UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
TRANSMISIÓN Y DIFERENCIAL PARA UN VEHÍCULO DE
COMPETENCIA EN CIRCUITO.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
DIEGO PATRICIO SERRANO PROAÑO
DIRECTOR: ING. JUAN CARLOS LUCERO
DEDICATORIA
La culminación del presente proyecto de titulación lo dedico principalmente a mi madre Isabel Proaño, mi padre Francisco Serrano y a mi esposa Haydee López quienes creyeron en mí y fueron un pilar muy importante en esta etapa de mi vida ,gracias a su apoyo y sacrificio me ayudaron alcanzar esta tan anhelada meta.
Agradezco a mi tío Luis Gordillo por su confianza, su enorme corazón y voluntad demostrada en este ciclo académico.
AGRADECIMIENTO
Agradezco principalmente a DIOS por proveerme la vida y la oportunidad de caminar bajo su bendición. Gracias Padre por estar siempre en mi corazón, por ser la fuerza que me mueve y me permite ganar las batallas más difíciles.
Agradezco al amor incondicional de mis padres, los valores, costumbres transmitidas en el hogar que fue el primer centro de aprendizaje.
A mí amada esposa Haydee López que recorre junto a mí un camino lleno de sueños.
A mis amigos que directa o indirectamente aportaron para la culminación de este proyecto.
Al Señor Marco Samueza por su valiosa experiencia, guía técnica en el proceso de aprendizaje y construcción técnica de este proyecto.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... xi
ABSTRACT ... xiii
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 4
2.1 EL AUTOMÓVIL ... 4
2.1.1 SISTEMAS PRINCIPALES DEL AUTOMÓVIL ... 4
2.2 VEHICULOS DE COMPETENCIA ... 5
2.3 EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y DIFERENCIAL ... 6
2.3 TIPOS DE TRANSMISIÓN DE FUERZA ... 7
2.3.1 LA TRACCIÓN DELANTERA ... 7
2.3.2 LA TRACCIÓN TRASERA ... 8
2.3.3 LA TRACCIÓN TOTAL ... 8
2.4 PARTES DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN ... 9
2.4.1 MOTOR. ... 9
2.4.2 VOLANTE DE INERCIA ... 10
2.4.3 EMBRAGUE ... 11
2.4.4 CAJA DE CAMBIOS ... 11
2.4.4.1 Cajas de cambio manuales ... 12
2.4.4.2 Cajas de cambio automáticas ... 12
2.4.5 ÁRBOL DE TRANSMISIÓN ... 13
2.4.6 PALIERES ... 14
2.4.7 JUNTAS DE TRANSMISIÓN ... 14
2.5 DIFERENCIAL ... 15
2.5.1 PARTES DEL DIFERENCIAL ... 16
2.5.1.2 Corona ... 16
2.5.1.3 Satélites ... 17
2.5.1.4 Planetarios ... 17
2.6 TIPOS DE DIFERENCIALES ... 17
2.6.1 DIFERENCIAL DE DESLIZAMIENTO LIMITADO ... 17
2.6.1.1 Autoblocante Mecánico por discos de fricción ... 18
2.6.1.2 Diferencial viscoso o Ferguson. ... 18
2.6.2 DIFERENCIAL TORSEN ... 19
2.6.3 DIFERENCIAL DE DESPLAZAMIENTO CONTROLADO (EMBRAGUES MULTIDISCO) ... 20
2.7 SISTEMA DE EMBRAGUE ... 22
2.7.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MANDO ... 22
2.7.1.1 Embrague mecánico ... 22
2.7.1.2 Embrague hidráulico ... 22
2.7.1.3 Embrague eléctrico ... 23
2.7.1.4 Embrague centrifugo ... 23
2.7.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE DISCOS ... 24
2.7.2.1 Embrague monodisco seco ... 24
2.7.2.2 Embrague bidisco con mando único ... 25
2.7.2.3 Embrague bidisco con mando separado ... 25
2.7.2.4 Embrague multidisco húmedo o seco ... 26
2.8 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Y DIFERENCIAL UTILIZADOS EN VEHÍCULOS DE COMPETENCIA ... 26
2.8.1 CAJA DE TRANSMISIÓN SECUENCIAL ... 26
2.8.2 CAJA DE TRANSMISIÓN DE PIÑONES RECTOS... 27
2.8.3 CAJA DE TRANSMISIÓN DE PIÑONES HELICOIDALES ... 28
2.8.4 CAJA DE TRANSMISIÓN DSG ... 28
2.8.5 CAJA DE TRANSMISIÓN SEMIAUTOMÁTICA SECUENCIAL ... 29
2.9 CAJA DE TRANSMISIÓN DE PIÑONES HELICOIDALES ... 30
2.9.1 COMPONENTES ... 30
2.9.1.1 Carcasa ... 30
2.9.1.3 Engranaje ... 31
2.9.1.4 Sincronizador ... 32
2.9.1.5 Horquillas ... 32
2.9.1.6 Piñón de ataque al diferencial ... 33
2.9.1.7 Corona del diferencial ... 33
2.9.1.8 Palanca de accionamiento de marchas ... 34
2.10 ESTATUTOS Y LINEAMIENTO FEDAK CIRCUITO ... 34
2.10.1 ESTATUTO FEDAK 2016 CIRCUITO ... 34
2.10.2 LINEAMIENTOS DEL REGLAMENTO TÉCNICO DE LA COPA TURISMO MECÁNICA NACIONAL EN MODIFICACIÓN DE CAJA CAMBIOS Y DIFERENCIAL ... 35
3. METODOLOGÍA ... 36
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 39
4.1 IDENTIFICACIÓN DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y DIFERENCIAL EN VEHÍCULO CHEVROLET CORSA 1300 cc. ... 39
4.1.1 PROCESO DE DESMONTAJE DE CAJA DE CAMBIOS. ... 41
4.1.2 DESARMADA DE CAJA DE CAMBIOS. ... 43
4.2 CÁLCULO DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN EN CAJA DE CAMBIOS DE CINCO VELOCIDADES SIN MODIFICACIONES. ... 46
4.2.1 RELACIÒN DE PRIMERA MARCHA. ... 46
4.2.2 RELACIÓN DE SEGUNDA MARCHA. ... 47
4.2.3 RELACIÓN DE TERCERA MARCHA. ... 47
4.2.4 RELACIÓN DE CUARTA MARCHA. ... 48
4.2.5 RELACIÓN DE QUINTA MARCHA. ... 49
4.2.6 RELACIÓN DE TRANSMISIÓN DEL CONJUNTO CONO – CORONA. ... 49
4.3.1 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL PRIMERA MARCHA. ... 52
4.3.2 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL SEGUNDA MARCHA. ... 52
4.3.4 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL CUARTA MARCHA. ... 53
4.3.5 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL QUINTA MARCHA. ... 53
4.3.6 CUADRO DE VELOCIDAD FINAL Y REVOLUCIONES POR MINUTO CON DATOS DE FÁBRICA. ... 56
4.4 ANÁLISIS DEL CONJUNTO CONO – CORONA DE MAYOR RELACIÓN DE TRANSMISIÓN. ... 59
4.4.1 ANÁLISIS DE LA CORONA. ... 61
4.4.2 ANÁLISIS DEL CONO. ... 64
4.5 IMPLEMENTACIÓN DEL CONJUNTO CONO - CORONA CON RELACIÓN DE TRANSMISIÓN 4.86... 68
4.5.1 LIMPIEZA Y MONTAJE DEL CONJUNTO CONO – CORONA CON RELACIÓN 4.86: 1. ... 68
4.6 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL EN CAJA DE CAMBIOS CON MODIFICACION. ... 71
4.6.1 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL PRIMERA MARCHA. ... 71
4.6.2 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL SEGUNDA MARCHA. ... 71
4.6.3 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL TERCERA MARCHA. ... 71
4.6.4 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL CUARTA MARCHA. ... 72
4.6.5 CÁLCULO DE VELOCIDAD FINAL QUINTA MARCHA. ... 72
4.6.6 CUADRO DE VELOCIDAD FINAL Y RPM EN CADA MARCHA LUEGO DE LAS MODIFICACIONES. ... 75
4.7 ANÁLISIS DE PRUEBAS. ... 77
4.7.1 PRUEBAS EN EL VEHICULO CHEVROLET CORSA 1300 cc SIN NINGUNA MODIFICACIÓN. ... 78
4.7.2 PRUEBAS EN EL VEHICULO CON LA IMPLEMENTACIÓN DEL CONJUNTO CONO – CORONA DE RELACIÓN 4.86. ... 79
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 81
5.1 CONCLUSIONES. ... 81
BIBLIOGRAFÌA ... 83
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Datos técnicos del vehículo Chevrolet Corsa 1300 cc. ... 40
Tabla 2. Número de dientes en cada par de piñones. ... 45
Tabla 3.Cálculo de relación primera marcha ... 47
Tabla 4. Cálculo de relación segunda marcha. ... 47
Tabla 5. Cálculo de relación tercera marcha. ... 48
Tabla 6. Cálculo de relación cuarta marcha. ... 49
Tabla 7. Cálculo de relación quinta marcha. ... 49
Tabla 8. Cálculo relación conjunto cono – corona. ... 50
Tabla 9. Relación total en cada una de las cinco marchas. ... 57
Tabla 10. Datos de caídas de RPM en cada cambio de marcha. ... 57
Tabla 11. Datos de velocidad final y RPM en cada una de las marchas. .... 58
Tabla 12. Potencia vs velocidad final en caja de cambios sin modificación 58 Tabla 13. Ponderación de costos para adquisición de elementos. ... 59
Tabla 14. Relación total en caja de cambios luego de la modificación. ... 76
Tabla 15.Velocidad final luego de la modificación. ... 76
Tabla 16. Potencia vs RPM en caja de cambios con modificación ... 77
Tabla 17. Matriz de pruebas en vehículo Chevrolet Corsa 1300 cc ... 78
Tabla 18. Registro de tiempos en primera prueba de ruta. ... 79
ÌNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Automóvil tipo turismo. ... 4
Figura 2. Principales sistemas del vehículo. ... 5
Figura 3. Campeonato mundial de vehículos tipo turismo circuito Oschersleben. ... 5
Figura 4. Sistema de transmisión y diferencial. ... 6
Figura 5. Disposición del motor con tracción delantera. ... 7
Figura 6. Disposiciones de motor posterior y tracción trasera. ... 8
Figura 7. Tracción total en Bugatti Chiron. ... 9
Figura 8. Motor y elementos principales. ... 10
Figura 9. Volante motor y sus partes. ... 10
Figura 10. Conjunto de embrague. ... 11
Figura 11. Caja de cambios manual del Audi A4. ... 12
Figura 12. Arboles de transmisión en vehículo de tracción total. ... 13
Figura 13. Palier y semieje ... 14
Figura 14. Junta homocinética y cardánica. ... 14
Figura 15. Diferencial de caja de cambios ... 15
Figura 16. Trabajo del diferencial en conducción en línea recta y giro. ... 16
Figura 17. Piñón de ataque al diferencial. ... 16
Figura 18. Corona del diferencial. ... 16
Figura 19. Juego de 4 satélites ... 17
Figura 20. Planetario de tipo estriado. ... 17
Figura 21. Autoblocante mecánico por discos de fricción. ... 18
Figura 22. Diferencial Ferguson con viscoacoplador. ... 19
Figura 23. Componentes del diferencial Torsen. ... 20
Figura 24. Diferencial de embragues multidisco (Haldex). ... 21
Figura 25. Configuración de embrague mecánico. ... 22
Figura 26. Configuración de embrague hidráulico. ... 22
Figura 27. Elementos del embrague electrónico. ... 23
Figura 29. Monodisco seco. ... 24
Figura 30. Conjunto de embrague bidisco seco. ... 25
Figura 31. Conjunto de embrague bidisco con accionamiento doble. ... 25
Figura 32. Conjunto de embrague multidisco. ... 26
Figura 33. Engranes de transmisión secuencial... 27
Figura 34. Piñones rectos y crabots. ... 28
Figura 35. Transmisión de piñones helicoidales de Fiat Strada ... 28
Figura 36. Caja DSG exponiendo sus partes principales. ... 29
Figura 37. Caja de cambios del Red Bull RB7. ... 29
Figura 38. Despiece de carcasas de una caja de cambios. ... 30
Figura 39. Estructura de ejes en una caja de cambios. ... 31
Figura 40. Par de piñones de dientes helicoidales. ... 32
Figura 41. Despiece parcial de un sincronizador. ... 32
Figura 42. Conjunto de horquillas y corredizos. ... 33
Figura 43. Piñón de eje secundario corsa wind ... 33
Figura 44. Corona de transmisión. ... 34
Figura 45. Palanca selectora de marchas corsa wind. ... 34
Figura 46. Vehículo Chevrolet Corsa 1300 cc, utilizado en el proyecto ... 39
Figura 47. Drenada de aceite de caja de cambios. ... 41
Figura 48. Desacople de semiejes de la caja de velocidades. ... 41
Figura 49. Desacople de caja de cambios y motor. ... 42
Figura 50. Fijación de motor para desmontaje de caja de cambios. ... 42
Figura 51. Caja de cambios de Chevrolet Corsa 1300 cc. ... 43
Figura 52. Separada de cárter de carcasa intermedia para comenzar a desarmar. ... 43
Figura 53. Extracción de seguros de piñón de quinta marcha. ... 43
Figura 54. Desmontaje de par de piñones de quinta marcha. ... 44
Figura 55. Piñonearía de caja de cambios del Chevrolet Corsa 1300 cc. .. 44
Figura 56. Extracción de piñonearía utilizando una prensa hidráulica. ... 44
Figura 57. Par de piñones de cuarta y quinta marcha. ... 45
Figura 58.Descripción de medidas del neumático ... 51
Figura 60. Comparación de diámetros. ... 60
Figura 61. Conteo de dientes y comparación de medidas en coronas. ... 60
Figura 62. Comparación del sentido de la hélice. ... 61
Figura 63. Ángulo de ataque de los dientes de la corona. ... 62
Figura 64. Ángulo de ataque de los dientes del cono. ... 65
Figura 65. Comparación del sentido de la hélice. ... 65
Figura 66. Limpieza de todos los elementos de la caja de cambios ... 69
Figura 67. Elementos de caja de cambios del Chevrolet Corsa 1300 cc. .. 69
Figura 68. Lubricación y proceso de montaje de elementos. ... 69
Figura 69. Colocación de empaques entre carcasas para evitar fugas de aceite. ... 70
Figura 70. Montaje de piñonearía y carcasa intermedia. ... 70
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo 1 Estatuto de la F.E.D.A.K ... 86
Anexo 2 Reglamento Tècnico seguridad de la Copa Turismo Mecànica Nacional. ... 98
Anexo 3 Prueba dinamomètrica en auto sin modificaciones ... 107
xi
RESUMEN
xii registrando una reducción de treinta segundos y en el tiempo que tarda en llegar de 0 a 100 km por hora registrando un tiempo de diez segundos, con esto se cumplió el objetivo planificado.
Palabras clave:
xiii
ABSTRACT
This project had been realized with two objectives: the first is to analyze and improve the system of transmission and differential of a Chevrolet’s Corsa 1300 cc car which has a manual gearbox, five speed and helical pinions, the second objective is to give a technique guide for students and amateur people with this guide they can choose the most suitable components to modify the transmission system and differential of any light commercial vehicle. Developing the project was very important to establish the contest where the car will participate, the regulation which the car should benefit, the type of modification and the cost. For the modification it did a previous calculation of the final velocity in each of the five gears in the gearbox of a Chevrolet’s Corsa 1300 cc car, road testing at the José Tobar racetrack in
Yahuarcocha that determined the basis on which it was created the design.
The construction design of a cone set - crown higher gear ratio (4.86: 1), this
was performed in order to reduce transmission pairs from first to fifth shift in the final speed, but more torque per gears besides reducing the amount of fall per gear’s revolution per minute they can generate speed loses, and the best thing is to have the vehicle pushed in every shift. In order to verify the changes, it has been made a test at José Tobar racetrack in Yahuarcocha, after the implementation and a dynamometric test it got a better performance where the car got a reduction of thirty seconds and got from 0 to 100 km/h registering a 10 seconds time, with this the objectives were achieved.
Keywords:
1
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los componentes fundamentales que tiene un vehículo y que influye directamente en: el consumo de combustible, el confort en la conducción, potencia y torque que el motor pueda transmitir hacia las ruedas motrices para desplazarse son el sistema de transmisión y diferencial. En la modificación de un vehículo para competición se tienen muchas dudas de los elementos, materiales que se debe implementar para su mejor desempeño. Muchas personas no le dan la importancia necesaria al sistema de transmisión y diferencial y en su lugar procuran realizar mantenimientos preventivos y correctivos únicamente en otros sistemas como: el sistema de encendido, sistema de inyección, suspensión, sistema eléctrico y motor como elemento principal. El desgaste al que es sujeto el sistema de transmisión y diferencial es de vigilancia, ya que si este colapsa los gastos en los que se inciden son altos llegando al punto que en muchos casos se tiene que sustituir elementos completos siendo: semiejes, cardan, diferencial y hasta la caja de velocidades completa.
Cuando se habla del diferencial la primera idea que se asocia en nuestra mente es un vehículo de carga pero este concepto es erróneo porque el diferencial se encuentra montado desde un vehículo liviano de tipo turismo hasta vehículos de carga e inclusive en maquinaria pesada. El diferencial hace referencia a un elemento comandado de forma mecánica o electrónica con la función de permitir el giro de las ruedas a velocidades diferentes. Es un sistema muy importante para el funcionamiento en general del vehículo, con el desarrollo y mejora del rendimiento del motor, el desarrollo y cuidado del sistema de transmisión debe ir a de la mano.
El presente trabajo pretende responder las dudas acerca de cómo se debe modificar el sistema de transmisión y diferencial de una manera técnica con la finalidad de mejorar las prestaciones del vehículo.
2 se efectúa el cambio de marcha el vehículo siempre está empujando y no pierde velocidad.
En la actualidad los vehículos están provistos de sistemas auxiliares siendo mecánicos, hidráulicos, neumáticos y electrónicos con la finalidad de contribuir al confort y facilitan la conducción, se pasó del vehículo convencional de tres marchas a vehículos de transmisión automática de siete u ocho cambios más el de marcha atrás variando únicamente la relación de transmisión en función de las circunstancias del momento siendo por una carga trasportada y calidad de la calzada.
El desarrollo de las tecnologías en los vehículos, las potentes motorizaciones y los actuales sistemas de transmisión en el vehículo, han generado la creación de campeonatos de automovilismo en varios países y como máximo referente se tiene el campeonato mundial de Fórmula Uno; donde se ponen a prueba dichas tecnologías, en nuestro país existen estas competencias y el reto al ingenio para desarrollar las más versátiles modificaciones en los sistemas está ahí y se va a exponer con este proyecto técnicamente realizado el mejoramiento en un sistema de transmisión y diferencial, cumpliendo con los parámetros establecidos en el reglamento técnico de seguridad de la Copa Turismo Mecánica Nacional y reglamento de la FEDAK (Federación Ecuatoriana de Automovilismo y Kartismo Deportivo), la cual es la entidad que rige a todos los eventos automovilísticos del país .
El objetivo general del proyecto fue analizar, modificar e implementar un sistema de transmisión y diferencial para un vehículo de competencia en circuito, mediante la sustitución del conjunto cono – corona de mayor relación de transmisión y como resultado mejorar el rendimiento de la caja de cambios.
Para poder alcanzar resultados satisfactorios en el proyecto se necesitó plantear los objetivos específicos que señalan el camino para lograrlo y se detallan:
3 Confirmar el funcionamiento de los componentes del sistema de
transmisión, diferencial y embrague.
Analizar y seleccionar los elementos necesarios para realizar una modificación en el sistema de transmisión y diferencial.
4
2. MARCO TEÓRICO
2.1 EL AUTOMÓVIL
Es un vehículo usado como medio de transporte terrestre para personas animales o cosas, (figura 1) equipado con varios sistemas que aportan confort y seguridad al conductor y sus acompañantes en las diferentes condiciones de manejo que se presentan. Se excluyen de esta definición los ciclomotores, los tranvías y los vehículos para personas de movilidad reducida (Orovio.2010).
El automóvil ha supuesto un cambio radical en la forma y estilo de vida de las personas, tanto así que es prácticamente despreciar su uso. La historia de la evolución técnica del automóvil ha tenido grandes avances, antes cuando no había límites a su desarrollo solventando retos que han ido apareciendo.
Figura 1. Automóvil tipo turismo.
(Revista Carburando.2016) 2.1.1 SISTEMAS PRINCIPALES DEL AUTOMÓVIL
Para reducir los daños físicos causados por los accidentes de tránsito, se están aportando tecnologías que mejoran exponencialmente el desempeño del motor, transmisión y otros sistemas del vehículo. La seguridad activa y pasiva son elementos que los conductores demandan y valoran más.
5
Figura 2. Principales sistemas del vehículo.
(Rueda.2010)
2.2 VEHICULOS DE COMPETENCIA
El automovilismo es un deporte practicado en varios países del mundo con diferentes modalidades en las que se debe recorrer un circuito determinado en el menor tiempo posible (figura 3), como máximo referente citamos al campeonato mundial de Fórmula 1. Es el deporte más costoso del mundo y se encuentran involucrados ingenieros, pilotos, auspiciantes y marcas fabricantes de vehículos que invierten su tiempo en el desarrollo de las últimas tecnologías para lograr el máximo rendimiento de los vehículos. Los ingenieros desarrollan las últimas tecnologías en motores, aerodinámica, suspensión y neumáticos para lograr el máximo rendimiento; estos avances benefician a la industria automotriz.
6 La Federación Internacional del Automóvil es la institución que organiza y regula el automovilismo a nivel mundial. Sus miembros son las asociaciones nacionales de cada país, que rigen las competiciones dentro de su territorio. Cada categoría tiene su reglamento que limita las modificaciones permitidas para los motores, el chasis, la suspensión, los neumáticos, el combustible.
2.3 EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y DIFERENCIAL
El sistema de transmisión de torque y potencia en un vehículo sea del tipo liviano o pesado es la unión de mecanismos y elementos que tienen la finalidad de transmitir el movimiento que se produce en el motor hacia las ruedas impulsoras, además de modificar la velocidad y el par del motor hacia las ruedas esto gracias a la relación de transmisión de su conjunto de engranes, según como actúe la relación de transmisión la velocidad del eje de salida de la caja de velocidades puede girar a las mismas revoluciones, a más o a menos que el cigüeñal. Esta relación se varía en función de las circunstancias del momento como es la carga transportada y el trazado de la calzada (Álvarez & Salgado.2009).
El movimiento se origina en el motor del vehículo, en el conjunto biela manivela, luego ese movimiento se transporta mediante el disco de embrague hacia la caja de cambios donde se selecciona la velocidad más idónea para la transmisión hacia las ruedas como se observa en la figura 4.
Figura 4.Sistema de transmisión y diferencial.
7
2.3 TIPOS DE TRANSMISIÓN DE FUERZA
El torque y potencia de un motor se transmite únicamente de tres maneras: la primera se localiza en los vehículos con tracción delantera, la segunda los vehículos con tracción posterior, y la tercera forma de transmisión que se halla es la tracción total o también conocida como 4x4.
2.3.1 LA TRACCIÓN DELANTERA
Muchos autores coinciden y la llaman propulsión delantera y hace referencia a la impulsión del vehículo proporcionada en las ruedas delanteras .Se encuentran dos tipos de diseño en la ubicación del motor como se muestra en la figura 5, en varios casos de manera transversal y en otros de manera longitudinal básicamente por el espacio que ocupa, motorización y diseño interior y del vehículo.
Figura 5. Disposición del motor con tracción delantera.
(Revista Motor.2015)
En el caso de la primera configuración presenta algunas ventajas como el espacio más amplio para pasajeros, además el peso adicional en el eje delantero favorece a la adherencia del neumático en la calzada ya que las ruedas motrices son además directrices.
8
2.3.2 LA TRACCIÓN TRASERA
Conocida también como propulsión trasera es la impulsión del vehículo por medio de sus ruedas posteriores (figura 6.), este tipo de transmisión fue la primera en montarse en un vehículo de más de dos ruedas. Existen cuatro configuraciones en las que se encuentra montada esta transmisión en el vehículo que son:
Motor delantero / tracción trasera. Motor central / tracción trasera.
Motor longitudinal trasero / tracción trasera. Motor transversal trasero / tracción trasera.
Figura 6. Disposiciones de motor posterior y tracción trasera.
(Agudo.2015)
Las dos configuraciones con motor posterior tienen desventajas como son la dificultad en refrigeración, reducción de la adherencia en las ruedas delanteras en ciertas condiciones de manejo y aumenta la tendencia al subviraje. En el caso del motor central se muestra una excelente distribución en el reparto de peso (Montoya & Jonathan. 2012).
2.3.3 LA TRACCIÓN TOTAL
9 La mayoría de automóviles todo terreno y camionetas poseen tracción en las cuatro ruedas, también en vehículos tipo turismo y deportivos de alta gama como se muestra en la figura 7, que inclusive están equipados con sistemas complementarios como controladores de tracción, sistemas antibloqueo y anti derrape que optimizan la eficiencia de la tracción total.
Figura 7. Tracción total en Bugatti Chiron.
(Revista Carburando.2015)
Entre sus ventajas más destacadas se tiene el excelente control del vehículo, mejor adherencia y excelente reparto de par a cada eje en función de la adherencia. Al ser un sistema que siempre está conectado tiene un mayor consumo de combustible (Manual de Servicio Volkswagen.2012).
2.4 PARTES DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN
2.4.1 MOTOR.
10 Motores eléctricos.
Motores de combustión externa. Motores de combustión interna.
Figura 8. Motor y elementos principales.
(Alonso.2014) 2.4.2 VOLANTE DE INERCIA
De acuerdo con Alonso (2014), y al igual que otros autores coinciden y lo citan también volante motor que tiene como finalidad acumular inercia y regularizar el movimiento del motor en todo su funcionamiento. Generalmente los construyen de fundición de acero por lo que resulta ser un elemento macizo y pesado, se encuentra sujeto por pernos a un extremo del cigüeñal el más próximo a la caja de cambios. El volante motor cuenta con un cojinete de centrado del embrague, que es la parte más importante del conjunto como se observa en la figura 9, funciona como una especie de soporte para el eje primario de la caja de cambios, lo que supone como una especie de control, haciendo que ésta funcione o no de acuerdo al accionamiento del mismo. Solidaria a su circunferencia lleva una cinta dentada que sirve para recibir el movimiento del motor de arranque.
Figura 9. Volante motor y sus partes.
11
2.4.3 EMBRAGUE
El embrague es un conjunto formado por un disco de fricción, un plato de presión que es el encargado de acoplar y desacoplar al disco y un cojinete de desenganche que empuja al diafragma del plato, como se observa en la figura 10. De esta manera se transmite la potencia del motor a la transmisión, permitiendo que la salida del reposo del vehículo sea manejable, además permite detener el vehículo sin parar el motor y facilita las operaciones del mismo.
Figura 10. Conjunto de embrague.
(Revista Motor.2015) 2.4.4 CAJA DE CAMBIOS
12
Figura 11. Caja de cambios manual del Audi A4.
(Manual de servicio técnico Audi A4. 2013) 2.4.4.1 Cajas de cambio manuales
El sistema de cambio manual en síntesis adquiere el término manual en función de la selección de los cambios que la debe realizar el conductor, de acuerdo a las necesidades de manejo y la condición del terreno. Así el mecanismo que acopla y desacopla el motor a la transmisión, está formado por un embrague de disco simple o múltiple, este a su vez puede ser seco o húmedo, y un sistema de engranajes de dientes rectos o helicoidales sincronizados. Lo más habitual es la combinación de un embrague monodisco en seco, cuyo accionamiento es hidráulico, y una caja helicoidal sincronizada accionada por un mando selector de cables (Galarza & Perez.2014).
Existen básicamente tres tipos de caja de cambios, según los engranajes que conforman las distintas relaciones de cambio que son:
Cajas de cambios de dientes rectos. Cajas de cambios de dientes helicoidales. Cajas de cambio de tren epicicloide.
2.4.4.2 Cajas de cambio automáticas
13 El conductor no necesita intervenir para nada más que cambiar el sentido de la marcha o estacionar. Tradicionalmente las desmultiplicaciones no se obtienen con engranajes paralelos, como en los cambios manuales, sino con engranajes epicicloides (Agueda.2008).
El desarrollo de este tipo de cajas de cambios es muy amplio y se distinguen los siguientes sistemas:
Caja automática convencional con convertidor de par. Caja de cambios manual robotizada de disco simple. Caja de cambios robotizada de doble embrague seco. Caja de cambios CVT o de variador continuo.
Caja de cambios DSG. Caja de cambios secuencial. Caja de cambios semisecuencial.
2.4.5 ÁRBOL DE TRANSMISIÓN
Es un eje cilíndrico largo y resistente de construcción robusta, que por un extremo se conecta a la caja de cambios o trasferencia y por el otro al piñón de ataque del grupo cónico mediante una junta cardánica que va acoplada con pernos como se muestra en la figura 12.
Figura 12. Arboles de transmisión en vehículo de tracción total.
14 Tiene el trabajo de transmitir el movimiento desde la caja de cambios hasta el diferencial delantero o posterior dependiendo del tipo de tracción que disponga el vehículo.
2.4.6 PALIERES
Se conoce como palieres a los ejes y semiejes rígidos que cumplen la misión de transmitir el movimiento del conjunto cónico-diferencial hasta las ruedas propulsoras, cuando el sistema no posee árbol de transmisión. En la figura 13 se observa el palier y semieje de un vehículo de tracción total.
Figura 13. Palier y semieje
(Revista 8000 rpm.com.2016) 2.4.7 JUNTAS DE TRANSMISIÓN
Las juntas de transmisión u homocinéticas son elementos de unión que se conectan con los semiejes mediante un estriado en los extremos, así se corrige la longitud y posición el momento de una curva, en la figura 14 se exponen dos tipos de juntas.
Figura 14. Junta homocinética y cardánica.
15
2.5 DIFERENCIAL
El conjunto diferencial es un par de piñones como se muestra en la figura 15. que tienen una relación de transmisión fija, en vehículos de tracción delantera está integrado en la misma caja de velocidades, su función principal es permitir el viraje con sutileza ya que en el inicio del giro la rueda del interior reduce la velocidad y le transmite el movimiento sobrante a la rueda exterior que necesita girar más rápido.
Figura 15. Diferencial de caja de cambios
(Manual se servicio Renault.2010)
En los vehículos de tracción trasera, el diferencial adquiere otra función: la de cambiar de dirección el movimiento giratorio proveniente de la caja en ángulo recto hacia las llantas.
El conjunto diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de U en el eje, cuando ambas ruedas recorren en línea recta el engranaje se mantiene en situación neutra. En contraste en una curva los engranajes se corren ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas como se expone en la figura 16 (Pintado.2009).
16
Figura 16. Trabajo del diferencial en conducción en línea recta y giro.
(Orovio.2008) 2.5.1 PARTES DEL DIFERENCIAL
2.5.1.1 Piñón de ataque
Un piñón de ataque es un engrane sea de dientes rectos o helicoidales como el que describe la figura 17, que recibe el movimiento del árbol de transmisión para entregárselo a la corona del diferencial.
Figura 17. Piñón de ataque al diferencial.
(Oliveros.2012) 2.5.1.2 Corona
La corona del conjunto diferencial es una rueda de mayor tamaño y numero de dientes que el piñón de ataque, tiene como función reducir o multiplicar la velocidad de salida a las ruedas, en la figura 18 se muestra una corona de dientes helicoidales.
Figura 18. Corona del diferencial.
17
2.5.1.3 Satélites
Son engranajes (figura 19) que van alojados en el armazón de la corona lo que les hace girar al mismo tiempo. Es decir gira la corona y giran los satélites que transiten ese movimiento a los planetarios, se encuentran comúnmente dos o cuatro satélites en el conjunto diferencial.
Figura 19. Juego de 4 satélites
(Castro.2009)
2.5.1.4 Planetarios
Los planetarios son un par de piñones que reciben el movimiento de los satélites y se diferencian de estos por su tamaño y forma debido a que tienen un estriado interno como se muestra en la figura 20.
Los planetarios tiene la función de transmitir el movimiento a los palieres.
Figura 20. Planetario de tipo estriado.
(Erjavec.2010)
2.6 TIPOS DE DIFERENCIALES
18
2.6.1.1 Autoblocante Mecánico por discos de fricción
Es uno de los sistemas que más se utilizan en los vehículos de competencias por la gran potencia que presentan sus motores y es común que en estos vehículos se tienen algunas dificultades al momento de curvar por pérdidas de tracción en las ruedas motrices.
El funcionamiento de este tipo de autoblocante se basa en el cruce de sus discos uno sobre otro, pero formando dos partes independientes, los extremos de ambos ejes en la zona de acoplamiento en la caja de satélites van tallados con dos planos formando una V como se observa en la figura 21, los alojamientos para cada eje en la caja del diferencial están sobredimensionados, de modo que el eje entre con una considerable holgura.
Estos alojamientos presentan además dos rampas cortadas formando también una V de idéntico ángulo que la existente en los ejes distribuyendo la potencia a las ruedas de forma adecuada (Borja.2014).
Figura 21. Autoblocante mecánico por discos de fricción.
(Borja. 2014) 2.6.1.2 Diferencial viscoso o Ferguson.
19 En la actualidad. Se diferencian de otros sistemas por llevar una carcasa solidaria al árbol de transmisión donde encierra discos intercalados entre sí, de los cuales, unos están unidos a la carcasa y otros al portadiscos solidario al eje de salida, con rejillas y perforaciones, a través de los cuales puede pasar el aceite silicona mezclado con un 20% de aire, que llena todo el conjunto como indica la figura 22.
Figura 22. Diferencial Ferguson con viscoacoplador.
(Holly.2014)
Cuando el eje pierde tracción, la temperatura de este lubricante aumenta, así como su presión, consiguiendo así un total recubrimiento de los discos. Con esta actuación, se obtiene un bloqueo armónico, en función de la atención que requiera cada rueda (Martin.2009).
2.6.2 DIFERENCIAL TORSEN
20 tornillos sin fin, con los cuales engrana cada uno de los engranajes helicoidales.
El accionamiento se da por tres pares de ruedas helicoidales, que funcionan como un mecanismo de tornillo sin fin como se expone en la figura 23.
Figura 23. Componentes del diferencial Torsen.
(Calleja.2015)
Es decir se desplazan como si se guiasen por una línea recta. Básicamente cuando el coche está tomando una curva los ejes giran sobre sí mismos, dependiendo del giro un eje gira más y el contrario se ralentiza ya que el contrario que gira más rápido provoca esta reacción en un momento del deslizamiento. El diferencial Torsen se complementa perfectamente con los sistemas de control de frenado y controles de tracción electrónicos como son el sistema antibloqueo del freno (ABS), sistema de control de la transmisión (TCS),proceso que no ocurre con los diferenciales autoblocantes de deslizamiento limitado (Montoya & Jonathan.2012).
2.6.3 DIFERENCIAL DE DESPLAZAMIENTO CONTROLADO
(EMBRAGUES MULTIDISCO)
21 funcionamiento de un embrague. Su tarea se lleva a cabo con un paquete de discos conductores presionados por un sistema hidráulico así como se indica en la figura 24.
Figura 24. Diferencial de embragues multidisco (Haldex).
(Monserrate & Morocho.2013)
De este modo, según la necesidad el embrague actúa más sobre una rueda que otra. Si las ruedas resbalan por encima de un cierto límite controlado electrónicamente se produce una diferencia de giro con relación a las traseras. Esa diferencia de giro acciona una bomba hidráulica que presiona un juego de discos conectado al motor, con otro conectado a las ruedas traseras.
22
2.7 SISTEMA DE EMBRAGUE
2.7.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MANDO
2.7.1.1 Embrague mecánico
Todos los movimientos que se realizan desde el pedal del embrague son transmitidos mediante un cable acerado que tira de la horquilla como se observa en la figura 25, aplicando una presión capaz de desplazar al cojinete del embrague, deformando el diafragma lo que permite que el sistema se desembrague o al momento de alzar el pie del pedal se embraga.
Figura 25. Configuración de embrague mecánico.
(Alonso.2014) 2.7.1.2 Embrague hidráulico
De funcionamiento similar al embrague mecánico (figura 25), pero la presión que recibe la horquilla proviene de una o dos bombas hidráulicas. Este sistema resulta ser más eficiente y cómodo en la conducción. En la figura 26 claramente se observa los elementos que lo constituyen (Zubía.2010).
Figura 26. Configuración de embrague hidráulico.
23
2.7.1.3 Embrague eléctrico
El embrague pilotado o controlado electrónicamente es comandado por un sistema inteligente que interviene en un circuito hidráulico de mando de la palanca de desembrague, el módulo de gestión electrónica recibe información sobre la posición del conmutador de la palanca de cambios, posición del acelerador, velocidad del vehículo, velocidad a la salida de la caja de cambios y régimen del motor como se expone en la figura 27.
Un captador magnético electrónico ubicado en la palanca selectora permite arrancar el vehículo en una posición, cuando se mueve a la posición de marcha se acciona el embrague, con la aceleración o desaceleración progresiva del vehículo se mantiene de igual manera embragado, hasta que el vehículo se detiene completamente. La implementación electrónica del embrague mejora las prestaciones y manejo del cambio en comparación al de un sistema de embrague convencional (Manual de servicio Volkswagen.2014).
Figura 27. Elementos del embrague electrónico.
(Manual de servicio Citroën C4 Lounge, 2016) 2.7.1.4 Embrague centrifugo
24 que las palancas que van unidas a ellos basculen y hagan presión sobre la maza de embrague, consiguiéndose así el embragado.
Figura 28. Embrague centrifugo.
(Revista Motor.2016)
Dado que la velocidad de giro del motor sube en las aceleraciones de forma progresiva, la acción de embragado resulta igualmente progresiva.
2.7.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE DISCOS
2.7.2.1 Embrague monodisco seco
El embrague monodisco como su nombre lo indica consta de un solo disco fabricado de acero y forrado de un material antifricción (figura 29.) que disipa muy rápido el calor, se refrigera por aire y el proceso de construcción es simple. En su interior consta de un anillo estriado que encaja con el piñón motriz de la caja de cambios, en la periferia posee resortes que ayudan a amortiguar el par al que es sometido. Una de sus caras se desliza en el volante de inercia y la otra en una cara plana del plato de presión (Ojeda.2012).
Figura 29. Monodisco seco.
25
2.7.2.2 Embrague bidisco con mando único
Es un tipo de embrague que utiliza dos discos secos en un mismo conjunto como muestra la figura 30.
A diferencia del monodisco su temperatura de trabajo es menor, aumentan dos partes de contacto llamadas discos deslizantes, es muy utilizado en vehículos de competencia por la transmisión de torque sin perdidas por deslizamiento entre partes (Ortiz.2012).
Figura 30. Conjunto de embrague bidisco seco.
(Ortiz.2012)
2.7.2.3 Embrague bidisco con mando separado
Este sistema utiliza también dos discos al igual que el de mando único (figura 27.), pero la diferencia es que el accionamiento es doble gracias a un tambor que tiene alojamientos para un par de palancas que empujan y acoplan los elementos como muestra la figura 31, este tipo de embrague es muy común encontrar en maquinaria pesada específicamente en tractores agrícolas (John Deer, 2010).
Figura 31. Conjunto de embrague bidisco con accionamiento doble.
26
2.7.2.4 Embrague multidisco húmedo o seco
Existen embragues multidisco de tipo seco y húmedo, se los puede encontrar frecuentemente en motocicletas debido al par elevado que transmiten y en vehículos de transmisión automática para hacer más confortable la conducción en los cambios de marcha.
El principio de funcionamiento se basa en la utilización de un conjunto de discos, unos con dentado externo que se acoplan con el cigüeñal mediante un tambor y otros se unen intercalados, con el dentado interno del eje primario del cambio mediante un buje como se expone en la figura 32.
Figura 32. Conjunto de embrague multidisco.
(Ortiz.2012)
Este conjunto de discos en reposo está presionado por una serie de muelles helicoidales, con lo que el tambor y el buje giran solidarios.
Los discos que están sumergidos en aceite absorben el calor originado por la fricción (Bosh.2010).
2.8
SISTEMAS
DE
TRANSMISIÓN
Y
DIFERENCIAL
UTILIZADOS EN VEHÍCULOS DE COMPETENCIA
2.8.1 CAJA DE TRANSMISIÓN SECUENCIAL
27 y desde hace varios años atrás es muy publicitada en automóviles por la sencillez en su principio de funcionamiento.
Una transmisión secuencial es aquella en la cual los cambios de velocidad o marcha solamente pasan en orden, es decir primera a segunda, segunda a tercera y así sucesivamente, nunca cambian de primera a tercera o cuarta directamente y mucho menos en el sentido inverso. Esto debido al diseño de su tambor selector, sus engranes sincronizadores, al número de ejes que por lo general son solo dos y su palanca selectora que tiene un movimiento hacia delante y atrás (figura 33.) A diferencia de las cajas mecánicas que se manipula en el orden que el conductor quiera (Córdova & Tamayo, 2009).
Figura 33. Engranes de transmisión secuencial.
(Rodriguez.2015)
2.8.2 CAJA DE TRANSMISIÓN DE PIÑONES RECTOS
La caja de transmisión de piñones rectos es muy utilizadas en vehículos de competencia debido a que se necesita hacer cambios de velocidad en menor tiempo, incluso sin necesidad de embragar y con pérdidas de revoluciones mínimas, además el diseño de los dientes rectos (figura 34,) hace que se tenga mayor superficie de contacto, los piñones helicoidales al ir en diagonal tiene que ser más finos, por esta razón se vuelven más frágiles ante un tipo de conducción agresiva como suele darse en una competencia.
28
Figura 34. Piñones rectos y crabots.
(Johandson, 2014)
2.8.3 CAJA DE TRANSMISIÓN DE PIÑONES HELICOIDALES
La caja de transmisión de piñones helicoidales como la que se expone en la figura 35, es una de las más comunes que se encuentran tanto en vehículos de calle como de competencias, el diseño de sus engranajes permite que no sea ruidosa y se alcance velocidades altas en comparación con la transmisión de dientes rectos (Reyes,2009).
Figura 35. Transmisión de piñones helicoidales de Fiat Strada
(Prais.2011) 2.8.4 CAJA DE TRANSMISIÓN DSG
El grupo Volkswagen AG desarrollo estudios y lanzo en el 2002 a la producción en masa un nuevo tipo de transmisión llamada DSG que corresponde a las siglas en inglés “Direct Shift Gearbox”.
29 El primer conjunto de embrague se lo denomina K1, el cual controla las marchas impares primera, tercera, quinta y marcha atrás, el segundo conjunto de embregue se lo denomina K2, el cual controla las marchas pares segunda, cuarta y sexta marcha (Garriz.2013).
Figura 36. Caja DSG exponiendo sus partes principales.
(Loyola, 2012)
2.8.5 CAJA DE TRANSMISIÓN SEMIAUTOMÁTICA SECUENCIAL
Una de las trasmisiones más desarrolladas pero con muy poca información y únicamente usada en la Formula Uno es la caja de transmisión semiautomática secuencial (figura 37.), que presenta un funcionamiento muy complejo, requiere de una precisión de la parte electrónica e hidráulica.
Figura 37. Caja de cambios del Red Bull RB7.
(FIA, 2015)
30 Para el cambio de marchas se lo hace por medio de mandos o levas que vienen integradas al volante (Rodriguez.2014).
2.9 CAJA DE TRANSMISIÓN DE PIÑONES HELICOIDALES
2.9.1 COMPONENTES
2.9.1.1 Carcasa
La caja de cambios posee una carcasa externa generalmente de aleación de aluminio y magnesio como indica la figura 38 que tiene la función de proteger a todos los elementos, conjuntos que requieren de una lubricación constante y la de fijar al motor mediante orificios por donde se ajustan con pernos. Se debe tener en cuenta que este elemento puede sufrir roturas sea por un impacto exterior o por uno interior que puede ser un engrane. (Casado.2012)
Figura 38. Despiece de carcasas de una caja de cambios.
(Caterpilar, 2009) 2.9.1.2 Ejes
31 El eje o árbol primario el cual recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor se apoya en un cojinete de rodillos en el volante de inercia por un extremo y por el otro con un cojinete en la carcasa.
El eje o árbol secundario que aloja a varios engranajes conducidos que están montados libres, pero que se hacen solidarios con el mismo mediante un sistema de selectores u horquillas.
El eje o árbol intermedio está en sentido opuesto al eje, consta de un piñón corona que engrana con el árbol primario, y de varios piñones que son solidarios al eje que pueden engranar con el árbol secundario en función de la marcha seleccionada.
El eje de marcha atrás el cual transporta un piñón que se interpone
entre los árboles intermediario y secundario su función es invertir el sentido de giro habitual del árbol secundario para su acople. (Rueda.2010)
Figura 39. Estructura de ejes en una caja de cambios.
(Montoya & Jonathan, 2012) 2.9.1.3 Engranaje
32 El ángulo que debe formar con la hélice debe ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria como se muestra en la figura 40 (Martin.2009).
Figura 40. Par de piñones de dientes helicoidales.
(Reyes.2010)
2.9.1.4 Sincronizador
Los sincronizadores son anillos de bronce, que se encuentran en los extremos de cada engranaje de cada marcha en el árbol secundario (figura 41) y su función es reducir las rpm de giro de un engranaje engranado al desplazarse a las mismas rpm de giro del engranaje de marcha que va a ser seleccionado (CEAC.2006).
Figura 41. Despiece parcial de un sincronizador.
(Alonso.2014) 2.9.1.5 Horquillas
33
Figura 42. Conjunto de horquillas y corredizos.
(CEAC.2006) 2.9.1.6 Piñón de ataque al diferencial
Es un piñón que recibe el movimiento del eje secundario para transmitirlo a la corona, en la caja de cambios se encuentra girando mediante dos cojinetes, en el un extremo con un cojinete ubicado en la carcasa delantera y por el otro extremo con el otro cojinete que se prensa en la carcasa media. Existen piñones de dientes rectos y dientes helicoidales como se muestra en la figura 43. El material con que es construido generalmente es acero bonificado 7210, con un tratamiento térmico de cementado (Reyes, 2015).
Figura 43. Piñón de eje secundario corsa wind
(Johandson.2014) 2.9.1.7 Corona del diferencial
34
Figura 44. Corona de transmisión.
(Johandson.2014) 2.9.1.8 Palanca de accionamiento de marchas
La palanca de accionamiento es un mecanismo ubicado en el habitáculo del vehículo y que tiene conexión directa con el selector de horquillas mediante un varillaje o cable como expone la figura 45, y es el conductor quien manipulara según su necesidad (Reyes, 2012).
Figura 45. Palanca selectora de marchas corsa wind.
(Jarrin.2010)
2.10 ESTATUTOS Y LINEAMIENTO FEDAK CIRCUITO
2.10.1 ESTATUTO FEDAK 2016 CIRCUITO
35 El documento completo que contiene toda la información referente a los estatutos de la F.E.D.A.K se lo encuentra en el ANEXO 1.
2.10.2 LINEAMIENTOS DEL REGLAMENTO TÉCNICO DE LA COPA
TURISMO MECÁNICA NACIONAL EN MODIFICACIÓN DE CAJA
CAMBIOS Y DIFERENCIAL
En la modificación total o parcial de los elementos en un vehículo que participe en el campeonato nacional de la Copa Turismo Mecánica Nacional es muy importante conocer su reglamento técnico.
PARAMETROS GENERALES DE PREPARACIÒN “COPA TURISMO MECÁNICA NACIONAL” 2015
CLASE TURISMO MECÁNICA NACIONAL TMN Categorías TMN1- TMN2- TMN3- TMN4- TMN5:
“La preparación de los vehículos es LIBRE, se permite incluso el uso de accesorios, partes principales o secundarias, componentes parciales o totales, de marcas diferentes a las de la carrocería (Motor, caja, transmisión, suspensión, dirección, frenos, etc.,…)
Se deberá respetar los pesos mínimos establecidos en la tabla de pesos. Se deberá considerar y los Comisarios Técnicos serán muy estrictos en las exigencias para el cumplimiento de las medidas de seguridad correspondientes” (REGLAMENTO TÉCNICO SEGURIDAD).
36
3. METODOLOGÍA
En el desarrollo de este proyecto una de las técnicas aplicadas fue el método deductivo, debido a que nos permite partir de un conocimiento general sobre el sistema de transmisión, diferencial y embrague, para establecer los diferentes parámetros dentro de los cuales podemos manipular, con la finalidad de causar una modificación y como producto el mejor desempeño del sistema en un vehículo de competencia en circuito. Otro de los métodos que se empleó es el experimental porque es un proceso sistemático en el cual se puede manipular cada uno de los elementos del conjunto cono- corona para después de su implementación, poder analizar y observar los cambios en la velocidad final en cada una de las cinco marchas y así demostrar la mejora en el desempeño de la caja de cambios para un vehículo de competencia en circuito.
Se describe de forma sistemática el proceso y así tenemos:
Se obtienen las especificaciones técnicas del vehículo Chevrolet Corsa 1300 cc y se exponen en la tabla 1.
Se especifica que se participara en el campeonato de la Copa Turismo Mecánica Nacional, categoría TCMN1 acogiéndose a los parámetros que indica su reglamento que se muestra en el ANEXO 2.
Se diseña una matriz de pruebas que se realizó en autódromo José Tobar en Yahuarcocha con el fin de registrar tiempos de aceleración del vehículo antes y después de la manipulación en la caja de cambios.
Se ejecuta una prueba dinamométrica antes y después de una modificación en la caja de cambios del vehículo. Estos datos se muestran en los ANEXOS 3 y 4.
Se efectúa el desmontaje de la caja de cambios del vehículo para analizar los elementos constitutivos y confirmar las relaciones de transmisión de cada marcha para lo que se utilizó las siguientes herramientas de taller que de igual manera se utilizara para el montaje:
37 Prensa Hidráulica.
Pinzas de puntas para seguros. Recolector de aceite.
Juego de botadores. Martillo de goma.
Extractores de rodamientos. Juego de llaves hexagonales. Silicón.
Calibrador. Grasa.
2 litros de aceite 80 W 90.
Se identifica que se tiene una caja de cambios manual de piñones de dientes helicoidales con cinco marchas hacia delante y una dé marcha atrás. Se verifico el número de dientes en cada par de ruedas dentadas y se indica en la tabla 2, para obtener las relaciones de transmisión en cada marcha.
Para el cálculo de la relación de transmisión se aplicó la siguiente ecuación:
[1] Ya obtenida la relación de transmisión de cada una de las marchas aplicamos la formula general para el cálculo de la velocidad final y se expone que:
[2]
Adicionalmente se obtuvo la pisada y diámetro total del neumático y se describen en las siguientes ecuaciones respectivamente.
[3]
(( ) ( )) [4]
Se obtuvo los valores para conocer el efecto desmultiplicador y multiplicador de la transmisión y las (rpm) en cada una de las cinco marchas se realiza el siguiente cálculo y se muestra en la ecuación 5 y 6.
[5]
38 Se obtuvo la caída de rpm en cada cambio de marcha se efectúa una resta como se presenta en la ecuación 7. de (2da) - (1era) marcha, de (3era) - (2da) marcha, de (4ta) – (3era) marcha, de (5ta) – (4ta) marcha.
( ) [7] Los datos que se obtuvo sirvieron para la elaboración de las tablas 9, 10, 11, y 12.
Se realizó una ponderación de costos para la adquisición del conjunto cono – corona de mayor relación y se importó desde Argentina.
Se realizó un análisis comparativo de algunas variables del conjunto cono – corona de relación 4.86: 1 antes de su implementación y se utilizó las siguientes ecuaciones:
Para cálculo del módulo aparente
[8] Para cálculo del diámetro primitivo
[9] Para cálculo del paso de la hélice
[10] Para el cálculo del inter eje
[13]
Analizado y verificado los elementos se procedió al montaje del conjunto cono – corona de mayor relación 4.86:1para lo cual se utilizaron
herramientas básicas del taller automotriz.
Luego se realizó una prueba de ruta en el autódromo José Tobar donde se obtuvo un registro de tiempos en que el auto recorre una vuelta al autódromo y su tiempo en acelerar de 0 a 100 km/h y se exponen en la tabla 19.
39
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 IDENTIFICACIÓN DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y
DIFERENCIAL EN VEHÍCULO CHEVROLET CORSA 1300 cc.
El vehículo que se usó en el análisis y posteriormente en la modificación es un Chevrolet Corsa de 1300 centímetros cúbicos (figura 43), año de fabricación 1996 que dispone de un sistema de encendido tipo (DIS), sistema de inyección multipunto, sistema de transmisión manual de 5 velocidades más una dé marcha atrás con piñones helicoidales, de 3 puertas y sin aire acondicionado.
Figura 46. Vehículo Chevrolet Corsa 1300 cc, utilizado en el proyecto
40 En la siguiente ficha técnica se muestran todos los datos del vehículo.
Tabla 1. Datos técnicos del vehículo Chevrolet Corsa 1300 cc.
(Automotores Continental)
DESEMPEÑO
0 a 100 km/h 12.5 segundos
Velocidad Máxima 173 Km
Consumo Motor 6.8 litros /100 km/h ó 55.6 km/gal 46 Litros ó 12.15 galones 1a a 2a - 15 km/h / 20 km/h
2a a 3a - 30 km/h / 35 km/h 3a a 4a - 40 km/h / 60 km/h
4a a 5a - 65 km/h / 75 km/h Potencia maxima neta
Torque Máximo neto Tipo
TANQUE DE COMBUSTIBLE
Velocidades recomendadas para cambio de marcha (hasta 1500 msnm / sobre 1500 msnm) Largo/Ancho/Alto/ distancia entre ejes (mm) 5P
1768
3729 / 1608 / 1388 / 2443
4026 / 1608 / 1388 / 2443
3729 / 1608 / 1388 / 2443
Pared a Pared
Andén a Andén
10.45 m
9.9 m DIÁMETRO DE GIRO
660 kg /705 kg / 680 kg 260 L / 390 L /280 L
650 L / 390 L / 280 L
470 kg / 450 kg / 423 kg
900 kg / 850 kg / 900 kg Ensamblaje final
Bruto sin A/A(3P/4P/5P)
Quito, Ecuador
1320 kg / 1320 kg / 1320 kg
permisible en el eje trasero sin A/A (3P/4P/5P)
675 kg / 740 kg / 675 kg
715 kg / 770 kg / 770 kg
660 kg /705 kg / 680 kg ESPECIFICACIONES DEL CHEVROLET CORSA 1.3 (1994 - 1998)
MOTOR
longitudinal delantero
1279
950 +_ 50
71 HP a 5800 rpm
113.56 Nm a 3000 rpm 1375 kg / 1463 kg / 1395 kg
450 kg / 450 kg / 450 kg
1.3 MPFI Bruto con A/A(3P/4P/5P)
Capacidad de remolque sin frenos (3P/4P/5P)
Código
DATOS DE FABRICACIÓN Fabricante Aymesa
CAJA DE CAMBIOS
Cilindrada
Revoluciones en ralentí
permisible en el eje delantero sin A/A (3P/4P/5P)
permisible en el eje delantero con A/A (3P/4P/5P)
permisible en el eje trasero con A/A (3P/4P/5P)
Capacidad de remolque con frenos (3P/4P/5P) PESO DEL VEHICULO
Volúmen Baúl (3P/4P/5P)
V. Baúl con el asiento trasero plegado (3P/4P/5P)
Carga utíl (pasajeros y carga)*(3P/4P/5P) CAPACIDADES DE CARGA
Ancho con espejos (mm)
Largo/Ancho/Alto/ distancia entre ejes (mm) 3P DIMENSIONES
Largo/Ancho/Alto/ distancia entre ejes (mm) 4P
marcha atrás 3.31 : 1
cono - corona 4.18 : 1 Relaciones
2a marcha 2.13 : 1
3a marcha 1.41 : 1
4a marcha 1.12 : 1 5a marcha 0.89 : 1 1a marcha 3.72 : 1
SUSPENSIÓN
Discos adelante Tambor posterior LLANTAS
FRENOS
165/70 R13 medida
Delantera: Independiente , Mcphearson con brazo transversal y tensor longitudinal
41
4.1.1 PROCESO DE DESMONTAJE DE CAJA DE CAMBIOS.
Como se puede observar en la figura 47, se procede aflojar los 10 pernos del cárter de la caja de cambios, separamos ligeramente para drenar el fluido lubricante.
Figura 47. Drenada de aceite de caja de cambios.
Transcurrido unos minutos desde que se aflojo el cárter de la caja de cambios y con la mayor cantidad de fluido lubricante en el recipiente recolector, separamos los semiejes de la caja de cambios como se indica en la figura 48.
42 Se sujeta al motor en este caso con una gata hidráulica tipo pluma con la finalidad de aflojar los pernos de todo el contorno de la caja y de su base para empezar a separar la caja de cambios del motor como se muestra en la figura 49.
Figura 49. Desacople de caja de cambios y motor.
Luego de que se han aflojado todos los pernos y bases de la caja de cambios la separamos del motor. Así queda expuesto la manera en la que el motor está fijado con la gata hidráulica tipo pluma que se exponen en las figuras 50 y 51.
43
Figura 51. Caja de cambios de Chevrolet Corsa 1300 cc.
4.1.2 DESARMADA DE CAJA DE CAMBIOS.
Para separar las carcasas y desmontar los elementos internos es necesario retirar los pernos del cárter de la carcasa intermedia como se muestra en la figura 52. Se inspecciona los tipos de seguros que tienen los ejes y se procede a retirar, en este caso con una pinza de puntas para retirar y desmontar los piñones como se observa en la figura 53 y 54.
Figura 52. Separada de cárter de carcasa intermedia para comenzar a desarmar.
44
Figura 54. Desmontaje de par de piñones de quinta marcha.
Se ha desmontado la piñonera completa como se observa en la figura 55, se utiliza una prensa para poder extraer todos los piñones y dejar libre al eje secundario donde se encuentra el cono o piñón de ataque como se aprecia en la figura 56.
Figura 55. Piñonearía de caja de cambios del Chevrolet Corsa 1300 cc.
45 Es muy importante fijarse en el tamaño de los piñones y el sentido en el que se encuentran antes de desmontar por estas dos razones: la primera que si se confunden los piñones, las relaciones de transmisión serán falsas por lo que nuestros cálculos estarán equivocados comprometiendo el objetivo final del proyecto y la segunda la más importante es que la caja de cambios puede destruirse o exponerse a un considerable daño por un mal montaje de los elementos.
Debido a lo expuesto se los señala, amarra o se separa en pares para evitar cualquier inconveniente como se muestra en la figura 57.
Figura 57. Par de piñones de cuarta y quinta marcha.
Luego del conteo de cada par de piñones en su respectiva marcha se presentan los valores en la tabla 2, que sirve en la obtención de la relación de transmisión.
Tabla 2. Número de dientes en cada par de piñones.
EJES
PRIMARIO SECUNDARIO
MARCHA PRIMERA
NÚMERO DE DIENTES Z1 = 11 Z2 = 41
MARCHA SEGUNDA
NÚMERO DE DIENTES Z3 = 22 Z4 = 47
MARCHA TERCERA
NÚMERO DE DIENTES Z5 = 29 Z6 = 41
MARCHA CUARTA
NÚMERO DE DIENTES Z7 = 33 Z8 = 37
MARCHA QUINTA
NÚMERO DE DIENTES Z9 = 37 Z10 = 33
NÚMERO DE DIENTES DEL
CONO NÚMERO DE DIENTES DE LA CORONA
46
4.2 CÁLCULO DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN EN CAJA DE
CAMBIOS DE CINCO VELOCIDADES SIN MODIFICACIONES.
Cuando dos piñones se acoplan, se da entre ellos una relación de engranaje que tiene mucha importancia en lo concerniente al torque y potencia de giro resultante en la salida hacia sus ejes. Si el piñón conductor es más grande que el impulsado éste girará más rápido, pero entregará menos fuerza. Si los piñones son iguales, la velocidad y la fuerza de salida y de entrada son iguales en piñón conductor y en el impulsado. Si el piñón conductor es más pequeño, el impulsado girará más lentamente pero podrá entregar más fuerza. (Mott,2008).
4.2.1 RELACIÒN DE PRIMERA MARCHA.
Para el cálculo de relación de primera marcha se obtiene al dividir el número de dientes del piñón de giro libre de primera marcha del eje secundario y el número de dientes del piñón (primera marcha) del eje primario así se plantea la ecuación 1.
[1] Donde:
.relación de transmisión primera marcha.
47
Tabla 3.Cálculo de relación primera marcha
EJES
PRIMARIO SECUNDARIO
Z12 11 41 Z11
RELACIÒN MARCHA 1 = 3.72 : 1
4.2.2 RELACIÓN DE SEGUNDA MARCHA.
Para el cálculo de relación de segunda marcha se obtiene al dividir el número de dientes del piñón de giro libre de segunda marcha del eje secundario y el número de dientes del piñón (segunda marcha) del eje primario:
Donde:
Tabla 4. Cálculo de relación segunda marcha.
EJES
PRIMARIO SECUNDARIO
Z12 22 47 Z11
RELACIÒN MARCHA 2 = 2.13 : 1
48 Para el cálculo de relación de tercera marcha se obtiene al dividir el número de dientes del piñón de giro libre de tercera marcha del eje secundario y el número de dientes del piñón (tercera marcha) del eje primario:
Donde:
Tabla 5. Cálculo de relación tercera marcha. EJES
PRIMARIO SECUNDARIO
Z5 29 41 Z6
RELACIÒN MARCHA 3 = 1.41 : 1
4.2.4 RELACIÓN DE CUARTA MARCHA.
Para el cálculo de relación de cuarta marcha se obtiene al dividir el número de dientes del piñón de giro libre de cuarta marcha del eje secundario y el número de dientes del piñón (cuarta marcha) del eje primario:
49
Tabla 6. Cálculo de relación cuarta marcha. EJES
PRIMARIO SECUNDARIO
Z12 33 37 Z11
RELACIÒN MARCHA 4 = 1.12 : 1
4.2.5 RELACIÓN DE QUINTA MARCHA.
Para el cálculo de relación de quinta marcha se obtiene al dividir el número de dientes del piñón de giro libre de quinta marcha del eje secundario y el número de dientes del piñón (quinta marcha) del eje primario:
Donde:
Tabla 7. Cálculo de relación quinta marcha. EJES
PRIMARIO SECUNDARIO
Z12 37 33 Z11
RELACIÒN MARCHA 5 = 0.89 : 1