UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

MATERIA:

TREN DE FUERZA MOTRIZ

PROFESOR:

Ing. JORGE FAJARDO

TEMA:

INFORME DE LA PRACTICA 6

ALUMNOS:

LUIS MENDOSA

IVAN BENAVIDES

LEONEL QUINTUÑA

FABIAN AREVALO

FECHA:

30/11/2012

TREN DE FUERZA MOTRIZ

OBJETIVO GENERAL: Comprender el funcionamiento de una caja de cambios manual.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Identificar los componentes que conforman la caja de cambios. Comprender la función que cumplen los componentes de la caja de

cambios. Comprobar el estado de los componentes de la caja de cambios y

entender como influye su estado en el funcionamiento de la misma. Obtener las relaciones de trasmisión de cada marcha de dicha caja.

MARCO TEORICO:

Cajas de cambio manuales

Tradicionalmente se denominan cajas mecánicas a aquellas que se componen de elementos estructurales (carcasas y mandos) y funcionales (engranajes, ejes, rodamientos, etc) de tipo mecánico. En este tipo de cajas de cambio la selección de las diferentes velocidades se realiza mediante mando mecánico, aunque éste puede estar automatizado.

Los sistemas de la caja de cambios de marchas manual ha evolucionado notablemente desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas manuales sin dispositivos de sincronización hasta las actuales cajas de cambio sincronizadas de dos ejes independientemente de la disposición transversal o longitudinal y delantera o trasera, las actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos tipos:

De tres ejes: un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo transmite a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje secundario de salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.

De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.

En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados actualmente en los ejes son de dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja de que la transmisión de par se realiza a través de dos dientes simultáneamente en lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional siendo además la longitud de engrane y la capacidad de carga mayor pero con la desventaja que al haber mayor superficie de contacto existe

mayor contacto entre los dientes, mayor fricción y desgaste lo que conlleva una correcta elección del lubricante. En este tipo de caja de cambios existe mayor suavidad en la transmisión de esfuerzo entre piñones que se traduce en un menor ruido global de la caja de cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto ya que a pesar de soportar peor la carga su utilización es menor y además tienen un coste más reducido.

Caja de cambios manual de tres ejes.

Este tipo de cajas es el más tradicional de los usados en los vehículos actuales y tiene la ventaja principal de que al transmitir el par a través de tres ejes, los esfuerzos en los piñones son menores, por lo que el diseño de éstos puede realizarse en materiales de calidad media.

En la figura inferior se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual de cuatro velocidades dispuesto longitudinalmente. El par motor se transmite desde el cigüeñal del motor hasta la caja de cambios a través del embrague (Q). A la salida del embrague va conectado el eje primario (A) girando ambos de forma solidaria. De forma coaxial al eje primario, y apoyándose en éste a través de rodamiento de agujas, gira el eje secundario (M) transmitiendo el par desmultiplicado hacia el grupo cónico diferencial. La transmisión y desmultiplicación del par se realiza entre ambos ejes a través del eje intermediario (D).

Imagen 1: http://aficionadosalamecanica.com/caja-cambios1.htm, Componentes de una caja de velocidades de tres ejes

COMPONENTES DE LA CAJA DE CAMBIOS

La caja de cambios que se utilizo para la práctica era de 3 ejes y constaba de los siguientes elementos:

Carcasa.- Es donde se alojan los ejes, engranajes lubricante de la caja de cambios, además es donde se colocan los elementos de mando y se sujeta ala carrocería o chasis del vehículo

Eje primario.- Es el que recibe el movimiento desde el embrague que lo recibe desde el motor, el primario lleva un único piñón conductor como es en este caso de caja longitudinal.

Eje intermediario.-Este gira en sentido contrario al del motor, consta de un piñón corona que engrana con el conductor del primario, además tiene varios piñones que son solidarios al eje y que engranan con el secundario para poder colocar la marcha deseada.

Foto1: Maqueta caja de cambios UPS-

Carcasa

Foto2: Maqueta caja de cambios UPS- Eje primario

Eje secundario.- Esta formado por varios engranajes conducidos que están sueltos en el árbol, giran al mismo sentido que el motor y trasmiten la velocidad al elemento diferencial y de ahí al as ruedas.

Engranajes.- Son aquellos que trasmiten el movimiento de un eje a otro, en este caso en la caja existen helicoidales y de dientes rectos.

Foto3: Maqueta caja de cambios UPS- Eje intermediario

Foto4: Maqueta caja de cambios UPS- Eje secundario

Foto5: Maqueta caja de cambios UPS-

Engranajes

Sincronizadores.- Son los encargados de reducir la velocidad del piñón a engranar, cuenta con un dentado interno que es el que se acopla con el piñón y uno externo que guía al collar.

Collar.- Es el encargado de unir dos piñones para que se pueda realizar la transmisión del movimiento.

Horquilla.- Es la encargada de mover los collares a cada posición adecuada para poder ingresar el cambio.

Varillas de selección.- Son las que utilizan para poder mover las horquillas, que moverán los collares para poder ingresar los cambios a voluntad del conductor.

Rodamientos.- Son elementos que soportan a los ejes, además reducen las cargas sobre los mismos y ayudan al giro.

Eje de reversa.- Es el que contiene al piñón de reversa, y que se encarga de acoplarlo y desacoplarlo.

Foto6: Maqueta caja de cambios UPS-

Horquilla

Foto7: Maqueta caja de cambios UPS- Varillas de selección

FUNCIONAMIENTO.

El funcionamiento de la caja de cambios se basa en reducir las velocidades de los piñones para poder acoplarlos y de esa forma colocar las diferentes marchas, ese proceso se realiza de la siguiente manera.

En la posición de neutro los collares se encuentran en la posición entre los piñones de 4-3 y de 2-1, además el piñón de retro no se encuentra acoplado, de esta manera el movimiento se transmite desde el embrague hasta el eje primario de ahí no se trasmite hacia el secundario evitando la trasmisión del par.

Para colocar la primera marcha, se utiliza la palanca de cambios para mover las varillas y que estas coloquen el collar en al piñón de primera marcha (el ultimo del eje secundario) para realizar este paso el sincronizador reduce la velocidad del piñón de primera marcha y sirve de guía al collar para que pueda encajar de manera correcta además el sincronizador también se acopla, una vez realizado este paso, el movimiento proveniente del embrague es trasmitido al eje primario, el cual a su vez lo hace hasta el intermediario, como el collar se encuentra colocado en el piñón de primera marcha se acopla el piñón del eje intermediario trasmitiendo así el movimiento y multiplicando la fuerza del par motor y trasmitiéndola al diferencial y de ahí a las ruedas.

Foto8: Maqueta caja de cambios UPS- Eje de reversa

Foto9: Maqueta caja de cambios UPS- Posición de primera marcha

Para colocar la segunda marcha, se utiliza la palanca de cambios para mover las varillas y que estas coloquen el collar en al piñón de segunda marcha (el antepenúltimo del eje secundario) para realizar este paso el sincronizador reduce la velocidad del piñón de segunda marcha y sirve de guía al collar para que pueda encajar de manera correcta además el sincronizador también se acopla, una vez realizado este paso, el movimiento proveniente del embrague es trasmitido al eje primario, el cual a su vez lo hace hasta el intermediario, como el collar se encuentra colocado en el piñón de segunda marcha se acopla el piñón del eje intermediario trasmitiendo así el movimiento y multiplicando la fuerza del par motor y trasmitiéndola al diferencial y de ahí a las ruedas.

Para tercera y cuarta marcha el procedimiento es el mismo, solo que cada vez se aumenta la marcha se reduce la fuerza del cambio y se aumenta la velocidad.

Para colocar el reversa se selecciona la palanca en retro haciendo que los collares y sincronizadores queden en posición de neutro y se hace que la horquilla de retro mueva el eje de retro y haga que se acople con el secundario, para trasmitir el movimiento hacia el diferencial y de ahí hasta las ruedas. La reversa es el cambio más fuerte de un vehículo.

HERRAMIENTAS Y EQUIPO Maqueta de una caja de cambios manual (UPS). Franela. Llaves. (10,12,14, 27)

Foto10: Maqueta caja de cambios UPS- Posición de segunda marcha

Dados. (10,12,14,27) Racha. Extensión. Martillo. Desarmador. Punta.

PROCEDIMIENTODesarmado de la caja de ejes:

1. Primero sacamos la maqueta y hacemos una inspección visual, comprobamos su estado. En este caso no se podía ingresar ningún cambio, la palanca de cambios no se movía.

2. Después se procede al desarmado de la misma.3. Retiramos el trompo del velocímetro.

4. Retiramos los pernos de sujeción de las trabas de las varillas de los cambios.'

Foto11: Maqueta caja de cambios UPS- Inspección visual.

Foto12: Maqueta caja de cambios UPS- Trompo del velocímetro retirado.

5. Retiramos los muelles y las bolas de acero de las trabajas de la varillas.6. Retiramos los pernos de sujeción de la cubierta cuerpo de la caja con la campana.

7. Retiramos la parte posterior del cuerpo de la caja de cambios.

Foto14: Maqueta caja de cambios UPS- Desmontaje del cuerpo posterior de la caja.

Foto15: Maqueta caja de cambios UPS- Cuerpo posterior de la caja.

Foto13: Maqueta caja de cambios UPS- Trompo del velocímetro retirado.

8. Retiramos los pernos de sujeción de la tapa del cuerpo delantero de la caja de cambios.

9. Retiramos los pasadores de las varillas de los cambios con las abrazaderas de los sincronizadores.

10. Retiramos las varillas de los cambios.

11. Retiramos el eje del piñón de retro.12. Retiramos el piñón de retro.13. Retiramos el eje secundario.14. Retiramos los piñones del eje secundario.

Foto16: Maqueta caja de cambios UPS- Desmontaje de la tapa del cuerpo de la caja.

Foto17: Maqueta caja de cambios UPS- Desmontaje de las varillas.

Foto18: Maqueta caja de cambios UPS- Proceso de desmontaje de los ejes.

15. Retiramos los pernos de la tapa protectora del rodillo del eje principal que se encuentra en la campana de la caja.

16. Retiramos la tapa protectora.

17. Retiramos el seguro del rodillo.18. Retiramos el eje principal con sus piñones respectivos, canastillas y sincronizadores.

19. Contamos los dientes de cada piñón para poder hacer la relación de trasmisión de las marchas.

Foto21: Maqueta caja de cambios UPS- Eje principal con sincronizadores, canastillas

abrazaderas.

Foto20: Maqueta caja de cambios UPS- Proceso de desmontaje del eje principal.

Foto19: Maqueta caja de cambios UPS- Proceso de desmontaje de la tapa protectora.

Armado de la caja de ejes:

1. Colocamos los piñones en el eje principal con los sincronizadores y las canastillas.2. Colocamos el eje principal en la estructura de la caja de cambios.

3. Colocamos las abrazaderas de los sincronizadores.

4. Colocamos las varillas de los cambios y los pasadores para ajustarlo a las abrazaderas de los sincronizadores.

Foto22: Maqueta caja de cambios UPS-Colocación del eje principal.

Foto23: Maqueta caja de cambios UPS- Colocación de las abrazaderas de los

Foto24: Maqueta caja de cambios UPS- Colocamos las varillas de los cambios.

5. Colocamos los piñones secundarios en su posición.6. Colocamos el eje secundario, tomando en cuenta las arandelas, y los rodillos de

cilindro de los piñones.7. Colocamos el piñón de retro en su posición.8. Colocamos el eje del piñón de retro.9. Colocamos la abrazadera del piñón de retro y su varilla.

10. Colocamos los pasadores de las abrazaderas y las varillas.11. Colocamos la tapa del cuerpo delantero de la caja de cambios.

12. Apretamos los pernos de sujeción de la tapa.13. Colocamos la parte posterior del cuerpo de la caja de cambios.14. Apretamos los pernos de sujeción.15. Colocamos los enclavamientos de las varillas de los cambios.16. Colocamos la tapa y la palanca de cambios.17. Apretamos los pernos de la tapa de la palanca de cambios.18. Colocamos es seguro del rodillo del eje principal.

Foto25: Maqueta caja de cambios UPS- Colocación la abrazadera del piñón de retro

Foto26: Maqueta caja de cambios UPS- Colocación la tapa del cuerpo delantero

19. Colocamos la tapa de protección.

20. Apretamos los pernos de sujeción.21. Colocamos y apretamos el trompo del velocímetro.22. Procedemos a comprobar el armado y el apriete correcto de todos los elementos y

concluimos.

CÁLCULOS DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN.

i1=z2 x z 3z1 x z 4

=31 x3520 x14

=3.87

i2=z2 x z 5z1 x z 6

=31x 2820 x 20

=2.17

i3=z2 x z7z1 x z 8

=31x 2520 x 26

=1.49

i4=1

Foto27: Maqueta caja de cambios UPS- tapa de protección

iR=31x 3420x 14

=3.76

1. Datos ω=2200 RPM Cm=145.392Nm rc=185 /65/R 13

m=1160 kg Coef .Rodadura=0.013 Pendiende de25 %

a=0.5m

s2

2. Conversiones

rc=185 (0.65 )+13( 25.42 )

rc=285.35 mm→0.28535m

3. Cálculos

F p=P sin( 25100 )

F p=1160∗9.81∗sin( 25100 )

F p=2843.45 Nm

F rd=P∗Coef .Rodadura

F rd=1160∗9.81∗0.013

F rd=147.93Nm

F i=m∗a

F i=1160∗0.5

F i=580 Nm

Fd=F p+F rd+F i

Fd=2843.45 Nm+147.93 Nm+580Nm

Fd=3571.38 Nm

F e>Fd

F e=3600Nm

Diferencial idiferencial=¿dientes de lacorono

¿ dientesdel piñon−ataque#dientes de la corono=64

#dientes del piñón-ataque=17 idiferencial=6417

=3.765

iT=icaja∗idiferencial

Primera marchaiT=icaja∗idiferencial

iT=3.87∗3.765

iT=14.57005

Segunda marchaiT=icaja∗idiferencial

iT=2.17∗3.765

iT=8.17005

Tercera marchaiT=icaja∗idiferencial

iT=1.49∗3.765

iT=5.60985

Cuarta marchaiT=icaja∗idiferencial

iT=1∗3.765

iT=3.765

ReversaiT=icaja∗idiferencial

iT=3.76∗3.765

iT=14.13

Para hallar la velocidad en cada marcha utilizamos la siguiente formula

V V=2∗rc∗π∗ω∗3.6

iT∗60∗1000

Nota: El rc que lo tenemos en metros lo convertimos en milímetros y el iT varia de

acuerdo a la marcha

Velocidad en primera marcha

V V=2∗285.3∗π∗2200∗3.614.57005∗60∗1000

V V =16.24kmh

Velocidad en segunda marcha

V V=2∗285.3∗π∗2200∗3.68.17005∗60∗1000

V V =27.16kmh

Velocidad en tercera marcha

V V=2∗285.3∗π∗2200∗3.65.60985∗60∗1000

V V =42.17kmh

Velocidad en cuarta marcha

V V=2∗285.3∗π∗2200∗3.63.765∗60∗1000

V V =62.85kmh

Velocidad en reversa

V V=2∗285.3∗π∗2200∗3.614.3∗60∗1000

V V =16.54kmh

CONCLUSIONES:

En la práctica realizada pudimos apreciar los diferentes componentes de una caja de cambios, carcasa, engranajes, sincronizadores, rodillos. Todos ellos cumplen funciones especificas y de vital importancia al momento de accionar la caja de cambios por lo cual es importante al momento de armar la caja colocar los elementos de manera correcta ya que podrían ser elementos críticos que podrían causar un daño en todo sistema.

En la caja de cambios los elementos que están sometidos a mayor desgaste son los sincronizadores ya que son los encargados de conectar el movimiento, de frenar al movimiento de los piñones y de permitir q se conecten los cambios, por estos motivos se debe tener cuidado al colocarlos ya que podríamos romperlos rayarlos y no cumplirían adecuadamente su función reduciendo la eficiencia del vehículo.

La caja de cambios es el elemento multiplicador de par, como pudimos apreciar en la práctica, mientras mayor sea la relación de transmisión mayor será la fuerza del cambio y mientras menor sea será mayor velocidad, por este motivo la caja de cambios es un elemento fundamental del vehículo.

El lubricante es fundamental en una caja de cambios ya que es la encargada, de evitar roce entre el metal de los piñones, refrigera el sistema y además limpia de impurezas que podría causar alguna falla en el sistema.

Para obtener las velocidades del cada marcha no es suficiente la relación de trasmisión de los piñones de la misma, sino que otros datos que influyen de gran manera en este cálculo, lo que hace necesario saber adecuadamente de que automóvil se trata y obtener los datos más precisos posibles para no entregar resultados erróneos.

BIBLIOGRAFIA:http://www.mantenimientomundial.com/sites/mm/notas/Caja.pdfhttp://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/maquinaria/temas/caja_cambios.pdfhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_de_cambioshttp://automecanico.com/auto2003/transma1.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sincronizadoreshttp://aficionadosalamecanica.com/caja-cambios2.htmhttp://mecanicageneral1.blogspot.com/2009/09/caja-de-velocidades.htmlhttp://aficionadosalamecanica.com/caja-cambios1.htm