Diseño y construcción de una transmisión de variación continua (CVT)

Texto completo

(1)DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE VARIACIÓN CONTINUA (CVT). OMAR ARTURO QUIROGA GOMEZ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C., COLOMBIA DICIEMBRE DE 2004.

(2) DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE VARIACIÓN CONTINUA (CVT). OMAR ARTURO QUIROGA GOMEZ. Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar al titulo de Ingeniero Mecánico. Asesor: JUAN PABLO CASAS I.M., M.Sc.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA BOGOTA D.C., COLOMBIA DICIEMBRE DE 2004.

(3) Bogota D.C., Diciembre 5 de 2004 Doctor ALVARO PINILLA Director del Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Los Andes La Ciudad. Apreciado Doctor: Por medio del presente documento, someto a su consideración el proyecto de grado titulad “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE VARIACIÓN CONTINUA (CVT)”. Considero que este proyecto de grado cumple con los objetivos propuestos ylo presento como requisito parcial para optar al titulo de ingeniero mecánico.. Cordialmente,. OMAR ARTURO QUIROGA GOMEZ Código 199913344 Bogota D.C., Diciembre 5 de 2004.

(4) Doctor ALVARO PINILLA Director del Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Los Andes La Ciudad Apreciado Doctor:. Por medio del presente documento, someto a su consideración el proyecto de grado titulad “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE VARIACIÓN CONTINUA (CVT)”. Certifico como asesor que el proyecto de grado cumple con los objetivos propuestos y que por lo tanto califica como requisito parcial para optar al titulo de Ingeniero Mecánico. Cordialmente,. JUAN PABLO CASAS Profesor Asesor.

(5) A mis padres, que han sido una parte fundamental en el desarrollo de mi vida hasta ahora, y que siempre estuvieron ahí para apoyarme. A mis amigos que de una u otra forma me ayudaron a forjar mi carácter, y a creer en mi mismo sin importar lo adverso del camino; para ser lo que en este momento soy. A Mario Soto, quien me enseño que en la vida no existe nada imposible y que todo lo que uno quiere lograr depende de uno mismo, sin importar lo difícil que parezca. “El rival mas difícil de vencer es uno mismo” Mario Andrés Soto Eschebach..

(6) AGRADECIMIENTOS. El autor de este proyecto expresa sus agradecimientos a:. Juan Pablo Casas, M.Sc. Asesor de este proyecto de grado. Su interés mostrado por el proyecto, ayudo a que este se desarrollara de la mejor manera, y su constante s preguntas ayudaron a que todos los objetivos del proyecto se llevaran a cabo. Departamento de Ingeniería Mecánica, por la asesoría prestada en varias ocasiones, para el desarrollo de este proyecto. A mis compañeros de universidad que me colaboraron con las dudas que tuve sobre mi proyecto, y que con su modo de ver las cosas me colaboraron para que este proyecto saliera adelante..

(7) IM -2004-II-35. 7 RESUMEN. Este trabajo se centra en el diseño y la construcción de una transmisión de variación continua para un motor de 5.5 Hp para que el conjunto de todo el vehículo funcione de acuerdo a unos parámetros de aceleración, carga y velocidad máxima previamente seleccionados. Entre los aspectos mas importantes de la transmisión se encuentra su capacidad de cumplir los requerimientos para el cual fue diseñada, una fácil construcción, un fácil mantenimiento y buena confiabilidad. Para comenzar fue necesario investigar sobre la historia de este tipo de transmisiones en el mundo, entender su funcionamiento, revisar los tipos de transmisiones actualmente usados en vehículos de producción masiva; Partiendo de una amplia documentación en el tema de transmisiones de variación continua o CVT’s se busco el modelo que más se ajustara a nuestros objetivos principales: bajos costos, fácil mantenimiento y fácil construcción. De todos los tipos de transmisiones existentes en el momento, se escogió el modelo de poleas en V de diámetro variable, por su bajo costo, su facilidad de mantenimiento y buena durabilidad. Se empezó a construir la transmisión según lo diseñado, se creo un protocolo de pruebas que pudiera evaluar el comportamiento de la transmisión, y así poder compararla con lo que se diseño. Después del primer conjunto de pruebas se encontraron algunos problemas de temperatura debido a la fricción entre componentes, se corrigieron los problemas y se empezaron a hacer las pruebas de nuevo Por ultimo, sobre la base de la parte teórica y a las pruebas que se realizaron, se hicieron recomendaciones y se sacaron conclusiones acerca de lo observado durante la ejecución del proyecto..

(8) IM -2004-II-35. 8. TABLA DE CONTENIDO AGRADECIM IENTOS.......................................................................................................6 RESUM EN...........................................................................................................................7 VARIABLES Y CONVENCIONES UTILIZADAS ..........................................................9 VARIABLE .........................................................................................................................9 INDICE DE FOTOS..........................................................................................................11 INDICE DE FIGURAS......................................................................................................12 INDICE DE TABLAS.......................................................................................................13 INDICE DE GRAFICAS...................................................................................................14 MOTIVACIÓN..................................................................................................................14 CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN, TIPOS DE CVT Y BENEFICIOS ...........................16 1.1. Introduccion ............................................................................................................16 1.2. Tipos de CVT..........................................................................................................16 1.2.1. De Fricción:......................................................................................................16 1.2.2. Poleas en v de variación continua: ...................................................................18 1.2.3. De tipo eléctrico:..............................................................................................19 1.2.4. De tipo hidráulico.............................................................................................20 1.3. Beneficios................................................................................................................21 CAPITULO 2. LA TRANSM ISION EN EL VEHICULO................................................22 2.1. El M otor Y La Transmisión....................................................................................22 CAPITULO 3. RELACION MAXIMA Y M INIM A........................................................26 3.1. Determinacion de las relacione para la cvt .............................................................26 3.1.1. Determinación de la relacion maxima .............................................................26 3.2. Determinación de la relacion minima .....................................................................28 3.3. Valores finales para el diseño de la transmisión .....................................................30 CAPITULO 4. Dinamica de las correas en V ....................................................................33 4.1. Correas en v ............................................................................................................33 4.2. Valores finales de correa.........................................................................................38 CAPITULO 5. CVT DIAM ETROS VARIABLES ...........................................................40 5.1. Transmision de poleas de diámetros variables ........................................................40 5.2. Funcionamiento de el sistema de transmisión.........................................................41 5.2.1. Polea de entrada ...............................................................................................41 5.2.2. Ejes de polea de entrada y de salida.................................................................44 5.2.3. Correa en V para velocidades variables ...........................................................45 5.2.4. Polea de salida..................................................................................................46 Fresorte(N)=Kresorte(N/mm)Xdesplazamiento resorte(mm)....................................48 5.2.5. Carcasa .............................................................................................................49 CAPITULO 6. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES .............................................................52 6.1. Eficiencia de la transmisión ....................................................................................52 6.2. Cambio de las relaciones en la transmisión ............................................................53 6.3. Optimización de las masas de los cilindros ............................................................55 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................59.

(9) IM -2004-II-35. 9 VARIABLES Y CONVENCIONES UTILIZADAS. En este documento, y a menos que se especifique lo contrario, las variables de todos los modelos y ecuaciones se identificaran con los símbolos mostrados en la siguiente tabla. Se encuentran organizadas alfabéticamente. SIMBOLO. VARIABLE. UNIDADES. %incl. Porcentaje de inclinación de la pendiente. %. A. Área frontal proyectada del vehículo (m^2). m^2. C. Carga del vehículo (Kg). Kg. Cd. Coeficiente de drag. Cef. Eficiencia del embrague (%). %. D1. Diámetro menor de las poleas (m). M. D2. Diámetro mayor de las poleas (m). M. Df. Fuerza de arrastre (N). N. Ef. Efectividad sistema de transmisión (%). %. Fuerza necesaria para cambiar de diámetro las poleas (N). N. Fll. Fuerza tangencial de la llanta sobre el plano (N). N. Fm. Fuerza que ejerce el plano inclinado sobre el vehículo (N). N. φr. Diámetro externo de la rueda de tracción (m). M. Fs. Factor de seguridad. g. Fuerza de gravedad. hr. Relación máxima de la transmisión. Faxl. hrn. Relación máxima nueva de la transmisión. k. Constante de arreglo de las poleas. lr. Relación mínima de la transmisión. lrn. Relación mínima nueva de la transmisión. M. Masa del vehículo (Kg). µ. Coeficiente de fricción caucho-acero. µef. N. Coeficiente de fricción efectivo polea-correa. Kg.

(10) IM -2004-II-35. 10. n1h. Revoluciones polea 1 máxima relación (min^-1). min^-1. n1l. Revoluciones polea 1 mínima relación (min^-1). min^-1. n2h. Revoluciones polea 2 máxima relación (min^-1). min^-1. n2l. Revoluciones polea 2 mínima relación (min^-1). min^-1. Pm. Potencia del motor al cigüeñal (w). W. Pr. Potencia real del vehículo a la rueda de tracción (w). W. θ. Angulo mínimo de abrace de polea (grados). Grados. ρ. Densidad del aire (Kg/m^3). Kg/m^3. ρc rpm Ρτ. Densidad lineal de la correa (Kg/m) Régimen de revoluciones de la potencia máxima (min^-1). Kg/m min^-1. Relación de tensiones en la correa. T1h. Tensión máxima en relación máxima (N). N. T1l. Tensión máxima en relación mínima (N). N. T2h. Tensión mínima en relación máxima (N). N. T2l. Tensión mínima en relación mínima (N). N. Tf. Fuerza de empuje del vehículo (N). N. v. velocidad del vehículo (m/s). m/s. Vch. Velocidad correa máxima relación (m/s). m/s. Vcl. Velocidad correa mínima relación (m/s). m/s.

(11) IM -2004-II-35. 11 INDICE DE FOTOS. Foto 1 Transmisión cvt construida.....................................................................................40 Foto 2 Transmisión cvt construida ....................................................................................40 Foto 3 M itad polea de entrada con cilindros .....................................................................41 Foto 4 Poleas de entrada ...................................................................................................42 Foto 5 Cilindro...................................................................................................................44 Foto 6 Ejes ........................................................................................................................45 Foto 7 Correa en v para velocidades variables .................................................................46 Foto 8 Polea de salida .......................................................................................................46 Foto 9 Embrague centrífugo .............................................................................................48 Foto 10 Resorte helicoidal .................................................................................................49 Foto 11 Carcasa..................................................................................................................50.

(12) IM -2004-II-35. 12 INDICE DE FIGURAS. Figura 1. Cvt de friccion ....................................................................................................17 Figura 2. Cvt de friccion 3 cuerpos....................................................................................18 Figura 3. Cvt de poleas en v...............................................................................................19 Figura 4. Cvt’s hidraulicas .................................................................................................20 Figura 5. Diagrama de bloques funcionamiento de transmision a carga variable ............24 Figura 6. Relacion aumentando en la transmision ............................................................24 Figura 7. Relacion disminuyendo en la transmision .........................................................25 Figura 8. Potencia disponible.............................................................................................27 Figura 9. Cuerpo libre vehiculo en plano inclinado...........................................................29 Figura 10. Tensiones en la correa en v...............................................................................34 Figura 11. Diferencial de correa ........................................................................................34 Figura 12. Diferencial de correa ........................................................................................34 Figura 13. Cuerpo libre Cilindros sobre plano ..................................................................43.

(13) IM -2004-II-35. 13. INDICE DE TABLAS. Tabla 1. Determinacion de relaciones de la transmision ...................................................31 Tabla 2. Valores finales de la correa..................................................................................38 Tabla 3. M asas de los cilindros ..........................................................................................44.

(14) IM -2004-II-35. 14 INDICE DE GRAFICAS. Grafica 1. Curvas de potencia y torque motor intek ic 90 .................................................23 Grafica 2. Curvas de fuerza de empuje y fuerza de arrastre contra velocidad ..................28 Grafica 3. Fuerza producida por los cilindros en la polea de entrada ...............................42 Grafica 4. pruebas de potencia con y sin transmision ......................................................51 Grafica 5. Pruebas de rpm de entrada y salida de la trasnsmsion .................................... 52 Grafica 6. Pruebas de cambio de relaciones .....................................................................52 Grafica 7. Optimizacion de masas ....................................................................................53.

(15) IM -2004-II-35. 15 MOTIVACIÓN. Los Vehículos con motores de combustión interna han sido de gran interés durante mi vida. Este interés es una de las razones por la que estudie ingeniería mecánica. Durante la carrera de ingeniería mecánica, es poco lo que se puede aprender acerca de este tipo de vehículos, y la mayoría de lo que he aprendido ha sido por interés propio. Al hablar con Juan Pablo Casas, quien estaba desarrollando una vehículo de dos ruedas de fácil construcción con estudiantes de ultimo semestre de la universidad, me propuso desarrollar una transmisión de variación continua para este vehículo. Con este proyecto vi una manera interesante de incursionar en el ámbito del diseño y la construcción de partes para un vehículo, y de aplicar todos mis conocimientos adquiridos dentro y fuera de la universidad. Aunque mi pasión por los carros es muy grande, soy muy consciente del grado de contaminación que estos producen, y con la implementación de esta transmisión vi una manera de disminuir en algo la contaminación producida por el motor de combustión interna, sin sacrificar las sensaciones de aceleración y velocidad que un vehículo propulsado por estos motores produce..

(16) IM -2004-II-35. 16. CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN, TIPOS DE CVT Y BENEFICIOS. 1.1. Introducción Las transmisiones de variación continua (CVT), son transmisiones que proveen un rango de relaciones sin interrupciones, a diferencia de las transmisiones mecánicas o automáticas que proveen unas pocas relaciones de tipo discreto. A través de los años, se han buscado diferentes maneras de lograr este tipo de transmisiones, estas son algunas de estas.. 1.2. Tipos de CVT. 1.2.1. De Fricción:.

(17) IM -2004-II-35. 17. Esta es la transmisión mas común del tipo CVT, en la cual dos cuerpos se ponen en contacto en puntos que varían su distancia desde sus ejes de rotación, y permiten que la fricción transfiera movimiento de un cuerpo al otro, algunas veces existen otros intermediarios como una rueda o una correa. Actualmente no existe ningún tipo de transmisiones de este tipo de 2 cuerpos como el que se ve 1. en la siguiente figura.. Figura 1: Cvt de fricción. La fricción juega un papel muy importante en este diseño de transmisiones, el máximo torque transmisible por este diseño depende de diferentes variables como lo son: Coeficiente de fricción entre la rueda y el disco (Cf), la fuerza normal que empuja la rueda sobre el disco (Fn) y el radio de la rueda o disco de salida. Como se observa a continuación. Tmax = Cf × FN × Ro. Ecuación 1. La pérdida presente en este tipo de transmisiones se presentan debido a los siguientes factores: -Deformación de componentes. -Deslizamiento debido a velocidades diferentes.. 2. Siendo el factor mas influyente, la deformación de los componentes. Este fenómeno es causado por los altos valores de las fuerzas normales y puede ser minimizado usando materiales muy poco deformables y de alto coeficiente de fricción (como acero recubierto con caucho para incrementar el valor del coeficiente de fricción). La otra forma de perdida de energía se da por la gran área de contacto entre los componentes rotantes, esto hace que el extremo mas. 1. http://www.gates.com/brochure.cfm?brochure=1033&location_id=542. 2. http://www.gizm ology.ne t/cvt.htm.

(18) IM -2004-II-35. 18. cercano al eje de rotación gire alrededor de un radio menor al que están rotando las partes exteriores del otro elemento de rotación, causando una deformación de el elemento rotante, y un deslizamiento de los extremos de este, este problema puede reducirse usando un elemento rotante rígido y que produzca un 3. área de contacto mínima.. Diseños mas avanzados usan tres elementos en vez de dos, esto trae ventajas favorables como lo es un incremento en el rango de relaciones, y un diseño mas simple. El rango de relaciones puede llegar a ser 1:5 a 5:1, lo que haría necesario usar un juego de piñones para así obtener las relaciones máxima y mínima que necesitamos.. 4. En la grafica a continuación se pueden observar algunos tipos de estas transmisiones.. Figura 2: Cvt de fricción 3 cuerpos. 1.2.2. Poleas en v de variación continua: Las poleas de variación continua son una diversificación en el tema, donde dos conos se enfrentan el uno al otro, con una correa en v sobre ellos, la distancia desde el centro de la polea, en la cual la polea hace contacto depende de la distancia entre los conos, entre mas separados están entre si, la correa girara en el menor radio de giro posible. Entre mas ancha sea esta correa, mayor el sera el numero de relaciones que el sistema nos va a proporcionar.. 3 4. http://www.m e .ute x as.e du/~m e lingo/art/ne w/cvt.htm http://www.torotrak .com /howitwork s.htm l.

(19) IM -2004-II-35. 19. Usualmente estas correas no son simples correas en v como las usadas para aplicaciones normales, estas correas son especiales, ya que deben soportar fuertes cambios de velocidades, así como de un alto valor de la fuerza normal, sin presentar altas deformaciones. Este sistema de poleas, debe siempre venir en pares, cumpliendo el objetivo que la primera polea incremente el diámetro para que la segunda lo disminuya, de manera que la correa siempre este tensionada, y no vaya a deslizarse sobre las poleas. Normalmente una de las poleas es controlada por una leva, mientras las otra mantiene ese contacto sobre la corea por medio de la fuerza de un resorte, este tipo de transmisiones, han sido usadas en muchas aplicaciones, desde herramientas eléctricas hasta vehículos para uso en la nieve, incluso automóviles.. 5. Figura 3: Cvt de poleas en v. 1.2.3. De tipo eléctrico: Se puede decir que un generador potenciando a un motor mediante cualquier tipo de control de velocidad electrónico puede constituir una transmisión de variación continua, Transmisiones eléctricas tiene la ventaja de una gran flexibilidad de usos, ya que el generador puede ser localizado a cualquier. http://www.honda.co.nz/h.nsf/t/t_cvt.htm l, http://www.sae .org/autom ag/te chbrie fs_01-00/03.htm 5.

(20) IM -2004-II-35. 20. distancia o orientación del motor y cualquier exceso de potencia generado, puede ser almacenado en baterías, y utilizado cuando se manejen altas cargas. El gran problema con estas transmisiones es su peso y poca eficiencia; ya que un generador o motor típico, tiene una eficiencia de alrededor 80%, lo que daría una eficiencia total de la transmisión de tan solo 64%,esto hace que el uso de estas transmisiones sea limitado para situaciones donde otros tipos de transmisiones no se puedan usar.. 1.2.4. De tipo hidráulico Una CVT hidráulica consta de una bomba hidráulica y un motor hidráulico, de los cuales al menos uno posee un desplazamiento variable, para que esto haga variar la velocidad de salida de manera continua. Este tipo de transmisiones se usa en algunos vehículos todo terreno (cuatrimotos) y consiste en un motor de desplazamiento variable y una bomba. Que a medida que se incrementa el desplazamiento la velocidad de salida decrece, mientras el volumen de la bomba permanece constante.. Figura 4: Cvt´s hidráulicas. 6. http://www.sae .org/ohm ag/topte ch/01.htm , http://www.torve c.com /infinite lyvariable .htm. 6.

(21) IM -2004-II-35. 21. 1.3. Beneficios Las transmisiones automáticas o mecánicas usan múltiples juegos de engranajes con un embrague que permite disponer de diferentes relaciones (4 o 5), mientras las CVT reemplazan esas relaciones discretas, con un diseño de infinitas relaciones ajustables. Se puede indicar, que las CVT cambian las relaciones de una manera suave eliminando el tradicional “cabeceo”, al hacer los cambios. Otra ventaja de las CVT es tener la conveniencia de las transmisiones automáticas, con un rendimiento parecido a las transmisiones mecánicas. Debido a sus relaciones infinitas las CVT se diseñan para que mantengan la relación ideal a la cual el motor entrega su mejor rendimiento, estas características han demostrado un ahorro de gasolina en estos vehículos de aproximadamente 10% comparado con las transmisiones automáticas. Aparte de el ahorro de combustible, debido a que el régimen de revoluciones del motor es controlado por los ingenieros que diseñan las transmisiones, este tipo de transmisiones ayudan a controlar de una manera eficiente las emisiones del motor. Las transmisiones de variación continua CVT tienen algunas deficiencias, una de ellas es que es una nueva tecnología si se comparan con las transmisiones automáticas y mecánicas, aunque en lugares como Asia son mucho mas populares que lo que lo son en Europa o estados unidos.. 7. La otra deficiencia es la limitante en la transmisión de altos torques (280 N.m y mas), en el momento fabricantes como Audi, BMW, Nissan y otros están mejorando sus CVT para lograr transmitir una mayor cantidad de torque en sus transmisiones y así poder acondicionarlas a toda su gama de autos de producción masiva, y no solo a los compactos. 7. http://www.audiworld.com/news/100699.html.

(22) IM -2004-II-35. 22. CAPITULO 2. LA TRANSMISION EN EL VEHICULO 2.1. El Motor Y La Transmisión La transmisión es muy importante en el desempeño de un vehículo y es por eso que se debe diseñar una transmisión para cada tipo de motor y carrocería, sin ser esta ultima tan critica como la anterior. El funcionamiento de este conjunto debe darse de la mejor forma posible. buscando que la potencia nominal del motor llegue en un alto porcentaje a las ruedas de tracción del vehículo, y que las relaciones de velocidad máxima y aceleración máxima de la transmisión, sea acorde con las características para las cuales se usara el vehículo. Para este trabajo, la fuente de potencia que se utiliza es un motor “briggs & stratton” modelo intek i/c de 5.5 Hp, siendo utilizadas las curvas de torque y potencia para el diseño de la transmisión que cumpla con las características de diseño, así como de geometría y costos Con el fin de. validar el modelo matemático utilizado en el diseño de la. transmisión y de esta manera poder usarlo posteriormente en cualquier motor que se requiera..

(23) IM -2004-II-35. 23. Grafica 1: Curvas de potencia y torque motor intek ic 90. En las graficas de Potencia y Torque del motor que va a ser utilizado, podemos observar que el torque máximo se obtiene a las 2600 rpm, y que su potencia máxima esta en el régimen de las 4000 rpm. Con estos valores se limitará el rango de uso de la transmisión a los mismos para así con el fin de obtener del motor el torque máximo que dará la mayor aceleración, y de igual forma la potencia máxima que ayudara a desarrollar la velocidad máxima. Todo esto mejorara el consumo de combustible del motor, debido a que este se limitara a trabajar en el punto optimo..

(24) IM -2004-II-35. 24. Figura 5: Diagrama de bloques de funcionamiento de transmisión a carga variable. El esquema muestra el comportamiento que debe tener la transmisión para una apertura de carburador constante en donde la carga sobre la transmisión tiene variaciones. Cuando la carga sobre la transmisión aumenta, la transmisión aumentara la relación, de tal forma que el motor pueda igualar y vencer el torque que se le esta poniendo de carga. La polea de salida al no poder vencer el torque que el camino le esta imponiendo perderá velocidad, produciendo de igual manera una reducción en la velocidad de la polea de entrada. Lo mencionado anteriormente causara que los pesos esto hará que los pesos en la polea de entrada se acerquen al centro de la polea y la relación aumente.. Figura 6: Relación aumentando en al transmisión. Al mantener la misma carga igual, no habrá ningún cambio en la transmisión y esta mantendrá la relación de la transmisión a su vez que las rpm’s del motor..

(25) IM -2004-II-35. 25. Cuando la carga sobre la trasmisión disminuye, la transmisión disminuirá la relación de manera que el motor se mantenga en el lugar optimo de revoluciones. La polea de salida al tener menos carga va a ganar velocidad, produciendo de igual forma un aumento en la velocidad de la polea de entrada, haciendo que los pesos en la polea de entrada se alejen del centro y la relación disminuya.. Figura 7: Relación disminuyendo en la transmisión.

(26) IM -2004-II-35. 26. CAPITULO 3. RELACION MAXIMA Y MINIMA 3.1. Determinación de las relacione para la cvt. 3.1.1. Determinación de la relación máxima Regularmente la relación máxima en una transmisión se selecciona con el fin de que el vehículo pueda alcanzar la velocidad máxima posible; a su vez esta también se usa para beneficiarse de un bajo consumo de combustible en autopistas (altas velocidades constantes). Para esto es necesario saber la velocidad máxima del vehículo usando la potencia dada por el motor.. 3.1.1.1. Potencia disponible Es necesario saber que la potencia del motor al cigüeñal va a ser diferente a la que llega a las ruedas del vehículo, esto se debe a las perdidas que se van a producir en la transmisión desde el motor hasta la rueda de tracción. Es por tanto que al basarse en los valores de eficiencia que Audi da para su transmisión, la cual funciona de manera muy similar a la que se esta diseñando en este trabajo, se decidió tomar como valor base una eficiencia de 70%, este valor es 15% menor a la que da audi, esto se debe a que la transmisión utilizada.

(27) IM -2004-II-35. 27. en este trabajo emplea controladores completamente mecánicos, que ha medida que se desgastan pierden efectividad en su desempeño.. Figura 8: Potencia disponible. Pr = Pm × Ef. Ecuación 2. A una velocidad dada la fuerza de empuje del vehículo es igual a:. Tf =. Pr v. Ecuación 3. También es necesario calcular la fuerza de arrastre del vehículo que se opondrá a la fuerza de empuje del motor.. Cd × ρ × v 2 × A Df = 2. Ecuación 4. Igualando la fue rza de e m puje de l m otor y la fue rza de arrastre de l ve hículo se pue de conoce r la ve locidad final de l ve hículo..

(28) IM -2004-II-35. 28. Gráfica 2: Curva de empuje y fuerza de arrastre –vs- velocidad. v3 =. Pr ⎛ Cd × ρ × A ⎞ ⎜ ⎟ 2 ⎝ ⎠. Ecuación 5. Con la velocidad máxima permitida tanto por el motor como por la aerodinámica del vehículo, se obtiene la relación máxima que debe tener la transmisión.. rpm × 2 × π φ r × 60 2 hr = v max× rel. Ecuación 6. 3.2. Determinación de la relación mínima Para determinar la relación mínima que el vehículo requiere es necesario considerar que el vehículo debe ser capaz de arrancar en un plano inclinado desde el reposo..

(29) IM -2004-II-35. 29. Figura 9: Cuerpo libre vehículo en plano inclinado. ⎛ %incl ⎞ Fs Fm = ( M + C ) × g ⎜ ⎟ × Ef 100 ⎝ ⎠. Ecuación 7. “La fuerza tangencial que las ruedas motrices ejercen sobre el plano inclinado para empezarse a mover.”. Fll =. T × CEf × lr × rel φr 2. Ecuación 8. Al igualar estas dos fuerzas que van en sentidos contrarios, se obtiene la relación mínima en la transmisión la cual va a permitir que el vehículo se ponga en movimiento desde el reposo en el plano inclinado. (se ha considerado un factor de seguridad, y las perdidas del embrague por deslizamiento en el momento del contacto, todo esto para asegurar que efectivamente el vehículo pueda arrancar desde el reposo en este plano inclinado).. lr =. Fm ×. φr. 2 T × CEf × rel. Ecuación 9. Teniendo las relaciones máxima y mínima de la transmisión ya se puede definir la geometría de las poleas de diámetro variable que harán parte fundamental en la construcción de la transmisión..

(30) IM -2004-II-35. 30. Los valores de estas relaciones van a ser muy altos, lo que obliga a que el diámetro de las poleas cambie en gran cantidad, para evitar esto se dividen las relaciones obtenidas entre el máximo común divisor conseguido de las mismas y así se disminuye este valor y de igual forma se obtienen valores simétricos en las poleas. Para garantizar que la transmisión funcione adecuadamente es necesario poner este valor del máximo común divisor como relación final, esto permitirá a la transmisión tener el mismo tipo de aceleración en el plano inclinado ytambién de velocidad máxima. para el cual fue diseñada. k = lr × hr. lr k hr hrn = k lrn =. Dependiendo del espacio disponible para la transmisión, se debe fijar el diámetro menor que van a tener las poleas, y su distancia entre los ejes; con esto se obtendrá el valor del diámetro máximo de las poleas y también la longitud total de la correa en V quesera utilizada.. D1 = hrn D2 3.3. Valores finales para el diseño de la transmisión Los siguientes valores se obtuvieron en una hoja de excel, teniendo en cuenta todas las ecuaciones anteriormente mostradas. Tabla 1: Determinación de relaciones de la transmisión. DETERMINACION DE LA RELACION MÁXIMA Potencia del Motor (hp) (w). 5. Eficiencia de la Transmision (%). 70. Potencia Disponible (hp) (w). 3.5. 3728.49 2609.94.

(31) IM -2004-II-35. 31 Fuerza de Empuje (N). 41759.19/v. Fuerza de Arrastre (N) A VEL MAXIMA. 183.0215568. Coeficiente de Drag. 1. Densidad del Aire (Kg/m^3). 1.2. Velocidad Vehiculo (m/s). v. Area Frontal (m^2). 1.5. Velocidad Maxima (m/s) (Km/h). 14.26. RPM Potencia Máxima. 4000. Diametro Rueda de Traccion (in) (m). 10. Piñon (T). 20. Plato (T). 40. Relacion. 2. Relacion Máxima. 1.86. 183.02. 51.33 0.25. DETERMINACION DE LA RELACION MINIMA Masa del Vehiculo (Kg). 150. Carga Maxima (Kg). 70. Inclinación de la Pendiente (%). 25. Factor de Seguridad. 38473. Fuerza de la Pendiente (N). 1156.17. Torque Maximo (Nm). 11. Eficiencia del Clutch (%). 70. Fuerza de Traccion (N). 274.16. Relacion Minima. 9.53. PARA OBTENER RADIOS SIMÉTRICOS Relación Mínima. 9.53. Relación Máxima. 1.86. K (máximo común divisor). 4.21. mínima relación DEFINITIVA. 2.26. máxima relación DEFINITIVA. 0.44. diámetro máximo (mm). 101.74. diámetro mínimo (mm). 45. Para la anterior tabla se usaron los valores de potencia, torque máximo y régimen de revoluciones de cada uno. Estos fueron suministrados por el.

(32) IM -2004-II-35. 32. fabricante en la respectiva curva de potencia y torque del motor. Adicionalmente a esto se tomo un factor de seguridad de 1.5 para asegurar que el motor y la transmisión funcione como se diseñaron, sin importar diferencias entre motores del mismo tipo debidos a la producción en masa de estos, y las condiciones de altura, temperatura y humedad relativa donde se utilicen los motores. El valor de eficiencia de la transmisión se asumió de acuerdo a datos de 8 fabricantes como audi, la cual es del 85 %. para este tipo de transmisiones. Sin. embargo debido a que los controles de la transmisión son completamente mecánicos (resortes, pesas, embrague centrífugo) y sufren desgaste, se decidió hacer esta eficiencia del 70%. El coeficiente de arrastre del vehículo se asumió como el máximo para este tipo de vehículos ya que este parámetro nunca se tuvo en cuenta en la construcción de el chasis para el vehículo, por lo cual es de esperarse que tenga un valor muy elevado. La eficiencia del embrague se asumió basado en valores consultados para este tipo de mecanismos la cual es del 70%.. 8. http://www.audiworld.com/news/100699.html, http://www.sae.org/automag/techbriefs_01-00/03.htm.

(33) IM -2004-II-35. 33. CAPITULO 4. Dinamica de las correas en V 4.1. Correas en v En un sistema de poleas en V, el coeficiente de fricción se da de manera diferente que en una correa plana, ya que factores como el ángulo de abrace mínimo de la correa (ángulo mínimo que necesita la correa abrazar la polea para evitar un deslizamiento), y el ángulo de la misma va a hacer que este coeficiente de fricción sea mayor. En el siguiente diagrama se puede observar la representación de una correa envuelta en una polea de radio r, el contacto sobre la polea se extiende desde φ= 0 , donde la tensión es Fmin y es el lado suelto de la correa, hasta φ= θ donde la tensión es Fmax, la velocidad v es constante como se observa en el diagrama. Para lograr entender como la tensión de la correa se incrementa de Fmin a Fmax, debemos considerar un diferencial de la correa ubicado entre δφ y φ..

(34) IM -2004-II-35. 34. Figura 10: Representación de correa envuelta en una polea de radio r. Este elemento diferencial hace contacto con los dos lados inclinados de las poleas dando como resultado una reacción normal como se puede apreciar a continuación.. Figura 11:. Dife re ncial de corre a. La tensión de la correa se incrementara desde F hasta F+ F a través del diferencial mostrado a continuación.. Figura 12: Diferencial de correa.

(35) IM -2004-II-35. 35. Haciendo sumatoria de fuerzas tanto en el plano normal como en el tangencial y asumiendo que la aceleración tangencial es cero, se obtiene:. TANGENCIAL. ⎛ δφ ⎞ ⎟ − F cos ⎜ ⎟ − 2δ F f = 0 ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠. ( F + δ F ) cos ⎛⎜. δφ ⎞. Ecuación 10. NORMAL. ⎛ δφ ⎞ 2 ⎟ + F sin ⎜ ⎟ − 2δ N sin β = ρ c × v δφ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠. ( F + δ F ) sin ⎛⎜. δφ ⎞. Ecuación 11. En el limite, de estas dos ecuaciones se obtiene:. δ Ff δ F sin θ = δ N ( F − ρ c × v 2 ) δφ Para evitar un alto deslizamiento entre la correa y la polea esta relación entre la fricción y la fuerza normal deben ser menor o iguales al coeficiente de fricción de la correa y el material de la polea.. δ Ff ≤µ δN.

(36) IM -2004-II-35. 36. Eliminando las fuerzas de fricción y la normal, así como también separando variables e integrando sobre el ángulo de contacto, obtenemos como resultado el radio máximo de tensiones de correa que puede soportar el sistema sin deslizar.. (F. 2 − ρ × v ) c max. ( Fmin − ρ c × v ) 2. ⎛ µ ⎞ ⎜ ⎟θ ⎝ sin β ⎠. ≤e. De esta ecuación se va a obtener el coeficiente efectivo de fricción polea correa, que se amplifica debido al efecto de cuña que se da entre la polea y la correa.. µ ef =. µ. ⎛β⎞ sin ⎜ ⎟ ⎝2⎠. Las tensiones en la correa en la relación mínima se dan de la siguiente manera: ⎡ ( D2 − D1 ) ⎤ ⎥ ⎣ 2× a ⎦. θ = 2 × cos−1 ⎢. Rt = e ( µef ×θ ) Es muy importante saber la velocidad que va a tener la correa en V ya que por medio de esto se podrá determinar las tensiones que debe soportar la correa, la pretensión que necesita el sistema y además las fuerzas necesarias para lograr hacer variar la polea de diámetro. Solo se evaluaran los casos extremos. (Máxima relación y mínima relación) Para las revoluciones de máxima potencia, ya que los demás casos van a estar dentro de los limites de las velocidades y fuerzas de los casos extremos..

(37) IM -2004-II-35. 37. n2 l =. n1l lrn. n1l × 2π D1 × 60 2 n n2 h = 1h hrn. Vcl =. Vch =. n1h × 2 π 60. ×. D1 2. La fuerza que se necesita para sostener las dos partes de la polea, manteniendo el diámetro necesario se obtiene de la siguiente forma: debido a que la velocidad de la correa en la relación mínima va a ser menor, y que esta fuerza de las poleas es inversamente proporcional a la velocidad de la correa.. ⎛ Pe ⎞ ⎜ ⎟ Vcl ⎠ ⎝ Faxl = µ ef Las tensiones de la correa para la relación mínima son:. ⎛ Pe ⎞ ⎜ ⎟ Vcl ⎠ ⎝ T1l = 1 ⎞ ⎛ ⎜1 − ⎟ ⎝ Rt ⎠. T2l =. T1l Rt.

(38) IM -2004-II-35. 38. 4.2. Valores finales de correa Tabla 2. VELOCIDADES Velocidades en Relacion Minima cono de entrada (RPM). 4000. cono de salida (RPM). 1769,181. velocidad correa (m/s). 9,424777961. Velocidades en Relacion Maxima Cono de Entrada. 4000. Cono de Salida. 9043,732664. velocidad correa. 21,30879307. velocidad maxima en relacion minima 11,76453077 velocidad maxima en relacion maxima 60,13814934 FUERZAS (poleas en v) RELACION MINIMA distancia centro a centro poleas (mm). 267. Angulo Surco de la Polea (grados). 30. Coeficiente de Friccion. 0,7. Coeficiente Efectivo. 2,704592314. Angulo de Abraze Correa en Radio minimo. 167,8006521. relacion de las tenciones. 2754,162899. tension1 (N). 395,7497605. tension2 (N). 0,143691486. cargas en el eje (N). 395,8902083. fuerza para mantener la relacion (N). 146,2719786. RELACION MAXIMA distancia centro a centro poleas (mm). 267. Angulo Surco de la Polea (grados). 30. Coeficiente de Friccion. 0,7.

(39) IM -2004-II-35. 39 Coeficiente Efectivo. 2,704592314. Angulo de Abraze Correa en Radio minimo. 167,8006521. relacion de las tenciones. 2754,162899. tension1 (N). 175,0382393. tension2 (N). 0,063554062. cargas en el eje (N). 175,1003587. fuerza para mantener la relacion (N). 64,69540134. Se observa que las fuerzas necesarias para mantener la relación disminuyen a medida que se acerca a la relación máxima. Esto se debe a que la velocidad de la correa es inversamente proporcional a la fuerza necesaria. Sin embargo la fuerza que proporcionan las pesas aumentan a medida que las rpm’s del motor aumentan. Con estos valores se observa la necesidad de adicionar un resorte en la polea de salida para lograr mantener la relación requerida todo el tiempo, conservando la tensión..

(40) IM -2004-II-35. 40. CAPITULO 5. CVT DIAMETROS VARIABLES 5.1. Transmision de poleas de diámetros variables Después de evaluar los tipos de transmisiones previamente construidas, y analizar la manera de diseñarlas, su complejidad, y valores de desempeño, se decidió construir la transmisión de variación continua por medio de poleas en v, las cuales varían el diámetro, debido a su facilidad de construcción, buenos resultados al ser utilizadas con motores de bajas potencias, y fácil mantenimiento. Todo el sistema de transmisión será construido con controladores mecánicos. Foto 1. Foto 2.

(41) IM -2004-II-35. 41. 5.2. Funcionamiento de el sistema de transmisión. 5.2.1. Polea de entrada 5.2.1.1. Polea con rampas para cilindros La polea de entrada será la encargada de mantener las revoluciones del motor en el rango para el cual se diseño el sistema (2600-4000 rpm), esta polea se compone de 6 rodillos que van a desplazarse por una curva radial a la polea, cambiando los diámetros de la polea de entrada. Esta parte de la polea fue extraída de una pieza que hace parte de la transmisión de una scooter peugeot trekker, ya que el perfil por donde se desplazan los cilindros no pudo ser probado en modelos que se hicieron en abs. Se tomo esta parte, por su facilidad de obtención y porque las características de potencia máxima del motor son similares a la del motor con el que contamos (6 Hp y 9 N.m) A mayor velocidad del motor, estos pesos se van a alejar del centro de la polea, obteniendo un diámetro mayor en la polea, incrementando asi la velocidad del vehículo. En la foto presentada a continuación, podemos observar de que se compone la polea de entrada a nuestra transmisión.. Foto 3.

(42) IM -2004-II-35. 42. Foto 4. Grafica 3. FUERZA EN LA CORREA 1200. FUERZA (N. 1000 800 600 400 200 0 0. 1000. 2000. 3000. 4000. 5000. RPM MOTOR. Esta grafica corresponde a la fuerza entregada por los 6 cilindros a la correa en v. Según las graficas de cambio de relaciones del sistema; estas fuerzas se obtienen debido a ala descomposición de la fuerza centrípeta en los planos de rodadura de los cilindros. La cual será la causante del cambio de relaciones en el sistema..

(43) IM -2004-II-35. 43. La fuerza a 2500 rpm es de 274 N ypor consiguiente mayor a lo que necesitamos para mantener la relación 130 y 125 del resorte.. Figura 13. 5.2.1.2. Cilindros Estos cilindros van a ir dentro de las rampas de la polea de entrada y van a ser calibrados según el peso que se necesite para el buen funcionamiento de la transmisión, después de tener la fuerza que entregara el resorte para los dos puntos extremos de la transmisión (aceleración máxima y velocidad máxima) se calibran estos 6 cilindros para que nos entreguen la fuerza necesaria para nuestro sitema. Aunque estos pesos fueron calculados teóricamente dependiendo la fuerza que el resorte va a consumir del sistema, y la fuerza requerida para mantener una relación estable, se hicieron experimentos con varios pesos para lograr el mejor rendimiento de la transmisión..

(44) IM -2004-II-35. 44. Este valor del peso de cada uno de estos 6 cilindros se halla para la relación de máxima aceleración que es la que necesita mayor fuerza para lograr mantenerla estable. Fresorte+Frelacion=Fmasas Tabla 3. CALCULO DE LAS MASAS DE LOS CILINDROS MASA DE CADA CILINDRO. 0.023008564. NUMERO DE CILINDROS. 6. ANGULO. 0.523598776. REVOLUCIONES. 30. 2500. RADIO (mm). 20. FUERZA REQUERIDA (N). 255. FUERZA SOBRE LA CORREA. 255.78. Foto 5. 5.2.2. Ejes de polea de entrada y de salida Los ejes construidos para la transmisión, son unos ejes que tienen distintas secciones con el fin de garantizar el buen funcionamiento de la transmisión. De igual manera poseen hombros a lo largo del eje que ayudan a mantener cada pieza de la transmisión en su lugar. Aparte de los hombros, poseen un estriado para mantener parte de la transmisión girando a la par del eje. En un extremo se encuentran roscados que permiten asegurar con tuercas la transmisión en cada.

(45) IM -2004-II-35. 45. eje, y a los extremos contrarios se encuentran unos cuneros que permiten adaptar los accesorios de acople al motor, y la polea, que transmitirá por medio de una correa la potencia a nuestro freno hidráulico del banco de prueba. Están hechos en acero 1045, al cual después de haber completado el proceso de maquinado se le realizo un tratamiento térmico de temple con el fin de mejorar las propiedades mecánicas del material, y de esta manera garantizar su funcionamiento sin inconvenientes. Foto 6. 5.2.3. Correa en V para velocidades variables La correa usada para la transmisión es la misma que se utiliza en las motos yamaha bws 100, esta es una correa en V con un ángulo de 30 grados y viene con una especie de dientes en su parte interna que permiten variar la velocidad de la correa y los diámetros de las poleas sin ningún problema. De igual forma viene reforzada con fibras de kevlar para mejorar la resistencia y transmitir torques de hasta 12 N.m; A partir de esta longitud de correa se hizo el diseño, la cual es una buena elección ya que es fácil de conseguir, es económica y resiste el doble de la potencia que será manejada por medio de la transmisión. Los datos encontrados acerca de el coeficiente de fricción de el caucho y el acero de 0,77 son bastante cercanos a los que se obtienen experimentalmente. Esto es comprobado debido a que el sistema funciona de acuerdo a las fuerzas de mantenimiento de relaciones teóricas, que fueron calculadas con el mismo coeficiente de fricción. De igual manera, el ángulo de abrace de la correa en la polea es siempre mayor al mínimo permitido que impide deslizamiento (167 grados) y se mantiene aproximadamente a 175 grados en todo momento..

(46) IM -2004-II-35. 46 Foto 7. 5.2.4. Polea de salida 5.2.4.1. Polea de salida La polea de salida de la transmisión cuanta con mas partes que la polea delantera, y es el sensor del torque requerido por el camino, ya que en el momento en que se encuentre una gran pendiente, esta polea va a perder velocidad, y por medio del resorte, va a recuperar el diámetro máximo, obligando a la polea de entrada a usar el diámetro mínimo y así obtener aceleración (torque) en vez de velocidad (potencia). Se compone por una polea en va dividida en 2 donde un extremo es fijo y el otro se puede acercar y alejar del otro, para proveer un cambio de diámetros en la polea. El ángulo del surco de la polea es exactamente el mismo que el de adelante, de 30 grados, que es especial para que funcione con la correa elegida para la transmisión.. Foto 8. 5.2.4.2. Embrague centrífugo.

(47) IM -2004-II-35. 47. Para poder mantener nuestro el regimen de operación en el punto optimo para el cual se diseño y además proveer de un punto muerto a la transmisión estando el motor en funcionamiento, fue necesario adaptar un embrague centrífugo que le permitiera a la transmisión repartir la potencia después de que el motor alcanzra las 2500 rpm. El sistema de embrague empieza actuar en las 2540 rpm que es algo bastatne cercano a lo que se buscaba, este valor se encontro montando la transmsion sobre el banco de pruebas a carga maxima del freno hidraulico, se monto un tacometro a el eje de salida del motor (entrada de la transmsion) yse midio el valor de rpm a las cuales la carga del freno hidraulico se estabilizaba en las minimas rpm’s posibles del motor. Esta calibracion fue experimental ya que no se conocian las masas de laz zapatas del embrague Foto 9. . Foto 10. Los resortes que se ven en la foto fueron los que se cambiaron ya que el embrague venia para empezara atrabajar a 8000 rpm, por lo que fue necesario usar unos resortes mas blandos para poner a trabajar a 2500 rpm este embrague.

(48) IM -2004-II-35. 48. 5.2.4.3. Resorte helicoidal. Para mantener la presión sobre la correa necesaria para evitar que la correa patine fue necesario adaptar un resorte que garantizara el mínimo deslizamiento, a lo largo de todo el régimen de operación de la transmisión. El RESORTE que se adaptaba mejor a las medidas necesarias tenia una constante de 2.5 N/mm, y al ubicarlo en el sistema queda con una precarga de 50 mm lo que entrega una fuerza normal sobre la correa de 125 N (acelaracion máxima) y de 162.5 N (velocidad máxima).. Foto 11. Fresorte(N)=Kresorte(N/mm)Xdesplazamiento resorte(mm) K=2.5N/mm Desplazamiento resorte minimo=50mm Desplazamiento resorte maximo=65mm.

(49) IM -2004-II-35. 49. 5.2.5. Carcasa La carcasa además de ser la base de la transmisión, es la que va a permitir montar la transmisión al banco de pruebas, para de esta manera hacer las pruebas necesarias en la transmisión. Al principio se hizo una carcasa en lamina de acero, con bujes de bronce soldados a ella en los apoyos de los ejes. Debido a las altas velocidades de operación de la transmisión, y a las largas pruebas, fue necesario hacer otra carcasa, a la cual se le incluyeron rodamientos en la parte mas critica, ybujes de bronce fosfatado en los otros extremos. Con estos arreglos mejoro el desempeño de la transmisión, y su funcionamiento fue mas suave, como se puede ver en las pruebas mas adelante.. Foto 12.

(50) IM -2004-II-35. 52. CAPITULO 6. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Todas las pruebas mostradas a continuación se hicieron en el laboratorio de ingeniería mecánica de la universidad de los andes. Se hicieron en un banco de pruebas de freno hidráulico. En donde se conecta un caudal de agua estable a un freno hidraulico que va a oponer resistencia a el giro del motor y va amedir las libras que este esta produciendo y las revoluciones a las que las produce. 6.1. Eficiencia de la transmisión Estas pruebas se hicieron al máximo caudal que permitia la conexión de agua en la universidad, y es por eso que los valores de la potencia son inferiores a los valores del motor. Ya que era necesario alimentar el freno hidraulico con un mayor caudal para de esta manera poder obtener los 5 caballos de potencia que el motor posee. Lo que se midio en estas pruebas fue la potencia que entregaba el motor a apertura maxima de la mariposa del carburador, con carga estable para cada regimen de revoluciones. La primera prueba (solo motor) corresponde a la prueba hecha al motor directamente al banco de pruebas, las otras dos corresponden a las pruebas hechas con la transmisión conectada al motor..

(51) IM -2004-II-35. 53. La primera prueba (transmision 2)que se le hizo a la transmisión fue sin rodamientos y con unos bujes de bronce. La segunda de las pruebas (transmision 1)se hizo después de haber modificado la carcasa, adicionarle rodamientos y bujes de bronce fosfatado, con su respectivo lubricante. Como se puede ver, la ultima prueba de la transmisión existen menos perdidas, y por ende su funcionamiento es mucho mas suave, aparte de esto la transmision funciono a menor temperatura aproximadamente 45 grados centígrados, contra los 85 grados a la que opero la transmisión en la primera prueba, bajo las mismas condiciones de carga. Estos valores de eficiencia 90% son muy altos y mejor de lo que se esperaba obtener, pero hay que tener en cuenta que solo se esta utilizando el 40 % de la potencia total del motor. Por lo que estos valores de eficiencia podrian cambiar al cargarse la transmision con toda la potencia que el motor puede entregar.. POTENCI A 2,5. HP. 2. TRANSMISION 1. 1,5. SOLO MO TOR. 1. TRANSMISION 2. 0,5 0 0. 1000. 2000. 3000. 4000. 5000. RPM. Grafica 3: Pruebas de potencia. 6.2. Cambio de las relaciones en la transmisión Las siguientes pruebas se realizaron en el banco de pruebas con freno hidráulico en donde se encuentra montado este motor. Se hicieron a la carga máxima que el flujo de las mangueras del laboratorio permite entregar en este freno hidráulico. Se evaluó con un tacómetro colocado en la salida del motor, y otro colocado en la salida de la transmisión para ver como variaban las relaciones con respecto a.

(52) IM -2004-II-35. 54. las rpm del motor, estas pruebas se hicieron a la misma carga que las de eficiencia de transmisión.. RPM IN Vs RPM OUT. TRANSMISI ON. 10000 8000 6000 4000 2000 0 0. 1000. 2000. 3000. 4000. 5000. 4000. 5000. MOTOR. Grafica 4: Pruebas de rpm in and out. RPM MOTOR Vs RELACIONES. RELACIONE. 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0. 1000. 2000. 3000. RPM M OT OR. Grafica 5: Pruebas de cambio de relaciones. Como se puede ver desde las 4000 rpm la transmisión se queda sin mas relaciones, y empieza a funcionar en una sola relación que es la de velocidad máxima, para evitar echar a perder nuestro motor pasándolo de las revoluciones indicadas por el fabricante hay que estar pendiente de no pasarse de las 4000 rpm. Ya que se va a hacer daño al motor, y no se obtendrá mayor potencia. Los valores de relacion maxima y minima de la transmision (0.48 y 2.09) se acercan bastante a los valores para los cuales se disenaron los componentes de la transmision (0.44 y 2,26), es importante resaltar que el area de contacto de la.

(53) IM -2004-II-35. 55. correa sobre las poleas no se da exactamente en el punto que se esperaba por su espesor, lo que hace que las relaciones varian un poco.. Foto 13: Fuerza entregada por los cilindros a la correa en v. 6.3. Optimización de las masas de los cilindros. TIEMPO. OPTIMIZ ACION MASAS 7 6 5 4 3 2 1 0. t iempo. 0. 10. 20. 30. 40. KG. Grafica 6: Optimización de masas. La masa de los cilindros que se uso al principio fue un valor teórico (23 gramos) donde se asumen varias condiciones ideales como lo es el no deslizamiento de la correa en la polea y que la correa es un elemento de longitud constante que no se estira. Se hicieron varias pruebas con diferentes pesos (16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)algunos por encima del teórico y otros por debajo, y lo que se busco fue el peso que diera la mejor aceleración, para esto se midió el tiempo en que la polea de salida de la transmisión llegaba a las 8000 rpm partiendo del reposo..

(54) IM -2004-II-35. 56. 6.4 Conclusiones. Aunque el funcionamiento de la transmisión durante las pruebas fue bueno, yno hubo problema con ningún componente de la misma, es necesario hacer una inspección de los componentes. (embrague, resortes, correa, cilindros). aproximadamente cada 10000 Km, que es lo que recomienda el fabricante de la correa y el embrague; ya que estas partes van a sufrir desgaste y al ser componentes tan importantes en la transmisión van a influir en el funcionamiento de esta, de manera negativa.. El conjunto cilindro y resortes es el que en definitiva va a caracterizar la transmisión, ya que como se pudo observar en las pruebas el peso de los cilindros depende de la constante del resorte, y determinara la aceleración obtenida con la transmisión.. Un resorte con una constante mayor hará que la transmisión cambie de relaciones de manera más lenta, pero en el momento en que se necesite volver a las relaciones de aceleración por una aumento en la carga impuesta por el camino, esta reacción va a ser más rápida que con el resorte normal. Este mismo efecto tiene usando unos cilindros más livianos.. Un resorte con una constante menor hará que la transmisión cambie de relaciones de manera más rápida, pero en le momento en que se necesite volver a las relaciones de aceleración debido a. un aumento en la carga.

(55) IM -2004-II-35. 57. impuesta por el camino, esta reacción va a ser más lenta que con el resorte normal. El mismo efecto tendrá usar unos cilindros de mayor masa.. En la prueba de la optimización de masas se observó, que el sistema tiene un punto optimo de operación bajo una cierta carga, ya que poca masa en los cilindros demorará mas el cambio de relaciones, y no permitirá que la transmisión trabaje en el punto de mayor torque del motor, y lo mismo ocurre con mayor masa en los cilindros que ocasionará un cambio en las relaciones mucho más rápido, pero no permitirá una mejor aceleración que en el caso de cilindros livianos.. Al igual que en una transmisión convencional es importante hacer el cambio de relaciones en el régimen de revoluciones que permita que la nueva relación esté en un régimen que le permita seguir acelerando al vehículo. Esto se consigue experimentando con diferentes masas en los cilindros y diferentes constantes en los resortes.. Esta transmisión no sólo busca la mejor aceleración, también es necesario que ante un cambio de la carga impuesta por el camino, la transmisión pueda modificar las relaciones rápidamente de manera que mantenga la velocidad deseada por el usuario. Y sea capaz de responder a la carga impuesta por el camino. Por esto aunque se encontró una masa optima para el sistema con respecto a la aceleración, hay que experimentar con cambios bruscos en las.

(56) IM -2004-II-35. 58. cargas sobre la transmisión para revisar la velocidad de reacción de la transmisión.. Este tipo de transmisión se usa en la actualidad en vehículos como audi a6 multitronic, aunque el principio es el mismo (poleas de diámetro variable)debido a los torques que maneja un vehículo de estos 280N.m la transmisión es mucho más robusta y necesita de controladores mucho más precisos (bombas hidráulicas, sensores, correas con alma de acero, convertidores de torque), para lograr un buen funcionamiento en la transmisión.. El modelo presentado en este trabajo es una buena aproximación a los sistemas de transmisiones de variación continua por poleas en v que varían diámetros, y aunque la transmisión construida es un sistema bastante simple comparado con las transmisiones de este tipo usadas en la actualidad, es un modelo que funciona muy bien con motores de hasta 10 caballos de potencia (limitado por la correa) es de fácil construcción, fácil mantenimiento y bajo costo.. Los resultados obtenidos con este proyecto fueron mejores de lo que se esperaba, ya que el diseño y la construcción de este tipo de transmisiones no es tarea fácil, mucho más cuando se busca mantener bajos costos en la construcción de la transmisión y también hacerla lo más simple posible, haciendo fácil para cualquier persona construirla..

(57) IM -2004-II-35. 59 BIBLIOGRAFÍA. Debido a lo reciente de esta tecnología de transmisiones, y a los grandes deseos de avanzar en esta tecnología y tener la mejor transmisión de variación continua del mercado, es difícil encontrar muchos datos acerca de este tipo de transmisiones, debido a los secretos que se tiene acerca de estas transmisiones. La gran mayoría del material consultado hace parte de paginas de Internet y revistas. 1. h ttp://www.edm u n ds.com /own ersh i p/tech cen ter/arti cl es/45104/arti cl e.h tm l 2. h ttp://www.h i stom obi l e.com /h i stom ob/tech /2/83.h tm 3. h ttp://h om e.earth l i n k.n et/~grah am 1/My Toy otaPri u s/Un derstan di n g/Con ti n u ou sl y V ari a bl eTran sm i ssi on .h tm 4. h ttp://www.l asercan n on .com /cv t.h tm 5. h ttp://barl oworl d-cv t.com /V ari abl eSprocketCol ou r04_08_2003.pdf 6. h ttp://barl oworl d-cv t.com /v ari box_joi n t_based_cv t.h tm l 7. http://www.gizm ology.ne t/cvt.htm 8. http://www.m e .ute x as.e du/~m e lingo/art/ne w/cvt.htm 9. http://www.honda.co.nz/h.nsf/t/t_cvt.htm l 10. http://www.gate s.com /brochure .cfm ?brochure =1033&location_id=542 11. http://autozine .k yul.ne t/te chnical_school/ge arbox /te ch_ge ar.htm #C VT 12. http://www.insightce ntral.ne t/e ncyclope dia/e ncvt.htm l 13. http://www.sae .org/autom ag/te chbrie fs_01-00/03.htm 14. http://www.torotrak .com /howitwork s.htm l http://iaat.hom e ste ad.com /Jan2002Te ch.htm l 15. http://www.jatco.co.jp/E_JATC O /PLAZA/TEC _E.HTM 16. http://cvt.com .sapo.pt/MC VT/MC VT.htm 17. http://www.atving.com /e ditor/pre ss/honda/hondam atic.htm http://www.m otorsports-ne twork .com /honda/201atv/rubcon01/tranny.html 18. http://www.sae .org/ohm ag/topte ch/01.htm 19. http://www.torve c.com /infinite lyvariable .htm 20. http://cvt.com .sapo.pt/ratche ting/ratche ting.htm 21. http://www.luk .de /e nglish/Bibliothe k /Download/k 7/luk _k 7_chap08.pdf 22. http://www.barloworld-cvt.com /products.htm l 23. http://www.se ne t.co.za/infinity/de fault.htm 24. http://www.ze ro-m ax .com /products/drive s/drive sm ain.asp 25. http://fluid.powe r.ne t/fpn/const/const005.htm l 26. http://www.ande rsoncvt.com / 27. http://www.swri.e du/3pubs/ttoday/sum m e r00/cvt.htm 28. http://cvt.com .sapo.pt/control/control.htm 29. http://www.im rt.e thz.ch/re se arch/proje cts/_de tails/inde x .cfm ?id=1 30. http://cvt.com .sapo.pt/pe rform ance s/pe rform ance s.htm 31. http://www.e dm unds.com /owne rship/te chce nte r/article s/45104/article.html 32. http://www.bath.ac.uk /~e nscjb/inte grate dpowe rtrain.pdf 33. http://www.sae .org/autom ag/te chbrie fs_01-00/03.htm 34. http://www.swri.e du/3pubs/brochure /d03/cvt/cvt.htm 35. http://cvt-ivt.tripod.com / 36. http://www.ulb.ac.be /sm a/Site Mote ur/Galle ry/cvt-galle ry.htm 37. http://auto.howstuffwork s.com /ge ar-ratio.htm.

(58) IM -2004-II-35. 60. 38. http://auto.howstuffwork s.com /transm ission1.htm 39. http://auto.howstuffwork s.com /autom atic-transm ission.htm 40. http://auto.howstuffwork s.com /torque -conve rte r.htm 41. http://www.luk .de /e nglish/Bibliothe k /Download/k 7/luk _k 7_chap05.pdf 42. http://www.te chnofile .com /cars/cvts.htm l 43. http://www.torotrak .com / 44. http://www.luk .de /e nglish/Bibliothe k /Vortrae ge .htm l 45. http://www.audiworld.com /ne ws/100699.htm l 46. http://www.audiworld.com /ne ws/99/m ultitronic/conte nt.shtm l 47. http://www.te chnofile .com /cars/honda_civic_hybrid.htm l http://www.roadandtrave l.com /roadte sts/re vie ws/2003roadte sts/hondacivich ybrid.htm 48. http://www.insightce ntral.ne t/ 49. http://www.sae .org/autom ag/te chbrie fs_10-99/08.htm 50. http://www.sae .org/autom ag/globalve hicle s/08-2001/inde x .htm 51. http://4wd.sofcom .com /A.hints/C VT.htm l 52. http://www.gate s.com /brochure .cfm ?brochure =1033&location_id=542 53. http://www.classic-daf.nl/inde x b.htm l 54. http://www.ritzsite .de m on.nl/DAF/DAF_cars_p17.htm 55. http://www.volvoclub.org.uk /prof_cvt.htm 56. http://www.auto-asia.com /tre nds/20000202001.shtm l 57. http://fluid.powe r.ne t/fpn/const/const005.htm l 58. http://www.ritzsite .de m on.nl/DAF/DAF_cars_p17.htm http://www.rallydaf.nl/ 59. http://www.ck e -te ch.com /cvpst.htm 60. http://www.rallyracingne ws.com /te am s/pr-thr2.htm l 61. R oad & Track . Nove m be r 2002. How do C VTs im prove performance, pag. 2528 62. R e vista Autom obile . January 2003. The future of transm isions, pag. 15-16 63. R e vista Top Ge ar. August 2003. C vt’s a ste p ahe ad, pag. 32-34.

(59)