Dinámica del Vehículo Mecanismo cónico diferencial

Universidad Internacional del Ecuador

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Escuela de Ingeniería Mecánica Automotriz

Dinámica del Vehículo Mecanismo cónico diferencial

Integrantes: Sheily Gallardo, Alexis Martínez, Daniel Rivadeneira, Jostin Vivanco

Quito, abril 2020

1. TEMA: Mecanismo cónico diferencial.

1. OBJETIVO PRINCIPAL

• Determinar a través de cálculos la relación de transmisión en el diferencial.

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Comprobar la variación entre el valor real de la relación del diferencial con el valor teórico.
• Conocer el número de dientes de la corona y el piñón de ataque para un modelo específico de vehículo.
• Verificar mediante análisis y cálculos el número de revoluciones de los componentes rotativos del diferencial.
• Demostrar que, utilizando tanto el número de dientes como las revoluciones de los componentes rotativos, el valor de la relación de transmisión es el mismo.

1. INTRODUCCIÓN

Al conducir un automóvil ni siquiera imaginamos la maravilla de la ingeniería que se encuentra entre las ruedas de tracción: el diferencial. En efecto, se observa que, al hacer una curva, la rueda externa debe ser jalada más rápidamente que la rueda interna, ya que tiene que hacer una ruta más larga. Si se tiraran las dos ruedas por igual, una de ellas giraría, sufriendo desgaste por fricción con el suelo y afectando significativamente el rendimiento del vehículo. Como no es efectivo comunicar el movimiento del eje de la caja de cambios a las ruedas por un engranaje simple, el diferencial es necesario ya que en los autos de tracción las dos ruedas traseras deben moverse alrededor de las esquinas a velocidades diferentes.

Uno de los elementos más importantes del diferencial es la corona, la cual es la encargada de transmitir el giro, es por esto que, tomando en cuenta el número de sus puntas dentadas se realizará un estudio para medir la relación de transmisión en el diferencial haciendo el uso de las respectivas fórmulas.

1. DESARROLLO El Diferencial

Se conoce como diferencial al componente encargado, de trasladar la rotación, que viene del motor/transmisión, hacia las ruedas encargadas de la tracción Dependiendo de la ubicación del grupo moto-propulsor en el vehículo, los sistemas de transmisión del movimiento a las ruedas son diferentes. Encontrándonos con dos grupos:

1. Vehículos con motor y tracción delanteros, o con motor y propulsión traseros, en donde el secundario de la caja de velocidades termina en un piñón cónico, que da movimiento a una corona, que a su vez lo transmite directamente a las ruedas por medio de sendos ejes de transmisión, emplazados transversalmente en el vehículo.
2. En los vehículos con motor delantero y propulsión trasera, el movimiento se transmite desde la caja de velocidades al par cónico de reducción (emplazado en el puente trasero) por mediación de un eje hueco llamado árbol de transmisión, que está emplazado en sentido longitudinal al vehículo. Este sistema de transmisión está constituido por: una caja de velocidades, árbol de transmisión y puente

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Figura 1. Conjunto del Diferencial

El movimiento procedente de la caja de velocidades es cambiado de sentido en 90° y es reducido al mismo tiempo en el par cónico emplazado en el puente trasero. En su extremo posterior, el árbol de transmisión termina en la junta cardan que transmite el movimiento al eje de entrada del puente trasero. De este último lo toman las ruedas por medio de palieres que pasan por el interior de los tubos.

Componentes del Diferencial

Está constituido por la corona, que se une a la caja del diferencial por mediación de tornillos como el, y en su interior se aloja el mecanismo diferencial, formado por los satélites y los planetarios. Los satélites se montan sobre el eje que va alojado en la carcasa, de manera que puedan girar libremente en él; pero son volteados por la caja cuando gira la corona. Engranados con los satélites se montan los planetarios, cuyos ejes de giro se alojan en la corona y caja del diferencial respectivamente, pudiendo girar libremente en ellos con interposición de casquillos de fricción. A los ejes de los planetarios se unen a su vez los palieres, que transmitirán el movimiento a las ruedas. (Sarmiento, s/f)

DINÁMICA

Cuando un automóvil describe una línea recta, las ruedas de ambos lados dan todo el mismo número de vueltas; pero, en una trayectoria curva, la rueda exterior siempre recorrerá más espacio que la interior, por lo que, si ambas girasen a la misma velocidad, la interior estaría obligada a efectuar un deslizamiento sobre el suelo, que llevaría, con la actual adherencia de los neumáticos, a una sensible reacción del par y a un comportamiento extraño del vehículo en curva. Para evitar este problema, los automóviles incorporan lo que auténticamente se llama “diferencial”, que no es más que una parte integrada en el puente trasero o en el “grupo” para ser más exacto.

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Figura 3. Función del diferencial en las ruedas

Si las ruedas de ambos lados giran a la misma velocidad, el vehículo no se desplazará alrededor de la curva. Si hay una diferencia de velocidad entre las dos ruedas, el vehículo puede desplazarse suavemente alrededor de la curva. (Sarmiento, s/f)

La fuerza dirigida a este diferencial se transmite mediante la transmisión, el cual es un multiplicador o reductor del par motor optimizando y aprovechando al máximo la potencia del motor.

Dentro de la caja de cambios se pueden utilizar tres tipos de ruedas dentadas, esto dependerá del diseño y del trabajo que vayan a realizar:

1.- Engranajes cónicos: Si el movimiento a transmitir es entre ejes cruzados o perpendiculares.

2.- Engranajes rectos: Son de gran aplicación cuando se requiere transmitir el movimiento de un eje a otro paralelo y cercano, su desventaja es el ruido que producen.

3.-Engranajes helicoidales: Cuando lo que se requiere es un funcionamiento más silencioso, que transmita menores cargas dinámicas a los cojinetes de apoyo, y puedan funcionar a mayores rangos de velocidad.

Estas ruedas dentadas cuentan con algunas características de construcción y de funcionamiento:

• Paso (p): El paso es igual a la suma del grueso del diente y el ancho entre dientes consecutivos que matemáticamente se calcula 3.1416 por el diámetro primitivo sobre el número de dientes para obtener le paso.
• Módulo (m): es la relación que existe entre el diámetro primitivo del engranaje y el número de dientes (Z) que contiene la rueda, m = d/Z

• Paso Diametral (dp): es el cociente entre el número de dientes (Z) y el diámetro primitivo (d), expresado en pulgadas.
• Circunferencia de cabeza (Ra): es la circunferencia que limita a los dientes exteriormente.
• Circunferencia de pie (Rf): es la circunferencia que limita el hueco entre dientes por su parte inferior.
• Adendo o altura de cabeza (ha): Distancia radial entre la circunferencia primitiva y la cabeza del diente. Perfil de referencia normalizado, ha = m.
• Altura de pie (hf): Distancia radial entre la raíz del diente y la circunferencia primitiva. Perfil de referencia normalizado, hf = 1,25 · m.
• Altura total (h): es igual a la suma de las alturas de cabeza y de pie. Para un perfil de referencia normalizado, h = 2,25 · m. 5
• Holgura o juego lateral: es el espacio que queda libre al engranar una pareja de dientes.
• Juego en cabeza o tolerancia (c): es el espacio que queda entre la cabeza de un diente y el fondo del espacio interdental de la rueda con que engrana. Suele tomar un valor, c = 0,25 · m.
• Altura de trabajo o activa (hw): es la diferencia entre la altura total del diente y el juego, hw = h - c. Para un perfil de referencia normalizado, hw = 2 · m.
• Espesor del diente (s): Es el que viene medido sobre la circunferencia primitiva. Para un perfil de referencia normalizado, s = m · π /2.
• Hueco (e): es el hueco entre dientes medido sobre la circunferencia primitiva. Para un perfil de referencia normalizado, e = m · π /2.
• Cara del diente: es la parte de la superficie del diente que queda entre la circunferencia primitiva y la de cabeza.
• Flanco del diente: es la parte de la superficie del diente que queda entre la circunferencia primitiva y la de pie.
• Anchura de flanco (b): es la anchura del diente medida en dirección paralela al eje.
• Ángulo de presión (α): es el ángulo que forma la línea de presión (que es la línea normal a la superficie del diente en el punto de contacto entre dos engranajes) con la tangente a ambas circunferencias primitivas. (TRAVEZ, 2017)

Relación de transmisión

El funcionamiento de la relación de transmisión generada por ruedas dentadas consiste estar en contacto una rueda dentada conductora solidaria al eje de entrada y en contacto con la rueda dentada conducida a la que se transmite el movimiento y que es solidaria al eje de salida, esta última se encarga de trasmitir el movimiento hacia el diferencial.

Al trabajo que son sometidas las ruedas dentadas, a los grandes esfuerzos, torsiones y rozamientos con lleva a utilizar un material que debe reunir ciertas características y diferentes composiciones al momento de su manufacturación. Para aumentar la dureza superficial de los engranajes y preservar la tenacidad del núcleo, estos se someterán a proceso termoquímico de cementación. Para esto son cubiertos con polvo cementante con alto contenido de carbono vegetal o coque exento de azufre para después introducirlos en un horno a 950°C y dejado secar al aire, adicionalmente se los somete a un templado a una temperatura de 870 a 900°C y enfriados en aceite, finalmente se termina el proceso con un revenido para disminuir la fragilidad del temple a unos 235°C y dejado secar al aire libre. (TRAVEZ, 2017)

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