UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DE
UNA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA EN CORTE CON
MOVIMIENTO ROTACIONAL Y TRASLACIONAL DE SUS
ELEMENTOS MECÁNICOS, CONTROLADOS POR UN
SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL TALLER DE INGENIERÍA
AUTOMOTRIZ DE LA UTE.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA AUTOMOTRIZ
KATHERINE AIDA GIL RIBADENEIRA
DIRECTOR: ING. JULIO ENRIQUE MORALES VELA, M.Sc.
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 020147370-9 APELLIDO Y NOMBRES: GIL KATHERINE AIDA
DIRECCIÓN: AV. MARISCAL SUCRE N48-68 Y MELEARTE CONJUNTO EL FUNDADOR
EMAIL: [email protected] TELÉFONO FIJO: 022-490-528 TELÉFONO MOVIL: 0992900252
DATOS DE LA OBRA
TITULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DE UNA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA EN CORTE CON MOVIMIENTO
ROTACIONAL Y TRASLACIONAL DE SUS ELEMENTOS MECÁNICOS, CONTROLADOS
POR UN SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL TALLER DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ DE LA
UTE.
AUTOR O AUTORES: GIL RIBADENEIRA KATHERINE AIDA FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
03 de agosto del 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
ING. JULIO ENRIQUE MORALES VELA. M.Sc.
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERA AUTOMOTRIZ
RESUMEN: Mínimo 250 palabras Hoy en día las transmisiones automáticas se van apoderando del parque automotor, dejando de lado las convencionales transmisiones manuales, por lo que se debe estar preparado para acoger esta no tan nueva tecnología y solucionar sus posibles fallos futuros. El proyecto titulado “Diseño y Construcción de un Banco Didáctico de una transmisión automática en corte con movimiento rotacional y traslacional de sus elementos mecánicos,
controlados por un sistema electrónico para el taller de Ingeniería Automotriz de la UTE.”, se realizó con el objetivo principal de diseñar y construir un banco de didáctico que muestre el funcionamiento de una transmisión automática de una manera didáctica y simple de comprender, así como mostrar la constitución interna de la transmisión y de su conjunto de embragues y frenos, con el cual podrán desarrollar habilidades y destrezas en el aprendizaje de las materias de la carrera. El banco didáctico se desarrolló sobre una estructura metálica previamente diseñada, en la cual irán montados todos los elementos originales de la transmisión, además de elementos adicionales que fueron construidos para lograr su funcionamiento. Para la activación de las diferentes marchas se diseñaron bridas de apriete que serán accionadas por unos solenoides. Para dar un mejor acabado y con el fin de que sea didáctico y de fácil comprensión se pintaron los frenos y embragues de diferentes colores para que sea fácil identificarlos. Con este proyecto se pueden realizar pruebas de funcionamiento de las diferentes marchas de la transmisión automática, variando su velocidad.
PALABRAS CLAVES: Transmisión automática
UTE Engineering." Was held with the main objective to design and build a bank of teaching that shows the operation of an automatic transmission of a didactic and easy to understand way and show the internal constitution of the transmission and its set of clutches and brakes, which they can develop skills and learning skills in matters of race. The didactic bank was developed on a previously designed metal structure, which will be assembled all the original elements of the transmission, plus additional elements that were built to achieve operation. For activation of the different gears grips to be driven by solenoids they were designed. To give a better finish and so it is educational and easily understood brakes and clutches of different colors to make it easy to identify them were painted. With this project can be performed functional tests on the different gears of the automatic transmission, varying its speed.
KEYWORDS Automatic transmission
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, GIL RIBADENEIRA KATHERINE AIDA, CI 020147370-9 autor/a del proyecto titulado: Diseño y construcción de un banco didáctico de una transmisión automática en corte con movimiento rotacional y traslacional de sus elementos mecánicos, controlados por un sistema electrónico para el taller de Ingeniería Automotriz de la UTE, previo a la obtención del título de INGENIERA AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 03 de Agosto del 2016
f:__________________________________________ GIL RIBADENEIRA KATHERINE AIDA
DECLARACIÓN
Yo KATHERINE AIDA GIL RIBADENEIRA, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Katherine Aida Gil Ribadeneira
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y Construcción de un banco didáctico de una transmisión automática en corte con movimiento rotacional y traslacional de sus elementos mecánicos, controlados por un sistema electrónico para el taller de Ingeniería Automotriz de la UTE.”, que, para aspirar al título de Ingeniera Automotriz fue desarrollado por Katherine Aida Gil Ribadeneira, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.
___________________ Ing. Julio Morales Vela. DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
Considero que en la vida, cada etapa es un escalón para llegar hacia lo que consideramos esa tan ansiada felicidad, y eso es lo que representa este proyecto para mí, un escalón más que me permite terminar una etapa de mi vida y comenzar una nueva etapa de profesional.
Nada de esto sería posible, sin la bendición en primer lugar de Dios, que ha sido mi fuerza invisible para salir adelante y alcanzar todas mis metas.
Quiero dedicar de todo corazón este proyecto a mis amados padres Ximena y Alexis, que han sido el mayor apoyo y sustento durante toda mi vida. A mi hermano Santiago que ha sido el mejor amigo y admirador que alguien puede tener en la vida. Los amo con todo mi corazón y gracias por apoyarme para poder lograr esto.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... xii
ABSTRACT ... xiii
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 3
2.1.EL AUTOMOVIL ... 3
2.1.1.PRINCIPALES SISTEMAS DEL AUTOMOVIL ... 3
2.2.TRANSMISIÓN ... 7
2.2.1.TIPOS DE TRANSMISIÓN. ... 7
2.2.1.1.Tracción delantera... 7
2.2.1.2.Tracción posterior... 8
2.2.1.3.Doble tracción ... 9
2.3. TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ... 9
2.3.1.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA...11
2.3.1.1.Principio de Pascal ... 11
2.3.2.ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA.. ... 12
2.3.2.1.Parte hidráulica de la transmisión automática ... 13
2.3.2.2.Parte mecánica de la transmisión automática ... 26
2.3.2.3.Parte electrónica de la transmisión automática. ... 34
2.3.3.FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ... 44
ii
2.3.3.2.Segunda velocidad ... 45
2.3.3.3.Tercera velocidad ... 45
2.3.3.4.Cuarta velocidad ... 46
2.3.3.5.Marcha atrás ... 46
2.3.4.FLUIDO PARA TRANSMISIONES AUTOMÁTICAS ... 46
2.3.4.1.ATF TYPE A ... 47
2.3.4.2.ATF TYPE F ... 47
2.3.4.3.Dexron……….48
2.3.4.4.Dexron VI ... 48
2.3.4.5.Mercon ... 48
2.3.4.6.Mercon V ... 49
2.3.4.7.Mercon LV ... 49
2.3.4.8.Fluido ATF universal ... 49
2.3.5.MANTENIMIENTO DE LAS TRANSMISIONES AUTOMÁTICAS 50 2.4.TRANSMISIÓN CONTINUAMENTE VARIABLE (CVT) ... 50
2.4.1.1.FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN CVT. ... 52
2.4.1.2.ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE LA TRANSMISIÓN CVT. 52 2.5.ESFUERZOS FÍSICOS. ... 53
2.5.1.TIPOS DE ESFUERZOS ... 54
3. METODOLOGÍA... 59
3.1.DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 59
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS. ... 62
4.1.DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 62
4.1.1.DISEÑO MECÁNICO DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 62
iii
4.1.1.2.Cortes realizados en la transmisión automática ... 65
4.1.1.3.Modificaciones realizadas a los embragues y frenos de la transmisión automática. ... 66
4.1.1.4.Diseño de modificaciones del eje de entrada. ... 66
4.1.1.5.Diseño y construcción del mecanismo de accionamiento de los embragues…… ... 72
4.2.DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURA DE SOPORTE. ... 77
4.2.1.SELECCIÓN DE MATERIALES. ... 77
4.2.2.DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 78
4.2.3.CÁLCULO ESTRUCTURAL ... 79
4.2.4.SIMULACIÓN DE ESFUERZOS DE LA ESTRUCTURA DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 83
4.2.5.CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE. ... 85
4.2.6.CONSTRUCCIÓN DEL TABLERO DE CONTROL. ... 86
4.2.7.ENSAMBLAJE FINAL DE TODOS LOS ELEMENTOS DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 86
4.3.DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES ELÉCTRICOS Y ELÉCTRÓNICOS. ... 88
4.3.1.COMPONENTES ELÉCTRICOS. ... 88
4.3.1.1.Solenoides. ... 88
4.3.1.3.Variador de velocidad. ... 90
4.3.2.COMPONENTES ELECTRÓNICOS. ... 91
4.3.2.1.Sensores. ... 91
4.3.2.2.Sensores de velocidad inductivos. ... 91
4.3.2.3.LCD….. ... 92
4.3.2.4.Micro controlador ARDUINO MEGA. ... 92
iv
4.3.2.6.Transistor. ... 95
4.3.2.7.Resistencias. ... 95
4.3.2.8.Relés… ... 96
4.3.2.9.Diodos led. ... 97
4.3.2.10.Switch. ... 97
4.4.DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL PARA EL ACCIONAMIENTO DE LOS SOLENOIDES ... 98
4.4.1.SEÑALES DE ENTRADA Y DE SALIDA PARA EL CONTROL DEL CAMBIO AUTOMÁTICO. ... 98
4.4.2.ACCIONAMIENTO DE MARCHAS. ... 99
4.4.3.DESARROLLO DEL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN. ... 100
4.4.4.DISEÑO DEL CIRCUITO EN PROTEUS. ... 102
4.5.FUNCIONAMIENTO DEL BANCO DIDÁCTICO. ... 103
4.5.1.FUNCIONAMIENTO ELECTRÓNICO DEL BANCO DIDÁCTICO….. ... 103
4.5.1.1.Activación del solenoide de parqueo. ... 103
4.5.1.2.Activación de drive. ... 103
4.5.1.3.Activación del solenoide de reversa. ... 104
4.5.1.4.Activación de neutro. ... 105
4.5.1.5.Activación de 1ra de low. ... 105
4.5.2.PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO, GUÍAS DE MANTENIMIENTO Y GUÍAS DE PRÁCTICAS DEL BANCO DIDÁCTICO….. ... 106
4.5.2.1.Funcionamiento de Parking... 107
4.5.2.2.Funcionamiento de reversa. ... 108
4.5.2.3.Funcionamiento de neutro. ... 109
v
4.5.2.5.Funcionamiento de primera de “LOW “. ... 112
4.6. CÁLCULO DE LAS RELACIONES DE TRANSMISIÓN ENTREGADAS EN CADA MARCHA. ... 112
4.6.1.CÁLCULO SEGÚN EL NÚMERO DE DIENTES. ... 112
4.6.1.1.Relación de transmisión de la primera velocidad. ... 114
4.6.1.2.Relación de transmisión de la segunda velocidad. ... 115
4.6.1.3.Relación de transmisión de la tercera velocidad. ... 116
4.6.1.4.Relación de transmisión de la cuarta velocidad. ... 116
4.6.1.5.Relación de transmisión de marcha hacia atrás (reversa). ... 117
4.6.2.CÁLCULO SEGÚN LAS REVOLUCIONES. ... 118
4.6.2.1.Primera velocidad. ... 118
4.6.2.2.Segunda velocidad. ... 119
4.6.2.3.Tercera velocidad. ... 119
4.6.2.4.Cuarta velocidad. ... 120
4.6.2.5.Reversa. ... 120
4.6.3.ANÁLISIS DE LAS RELACIONES DE TRANSMISIÓN OBTENIDAS…. ... 121
4.7.GUÍAS DE PRÁCTICAS. ... 121
4.8.PUESTA EN MARCHA Y GUÍA DE MANTENIMIENTO. ... 121
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 122
5.1. CONCLUSIONES. ... 122
5.2. RECOMENDACIONES. ... 124
BIBLIOGRAFÍA ... 125
vi
INDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Relaciones de transmisión del tren epicicloidal. ... 29
Tabla 2. Fórmulas de piñones frenados... 30
Tabla 3. Asignación de colores a los frenos y embragues. ... 64
Tabla 4. Factores combinados de choque y fatiga ... 69
Tabla 5. Propiedades químicas del acero ASTM A36. ... 77
Tabla 6. Propiedades técnicas del acero ASTM A36. ... 77
Tabla 7. Especificaciones del perfil tipo “L”. ... 83
Tabla 8.Características del solenoide. ... 89
Tabla 9. Asignación de solenoides a los embragues y frenos de la transmisión... 89
Tabla 10. Condiciones de velocidad para cambio automático. ... 98
Tabla 11. Accionamiento de los solenoides según la posición de la palanca. ... 99
Tabla 12. Número de dientes de los elementos del conjunto planetario de la transmisión AW 6040. ... 113
Tabla 13. Velocidades obtenidas en cada marcha. ... 118
vii
INDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Sistemas del automóvil ... 3
Figura 2. Sistema de alimentación ... 4
Figura 3. Sistema de propulsión del automóvil... 5
Figura 4. Sistema de frenos. ... 5
Figura 5. Sistema de suspensión. ... 6
Figura 6. Sistema de dirección. ... 6
Figura 7. Vehículo con tracción delantera. ... 8
Figura 8. Plan de mantenimiento predictivo del banco didáctico... 8
Figura 9. Doble Tracción. ... 9
Figura 10. Esquema de una caja automática. ... 10
Figura 11. Principio de Pascal. ... 11
Figura 12. Elementos de la transmisión automática. ... 13
Figura 13. Bomba de engranajes interiores. ... 14
Figura 14. Bomba de paletas. ... 15
Figura 15. Despiece de un cuerpo de válvulas. ... 17
Figura 16. Bloque de alojamiento principal. ... 18
Figura 17. Bloques de alojamiento. ... 18
Figura 18. Placas selladoras de los bloques de alojamiento. ... 18
Figura 19. Partes de una válvula selectora. ... 19
Figura 20. Válvula Check. ... 19
Figura 21. Electroválvulas. ... 20
Figura 22. Resortes. ... 20
Figura 23. Despiece de un embrague hidráulico. ... 22
Figura 24. Esquema y funcionamiento de un embrague hidráulico. ... 23
Figura 25. Despiece de un convertidor de par. ... 24
Figura 26. Esquema y sección de un convertidor de par. ... 24
Figura 27. Funcionamiento del convertidor de par. ... 25
Figura 28. Funcionamiento del convertidor de par. ... 26
viii
Figura 30. Funcionamiento del engranaje epicicloidal. ... 28
Figura 31. Banda de freno. ... 31
Figura 32. Frenos de disco... 31
Figura 33. Accionamiento del embrague de disco. ... 32
Figura 34. Mecanismo de rueda libre de rodillo. ... 33
Figura 35. Dispositivo de parqueo. ... 33
Figura 36. Centralita electrónica de transmisiones automáticas. ... 35
Figura 37. Entradas y salidas de señales de la centralita electrónica. ... 35
Figura 38. Sensores de revoluciones. ... 36
Figura 39. Sensor de temperatura de aceite de la transmisión. ... 37
Figura 40. Contacto bloqueo de arranque. ... 37
Figura 41. Sensor lineal de desplazamiento. ... 38
Figura 42. Palanca selectora de cambios. ... 41
Figura 43. Señales de salida de la transmisión ... 41
Figura 44. Solenoide TCC ... 42
Figura 45.Solenoide de control de presión ... 43
Figura 46. Cadena cinemática de una caja automática de 4 velocidades. .. 44
Figura 47. Comportamiento de la oxidación de los aceites ... 50
Figura 48. Transmisión CVT ... 51
Figura 49. Elementos de la caja CVT. ... 52
Figura 50. Esfuerzo de tracción. ... 54
Figura 51. Esfuerzo de compresión. ... 55
Figura 52. Esfuerzo de flexión. ... 56
Figura 53. Pandeo. ... 57
Figura 54. Esfuerzo de torsión. ... 57
Figura 55. Corte realizado en la carcasa. ... 65
Figura 56. Cortes realizados en los embragues. ... 65
Figura 57. Modificaciones realizadas en embrague de avance y corona delantera. ... 66
Figura 58. Diagrama de esfuerzos aplicados en el plano xy. ... 68
Figura 59. Diagrama de esfuerzos aplicados en el eje xz. ... 68
ix
Figura 61. Soldadura en el eje de entrada. ... 71
Figura 62. Mecanizado en el torno del eje de entrada. ... 72
Figura 63. Diseño del disco de embrague principal en Solidworks. ... 73
Figura 64. Resultado de simulación de deformaciónes en Solidworks. ... 73
Figura 65. Resultado de la simulación de tensión en Solidworks... 74
Figura 66. Disco de embrague principal. ... 74
Figura 67. Disco de accionamiento intermedio. ... 75
Figura 68. Bridas de apriete. ... 75
Figura 69. Simulación de esfuerzos del freno de cinta. ... 76
Figura 70. Freno de cinta. ... 76
Figura 71. Planos de la estructura del banco didáctico. ... 78
Figura 72. Programa Solidworks. ... 78
Figura 73. Diagrama de cuerpo libre. ... 80
Figura 74. Diagrama de fuerzas cortantes. ... 80
Figura 75. Diagrama de momentos. ... 80
Figura 76. Resultados de la simulación de tensión en Solidworks. ... 84
Figura 77. Resultado de la simulación de deformaciones en Solidworks. ... 84
Figura 78. Estructura de soporte. ... 85
Figura 79. Estructura de soporte pintada. ... 86
Figura 80. Tablero de control del banco didáctico. ... 86
Figura 81. Montaje de los elementos mecánicos. ... 87
Figura 82. Banco terminado. ... 88
Figura 83. Solenoide de accionamiento. ... 89
Figura 84. Motor eléctrico trifásico. ... 90
Figura 85. Variador de velocidad. ... 91
Figura 86. Pantalla LCD. ... 92
Figura 87. Asignación de pines del micro controlador ARDUINO MEGA. ... 94
Figura 88. Transistor. ... 95
Figura 89. Código de colores de resistencias eléctricas. ... 96
Figura 90. Constitución de un relé. ... 97
Figura 91. Diodos led. ... 97
x
Figura 93. Encabezado de la programación. ... 100
Figura 94. Puerto A. ... 100
Figura 95. Variables a utilizar. ... 100
Figura 96. Parámetros para LCD. ... 100
Figura 97. Cuerpo del programa. ... 101
Figura 98. Funcionamiento LCD. ... 101
Figura 99. Programa para el cambio automático. ... 101
Figura 100. Circuito final de control. ... 102
Figura 101. Diagrama de flujo de activación de parqueo. ... 103
Figura 102. Diagrama de flujo de la posición drive ... 104
Figura 103. Diagrama de flujo de activación de reversa. ... 105
Figura 104. Diagrama de flujo de 1era de low. ... 106
Figura 105. Accionamiento de los embragues. ... 107
Figura 106. Accionamiento de la banda de freno. ... 107
Figura 107. Accionamiento de parking. ... 108
Figura 108. Accionamiento de reversa. ... 108
Figura 109. Accionamiento de la primera velocidad. ... 110
Figura 110. Accionamiento de la segunda velocidad. ... 110
Figura 111. Accionamiento de tercera velocidad. ... 111
Figura 112. Funcionamiento de cuarta velocidad. ... 111
Figura 113. Funcionamiento de 1era de Low. ... 112
Figura 114. Conjunto de engranajes planetarios transmisión AW6040. ... 113
Figura 115. Esquema de primera marcha. ... 114
Figura 116. Esquema de la segunda marcha. ... 115
xi
INDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1. TRANSMISIÓN AW6040 ... 127 ANEXO 2. GUÍAS DE PRÁCTICA ... 131 ANEXO 3. RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS GUIAS DE PRÁCTICA. 146 ANEXO 4. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN... 154 ANEXO 5. GUÍA DE MANTENIMIENTO Y PUESTA EN MARCHA DEL
xii
RESUMEN
xiii
ABSTRACT
1
1. INTRODUCCIÓN
La misión de la carrera de Ingeniería Automotriz es formar grandes profesionales, que se integren al aparato productivo nacional aportando soluciones técnico-científicas para el mejor funcionamiento del parque automotor; así como, del cuidado del medio ambiente.
Debido a que el taller de Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial no cuenta con un equipo o proyecto que muestre el funcionamiento de una transmisión automática, se ha visto necesario aportar al taller con un banco didáctico de una transmisión automática, el cual está dirigido tanto a estudiantes como docentes para reforzar todos los conocimientos adquiridos teóricamente en las aulas ya que este proyecto muestra el funcionamiento del tren epicicloidal de una transmisión automática, el cual es accionado por un sistema electrónico.
Debido a que los vehículos con transmisiones automáticas cada vez se van apoderando del parque automotor dejando a un lado a las tradicionales transmisiones manuales, los Ingenieros Automotrices deben estar preparados para enfrentar y atender las inquietudes y problemas de aquellos que en un corto o largo plazo llegarán a ser clientes.
Al realizar este proyecto se consigue implementar al taller de Ingeniería Automotriz de la UTE con un banco didáctico de una caja automática que muestre sus partes en forma real, así como también el accionamiento de las diferentes marchas, por medio de un sistema de control electrónico, en el que los estudiantes puedan reforzar sus conocimientos adquiridos teóricamente y con el cual los docentes puedan apoyar sus enseñanzas El objetivo general que tiene este proyecto es diseñar y construir un banco didáctico de una transmisión automática de tracción delantera en corte con movimiento rotacional y traslacional de sus elementos mecánicos, controlados por un sistema electrónico para el taller de Ingeniería Automotriz de la UTE, los objetivos específicos son:
Realizar un estudio del funcionamiento de una transmisión
2 Simular el comportamiento de los elementos construidos como: el eje de entrada, disco de embrague principal, banda de freno y estructura de soporte utilizando el programa Solidworks.
Definir el corte que se realizará a la transmisión automática con el fin de obtener la mejor visualización de sus partes y su funcionamiento. Implementar un sistema electrónico que reemplace el control
hidráulico original de la transmisión por uno electrónico.
Desarrollar guías de laboratorio y mantenimiento del banco didáctico
3
2. MARCO TEÓRICO
2.1. EL AUTOMOVIL
Un automóvil, es un vehículo mecánico de propulsión propia destinado al transporte de personas o cosas, generalmente con cuatro ruedas que están en contacto permanente con el suelo, de las cuales en la mayoría de los casos dos son directrices y dos son motrices.
Se mueve gracias a un motor de combustión interna alimentado por gasolina, gas licuado del petróleo, gasóleo o aire comprimido.
Además del motor, un vehículo necesita de otros sistemas para funcionar correctamente, principalmente de: carrocería y chasis, sistema de alimentación, tren propulsor, sistema eléctrico, sistema de frenado, dirección, suspensión.
2.1.1. PRINCIPALES SISTEMAS DEL AUTOMOVIL
La figura 1 muestra los principales sistemas que forman parte del vehículo.
Figura 1. Sistemas del automóvil
4 2.1.1.1. Carrocería y chasis.
Son el soporte básico para todos los componentes del automóvil, desde el motor hasta los asientos, además protegen a todos sus elementos y a los pasajeros de las condiciones ambientales, también le dan la forma y elegancia característica al automóvil proporcionándole una superficie aerodinámica.
2.1.1.2. Sistema de alimentación.
Es el encargado de transportar combustible y aire, hacia el interior de la cámara, donde se realizará la combustión. La figura 2 muestra los principales componentes de este sistema.
Figura 2. Sistema de alimentación
http://www.taringa.net
2.1.1.3. Tren propulsor.
5 automóvil. La figura 3 muestra los componentes del tren motriz.
Figura 3. Sistema de propulsión del automóvil.
http://www.taringa.net
2.1.1.4. Sistema eléctrico.
El sistema eléctrico en el automóvil es el encargado de hacer partir el motor de arranque, dar energía al sistema de chispa y activar las luces, bocina, aire acondicionado y otros accesorios.
2.1.1.5. Sistema de frenado.
Su principal función es la de disminuir progresivamente la velocidad del vehículo, o mantenerlo inmovilizado cuando está detenido. La figura 4 muestra los componentes principales del sistema de frenos.
Figura 4. Sistema de frenos.
6 2.1.1.6. Sistema de suspensión.
Su función es la de reducir los efectos de las irregularidades del camino, evitando que las oscilaciones se transmitan a los pasajeros o la carga.
Un sistema de suspensión en buen estado aumenta la adherencia y disminuye la distancia de frenado. En la figura 5 se muestran los principales componentes de la suspensión.
Figura 5. Sistema de suspensión.
http://www.taringa.net
2.1.1.7. Sistema de dirección.
La dirección es el conjunto de mecanismos, mediante los cuales pueden orientarse las ruedas directrices de un vehículo a voluntad del conductor. La figura 6 muestra los componentes del sistema de dirección.
Figura 6. Sistema de dirección.
7
2.2. TRANSMISIÓN
Es el mecanismo encargado de transmitir potencia del motor hacia las ruedas del vehículo.
Dentro de las funciones de la transmisión se encuentra reducir la rotación inadecuada del eje de salida del impulsor primario, de altas velocidades y bajo par motor, a una velocidad más baja con par de giro más alto es inversamente.
Las multiplicaciones y desmultiplicaciones de las marchas se producen gracias a las diferentes relaciones de transmisión que las transmisiones producen, por lo cual muchos sistemas como las transmisiones empleadas en los vehículos, vienen empleados con una palanca selectora de marchas, que se emplean para disminuir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro.
La función de la transmisión es que el motor es mantener el funcionamiento del motor entre el pico de máximo torque y el de máxima potencia.
2.2.1. TIPOS DE TRANSMISIÓN.
El motor de combustión es el que genera la fuerza para poner el vehículo en movimiento, por lo cual va conectado a las ruedas por medio del tren motriz, el cual se encarga de transmitir la fuerza del motor hacia las llantas.
Por la posición que tiene el tren motriz en el vehículo se diferencian tres tipos de transmisión de movimiento:
Tracción delantera. Tracción posterior.
Doble tracción.2.2.1.1. Tracción delantera
8 delanteras. Este es el sistema más utilizado en los vehículos de pequeña y mediana cilindrada. (Agüeda Casado, Navarro, & Gómez Morales, 2012) En este sistema el motor puede ir ubicado de forma longitudinal o transversal, según el fabricante del vehículo. En la figura 7 se muestra la disposición del conjunto motor-transmisión para la tracción delantera.
Figura 7. Vehículo con tracción delantera.
www.racesimonline.com
2.2.1.2. Tracción posterior
Los vehículos con tracción posterior poseen el tren motriz en las ruedas posteriores. En este tipo de vehículo el motor transfiere la fuerza a las ruedas por medio de un eje cardan el mismo que conecta la transmisión al diferencial que se encuentra ubicado en el tren motriz de la parte posterior como se muestra en la figura 8.
En este tipo de vehículos las ruedas que poseen tracción y dan la propulsión al vehículo son las posteriores.
9 2.2.1.3. Doble tracción
La doble tracción es la unión de la tracción delantera con la tracción posterior como se muestra en la figura 9, por lo que los vehículos que contengan este tipo de transmisión de movimiento tendrán los siguientes elementos incorporados:
Doble cardan. Doble diferencial. Caja de transferencia.
Palanca de la caja de transferencia.
Los vehículos que cuentan con doble tracción o más conocida como 4x4 pueden recibir la fuerza del motor simultáneamente en las cuatro ruedas. Si se puede conectar y desconectar se le identifica con las siglas “4WD” y si la tracción a las cuatro ruedas es permanente se le identifica con las siglas “AWD”. (Agüeda Casado, Navarro, & Gómez Morales, 2012)
Figura 9. Doble Tracción.
(Agüeda Casado, Navarro, & Gómez Morales, 2012)
2.3. TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA
La transmisión automática es el sistema que permite realizar el cambio de relaciones de transmisión sin acción directa del conductor, es decir que los vehículos con transmisión automática no poseen pedal de embrague. El cambio de velocidad o de marcha en una transmisión automática está directamente relacionado con el régimen de giro del motor y la velocidad del vehículo. (Perez, 2014)
10 automáticas emplean trenes epicicloidales. El cambio de una velocidad a otra se obtiene liberando un elemento del tren epicicloidal mediante un conjunto de embragues. Las cajas automáticas utilizan un elemento llamado convertidor de par para conectar el motor y la transmisión y el cambio de velocidades se consigue sin necesidad de que se interrumpa la transmisión de fuerza del motor. La selección de velocidades se realiza de forma electrónica, empleando un módulo electrónico que procesa los captadores que afectan el cambio, el mismo que comanda el circuito hidráulico de frenos y embragues interiores de la caja. En la figura 10 se muestran los componentes que forman parte de la transmisión automática.
Figura 10. Esquema de una caja automática. (Perez, 2014)
El cambio automático es un conjunto completo de circuitos electrónicos, hidráulicos y mecánicos que están interrelacionados entre sí.
El circuito electrónico está constituido por sensores de posición del acelerador, velocidad de entrada y salida de la caja, temperatura de cambio, etc. y un módulo electrónico. Este módulo recibe las señales de los sensores y de otros módulos del vehículo por medio de la red CAN BUS. Las señales son procesadas por el módulo para activar de forma electrónica las electroválvulas de los circuitos hidráulicos, los que a su vez accionan frenos y embragues.
11 caja así como también enviar el caudal de aceite necesario al convertidor de par y actúa sobre los émbolos de los embragues y frenos de los ejes.
El circuito o conjunto mecánico es el encargado de transformar el par motor, empleando trenes epicicloidales, rodamientos, frenos y embragues de cinta y disco bañados en aceite, ruedas libres, etc. (Dominguez & Ferrer, 2008)
2.3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA.
2.3.1.1. Principio de Pascal
En el siglo XVII el científico francés Pascal, descubrió la palanca hidráulica, y mediante pruebas de laboratorio demostró que utilizando un líquido encerrado dentro de un recipiente se puede transmitir movimiento.
Pascal encontró que en un sistema a presión se podía obtener una multiplicación de una fuerza como se muestra en la figura 11, y que, la relación de la fuerza y la distancia era exactamente la misma que en el caso de una palanca mecánica. A partir de los datos que obtuvo formuló su principio, el cual establece que:
“La presión que se ejerce sobre un líquido encerrado se transmite por igual en todas las direcciones y actúa con la misma fuerza sobre superficies iguales.” (Brejcha, 1978)
Figura 11. Principio de Pascal.
(Brejcha, 1978)
12 Pascal determina la fórmula 1 para determinar la presión que existe en un sistema hidráulico: (Brejcha, 1978)
1
Donde:
Pr: Presión Pa F: Fuerza N A: Superficie
2.3.2. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA.
El elemento principal de las cajas automáticas es el tren epicicloidal, pero consta de otros elementos que sirven como complemento para que el tren epicicloidal funcione. Los elementos que forman la caja automática y que se muestran en la figura 12 son:
Trenes epicicloidales. Satélites y planetas. Frenos y embrague.
Árbol de salida de la transmisión. Rueda libre.
Regulador centrífugo.
Dispositivo de aparcamiento. Enclavamiento para parking. Convertidor de par.
Bomba de aceite. Cuerpo de válvulas.
Centralita electrónica o TCM. Mando de frenos.
13
Figura 12. Elementos de la transmisión automática.
(Brejcha, 1978)
2.3.2.1. Parte hidráulica de la transmisión automática
Bomba de aceite.
La bomba de aceite se encarga de que el aceite circule por toda la caja de cambios y por el convertidor de par, así como también de lubricar y controlar los elementos que actúan en los cambios de velocidades.
Generalmente se ubica en la entrada a la caja de cambios, cerca del convertidor de par.
La bomba más utilizada es la de caudal constante con engranajes rectos, la cual consta de una rueda con engranajes externos y una de engranajes internos separados por una leva. Esta es accionada por un elemento de arrastre desde el convertidor y girará siempre que el motor este en movimiento.
Los engranajes dentro de la bomba crean una succión en la entrada de la bomba, la cual absorbe el líquido hidráulico desde el reservorio hasta la bomba y sale de la misma a una presión elevada hacia todos los elementos de la caja, dicha presión es controlada por una válvula reguladora de presión localizada en la centralita hidráulica.
Tipos de bombas de aceite
14 características más importantes: tipo de bombeo, tipo de accionamiento y presión generada. Los principios empleados por las bombas de aceite dependen de la finalidad, el lugar de montaje y la capacidad volumétrica. En las transmisiones automáticas los tipos de bombas más comunes utilizadas para enviar el líquido hidráulico son dos: la bomba de engranajes internos y la bomba de paletas.
Bomba de engranajes interiores
La bomba de engranajes de dentado interior tiene dos engranajes, uno pequeño de dentado exterior, que es el impulsor, que engrana interiormente en un engranaje de dentado interior. El espacio que queda en la zona que los engranajes no engranan es ocupado por una media luna como se muestra en la figura 13.
La conexión de succión queda en la zona que los engranajes se desengranan originando las cámaras que transportarán el fluido entre los espacios de los dientes y la media luna hasta la zona donde los dientes se desengranan.
Figura 13. Bomba de engranajes interiores.
http://www.quiminet.com
Bomba de paletas
15 El rotor se conecta a un motor eléctrico mediante un eje. A medida que el rotor empieza a girar , las paletas se mantienen apoyadas a la superficie del anillo interior, ya que poseen unos muelles en la parte interior de las mismas que con la ayuda de la fuerza centrifuga les obliga a salir, formándose así un sello. El fluido hidráulico ingresa y llena la parte más volumen formada por el descentramiento del rotor, a medida que empieza a girar la bomba, empieza a disminuir el volumen de esta área, aumentando la presión del fluido hidráulico, hasta que es expulsado a alta presión por el orificio de salida. Entre cada 2 paletas se crea una cámara en la cual ingresará el fluido hidráulico y realizará el proceso de incremento de presión antes explicado, con esto se asegura un suministro continuo de aceite.
Entre las paletas y la carcasa se genera gracias a la excentricidad una zona de cierre hermético que permite que el fluido hidráulico no se regrese durante el funcionamiento de la bomba.
Figura 14. Bomba de paletas.
http://industrial-automatica.blogspot.com
Caja de válvulas
Este componente de la transmisión automática es considerado el cerebro de la misma, ya que este es el que controla todo el sistema. Se encuentra ubicado en el cárter de la transmisión automática, junto al filtro de aceite.
16 cuando las condiciones de cada marcha lo requieran. Para realizar estas operaciones, el cuerpo de válvulas recibe señales de los sensores de velocidad, temperatura, presión.
Al ser este componente tan complejo, se vuelve también muy delicado en su funcionamiento, por lo mismo el aceite que se utiliza para la transmisión debe ser muy liviano y poseer capacidad detergente, para mantener siempre limpio los canales que forman parte del cuerpo de válvulas y que no se produzca barniz que afecta al movimiento de las válvulas.
Los distintos elementos que dispone la caja de válvulas dependen del tipo y diseño de la caja automática. Sin embargo, como se muestra en la figura 15, consta principalmente de:
Válvula reguladora de presión.
Válvulas de cambio con solenoide y muelle.
Válvulas de accionamiento manual sincronizadas con la palanca selectora.
Válvula del convertidor.
Válvula del embrague del convertidor. Válvula de bloqueo.
Amortiguador de embrague trasero.
Amortiguador del freno de marcha hacia atrás. Válvula del freno de la rueda libre del planeta. Válvula de paso de primera a segunda.
Válvula de paso de segunda a tercera.
Amortiguador del freno de la rueda libre del planeta. Válvula del freno de marcha atrás.
Válvula del embrague trasero.
Válvula de bloqueo de segunda a primera. Válvula de selección manual.
17
Figura 15. Despiece de un cuerpo de válvulas.
http://www.taringa.net
El cuerpo de válvulas consta con tres componentes principales: fijos, móviles y auxiliares.
Componentes fijos de la caja de válvulas
Bloques de alojamiento
El distribuidor hidráulico es el encargado mediante las señales que recibe de los diferentes sensores de enviar la presión de aceite hacia los distintos elementos que realizan el cambio de marcha. Este distribuidor se encuentra formado por varios bloques de alojamiento como se muestra en la figura 16, en los cuales se deslizan las válvulas.
18
Figura 16. Bloque de alojamiento principal.
(Brejcha, 1978)
Los canales por los que circula el fluido hidráulico están diseñados de tal manera que no se cruzarán unos con otros como se muestra en la figura 17, al contrario se encuentran sobrepuestos en otros bloques de alojamiento.
Figura 17. Bloques de alojamiento.
Placas
Su función principal es sellar las uniones de los bloques de alojamiento y la transmisión. Estas placas constan de diferentes orificios como se muestra en la figura 18 y algunos de ellos controlan el volumen del flujo que transmite el cuerpo de válvulas.
Figura 18. Placas selladoras de los bloques de alojamiento.
19
Componentes móviles de la caja de válvulas.
Válvulas
Son cilíndricas con diferentes cortes, pueden ser escalonadas o de un solo diámetro. Están formadas por dos elementos principales que se muestran en la figura 19: block o cara y puerto o valle.
La cara de la válvula es la que divide los canales hidráulicos, bloqueando o activando los circuitos hidráulicos. Esto hace de las válvulas un interruptor hidráulico.
Figura 19. Partes de una válvula selectora.
http://www.taringa.net
Válvulas check
Estas válvulas pueden tener diferentes formas: balines, discos con o sin orificio, cilíndricas con un muelle o de dos tapas y un muelle. Su función principal es permitir el flujo de líquido en un solo sentido y bloquearlo si cambia la dirección. La disposición de esta válvula se muestra en la figura 20.
Está válvula también controla la salida del líquido en el momento de la transición en que se alimenta un componente.
Figura 20. Válvula Check.
20
Electroválvulas
Las electroválvulas controladas por la unidad de control electrónico se encuentran alojadas en la parte exterior del bloque de alojamiento como se muestra en la figura 21, por cuestiones de servicio y para facilitar su reemplazo en caso de ser necesario.
Figura 21. Electroválvulas.
http://www.taringa.net
Corredera manual
El cuerpo de válvulas además de las conexiones a la ECU, se encuentra conectado a la palanca selectora mecánicamente mediante una corredera manual.
Componentes auxiliares de la caja de válvulas.
Son aquellos que complementan el funcionamiento óptimo del cuerpo de válvulas, y pueden ser: empaques, filtros, resortes, tapones y seguros como se muestran en la figura 22.
Figura 22. Resortes.
21
Funcionamiento de los circuitos hidráulicos
Los circuitos hidráulicos se clasifican según la función que desempeñan.
Circuitos de control
En los extremos de las válvulas se aplicará una presión para cambiarla de posición, al retirar la misma volverá a la posición inicial.
Circuitos de alimentación
Se puede encontrar en una cavidad o en un canal, conduce presión de línea para ser utilizada en accionar un componente. Puede encontrarse en estado de espera o en estado activo.
Circuito principal
Puede estar formado por varios canales, conduce un circuito de alimentación hacia algún componente, este puede ser un embrague, un freno o el convertidor de par.
Circuito de ventilación o descarga
Puede ser una cavidad o un canal que conducirá un circuito principal hacia el cárter.
Elementos de conexión del motor con la transmisión automática.
Embrague hidráulico.
22 Está basado en la transmisión de energía que una bomba centrífuga comunica a una turbina por mediación de un líquido que generalmente es aceite mineral.
Constitución del embrague hidráulico.
El embrague hidráulico está constituido por dos turbinas, una de la bomba de aceite la cual es movida por el motor y la otra que transmite el par a la caja de cambios, estas tienen forma de los alabes de un ventilador como se muestra en la figura 23. Una de estas turbinas constituye la bomba centrifuga que va unida al motor y la otra va conectada al eje de entrada de la caja de cambios.
Ambas turbinas se encuentran alojadas en una carcasa, separadas entre sí para que no exista rozamiento entre ellas. (Pérez, 1985)
Figura 23. Despiece de un embrague hidráulico.
(Pérez, 1985)
Funcionamiento del embrague hidráulico.
23 el torbellino generado toma más fuerza, haciendo girar la turbina conducida a mayor velocidad.
Cuando el motor se encuentra girando en ralentí, la energía cinética del aceite es muy pequeña para vencer la resistencia de la turbina, por lo cual la fuerza con la que el aceite choca con la turbina es muy pequeña, provocando que este se resbale sobre la turbina sin moverla y regrese hacia la bomba donde será impulsado nuevamente.
El par motor se transmite íntegro a la transmisión de embrague, cualquiera que sea el par resistente y, de esta forma, aunque se acelere rápidamente desde ralentí, el movimiento del vehículo se produce progresivamente, existiendo un resbalamiento que disminuye a medida que la fuerza cinética va venciendo al par resistente. En la figura 24 se muestra esquemáticamente el funcionamiento del embrague hidráulico.
Figura 24. Esquema y funcionamiento de un embrague hidráulico.
http://www.aficionadosalamecanica.net
Convertidor de par.
Tiene un funcionamiento parecido al de un embargue hidráulico pero con la gran diferencia, que el convertidor de par tiene la capacidad de aumentar por el par del motor y transmitirlo.
24 diseño de forma helicoidal de los alabes, tanto de la bomba como de la turbina. En la figura 25 se muestra como está constituido el convertidor de par.
Figura 25. Despiece de un convertidor de par.
(Crouse, 1993)
El convertidor de par también es el encargado de girar la bomba hidráulica de cambio, sin giro de la bomba no se produce presión necesaria para el cambio, y sin presión el convertidor de par no puede circular el aceite hacia el enfriador.
En la figura 26 se puede observar el esquema del convertidor de par y los elementos que lo conforman internamente. Además de la bomba y turbina que posee el embrague hidráulico, el convertidor de par consta de un elemento llamado estator o reactor el cual tiene un funcionamiento de rueda libre y está apoyado en un árbol hueco unido a la carcasa de la caja de cambios. Tanto la bomba, turbina y estator están constituidos por alabes como los de un ventilador los cuales permiten direccionar el aceite de forma adecuada. (Argüelles & Jacobi)
Figura 26. Esquema y sección de un convertidor de par.
25
Funcionamiento del convertidor de par.
Al girar el motor, la bomba que es accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, impulsa el aceite hidráulico hacia la turbina, cediendo el movimiento, al regresar hacia la bomba choca contra los alabes del reactor que tienen sentido contrario al de la bomba y turbina como se muestra en la figura 27, haciéndolo girar en sentido contrario al de la bomba y la turbina, pero como el reactor posee un embrague de un solo sentido no lo permite girar hacia ese lado, por lo que se detiene regresando el aceite hacia la bomba, la misma que lo vuelve a impulsar hacia la turbina, produciéndose así un aumento de par. De esta forma se consigue que exista mayor par en la turbina que en la bomba cuando existe diferencia de velocidad entre ellos. Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior.
Cuando la velocidad de la bomba y la turbina se igualan, el estator empieza a girar en el mismo sentido que estas y el convertidor de par empieza a funcionar como un embrague hidráulico.
Figura 27. Funcionamiento del convertidor de par.
http://www.aficionadosalamecanica.net
26 el convertidor de par puede aumentar el par por sí solo gracias al estator, que cumple la función de disminuir el resbalamiento en el embrague hidráulico, direccionando correctamente el aceite que regresa a la bomba, sin disminuir la velocidad, sino más bien sumándola a la que es entregada por la bomba, dando como resultado una mayor velocidad de la turbina que de la bomba, lo que se refleja en un aumento de par. (Pérez, 1985)
En la figura 28 se puede ver las partes principales del convertidor de par, así como el flujo de movimiento del aceite dentro del mismo.
Figura 28. Funcionamiento del convertidor de par.
http://www.aficionadosalamecanica.net
2.3.2.2. Parte mecánica de la transmisión automática
Trenes epicicloidales.
Los trenes epicicloidales son un mecanismo formado por engranajes cuya misión es formar las relaciones de transmisión de cada velocidad, sustituyen a las parejas de ruedas dentadas de las cajas manuales. Los trenes epicicloidales, también conocidos como planetarios son aquellos en los que uno o varios de los ejes que contienen las ruedas de engranajes son móviles.
27 Las ventajas que ofrecen los trenes epicicloidales son:
Permite obtener varias relaciones de transmisión según se frene o se accione un componente del tren.
Pueden invertir el sentido de giro de la transmisión.
Hacen posible no cortar la salida de fuerza del motor para realizar un cambio de marcha.
Componentes de los trenes epicicloidales.
Los trenes epicicloidales están constituidos por tres elementos como se puede ver en la figura 29:
Planetas. Satélites. Corona.
Los elementos del tren epicicloidal pueden moverse libremente sin transmitir movimiento alguno, pero al momento que uno de ellos es frenado, los otros dos empiezan a transmitir movimiento produciéndose una relación de transmisión. Al ser frenados dos de los elementos del tren epicicloidal, el movimiento del motor es transmitido directamente. (Dominguez & Ferrer, 2008)
Figura 29.Componentes de un tren epicicloidal.
(Dominguez & Ferrer, 2008)
Relaciones de transmisión del tren epicicloidal.
28 del mismo se encuentre frenado, así como también porque elemento ingresa el giro y por cual se transmite la fuerza de salida como se muestra en la figura 30. En función del elemento que actué como entrada de movimiento y del que vaya a ser accionado, se obtienen cuatro relaciones de transmisión distintas:
1ª relación: si el movimiento ingresa por el planetario y la corona es frenada, los satélites son arrastrados por el engranaje planetario, haciéndolos girar alrededor de la corona que se encuentra fija. Esto provoca que el porta satélites se mueva. Como resultado se obtiene una desmultiplicación en el giro, ya que el porta satélites se mueve de forma mucho más lenta que el planetario.
2ª relación: si ahora el movimiento ingresa por la corona y el planetario se detiene, los satélites giran alrededor del planetario. En este caso el porta satélites aumenta su velocidad produciéndose una desmultiplicación menor que en la primera relación.
3ª relación: el movimiento ingresa por el planetario y, mediante un embrague la corona y el porta satélites se unen a su movimiento, todo el conjunto gira a la misma velocidad, transmitiéndose el movimiento de forma directa.
4ª relación: el movimiento ingresa por el planetario y el porta satélites se detiene, los satélites giran sobre su propio eje y a su vez estos provocan que la corona empiece a girar en sentido contrario, invirtiéndose el giro y produciéndose una desmultiplicación grande.
Figura 30. Funcionamiento del engranaje epicicloidal.
29 La tabla 1 hace referencia a la desmultiplicación producida en cada una de las marchas.
Tabla 1. Relaciones de transmisión del tren epicicloidal.
Relación Corona Planeta Portasatélites Desmultiplicación
1ª Fija Salida de
fuerza Impulsión Grande
2ª Salida de
fuerza Fijo Impulsión Menor 3ª Fija Fijo Salida de fuerza Sin desmultiplicación
4ª Impulsión Salida de
fuerza Fijo Inversión de giro
http://www.aficionadosalamecanica.net
Cálculo de las relaciones de transmisión de un tren epicicloidal.
Para calcular las velocidades de salida y las relaciones de transmisión se debe tomar en cuenta el número de dientes del planetario y el número de dientes interiores de la corona. La fórmula de Willys que se muestra en la ecuación 2, relaciona el número de dientes y las velocidades de los elementos, de la siguiente manera: (Dominguez & Ferrer, 2008)
2
Donde:
: Número de rpm del portasatélites.
: Número de dientes del engranaje principal. : Número de dientes interiores de la corona. : Número de rpm del planetario.
: Número de rpm de la corona.
Fórmulas para cuando uno de los piñones se encuentra frenado.
30 transmisión cuando uno de los piñones se encuentra frenado, en el caso de transmisiones automáticas con un solo conjunto de engranajes epicicloidales.
Tabla 2. Fórmulas de piñones frenados.
Ferrer, J. y Dominguez, E. (2008).
Frenos y embragues.
También se los conoce como elementos de mando, son dispositivos empleados para frenar o liberar los elementos del tren de engranajes. Los frenos más empleados son de cinta y de disco, en el caso de los embragues todos son de disco. (Dominguez & Ferrer, 2008)
Frenos de cinta.
Este tipo de frenos consiste de un tambor metálico, al cual le rodea una cinta, la misma que impedirá el movimiento del tambor al ser accionada como se muestra en la figura 31. Generalmente este tambor va acoplado al planeta del conjunto de engranajes o funciona como embrague de alguno de los elementos de la transmisión automática.
31
Figura 31. Banda de freno.
http://www.aficionadosalamecanica.net
Frenos de discos.
Los frenos de discos cumplen la misma función que un freno de cinta, van acoplados a un elemento del tren epicicloidal y lo detienen cuando las condiciones de marchas así lo requieran.
Los frenos de discos tienen la misma constitución que los embragues de discos que igual utilizan anillos interiores y exteriores.
El funcionamiento de los frenos de disco de la transmisión automática es similar al de los discos de freno del vehículo, al ser accionados por la presión del aceite, los discos metálicos presionan a los discos interiores que están unidos a un elemento de la transmisión, obligándolo a detenerse, como se muestra en la figura 32.
Al estar los frenos de disco dentro de la transmisión, el aceite hidráulico funciona los refrigera evitando recalentamientos.
Figura 32. Frenos de disco.
http://www.cambiosytransfers.es
Embragues de discos.
32 elementos del tren epicicloidal.” (Dominguez & Ferrer, 2008)
Se utilizan embragues de discos para establecer el flujo de fuerza del eje de turbina al tren epicicloidal, así como también para transmitir el par entre trenes o dos elementos de un mismo tren.
Poseen discos interiores y exteriores, ambos unidos con piezas rotatorias. Están encajados unos con otros. Sin accionamiento, hay entre ellos un intersticio y están llenos de aceite, de modo que puedan girar libremente. El conjunto de discos es comprimido por un émbolo hidráulico, que gira simultáneamente junto con su llenado de aceite, el cual actúa por detrás sobre el émbolo. Por ello, la alimentación de aceite se efectúa mediante un árbol hueco. Al desembragar, se descarga el embrague de discos mediante resortes (muelles de compresión, también muelles de platillo).
Unas válvulas de bola (en parte en el émbolo, y en parte en el portadiscos) se encargan de que, sin accionamiento, se elimine rápidamente la presión y pueda salir el aceite.
Los portadiscos, tanto en el elemento interior como en el exterior, alojan los discos mediante salientes como se muestra en la figura 33, resultando una unión en arrastre de forma.
Figura 33. Accionamiento del embrague de disco.
(Dominguez & Ferrer, 2008)
Rueda libre.
33 constitución de una rueda libre. (Dominguez & Ferrer, 2008)
Figura 34. Mecanismo de rueda libre de rodillo.
http://www.cambiosytransfers.es
Dispositivo de parqueo.
Es un sistema de enclavamiento que mediante una rueda dentada unida al eje de salida y un dispositivo de enclavamiento en forma de trinquete permite bloquear el vehículo cuanto este detenido. Este dispositivo se acciona a través de la palanca selectora la misma que mediante un cable acciona el trinquete.
Cuando se selecciona la posición P con la palanca selectora, se bloquea el eje de transmisión como se muestra en la figura 35, impidiendo su movimiento y por ende el del vehículo.
Figura 35. Dispositivo de parqueo.
34 2.3.2.3. Parte electrónica de la transmisión automática.
Sensores.
Son los encargados de transmitir al módulo electrónico información relativa al funcionamiento del vehículo.
Sensores o entradas directas.
Son entradas con una conexión directa al módulo electrónico para gestionar el cambio. Por ejemplo tenemos:
Tensión de la batería. Tensión de encendido.
Sensor de posición del pedal del acelerador. Sensor de posición de la palanca selectora.
Sensor de temperatura de aceite de la caja de cambios. Sensor de rpm del eje de entrada de la caja de cambios. Sensor de rpm del eje de salida de la caja de cambios. (Agüeda Casado, Navarro, & Gómez Morales, 2012)
Sensores o entradas indirectas.
Las entradas indirectas se producen en otros circuitos como la gestión del motor, frenos, etc. Y son compartidas mediante la red de comunicación entre módulos CAN BUS.
Centralita electrónica o módulo.
35
Figura 36. Centralita electrónica de transmisiones automáticas.
http://www.aficionadosalamecanica.net
Señales de entrada.
Las principales entradas que recibe la computadora a la entrada como se muestra en la figura 37 son:
Sensor de revoluciones del motor. Sensor de temperatura.
Sensor contacto bloqueo de arranque. Sensor lineal de desplazamiento. Palanca selectora.
Centralita de gestión del motor. Centralita de estabilidad.
(Agueda Casado, Navarro, & Gómes Morales, 2012)
Figura 37. Entradas y salidas de señales de la centralita electrónica.
36
Sensor de velocidad del vehículo VSS.
El sensor de velocidad del vehículo es un campo de inducción magnética para informar la velocidad del vehículo a la PCM, el VSS se encuentra en la carcasa de extensión de transmisión.
Esta señal de corriente alterna se envía a la PCM que convierte en una corriente continua (CC). Esta corriente se interpreta como la velocidad del vehículo. A medida que aumenta la velocidad del vehículo la frecuencia de la señal de corriente continua también aumenta. El PCM interpreta este incremento en la frecuencia como un aumento de la velocidad del vehículo, como se muestra en la figura 38. (General Motors, 1992).
Figura 38. Sensores de revoluciones.
(Agueda Casado, Navarro, & Gómes Morales, 2012)
Sensor de temperatura del fluido de la transmisión (TFT).
37
Figura 39. Sensor de temperatura de aceite de la transmisión.
(Agueda Casado, Navarro, & Gómes Morales, 2012)
En función de la temperatura detectada por el sensor, aumenta o disminuye la presión pre-establecida de forma que se mantenga un funcionamiento óptimo de la transmisión. (Agueda Casado, Navarro, & Gómes Morales, 2012)
Cuando la temperatura es baja, el aceite es más viscoso, la presión aumenta, cuando la temperatura es alta, el aceite es menos viscoso, la presión disminuye.
Sensor contacto bloqueo de arranque
Este se trata de un relé de láminas que se encuentra ubicado en la caja de cambios, el cual permite la señal de arranque solo cuando el vehículo se encuentra en posición P o N, como se muestra en la figura 40. (Agueda Casado, Navarro, & Gómes Morales, 2012)
Figura 40. Contacto bloqueo de arranque.
38
Sensor lineal de desplazamiento
Es el que registra la posición en la que se encuentra la corredera selectora de marcha, su posición en la transmisión se muestra en la figura 41.
Figura 41. Sensor lineal de desplazamiento.
(Agueda Casado, Navarro, & Gómes Morales, 2012)
Sensor de posición del acelerador (TPS).
El TPS es un potenciómetro que indica la apertura de la aleta de aceleración dependiendo de la carga del vehículo, el PCM proporciona una señal de referencia de 5 voltios y una masa para el TPS y el sensor devuelve una señal de voltaje que cambia con la apertura de la mariposa, esta señal varia de 0 voltios a ralentí a casi 5,0 voltios a máxima aceleración. El PCM utiliza esta información para modificar el control de combustible, suavidad en el cambio y aplicación del TCC. (General Motors, 1992).
Las condiciones, a una mayor apertura del TPS se tiene lo siguiente:
El PCM retarda los cambios ascendentes o inicia una reducción de marcha (a través de los solenoides de cambio) para aumentar la aceleración.
El aumento de presión en la línea PCM (a través del solenoide de control de presión) para aumentar la fuerza de sujeción de las garras y / o banda.
39
Centralita de estabilidad
Esta se encarga de informar a que número de revoluciones están girando las ruedas así como cuando se acciona el pedal del freno.
Sensor de velocidad del motor
La PCM utiliza la señal de las revoluciones del motor para controlar la transmisión automática, la mayoría de vehículos utilizan el sensor CKP para determinar las revoluciones por minuto. Esta información se utiliza para ayudar a determinar los patrones de cambio de marcha, la aplicación del TCC y el tiempo de liberación. (ATSG, 1993).
El sensor CKP puede ser inductivo o de efecto Hall, el cual envía a la PCM la información sobre la posición del cigüeñal y las RPM del motor.
Sensor ECT.
El sensor de ECT es una resistencia de coeficiente negativo, que mide la temperatura del líquido refrigerante del motor.
Este valor es indispensable para el control de la transmisión autom tica debido a que a bajas temperaturas del refrigerante evita la aplicación del TCC, esta condición se da cuando la temperatura del refrigerante est por debajo de aproximadamente 20 ° C (68 ° F). (General Motors, 1992).
Conmutador de freno.
40
Palanca selectora.
Mediante la palanca selectora, se comunica el conductor con la caja de cambios, seleccionando la posición que requiera en ese momento. Esta palanca generalmente ofrece 4 posiciones principales: P, R, N y D, como se muestra en la figura 42.
P: esta es la posición de parking o estacionamiento que impide que el vehículo se mueva cuando está detenido. Esta posición es equivalente al freno de mano de las transmisiones manuales y solo se acciona con el vehículo totalmente detenido, ya que la rueda de aparcamiento enclava el eje de salida del movimiento.
R: la posición de retro o marcha hacia tras. Esta posición se encuentra bloqueada para cuando el vehículo se mueve a velocidades superiores a 10 km/h con el fin de que no se seleccione en un descuido del conductor. N: posición neutra en la cual no se transmite movimiento del motor a las
ruedas.
D: drive o directa la cual se utiliza para conducir el vehículo y realizar automáticamente los cambios a medida que se vaya pisando el acelerador. Esta posición se puede seleccionar tanto con el vehículo en marcha como detenido.
Además de esto la palanca de cambios de una transmisión automática
consta de tres posiciones manuales adicionales.
1º: en la cual se trabaja con relaciones de transmisión bajas, se utiliza para poca velocidad. Esta posición de la palanca así como P y R tienen un bloqueo el cual no permite que se accionen accidentalmente con el vehículo en movimiento.
2º: trabaja con relaciones de transmisión medias, a velocidades más altas.
41
Figura 42. Palanca selectora de cambios.
http://transmisionycambiosautomaticos.blogspot.com
Señales de salida.
En la figura 43 se muestran las principales señales de salida desde la centralita electrónica.
Figura 43. Señales de salida de la transmisión
(ATSG, 1993)
Solenoide del embrague del convertidor de par.
