 240.000
El lmite de velocidad del dimetro de paso para los engranajes es de 10.16 m/seg
aprox.
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El esfuerzo por flexin no es un limitante en los engranajes, pero este factor debe ser
chequeado. Se tiene la frmula de Lewis.
pbyFs sFs: Resistencia del diente (lb)s: Esfuerzo de trabajo seguro del material, psi
p: Paso circular, in
b: ancho de la cara del engrane, in
y: factor de forma del diente.
Clculo de y: De la figura, y=2x/3p, considerando el engrane como una barra fija a un
lado y cargada al otro.
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No. dientes y No. dientes y No.dientes y
10 0.064 19 0.100 43 0.126
11 0.072 20 0.102 50 0.130
12 0.078 21 0.104 60 0.134
13 0.083 23 0.106 75 0.138
14 0.088 25 0.108 100 0.142
15 0.092 27 0.111 150 0.146
16 0.094 30 0.114 300 0.150
17 0.096 34 0.118 cremallera 0.154
18 0.098 38 0.122
Valores de y para la ley de Lewis con dientes a 20
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El esfuerzo para tractores de oruga es menor que para los de rueda, por locual una oruga puede transmitir ms del 50% de la potencia del motor segnlos fabricantes.
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Transmisin de Carga
Para el diseo y seleccin de transmisiones en tractores se debe conocer laexperiencia de uso de varios cambios para varios porcentajes de mxima
potencia en el PTO y el la barra de tiro.Para el TDF del tractor y de las mquinas se debe conocer la magnitud de lacarga torsional impuesta debido a las altas inercias de las partes del tractor odel implemento.
Velocidad Rango mph% de Carga de mxima operacin Horas totales
95 75 50 25
Baja 1.53 45 250 180 125 600
Despacio 3.05.0 730 1825 1990 555 5100
Media 5.09.0 940 860 350 50 2200Alta 1025 50 200 150 200 600
Reversa 0.55.0 20 65 125 90 300
Potencia en Correa 80 600 470 50 1200
Horas Motor 1865 3800 3265 1070 10000
PTO 100 300 240 160 800
Datos para diseo de transmisiones de tractores
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NECESIDAD DE LA CAJA DE CAMBIOS
Potencia: Trabajo realizado en la unidad de tiempo:
t
WP
P = potencia.W = Trabajo.t = Tiempo.
d
FWProducto escalar:
Fuerza . Distancia
tdF
tWp
Si estn en lamisma direccin t
dFN
Como d/t = v VFP
La expresin anterior slo es vlida si la direccin de la fuerza y de
la velocidad son coincidentes.
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Si no hubiera medio de variar la relacin de giro entre el motor y las ruedas, el tractor
marchara siempre a la misma velocidad debido a la relacin constante de los engranajes
en la transmisin.
El trabajo no siempre es el mismo, porque, por ejemplo, arar cuesta arriba requiere
mayor esfuerzo que en llano, de modo que si el tractor est adecuado para esto ltimo, lefaltar potencia en las partes empinadas, y entonces se recurre a que vaya ms despacio
para que el producto no sobrepase el mximo valor de N permitido por el motor.
No todas las labores requieren la misma velocidad. y el transporte por carretera, se hace
a unos 30 Km/h.
V (rpm)
BHPTorque
BHP
Consumo especfico
En los tractores agrcolas la potencia del motor a una
determinada velocidad de rgimen de giro del motor
es siempre la misma. Por lo tanto, Si se aumenta lavelocidad de avance V del tractor, disminuye su fuerza F,pues el valor de la potencia requerida al motor sobrepasar
a la de su capacidad al determinado rgimen de giro
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- Eje primario: unido al embrague transmite el giro del motor y termina en unpin fijo,
engranado constantemente con otro que mueve el denominado eje intermediario o
contraeje.
- Eje intermediario en el que hay varios engranajes fijos a l con distintos tamaos que
independientemente transmiten a otros situados en el eje secundario.
-Eje secundario, en prolongacin pero separado del eje primario estriado con ranuras a
lo largo en las que pueden deslizarse engranajes desplazables que giran solidarios con el
rbol secundario y que el usuario puede mover adelante y atrs con la palanca de mando
del cambio.
Dichos engranajes forman parejas de transmisin con los del eje intermediario.
Estas necesidades se satisfacen con el cambio de velocidades.
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El engranaje del eje primario es ms
pequeo que el del intermediario que
conecta con l de modo que elintermediario gira ms despacio que el
motor.
Si el tractorista hace engranar el
engranaje de mayor dimetro del eje
secundario con el menor del ejeintermediario el giro se transmite al eje
secundario de nuevo reducido. Como es
la combinacin que da la velocidad de
giro del secundario ms baja, se le
llamaprimera velocidad.
A la relacin entre el radio del
engranaje del intermediario y el del
secundario se le llama relacin de
transmisin.
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Si la pareja de engranajes que se
conectan es la de siguiente tamao
del secundario y del intermediario
accionando la palanca del cambio,produciendo el previo desengrane
de la anterior pareja el giro del
motor llega al secundario menos
rebajado, menos demultiplicado,
sta sera la segunda velocidad..
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Combinando adecuadamente las parejas de engranajes
correspondientes del eje intermediario y del secundario se
obtienen las diferentes velocidades hacia delante de la caja de
cambios
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Para moverse el tractor hacia
atrs, se mueve el
desplazable correspondiente
del eje secundario a engranar
con un engranaje intermedio,
que invierte el giro del
correspondiente del ejeintermediario, y as el eje
secundario girar en sentido
contrario al normal y las
ruedas tambin, con lo que
el tractor se desplazarmarcha atrs
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Hay una posicin de los engranajes en la que ninguno conecta con otro, es
decir, que no se transmite movimiento porque el eje intermediario gira en
vaco, sin que ningn engranaje desplazable del eje secundario engrane con su
correspondiente del eje intermediario. Esta posicin se llamapunto muerto.
Cada vez que se desengrana o engrana una pareja de piones del cambio, es
necesario desconectar el giro del motor, y para ello se desembraga
previamente, volviendo a embragar con suavidad progresiva despus de actuar
sobre la palanca del cambio.
Se desprende que la misin de la caja de cambios es, de acuerdo con la fuerzaque exige la realizacin de una labor determinada, adaptar la velocidad de
avance del tractor de manera que el aprovechamiento de la potencia del motor
sea mximo.
Es evidente que una velocidad larga desarrollar menos fuerza que una
velocidad corta, y viceversa.
Esto explica claramente que los tractores agrcolas actuales dispongan de una
caja de cambios con una gama amplia de velocidades, con el fin de poder
adaptarse a las exigencias de las muy diferentes labores que deben realizar en
la explotacin agrcola.
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4.- Trompeta
2.- Hidrulico
3.- Diferencial
1.- Eje secundario
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La necesidad de los tractores agrcolas de disponer de un elevado nmero de
velocidades les obliga a disponer de un grupo reductor o multiplicador colocado
antes de la caja de cambios.
El grupo reductores accionado mediante una palanca llamadapalanca
reductora, que oscilando sobre una rtula mueve varios engranajes desplazablesque engranan en sus correspondientes engranajes de diferente tamao montados
sobre el eje de salida del grupo reductor. Cada engranaje desplazable se desliza
sobre un eje estriado que recibe el movimiento del disco de embrague.
Accionada por el eje de salida del grupo reductor hay una caja de cambios que,
como se ha expuesto, en esencia consta de tres ejes denominados: primario,intermediario y secundario.
El eje primario recibe el movimiento del grupo reductor y tiene dos piones en
toma constante, uno engranando con el grupo reductor y el otro engranando
constantemente con un engranaje del eje intermediario.
COMPONENTES BSICOS yFUNCIONAMIENTO DE LA CAJA DE
CAMBIOS
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1.- Embrague2.- Reductora3.- Caja de cambios
EMBRAGUE-CAJA DE CAMBIOS
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1.- Embrague2.- Reduccin primario-intermediario
3.- Reductora4.- Caja de cambios5.- Diferencial
6.- Reduccin final
7.- Toma de fuerza
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El eje intermediario lleva varios engranajes de diferentes tamaos
solidarios a l, uno en toma constante con otro del eje primario que es por
donde recibe el movimiento, otro engranado con un pequeo engranaje
inversor de sentido de giro para conseguir la marcha atrs, y otros que
engranan alternativamente, segn se desee, con los correspondientes del
eje secundario para conseguir las diferentes velocidades que ofrece la caja
de cambios.
Sobre el eje secundario van colocados engranajes desplazables,
independientes unos de otros, que pueden deslizarse sobre el estriado deeste eje. Cada desplazable va unido a un collarn, en la garganta del cual
se aloja una horquilla que se acciona por medio de la palanca de cambio
mediante unas barras.
Hay que indicar que al ser los desplazables interiormente estriados y eleje secundario tambin, los piones pueden deslizarse longitudinalmente
sobre l pero, si giran engranados con su correspondiente engranaje del
eje intermediario que les da movimiento, transmiten su movimiento al eje
secundario que girar a su misma velocidad y transmitir su par motor
correspondiente.
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El funcionamiento del grupo reductor es en esencia como sigue:
La palanca reductora tiene dos, tres y hasta cuatro posiciones: velocidades
largas, medias, cortas y punto muerto.
Poniendo la palanca en la posicin de velocidades largas el engranaje msgrande del desplazable engrana con el correspondiente que es el ms pequeo
del eje conducido, con lo cual se consigue un mayor rgimen de revoluciones
en el eje de salida del grupo reductor.
Poniendo la palanca en la posicin de punto muerto no hay conexin entre los
engranajes del desplazable y los del eje conducido, por lo que no haytransmisin de movimiento.
Colocando la palanca en la posicin de velocidades medias o cortas los
engranajes ms pequeos del eje motor engrana con los ms grandes del eje
conducido segn correspondan, con lo cual se obtienen regmenes de
revoluciones medios o cortos, del eje de salida del grupo reductor.
De esta forma se consiguen a la entrada de la caja de cambios dos velocidades
diferentes de giro en el eje primario, lo cual multiplica por dos el nmero de
combinaciones de marchas de la caja de cambios.
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1
2 34'
6
5
4
3'2'
1.- Eje estriado con engranajes cilndricosde dientes rectos desplazables.
2-2'.- Primera reduccin.
3-3'.- Segunda reduccin.
4-4'.- Reduccin para conexin alprimario de la caja de camibos.
5.- Eje liso con engranajes cilndricos dedientes rectos fijos en l.
6.- Eje de salida de reductora.
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1.- Embrague
2.- Eje primario
3.- Eje intermediario4.- Eje secundario
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Si, por ejemplo, en la caja de cambios la palanca de cambio puede ocupar cinco
posiciones: punto muerto, primera velocidad, segunda velocidad, tercera
velocidad y marcha atrs.
En la posicin depunto muerto no se encuentra engranado ningn pin del ejesecundario con ninguno del eje intermediario, por lo que no hay transmisin de
movimiento.
Al colocar la palanca de cambio en la posicin deprimera velocidadel engranaje
desplazable se desliza hacia la izquierda engranando su engranaje con el
correspondiente del intermediario. Al ser este pequeo y el conducido grande, lavelocidad de giro del eje secundario ser pequea.
Para pasar a segunda velocidadhabr que pasar la palanca de cambio de la
posicin de primera a punto muerto, con lo cual el engranaje desplazable de
primera velocidad queda desconectado del intermediario. A continuacin la
palanca pasa a la barra correspondiente al desplazable correspondiente queengrana con el correspondiente del eje intermediario con lo que se obtiene una
velocidad de giro en el eje secundario mayor que la alcanzada en la primera
velocidad.
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Para pasar a la tercera velocidadla palanca pasar primero por el
punto muerto desengranando los piones de la segunda velocidad, y
despus pasar a la posicin de tercera velocidad, con lo que el
engranaje correspondiente se desplazar al correspondiente del ejeprimario.
Para poner la marcha atrs pasando por el punto muerto, se
desplaza la palanca hacia la posicin de marcha atrs con lo cual el
engranaje desplazable correspondiente engrana con el de marchaatrs, el cual a su vez est engranado constantemente con el
correspondiente del intermediario. El engranaje inversor est situado
entre el eje intermediario y el secundario, lo cual provoca un cambio
del sentido de giro del secundario, haciendo que el tractor se
desplace en sentido contrario que en las dems velocidades.
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1
1' 23
45
6
9
7
8
6'5'4'
2'3'
1 2 3 4 M.A.
1-1'.- Reduccin Primario-intermediario.
2-2'.- Reduccin correspondiente a 1 marcha.3-3'.- Reduccin correspondiente a 2 marcha.4-4'.- Reduccin correspondiente a 3 marcha.5-5'.- Reduccin correspondiente a 4 marcha.
6-6'.- Reduccin correspondiete a marcha atrs.7.- Pin inversor.8.- Eje secundario estriado.9.- Eje intermediario liso.
Punto muerto
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3 marcha
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marc a
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marcha atrs
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3 marcha marc a
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Para evitar que con las vibraciones y los movimientos bruscos que sufre el tractor en las labores
agrcolas, los engranajes desplazables del secundario puedan cambiar de posicin por s solos, las
barras que mueven a las horquillas llevan unas muescas esfricas en las que se aloja un fijador
consistente en una bola presionada por un muelle. Al cambiar de velocidad la fuerza que se ejerce
sobre la palanca de cambio se transmite a la bola, la cual al remontar la muesca esfrica presiona al
muelle hacia el lado contrario de donde est la muesca, permitiendo as el desplazamiento de lasbarras.
Adems de stos, existe un fijador de seguridad consistente en un pequeo buln situado entre ambas
barras que, al estar desplazada una de ellas en la posicin de velocidad, bloquea a la barra opuesta en
la posicin de punto muerto, impidiendo de esta forma que puedan ponerse dos velocidades a la vez,
lo que provocara el bloqueo o la rotura de la caja.
1
2
3
2
1
4 3
4
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Los engranajes de la caja de cambios anterior son cilndrico
de dientes rectos. Esto ocasiona ruidos de funcionamiento y
dificultad al cambiar de marcha.
En la caja de cambios con engranajes en toma constante los
engranajes del eje secundario y del intermediario permanecen
conectados constantemente.
Los engranajes del secundario no van unidos al eje mediante
estras, pudiendo girar libremente sobre dicho eje. Adems,
estos engranajes llevan adosado a uno de los lados un pin
ms pequeo, que se denominapin lateral.
Entre cada dos engranajes del eje secundario va colocado un
desplazable que en su parte central lleva un orificio estriado
que puede deslizar por el estriado correspondiente que en esta
zona lleva el eje secundario.
En ambos lados de los desplazables van talladas
interiormente dos coronas dentadas acoplables a sus
correspondientespiones laterales.
En la posicin de punto muerto el desplazable se encuentra
situado entre los piones, sin engranar con ninguno de ellos.
Aunque el eje intermediario est girando y los piones del
secundario en toma constante tambin giren, no hay
transmisin de movimiento, pues ste no llega al eje
secundario al girar libremente sobre l los engranajes de
transmisin de movimiento desde el eje intermediario.
1
2
4
5
3
2' 5'
CAJA DE CAMBIOS CON ENGRANAJES EN TOMA CONSTANTE
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Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados, con lo
que la corona interior de ste engrana con el pin lateral del engranaje, pasando
el movimiento al eje secundario a travs del propio desplazable.
En esta caja de cambios con cada desplazable se pueden conseguir dos
velocidades, girando el eje secundario con una velocidad de giro determinada
por la relacin entre los engranajes correspondientes del eje intermediario y del
secundario.
Para reducir ruidos en la transmisin los engranajes se construyen del tipo
cilndrico con dientes helicoidales.
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1
2
4
5
3
2'5'
1.- Eje secundario.2-2'.- Pareja de engranajes cilndricos con
dientes helicoidales en toma constanty piones laterales solidarios.
3.- Eje intermediario.
4.- Desplazable con manguito central
estriado y coronas laterales.5-5'.- Pareja de engranajes correspondiente
a otra marcha.
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En las cajas de cambios anteriores, al intentar conectar engranajes que no giran asu misma velocidad, hay dificultad para hacer coincidir los dientes del primero con
los huecos del segundo, lo que se traduce en un fuerte golpeteo de uno contra otro,
desgastes, roturas y dificultad de cambio de marcha.
Esto desaparece cuando los dos engranajes o los dos piones estn quietos o
cuando giran a la misma velocidad.Hasta la aparicin de las cajas de cambios sincronizadas para poder realizar
cambios de velocidad era preciso detener el tractor o, con gran destreza,
aprovechar el momento en que los dientes se mueven a la misma velocidad.
CAJA DE CAMBIOS
SINCRONIZADA
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En la prctica se hace el doble embrague. Esto consiste en pisar el embrague,
poner punto muerto, soltar el embrague, acelerar el motor, volver a pisar el
embrague y poner la velocidad elegida. La explicacin es la siguiente: el
secundario gira a ms velocidad que el intermediario, acelerando en punto
muerto aumenta el rgimen de giro del intermediario y no del secundario. Una
aceleracin, por exceso o por defecto, en el doble embrague, traer como
consecuencia no igualar el movimiento de los dientes y, por tanto, el rozamiento
de piones, es por ello que se precisa de destreza y prctica para hacerlo.
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Los constructores de automviles solucionaron este problema hace algunos aos,
mediante el cambio sincronizado que actualmente se usa tambin en los tractores
por la gran ventaja que supone el poder cambiar de velocidad sin detener la
marcha del tractor.El cambio sincronizado es un cambio de marchas con engranajes en toma
constante en el que los piones laterales llevan adosada una pieza en forma de
tronco de cono llamada cono de sincronizacin. Entre los engranajes hay un
ncleo solidario con el eje secundario. Unidos al ncleo van dos piones
llamadospiones de sincronismo, desplazables cuyo interior tiene una cavidad deforma cnica. Sobre el ncleo se sita un desplazable cilndrico con estras
interiores coincidentes con el dentado del ncleo, y que, por la parte exterior,
lleva una garganta en la que se aloja la horquilla del cambio de velocidad.
El pin lateral, el pin de sincronismo y la corona son del mismo dimetro y
tienen iguales sus dientes. El desplazable cilndrico desplaza tambin alpin desincronismo hasta un cierto punto en el que entran en contacto cono y
contracono.
Al l f i i ll h l
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Al tomar contacto la friccin entre ellos hace que alcancen una
misma velocidad de giro. A este proceso se le denominafase de
sincronizacin.
Al seguir deslizndose el desplazable y haber equivelocidad degiro, engranar con toda facilidad con el pin lateral ya que ambos
giran a la misma velocidad despus de la fase de sincronizado. A
este proceso se le denominafase de transmisin.
Al quitar el pie del pedal del embrague el movimiento se transmitedel eje intermediario al pin del secundario, de ste al pin
lateral y, por medio del desplazable, al ncleo y eje secundario.
Aunque la caja de cambios sea sincronizada es conveniente, al
reducir de velocidad, hacer el doble embrague pues con ello sealarga considerablemente la duracin de los mecanismos de
sincronizacin.
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1
2
4
53
2'10'
1.- Eje secundario.2-2'.- Pareja de engranajes cilndricos con
dientes helicoidales en toma constante.
3-3'.- Pin solidario al engranaje.
4-4'.- Cono de sincronizacin.5.- Desplazable con corona interior de igual
paso que el pin.
63'
4'
8
10
97
6.- Tallado en desplazable idntico al del pin.
7.- Fiador de muelle y bola.8.- Escotadura para la horquilla de desplazamiento.
9.- Contracono de sincronizacin.10-10'.- Pareja de engranajes cilndricos de
dientes helicoidales correspondientea otra marcha.
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CAMBIOS REALES DE LOS TRACTORES
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El cambio de marchas de los tractores sirve para transformar la velocidadde giro del motor en un nmero determinado de velocidades de las ruedas
motrices a la vez que se modifica su par motor.
Su necesidad es consecuencia de la relativa falta de elasticidad de los
motores de combustin interna, que no pueden emplearse correctamentems que entre lmites de velocidad bastante estrechos.
Bloques de marchas:
Permite ampliar el nmero de marchas sin alargar excesivamente la
transmisin. As por ejemplo, para 24 marchas slo son necesarios 2bloques, uno con 6 marchas (1, 2, 3, 4, 5 y 6) y otro con 4 (L, lenta,;
M, media; H, alta y R retroceso), con lo que en vez de 24 pares de
engranajes slo se necesitan 10 pares.
CAMBIOS REALES DE LOS TRACTORESAGRCOLAS
U d l ill d bi d h d
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Uno de los casos ms sencillos de un cambio de marchas de
engranajes es el de algunos motocultores. Est compuesto de slo
dos ejes, uno primario de entrada y otro secundario de salida.
El eje primario es accionado desde el motor y lleva tresengranajes desplazables a lo largo del que conectan
independientemente con otros tres del eje secundario.
Para cada rgimen de giro n r.p.m. del motor se obtienen tres
regmenes distintos del eje secundario: n1, n2 y n3.Las relaciones de transmisin respectivas son:
5
6
33
3
4
22
1
2
11
z
z
n
ni;
z
z
n
ni;
z
z
n
ni
Actualmente los tractores no llevan una nica palanca de mando
para el cambio de velocidades, sino dos o ms, para manejar el
bloque reductor y la caja de cambios.
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Los tractores modernos llevan acoplado en la caja de cambios el denominado inversory el
superreductor.
El inversorhace posible invertir el sentido de desplazamiento sin mas que actuar sobre una
palanca que invierte el sentido de rotacin de todos los engranajes. El mecanismo inversorusa un tren de engranajes planetarios y es particularmente til en los trabajos con cargador
frontal, horquillas, niveladoras y para maniobrar en espacios restringidos.
El superreductorpermite obtener velocidades sumamente bajas, necesarias en trabajos como
excavacin, despedregado y plantacin.
Este mecanismo est situado delante de la caja de cambios y utiliza pares de engranajes
cilndricos con grandes reducciones de demultiplicacin.
ESCALONAMIENTO DE LAS RELACIONES DE
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n nn
M
M
M Kg
0 m n m x r.p.m.
m n
m x
zona no
flexible
zona flexible
El escalonamiento lgico de las
relaciones de demultiplicacin delas cajas de cambios se puede
demostrar que es aquel en el que
dichas relaciones estn en
progresin geomtrica, pues as se
consigue el mximoaprovechamiento de la elasticidad
del motor del tractor.
Si la curva de par del motor del
tractor es la que se presenta en la
figura, se sabe que el rgimen delmotor al realizar una determinada
labor debe variar desde a para
trabajar en la denominada zona
flexible.
MARCHA
Si en unos ejes cartesianos se presentan en abscisas el mximo
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Si en unos ejes cartesianos se presentan en abscisas el mximo
rgimen de giro del secundario necesario para que el tractor
circule a la velocidad punta deseada y en ordenadas y
correspondientes a la zona flexible del motor del tractor. Una caja
de cambios de cuatro marchas adelante tendr en dichos ejes la
representacin:
Primario
Secundarion n n nn
1 2 3 4n
n
1 2 3 4 5
4
3
2
1
mn
mx
Las relaciones de demultiplicacin primario/secundario vendrn
dadas por:
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Primario
Secundario
n n n nn
1 2 3 4
n
n
1 2 3 4 5
4
3
2
1
mn
mx
Las relaciones de demultiplicacin primario/secundario vendrn
dadas por:
45
mx5 tg
n
nr 4
4
mn'5 tg
n
nr
34
mx4 tg
n
nr 3
3
mn'4 tg
n
nr
23
mx3 tg
n
nr
21
mn'3 tg
n
nr
12
mx2 tg
nnr 1
1
mn'2 tg
n
nr
Las relaciones de transmisin expuestas cumplen que:'22
'33
'44 rr;rr;rr
Adems cumplen que:
2324 rrr
4mx
5 tgn
nr
4mn'
5 tgn
r Primario
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5n 445 g
n
34
mx4 tg
n
nr 3
3
mn'4 tg
n
nr
23
mx3 tgn
nr 2
1
mn'3 tgn
nr
12
mx2 tg
n
nr 1
1
mn'2 tg
n
nr
Efectivamente:13
mx
24
n
=
n
n
nn
n
n
n mnmxmx
Secundario
n n n nn
1 2 3 4
n
n
1 2 3 4 5
4
3
2
1
mn
m x
Pero como:
23
m in
24
m x
34
m x'
44 n
n
n
n
n
n
n
n
nn
n
nrr mxmxmn
3323
n
n
n
n
n
n
n
n mnmxmxmn
Por lo que: 2324 rrr
Luego el escalonamiento lgico de las velocidades de una caja de cambios
cumple la condicin de que las relaciones de demultiplicacin estn en
progresin geomtrica.
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CAJA DE CAMBIOS Y ESFUERZO DE TRACCIN
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CAJA DE CAMBIOS Y ESFUERZO DE TRACCIN
La potencia producida en el motor se transmite a las ruedas motrices del tractor en forma de unpar motor a una velocidad angular, de forma que cumple la expresin:
nMN
Siendo:
N = Potencia.M = Par motor.
n = Rgimen de giro.
El par motor en cada rueda se puede obtener como el producto de la fuerza perifrica en ellapor su radio real.
U
r
M
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Esta fuerza perifrica se transmite al suelo en la zona de contacto rueda suelo, caracterizadapor un determinado coeficiente de adherencia.
Dicho coeficiente de adherencia es un indicador de la mxima fuerza perifrica que puedetener una rueda motriz, ya que:
amx PU
Siendo aP el peso activo sobre la rueda motriz.
Si la fuerza perifrica posible en la rueda debido al par motor supera el valor de Umx, larespuesta ser un resbalamiento total con los consiguientes problemas que ello ocasiona.
Las marchas muy lentas generan valores de par motor en las ruedas que superan ampliamente
los valores permisibles de mxU en los suelos, si bien estas marchas son necesarias porque seutilizan para labores muy especficas que requieren velocidades de desplazamiento muyreducidas. Lgicamente el motor no desarrolla toda su potencia.
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CAJA DE ENGRANAJES PLANETARIOS
Estas cajas de cambio estn basadas en la transmisin y reduccin de movimiento a travs detrenes de engranajes planetarios, los cuales, como puede verse en la figura siguiente puedenmoverse libremente sin transmitir movimiento alguno, pero si se bloquea uno de los componentes,los restantes giran transmitindose el movimiento con la relacin de transmisin resultante segnla relacin existente entre sus piones. Si se bloquean dos de los componentes, el conjunto quedabloqueado, movindose todo el sistema a la velocidad de rotacin recibida.
Mediante este sistema pueden conseguirse distintas reducciones, frenando y dandomovimiento a los distintos componentes del tren. Si se combinan varios trenes de engranajes condistintas reducciones entre ellos, se puede obtener una gama de velocidades que entranautomticamente al actuar sobre sus componentes por medio de embragues de friccin y cintasde frenado.
Los engranajes planetarios se utilizan modernamente no slo en las cajas de cambios de lostractores, sino tambin en los trenes de reduccin finales de las ruedas. En las cajas de cambiosde engranajes planetarios se puede prescindir del embrague, verificndose el acoplamientomediante cintas de freno que actan sobre los elementos.
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1.- Corona2.- Satlite
3.- Portasatlite
4.- Planetario
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Se clasifican los sistemas de engranajes planetarios en epicicloidee hipocicloidesegn que elengranaje fijo sea interior o exterior. La nomenclatura normalmente utilizada en los sistemas deengranajes planetarios es la de llamar al engranaje interior planeta, al que rueda sobre el satliteyal exterior corona.
El estudio de las relaciones de transmisin en los engranajes planetarios es en cierto modocomplejo. As, en los reductores epicicloides, para su estudio se tiene:
rr
s ps
p
sp
rps
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Considerando la velocidad del punto de contacto se obtiene:
pspsppss rrr
Como rrr spps
spspsppss rrrr Operando se tiene:
spsppsppss rrrr
ppspspsspppsspss rrrr
p
s
pss
psprr
(I)
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r
rs
ps
c
r sps
c
En los reductores hipocicloidales, igual que en el caso anterior se tiene:
ccsspsps rrr
Como rrr scps
ccssscps rrrr ccssspscps rrrr
rrcpscspss
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s
c
psc
pss
r
r
(II)
Multiplicando (I) y (II) se tiene:
r
r
p
c
psc
pss
pss
psp
p
c
psc
psp
rr
(III)
Las ecuaciones (I), (II) y (III) relacionan las velocidades de giro de corona, satlite,portasatlites y planetario en funcin de sus radios.
MANDOS DE CAJAS DE CAMBIOS. LUBRICACIN
El desplazamiento de los sincronizadorespara seleccionar las velocidades se realiza por mediode unas horquillas, acopladas a estos y sujetas a unas varillas que se mueven accionadas por lapalanca de cambios.
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1.- Palanca del cambio de marchas.2.- Rtula esfrica.3.- Placa selectora.4.- Extremo de conexin a varillas.
1
2
M.A.
3
2
1
43
4
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Ver video
http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/avi/MARCHA_ATRAS.avihttp://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/avi/MARCHA_ATRAS.avihttp://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/avi/MARCHA_ATRAS.avi -
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Como se dijo previamente, para evitar que las velocidades puedan salirse y permanezcan fijasen el lugar seleccionado, el mecanismo de mando situado en la tapa de la caja de cambios llevaun sistema de enclavamiento, a base de bolas de acero y muelles situados en un alojamiento de la
tapa y que presionan sobre unas escotaduras practicadas en las varillas que las mantienen fijas ensu soporte por la presin que ejercen los muelles sobre la bola.
Para seleccionar las velocidades correctamente y evitar la seleccin de una velocidad cuandootra est metida, se coloca un dispositivo en la palanca de cambios. ste consiste en una placaselectora, de forma que, para pasar de una velocidad a otra hay que pasar por un punto muerto, lo
que hace desacoplar la velocidad que estaba metida.Para la lubricacin de engranajes en las cajas de cambios y diferenciales se emplean aceites
minerales clasificados dentro del grupo de las valvulinas SAE 80 y SAE 90.
Los aceites lubricantes empleados en cajas de cambios tienen que formar una pelculaconsistente entre los flancos de los dientes en contacto, cuya misin es reducir el rozamiento entreellos y el desgaste subsiguiente. Esta pelcula debe ser resistente a la compresin, para evitar quese rompa con las intensas presiones de trabajo.
Adems han de servir de elemento refrigerador y durante las elevadas temperaturas de
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Adems, han de servir de elemento refrigerador y, durante las elevadas temperaturas defuncionamiento, no han de perder su poder lubricante. Tienen que ser tambin resistentes al fro,con objeto de que, en invierno, sean posibles una perfecta lubricacin y el arranque del vehculo.
Deben ser resistentes a la corrosin, no atacar las juntas ni presentar tendencia a la formacinde espuma.
Diversos aditivos a base de azufre, cloro, plomo, fsforo, cinc y sus combinaciones,proporcionan al aceite lubricante las caractersticas deseadas.
CAMBIO HIDROSTTICO DE VELOCIDADES.En esencia es el siguiente:
1
2
3
4
6
7
8
9
10
1.- Depsito.
2 .- F i l tro dem al la .
3 .- Bomba de cauda l .
4.- Motor alternativo .
5.- Vlvula reguladora de presin.
6.- Distribuidor 6/3.
7.- Motorh idrosttico.
8.- Manmetro con pulsador.
9.- Filtro magntico.
10 .- Rueda mo triz.
5
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El funcionamiento es como sigue:
El aceite hidrulico, de caractersticas adecuadas, contenido en el depsito, pasa a travs deun filtro de mallay llega hasta la bomba de caudal variable de regulacin manual por medio detuberas de baja presin. Dicha bomba accionada por el motor alternativo del tractor enva elaceite por tuberas de alta presin hasta el distribuidor manualde tres posiciones y seis vas. Enlas tuberas de impulsin hasta el distribuidor se coloca un manmetro con pulsadorque permiteconocer a voluntad del usuario la presin de trabajo regulada por la vlvula limitadora de presin.
Cuando no se acta sobre la palanca del distribuidor el aceite llega a l y retorna al depsito atravs del filtro magntico. Cuando se tira de dicha palanca el aceite llega al distribuidor y sale aalta presin de l dirigindose hacia una de las entradas del motor hidrosttico reversiblehacindolo que gire en un sentido. El aceite sin presin sale del motor, llega de nuevo aldistribuidor y a travs del filtro magntico llega al depsito.
Cuando se tira de la palanca del distribuidor el aceite sale de l pero llega al motor por laentrada por la que, en la posicin anterior del distribuidor, sala. El motor gira en sentido contrarioy el tractor avanza cambiando de direccin de marcha.
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Para cambiar la velocidad de marcha el usuario acta sobre una palanca que modifica elcaudal de la bomba, con ello se tiene un variador continuo de velocidad lo que hace que el tractortenga infinito nmero de marchas hacia delante y hacia atrs.
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3
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7
8
9
10
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