TRANSMISIONES HIDRULICAS

UNIDAD 5

5 TRANSMISIONES HIDRULICAS

Mecanismo hidrulico que transmite a las ruedas la potencia desarrollada por el motor. En la transmisin hidrulica, la unin mecnica directa entre motor y ruedas est substituida por un motor hidrulico, cuyo elemento dotado de mayor inercia (generalmente, el estator) est unido al motor, y el otro elemento (rotor) a la caja de cambios. El uso de esta solucin tiene su justificacin en el hecho de que con ella puede prescindirse del embrague, aprovechando la posibilidad de deslizamiento entre elemento motor y elemento movido por el motor hidrulico.

5.1 CLASIFICACIN

Existen 2 tipos de transmisin hidrulica: hidrosttica e hidrocintica, correspondientes al empleo de un motor de tipo volumtrico o de turbina. La primera, especialmente para bajas velocidades operativas, no se usa ya en los modernos y veloces motores. Sin embargo, la segunda ha tenido una creciente aplicacin en 2 versiones:

- transmisin de par constante o junta hidrulica: en ella, y dentro de su crter, total o parcialmente lleno de aceite, existen 2 discos dispuestos uno frente a otro, dotados de paletas radiales, de los cuales uno, movido por el motor, empuja centrfugamente el aceite hacia la periferia, el cual, desviado por el crter, entra en las paletas del otro disco arrastrndolo en su rotacin;

- convertidor de par: en l, las paletas estn escantilladas y, adems, entre las paletas giratorias existe un tercer elemento fijo, denominado estator, cuyas paletas son variamente orientables de manera que puedan desviar el flujo de aceite entre las 2 giratorias. Dicha desviacin permite multiplicar el par transmitido, obteniendo una variacin de 1 a 6 entre par entrante y par saliente de la junta.

Para extender con buenos rendimientos el campo de funcionamiento del convertidor de par a un intervalo ms amplio de relaciones de velocidad es necesario fraccionar el sistema de palas del estator, del rotor y de la bomba, obteniendo de ese modo convertidores de varias fases. Merced a sus caractersticas, el convertidor de par se emplea eficazmente, en unin con un cambio automtico de 2-3 velocidades, para realizar transmisiones automticas.

5.2 SELECCIN Y APLICACIN DE ACOPLAMIENTOS HIDRODINAMICOS

Un acoplamiento de fluido es un dispositivo hidrodinmico utilizado para transmitir potencia mecnica giratoria. Se ha utilizado en las transmisiones de automviles como una alternativa a un embrague mecnico. Tambin tiene una amplia aplicacin en unidades de mquinas marinas e industriales, en los que es esencial el funcionamiento a velocidad variable y/o controlada por la puesta en marcha sin carga de choque del sistema de transmisin de potencia.

El fluido hidrulico se dirige por la "bomba" cuya forma se obliga a que el flujo en la direccin de la 'turbina de salida'. Aqu, cualquier diferencia en las velocidades angulares de 'etapa de entrada' y resultado 'etapa de salida' en una fuerza neta sobre el 'turbina de salida' causando un par de torsin, lo que causa que gire en la misma direccin que la de la bomba. El movimiento del fluido es efectivamente toroidal (Que se desplaza en una direccin en los caminos que pueden ser visualizadas como en la superficie de un toro):

Si hay una diferencia entre la entrada y la salida de velocidades angulares de movimiento tiene un componente que es circular

Si las etapas de entrada y salida tienen velocidades angulares idnticas no hay fuerza centrpeta red - y el movimiento del fluido es circular y coaxial con el eje de rotacin, no hay flujo de fluido de una turbina a la otra.

LA VELOCIDAD DE CALADO Una caracterstica importante de un acoplamiento de fluido es su velocidad de prdida. La velocidad de prdida se define como la velocidad mxima a la que la bomba puede girar cuando la turbina de salida est bloqueado y se aplica potencia mxima de entrada. Bajo condiciones de calado toda la potencia del motor se disipara en el acoplamiento de fluido en forma de calor, que puede dar lugar a daos.

PASO CIRCUITO DE ACOPLAMIENTO Una modificacin a la simple acoplamiento de fluido es el acoplamiento-circuito de paso que anteriormente se fabrica como el "acoplamiento STC" por la empresa de ingeniera Fluidrive. El acoplamiento STC contiene un depsito a la que algunos, pero no todos, de la aceite gravita cuando se ha detenido el eje de salida. Esto reduce el "arrastre" en el eje de entrada, lo que resulta en la reduccin del consumo de combustible al ralent y una reduccin en la tendencia del vehculo a "arrastrarse". Cuando el eje de salida empieza a girar, el aceite es lanzado fuera del depsito por la fuerza centrfuga, y vuelve al cuerpo principal del acoplamiento, de manera que se restablece la transmisin de energa normal.

DESLIZARSE Un acoplamiento de fluido no puede desarrollar par de salida cuando las velocidades angulares de entrada y salida son idnticos. Por lo tanto un acoplamiento de fluido no puede alcanzar el 100 por ciento de eficiencia de transmisin de potencia. Debido al deslizamiento que se producir en cualquier acoplamiento de fluido bajo carga, algo de energa siempre se perder en la friccin del fluido y la turbulencia, y se disipa en forma de calor. La mejor eficiencia de un acoplamiento de fluido puede alcanzar es 94 por ciento, que es por cada 100 revoluciones de entrada, habr 94 revoluciones de salida. Al igual que otros dispositivos dinmicos de fluidos, su eficacia tiende a aumentar gradualmente con el aumento de escala, tal como se mide por el nmero de Reynolds.

EL FLUIDO HIDRULICO Como un acoplamiento de fluido opera cinticamente, se prefieren fluidos de baja viscosidad. Se utilizan aceites de motor. En trminos generales, multigrado o fluidos de transmisin automtica. Aumento de la densidad del fluido aumenta la cantidad de par que puede ser transmitido a una velocidad de entrada dada.

HIDRODINMICA DE FRENADO Acoplamientos de fluido tambin puede actuar como frenos hidrodinmicos, disipando energa de rotacin en forma de calor a travs de fuerzas de friccin. Cuando un acoplamiento de fluido se utiliza para el frenado que tambin se conoce como un retardador.

APLICACIONES

INDUSTRIAL Acoplamientos de fluido se utilizan en muchas aplicaciones industriales que implica potencia de rotacin, especialmente en las unidades de mquina que implican arranques de alta inercia o carga cclica constante.

TRANSPORTE FERROVIARIO Acoplamiento hidrodinmico se encuentran en algunas locomotoras diesel como parte del sistema de transmisin de potencia. Engranajes auto transformacin hicieron transmisiones semiautomticas para la British Rail, y Voith fabricacin turbo transmisiones de vagones y unidades mltiples diesel que contienen diversas combinaciones de acoplamientos hidrulicos y convertidores de par.

AUTOMOTOR Acoplamientos de fluido se utiliza en una variedad de primeras transmisiones semi-automticas y transmisiones automticas. Desde finales de la dcada de 1940, el convertidor de par hidrodinmico ha sustituido el acoplamiento de fluido en aplicaciones de automocin. En aplicaciones de automocin, la bomba normalmente se conecta al volante de inercia del motor-de hecho, la carcasa del acoplamiento puede ser parte de la rueda volante adecuado, y por lo tanto es girado por el cigeal del motor. La turbina est conectada al eje de entrada de la transmisin. Mientras que la transmisin est en marcha, como velocidad del motor aumenta el par se transfiere desde el motor hasta el eje de entrada por el movimiento del fluido, propulsar el vehculo. En este sentido, el comportamiento del acoplamiento de fluido se parece mucho a la de un embrague mecnico conducir una transmisin manual. Volantes fluidos, a diferencia de los convertidores de par, son mejor conocidos por su uso en automviles Daimler junto con una caja de cambios preselector Wilson. Daimler utiliza estos a travs de su gama de coches de lujo, hasta el cambio a cajas de cambio automticas con el 1958 Majestic. Daimler y Alvis fueron tambin conocida por sus vehculos militares y vehculos blindados, algunos de los cuales tambin se utiliza la combinacin de la caja de cambios de pre-seleccin y el lquido del volante.

AVIACIN El uso ms importante de los acoplamientos de fluido en aplicaciones aeronuticas era en el motor alternativo de turbo-compuesto Wright, en el que tres turbinas de recuperacin de energa extrajeron aproximadamente el 20 por ciento de la energa o alrededor de 500 caballos de fuerza de los gases de escape del motor y, a continuacin, el uso de tres acoplamientos y fluido engranaje, convertida bajo par de giro de la turbina de alta velocidad a la salida, de alto par a baja velocidad para accionar la hlice.

5.3 SELECCIN Y APLICACIN DE CONVERTIDORES DE PAR

Un convertidor de par es un acoplamiento fluido ms un estator. Al igual que el acoplamiento fluido, el convertidor de par acopla al motor con la transmisin, y transmite la potencia necesaria para mover la mquina. Los componentes bsicos del convertidor de par son un impelente, la turbina, el estator y el eje de salida. A diferencia del acoplamiento fluido, el convertidor de par puede tambin multiplicar par desde el motor, lo que incrementa el par a la transmisin. El convertidor de par utiliza un estator que redirige el fluido de regreso al impelente en la direccin de giro. La fuerza del aceite desde el estator incrementa la cantidad de par transferido desde el impelente a la turbina y hace que el par se multiplique.

COMPONENTES DEL CONVERTIDOR DE PAR

! BOMBA ! TURBINA ! ESTATOR

BOMBA Tambin conocido como impelente. Este elemento tiene paletas que se encargan de impulsar el aceite a la turbina. Se considera el elemento conductor, debido a que es el que recibe el movimiento del motor, al que est unido, e impulsa el aceite contra l. La bomba est fijada al volante del motor y la turbina est fijada al eje de entrada de la transmisin. Cuando se arranca el motor, la bomba comienza a girar y empuja el aceite desde su centro hacia el borde. TURBINA El elemento conducido se llama turbina, y va acoplada a la caja de cambios. La bomba dirige aceite presurizado contra la turbina para hacerla girar. La turbina est conectada a una flecha, para transferirle potencia a la transmisin. Tiene como misin recibir el aceite enviado por la bomba. La turbina gira en conjunto con el eje de salida ya que estos estn unidos en un mismo eje. ESTATOR El convertidor de par incluye un tercer elemento que viene a mejorar las condiciones de funcionamiento en la circulacin del aceite, se trata del estator. Tiene como misin redirigir el aceite ocupado por la turbina y entregarlo a la bomba, este cambia de direccin el flujo de aceite lo que permite aumentar el impulso del aceite. Dentro del estator se encuentra un cojinete de un solo sentido, lo que permite que este solo gire en un determinado sentido. El estator se usa para redirigir el flujo de la turbina de regreso hacia la parte de la bomba, para completar el flujo de aceite. Est montado sobre un mecanismo de rueda libre que le permite desplazarse libremente cuando los elementos del convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual. SU PRINCIPAL FINALIDAD ES:

Absorber cargas de choque.

Evita que el motor se sobrecargue y llegue a calarse, permitiendo el funcionamiento a la vez del sistema hidrulico.

Proporciona las multiplicaciones de par automticamente para hacer frente a la carga, sin tener que cambiar de velocidad dentro de unos lmites.

Se elimina la necesidad de embrague.

La carga de trabajo va tomndose de forma gradual.

Se precisan menos cambios de velocidad.

FUNCIONAMIENTO Al girar la bomba accionada directamente por el movimiento del cigeal, el aceite se impulsa desde la rueda de bomba hasta la rueda turbina. A la salida de sta el aceite tropieza con los alabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de bomba y turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina. Como el reactor no puede realizar ese giro ya que est retenido por la rueda libre, el aceite se frena y el empuje se transmite a travs del aceite sobre la bomba. De esta forma mientras exista diferencia de velocidad de giro entre la bomba y la turbina el momento de giro (par) ser mayor en la turbina que en la bomba. El par cedido por la turbina ser pues la suma del transmitido por la bomba a travs del aceite y del par adicional que se produce por reaccin desde el reactor sobre la bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina. Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor ser la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior.

Conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviacin de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relacin de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente.

Cuando las velocidades de la bomba y la turbina son iguales termina la reaccin sobre el estator y ste gira en el mismo sentido que los rodetes, por el motivo que el aceite choca con la parte interna de las aspas, funcionando el conjunto como un embrague hidrulico y con una relacin de velocidad y par de 1:1: es decir, el eje conducido unido a la turbina gira a igual velocidad y con la misma fuerza que el eje motor.