Planta de potencia y transmisión

Transcripción

1 Planta de potencia y transmisión 1/35

2 La La planta de de potencia y la la transmisión Motor de combustión interna Caja de cambios Árbol de la transmisión Rueda Embrague Juntas universales Grupo cónico y diferencial 2/35

3 La planta de potencia Motor combustión interna Motor eléctrico El par de un típico turismo es entre Nm (en un camión 10 veces más). El máximo par ocurre entre rpm (en un camión rpm) 3/35

4 Potencia = Par x Revoluciones 4/35

5 Motor de camión moderno 5/35

6 Par Par motor Fuerza de de tracción M M M*i M*i v=ω*r ω ω ω/i ω/i F=M/R M F=M*i/R ω v=ω R/i 6/35

7 Potencia P=Fv=Mω 7/35

8 Caja Automática el convertidor de par amplifica el par del motor 8/35

9 Las fuerzas de de tracción y las resistentes F v F aire α F roda Resistencia del aire =(ρac d )v 2 /2 mg F Resistencia de rodadura = f r m g cos(α) Resistencia de inclinación = m g sin(α) 9/35

10 Definición de de resistencia de de rodadura ω F N T ω F N T F N e F α N T=F R+N e T e F= -N R R e = f r R Firme duro r Firme blando ' ' F cos( α)-n sin( α)=f ' ' T Ncos( α)+fsin( α)=n ( α << ) F= -N α R ' T=F R α,f : coeficiente de resistencia a la rodadura. 10/35

11 Resistencia de de rodadura =f =f rr m g cos(α) Neumático Wong (v en km/h) Gillespie (v en millas /h) Radial Turismo Diagonal Turismo Radial Camión Diagonal Camión f r =0,0136+0,04x10-6 v 2 f r =0,0169+0,19x10-6 v 2 f r =0,006+0,23x10-6 v 2 f r =0,007+0,45x10-6 v 2 f r =(0,0041+0, v) C h f r =(0,0066+0, v) C h C h =1,0 para hormigón C h =1,2 para asfalto C h =1,5 para asfalto en verano 11/35

12 Resistencia del aire=(ρac d )v 2 /2 Vehículo CD CDxA (m 2 ) VW Polo 0,37 0,636 Ford Escort 0,36 0,662 Opel Vectra 0,29 0,547 BMW 520i 0,31 0,649 Mercedes 300SE 0,36 0,785 12/35

13 v F aire F roda Adherencia F mg α F Máxima fuerza de adherencia=μn d o μn t (dependiendo si la tracción es delantera o trasera) NO posible posible 13/35

14 F Gradiente con el embrague deslizando Subida en en cuesta α = 0 α aumenta F v Gradiente con el embrague en posición normal mg F aire α F F roda v Camión carretera % Camión de construcción % Turismo % 14/35

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16 16/35

17 17/35

18 Vehículo y carretera Motor Neumático Transmisión 18/35

19 19/35

20 Consumo // rendimiento Consumo de combustible = combustible necesario para producir una cierta cantidad de trabajo mecánico (potencia * tiempo), por ejemplo [g/kwh] 20/35

21 Consumo // rendimiento Punto de Máximo rendimiento 21/35

22 Consumo especifico de combustible para velocidad constante: Fuerza resistiva R=rodadura+cuesta+aerodinamica= =f r m g cos(α)+m g sin(α)+ (ρac d )v 2 /2 Fuerza de tracción (equilibrio) F = R Dos maneras para calcular el consumo: 1. Transformar el diagrama (ω,par) -> (v,f) 2. Transformar el diagrama (v,f) -> (ω,par) 22/35

23 Transformar Transformar el el diagrama diagrama (v, (v, F) F) -> -> (ω, (ω, Par) Par) Velocidad de la rueda ω 2 =v/radio Par T 2 =Fuerza*radio Velocidad del motor ω 1 =ω 2 *relación de cambio Par Motor T 1 =T 2 /relación de cambio 23/35

24 Unidades de de consumo Consumo especifico [g/kwh] o [kg/kwh] x Potencia del motor [kg/h] o [kg/s] x Velocidad [kg/m] o [kg/100km] x Densidad del combustible [l/100km] 24/35

25 Tipologías: tracción delantera La tracción delantera tiene numerosas ventajas: + Permiten la realización de un diseño simple del eje trasero. + Recorrido corto del flujo de potencia, debido a que el motor, caja de cambios y diferencial forman una unidad compacta. + Se puede diseñar el fondo de la carrocería completamente plano. + Se dispone de un maletero largo, con una zona de deformación importante en caso de colisión por la parte trasera. + Facilidad para colocación del depósito de combustible. + La masa no suspendida en el eje trasero es pequeña, lo cual supone un mejor comportamiento de la suspensión. 25/35

26 Tipologías: tracción delantera Los inconvenientes: A plena carga, tiene peor capacidad de tracción en carreteras con baja adherencia y en rampas. Con motores potentes hay un incremento del par y de las vibraciones sobre la dirección. En vehículos que tienen una alta carga en el eje delantero, motores diesel, es necesaria una relación de desmultiplicación de la dirección grande o dirección asistida. Con motores muy potentes es una solución mala debido a la transferencia de carga al acelerar. 26/35

27 Tipologías: tracción delantera Los inconvenientes: El soporte de la unidad de potencia (motor + caja de cambios) tiene que absorber los pares producidos en el motor multiplicados por la relación del cambio que esté engranada a la que se suma la reducción del diferencial. Hay tensiones de flexión en el sistema de escape debidas a los movimientos del motor durante la tracción y el frenado (con el motor). El diseño del eje delantero se hace más complejo, siendo necesarias juntas de transmisión homocinéticas. 27/35

28 Tipologías: tracción trasera Tipologías: tracción trasera Las ventajas que hay que destacar en este tipo de diseño son: + No hay apenas restricción alguna sobre la longitud del motor. + A plena carga, la mayor parte de la masa del vehículo está sobre el eje trasero, lo que mejora la capacidad de tracción. + La capacidad de tracción en rampas pronunciadas es superior a la de un vehículo con tracción delantera. + Permite una gran simplicidad y variedad en los diseños de los ejes delanteros. + Presenta un desgaste uniforme de los cuatro neumáticos al ser diferentes las ruedas directrices de las tractoras. 28/35

29 Tipologías: tracción trasera Desventajas: En el caso de tracción delantera el vehículo es arrastrado, el resultado es una relación más estable entre las fuerzas de tracción F t, y las fuerzas de inercia F. Por el contrario, en el caso de tracción trasera es evidente la condición de inestabilidad. Cuando el vehículo circula con uno o dos ocupantes solamente, el eje trasero tiene una carga adherente pequeña y, por tanto, una capacidad de tracción reducida en condiciones de baja adherencia. Más caro la fabricación. 29/35

30 Componentes 30/35

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35 Bibliografía 1. Pablo Luque, Daniel Álvarez, Carlos Vera: Ingeniería del Automóvil, Thompson Paraninfo Publio Pintado: Un curso de Automoción. Apuntes Francisco Aparicio: Teoría de los vehículos automóviles 4. Thomas Gillespie: Fundamentals of Vehicle Dynamics 35/35