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Fundación Profesional para el Transporte
Cuaderno del ConductorGuía de reflexión para el conductor profesional
Revisión de los Conceptos Fundamentales sobre la Mecánica
Capacitación Obligatoria de Actualización y Perfeccionamiento
4Cargas Generales
Fundación Profesional para el Transporte
EL MOTOR (1º Parte) EL MOTOR (2º Parte) LA CADENA CIEMÁTICA
El motor de combustión interna......4 Curvas características....................30 El embrague...................................42El motor Diesel (1892)....................9 Par motor, Torque o Cupla............32 Caja de cambios.............................42Términos utilizados.......................11 Potencia.........................................34 Cardan ...........................................48Combustión ..................................12 Consumo específico......................35 Junta Universal..............................49Contaminación .............................13 Sobrealimentación.........................36 Diferencial.....................................50Recirculación de gases..................19 Eficiencia sistema motriz..............39Sistema de enfriamiento................20Sistema de lubricación..................23Sistema eléctrico...........................24Inyección.......................................25Sistema de escape..........................29
INDICE
LOS VEHÍCULOS DE TRACCIÓN
• EL MOTOR
• LA CADENA CINEMÁTICA
EL VEHÍCULO
1
2
CÓMO FUNCIONA?
ENERGÍAELÉCTRICAQUÍMICATÉRMICAETC.
MOTORENERGÍA MECÁNICA
MOVIMIENTO
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
3
COMBUSTIBLE MOTORENERGÍAMECÁNICA
TRASPORTE
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
COMBUSTIBLE
COMBURENTE
4
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
COMBUSTIBLE
COMBURENTEMOVIMIENTO DE ROTACIÓN
COMBUSTIÓNGASES DE ALTA
PRESIÓN YTEMPERATURA
VINCULACIÓNMECÁNICA
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
5
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
VINCULACIÓNMECÁNICA
VINCULACIÓNMECÁNICA
VINCULACIÓNMECÁNICA
ADMISIÓN
COMPRESIÓN
COMBUSTIÓN
COMBURENTE
COMBUSTIBLE
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
6
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
MOVIMIENTO DEROTACIÓN
VINCULACIÓNMECÁNICA
VINCULACIÓNMECÁNICA
VINCULACIÓNMECÁNICA
EXPANSIÓN
GASES ESCAPE
GASES BARRIDO
GASES DE ALTAPRESIÓN Y
TEMPERATURA
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
7
Válvula deadmisión
Aros
Pistón
Biela
Cigüeñal
Válvula deescape
Cilindro
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
8
Funcionamiento del motor Otto (1876), de cuatro tiempos
1. tiempo(aspiración)
2. tiempo(compresión)
3. tiempo(expansión)
4. tiempo(barrido)
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
9
Funcionamiento del motor Diesel (1892), de cuatro tiempos
LOS CUATRO TIEMPOS DEL MOTOR DIESELVálvula deadmisión
Válvulade escape
1. La válvula deadmisión está abiertay la de escapecerrada.
2. Ambas válvulasestán cerradas, elpistón asciende ycomprime el aire.
Poco antes delpunto de máximacompresión se producela inyección.
3. La elevadatemperatura provocala inflamación de lamezcla.
4. Al volver a subirel pistón se abrela válvula de escapey salen los gases.
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
10
TÉMINOS UTILIZADOS
• PUNTO MUERTO SUPERIOR (PMS)
PUNTO MUERTO INFERIOR (PMI)
DIÁMETRO O CALIBRE (D)
CARRERA (C)
CILINDRADA UNITARIA (V)
VOLUMEN DE CÁMARA DE COMBUSTIÓN (v)
•
•
•
•
•
cámara decombustión
cilindradaunitaria
PMS
carrera
PMI
diámetroo calibre
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
11
TÉRMINOS UTILIZADOS
• RELACIÓN DE COMPRESIÓN (RC)
• RELACIÓN CARRERA DIÁMETRO
• MOTOR SUPERCUADRADO C<D
• MOTOR CUADRADO C=D
• MOTOR DE CARRERA LARGA C>D
PMS
PMI
v
V C
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
12
TODA COMBUSTIÓN INVOLUCRA:
• El consumo de un recurso limitado (combustible)• La presencia de reacciones que producen compuestos indeseables o tóxicos (contaminantes).• La liberación al medio ambiente de esos productos incluido el dióxido de carbono, que alteran el equilibrio natural.
SE DEBE REALIZAR
EN LA FORMA
+ SEGURA
+ ECONÓMICA
+ EFICIENTE
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
13
CONTAMINACIÓN
PÉRDIDAS
• GASES• RUIDO
ALIMENTACIÓN
• COMBUSTIBLE• COMBURENTE
MOVIMIENTO(EJE)
• VELOCIDAD• FUERZA
A TRANSMISIÓN
MOTOR
FUNCIONAMIENTO
SISTEMASAUXILIARES
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
14
CONTAMINACIÓN
MOTOR
FUNCIONAMIENTO
SISTEMASAUXILIARES
ENERGÍA PERDIDA
Ep
ENERGÍA CONSUMIDA
Ec
ENERGÍA OBTENIDA
Eo
ENERGÍA ÚTILEu
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
15
CONTAMINENTES MÁS COMUNES
DIÓXIDO DE CARBONOCo2
MONÓXIDO DE CARBONOCO
DIÓXIDO DE ASUFRESO2
Gas tóxico que reacciona con las mucosas,anhídrido productor de las lluvias ácidas
que perjudican plantacionesy edificaciones.
Gas productor del efecto invernadero
Gas combustible sumamente tóxico secombina con la hemoglobina de la sangrereduciendo la capacidad de la misma para
transportar oxígeno.
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
16
CONTAMINANTES MÁS COMUNES
HIDROCARBUROSNO QUEMADOS
HC
Partículas gaseosas o líquidas decombustible no transformado, algunas
pueden producir cáncer y otrasenfermedades al combinarse con los óxidos
de nitrógeno producen ozono.
OZONOO3
Gas muy reactivo e irritante, produceproblemas respiratorios, disminución de la
resistencia a enfermedades, daños a lavida animal y vegetal, reacciona con
gomas y tela.
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
17
CONTAMINANTES MÁS COMUNES
OXIDOS DE NITRÓGENONox
Gases inestables muy reactivos, dañan víassuperiores y pulmones, componentes de las
lluvias ácidas al combinarse con HC,producen ozono O3, componente del smog.
MATERIAL PARTICULADOPm10
Conocidos como ¨humos¨ afectan lavisibilidad y la calidad ambiental. Pueden
ocasionar daños permanentes en pulmonese irritaciones de nariz y garganta.
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
18
SOLUCIONES PARA MOTORES DIESEL:
• CONFIGURACION Y DISEÑO DE CÁMARA DE COMBUSTIÓN
SINCRONIZACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE INYECCIÓN
TURBOALIMENTACIÓN. RECIRCULACIÓN DE GASES Y CONTROLES
ELECTRÓNICOS
TRATAMIENTO DE
COLECTORES, OXIDANTES Y CATALIZADORES
GAS OIL:
REDUCIR EL AZUFRE (S)
REDUCIR LOS HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
AGREGAR DETERGENTES PARA LIMPIEZA DE INYECTORES
•
•
•
•
•
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
19
Esquema del sistema derecirculación de los gases de
escape EGR.
Esquema de la ubicación del filtro¨atrapa partículas¨ en un motor
Diesel-turbo de inyeccióndirecta ¨common rail¨.
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
20
COMPONENTES - SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
CONFORMADO POR:
• RADIADOR
• BOMBA DE AGUA
• TERMOSTATO
• VENTILADOR
• ETC
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
21
FUNCIONAMIENTO DEL TERMOSTATO
TERMOSTATO CERRADO TERMOSTATO ABIERTO
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
22
FUNCIONAMIENTODEL TERMOSTATO
Pieza dealambremóvil que evitala obstruccióndel taladro.
Válvula
Fuelle
Termostato de fuelle cerradoEl fuelle contraído mantiene laválvula cerrada
Termostato de fuelle abiertoEl agua caliente produce laexpansión del fuelle y pasa alradiador
Pistón
Diafragmade goma
Cera
Termostato de cera cerradoLa cápsula no se desplaza hastaque el agua funde la cera.
Termostato de cera abiertoAl derretirse, la cera abre laválvula permitiendo al aguaque circule.
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
23
SISTEMA DE LUBRICACIÓN
Filtro
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
24
SISITEMAELÉCTRICO
llave de contacto
motor de arranque
núcleo móvil bobinas
contacto de arranquesituado en la llave
bornes decontacto
batería
escobillas
regulador detensión
alternador
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
25
SISTEMA DE INYECCIÓN
Salida de agua Inyector
Polea de la bomba de agua
Alojamiento del piñón que mueve la bomba,accionado por la cadena desde el cigüeñal.
Bomba de inyección
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
26
SISTEMA DE INYECCIÓN
Entrada decombustible
Retorno de combustiblea depósito
Salida decombustible a alta
presión
Lumbrera fin de inyección
Movimiento de la corredera
Lumbrera de entrada de combustible
Movimientodel pistón
Lumbrera de salida delcombustible hacia el inyector
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
27
SISTEMA DE INYECCIÓN
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
28
SISTEMA DE INYECCIÓN
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
29
SISTEMA DE ESCAPE
FORMADO POR:• MÚLTIPLE• SILENCIADOR
• SALIDA DE ESCAPE
FUNCIONES:• CONDUCIR LOS GASES HASTA UN LUGAR
DONDE PUEDAN SER ELIMINADOS
• REDUCIR EL RUIDO QUE PRODUCEN ÉSTOS
A LA SALIDA DEL MOTOR
EL MOTOR
EL VEHÍCULO
30
EL MOTOR
CURVAS CARACTERÍSTICAS
POTENCIA EFECTIVAPAR MOTORCONSUMO ESPECÍFICO
Las curvas se obtienen a través de un ensayo normalizado:
MOTOR CON SISTEMASAUXILIARES INSTALADOS
(RADIADOR, ALTERNADOR)
NO COMPARABLES
NORMAS
SAEMOTOR LIBRE DE
SISTEMAS AUXILIARES
El ensayo se realiza a plena carga, obteniéndose el límitesuperior de la potencia y el par que el motor puededesarrollar.
El motor puede ser operado en muchas condiciones de trabajo,tantas como puntos se pueden tener dentro de la regióndelimitada por la zona sombreada.
NORMAS
DIN
31
LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS TENDRÁN LA SIGUIENTE FORMA
POTENCIA
PAR MOTOR
CONSUMO ESPECÍFICO
32
EL PAR MOTOR, TORQUE O CUPLA
La presión producida por la combustión dentro del cilindro, actúa sobre la superficie del pistón generando una fuerza que se transmite al árbol cigüeñal a través de la biela produciendo un movimiento de rotación de dicho árbol. Esta acción particular que crea un movimiento de rotación se denomina par motor, torque o simplemente cupla.
El par motor se relaciona con el trabajo que puede desarrollar un motor en una dad condición de funcionamiento, o sea cambia según el estado de carga del mismo.
La curva de par máximo nos muestra el máximo torque que puede desarrollar el motor para cada número de r.p.m. (recordar que responde a un ensayo a plena carga).
En ella se distingue en punto cuspidal indicado como torque máximo y dos zonas en el diagrama.
La zona estable de funcionamiento donde para una caída en el régimen de funcionamiento del motor, producida por un aumento en la carga del mismo, tenemos un aumento en el par disponible para contrarrestar se efecto con sólo presionar sobre el acelerador.
Contrariamente, en la zona inestable de funcionamiento del motor, a la izquierda, tenemos que para una caída del régimen de funcionamiento, también cae el par disponible, siendo entonces necesario bajar un cambio para hacer frente a la nueva condición.
PAR MOTOR
(Nm)
REGIMEN DEL MOTOR (r.p.m.)
33
RESERVA DE PAR
El punto de funcionamiento a un determinado número de r.p.m., permite distinguir el torque desarrollado en esa condición en marcha y la reserva de para a ese régimen.
PAR MOTOR = FUERZA X DISTANCIAUSUALMENTE SE EXPRESA EN:[Kgm] = [Kilogramo] x [metro]
o en: [Nm] = [Newton] x [metro]1 Kgm = 9,8 Nm
PA
R M
OTO
R [
Nm
]
REGIMEN DEL MOTOR [r.p.m.]
UNIDADES DEL PAR MOTOR
PARA EL CASO DE MOTORES
PAR MOTOR = K x pme x Área dePistón x Carrera / 2
Se define como presión media efectiva al valor de presión constante que desarrolla el mismo trabajo que la presión variable desarrollada durante la carrera de expansión en el motor ensayado.
34
LA POTENCIA DEL MOTOR
No es otra cosa que una medida de la rapidez con que
puede desarrollarse un trabajo.
De modo tal que un dado valor de potencia puede
representar a un gran trabajo desarrollado lentamente
como a un pequeño trabajo realizado muy velozmente.
Para aclarar este concepto pensemos en los 300 CV de
un impulsor típico de un vehículo preparado para el
transporte de carga y los 300 CV de un motor impulsor
para un TC2000.
Quede claro con esto que el valor de la potencia
máxima desarrollada por un motor no alcanza para
caracterizar al mismo, sino que es necesario un
conjunto de datos complementarios relacionados con
su capacidad para desarrollar un tipo de trabajo.
Para explicar qué se entiende por potencia se da
normalmente el ejemplo de dos vehículos cargados
con el mismo peso que tienen que subir la misma
altura partiendo de la misma posición, utilizando al
máximo su motor. El primero tiene el doble de potencia
que el segundo, como lo muestra el esquema adjunto.
Para alcanzar la cima de la cuesta el primer vehículo de
potencia dos veces mayor tardara la mitad del tiempo
que el vehículo de menor potencia.
distancia 1 = distancia 2
UNIDADES DE POTENCIAPOTENCIA = TRABAJO / TIEMPO
POTENCIA = FUERZA X DISTANCIA / TIEMPOPOTENCIA = FUERZA X VELOCIDAD
USUALMENTE SE EXPRESA EN:WATTS [W]
KILOWATTS = [Kw]CABALLO VAPOR = [CV]
UN CV = 736 WATTS
PARA EL CASO DE MOTORESPOTENCIA = PAR MOTOR X VEL. DE ROTACIÓN
Si el aumenta el CEC disminuye.
Si el disminuye el CEC aumenta.
ntt
ntt
35
CONSUMO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE
Es la cantidad de combustible consumido en una dada condición de funcionamiento respecto a la potencia desarrollada en la unidad de tiempo SE MIDE EN BANCO DE ENSAYO DE MOTORES.
REPRESENTA:
La capacidad del motor para transformar la energía contenida en el combustible en energía mecánica.
Tiene relación estrecha con el rendimiento térmico total del motor.
CEC =
CONSTANTE
RENDIMIENTOTÉRMICO TOTAL
K
RESUMIENDO:
PAR MOTORPOTENCIA EFECTIVA
CONSUMO ESPECÍFICO
Son funciones
CONDICIÓN DELFUNCIONAMIENTO
DEL MOTOR
Se
representan
a través
de las
CURVASCARACTERÍSTICAS
DEL MOTOR
Permiten
COMPARAR MOTORES
SELECCIONAR EL ADECUADO
OPTIMIZAR SU UTILIZACION
36
LA SOBREALIMENTACION
MOTIVOS:
Compensación de la disminución de la densidad de
aire con la altura y/o el calor.
Necesidad de aumentar las prestaciones (Par motor
y potencia), sin aumentar la cilindrada.
Incorporar elementos que mejoren el rendimiento
térmico total del motor.
+
MOTORNORMALMENTE
ASPIRADO
=
=
+
COMBUSTIBLE
AIRE
MOTORSOBREALIMENTADO
PAR MOTORY POTENCIA
==
PAR MOTORY POTENCIA
PAR MOTORY POTENCIA
COMBUSTIBLE
MOTORNORMALMENTE
ASPIRADO
COMBUSTIBLE
COMBUSTIBLE
AIRE
AIRE
LOS COMPRESORES:Para lograr el efecto buscado de la sobrealimentación en motores, es preciso instalar algún elemento compresor de aire impulsado por el mismo motor.
Gases de escape
Aire
Motor sobrealimentado por compresor de accionamiento mecánico
Gases de escape Aire
Motor sobrealimentado por turbocompresor
37
LA SOBREALIMENTACION EN MOTORES DIESEL
VENTAJAS:
Mejora las prestacionesAumenta la presión y temperatura al final de la fase de compresión, lo que facilita el encendido y el quemado completo del combustible inyectadoLa mayor presión de entrada de aire favorece la expulsión de los gases de escape y el llenado del cilindro con aire fresco, con lo que se consigue un aumento del rendimiento volumétrico (el motor respira mejor)
DESVENTAJA:
Aumenta la solicitación mecánica del motor
TURBOCOMPRESORES
AIRECOMPRIMIDOAL MÚLTIPLEDE ADMISIÓN
COMPRESOR
AIRE
GASES A LASALIDA
DE ESCAPE
TURBINA
GASES DELMULTIPLE DE
ESCAPE
Tiene la particularidad de aprovechar parte de la energía residual con que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor está colocado en la entrada del colector de admisión, por el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor. El grupo turbocompresor impulsado por los gases del escape alcanza velocidades que superan las 100.000 r.p.m., por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de lubricación de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor.También hay que decir que la temperatura a la que va a estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape va a ser muy elevada (alrededor de 650ºC).
INTERCOOLER (ENFRIADOR)
Para evitar el problema del aire calentando al pasar por el rodete compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de enfriamiento del aire.El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el vehículo en su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire aire a diferencia del sistema de refrigeración del motor que
38
se trataría de un intercambiador agua / aire.Con el intercooler se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% (desde 100º - 105º hasta 60º - 65º). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire (aproximadamente del 25% al 30%). Además se reduce el consumo y la contaminación.
FLUJOS
- Entrada de aire a temperatura ambiente.
- Aire comprimido a temperatura elevada.
- Aire comprimido y enfriado en el intercooler.
- Gases de escape a la salida del motor a alta temperatura.
- Gases de escape a la salida del turbo a alta temperatura.
LA CADENA CINEMÁTICA(Desarrollo detallado en pág. 41)
También conocida como transmisión es el conjunto de elementos soportados por el chasis que permiten transferir al par motor a las ruedas motrices.
Resumiendo:El motor (1), transforma la energía calorífica (contenida en el combustible a través de la reacción de combustión con el aire), en energía mecánica (rotación), el embriague (2) segundo componente de la cadena permite acoplar al motor con el tercer componente, la caja de cambios de velocidades (3), esta última por medio de una combinación de engranajes permite suministrar a las ruedas (en todo momento) el par necesario para lograr la rotación, uniéndose a las mismas por medio del cardan (4) y el diferencial (5).
1.- MOTOR2.- EMBRAGUE3.- CAJA DE CAMBIOS
4.- CARDAN5.- DIFERENCIAL6.- NEUMÁTICOS
39
El diferencial permite a las ruedas motrices girar a distintas velocidades y que el vehículo doble sin inconvenientes.
EFICIENCIA DEL SISTEMA MOTRIZ
combustible
energíatérmica
energíamecánica
energía quellega a las
ruedas
perdidas porcalor ysonido
pérdidas porfricción (calor)100%
65%
35% 25%
10%
RESISTENCIAS AL MOVIMIENTO
La potencia suministrada a las ruedas de tracción es en cada instante, la necesaria para vencer sus resistencias al avanzar.La Potencia necesaria para avanzar resultará de la
suma de las fuerzas resistentes por la velocidad vehiculo.
POTENCIASUMINISTRADA
FUERZAS RESISTENTES XVELOCIDAD DEL VEHICULO
FUERZAS RESISTENTES
RESISTENCIA A LA RODADURA
RESISTENCIA POR PENDIENTE
RESISTENCIA POR INERCIA
Que dependen del peso
RESISTENCIA AERODINAMICA
Que depende de la velocidad
40
En la figura siguiente se observa como actúan fuerzas resistentes de rodadura (Frod), aerodinámica (Faero) y de gravedad (Fgrav) en una subida, como además el vehículo pierde velocidad para aprovechar la reserva de par, aparece la fuerza de inercia (Finercia) dando como resultante la Fuerza (F resistente) en rojo que debe ser equilibrada por la fuerza (F impulsora) indicada en verde claro.
En la siguiente figura, terreno llano, se observa como actúan las fuerzas resistentes de rodadura (Ford), aerodinámica (Aferró) y de inercia (Fi) en este caso se supone que el camión se encuentra aumentando su velocidad, dando como resultante la Fuerza (Fresistente) en rojo, para equilibrarlas el motor debe realizar la fuerza (F impulsora) indicada en verde claro.
En el caso que sigue la fuerza de gravedad o el peso del vehículo y la inercia actúan como fuerzas impulsoras reduciendo e inclusive venciendo al resto de las fuerzas antagónicas, por lo que la fuerza impulsora será muy baja, llegando a anularse o a ser necesario frenar el vehículo.
41
LA CADENA CINEMÁTICATambién conocida como transmisión es el conjunto de elementos soportados por el chasis que permiten transferir el par motor a las ruedas motrices.
Resumiendo lo conocido, el motor (1), transforma la energía calorífica (contenida en el combustible a través de la reacción de combustión con el aire), en energía mecánica (rotación), el embrague (2) primer componente de la cadena permite acoplar al motor con el segundo componente, la caja de cambios de velocidades (3), esta ultima por medio de una combinación de engranajes permite suministrar a las ruedas (en todo momento), el par necesario para lograr la tracción, uniéndose a las mismas por medio del cardan (4) y el diferencial (5).El diferencial permite a las ruedas motrices girar a distintas velocidades y que el vehículo doble sin inconvenientes.
EL VEHÍCULO
42
EL EMBRAGUE
Está compuesto por tres partes principales el volante, el disco y el plato de presión, el volante se fija al extremo del cigüeñal con el que gira, el disco va acoplado al eje de entrada de la caja de velocidades mediante un estriado deslizante, de forma que giran juntos. El plato de presión oprime normalmente al disco contra el volante del motor (motor desembragado), si se pisa el pedal de embrague el disco se separa del volante y por ende el cigüeñal y el eje de entrada a la caja se desconectan.Los embragues pueden ser de tres tipos según los procedimientos de aplicación de la carga (plato de presión), mencionaremos el de muelles o resortes y el de diafragma mostrando a continuación el esquema de funcionamiento:
FUNCIONAMIENTO DE LA ARANDELA DE PRESIÓN
Palanca
Volante
Cigüeñal
Forros defricción deldisco
La arandelaactúa sobrelas palancas
Embragado: Los muelles mantienen el discode embrague comprimido entre el volante yel plato de presión.
Desembragado: La presión aplicada sobreel pedal del embrague se transmite por laarandela de presión a las palancas.
CAJA DE CAMBIOS DE VELOCIDAD
Es conocido por todos el hecho de que la velocidad máxima alcanzada por un vehículo se desarrolla a potencia máxima, cuando el motor se aproxima al número máximo de revoluciones, en un vehículo grande esto se produce a 2.400 rpm, para que el vehículo recorra 110 Km. En una hora, si las ruedas están provistas de neumáticos con un diámetro de aproximadamente un metro tendrán que girar a 600 rpm, por ello no pueden conectarse directamente al motor y se hace necesario la utilización de un mecanismo que permita reducir la velocidad de rotación en este caso, cuatro (4) veces. A la relación entre velocidad del motor y la velocidad de las ruedas se la denomina desmultiplicación y será en este caso de 4 a1 (4:1).
43
Mientras el vehículo recorra un camino llano a una velocidad constante, esta relación es suficiente, pero si el mismo comienza a subir una cuesta, la velocidad irá disminuyendo progresivamente hasta detenerse, se observa así la necesidad de contar con otros recursos para que el vehículo preste utilidad en diferentes condiciones.
Si se recuerda lo que puede obtenerse por una palanca podremos observar que un par de engranajes actúan como si fuesen una serie de palancas sucesivas, de esta forma podremos multiplicar la fuerza que se pueda ejercer, el piñón mas grande rotará a menor velocidad pero desarrollará un par o cupla que permitirá mayores esfuerzos, por lo que la caja de velocidades no sólo se utiliza para desmultiplicar la VELOCIDAD sino también para multiplicar el PAR MOTOR.
Así una caja de cambios de velocidades se utilizará para administrar la potencia del motor y tendrá tantas relaciones de multiplicación como el diseño del vehículo lo requiera, como ejemplo veremos lo que ocurre con una caja de cuatro velocidades y una marcha atrás.
44
DESCRIPCIÓN VELOCIDAD
TODOS LOS PIÑONES EXCEPTO LOS TRES DE MARCHA ATRÁS ESTÁN CONSTANTEMENTE ENGRANADOS. LOS PIÑONES DISPUESTOS SOBRE EL EJE DE SALIDA GIRAN LIBREMENTE SOBRE ÉL, MIENTRAS QUE LOS DEL TREN INTERMEDIARIO ESTÁN FIJOS A ESTE ÚLTIMO.
AL SELECCIONAR UNA MARCHA EL PIÑÓN CORRESPONDIENTE QUEDA FIJO AL EJE DE SALIDA Y SE PRODUCE LA TRANSMISIÓN DEL PAR. LA PRIMERA VELOCIDAD, QUE ES LA RELACIÓN MAS CORTA, SE UTILIZARÁ PARA CONSEGUIR EL PAR DE TRACCIÓN MÁXIMO.
LA SEGUNDA VELOCIDAD, QUE ES ALGO MÁS LARGA, PROPORCIONA UNA AMPLIFICACIÓN DEL PAR MÁS REDUCIDA.
PUNTO MUERTO
PRIMERA VELOCIDAD
SEGUNDA VELOCIDAD
Tren intermediarioEje de salida
45
DESCRIPCIÓN VELOCIDAD
LA TERCERA VELOCIDAD AÚN MÁS LARGA QUE LA ANTERIOR, PERMITE DISMINUIR EL PAR A LA SALIDA DE LA CAJA AUMENTANDO LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN.
LA CUARTA VELOCIDAD EN ESTE CASO DIRECTA, SE CONSIGUE CONECTANDO EN FORMA DIRECTA EL EJE DE ENTRADA CON EL EJE DE SALIDA DE MODO QUE EL PAR MOTOR SE TRANSFIERE A TRAVES DE LA CAJA SIN NECESIDAD DE PIÑONES, LO QUE HACE QUE LA PERDIDA POR FRICCIÓN SE REDUZCA AL MÍNIMO.
En la marcha atrás un tercer piñón que gira libremente permite invertir el giro normal del eje de salida obsérvese que los piñones correspondientes a esta marcha son de dentado recto ya que no se uti l izan desplazadores para engranarlos.
TERCERA VELOCIDAD
CUARTA VELOCIDAD
MARCHA ATRÁS ACOPLAMIENTO DE PIÑÓNY DESPLAZABLE
La palanca de cambios mueve el desplazablepara que éste se acople al piñón de tercera.
En la dirección opuesta, el desplazableengrana el piñon de directa.
46
A continuación se muestra un esquema que permite observar como funcionan los piñones desplazables que permiten acoplar los distintos piñones al eje de salida de la caja. Precisamente la naturaleza de estos piñones permite la sincronización de las marchas.
La sincronización aprovecha la fricción entre las superficies cónicas de los elementos para modificar la velocidad de uno de ellos.
Las superficies cónicas del cubo y el piñón se ponen en contacto y la fricción acelera o frena el piñón, cuando ambas piezas giran igual el desplazable vence al fiador y se desliza sobre el cubo hasta el piñón.
47
Además de las cajas de cambio manual existen aquellas automáticas poco utilizadas en el transporte pesado, su funcionamiento puede ser explicado recurriendo nuevamente a los engranajes dispuestos en un tren denominado epicicloidal.Con el objeto de entender su funcionamiento veremos un esquema del mismo.
Al fijarse el planetario,los satélites giran,
el portasatélites y la corona giran en la misma direccióna velocidades diferentes.
Si se bloqueael planetario contra la corona
todo el conjunto giraa la misma velocidad.
Al fijarel portasatélites los satélites
arrastran la coronaen sentido contrario.
Satélite
Corona
Planetario
Satélite Porta-satélites
48
La figura muestra un tren epicicloidal en primera velocidad, el motor (flecha roja) arrastra la primera corona, esta hace girar al planetario en sentido contrario. El segundo portasatélites (gris claro), está fijo por acción de un freno de cinta, con lo que los satélites hacen girar la segunda corona y el eje de salida.
CARDAN O ÁRBOL DE TRANSMISIÓN
Tiene por función transmitir el par desde la caja de cambios de velocidad al puente trasero (diferencial y ruedas de tracción), el extremo anterior del cardan está unido a la caja de cambios que a su vez se encuentra fija al chasis del vehículo, el otro extremo se une al puente trasero.Cuando se circula por una carretera deformada el puente trasero baja y sube gracias a la flexibilidad de la suspensión, por ello el árbol de transmisión deberá estar provisto de articulaciones que permitan lograr este movimiento con el de giro propio del árbol. Estas articulaciones se conocen con el nombre de juntas universales (cruceta) y van colocadas en cada extremo del árbol (en la actualidad muchos vehículos disponen al árbol de transmisión en dos o más tramos cortos).El movimiento del puente altera además la distancia
entre las dos articulaciones del árbol por lo que la longitud de este debe ser susceptible de variar en la misma proporción lo que se consigue con un acoplamiento deslizante estriado. Es de destacar que muchas veces la observación de este acoplamiento permite observar el corrimiento del puente trasero o si la suspensión está vencida.
En la última etapa de su recorrido el por proveniente del motor atraviesa en diferencial que tiene tres funciones: reduce el régimen de revoluciones del árbol de transmisión hasta la velocidad más adecuada para las ruedas motrices; permite que la rueda motriz interna gire en las curvas a menos revoluciones que la externa y transforma un par de eje longitudinal en dos a 90º, que se transmiten a las ruedas.La reducción de la velocidad se consigue mediante el conjunto de engranajes llamados grupo cónico, formado por un piñón y una corona. El piñón unido al árbol de transmisión mueve el engranaje más grande (corona), montada en el centro del puente trasero.
DIFERENCIAL
(Ilustraciones en páginas siguientes)
49
JUNTA UNIVERSAL HOOKE
Horquilla del árbol de transmisión
Los “circlips” impidenla salida de los casquillos
Las horquillaspivotan sobre una cruceta
La cruceta une las horquillasen ángulo recto
Los rodamientos de agujasreducen la fricción
Los casquillos se ajustana la cruceta
Horquilla del puente trasero
Surco del “circlip”
ELEMENTOS DEL ÁRBOL DE TRANSMISIÓN NORMALEmbrague
Caja de cambioJunta universal Árbol de transmisión Junta universal
Semieje
Grupo cónico
Alojamiento del diferencialSemieje
Eje de salida de la caja de cambio
Horquilla de la junta universal
La horquilla de la junta universal se deslizahacia atrás o adelante sobre el eje estriado de salida.
50
PIEZAS PRINCIPALES DEL PUENTE TRASERO
La corona que soporta losengranajes del diferencialgira más despacio que el piñón
Engranaje cónico deldiferencial unido alsemieje
El semieje transmite el para la rueda motriz.El diferencial permite quelos dos semiejes giren aregímenes distintos.
Alojamientodel semieje
Los piñones cónicos del diferencialgiran con la corona
Engranaje cónico del diferencial,unido al semieje
El piñón del árbol de transmisióntransmite el par del motor a la corona
Horquilla de lajunta universal
Semieje
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La reducción del número de vueltas depende del número de dientes de la corona y del piñón, si por ejemplo son 40 y 10 mientras el árbol gira cuatro veces, la corona y las ruedas girarán solo una vez.
Para poder explicar la acción del diferencial en rectas y curvas recurriremos a una serie de gráficos. Cuando los semiejes (unidos a las ruedas), giran a las mismas revoluciones, los satélites giran con los planetarios, peor no sobre sus propios ejes.
Cuando se detiene un semieje, el otro puede continuar girando porque al hacerlo, su planetario motiva que los satélites giren sobre sus propios ejes y alrededor del planetario en reposo.
El diferencial se encuentra dentro de una caja fija a la corona. Los semiejes pasan a través de la caja y la corona.
Los movimientos serán entonces:
En las rectas: La caja gira con la corona; los satélites, que no giran sobre sus ejes, arrastran los planetarios y con ellos los semiejes (paliers).
En las curvas: cuando el planetario interior gira menos que la corona el planetario exterior, movido por los satélites gira en proporción más rápido.
Corona
SemiejeCaja deldiferencial
Planetarios
Planetario
Semieje interiorque gira másdespacio
Satélite giratorio
Semieje exterior quegira más rápido
Satélite giratorio
Satélite
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