Construcción de vehículos 1

Cálculos en una caja de cambios automática

La caja de cambios automática

Un sistema de transmisión automática es aquel en que las distintas relaciones son seleccionadas en función de la velocidad del vehículo y del régimen del motor, sin la intervención del conductor.

Las cajas de cambios automática están basadas en trenes de engranajes epicloidales o planetarios para la transmisión y reducción.

Esquema de las partes básicas de una caja de velocidades automática

La caja de cambios automática

Caja de velocidades automática de transmisión RWD

Caja de velocidades automática de transmisión FWD

La palanca de mando y selector de marchas

P, parking y posición de arranque

R, retroceso

D, delante

N, neutro y posición de arranque

S, deportiva

3,2, L, limitadores de cambios

La palanca selectora se enlaza por medio de un cable bowden con el mecanismo selector en la caja de cambios (constituida por una válvula hidráulica manual), y con un interruptor eléctrico que detecta la posición.

Las cajas modernas tienen dos modos de funcionamiento: uno, de modo convencional y el otro de modo deportivo.

Diagrama de cambios automáticos

Las transmisiones automáticas realizan los cambios de engranajes automáticamente de acuerdo con la velocidad del vehículo y la carga del motor.

El punto en el cual se realiza el cambio se denomina “punto de cambio” o “umbral de paso”, que es característico de cada vehículo

Los momentos en que se producen los cambios de relación con el vehículo en marcha depende: -de la velocidad adquirida y de la posición y modo de solicitación del acelerador, -y de la posición de la palanca selectora.

Existen tres posiciones características del acelerador, que determinan los instantes de los cambios de relación, denominados:-PL: poca aceleración-PF, plenos gases-RC, o retrocontacto, en la que al final de los plenos gases se activa un interruptor para realizar un cambio a una relación inferior, si el régimen de giro del motor lo permite.

Umbrales de paso para las posiciones “D” y “S”, tanto en los cambios a una marcha superior, como a otra inferior.

Una caja automática está constituida por dos partes fundamentales:

-El convertidor de par, que efectúa un enlace suave entre el motor y el mecanismo de cambio.-El mecanismo, constituido por trenes de engranajes epicicloidales o planetarios, que establecen las relaciones de desmultiplicación.

Engranaje epicicloidal o planetarioConsiste en un tren de engranajes compuestos por: el

engranaje planetario o solar (P) de dientes exteriores, la corona (C) de dientes interiores, 3, 4 o más satélites (S) de

dientes exteriores y un portasatélites (PS)

Cálculo de las relaciones de velocidades

La ecuación básica para calcular las distintas relaciones de transmisión en un engranaje

epicicloidal está dada por la siguiente ecuación general:

+ 1 0

donde:

, número de re

B BA B C

A A

z zn n n

z z

n

voluciones, en RPM

, número de dientes

, engranje solar

, corona

, porta satélites

z

A

B

C

http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/planetarios.html

1) Cuando se detiene la corona, se obtiene la mayor desmultiplicación de la caja, o una sobre marcha

2) Cuando se detiene el solar, se puede obtener una desmultiplicación moderada o una sobre marcha

3) Cuando se detiene el portasatélites, se obtiene la marcha en retroceso

4) Cuando se detiene dos elementos, se obtiene directa

5) Cuando no se detiene algún elemento, la caja está en neutro.

A tener en cuenta:

Caja automática básicaEs posible utilizar un solo tren planetario como sistema de transmisión con el que se obtiene una relación de desmultiplicación, una para retro y una directa.

Combinaciones disponibles de engranajes para un tren planetario sencillo

Condiciones para ensamblar engranajes planetarios

Para que sea posible el montaje de los engranajes del solar, corona y satélites,

debe haber una relación entre el número de sus dientes.

En automoción siempre se monta más de un satélite, para un mejor reparto de

esfuerzos, y deben cumplir:

-Si son dos o múltiplos de dos, la suma de los dientes de la corona y

solar, , debe ser divisible por el número de satélites.

-Si el número de satélites es i

B Az z

mpar, la semisuma:

, debe ser divisible por el número de satélites2

A Bz z

Calculo del número de dientes de los satélites

Existe una relación entre el número de dientes

de la corona, solar y satélites.

De la figura de la derecha se obtiene:

y dividiendo la expresión anterior por el

módulo de los dientes (m):

B A S

B A

r r D

r r

m m

; 2 2 2

S

B A B AS S

D

mz z z z

z z

Aplicación

Se tiene un vehículo con motor 2,0 de 108 kW/6500 rpm de potencia y 182 Nm/4500 rpm

Suponiendo que su caja de automática tiene un solo engranaje epicicloidal con los

siguientes datos:

- Corona: 52 dientes

- Solar: 22 dientes

Calcular:

1) Las relaciones de transmisión del engranaje epicicloidal

2) Determine el número de dientes de los satélites

3) Determine el número de satélites

4) La máxima velocidad angular en el eje secundario

5) El máximo torque que entrega la caja