Tren de fuerza_motriz_9
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TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE CAMBIOS CONVERTIDOR DE PAR El constituye el elemento de entrada del cambio automático y puede considerarse como un embrague hidráulico perfeccionado y mejorado. El convertidor aprovecha las ventajas del embrague hidráulico, tales como la suavidad y progresión, pero potencia su eficacia con la incorporación de componentes adicionales El convertidor de par va unido mediante pernos al volante motor
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TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
CONVERTIDOR DE PAR
El constituye el elemento de entrada del cambio automático y puede
considerarse como un embrague hidráulico perfeccionado y mejorado.
El convertidor aprovecha las
ventajas del embrague hidráulico,
tales como la suavidad y
progresión, pero potencia su
eficacia con la incorporación de
componentes adicionales
El convertidor de par va unido
mediante pernos al volante motor
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
El convertidor de par también se encarga de hacer girar la bomba
hidráulica de la caja de cambios, para lo cual dispone de unas salientes o
puede tener unos rebajes.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
El principio del convertidor: Una bomba aspira líquido (aceite ATF), lo acelera y lo impele a una
turbina. De este modo, la energía cinética se convierte en un movimiento
giratorio mecánico.
El convertidor de par consta de tres
componentes esenciales:
• Una bomba impulsora de
aceite: es, al mismo tiempo la
caja del convertidor de par, y
recibe el movimiento desde el
volante motor, es decir gira al
mismo número de revoluciones
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CAMBIOS
que el motor; además la bomba la que se encarga de impulsar el aceite
contra la turbina.
• Una turbina receptora de aceite: está engranada en el eje de
entrada de la caja de cambios. Recibe el aceite impulsado por la bomba,
a través de sus álabes, obligándola a girar.
• Rueda directriz, estator o reactor: está montado entre la bomba y
la turbina, engranado en un estriado fijo. El
estator también dispone de un mecanismo
de rueda libre. Las paletas del estator
cambian el sentido en que circula el aceite,
después de pasar éste por la turbina, y lo
mandan de nuevo a la bomba. Esto permite
a la bomba aumentar la fuerza de torsión, lo
que equivale a multiplicar el par motor.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Funcionamiento del convertidor de par:
El convertidor es un mecanismo hidráulico que dependiendo de las
revoluciones de giro, puede funcionar en tres etapas:
1) Al estar con el motor funcionando en régimen de ralentí
2) Multiplicación del par motor
3) Decrecimiento de la multiplicación del par motor (transmisor
de par)
Motor a régimen de ralentí
Al momento del arranque, la bomba es accionada por el motor de
combustión interna, mientras que la turbina todavía está parada. La
diferencia de número de revoluciones designada como resbalamiento es
del 100 %. Ya con el motor encendido y a régimen de ralentí, el flujo de
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aceite desde la bomba hasta la turbina no consigue hacer girar a la
turbina, el aceite resbala y no se transmite par desde el motor hacia la
caja de cambios.
Multiplicación del par motor
La fuerza centrífuga imprime
al líquido un movimiento
circular continuo, esta
corriente circular de aceite
entre la bomba y la turbina se
llama corriente de vórtice.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Alrededor de la bomba y de la turbina se establece también una corriente
que las acopla, llamada corriente rotatoria.
Por la acción combinada de ambas corrientes se transmite el par motor,
pero sin aumentarlo, para aumentar el par motor se incorpora el elemento
estator.
El aceite
entra y sale
de la turbina
en sentido
inverso a
como lo
hace en la
bomba.
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Las canalizaciones radiales de la turbina se van estrechando hacia el
centro de la misma. Al ser atravesadas por el mismo caudal de aceite, este
estrechamiento hace que aumente la velocidad del aceite a la salida de la
turbina.
Este aumento de velocidad se aprovecha para aumentar el par motor,
dirigiendo el aceite contra el estator, que actúa como deflector. El estator
cambia el sentido de la corriente de aceite y lo dirige a la bomba en la
misma dirección en que ésta gira.
Si se dirige un chorro líquido contra
una superficie plana (A), sale
proyectado por ésta en numerosos
ángulos. Haciendo la entrada (B)
curva, el chorro de aceite se
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CAMBIOS
dispersa menos y dándole al deflector la forma de una U (C) se puede
invertir el chorro líquido, obteniéndose un aumento de fuerza, como se ha
indicado por la flecha grande.
El estator lleva deflectores curvos (como
el C) que reciben el aceite que sale de la
turbina. Estos deflectores invierten la
corriente de aceite, canalizando el retorno
con fuerza en el mismo sentido del giro de
la bomba, por lo que el aceite retornado
genera un par adicional que sumado al
que el motor aplica a la bomba, consigue
multiplicar el par transmitido en la turbina
y en el eje primario de la caja de cambios
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
En caso de un resbalamiento elevado, el aumento del par motor es
máximo, es decir, en caso de una gran diferencia de número de
revoluciones entre los rodetes de la bomba y de la turbina, la rueda
directriz o estator desvía la corriente de aceite.
Por tanto, en la fase de conversión, la rueda directriz actúa haciendo
aumentar el
par motor. Al
hacerlo, se
apoya en la
caja del
cambio
mediante un
mecanismo
de rueda libre.
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Decrecimiento de la multiplicación del par motor (funcionamiento como transmisor de par): En la medida en que el aceite cede energía
cinética al rodete de turbina, disminuye el
resbalamiento. El número de revoluciones de la
bomba se aproxima al de la turbina, y el estator ya
no actúa para aumentar el par motor.
El aceite en su retorno a la turbina, ya no choca
contra la parte interna del deflector del estator sino
que choca con la parte externa, en esta situación,
el mecanismo de rueda libre, permite el giro en el
mismo sentido que los rodetes de la bomba y de la
turbina.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
El convertidor de par se
comporta como un
embrague hidráulico y
transmite el par con una
relación de aproximada
de 1:1; el resbalamiento
del convertidor impide la
relación 1:1
El resbalamiento del
convertidor representa el
criterio necesario de
funcionamiento en la
conversión del par motor,
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ya que si existiera la diferencia de velocidad entre la bomba y la turbina, el
flujo de aceite se interrumpiría y se detendría el funcionamiento del
convertidor.
Por tanto: El convertidor de par trabaja en el margen de resbalamiento como cambio hidráulico con desmultiplicación variable. ANULACIÓN O BLOQUEO DEL CONVERTIDOR DE PAR (LOCK-UP) El rendimiento es de un convertidor de par, por regla general es de un
85%; en motores de gran potencia y números de revoluciones elevados,
incluso puede llegar a ser de un 97 %.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Pero para la transmisión de fuerza
siempre se necesita de un dos y a un
tres por ciento de resbalamiento, pues
de lo contrario pararía la corriente de
aceite.
Sin embargo, las pérdidas en la
transmisión de fuerza siempre
repercuten en el funcionamiento
económico del vehículo. Por esa razón,
los cambios automáticos modernos
van provistos de un embrague de
anulación del convertidor de par, el
cual anula según se requiera el
convertidor y lo pone fuera de servicio.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
El embrague de anulación del convertidor de par está incorporado a la caja
del convertidor de par. Lleva montado un forro de fricción de forma anular
y está unido al rodete de turbina. Es presionado por presión de aceite
contra la caja del convertidor mediante la cual tiene lugar la entrada de par
motor.De este modo se dispone de una propulsión rígida, exenta de
resbalamiento
Al igual que un embrague normal
de fricción en seco, el embrague de
anulación del convertidor de par
lleva montado un amortiguador de
torsión para reducir las vibraciones
por torsión del motor.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
La unidad de control del cambio automático determina tres estados de
funcionamiento para el embrague de anulación:
•••• Embrague abierto
•••• Embrague en ciclo de regulación
•••• Embrague cerrado, dándose la anulación del convertidor
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
En vehículos con cambio
automático, con un
embrague de anulación del
convertidor de par se puede
reducir en la práctica el
consumo de combustible en
un 2 a un 8 %, según la
característica del vehículo.
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CAMBIOS
Alimentación de aceite en el convertidor:
La alimentación de aceite del convertido de par se realiza de manera
continua a través de un circuito hidráulico alimentado por una bomba de
engranajes; esta alimentación de aceite realiza dos funciones:
• Acoplar el embrague de anulación
• Refrigerar el aceite
Para el accionamiento del embrague de anulación, la unidad de control
electrónico recurre a los siguientes parámetros:
•••• Régimen y par del motor
•••• Régimen de la turbina
•••• Régimen de salida
•••• Temperatura
•••• Régimen de marcha
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CAMBIOS
Embrague de anulación abierto:
La presión del aceite
ATF se encuentra
equilibrada por ambos
lados del émbolo del
embrague de
anulación. El aceite
fluye de la cámara del
émbolo, pasando por
el disco guarnecido y
las superficies de
fricción, hacia la
cámara de la turbina
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Embrague de anulación cerrado:
Se procede a invertir el
sentido de flujo del aceite,
a base de excitar una
válvula de presión y una
válvula del embrague de
anulación del convertidor.
La presión de aceite se
degrada en la cámara del
émbolo, y la presión en el
convertidor actúa ahora
por el lado de la turbina,
con lo cual el embrague
se cierra
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
CAJA DE CAMBIOS AUTOMÁTICA
La caja de cambios automática realiza las mismas funciones básicas que
una caja de cambios manual, con funciones añadidas y mejoradas, gracias
a la asistencia del control electrónico
Por tanto, las cajas de cambios automáticos se encargan por sí mismos
de:
•••• Hacer arrancar el vehículo
•••• Conseguir las distintas relaciones de transmisión
•••• Cambiar la velocidad automáticamente
•••• Realizar la marcha atrás
•••• Permitir el cambio de velocidades sin interrumpir la entrada
de fuerza
•••• Realizar la función de estacionamiento (“P” parking)
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CAMBIOS
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
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CAMBIOS
Conjuntos que conforman una transmisión automática El sistema de transmisión automática combina tres circuitos: Electrónicos,
Hidráulicos y Mecánicos
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Circuito mecánico.- se encarga de transmitir y transformar el par del
motor.
Circuito electrónico.- formado por una serie de sensores que envían la
información en forma de señales eléctricas a una unidad de control
electrónico, dichas señales son procesadas para activar con señales
eléctricas a los diferentes actuadores de la transmisión
Circuito hidráulico.- cumple las siguientes funciones:
• Lubricar las partes móviles de la caja y mandar el caudal de aceite que
necesita el convertidor de par
• Transmitir el par de en el convertidor
• Actuar sobre los émbolos de accionamiento de embragues y frenos de
los trenes epicicloidales
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Componentes principales de una transmisión automática
Convertidor de par.- Se utiliza para el arranque del vehículo, para el
aumento del par motor y para la amortiguación de las vibraciones.
Engranajes planetarios o epicicloidales.- se utiliza para la
formación mecánica de las desmultiplicaciones de las marchas.
Elementos de cambio.- Entre estos se encuentran elementos como
embragues o frenos de discos múltiples, los cuales son accionados por
presión de aceite, y están asignados a los diferentes elementos del tren de
engranajes.
Rodamientos y Mecanismos de rueda libre.- sirven para optimizar
el acoplamiento de marchas con los elementos de cambio.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Dispositivo de aparcamiento.- necesario para asegurar la
transmisión, cuando el vehículo está estacionado.
Caja de válvulas.- Sistema que realiza la gestión del control hidráulico
del sistema.
Bomba de aceite.- sirve para la alimentación de los elementos de
cambio, del convertidor de par y de la lubricación de los mecanismos de
cambio.
Sensores.- elementos que brindan la información necesaria, para el
funcionamiento de la central de control electrónica
Central de control electrónica.- elemento que gestiona el
funcionamiento de la transmisión
Actuadores.- elementos gestionados por la central de control
electrónica.
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CAMBIOS
ENGRANAJES PLANETARIOS
En el cambio manual se efectúa el acoplamiento de las marchas, como ya
se sabe, del modo siguiente:
•••• Se desengrana la corona desplazable, se interrumpe el flujo de fuerza
•••• Se lleva el piñón al mismo número de revoluciones
•••• Seguidamente, se engrana la corona desplazable seleccionada y
vuelve a establecerse el flujo de fuerza.
En el acoplamiento automático de las marchas, tal como se desea en el
cambio automático, no existe posibilidad de interrumpir el flujo de fuerza.
Para cambios automáticos son apropiados, por lo tanto, sólo cambios que
también puedan acoplar marchas sin interrupción del flujo de fuerza.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
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Este es el caso con engranajes planetarios. De este modo, ellos
constituyen la base inicial de diseño de casi todos los cambios
automáticos.
Los trenes de engranajes epicicloidales ofrecen ventajas, tales como:
•••• No se necesitan coronas desplazables, ya que no hay la necesidad de
sincronizar los números de revoluciones de los piñones.
•••• Permiten realizar varias relaciones de transmisión, según se frene o se
accione un componente del tren
•••• Los trenes epicicloidales son capaces de invertir el sentido de giro de
transmisión, por ejemplo, para realizar la marcha atrás, sin la
necesidad de un tercer engranaje
•••• Con los trenes epicicloidales no es necesario cortar la salida de fuerza
del motor para realizar el cambio de velocidad
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Un tren epicicloidal se compone de:
• De un piñón central o piñón planetario,
con su eje de accionamiento
• De varios piñones satélites y el eje de
la placa porta satélites
• Del porta satélites
• De una corona dentada interiormente y su eje de accionamiento
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Funcionamiento:
- En el interior del tren epicicloidal, el piñón central o planetario gira en
torno de un eje central.
- Los satélites engranan en el dentado del piñón central, y estos piñones
satélites pueden girar tanto en torno de su propio eje como también
alrededor del piñón central.
- Los satélites se alojan con sus ejes en el porta satélites
- El porta satélites inicia el movimiento rotatorio de los satélites
alrededor del piñón central; con ello, lógicamente, también en torno del
eje central.
- La corona engrana con su dentado interior en los satélites y encierra
todo el tren epicicloidal.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
- Con un tren epicicloidal se consiguen tanto desmultiplicaciones
grandes como más pequeñas hacia lento o hacia rápido, si se retiene
uno de los elementos del engranaje y los dos otros se encargan de la
impulsión y salida de fuerza.
- Se tiene las siguientes combinaciones:
a) Cuando todos los componentes pueden moverse libremente no
existe transmisión de movimiento.
b) Cuando se retienen dos elementos, la transmisión del movimiento
es de forma directa.
c) Cuando el porta satélites es conducido existe reducción de
velocidad en igual magnitud, para cuando:
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
• Está fijo el planetario y la corona es la entrada de movimiento.
• Está fija la corona y el planetario es la entrada de movimiento.
d) Cuando el porta satélites es conductor existe un aumento de
velocidad, para cuando:
• Está fijo el planetario y la corona es la salida, el aumento será menor
• Está fija la corona y el planetario es la salida, el aumento será mayor
e) Cuando se fija el porta satélites, se produce la inversión del sentido
de giro, para cuando:
• El planetario es la entrada de movimiento, se reduce la velocidad.
• La corona es la entrada de movimiento, se aumenta la velocidad.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Relación de transmisión en el tren epicicloidal Para el cálculo de la relación de transmisión en un tren de engranajes
epicicloidales, en función de sus tres componentes, se tiene la siguiente
ecuación:
�� =�
�� + ��
(�� × �� + �� × ��)
En donde:
n1: número de rpm del piñón planetario
n2: número de rpm del porta satélites
n3: número de rpm de la corona
z1: número de dientes del piñón planetario
z3: número de dientes de la corona.
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Piñón planetario bloqueado, corona conductora, porta satélite conducido:
n1=0
� =��
��= 1 +
��
�� �� =
��
��
Piñón planetario bloqueado, porta satélite conductor, corona conducida:
n1=0
�� =��
��=
��
����� �� =
��
��
Porta satélites bloqueados, planetario conductor, corona conducida:
n2=0
�� =��
��= −
��
�� �� = −
��
��
TREN DE FUERZA MOTRIZ CAJA DE
CAMBIOS
Porta satélites bloqueados, corona conductor, planetario conducido:
n2=0
�� =��
��= −
��
�� � = −
��
��
Corona bloqueada, planetario conductor, porta satélites conducidos:
n3=0
�� =��
��= 1 +
��
�� �� =
��
��
Corona bloqueada, porta satélites conductor, planetario conducido:
n3=0
�� =��
��=
��
����� � =
��
��
