Informe Prácticas 4, 5 y 6 (2014)

Trabajo Español
Universidad Instituto Químico de Sarriá (IQS)
Grado Ingeniería en Tecnologías Industriales - 2º curso
Asignatura Teoría de Máquinas
Año del apunte 2014
Páginas 11
Fecha de subida 30/09/2014
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Teoría de Máquinas Práctica nº4. Trenes de engranajes de ejes fijos. Cajas de cambio manual Práctica nº5. Trenes de engranajes de ejes móviles. Diferencial Práctica nº6. Caja de cambio automática. Trenes de engranajes móviles 18/03/2014 Grupo 2.3 Juan Galofré Maristany Elena Baltá Vila Práctica nº4. Trenes de engranajes de ejes fijos. Cajas de cambio manual Introducción La caja de cambios es un tren de engranajes de dentado helicoidal, utilizado para variar la relación de transmisión entre dos ejes. Principalmente una caja de cambios podría funcionar con solo dos ejes, en nuestro caso dispone de tres ejes.
El eje primario tiene una serie de engranajes solidarios a él, este eje es el que va unido al motor y transmite el movimiento, es el eje motriz.
Los engranajes del eje secundario no son solidarios al eje de rotación. Este segundo eje también dispone de otro tipo de engranaje dentado interiormente que permite hacer solidario al eje secundario los engranajes locos según convenga. Estos engranajes se desplazan a lo largo del eje.
Para el uso de la marcha atrás se ha de conseguir cambiar el sentido de la rotación, por lo que se añade un tercer engranaje que engrane a la vez el eje primario con el secundario permitiendo que los dos ejes tengan el mismo sentido de giro.
Finalmente existe un tercer eje de rotación que iría unido a las ruedas, transmitiendo la fuerza deseada para que el coche se mueva.
Esquema de la caja de cambio manual Pág. 2 Experimentación Debido a que la medición de los diámetros de los engranajes es muy complicada y que la cantidad de dientes es directamente proporcional al diámetro de las ruedas, se utiliza la siguiente fórmula para determinar la relación de transmisión entre dos engranajes.
Dónde: i1,2 es la relación de transmisión que existe entre el engranaje 1 y el 2.
Z1 y Z2 son las cantidades de dientes de la rueda conductora y la conducida respectivamente.
Dp1 y Dp2 son los diámetros de los cilindros teóricos de la rueda conductora y la conducida que están en contacto durante el engranaje.
Para encontrar i1,2 es necesario realizar el siguiente cálculo: 𝑖1,3 = 𝑖1,2 · 𝑖2,3 = 𝑍1 𝑍2′ · 𝑍2 𝑍3 El ensayo ha consistido en determinar la relación de transmisión entre el árbol de entrada y el árbol de salida teóricamente y experimentalmente midiendo el ángulo girado en el árbol de salida por una vuelta del árbol de entrada para las distintas marchas.
Con lo que hemos obtenido las siguientes tablas de relaciones de transmisión: Teórico Práctico i1,3 Primera 0,0685 Marcha atrás 0,0660 Segunda 0,1097 Tercera 0,1678 Cuarta 0,2334 Quinta 0,2843 Ángulo giro i1,3 24,64o 0,0694 23,77o 0,0639 39,50o 0,1111 60,41o 0,1667 84,02o 0,2361 102,34o 0,2861 Ángulo giro 25o 23o 40o 60o 85o 103o Tabla 1. Tabla de resultados Conclusiones Como se puede observar en la tabla anterior, al aumentar la marcha, la relación de transmisión aumenta con lo que se va a obtener una velocidad de giro mayor. Por lo que respecta a la diferencia existente entre los cálculos teóricos y los experimentales es muy pequeña por lo que se puede concluir que la práctica se ha realizado con éxito.
Pág. 3 Práctica nº5. Trenes de engranajes de ejes móviles. Diferencial Introducción Los principales objetivos de esta práctica son: 1. Reconocer y entender el funcionamiento de los engranajes epicicloidales.
2. Realizar la representación esquemática de los mecanismos mostrados.
3. Realizar el análisis cinemático de un tren de engranajes compuesto mostrado por el profesor.
4. Comprobar el funcionamiento y utilidad del diferencial en los coches.
Para ello se va a disponer de un engranaje epicicloidal y un diferencial. El engranaje planetario o engranaje epicicloidal es un sistema de engranajes (o tren de engranajes) que consiste en uno o más engranajes externos o satélites que rotan sobre un engranaje central o planeta.
Típicamente, los satélites se montan sobre un brazo móvil que a su vez puede rotar en relación al planeta.
Por otro lado, el diferencial es un elemento mecánico que permite que las ruedas de la derecha e izquierda de un vehículo giren a revoluciones diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Cuando un vehículo toma una curva, por ejemplo hacia la derecha, la rueda derecha recorre un camino más corto que la rueda de la izquierda, ya que esta última se encuentra en la parte exterior de la curva.
Experimentación Ensayo 1: Mecanismo de trenes de engranajes epicicloidales compuesto Se llaman ruedas planetas a las que se mueven alrededor de ejes fijos y ruedas satélites a las que tienen ejes móviles, que a su vez giran alrededor de las ruedas planetas. En la representación esquemática que se muestra a continuación se puede observar con claridad que se trata de un mecanismo compuesto por dos planetas (P1 y P2) y dos satélites (S1 y S2). A diferencia de P1, P2 es solidario al eje 1, y en cuanto a los satélites, ni S1 ni S2 son solidarios al eje 2.
Pág. 4 Esquema del mecanismo 𝐷 𝑍 Utilizando la fórmula que se ha visto en la práctica anterior �𝑖1,2 = 𝑍1 = 𝐷𝑝1 � se van a obtener 2 𝑝2 las relaciones de transmisión de engranajes que se muestran en la siguiente tabla: Dientes i P1 S1 P2 S2 36 20 21 33 1,571 0,556 Tabla 2. Tabla que muestra las relaciones de transmisión de los engranajes A partir de este mecanismo se van a realizar los siguientes experimentos: 1. Fijar P1 (eje 3) y rotar el eje 1 Para este experimento se van a obtener los siguientes resultados [Tabla 3], los cuales demuestran que la relación de transmisión para el eje 1 y P1 produce un aumento de la velocidad, puesto que el eje de P1 e el mismo tiempo que el eje 2 gira 360º gira media vuelta aproximadamente. Estos resultados concuerdan con las relaciones sacadas a partir de los dientes de cada engranaje, calculados en la [Tabla 1].
Ángulo giro Eje 1 (P2) Eje 2 (experimental) Eje 2 (teórico) 360 570 556,9 Tabla 3 2. Fijar P2 (eje 1) y rotar P1 En el segundo experimento el resultado obtenido es el contrario que en el anterior, ya que la relación entre P2 y el eje 1 es de reducción en vez de aumento. Igual que en el Pág. 5 caso anterior, estos resultados concuerdas a la perfección con lo calculado en la [Tabla 2].
Eje 3 (P1) Eje 2 (experimental) Eje 2 (teórico) 360 180 196,9 Ángulo giro Tabla 4 3. Fijar el eje 2 (Ps) y rotar el eje 3 En este último experimento nos encontramos con la misma situación que en el segundo experimento puesto que la relación de transmisión es de reducción.
Ángulo giro Eje 3 (P1) Eje 2 (experimental) Eje 2 (teórico) 360 160 232,7 Tabla 5 Valoración de los resultados: Con estos experimentos se ha podido confirmar que los cálculos teóricos se ajustan mucho a la realidad, provocando errores pequeños, que se podrían considerar despreciables, y que las relaciones de transmisión calculadas a partir del número de dientes de los engranajes se confirman con la parte experimental.
Ensayo 2: Mecanismo de trenes de engranajes epicicloidales diferenciales El diferencial es un mecanismo utilizado para repartir la potencia que le transmite el cambio de marchas entre las ruedas motrices. En caso de circular en línea recta, el diferencial se encarga de entregar la misma potencia a cada rueda, pero en caso de estar en una curva, la rueda que se encuentra en la parte interior es la que va a recibir más fuerza, y por lo tanto la que más dificultad va a mostrar a la hora de girar. El diferencial se va a encargar de entregar más potencia a la rueda exterior con el fin de facilitar el giro del coche.
Podría comentarse otro ejemplo, como una situación en la que una de las ruedas toque al suelo y la otra no. En este caso, el diferencial va a entregar la mayoría de la potencia a la rueda que carece de contacto con el suelo.
A continuación se muestra la representación esquemática del diferencial visto en el laboratorio.
Pág. 6 Esquema del diferencial Experimento 1: Se van a dar 10 vueltas al árbol primario de la caja, mientras que se van a contar el número de vueltas que da cada uno de los semiejes. Con lo que se va a obtener que por 10 vueltas, van a dar 3 vueltas y 145o.
Se va a repetir el experimento, pero esta vez bloqueando el semieje izquierdo (salida), con ello se va a obtener un aumento a 6 vueltas y 300o.
Experimento 2: En este experimento se va a colocar una carga de 5kg a tres distancias distintas para ver el par máximo que se experimenta. Los datos quedan recogidos en la siguiente tabla: Masa Distancia (mm) Esfuerzo(Nm) 5kg 100 9 5kg 200 12 5kg 300 24 Tabla 6 A continuación, se van a estudiar los momentos máximos que realizan cinco distintas cargas a distancia constante, con lo que se obtienen los siguientes resultados: Masa Distancia (mm) Esfuerzo(Nm) 1kg 300 5 2kg 300 10 3kg 300 13 4kg 300 20 5kg 300 24 Tabla 7 Pág. 7 Valoración de resultados: Con los resultados obtenidos se ha podido verificar el correcto funcionamiento del diferencial de un coche, puesto que, cuando se bloqueaba uno de los semiejes, la potencia que antes quedaba dividida entre los dos ahora se entregaba toda por sólo uno de ellos. Esto quedaba mostrado en el ángulo obtenido a través de la relación de transmisión. Es decir, al bloquear uno de los semiejes, la potencia que se le entrega al otro semieje es el doble respecto a su funcionamiento sin bloqueos.
Pág. 8 Práctica nº6. Caja de cambio automática. Trenes de engranajes móviles Introducción El objetivo principal de esta práctica es el de observar y conocer el funcionamiento de una caja de cambio automática a través de su desmontaje. Por tanto, esta última práctica va a consistir en desmontar la caja y colocar las piezas una por una sobre una mesa con el fin de poder observar el funcionamiento individual de cada una y el del conjunto.
A continuación se muestra la representación esquemática de la caja de cambio automática.
Donde F son los frenos, E los embragues, C la corona, S los satélites y P los planetas.
Esquema de la caja de cambio automática Experimentación En esta práctica se ha realizado un estudio del movimiento de la caja de cambio automática.
Este estudio ha consistido en la observación de las transmisiones de movimiento que van a acondicionar los distintos embragues y frenos del mecanismo. Las relaciones se muestran a continuación: Pág. 9 Elemento fijo Entrada Salida C(F1) P1(E1) S(PS) Transmisión de movimiento P1S1S2S3-F2PS P2(F2) C(E2) S(PS) CS2S3PS P(F2) C(E1) C(E1) S(PS) CS2-S1-P1S3PS -- P1(E1) S(PS) P1S1S2S3-P2PS P1(E2) P1(E2) S(PS) P1S1S2-CS3-P2PS Tabla 8 Pág. 10 Conclusiones Según nuestro punto de vista, creemos que se han alcanzado con satisfacción los objetivos marcados por las prácticas que se debían de realizar. La primera práctica nos ha permitido comprender a la perfección como funciona una caja de cambio manual, entendiendo como se transmite la fuerza de eje a eje (con engranajes solidarios y no solidarios a estos ejes) para conseguir la fuerza necesaria para que el coche logre movimiento.
Gracias a la segunda práctica se ha podido reconocer y entender con claridad el funcionamiento de los engranajes epicicloidales, mediante un análisis cinemático y una representación esquemática. Con lo que se ha podido comprobar el funcionamiento y la utilidad del diferencial en un coche.
Por último, con todo lo visto anteriormente, la última práctica ha consistido en conseguir comprender el funcionamiento de una caja de cambio automático mediante el desmontaje de cada pieza y, a través de la observación, lograr explicar cuál es el funcionamiento de cada pieza individualmente y como a conjunto.
Estas tres prácticas nos han sido de gran ayuda para lograr comprender conceptos que se están tratando en las clases teóricas. Los ejemplos prácticos son el mejor método para conseguir integrar conceptos teóricos.
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