Planta de potencia y transmisión 1/35 La planta de potencia y la transmisión Caja de cambios Motor de combustión interna Árbol de la transmisión Rueda Embrague Juntas universales Grupo cónico y diferencial 2/35 1
La planta de potencia Motor combustión interna Motor eléctrico El par de un típico turismo es entre 100-300 Nm (en un camión 10 veces más). El máximo par ocurre entre 2500-4500 rpm (en un camión 1000-1500 rpm) 3/35 Potencia = Par x Revoluciones 4/35 2
Motor de camión moderno 5/35 Par motor uerza de tracción M M M*i ω ω ω/i v=ω*r M*i ω/i =M/R M =M*i/R ω v=ω R/i 6/35 3
Potencia P=v=Mω 7/35 Caja Automática el convertidor de par amplifica el par del motor 8/35 4
Las fuerzas de tracción y las resistentes v aire α roda Resistencia del aire =(ρac d )v 2 /2 mg Resistencia de rodadura = f r m g cos(α) Resistencia de inclinación = m g sin(α) 9/35 Definición de resistencia de rodadura ω N T ω N T N e α N irme duro T= R+N e T e = -N R R e = f r R irme blando ' ' cos( α)-n sin( α)= ' ' T Ncos( α)+sin( α)=n ( α << ) = -N α R ' T= R α,f r : coeficiente de resistencia a la rodadura. 10/35 5
Resistencia de rodadura =f r m g cos(α) Neumático Radial Turismo Diagonal Turismo Radial Camión Diagonal Camión Wong (v en km/h) 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 Gillespie (v en millas /h) f r =(0,0041+0,000041 v) C h f r =(0,0066+0,000046 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 Resistencia del aire=(ρac d )v 2 /2 Vehículo VW Polo ord Escort Opel Vectra BMW 520i Mercedes 300SE CD 0,37 0,36 0,29 0,31 0,36 CDxA (m 2 ) 0,636 0,662 0,547 0,649 0,785 12/35 6
v aire roda Adherencia mg α Máxima fuerza de adherencia=μn d o μn t (dependiendo si la tracción es delantera o trasera) NO posible posible 13/35 Gradiente con el embrague deslizando Subida en cuesta α = 0 α aumenta v Gradiente con el embrague en posición normal aire α mg roda v Camión carretera 12-18 % Camión de construcción 15-30 % Turismo 10-20 % 14/35 7
15/35 16/35 8
17/35 Vehículo y carretera Motor Neumático Transmisión 18/35 9
19/35 Consumo / rendimiento Consumo de combustible = combustible necesario para producir una cierta cantidad de trabajo mecánico (potencia * tiempo), por ejemplo [g/kwh] 20/35 10
Consumo / rendimiento Punto de Máximo rendimiento 21/35 Consumo especifico de combustible para velocidad constante: uerza resistiva R=rodadura+cuesta+aerodinamica= =f r m g cos(α)+m g sin(α)+ (ρac d )v 2 /2 uerza de tracción (equilibrio) = R Dos maneras para calcular el consumo: 1. Transformar el diagrama (ω,par) -> (v,) 2. Transformar el diagrama (v,) -> (ω,par) 22/35 11
Transformar el diagrama (v, ) -> (ω, Par) Velocidad de la rueda ω 2 =v/radio Par T 2 =uerza*radio Velocidad del motor ω 1 =ω 2 *relación de cambio Par Motor T 1 =T 2 /relación de cambio 23/35 Unidades 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 12
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. + acilidad 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 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 13
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 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 14
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 t, y las fuerzas de inercia. 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 Componentes 30/35 15
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33/35 34/35 17
Bibliografía 1. Pablo Luque, Daniel Álvarez, Carlos Vera: Ingeniería del Automóvil, Thompson Paraninfo 2004 2. Publio Pintado: Un curso de Automoción. Apuntes 1994. 3. rancisco Aparicio: Teoría de los vehículos automóviles 4. Thomas Gillespie: undamentals of Vehicle Dynamics 35/35 18