informe 11 arboles de transmisión

Arboles de transmisión/ Scientific Paper

ARBOLES DE TRANSMISIÓNCaisaguano Stalin1, Chuva Julio, Palacios Danilo, Quito Christian4

Resumen Abstract

En el presente informe se detalla el análisis y funcionamiento del árbol de transmisión el cual es un eje que transmite un esfuerzo motor y está sometido a solicitaciones de torsión debido a la transmisión de un par de fuerzas y puede estar sometido a otros tipos de solicitaciones mecánicas al mismo tiempo. También se reconocerá los componentes que conforman el árbol de transmisión y el tipo de juntas, la verificación del estado de los elementos, si existen desgaste anormal falta de ajuste o que exista holgura entre los mismos por lo que se realizó sus respectivas mediciones para así comparar con lo recomendado en la guía posterior a eso se calculara la el dimensionado de una junta cardán.

Palabras Clave: Árbol, Transmisión, Junta, cardán, Homocinética, Eje.

In this report the analysis and operation of the shaft which is a shaft that transmits a driving effort is detailed and is subjected to stresses of torque due to the transmission of a torque and may be subjected to other mechanical stresses at the same time. The components that make up the shaft and type of meetings, checking the status of the elements will also be recognized, if any abnormal wear unadjusted or there is clearance between them so their measurements was performed in order to compare as recommended in the rear guide to the dimensioning that a universal joint is calculated.

Keywords: Tree, Transmission, Board, gimbal, CV, Shaft.

1 Estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana, Tren de fuerza Motriz Grupo [email protected] Estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana, Tren de fuerza Motriz Grupo [email protected] Estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana, Tren de fuerza Motriz Grupo [email protected] Estudiante de la Universidad Politécnica Salesiana, Tren de fuerza Motriz Grupo [email protected]

1

Arboles de transmisión / Scientific Paper

1. IntroducciónLa transmisión del movimiento de giro del eje de salida de la caja de cambios hasta las ruedas se realiza a través de los árboles de transmisión y el diferencial. Comencemos por diferenciar claramente los tipos de automóviles; los de tracción delantera y los de tracción trasera; es decir, los que sus ruedas motrices son las delanteras y los que son las traseras. A lo largo de la historia del automóvil se ha ido evolucionando y se ha pasado de la transmisión trasera (primero con el motor también trasero y luego con el motor delantero) a la delantera, que es ampliamente utilizada por los fabricantes en sus vehículos de pequeño y mediano tamaño, ya que el motor y la transmisión delantera ofrecen un mayor espacio aprovechable y un mejor comportamiento para el conductor habitual. Los problemas de los coches con la tracción delantera, proviene precisamente de la transmisión, aunque afortunadamente hoy en día la tecnología de engranajes y juntas homocinéticas ha superado los todos estos problemas.

2. Objetivos2.1 Objetivo General

Entender el funcionamiento del árbol de transmisión y las juntas cardán.

2.2 Objetivos Específicos Analizar el funcionamiento del árbol

de transmisión. Analizar el funcionamiento de las

juntas Cardán. Realizar las comprobaciones

necesarias. Efectuar los cálculos

correspondientes.

3. Marco Teórico3.1 Árbol de Transmisión En los vehículos de tracción delantera, el eje de salida de las cajas de cambios transversales termina en un piñón cónico que da movimiento al diferencial que va integrado en la misma caja de velocidades. Con esta

disposición, el movimiento se transmite directamente a las ruedas con dos palieres de acero. En cambio, en los vehículos con tracción trasera el grupo del diferencial se encuentra en el puente trasero. Para transmitir el movimiento de giro del eje de la caja de velocidades al grupo diferencial se usa un eje de acero hueco llamado árbol de transmisión. [1]

Figura 1 Árboles de transmisión.

La velocidad crítica de un árbol de transmisión depende principalmentede los siguientes factores:• Distancia entre las juntas o articulaciones.• Rigidez o la flexión del tubo que se emplea en la fabricación.• Desgaste del estriado de la unión del árbol que compensa la longitud. [2]

3.2 Juntas universales cardánLa junta universal tipo cardán es la más empleada en la unión en los árboles de transmisión dirección que no se encuentran alineados o que se pueden desalinear como consecuencia del desplazamiento de uno de los conjuntos, tren trasero o caja de cambios. Normalmente se montan emparejadas.Las juntas cardán, bien calculadas y engrasadas, pueden transmitir el par que el motor genere permitiendo desplazamientos angulares de hasta 25°. [3]

Figura 2 Juntas cardán

3.3 Semi árboles de Transmisión

2


Los semiárboles son los encargados de transmitir el par desde los planetarios del diferencial hasta las ruedas. Los semiárboles se diseñan teniendo en cuenta el sistema de propulsión, tracción delantera o propulsión trasera así como el tipo de suspensión y dirección que emplea el vehículo. [1]

Figura 3 Semiárbol de transmisión

3.4 Juntas Homocinéticas3.4.1 Junta homocinética de bolas (Rzeppa)Esta junta lleva seis u ocho bolas sujetas por medio de una jaula que se desplaza sobre seis u ocho gargantas tóricas que forman la otra mitad de la junta. La junta homocinética con este diseño permite un deslizamiento longitudinal que la junta cardán normal no puede realizar.

Figura 4 Junta homocinética de bolas. [2]

3.4.2 Junta homocinética deslizanteLa junta homocinética deslizante permite compensar el movimiento axial o longitudinal que se produce como consecuencia de la mayor longitud que deberíatener el semiárbol cuando la rueda se desplaza en un bache o montículo. Permite también el movimiento ascendente o descendente en cualquier posición que se encuentre la transmisión. [3]

Figura 5 Junta homocinética deslizante.

4. Desarrollo de la práctica

4.1 Enumerar cronológicamente los pasos seguidos para el análisis del árbol de transmisión.

1.- Para esta práctica fue asignada un cardán para cada grupo, en donde se debió realizar su análisis.

Figura 6 Cardán asignado al grupo

2.- Se procedió a realizar su respectiva medición tanto de los diámetros y longitudes del cardán.

Figura 7 Medición del diámetro en uno de los extremos

Longitud=113 cm

3


Diámetro: 7.76 cm

3.- Se procedió a verificar el ángulo del cardán en donde alcanzo unos 20°

4.- Finalmente se procedió a verificar el estriado del cardan.

Figura 8 Verificación del estriado del cardán

4.2 Presentar los resultados de la verificación del estado de los elementos del cardán.

Tabla 1: Estado de los elementos del cardan

Elemento Comprobación y manera

de realizarlo

Estado del elemento

Acción a tomar

Junta de cardán

Se verifica el ángulo de inclinación máxima que tiene

Una junta del cardan normalmente llega a los 25° pero en este caso esta hasta 20°, por lo que se ve bien

Se debería realizar una limpieza

Árbol de transmisión

La comprobación se lo realiza de manera visual a que no exista roturas, fisuras

Se encuentra con golpeaduras por lo que no está en un buen estado

Se debería cambiarlo al existir golpes

Eje estriado

Se debe verificar de manera visual a que no

El elemento se encuentra en buenas

Al instalar se debería

existan desgaste en los dientes

condiciones poner grasa para su acople

4.3 Realice el dimensionado de una junta cardan de acuerdo al par transmitido (T) a partir de la potencia aplicada (P) y la velocidad de giro del eje conductor (ω), y verifique con las dimensiones de la junta universal de cualquier vehículo.

T=13.5 Nma4000 rpmP=94.7 hp=7 0.62kW

ω=5600 rpm

τ=coeficiente de torsiondel acero=750 x 10−2 kg/mm2

τ= T2 π (D4−d4)

32 D

D3= T∗323 π∗τ∗0.69

= 13500∗323π∗750 x10−2∗0.69

=8056.879 mm3

D= 3√8056.879=20.04 mm=2.004 cm

4.4 Calcule la velocidad crítica a la que puede girar la junta doble cardan de su maqueta asignada un máximo correspondiente antes de aparición de vibraciones en los ejes.

V critica=300√ f

rpm

Para determinarla se debe tener en cuenta el valor de la flecha elástica (fo) del árbol en función de su propio peso Po, del momento de inercia de su sección Io, de su longitud L y del módulo elástico del material E.

4


f o=( 148 )∗( Po∗L3

E∗I o)

Siendo el peso específico del material, el peso del árbol será de:

Po=π4∗( dexterior∗d interior )∗L∗¿

El momento de inercia es:

I o=π32

∗(dexterior4−d interior4 )

Sustituyendo formúlalas se obtiene:

V critica=√ E∗(√ dexterior2−d interior2

L2 )r . p . m

Utilizando para la construcción del árbol un acero fino de alta resistencia F-123 cuyas propiedades mecánicas son:

E=65 x106[ Kgcm2 ]

¿7.8 x10−3[ Kgcm2 ]

di=0.75 D

di=0.75 (7.76 )=5.82cm

Sustituyendo estos valores en la ecuación

V critica=671∗(√ 7.762−5.822

1.132 )r . p .m

V critica=14334.5 r . p .m

4.5 Realice una breve investigación acerca de las siguientes configuraciones de las juntas universales

Configuración Z.- Los planos formados por los ejes de entrada y salida en paralelos.

Figura 9. Junta cardan. [4]

Configuración W.- Los planos por los ejes de entrada y salida son secantes.


Configuración W-Z.- Conocido como tridimensional es una combinación de las configuraciones Z –W


4.6 Realice el cálculo de la estimación de la vida útil (horas) de la junta cardan, teniendo en cuenta el Torque, ángulo de inclinación y RPM para ello utilice la siguiente gráfica:

5


Tabla 2. Datos.Datos que contamos para realizar los cálculos

Par máximo de motor 133.5 Nm /13.37 kg-m @ 4000 r.p.m

Régimen máximo de giro de motor

5600 r.p.m

Ángulo de inclinación 20

Según la gráfica la junta tiene 450 horas de vida.

4.7 Realice una breve descripción del siguiente tipo de juntas.

RZEPPADe mayor complejidad constructiva tiene igualmente una gran presencia en la mecánica actual, siendo conocida también como homocinética de bolas, debido a su construcción con 6 bolas encontradas en su jaula, las cuales gracias a las disposición de ésta y las gargantas hacen que el par sea transmitido por 2 bolas al mismo momento que las restantes 4 aseguran el plano bisector.Esta junta es muy utilizada en combinación con la Glaenzer, teniendo como una de sus principales características su larga vida útil.

Figura 12. Junta RZEPPA [5]

BENDIX – WEISSEsta junta consiste en dos ejes finalizados en horquillas con pistas interiores por las que circulan bolas.Las bolas proporcionan las puntos de contacto propulsores, van sin jaula que controle las bolas, las cuales van perfectamente ajustadas en sus pistas.

Figura 13. Junta BENDIX [5]

TRIPODELa junta trípode deslizante o de tipo Glaencer es de engrase permanente y se caracteriza por su reducido volumen. Esta tipo de junta siempre se coloca en el lado del diferencial y tiene un rendimiento muy elevado y muy poca resistencia al deslizamiento.

Figura 14. Junta TRIPODE. [5]

TRACTALas nueces macho y hembra se acoplan entre sí haciendo que los elementos que transmiten el movimiento están siempre en el plano bisector. Puede trabajar con ángulos muy elevados; pero cuando se alcanzan valores del orden de 45º no permite la transmisión de pares altos.

Figura 15. Junta TRIPODE. [5]

6


BIRFIELD

Figura 16. Junta BIRFIELD. [5]

CORNAY

Figura 17. Junta CORNAY[5]

UNIVERSAL FLEXIBLEJunta con el uso de un muelle.

Figura 18. Junta UNIVERSAL FLEXIBLE [5]

ELÁSTICA SILENTBLOCKJuntas con articulaciones de goma

Figura 19. Junta ELÁSTICA SILENTBLOCK [5]

THOMPSON

Figura 20. Junta THOMPSON [5]

4.8 Realizar el siguiente calculo, en la figura 6 se muestra una junta universal doble con tres ejes contenidos en un mismo plano, el ángulo B1=25º y el ángulo B2=35º y la velocidad y el torque de entrada son W=20 RPM y M1 = 2 N.m en el eje E1. Se desea saber:

-La velocidad de rotación en los otros dos ejes comparada con la del eje de entrada.

-La aceleración rotativa en los otros dos ejes.

Datos:

B1=20º B2=55º W=20 RPM M1 = 2 N.m

En primer lugar se emplea la siguiente expresión para ver la relación de velocidades:

7


Con esto el ángulo del eje E3 fluctuará aproximadamente un 11%.

Para determinar la velocidad de rotación en cada eje, se sabe que en el eje E1 la velocidad de rotación es constante y en consecuencia el

ángulo φ=20∗2 π60 t

= 23 πt , siendo 1 2/3 ,

en consecuencia se tiene que derivar la ecuación anterior con respecto al tiempo una vez y se tendrá:

La aceleración en cada eje se obtiene a partir de derivar las expresiones anteriores con respecto al tiempo.

En las funciones obtenidas dando valores de tiempo de 0 a 1 seg se tiene los siguientes valores de velocidad y aceleración el cada eje:

Tabla 3. Datos.Tiempo

[seg]ω1[rpm] ω2[rpm]

0.0 18.13 24.420.1 21.27 17.370.2 20.19 19.060.3 18.38 23.520.4 21.97 16.500.5 19.14 21.320.6 19.11 21.40.7 21.98 16.480.8 18.4 23.460.9 20.16 19.131.0 21.3 17.33

5. ConclusionesCuando se presentan sonidos extraños, cuando el vehículo está en movimiento es una señal de que se debe realizar la inspección de los elementos, como en el caso del cardan que genera un ruido al presentar ya desgaste en las crucetas lo que indica que se deben cambiar, el conductor debe estar atento para de esta manera evitara daños mayores.

A más de la inspección regular de las juntas se debe dar el engrase necesario para que perduren su tiempo de uso de esta manera se optimiza su utilización, no se debe exceder en el engrasado de los elementos porque esto ocasionaría perjuicios en los retenedores de las juntas, generando así deterioro.

Se debe utilizar la grasa adecuada para las juntas homocinéticas, ya que no todas tienen las mismas propiedades, a más de esto se deben revisar los forros de protección para evitar así la contaminación con agua o tierra lo que generaría el deterioro del engrase.

6. Bibliografía

[1] E. J. Domínguez y J. Ferrer, Sistemas de

transmisión y frenado, Editex.

[2] E. Águeda Casado, J. M. Navarro y T. Gómez Morales, Sistemas de Transmision y frenado, transporte y mantenimiento de vehículos mecánica de vehículos automóviles, Madrid: Paraninfo, 2012.

[3] Dani, «Aficionados a la Mecánica,» [En línea]. Available: http://www.aficionadosalamecanica.net/

direccion.htm.

[4] Universidad Carlos III de Madrid, “Diseño Mecànico, Juntas Universales” Pàgina 24-26

[5] Universidad Carlos III de Madrid, “Diseño Mecànico, Juntas Universales” Pàgina 45-52

8


9

informe 11 arboles de transmisión

Documents