B. Revisin de los principios fsicos de transmisin de potencia automotriz

NOMBRE DEL ALUMNO: Jorge Alonso Mireles Villegas.

NOMBRE DEL MAESTRO: Tec. Manuel Frank Guerrero.

MATERIA: Mantenimiento a sistemas de transmisin.

GRUPO: 405.

ESPECIALIDAD: Autotrnica.

SEMESTRE: Cuarto.

SEGUNDA LEY DE NEWTON

La aceleracin de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que acta sobre l e inversamente proporcional a su masa.De esta forma podemos relacionar la fuerza y la masa de un objeto con el siguiente enunciado:

Una buena explicacin para misma es queestablece que siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce una fuerza sobre el primero cuya magnitud es igual, pero en direccin contraria a la primera. Tambin podemos decir que la segunda ley de Newton responde la pregunta de lo que le sucede a un objeto que tiene una fuerza resultante diferente de cero actuando sobre l.TRABAJOEn mecnica clsica, se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo ser equivalente a la energa necesaria para desplazarlo1 de manera acelerada. El trabajo es una magnitud fsica escalar que se representa con la letra (del ingls Work) y se expresa en unidades de energa, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Ya que por definicin el trabajo es un trnsito de energa,2 nunca se refiere a l como incremento de trabajo, ni se simboliza como W.TORQUEEn ingeniera, torsin es la solicitacin que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecnico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensin predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

El estudio general de la torsin es complicado porque bajo ese tipo de solicitacin la seccin transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenmenos:Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la seccin transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus lneas de flujo "circulan" alrededor de la seccin.Cuando las tensiones anteriores no estn distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la seccin tenga simetra circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.El torque es la fuerza que ejerce una rueda o algo que gire, o es la fuerza que se le ejerce a algo para hacerlo girar, un ejemplo si tenemos una llave ajustable y tratamos de apretar una tuerca estaremos aplicando torque para apretar dicha tuerca, el torque se represente en fsica como Nm (metro newton) o sea significa que en una palanca de un metro de longitud si se le aplica una fuerza de un newton estar ejerciendo un newton de torque, tambin puede ser opuesto en el caso de un motor supongamos que tienes un motor con una rueda de un metro de radio conectada a su eje y pasa una cuerda por la rueda con un peso en el extremo de un kilo y el motor lo mueve estar produciendo un torque, para abreviar torque es la fuerza que ejerce una palanca cuando est en un pivote.PAR DE TORSINEl par o torque es un nmero que expresa el valor de la fuerza de torsin. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un brazo de 1 metro el torque o par ser de 1 kilo x metro (1 kilogrmetro).En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsin es limitada. Depende de la fuerza de expansin mxima que logran los gases en el cilindro. El torque mximo se consigue cuando el rendimiento volumtrico es mximo y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.El par motor tambin depende del largo del brazo del cigeal.Los motores de mayor tamao estn equipados con cigeal de brazo ms largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsin con menos fuerza de expansin de los gases.VELOCIDADLa velocidad es una magnitud fsica de carcter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se representa por o. Sus dimensiones son [L]/ [T].1 2 Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (smbolo m/s).En virtud de su carcter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la direccin del desplazamiento y el mdulo, el cual se denomina celeridad o rapidez.3De igual forma que la velocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posicin por unidad de tiempo, la aceleracin es la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.

ACELERACIN

Enfsica, laaceleracines una magnitudvectorialque nos indica el cambio develocidadporunidad de tiempo. En el contexto de lamecnica vectorial newtonianase representa normalmente poroy sumdulopor. Sus dimensiones son. Su unidad en elSistema Internacionales elm/s2.En la mecnica newtoniana, para un cuerpo conmasaconstante, la aceleracin del cuerpo es proporcional a lafuerzaque acta sobre l mismo (segunda ley de Newton):

DondeFes la fuerza resultante que acta sobre el cuerpo,mes lamasadel cuerpo, yaes la aceleracin. La relacin anterior es vlida en cualquiersistema de referencia inercial.

POTENCIA

El concepto de potencia puede emplearse para nombrar a la cantidad de trabajo que se desarrolla por una cierta unidad de tiempo. Puede calcularse, en este sentido, dividiendo la energa invertida por el periodo temporal en cuestin. En el lenguaje coloquial, potencia es sinnimo de fuerza o poder.La potencia mecnica es la potencia transmitida mediante la accin de fuerzas fsicas de contacto o elementos mecnicos asociados como palancas, engranajes, etc. El caso ms simple es el de una partcula libre sobre la que acta una fuerza variable. De acuerdo con la mecnica clsica, el trabajo realizado sobre la partcula es igual a la variacin de su energa cintica.

TRANSMISIN DE MOVIMIENTOUn mecanismo es un dispositivo que transforma el movimiento producido por un elemento motriz en un movimiento deseado en la salida. La trasformacin de la fuerza y el movimiento producido, generalmente por un motor, se suele realizar mediante cadenas cinemticas, que son sistemas de elementos mecnicos convenientemente conectados entre s para transmitir potencia mecnica del elemento motriz a la carga propiamente dicha.Estos elementos mecnicos, a su vez, suelen ir montados sobre los llamados ejes de transmisin, que son piezas cilndricas sobre las cuales se colocan los mecanismos de transmisin correspondientes y que sern los encargados de transmitir el movimiento de una parte a otra del sistema.Entre los mecanismos de transmisin ms importantes empleados en la transmisin de potencia mecnica a travs de cadenas cinemticas, podemos destacar: sistemas de poleas y correas, sistemas de ruedas de friccin, sistemas de engranajes, sistemas de ruedas dentadas y cadenas, sistemas de tornillo sinfn y rueda helicoidal, sistemas de rueda dentada y cremallera, etc.Los sistemas de transmisin de poleas y correas se emplean para transmitir la potencia mecnica proporcionada por el eje del motor entre dos ejes separados entre s por una cierta distancia. La transmisin del movimiento por correas se debe alrozamientostas sobre las poleas, de manera que ello slo ser posible cuando el movimientorotricoy detorsinque se ha de transmitir entre ejes sea inferior a la fuerza de rozamiento. El valor del rozamiento depende, sobre todo, de la tensin de la correa y de la resistencia de sta a la traccin; es decir, del tipo de material con el que est construida (cuero, fibras, hilos metlicos recubiertos de goma, etc.) y de sus dimensiones.Laspoleasson ruedas con una o varias hendiduras en la llanta, sobre las cuales se apoyan las correas.

Lascorreasson cintas cerradas de cuero y otros materiales que se emplean para transmitir movimiento de rotacin entres dos ejes generalmente paralelos. Pueden ser de forma plana, redonda, trapezoidal o dentada.Este sistema se emplea cuando no se quiere transmitir grandes potencias de un eje a otro. Su principal inconveniente se debe a que el resbalamiento de la correa sobre la polea produce prdidas considerables de potencia; sobre todo en el arranque. Para evitar esto parcialmente se puede utilizar una correa dentada, que aumenta la sujecin.Para evitar que las correas se salgan de las poleas, ser necesario que las primeras se mantengan lo suficientemente tensas como para que sean capaces de transmitir la mxima potencia entre ejes sin llegar a salirse ni romperse. Para evitar este problema se emplean a veces rodillos tensores, los cuales ejercen sobre las correas la presin necesaria para mantenerlas en tensin.Mecanismo multiplicador y reductor de velocidadSe denominamecanismo multiplicadorde velocidad a aqul que transforma la velocidad recibida de un elemento motor (velocidad de entrada) en otra velocidad mayor (velocidad de salida).

Se denominamecanismo reductorde velocidad a aqul que transforma la velocidad de entrada en una velocidad de salida menor.En todo mecanismo de transmisin existen como mnimo dos eje, llamadoseje motrizyeje conducidoo arrastrado. El eje motriz es el que genera el movimiento y puede estar acoplado a un motor o ser accionado manualmente por medio de una manivela. El eje conducido es el que recibe el movimiento generado por el eje motriz.La velocidad de giro de los ejes se puede medir de dos formas: Velocidad circular (n)en revoluciones o vueltas por minuto (r.p.m.). Velocidad angular (w)en radianes por segundo(rad/seg).La expresin matemtica que hace pasar de r.p.m. a rad/seg es:w = (2 * p * n) / 60

Transmisin SimpleCuando un mecanismo se transmite directamente entre dos ejes (motriz y conducido), se trata de un sistema de transmisin simple.Si se consideran dos peleas de dimetros "d1" y "d2" que giran a una velocidad "n1" y "n2" respectivamente, tal y como se indica en la figura, al estar ambas poleas unidas entre s por medio de una correa, las dos recorrern el mismo arco, en el mismo periodo de tiempo.d1 * n1 = d2 * n2De donde se deduce que los dimetros son inversamente proporcionales a las velocidades de giro y, por tanto, para que el mecanismo acte como reductor de velocidad, la polea motriz ha de ser de menor dimetro que la polea conducida. En caso contrario actuar como mecanismo multiplicador.El sentido de giro de ambos ejes es el mismo.

Relacin de transmisin (i)i = velocidad de salida / velocidad de entradai = n2 / n1 = d1 / d2Cuando i es mayor que 1 es un sistema multiplicador.Cuando i es menor que 1 es un sistema reductor.Transmisin CompuestaCuando un movimiento se transmite entre ms de dos rboles o ejes de transmisin se dice que se trata de un sistema de transmisin compuesta.Consideremos el siguiente ejemplo de la figura.n1 *d1 = n2 * D2n2 * d2 = n3 * d3i = n3 / n1 = (d1 / D2) * (d2 / d3)i = i1,2 * i2,3 = (d1/D2) * (d2/d3) = (n2/n1) * (n3/n2)

TRANSMISIN DE FUERZAS

El sistema para transmitir la fuerza producida por el motor a las ruedas de un vehculo, ha sido motivo para desarrollar y unificar numerosos componentes y as crear un sistema de transmisin de fuerza.

Como principios fundamentales de este sistema, se tiene que: La fuerza desarrollada por el motor, determina la velocidad con la cual el vehculo puede operar. La cantidad de fuerza desarrollada es por lo tanto determinada directamente por la velocidad de operacin del motor. Tenindose como regla bsica: si el motor trabaja ms rpido, se desarrolla ms fuerza.

Por ejemplo, un motor debe trabajar a 4000 revoluciones por minuto para desarrollar la suficiente fuerza y el vehculo pueda alcanzar una velocidad de 110Km por hora, no obstante, esto es realmente prctico, el problema surge cuando se intenta conectar el motor directamente a las ruedas del vehculo. Esto se debe a que una llanta de tamao mediano gira a solo 1000 revoluciones por minuto para obtener una velocidad de 110 Km/h, siendo por lo tanto imposible el conectar directamente el motor a las ruedas en sta velocidad.

Para sto se requiere de un sistema que tenga la funcin de reducir la velocidad de salida del motor en los intervalos de aplicacin a las ruedas y en tales condiciones el motor trabaje lo suficiente y desarrolle la fuerza requerida.

La solucin a este problema, se obtiene utilizando un componente conocido como engranaje reductor de transmisin para conectar el motor a las ruedas. Un engranaje de diseo cnico recto acoplado con cada una de las flechas de las ruedas permite a este mecanismo cambiar la direccin de fuerza Torsional. Los engranes de reduccin normalmente usados, disminuyen la velocidad del motor 4:1 - 5:1.

Una complicacin en el sistema aparece posteriormente, sto, sin embargo, se debe a que el vehculo no es siempre conducido a una velocidad constante, siendo necesario variar la fuerza del motor segn las condiciones y requerimientos del camino. Un solo mecanismo de reduccin no puede hacer la funcin de variar las necesidades de fuerza y velocidad.

El motor debe ejercer mayor torque (fuerza de rotacin) para iniciar el movimiento del vehculo, para acelerar de una velocidad baja o subir una cuesta y mantener el vehculo a una velocidad constante. Por otra parte, la velocidad en la cual opera el motor, determina la cantidad de torque desarrollado. El torque mximo es producido aproximadamente en el punto medio de rango de velocidad del motor, posterior a sta velocidad la cantidad de torque disminuye rpidamente.

Como aplicacin prctica de este principio, un motor que est operando a bajas revoluciones no puede producir el suficiente torque para poner en movimiento al vehculo, ni acelerar o subir cuestas pronunciadas. Para llevar a cabo estos movimientos, el torque debe multiplicarse.

Esto es controlado por la transmisin. La transmisin contiene una serie de relaciones de engranes que cubren el rango completo de velocidad de un vehculo en particular. Estas relaciones tienen dos propsitos:

1) Cada relacin multiplica el torque producido por el motor: y

2) Cada relacin permite al motor operar rpida y continuamente para desarrollar ms torque y fuerza hasta alcanzar el punto por la cual el vehculo puede operar nicamente a travs del engranaje reductor final.

La transmisin tambin tiene una funcin adicional. Sirve como un mtodo de desconexin del mecanismo entre el motor y las ruedas. Esta desconexin es necesaria en los momentos de operacin, cuando el motor es arrancado y los engranes son cambiados. Para sto, cuando el conductor quiere poner en movimiento el vehculo, el motor y la transmisin deben conectarse suavemente. Esta suavidad es obtenida mediante un componente conocido como embrague.

Otro componente, el engranaje final, tambin funciona para obtener una operacin suave del vehculo.

El mecanismo diferencial, entra en accin cuando el vehculo es conducido en una curva. Cuando esto ocurre, la rueda en el lado exterior de la curva gira ms rpido que la rueda interior, debido al mecanismo de engranes incorporados que permite dicha operacin.

Otros dos componentes del sistema de transmisin de fuerza son utilizados para conectar la transmisin al engranaje final y las ruedas. Nombrndolos, stos son: la flecha cardn que se encuentra entre la transmisin y el eje trasero, los semiejes entre el engranaje final y las ruedas.

Tal como fue descrito en prrafos anteriores, el sistema de transmisin de fuerza consta bsicamente de un embrague, una transmisin y un engranaje final que los conectan a las flechas. Cuando estos componentes estn combinados para formar el sistema de transmisin de fuerza, el sistema puede ser operado manualmente (enteramente por el conductor del vehculo), semi-automticamente y completamente automtico.

No obstante, stos son los elementos bsicos, las variaciones en tales diseos y las posiciones son debido a la ubicacin del motor y la cantidad de automatizacin. Por ejemplo, cuando el motor se encuentra en la parte delantera del vehculo para impulsar las ruedas traseras, el sistema de transmisin de fuerza tiene una posicin lineal, siendo colocada en lnea recta entre el motor y eje trasero. Por otro lado, cuando el motor est colocado en la parte trasera del vehculo, la transmisin y componentes del eje trasero estn generalmente combinados. Como una opcin adicional, cuando el motor se encuentra en la parte delantera del vehculo pero usado para impulsar las ruedas delanteras, la transmisin y el engranaje final son combinados. En este caso, un arreglo especial permite que las ruedas sean gobernadas.

MOVIMIENTO CIRCULARSe define comomovimientocircularaqul cuya trayectoria es una circunferencia.Elmovimiento circular,llamado tambin curvilneo,es otro tipo de movimiento sencillo.Estamos rodeados por objetos que describen movimientos circulares: un disco compacto durante sureproduccinen el equipo demsica, las manecillas de un reloj o las ruedas de una motocicleta son ejemplos de movimientos circulares; es decir, de cuerpos que se mueven describiendo una circunferencia.A veces el movimiento circular no es completo: cuando un coche o cualquier otro vehculo toma una curva realiza un movimiento circular, aunque nunca gira los 360 de la circunferencia.La experiencia nos dice que todo aquello da vueltas tiene movimiento circular. Si lo que gira da siempre el mismo nmero de vueltas por segundo, decimos que poseemovimiento circular uniforme (MCU).Ejemplos de cosas que se mueven con movimiento circular uniforme hay muchos:Latierraes uno de ellos. Siempre da una vuelta sobre su eje cada 24 horas. Tambin gira alrededor del sol y da una vuelta cada 365 das. Un ventilador, un lavarropas o los viejos tocadiscos, la rueda de un auto que viaja convelocidadconstante, son otros tantos ejemplos.Pero no debemos olvidar que tambin hay objetos que giran conmovimiento circular variado, ya sea acelerado o desacelerado.Encinemtica, elmovimiento circular(tambin llamadomovimiento circunferencial) es el que se basa en un eje de giro y radio constante, por lo cual la trayectoriaes unacircunferencia. Si adems, la velocidad de giro es constante (giro ondulatorio), se produce elmovimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio y centro fijos y velocidad angular constante. TANGENCIALEs aquel movimiento, es decir, vector velocidad, que tiene una componente que es TANGENTE a una circunferencia.

Pues en el tema velocidades, la velocidad tangencial es eso, una velocidad tangente a una corva, generalmente un crculo. Lo mismo pasa con las aceleraciones. Si hay aceleracin tangencial en un movimiento circular, entonces el cuerpo gira cada vez ms o menos deprisa, pues vara su velocidad tangencial.Aparte de lavelocidad angular, tambin es posible definir lavelocidad linealde un mvil que se desplaza en crculo.Por ejemplo, imaginemos un disco que gira. Sobre el borde del disco hay un punto que da vueltas con movimiento circular uniforme.Ese punto tiene siempre una velocidad lineal que es tangente a la trayectoria. Esa velocidad se llamavelocidad tangencial.Para calcular la velocidad tangencial hacemos: espacio recorrido sobre la circunferencia (o arco recorrido) dividido por el tiempo empleado, que expresamos con la frmula:Pero comoentoncesque se lee velocidad tangencial es igual a velocidad angular multiplicada por el radio.Como la velocidad angular () tambin se puede calcular en funcin del periodo (T) con la frmulay la velocidad tangencial siempre est en funcin del radio, entonces la frmulase convierte enque se lee: la velocidad tangencial es igual a 2 pi multiplicado por el radio (r) y dividido por el periodo (T).Adems, como (velocidad angular) se expresa eny el radio se expresa en metros, las unidades de la velocidad tangencial sern metros por segundo (m/seg).RADIALSi tenemos un ngulo cualquiera y queremos saber cunto mide, tomamos un transportador y lo medimos. Esto nos da el ngulo medido en grados. Este mtodo viene de dividir la circunferencia en 360, y se denomina sexagesimal.(Para usar la calculadora en grados hay que ponerla enDEG,Degrees, que quiere decir grados en ingls).El sistema de grados sexagesimales esunamanera de medir ngulos, pero hay otros mtodos, y uno de ellos es usando radianes.Ahora veamos el asunto de medir los ngulos pero enradianes.Para medir un ngulo en radianes se mide el largo del arco (s) abarcado por el ngulo de la figura a la izquierda. Esto se puede hacer con un centmetro, con un hilito o con lo que sea. Tambin se mide el radio del crculo.Para obtener el valor del ngulo () en radianes usamos la frmula:y tenemos el ngulo medido en radianesHacer la divisin del arco sobre radio significa ver cuntas veces entra el radio en el arco. Como el radio y el arco deben medirse en la misma unidad, el radin resulta serun nmero sin unidades.Esto significa que el valor del ngulo en radianes solo me indica cuntas veces entra el radio en el arco. Por ejemplo, si el ngulo mide 3 radianes, eso significa que el radio entra 3 veces en el arco abarcado por ese ngulo.Su quisiramos calcular o conocer al valor del arco, hacemos: