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  • INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

    UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

    T E S I S

    CLCULO Y SELECCIN DE

    TRANSMISIONES PARA

    AUTOTRANSPORTES A DIESEL

    QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

    INGENIERO MECNICO

    P R E S E N T A:

    ARTURO SAIZ CALDERN GALLEGOS

    Asesores:

    Ing. Idelfonso Juan Martnez Snchez Ing. Marcos Gerardo Ladrn de Guevara Garca

    Mxico D.F. Junio 2009

  • DEDICATORIA.

    Este trabajo es para Arturo y Martha, porque inspirado en su ejemplo y cobijado en

    su amor y soporte incondicional decid ser un profesionista, para Myrna porque con su

    amor, compaa y apoyo es ms fcil compartir y alcanzar mis metas, para Cinthya, que su

    determinacin y claridad por el estudio me mostr las bondades de concluir esta etapa, y

    por supuesto para Arturito que simplemente es mi inspiracin y la mejor razn para dejar

    marcado el camino que un hombre de bien debe seguir.

    Para mi to Jorge, donde quiera que ests

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    CLCULO Y SELECCIN DE TRANSMISIONES PARA AUTOTRANSPORTES A DIESEL.

    Clculo y Seleccin.

    NDICE.

    Glosario. 3. Objetivo. 6.

    Introduccin. 7.

    Capitulo I. Definiciones. 9.

    o Transmisiones. 9. Relacin de Transmisin. 11. Porcentaje de Paso. 12.

    o Engranes. 13. Aplicaciones de los Engranes. 21. Mecanizado de los Engranes. 24. Clculo de engranes. 27. Deterioro y fallo de los engranes. 31.

    Captulo II. Transmisiones Manuales. 33.

    o Funcionamiento de Transmisiones manuales. 33. o Clasificacin de Transmisiones Manuales. 61.

    Por su sistema de cambios. 61. Por su relacin final. 64.

    o Operacin de Transmisiones Manuales. 65. Transmisiones Sincronizadas. 65. Transmisiones No Sincronizadas. 67.

    Captulo III. Anlisis de fallas y mantenimiento. 71.

    o Anlisis de Fallas. 71. Calentamiento. 71. Ruido. 71. Fugas de Aceite. 73. Botadura de Velocidad. 74. Dureza en los Cambios. 75.

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    Falsos acoplamientos. 75. Baleros 76.

    o Mantenimiento de Transmisiones Pesadas. 77.

    Captulo IV. Clculo y seleccin del Tren Motriz. 79.

    o Motores Vehiculares a Diesel Rango medio y pesado. 79. o Embragues. 82. o Transmisiones. 84. o Ejes Diferenciales. 85. o Llantas. 86. o Clculo del Tren Motriz. 88.

    Habilidad de Arranque. 92. Habilidad de Pendiente. 93. Grfica de Desempeo. 93.

    Captulo V. Casos de Aplicacin. 95.

    o Pasaje. 95. Urbano. 95. Forneo. 98.

    o Rango Medio. 101. Reparto Urbano. 101. Traslado Carretero. 103. Fuera de Camino. (Off Road) 105.

    o Rango Pesado. 107. Refrigerado Sencillo. 107. Tanques Full. 109.

    Conclusiones. 112. Anexos. 114.

    o Tablas de Mantenimientos para Transmisiones. 114. o Fichas Tcnicas Motores Vehiculares. 117. o Selector de Embragues. 145. o Fichas Tcnicas Transmisiones. 147. o Selector Pasos Diferencial. 158. o Fichas Tcnicas Llantas. 159. o Tablas Coeficientes de Arrastre. 163.

    Bibliografa. 164.

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    GLOSARIO.

    Autobs Forneo, es el camin que desplaza personas por rutas carreteras a grandes distancias uniendo ciudades principales. Autobs Semi Foraneo, es el camin que desplaza personas por rutas dentro de pequeas ciudades, y recorre tramos carreteros para llegar a otras poblaciones a no ms de 30 o 40 kms de distancia. Autobs Urbano, es el camin que desplaza personas dentro de una ciudad. Camin Rabn, es la unidad de transporte de mercancas que puede ser configurada para soportar cargas hasta de 7 toneladas en rutas urbanas, carreteras o mixtas pero siempre sobre asfalto. Camin Torton, es la unidad que puede soportar hasta 15 toneladas en rutas urbanas, carreteras o mixtas pero siempre sobre asfalto. Camin Vocacional, es la unidad que trabaja en rutas Fuera de carretera o mixtas, por ejemplo en minas con caminos de terrecera, la capacidad de carga puede variar de acuerdo a las necesidades, pero en algunas aplicaciones pueden llevar hasta 40 toneladas de material. Configuracin, es la correcta seleccin de componentes (motor, transmisin, diferencia, llantas, etc) de un vehculo de a cuerdo al uso pare el que se requiere. Motores Vehiculares, Las aplicaciones de los motores Diesel se dividen, en generacin elctrica, marinos y vehiculares, estos ltimos son los utilizados por el transporte de Carga. Para el caso de los autobuses se tienen de 4 y 6 cilindros, para los camiones y tractocamiones son nicamente de 6 cilindros. Sus tamaos van desde 4.8 lts, hasta 16 lts, con potencias desde 150 HP hasta 600 HP y torques desde 430 lb.pie hasta 2,050 lb.pie.

    RPM, Revoluciones Por Minuto, es el nmero de vueltas que da el motor en un minuto. En un motor diese para servicio vehicular no suelen pasar de las 2,500 RPM.

    Torque, es la resultante de la Fuerza proveniente de la reaccin qumica dada por la

    mezcla de aire y diesel dentro de la cmara de combustin del motor y la longitud del brazo del cigeal.

    HP, la potencia necesaria para elevar verticalmente a la velocidad de 1 pie/minuto

    una masa de 33.000 libras.

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    OEM, Original Equipment Manufacturer. Traducido al Espaol es el Fabricante de Equipo Original, en el medio automotriz as se le conoce a las ensambladoras de Autos y Camiones. Peso Bruto Combinado, PBC. Es el peso del vehculo ms el peso de los remolques y la carga. Peso Bruto Vehicular, PBV. Es el peso total en Toneladas o Libras del vehculo automotor simple y su carga. Tractocamin, es la unidad para transporte de mercancas que puede se configurado para jalar cargas desde las 15 toneladas hasta las 100 toneladas, tambin conocidos como quinta rueda debido al dispositivo que utilizan para enganchar el remolque con la carga.

    Sencillo, hace referencia a los tractocamiones que arrastran un solo remolque.

    Full, hace referencia a los tractocamiones que arrastran dos remolques, que es la mxima capacidad permitida por las leyes mexicanas.

    Caja Seca, se le conoce a los remolques para tracto que son totalmente cerrados,

    normalmente utilizados para llevar cargas ligeras pero voluminosas, como paquetera.

    Caja Refrigerada, se le denomina al remolque equipado con sistema de

    refrigeracin para poder llevar alimentos perecederos.

    Redilas, es el remolque sin techo fabricado con polines de madera, normalmente utilizado para desplazar granos.

    Tolvas, es el remolque utilizado para llevar productos qumicos, arenas y productos

    granulados, normalmente entre plantas procesadoras, ya que por su diseo se requiere de equipos especiales para cargarlas y descargarlas.

    Tanques, son los remolques de forma cilndrica utilizados para llevar lquidos,

    desde agua, hasta productos qumicos, pasando por toda la gama de combustibles. Por regulaciones federales no pueden circular a ms de 85 kms/hr, y deben ser diseados con unos dispositivos llamados rompe olas, que ayudan a eliminar los movimientos bruscos del lquido dentro del tanque, sin estos, sera fcil que el tanque se volteara o que desplazara todo su peso hacia un solo eje del remolque afectando la frenada o las suspensiones.

    Camas Bajas, o low boys, son las plataformas utilizadas para transportar

    maquinaria pesada o componentes que por sus dimensiones no caben dentro de una caja seca.

    Plataformas, es como su nombre lo indica una plataforma, utilizada y diseadas

    para llevar contenedores de los barcos a las ciudades.

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    Transporte de Carga. Con esto nos referimos a los distintos vehculos que desplazan personas o mercancas por las carreteras de nuestro pas. Tren Motriz, es el conjunto de mecanismos que utilizan las RPM, y el Torque del motor para hacer que el vehculo con carga se desplace por una ruta determinada a la velocidad deseada.

    Embrague, o clutch es el componente del tren motriz que acopla y desacopla las RPM y el torque del motor a la transmisin.

    Transmisin, o caja de velocidades, es el componente que ayuda a modificar las

    revoluciones y torque del motor para obtener desplazamiento a diferentes velocidades.

    Cardn, es un eje hueco (tubo) que lleva las RPM y torque de salida de la

    transmisin hacia el eje diferencial.

    Eje Diferencial, es un componente que nuevamente modifica las RPM y el torque que vienen de la transmisin para finalmente llevarlos a las llantas.

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    OBJETIVO. El objetivo de este trabajo es el de alcanzar la titulacin a grado de Ingeniero, por medio de, Memoria de Experiencia Profesional, evidenciando los varios mbitos en los que he tenido oportunidad de aplicar los conocimientos adquiridos durante la carrera de Ingeniero Mecnico, mientras desempeo mi trabajo en Transmisiones TSP, S.A. de C.V. Para lograr este objetivo quiero demostrar la importancia de la transmisin dentro del tren motriz y la importancia de saber seleccionar cada uno de los elementos que lo integran, ya que ofreciendo una adecuada configuracin, el transportista de carga y pasaje puede obtener a corto plazo ahorros de combustible, buenos tiempos de traslado y a mediano y largo plazo reduccin de mantenimientos correctivos y tener ms horas de vida til del camin.

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    INTRODUCCIN. El desarrollo de la vida profesional, es una oportunidad diaria para profundizar en los conocimientos adquiridos durante la estancia escolar y enriquecer de experiencia las teoras que desarrollan nuestras mentes. Durante mi paso por TTSP, Transmisiones TSP, S.A. de C.V., he tenido la oportunidad de adentrarme en el funcionamiento del mercado del Auto transporte de Carga y Pasaje de nuestro pas, as como vivir de cerca las consecuencias de una industria nacional enfocada a sus adentros durante los 70s y 80s y los esfuerzos que an en nuestros das hace para redirigir su visn al cliente, en un ambiente de mejora continua y calidad, tratando y en muchas ocasiones alcanzando productos de clase mundial. A diferencia de cuando compramos un automvil para uso personal un camin ligero (pick up) para transportar cargas de hasta 2 o 3 toneladas, cuando se adquiere un camin de Rango Medio o Pesado para traslado de bienes o personas, es necesario configurar este vehiculo para obtener el mejor desempeo y rendimiento en los traslados comerciales que va a realizar. El transportista nacional es un empresario tradicionalista que por lo general se encuentra escptico a nuevos desarrollos y tecnologas, por lo que en este ambiente es muy comn que los proveedores de los distintos componentes del camin ofrezcan pruebas de desempeo y rendimiento de sus productos, para poder demostrar las bondades de los mismos y buscar que el transportista los considere en su siguiente compra. Sobre todo los representantes de los fabricantes de los componentes que integran el Tren Motriz de la unidad, estamos dedicados a visitar al transportista, capacitar a sus operadores y dar seguimiento post-venta de los productos que ofrecemos, trabajando de la mano de los vendedores de unidades de los distintos distribuidores de camiones del Pas. Los principales OEM, fabricantes de camiones en Mxico, son:

    KENWORTH MEXICANA, con una planta de ensamble y fabricacin de componentes en Mexicali, B.C.

    DAIMLER VEHICULOS COMERCIALES MXICO, con una planta de ensamble y fabricacin de componentes en Santiago Tianguistengo, en el Edo. De Mxico.

    CAMIONES Y MOTORES INTERNATIONAL, con una planta de ensamble y fabricacin de componentes en Escobedo, Nuevo Len.

    TTSP, tiene negocio principalmente con estos 3 grandes OEM, aunque en territorio nacional podemos encontrar plantas de ensamble de algunas marcas europeas como es ESCANIA, MAN y VOLVO.

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    En el rea de Motores Vehiculares rango pesado se cuenta con una participacin mayoritaria en el mercado nacional de CUMMINS, con distintos distribuidores en toda la repblica, en un segundo lugar se encuentran los motores CATERPILLAR, y muy lejos de estos dos se pueden encontrar unidades equipadas con motores DETROIT DIESEL, VOLVO, MERCEDEZ BENZ, ESCANIA y MAN, en el caso de los motores para Rango Medio se tiene con una participacin muy importante a los motores de la marca NAVISTAR. En el segmento de las transmisiones, en el que actualmente me desarrollo profesionalmente, encontramos como nuestro mayor competidor a EATON FULLER, con productos manuales y automatizados, transmisiones de origen Norte Americano y que desde la apertura de las fronteras con el TLC ganaron mercado en nuestro pas. En segundo lugar encontramos las transmisiones SPICER, con productos manuales fabricadas por TTSP, con tecnologa, componentes y fabricacin nacional, y en un lejano tercer lugar podemos encontrar unidades equipadas con transmisiones ALLISON automticas. El otro producto que entra en el juego importante de la configuracin de la unidad son los ejes diferenciales, podemos encontrar con una reida participacin mayoritaria a DANA SPICER, fabricados en Toluca por DANA Heavy Axel, y en un cercano segundo lugar encontramos a ARVIN MERITOR, que fabrica algunos de sus productos en la ciudad de Monterrey, Nuevo Len, y el resto, en sus plantas de los Estados Unidos. Buscando que las lneas anteriores ayuden al lector a reconocer algunas marcas y trminos que manejaremos frecuentemente durante el desarrollo de este trabajo, a continuacin dare inicio a mis Memorias de Experiencia Profesional durante mi paso por Transmisiones TSP, S.A. de C.V.

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    Captulo I.

    DEFINICIONES.

    TRANSMISIONES.

    Transmisin Mecnica.

    Se denomina transmisin mecnica a un mecanismo encargado de trasmitir potencia entre dos o ms elementos dentro de una mquina. Son parte fundamental de los elementos u rganos de una mquina, muchas veces clasificado como uno de los dos subgrupos fundamentales de stos elementos de trasmisin y elementos de sujecin).

    En la gran mayora de los casos, estas trasmisiones se realizan a travs de elementos rotantes, ya que la transmisin de energa por rotacin ocupa mucho menos espacio que aquella por traslacin.

    Una transmisin mecnica es una forma de intercambiar energa mecnica distinta a las transmisiones neumticas o hidrulicas, ya que para ejercer su funcin emplea el movimiento de cuerpos slidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisin.

    Tpicamente, la transmisin cambia la velocidad de rotacin de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ngulo recto en molinos de viento o agua y mquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevacin (norias).

    En general, las transmisiones reducen una rotacin inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad ms baja con par de giro ms alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayora de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones ms altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida.

    Tambin se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrcola, industrial, de construcciones y de minera. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostticas y accionadores elctricos de velocidad ajustable.

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    Transmisiones vehiculares.

    En los vehculos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada slo caja) es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisin con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigeal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de traccin generalmente es la reduccin de velocidad de giro e incremento del torque.

    En funcin de que la velocidad transmitida a las ruedas sea mayor, la fuerza disminuye, suponiendo que el motor entrega una potencia constante: dado que potencia es trabajo por unidad de tiempo y, a su vez, trabajo es fuerza por distancia, una distancia mayor (derivada de la mayor velocidad) tiene por consecuencia una fuerza menor. De esta manera la caja de cambios permite que se mantenga la velocidad de giro del motor, y por lo tanto la potencia y par ms adecuado a la velocidad a la que se desee desplazar el vehculo.

    La caja de cambios tiene la misin de reducir el nmero de revoluciones del motor e invertir el sentido de giro en las ruedas, cuando las necesidades de la marcha as lo requieren. Va acoplada al volante de inercia del motor, del cual recibe movimiento a travs del embrague, en transmisiones manuales; o a travs del convertidor de par, en transmisiones automticas. Acoplado a ella va el resto del sistema de transmisin.

    La caja de cambios est constituida por una serie de ruedas dentadas dispuestas en tres rboles.

    Flecha de entrada. Recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor. Habitualmente consta de un nico pin.

    Flecha auxiliar. Es el rbol transmisor. Consta de una corona que engrana con el rbol primario, y de varios piones (habitualmente tallados en el mismo rbol) que pueden engranar con el rbol secundario en funcin de la marcha seleccionada.

    Flecha principal. Consta de varias coronas con libertad de movimiento axial en el rbol, pero sin libertad de movimiento en sentido tangencial (por un sistema de nervados o de chaveteros). La posicin axial de cada rueda es controlada por la palanca de cambios y determina qu par de ruedas engrana entre el secundario y el intermediario. Cuando se utilizan sincronizadores, el acoplamiento tangencial puede liberarse en funcin de la posicin axial de estos y las ruedas dentadas no tienen libertad de movimiento axial.

    Flecha de reversa. Dispone de una rueda loca que se interpone entre los rboles intermediario y secundario para invertir el sentido de giro habitual del rbol secundario. Para poder engranar el eje de marcha atrs, normalmente se utiliza un dentado recto, en lugar de un dentado helicoidal.

    Todos los rboles se apoyan, por medio de cojinetes, en la carcasa de la caja de cambios, que suele ser de fundicin gris, aluminio o magnesio y sirve de alojamiento a los engranajes, dispositivos de accionamiento y en algunos casos el diferencial, as como de recipiente para el aceite de engrase.

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    En varios vehculos como algunos camiones, vehculos agrcolas o automviles todo terreno, se dispone de dos cajas de cambios acopladas en serie, mayoritariamente mediante un embrague intermedio. En la primera caja de cambios se disponen pocas relaciones de cambio hacia delante, normalmente 2, (directa y reductora); y una marcha hacia atrs, utilizando el eje de marcha atrs para invertir el sentido de rotacin.

    La lubricacin puede realizarse mediante uno de los siguientes sistemas:

    Por barboteo. Mixto. A presin. A presin total. Por crter seco.

    RELACIN DE TRANSMISIN.

    Transmisin compuesta

    Hay tres tipos de transmisiones posibles que se establecen mediante engranajes:

    Transmisin simple

    Transmisin con pin intermedio o loco

    Transmisin compuesta por varios engranajes conocidos como tren de engranajes.

    La transmisin simple la forman dos ruedas dentadas, el sentido de giro del eje conducido es contrario al sentido de giro del eje motor, y el valor de la relacin de transmisin es:

    Ecuacin general de transmisin:

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    La transmisin con pin intermedio o loco est constituida por tres ruedas dentadas, donde la rueda dentada intermedia solamente sirve para invertir el sentido de giro del eje conducido y hacer que gire en el mismo sentido del eje motor. La relacin de transmisin es la misma que en la transmisin simple.

    La transmisin compuesta se utiliza cuando la relacin de transmisin final es muy alta, y no se puede conseguir con una transmisin simple, o cuando la distancia entre ejes es muy grande y sera necesario hacer ruedas dentadas de gran dimetro. La transmisin compuesta consiste en ir intercalando pares de ruedas dentadas unidas entre el eje motor y el eje conducido. Estas ruedas dentadas giran de forma libre en el eje que se alojan pero estn unidos de forma solidaria los dos ruedas dentadas de forma que uno de ellos acta de rueda dentada motora y el otro acta como rueda dentada conducida. La relacin de transmisin de transmisiones compuestas es:

    Ecuacin general de transmisin:

    PORCENTAJE DE PASO.

    El porcentaje de paso es el valor que nos dice cual va a ser la cada de RPM entre

    cambio y cambio de velocidad. Por supuesto mientra ms constante sea esta cada y con las menores perdidas, al motor le costar menos esfuerzo el recuperarse para llegar a las revoluciones de velocidad crucero, y esto nos llevar al ahorro de combustible.

    La forma mas sencilla de explicar la accin del porcentaje de paso sobre el

    desarrollo de los cambios de una transmisin es con el ejemplo de la escalera. Supongamos que tenemos una escalera con 18 peldaos y cada uno de esos peldaos esta colocado a distintas distancia el uno del otro, y nosotros tenemos que subir por esa escalera un bulto de 20 kgs. Los peldaos que estn mas cercanos el uno del otro nos costara menos trabajo escalarlos, pero en los que se encuentran ms alejados entre si nos costar mas trabajo treparlos. Por el contrario si todos estn equidistante el uno del otro nos costara exactamente el mismo trabajo subir los 18.

    Para el motor la transmisin funciona como escalera, cada velocidad es un peldao

    y le ayuda a llevar una carga del reposo al movimiento, si todos los cambios tienen un porcentaje de paso similar, entonces el motor recuperar las mismas RPM en cada uno de ellos y el consumo de combustible ser constante en cada recuperacin.

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    El porcentaje de paso es la relacin que existe ente el cambio seleccionado y el cambio posterior, la frmula es:

    % de paso =( Relacin de Cambio mayor / Relacin de Cambio menor ) - 1 X 100

    Cuando el porcentaje es uniforme la grfica con las cadas de revoluciones se ve de la siguiente manera, podemos observar que los cambios los hacemos a las 1,500 RPM, y por el porcentaje de la transmisin del ejemplo se pierden menos de 300 RPM en cada cambio lo que nos permite meter las 18 velocidades sin tocar la lnea de las 1,200 RPM, que es donde el motor empieza a dar su torque mximo, a bajo de este valor gastara ms diesel en recuperarse hasta las 1,500 RPM para la siguiente velocidad.

    18a17a16a15a14a13a12a11a10a9a8a7a6a5a4a3a2a1a

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    1400

    1600

    1800

    0 20 40 60 80 100 120Ve locidad (km/h)

    Sec de CambiosTorque maximo

    Grfica de comportamiento, PSDO18, paso 3.91 y llanta 24.5, motor CAT C-15.

    ENGRANES.

    Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia mecnica entre las distintas partes de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina corona y la menor pin. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones ms importantes de los engranajes es la transmisin del movimiento desde el eje de una fuente de energa, como puede ser un motor de combustin interna o un motor elctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas est conectada por la fuente de energa y es conocido como engranaje motor y la otra est conectada al eje que debe recibir el

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    movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema est compuesto de ms de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes.

    Tipos de engranajes.

    La principal clasificacin de los engranajes se efecta segn la disposicin de sus ejes de rotacin y segn los tipos de dentado.

    Pin recto de 18 dientes.

    Ejes paralelos:

    Cilndricos de dientes rectos Cilndricos de dientes helicoidales Doble helicoidales

    Ejes perpendiculares

    Helicoidales cruzados Cnicos de dientes rectos Cnicos de dientes helicoidales Cnicos hipoides De rueda y tornillo sinfn

    Por aplicaciones especiales se pueden citar:

    Planetarios

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    Interiores De cremallera

    Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar:

    Transmisin simple Transmisin con engranaje loco Transmisin compuesta. Tren de engranajes

    Transmisin mediante cadena o polea dentada

    Mecanismo pin cadena Polea dentada

    Caractersticas que definen un engranaje de dientes rectos.

    Representacin de las caractersticas de un engranaje

    Los engranajes cilndricos rectos son el tipo de engranaje ms simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.

    Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, est constituido por dos curvas evolventes de crculo, simtricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.

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    Mdulo: el mdulo de un engranaje es una caracterstica de magnitud que se define como la relacin entre la medida del dimetro primitivo expresado en milmetros y el nmero de dientes. En los pases anglosajones se emplea otra caracterstica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al mdulo. El valor del mdulo se fija mediante clculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en funcin de la relacin de transmisin que se establezca. El tamao de los dientes est normalizado. El mdulo est indicado por nmeros. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo mdulo.

    Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relacin a la circunferencia primitiva se determinan todas las caractersticas que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.

    Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.

    Elementos de un engranaje

    Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del dimetro primitivo.

    Nmero de dientes: es el nmero de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como (Z). Es fundamental para calcular la relacin de transmisin. El nmero de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ngulo de presin es 20 ni por debajo de 12 dientes cuando el ngulo de presin es de 25.

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    Dimetro exterior: es el dimetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.

    Dimetro interior: es el dimetro de la circunferencia que limita el pie del diente.

    Pie del diente: tambin se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.

    Cabeza del diente: tambin se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el dimetro exterior y el dimetro primitivo.

    Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.

    Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) ms la altura del pie (dedendum).

    Angulo de presin: el que forma la lnea de accin con la tangente a la circunferencia de paso, (20 25 son los ngulos normalizados).

    Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje

    Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.

    Relacin de transmisin: es la relacin de giro que existe entre el pin conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relacin de transmisin recomendada6 tanto en caso de reduccin como de multiplicacin depende de la velocidad que tenga la transmisin con los datos orientativos que se indican:

    Velocidad lenta:

    Velocidad normal :

    Velocidad elevada:

    Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya altura es ms pequea que el considerado como diente normal. En los engranajes de diente corto, la cabeza del diente vale ( ), y la altura del pie del diente vale (M) siendo el valor de la altura total del diente ( )

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    Frmulas constructivas de los engranajes rectos.

    Dimetro primitivo:

    Mdulo:

    Paso circular:

    Nmero de dientes:

    Dimetro exterior:

    Espesor del diente:

    Dimetro interior:

    Pie del diente:

    Cabeza del diente: M

    Altura del diente:

    Distancia entre centros:

    Ecuacin general de transmisin:

    Engranajes cilndricos de dientes helicoidales.

    Engranaje helicoidal

    Los engranajes cilndricos de dentado helicoidal estn caracterizados por su dentado oblicuo con relacin al eje de rotacin. En estos engranajes el movimiento se transmite de

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    modo igual que en los cilndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.

    Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten ms potencia que los rectos, y tambin pueden transmitir ms velocidad, son ms silenciosos y ms duraderos; adems, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan ms que los rectos, son ms caros de fabricar y necesitan generalmente ms engrase que los rectos.

    Lo ms caracterstico de un engranaje cilndrico helicoidal es la hlice que forma, siendo considerada la hlice como el avance de una vuelta completa del dimetro primitivo del engranaje. De esta hlice deriva el ngulo que forma el dentado con el eje axial. Este ngulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientacin contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisin, los datos orientativos de este ngulo son los siguientes:

    Velocidad lenta: = (5 - 10)

    Velocidad normal: = (15 - 25)

    Velocidad elevada: = 30

    Las relaciones de transmisin que se aconsejan son ms o menos parecidas a las de los engranajes rectos.

    Frmulas constructivas de los engranajes helicoidales cilndricos.

    Como consecuencia de la hlice que tienen los engranajes helicoidales su proceso de tallado es diferente al de un engranaje recto, porque se necesita de una transmisin cinemtica que haga posible conseguir la hlice requerida. Algunos datos dimensionales de estos engranajes son diferentes de los rectos.

    Juego de engranajes helicoidales

  • 20

    Dimetro exterior :

    Dimetro primitivo :

    Mdulo normal o real:

    Paso normal o real:

    Angulo de la hlice :

    Paso de la hlice :

    Mdulo circular o aparente:

    Paso circular aparente:

    Paso axial:

    Nmero de dientes:

    Los dems datos tales como adendum, dedendum y distancia entre centros, son los mismos valores que los engranajes rectos.

  • 21

    Ejes estriados.

    Transmisin por ejes estriados Se denominan ejes estriados (splined shaft) a los ejes que se les mecaniza unas

    ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u otros componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un simple chavetero. Estos ejes estriados no son en si un engranaje pero la forma de mecanizarlos es similar a la que se utilizan para mecanizar engranajes y por eso forman parte de este artculo. Los ejes estriados se acoplan a los agujeros de engranajes u otros componentes que han sido mecanizados en brochadoras para que el acoplamiento sea adecuado. Este sistema de fijacin es muy robusto. Se utiliza en engranajes de cajas de velocidades y en palieres de transmisin. Hay una norma que regula las dimensiones y formato de los ejes estriados que es la norma DIN-5643

    APLICACIONES DE LOS ENGRANES.

    Caja de velocidades

    Existe una gran variedad de formas y tamaos de engranajes, desde los ms pequeos usados en relojera e instrumentos cientficos (se alcanza el mdulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fbricas de cemento, etc.

  • 22

    El campo de aplicacin de los engranajes es prcticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de produccin de energa elctrica, hidroelctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automviles, transporte martimo en buques de todas clases, aviones, en la industria siderrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fbricas de cemento, gras, montacargas, mquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentacin, de vestir y calzar, industria qumica y farmacutica, etc., hasta los ms simples movimientos de accionamiento manual.

    Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por

    nica finalidad la transmisin de la rotacin o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero.

    Incluso, algunos engranes coloridos y hechos de plstico son usados en algunos

    juguetes educativos.

    Caja de velocidades.

    Eje secundario de caja de cambios

    En los vehculos, la caja de cambios o caja de velocidades es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisin con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigeal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de traccin generalmente es la reduccin de velocidad de giro e incremento del torque

    . Los dientes de los engranajes de las cajas de cambio son helicoidales y sus bordes

    estn redondeados para no producir ruido o rechazo cuando se cambia de velocidad. La fabricacin de los dientes de los engranajes es muy cuidada para que sean de gran duracin. Los ejes del cambio estn soportados por rodamientos de bolas y todo el mecanismo est sumergido en aceite denso para mantenerse continuamente lubricado.

  • 23

    Reductores de velocidad.

    Mecanismo reductor bsico

    El problema bsico de las mquinas es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las mquinas. Adems de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y la potencia mecnica a transmitir.

    Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un

    motor elctrico y un conjunto reductor integrado. Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los

    reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de dimetros, de esta forma el engrane de menor dimetro debe dar muchas vueltas para que el de dimetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuacin del otro.

    El reductor bsico est formado por mecanismo de tornillo sinfn y corona. En este tipo

    de mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos ms bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sita entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las caractersticas del reductor y del trabajo al que est sometido. Factores que elevan el rendimiento:

    ngulos de avance elevados en el tornillo. Rozamiento bajo (buena lubricacin) del equipo. Potencia transmitida elevada. Relacin de transmisin baja (factor ms determinante).

    Existen otras disposiciones para los engranajes en los reductores de velocidad, estas se denominan conforme a la disposicin del eje de salida (eje lento) en comparacin con el eje de entrada (eje rpido). As pues seran los llamados reductores de velocidad de engranajes coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona). En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y un 90% de rendimiento.

  • 24

    Adems, existen los llamados reductores de velocidad de disposicin epicicloidal, tcnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su formato compacto, alta capacidad de transmisin de par y su extrema sensibilidad a la temperatura.

    Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundicin gris dotndola de retenes para que

    no salga el aceite del interior de la caja.

    Caractersticas de los reductores

    Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida. Velocidad, en RPM, de entrada y de salida. Velocidad a la salida.(RPM) Relacin de transmisin Factor de seguridad o de servicio (Fs) Par transmitido (Mn1- Eje rpido) (Mn2-Eje lento)

    MECANIZADO DE ENGRANES.

    Tallado de dientes.

    Tallado de un engranaje helicoidal con fresa madre.

    Fresa para tallar engranajes

    Como los engranajes son unos mecanismos que se incorporan en la mayora de mquinas que se construyen y especialmente en todas las que llevan incorporados motores trmicos o elctricos, hace necesario que cada da se tengan que mecanizar millones de engranajes diferentes, y por lo tanto el nivel tecnolgico que se ha alcanzado para mecanizar engranajes es muy elevado tanto en las mquinas que se utilizan como en las herramientas de corte que los conforman.

  • 25

    Antes de proceder al mecanizado de los dientes los engranajes han pasado por otras mquinas herramientas tales como tornos o fresadoras donde se les ha mecanizado todas sus dimensiones exteriores y agujeros si los tienen, dejando los excedentes necesarios en caso de que tengan que recibir tratamiento trmico y posterior mecanizado de alguna de sus zonas.

    El mecanizado de los dientes de los engranajes a nivel industrial se realizan en

    mquinas talladoras construidas ex-profeso para este fin, llamadas fresas madres.

    Fresa modular para tallado de dientes en fresadora universal

    Mecanismo divisor para el tallado de engranaje en fresadora universal

    El tallado de engranajes en fresadora universal con mecanismo divisor, prcticamente no se utiliza, sin embargo el fresado de ejes estriados con pocas estras tales como los palieres de las ruedas de camiones, si se puede hacer en fresadora universal pero con un mecanismo divisor automtico y estando tambin automatizado todo el proceso de movimientos de la fresadora.

    Los engranajes normales cilndricos tanto rectos como helicoidales se mecanizan en

    talladoras de gran produccin y precisin, cada talladora tiene sus constantes y sus transmisiones adecuadas para fabricar el engranaje que se programe. Tipo Liebherr, Hurth, Pfauter, etc.

    Los engranajes interiores no se pueden mecanizar en la talladoras universales y para

    ese tipo de mecanizados se utilizan unas talladoras llamadas mortajadoras por generacin, tipo Sykes.

  • 26

    Para los engranajes cnicos hipoides se utilizan mquinas talladoras especiales tipo Gleason,

    Para el mecanizado de tornillos sinfn glbicos se pueden utilizar mquinas

    especiales tipo Fellows.

    Chaflanado y redondeado de dientes.

    Esta operacin se realiza especialmente en los engranajes desplazables de las cajas de velocidad para facilitar el engrane cuando se produce el cambio de velocidad. Hay mquinas y herramientas especiales (Hurth) que realizan esta tarea.

    Rectificado de los dientes de los engranajes.

    El rectificado de los dientes cuando es necesario hacerlo, se realiza despus de haber sido endurecida la pieza en un proceso de tratamiento trmico adecuado y se puede realizar por rectificacin por generacin y rectificacin de perfiles o con herramientas CBN repasables o con capa galvanizada.

    Los rectificados de engranajes con muelas y de perfiles es una tecnologa muy avanzada y ha logrado una capacidad notoria con la utilizacin de modernas herramientas de corindn aglutinado.

    Bruido.

    El bruido de los engranajes se aplica a aquellos que estn sometidos a grandes resistencias, por ejemplo el grupo pin-corona hipoide de las transmisiones de los camiones o tractores. El bruido genera una geometra final de los dientes de alta calidad en los engranajes que han sido endurecidos, al mismo tiempo que mejora el desprendimiento y las estructuras de las superficies.

    Afilado de fresas.

    Las fresas que se utilizan para tallar engranajes son de perfil constante, lo que significa que admiten un nmero muy elevado de afilados cuando el filo de corte se ha deteriorado. Existe en el mercado una amplia gama de afiladoras para todos los tipos de herramientas que se utilizan en el mecanizado de los engranajes. La vida til de las herramientas es uno de los asuntos ms significativos con respecto a los costos y a la disponibilidad de produccin. Las afiladoras modernas estn equipadas, por ejemplo, con accionamientos directos, motores lineares y sistemas digitales de medicin.

    Tcnicas de recorrido del material.

    En las industrias modernas y automatizadas de mecanizados la tcnica de recorrido de material comprende la manipulacin automtica de piezas de trabajo en los sistemas de

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    produccin incluso la carga y descarga de mquinas-herramientas as como el almacenamiento de piezas.

    Gestin econmica del mecanizado de engranajes.

    Cuando los ingenieros disean una mquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado.

    La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnolgico ha tenido como objetivo conseguir la mxima calidad posible de los componentes as como el precio ms bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado.

    Para reducir el coste del mecanizado de los engranajes se ha actuado en los siguientes frentes:

    Conseguir materiales cada vez mejor mecanizables, materiales que una vez mecanizados en blando son endurecidos mediante tratamientos trmicos que mejoran de forma muy sensible sus prestaciones mecnicas de dureza y resistencia principalmente.

    Conseguir herramientas de corte de una calidad extraordinaria que permite aumentar de forma considerable las condiciones tecnolgicas del mecanizado, o sea, ms revoluciones de la herramienta de corte, ms avance de trabajo, y ms tiempo de duracin de su filo de corte.

    Conseguir talladoras de engranajes ms robustas, rpidas, precisas y adaptadas a las necesidades de produccin que consiguen reducir sensiblemente el tiempo de mecanizado as como conseguir piezas de mayor calidad y tolerancia ms estrechas.

    Para disminuir el ndice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al mximo el trabajo de las talladoras, construyendo talladoras automticas muy sofisticadas o guiadas por control numrico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.

    CALCULO DE ENGRANES.

    Se llama clculo de engranajes a las operaciones de diseo y clculo de la geometra de un engranaje, para su fabricacin. Principalmente los dimetros y el perfil del diente. Tambin se consideran los clculos de las transmisiones cinemticas que hay que montar en

  • 28

    las mquinas talladoras de acuerdo a las caractersticas que tenga el engranaje, y que est en funcin de las caractersticas de la mquina talladora que se utilice.

    Tratamiento trmico de los engranajes.

    Los engranajes estn sometidos a grandes presiones tanto en la superficie de contacto y por eso el tratamiento que la mayora de ellos recibe consiste en un tratamiento trmico de cementacin o nitruracin con lo cual se obtiene una gran dureza en la zona de contacto de los dientes y una tenacidad en el ncleo que evite su rotura por un sobreesfuerzo.

    La cementacin consiste en efectuar un calentamiento prolongado en un horno de atmsfera controlada y suministrarle carbono hasta que se introduzca en la superficie de las piezas a la profundidad que se desee. Una vez cementada la pieza se la somete a temple, con lo cual se obtiene gran dureza en la capa exterior, ideal para soportar los esfuerzos de friccin a que se someten los engranajes.

    Los engranajes que se someten a cementacin estn fabricados de aceros especiales adecuados para la cementacin.

    Otra veces el tratamiento trmico que se aplica a los engranajes es el de nitruracin, que est basado en la accin que ejercen sobre la superficie exterior de las piezas la accin del carbono y del nitrgeno. La nitruracin reduce la velocidad crtica de enfriamiento del acero, alcanzando un mayor grado de dureza una pieza nitrurada y templada que cementada y templada, aun para un mismo tipo de material.

    En la actualidad, y particularmente en la industria de la automocin, se estn supliendo aceros aleados por aceros ms sencillos dadas las grandes ventajas tcnicas que ofrece la nitruracin (elevadas durezas, regularidades de temple, menos deformaciones...). En los procesos de nitruracin se puede obtener capas entre 0.1-0.6mm., siendo las durezas en la periferia del orden de los 60-66 HRC.

    La nitruracin es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el nitrgeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formacin de los nitruros que forman el nitrgeno y los elementos presentes en los aceros sometido a tratamiento.

    A veces hay engranajes que se les aplica un temple por induccin donde el calentamiento es limitado a la zona a tratar y es producido por corrientes alternativas inducidas. Cuando se coloca un cuerpo conductor dentro del campo de una bobina o de un solenoide con corrientes de media o alta frecuencia, el cuerpo es envuelto por una corriente inducida, la cual produce el calentamiento. Para ello se emplea inductores que tienen la forma apropiada de la dentadura que queremos tratar.

    La ausencia de todo contacto entre el inductor y la pieza sometida a calentamiento permite la obtencin de concentraciones del orden de los 25.000 W cm-2. La velocidad de

  • 29

    calentamiento es casi unas 15 veces ms rpida que por soplete. Para templar una pieza por induccin ser necesario que tenga un espesor por lo menos unas diez veces superior al espesor que se desea templar. El xito de un buen temple reside en acertar con la frecuencia de corriente de calentamiento, para que sta produzca una concentracin suficiente de corriente inducida en la zona a templar.

    El sistema que se emplea en el calentamiento es en dos ciclos. 10.000 ciclos para el calentamiento de la base de los dientes y 375.000 para el calentamiento de la periferia. Despus de efectuados los dos calentamientos el engrane es sumergido en agua o aceite en funcin del tipo de acero que sea.

    Una posibilidad que existe para solucionar los problemas que aparecen en los engranajes ha sido el nquel qumico. Los depsitos de nquel le confieren a la pieza tratada una buena resistencia a la corrosin, una gran resistencia a la friccin y una gran dureza con ayuda de unos precipitados concretos. El niquelado qumico se consigue que las capas sean uniformes, siempre y cuando todas las partes de la pieza estn en contacto con la solucin y la composicin de esta se mantenga constante, y el espesor de esta capa vara segn el tiempo de tratamiento y la composicin. Las piezas antes de ser tratadas deben de pasar por otras fases como pueden ser el decapado, ataque, para garantizar su adhesin, y otra cosa a tener en cuenta es que el niquelado qumico reproduce en la superficie la rugosidad de la pieza tratada.

    Verificacin de engranajes.

    La verificacin de engranajes consiste en poder controlar los distintos parmetros que lo definen.

    Para medir el espesor cordal se utilizan pie de rey de doble nonio y micrmetros de platillo.

    La medicin del espesor de los dientes mediante pie de rey de doble nonio, slo se utiliza por lo general cuando se trata engranajes de mdulo grande y mecanizado de desbaste.

    Para medir el espesor de engranajes de precisin se utiliza un micrmetro de platillo y se selecciona el nmero de dientes a abrazar para que el contacto entre los flancos de los dientes y los platillos se produzca en la circunferencia primitiva.

    La medicin mediante comparadores se utiliza con patrones de puesta a punto para cada operacin de control.

  • 30

    La verificacin en proyector de perfiles se utiliza para medir sobre la imagen amplificada o verificar utilizando plantillas adecuadas todas las caractersticas del engranaje.

    La medicin de la excentricidad de un engranaje que es el descentramiento del dimetro primitivo respecto al eje de referencia de la pieza, se puede verificar:

    Con comparador y varilla calibrada Por rodadura contra un perfil patrn.

    Los engranajes maestros se clasifican en varias calidades de acuerdo con DIN3790 y 58420. Sus dientes una vez mecanizados pasan por un proceso de sper acabado. Durante la medicin segn este principio los engranajes a controlar se hacen engranar con engranajes maestros.

    Lubricacin de engranajes.

    Las transmisiones por engranajes principalmente las que estn sometidas a un gran esfuerzo y funcionamiento de gran velocidad tienen que tener el lubricante adecuado para poder contribuir a conservar sus propiedades mecnicas durante el uso:

    La clasificacin de los lubricantes de transmisin de uso industrial se realiza segn diferentes criterios:

    Especificaciones tcnicas de los lubricantes.

    Las especificaciones de los lubricantes de transmisin difieren ligeramente segn el ente que las haya emitido.

    En Europa las especificaciones ms conocidas son las que la norma DIN 51517 define como LUBRICANTES tipo CLP. A los propsitos de esta norma, LUBRICANTES CLP son aquellos basados en aceite mineral incluyendo aditivos diseados para aumentar las propiedades anticorrosivas (Smbolo C), aumentar la resistencia al envejecimiento (Smbolo L), y disminuir el desgaste (Smbolo P)". Esta norma define las viscosidades para los grados ISO 68, 100, 150, 220, 380, 460, y 680.

    Eleccin del lubricante y su viscosidad ms adecuada.

    El primer indicador del lubricante a utilizar en un determinado equipo debe ser siempre la recomendacin del fabricante que lo ha diseado y conoce sus necesidades. La eleccin de la adecuada viscosidad para un sistema de engranajes de dientes rectos o helicoidales es dependiente de

    potencia expresada en KW o HP

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    reducciones mltiples o simples velocidad expresada en rpm tipo de lubricacin (circulacin o salpicado)

    Mantenimiento preventivo de las transmisiones,

    El cambio de lubricantes y el mantenimiento de los niveles en las cajas de transmisiones por engranajes forma parte del mantenimiento preventivo que hay que realizar a todo tipo de mquinas despus de un periodo de funcionamiento. Este mantenimiento puede tener una frecuencia en horas de funcionamiento, en kilmetros recorridos o en tiempo cronolgico, semanal, mensualmente o anualmente.

    DETERIORO Y FALLO DE LOS ENGRANES.

    Como todo elemento tcnico el primer fallo que puede tener un engranaje es que no haya sido calculado con los parmetros dimensionales y de resistencia adecuada, con lo cual no es capaz de soportar el esfuerzo al que est sometido y se deteriora o rompe con rapidez.

    El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con el que ha sido fabricado no rene las especificaciones tcnicas adecuadas principalmente las de resistencia y tenacidad.

    Tambin puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se ha fabricado con las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido montado y ajustado en la forma adecuada.

    Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje es que no se le haya efectuado el mantenimiento adecuado con los lubricantes que le sean propios de acuerdo a las condiciones de funcionamiento que tenga

    Otra causa de deterioro es que por un sobresfuerzo del mecanismo se superen los lmites de resistencia del engranaje

    La capacidad de transmisin de un engranaje viene limitada:

    Por el calor generado, (calentamiento) Fallo de los dientes por rotura ( sobreesfuerzo sbito y seco) Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricacin deficiente y dureza

    inadecuada) Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y cargas fuertes.

    Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes estn relacionadas con problemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinacin de ambos. Las fallas relacionadas

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    con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse a la desalineacin o desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos.

  • 33

    Captulo II.

    TRANSMISIONES MANUALES.

    FUNCIONAMIENTO DE TRANSMISIONES MANUALES. A continuacin describiremos paso a paso lo que sucede dentro de una transmisin manual de 7 velocidades para servicio mediano y una transmisin de 18 velocidades para servicio pesado. La principal diferencia entre amabas transmisiones es que por la capacidad torcional que soporta la de 7 velocidades solo cuenta con una flelcha auxiliar para ayudar a manejar el torque del motor y la transmisin de 18 velocidades es una SST, Spicer Splitt Torque, o de torque divido, esto quiere decir que utiliza dos flechas auxiliares para poder manejar todo el torque disponible del motor. Otra diferencia es que la transmisin de 7 velocidades completa toda la variedad de cambios utilizando nicamente el sistema mecnico de cambios, llamado Optirail, un sistema patentado por Spicer, que consta de barras y horquillas de cambios combinadas con un bastidor que lo vuelven un sistema muy robusto, y la transmisin de 18 velocidades depende de un sistema neumtico para poder accionar dos sistemas de doble relacin dentro de la transmisin llamados Splitter o divisor y Range o rango, para poder completar la gama de velocidades.

    En los siguientes diagramas se muestra una transmisin ES56-7B, es una transmisin con cambios con sincronizador, soporta hasta 560 lb-pie de torque cuenta con 7 velocidades progresivas ms reversa.

  • 34

    Podemos identificar de izquierda a derecha, la campana del embrague y la flecha de entrada, en esta flecha esta integrado el engrane de 7ma, la parte media de la transmisin se compone por la carcaza principal, la flecha principal, la flecha auxiliar o tren fijo, y en la extrema derecha, se encuentra la carcaza auxiliar, con la flecha de salida, que en esta ocasin va empotrada en la flecha principal, as como la continuacin de la flecha auxiliar o tren fijo. A continuacin vamos a ver qu pasa cada que el operador hace cambios de velocidad, recordemos que cuando se selecciona el engrane de 1era reversa la unidad se encuentra detenida, as que como observamos en el diagrama anterior para estos cambios no se tiene sincronizador, nicamente se tiene un collar dentado que corre sobre el estriado de la flecha de salida, ya que no es necesario sincronizar RPMs ya que las flechas estn detenidas y al aplicar el pedal del embrague hasta el fondo el freno de embrague detiene el movimiento de todos los engranes de la transmisin.

    R 1a

    2a.

    3a. 4a

    .

    5a.

    6a.

    7a.

    Flecha de entrada. Flecha principal. Flecha de salida.

    Flecha auxiliar.

    Sincronizadores.

    Plato 1ra/rev.

  • 35

    Primera velocidad. Se observa que el torque y las revoluciones del motor entran por la flecha de entrada que es impulsada por el giro del embrague que esta en contacto con el volante del motor, esta flecha integra el engrane de 7ma principal, que esta en contacto permanente e impulsando al engrane de 7ma de la flecha auxiliar, recordemos que en este tren todos los engranes son fijos a la flecha y estn en contacto con sus correspondientes de la principal. Cuando el operador selecciona el engrane de primera, desliza el collar sobre la flecha de salida hasta acoplarlo con el engrane, de esta manera se traslada el movimiento del engrane a la flecha y a su vez al yugo. En esta velocidad tenemos una relacin de 10.09, salida de la ecuacin que se muestra en este mismo capitulo y va relacionada el nmero de dientes de los engranes que estn trabajando en este momento. Esto quiere decir que la transmisin esta multiplicando 10.09 veces el torque que esta recibiendo del motor y esta dividiendo 10.09 veces las RPMs que lleguen del motor. Suponiendo que reciba 560 lb-pie @ 1600 RPM y 190 HP a las 2400 RPM, la transmisin entregara en este cambio 5,650 lp-pie @ 1600 RPM y 190 HP a las 237.86 RPM, como podemos observar la transmisin nos multiplico el torque pero redujo en la misma proporcin las revoluciones. A continuacin veremos la segunda velocidad, a partir de este cambio y hasta la sptima el cambio se efecta por medio de sincronizadores, de los cuales hablamos en el captulo III.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

    1a. VELOCIDAD

  • 36

    Segunda Velocidad.

    La relacin en 2da es de 5.98 subimos el torque a 3,348.8 lb-pie y bajamos las RPM

    del motor a 401.33 RPM, se tiene el mismo procedimiento que en primera, pero ahora el movimiento y fuerza del engrane de segunda se traslada a la flecha por un sincronizador.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 37

    Tercera Velocidad.

    La relacin en 3ra es de 3.72, subimos el torque a 2,083.02 lb-pie y bajamos las RPM a 645.16 RPM.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 38

    Cuarta Velocidad. En 4ta, tenemos 2.56 como relacin y el torque es 1,433.6 lb-pie y las revoluciones son 937.5 RPM, disponibles en el yugo de la transmisin.

    Quinta Velocidad.

    En 5ta, tenemos 1.81 de relacin y el torque y revoluciones disponibles en el yugo de la transmisin son 1,013.06 lb-pie y 1,325.96 RPM.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 39

    Sexta Velocidad.

    En 6ta, tenemos relacin de 1.35 lo que nos deja el torque y revoluciones en 756 lb-pie y 1,777.77 RPM disponibles en el yugo.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 40

    Sptima velocidad.

    En 7ma, como podemos observar en el diagrama de flujo de la transmisin tenemos que el torque y las revoluciones del motor pasan directas por la transmisin, la relacin es igual a 1.00, lo que quiere decir que por una lb-pie y por una RPM que entregue el motor, en el yugo de la transmisin tendremos una de cada una. Este tipo de transmisiones son utilizadas principalmente para aplicaciones urbanas, ya sea de reparto de pasajeros o de mercancas, y se prefieren por la relacin alta en las primeras velocidades ya que ayuda para ganar pasaje o para arrancar en calles con pendientes pronunciadas. Para seguir con el mismo ejemplo, esto quiere decir que en 7ma tendremos 560 lb-pie de torque a las 1600 RPM y 190 HP a las 2400 RPM del motor.

    En la siguiente tabla podemos observar como modifica la transmisin el torque y las revoluciones del motor para lograr romper la inercia del reposo y finalmente para alcanzar la velocidad deseada de la unidad. Vel. Relacin. Torque lbpie @

    RPM (motor) Potencia HP @ RPM (motor)

    Torque lbpie @ RPM (transmisin)

    Potencia HP @ RPM (transmisin)

    1 10.09 560@1,600 190@2,400 5,650.40@1,600 [email protected] 2 5.98 560@1,600 190@2,400 3,348.80@1,600 [email protected] 3 3.72 560@1,600 190@2,400 2,083.02@1,600 [email protected] 4 2.56 560@1,600 190@2,400 1,433.60@1,600 [email protected]

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 41

    5 1.81 560@1,600 190@2,400 1,013.06@1,600 190@1,325.96 6 1.35 560@1,600 190@2,400 756.00@1,600 190@1,777.77 7 1.00 560@1,600 190@2,400 560.00@1,600 190@2,400.00

    Como podemos observar la entrada de torque y revoluciones son constantes a la transmisin y la transmisin modifica desde Alto torque hasta el mismo torque del motor y desde Bajas RPM hasta las mismas del motor. Existe otro modelo de transmisin de 7 velocidades, la ESO66-7B, esta transmisin es de cambios sincronizados, con overdrive (sobre marcha), y soporta 660 lb-pie de torque. Sus relaciones de cambios y los efectos en la velocidad son los siguientes. Vel. Relacin. Torque lbpie @

    RPM (motor) Potencia HP @ RPM (motor)

    Torque lbpie @ RPM (transmisin)

    Potencia HP @ RPM (transmisin)

    1 7.48 560@1,600 190@2,400 4,188.80@1,600 [email protected] 2 4.43 560@1,600 190@2,400 2,480.80@1,600 [email protected] 3 2.76 560@1,600 190@2,400 1545.60@1,600 [email protected] 4 1.90 560@1,600 190@2,400 1,064.00@1,600 190@1,263.15 5 1.34 560@1,600 190@2,400 1,013.06@1,600 190@1,791.04 6 1.00 560@1,600 190@2,400 560.00@1,600 190@2,400.00 7 0.74 560@1,600 190@2,400 414.40@1,600 190@3,243.24

    La principal diferencia entre las dos transmisiones de 7 velocidades es el ltimo

    cambio, como podemos ver en la Overdrive y como se explico anteriormente en este captulo, la sobre marcha son esos cambios donde la relacin es menor a 1.00, en este caso 0.74, lo que hace que la transmisin nos entregue menos torque del que esta recibiendo del motor, recordemos que estamos con el camin en la ltima velocidad y en su velocidad crucero, no necesitamos todo el torque del motor para mantenerlo en movimiento y si encontrramos una pendiente en el camino con la suficiente inclinacin necesitaramos nicamente retroceder un cambio para superarla. Realmente el objetivo de la sobre marcha es el poder llevar a menores RPM el motor buscando una economa de combustible, ya que la transmisin nos entrega ms velocidad que la que recibe y la caja de velocidades no consume diesel. O por el contrario y el caso de los transportistas de nuestro pas se presenta, no se busca ahorro de combustible sino altas velocidades en carretera, an cuando las velocidades mximas para este tipos de vehculos de carga estn estipuladas por la SCT, (Secretara de Comunicaciones y Transportes). Mecnicamente la forma de obtener esta relacin menor a 1.00 es colocando un engrane de menor dimetro en el cambio anterior al de la flecha de entrada, lo que convierte al engrane de esta flecha en el penltimo cambio, en lugar de el ltimo. Se utilizan distintos mecanismos para que esta posicin invertida NO se refleje en la palanca de cambios. Normalmente columpios o Levas son las encargadas de invertir el movimiento de la palanca haca las barras.

  • 42

    Transmisin de 7 velocidades con Overdrive.

    En la ilustracin superior se puede observar que el dimetro del engrane de 7ma es menor al del engrane de 6ta, a dems de que es claro que la posicin entre estos dos engranes esta invertida en comparacin con la transmisin de 7 velocidades Directa.

    En el siguiente esquema se observa que para esta transmisin la 6ta velocidad es directa con relacin 1.00.

    R 1aaa

    2a.

    3a. 4a

    .

    5a.

    6a.

    7a.

  • 43

    Sexta velocidad (directa), transmisin Overdrive.

    Y para la 7ma velocidad el engrane de la flecha de entrada (6ta) de mayor dimetro impulsa, al engrane de 7ma de menor dimetro dndole la sobre marcha.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 44

    Sptima velocidad, Sobre marcha. (overdrive)

    Para todas las transmisiones vehiculares de estos segmentos el tren de tercera se conforma por un engrane loco, que se encuentra entre el engrande de reversa de la flecha auxiliar y el engrane de reversa de la flecha principal, lo que ayuda a invertir el sentido de giro de este ltimo, que a travs del collar de embrague de cambio impulsa la flecha de salida.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 45

    Reversa.

    El ejemplo que desarrollaremos a continuacin es el de una transmisin neumtica

    de 18 velocidades, todas las cajas de velocidades de este rango y este nmero de velocidades disponibles en el mercado en la actualidad cuentan con doble sobre marcha.

    Esta transmisin cuenta con alimentacin neumtica del sistema de aire del camin,

    y es pasado por el filtro regulador de la transmisin y enviado a una vlvula distribuidora de 4 pasos que hace la funcin de perilla selectora de la palanca de cambios. Esta vlvula, cuenta con una entrada de suministro de aire S, un escape E y 4 salidas de aire que van directas a las dos cajas pistn que mueven el divisor y el Rango de la transmisin.

    Perilla selectora neumtica SPICER SST.

    Recordemos que el rango y el divisor son dos sistemas de doble relacin independientes el uno del otro, integrados dentro de la transmisin y que ayudan para lograr las relaciones de cambios deseadas y la variedad de las 18 velocidades.

    R 1a 2a. 3a. 4a. 5a. 6a. 7a.

  • 46

    Transmisin de 18 velocidades para tractocamin.

    En la imagen anterior podemos observar los trenes de Divisor y Rango as como los de los 5 cambios de palanca ascendentes y el tren de reversa, donde se puede apreciar mejor el engrane loco que ayuda apara invertir el giro. A continuacin vamos a ver el patrn de cambios que fue descrito en el capitulo III, podemos observar que en los primeros 5 cambios de palanca movemos el selector neumtico de la perilla entre la posicin 1 y 2 para multiplicar cada cambio de palanca por 2 y as lograr las primeras 10 velocidades.

    Primeros 10 cambios con Rango en Baja.

    Una vez alcanzada la velocidad 10 regresamos la palanca de cambios a la segunda posicin y llevamos el selector de la perilla a la posicin 3, de esta manera hacemos el

  • 47

    cambio a rango alto y ahora el divisor lo moveremos con el selector neumtico de la perilla entre la posicin 3 y 4 hasta alcanzar los ltimos 18 cambios. De la misma forma pero invirtiendo nuestros movimientos logramos hacer los retrocesos.

    ltimos 8 cambios con Rango en Alta.

    A continuacin vamos a ver que elementos de la transmisin trabajan cuando seleccionamos cada cambio de velocidad y que relacin vamos logrando con cada combinacin de trenes para modificar torque y revoluciones. Escogeremos un motor tpico de aplicaciones de tractocamin para carretera con 1650 lb-pie @ 1200 RPM y una potencia de 435 HP @ 1800 RPM. En primera velocidad el operador oprime a fondo el pedal del embrague para detener todos los engranes de la flecha principal y poder acoplar con facilidad el collar embrague de primera en el engrane de la misma velocidad, el selector de la perilla neumtica se coloca en la posicin 1, esta forma la vlvula manda aire a los pistones para mantener el rango en baja y el divisor en baja.

  • 48

    Primera velocidad. Se observa que el flujo de potencia entra por la flecha de entrada transmitiendo al engrane de baja del divisor que a su vez alimenta a las dos flechas auxiliares principales, y el movimiento del engrane de primera es transmitido a la flecha principal por el collar embrague, el engrane de alta de rango que va empotrado en la flecha principal impulsa a las flechas auxiliares y atravs del sincronizador de rango se pasa el movimiento de el engrane de baja a la flecha de salida para mover el yugo. En este cambio la relacin es de 14.89, lo que nos da 24,568.50 lb-pie @ 1200 RPM y 435 @ 120.88 RPM Para pasar a la segunda velocidad, mantenemos la posicin de palanca en el engrane de primera velocidad y llevamos el selector de la perilla a la posicin 2, para cambiar el divisor a Alta y mantener el rango en Baja.

    11

    2a

    1a

    3 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 49

    Segunda velocidad.

    En este cambio podemos observar que lo nico que se movi fue el divisor de baja a Alta, el resto de la transmisin se mantiene igual, la relacin es 21.41, por lo que la transmisin entregara 20,476.50 lb pie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 145.04 RPM. Para hacer el cambio a tercera velocidad seleccionaremos el engrane de segunda moviendo la palanca a esta posicin y regresaremos el selector de la perilla neumtica a 1, para llevar el divisor de nuevo a Baja. Todo este tiempo el rango se mantiene en baja. Para tercera la transmisin nos entrega 17,160.00 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 173.07 RPM.

    11

    2a

    1a

    3 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 50

    Tercera velocidad.

    Pasamos a cuarta velocidad simplemente moviendo el selector de la perilla a posicin 2, para cambiar el divisor a Alta, la relacin es de 8.66 y la transmisin nos entrega 14,289.00 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 207.85 RPM.

    Cuarta velocidad.

    11

    2a 1a 3a 4a 5a

    HI LO HI LO

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 51

    Para quinta velocidad la relacin es 7.32 y vamos a seleccionar el engrane de 3ra moviendo la palanca a esta posicin, y regresando el selector de la perilla a 1, para bajar de nuevo el divisor, en esta posicin la transmisin entrega 12,078.00 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 245.90 RPM.

    Quinta velocidad.

    En sexta velocidad mantenemos la palanca en tercera y llevamos el selector de la perilla a 2, para subir el divisor, la relacin es 6.09 para lograr 10,048.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 295.56 RPM.

    11

    2a

    1a

    3a

    4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 52

    Sexta velocidad.

    Para sptima seleccionamos el engrane de cuarta y regresamos el divisor a baja, la relacin es 5.05 y la transmisin nos da 8,332.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 356.43 RPM

    Sptima velocidad.

    11

    2a 1a 3a 4a 5a

    HI LO HI LO

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 53

    En la octava velocidad si ponemos atencin estamos con la palanca en el engrane de cuarta que tambin es el engrane de Alta de divisor, por este razn la seccin principal queda directa y solo el rango trabaja para obtener una relacin 4.21 y 6,946.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 427.55 RPM.

    Octava velocidad.

    Para la velocidad nueve seleccionamos el engrane de 5ta con la palanca y regresamos el divisor a baja, para una relacin 3.54 y 5,841 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 508.47 RPM

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 54

    Novena velocidad.

    Para la dcima velocidad nicamente subimos el divisor para lograr una relacin 2.95 y 4,867.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 610.16 RPM.

    Dcima velocidad.

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 55

    Ya completamos los 5 cambios de palanca y utilizando el divisor en cada uno de ellos logramos 10 cambios de velocidad. Para continuar ascendiendo hacia la onceava necesitamos llevar la palanca al engrane de segunda, pero en esta ocasin seleccionaremos la posicin 3 de la perilla neumtica, de esta forma regresaremos el divisor a baja y haremos que el rango cambie a alta, como podemos observar en la siguiente figura.

    Onceava velocidad.

    La seccin auxiliar de la transmisin, el rango, queda libre, el sincronizador de esta seccin une el movimiento de la flecha principal con el de la flecha de salida, todas las transferencias tanto de torque como de RPM se realizan con el divisor y los engranes de palanca de la seccin principal. Para la onceava tenemos una relacin 2.47 lo que nos da 4,075.50 lbpie de torque @ 1,200 RPM y 435 HP @ 728.74 RPM. Para la doceava velocidad mantenemos la palanca seleccionando el engrane de segunda y movemos el selector de la perilla al 4 para mover el divisor a alta. La perilla neumtica en cada posicin mueve el divisor y nicamente entre la posicin 2 y 3 hace cambio de rango, para 1 y 2 mantiene el rango en baja y para 3 y 4 lo mantiene en Alta.

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 56

    La relacin en doceava es de 2.06 para lograr 3,399 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 873.78 RPM.

    Doceava velocidad.

    Para la treceava velocidad pasamos la palanca a tercera y movemos el selector de la perilla a 3 para bajar el divisor. La relacin es 1.74 para lograr 2,871 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 1,034.48 RPM.

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 57

    Treceava Velocidad.

    Para la Catorceava velocidad movemos el divisor a alta para una relacin 1.45 que nos entrega 2,392.50 lbpie @ 1,200 RPM y 435 HP @ 1,241.37 RPM.

    Catorceava velocidad.

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 58

    Para la quinceava velocidad vamos a mover la palanca al engrane de cuarta y bajamos el divisor para una relacin de 1.20 y 1,980.00 lbpie @ 1,200 y 435 HP @ 1,500.00 RPM

    Quinceava velocidad.

    En la velocidad 16 podemos observar que la transmisin se vuelve directa, relacin 1.00, como habamos sealado en la velocidad 8, el engrane de cuarta y alta de divisor que nuevamente coinciden son el mismo, as que el collar del divisor une la flecha de entrada y la principal, recordemos que ya tenamos la seccin del rango o auxiliar directa. El torque y las RPM son las mismas que entrega el motor.

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 59

    Dieciseisava velocidad.

    Diecisieteava velocidad.

    Para la 17 seleccionamos el engrane de quinta o Sobre Marcha, como comentamos con la transmisin de 7 velocidades este engrane es mas pequeo que el engrane que

    11

    HI

    LO

    HI

    LO

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    11

    2a

    1a

    3a 4a

    5a

    HI

    LO

    HI

    LO

  • 60

    impulsa los trenes que actan en este momento as que gira ms rpido, en esta marcha con el divisor en baja tenemos una relacin de 0.84, esto quiere decir que tendremos menos torque que el que nos entrega el motor pero mas revoluciones, 1,386 lbpie de torque @ 1,200 RPM y 435 HP @ 2,142.85 RPM.

    Dieciochoava velocidad.

    Para la dieciochava movemos el divisor a alta para bajar la relacin a 0.70 para obtener la sobre marcha mxima que nos baja el torque a 1,155 lbpie @ 1,200 RPM pero nos eleva las revoluciones en la potencia mxima a 435 HP @ 2,571.42 RPM. Recordemos que la entrada de torque y revoluciones es constante dentro de los lmites del motor y podemos observar como lo modifica la transmisin ampliando el torque en las primeras velocidades hasta igualarlo en la dieciseisava y disminuyndolo en las sobre marchas, pero al contrario de lo que pasa con el torque las revoluciones que entrega el motor son disminuidas en los primeros cambios, igualadas en el 16 y ampliadas en la 17 y 18, con el objetivo de bajar las revoluciones del motor en la velocidad crucero o poder mantener una mayor velocidad de la unidad. En captulos posteriores calcularemos el tren motriz de distintas unidades de acuerdo a las necesidades de carga, ruta y velocidad, y poder ejemplificar el uso prctico de la transmisin.

    11

    2a 1a 3a 4a 5a

    HI LO HI LO

  • 61

    En la siguiente tabla podemos observar como modifico el torque y las revoluciones del motor la transmisin para poder romper la inercia cargado y alcanzar la velocidad lineal deseada. Vel. Relacin. Torque lbpie

    @ RPM (motor)

    Potencia HP @ RPM (motor)

    Torque lbpie @ RPM (transmisin)

    Potencia HP @ RPM (transmisin)

    1 14.89 1,650@1,200 435@1,800 24,568.50@1,200 [email protected] 2 12.41 1,650@1,200 435@1,800 20,476.50@1,200 [email protected] 3 10.40 1,650@1,200 435@1,800 17,160.00@1,200 [email protected] 4 8.66 1,650@1,200 435@1,800 14,289.00@1,200 [email protected] 5 7.32 1,650@1,200 435@1,800 12,078.00@1,200 [email protected] 6 6.09 1,650@1,200 435@1,800 10,048.50@1,200 [email protected] 7 5.05 1,650@1,200 435@1,800 8,332.50@1,200 [email protected] 8 4.21 1,650@1,200 435@1,800 6,946.50@1,200 [email protected] 9 3.54 1,650@1,200 435@1,800 5,841.00@1,200 [email protected] 10 2.95 1,650@1,200 435@1,800 4,867.50@1,200 [email protected] 11 2.47 1,650@1,200 435@1,800 4.075.50@1,200 [email protected] 12 2.06 1,650@1,200 435@1,800 3,399.00@1,200 [email protected] 13 1.74 1,650@1,200 435@1,800 2,871.00@1,200 435@1,034.48 14 1.45 1,650@1,200 435@1,800 2,392.50@1,200 435@1,241.37 15 1.20 1,650@1,200 435@1,800 1,980.00@1,200 435@1,500.00 16 1.00 1,650@1,200 435@1,800 1,650.00@1,200 435@1,800.00 17 0.84 1,650@1,200 435@1,800 1,386.00@1,200 435@2,142.85 18 0.70 1,650@1,200 435@1,800 1,155.00@1,200 435@2,571.42

    CLASIFIACIN DE TRANSMISIONES MANUALES. De acuerdo a la experiencia que he desarrollado en campo trabajando para transmisiones TSP, puedo clasificar a las transmisiones en dos campos, por sus sistema de cambios y por su relacin final, a grandes rasgos las hemos estudiado al analizar que pasa dentro de la transmisin de 7 y de 18, pero ahora las explicaremos ms ampliamente.

    POR SU SISTEMA DE CAMBIOS. Por su sistema de cambios las podemos clasificar en Sincronizadas y NO sincronizadas, primero hablaremos de este componente y veremos cmo funciona y cual es su aplicacin. El sincronizador, es un componente que ayuda a igualar las revoluciones entre el engrane de la velocidad deseada y la flecha principal. A continuacin vamos a ver las piezas que componen el sincronizador.

  • 62

    Componentes de un sincronizador.

    Dientes embragables del engrane.

    Nariz del cono. Superficie del cono.

    Postes del Sincronizador.

    Dientes del plato Deslizable del sincronizador.

    Ranura para la Horquilla.

    rea de contacto. Anillo

    Anillo

    Orificios Biselados.

    Material de Friccin.

  • 63

    El plato deslizable contiene el collar de cambios, como se muestra en la ilustracin el collar tiene estriado interno, para que se pueda deslizar sobre la flecha principal. En los extremos est dentado para poder embragar con los dientes de los engranes. Tambin en el plato esta el alojamiento para la horquilla que puede ser impulsada por el operador o por el sistema neumtico de la transmisin dependiendo de qu sincronizador estemos hablando. Los Postes o pernos del sincronizador sirven para guiar y bloquear al plato una vez que ha embragado al engrane. Los anillos tienen pegado el material de friccin que har contacto en los conos de los engranes para desalojar el aceite que se encuentre entre ellos y poder reducir las RPM del engrane. (Los frenos estn diseados y calculados para restar la velocidad del engrane una vez que el clutch desconecte el motor de las transmisin.) El rango de aplicacin de los sincronizadores de cambio a los cuales el operador mueve directamente a travs de la palanca de velocidades, va desde una motocicleta con motor de 70 cc y un torque no mayor 30 lbpie, hasta aplicaciones medianas en motores de hasta 300 HP y 660 lbpie de torque, pasando por vehiculos de trabajo como las camionetas de 3 Toneladas con motores de 340 lbpie o autos deportivos como el Dodge Viper de 500 HP y 500 lbpie de torque. Todos estos sincronizadores tienen los mismos componentes aunque pueden variar en sus dimensiones y formas, as como en el material de friccin utilizado. Los ms importante que debemos recordar cuando hablamos de transmisiones sincronizadas es el uso del embrague obligatorio en cada cambio de velocidad, ya que de lo contrario el engrane a seleccionar sigue impulsado por el motor y forzamos los frenos y pernos del sincronizador, lo que puede resultar en quemaduras, fracturas y daos severos a la transmisin. Para el caso de las transmisiones no sincronizadas, tenemos nicamente el collar de cambios, o collar embrague, como se puede observar en la siguiente ilustracin el collar tiene un estriado interno para poder deslizar sobre la flecha principal y los engranes tienen dientes embragables para poder recibir el collar

  • 64

    Collar embrague y engranes.

    Este tipo de transmisiones son consideradas como transmisiones profesionales por Spicer, ya que se necesita de operadores capacitados para poder manejar este tipo de caja de velocidades. Al carecer de los componentes de un sincronizador como los frenos, el igualado de RPM entre los engranes y la flecha se debe hacer con la experiencia del chofer y el perfecto conocimiento del tren motriz que esta configurado en su camin. Como vimos en el captulo III, para un operador nuevo se recomienda incluso la tcnica del doble embrague, para sacar la palanca de la posicin original y de nuevo para meter la palanca en la siguiente posicin. Operadores con ms tiempo en el manejo de estas cajas y una buena tcnica de operacin pueden manejar con una sola aplicacin del embrague o incluso sin clutch. Para este tipo de transmisiones no se tienen aplicaciones con sincronizador ya que el lmite de los materiales de friccin de estos es hasta las 660 lbpie, se puede desarrollar sincronizadores pero encareceran el costo de la transmisin. Utilizando nicamente el collar embrague se tiene la capacidad desde los 600 lbpie hasta las 2,050 lbpie de torque.

    POR SU RELACIN FINAL Por su relacin final es un tema que ya hemos tocado con anterioridad pero aqu veremos sus aplicaciones reales. Recordemos que existen transmisiones Directas y transmisiones con Sobre Marcha, empecemos por las ventajas que tienen las Directas. Las Transmisiones Directas, tienen por lo general relaciones ms altas en los 3 4 primeros cambios, esto las vuelve ideales para las aplicaciones urbanas, en donde se topan con trfico, semforos, intersecciones, baches o simplemente paradas programadas continuas, y rara vez se manejan durante mucho tiempo en sus ltima velocidad.

  • 65

    Las transmisiones de este tipo se puede configurar con un eje de doble relacin conocido como dual, que hace que la relacin del eje diferencial cambie entre una relacin lente y una rpida, para obtener una doble marcha en cada velocidad de la transmisin y de esta forma contar con un desempeo ms uniforme en sus cambios. Tambin tenemos aplicaciones para carretera con transmisiones directas, para el caso de los tractocamiones que transportan materiales peligrosos, como los combustibles, la SCT, tiene estipulada una velocidad mxima de 85 km/hr, y deben circular siempre por carreteras principales y de cuota, a esta velocidad meter una transmisin con sobre marcha hara que las RPM del motor cayeran por debajo de las deseadas para un buen rendimiento de combustible (1,450 1,500 RPM). Por lo tanto se utilizan transmisiones directas para mantener el motor en la zona de mejor consumo. Por el contrario las transmisiones con Sobre marcha, son pensadas primordialmente para aplicaciones de carretera con velocidades entre los 95 y 105 km/hr, donde el motor puede mantener los mismas 1,450 RPM pero a estas velocidades. Se busca mejorar el rendimiento de combustible y el beneficio se tiene todo el tiempo que el camin circule en su ltimo cambio. Tambin se puede recurrir a estas transmisiones para aplicaciones mixtas, ya que no pierden fuerza en ciudad aunque el mejor desempeo lo tendrn en carretera.

    OPERACIN DE TRANSMISINES MANUALES.

    Una de las principales formas en que se pueden agrupar a las transmisiones manuales son en Sincronizadas y no Sincronizadas.

    La principal funcin del sincronizador es la de restar RPMs al engrane de la

    velocidad que seleccionamos para que sea ms fcil igualar sus revoluciones con las de la flecha principal, y as poder hacer cambios de velocidad ms rpido y fcil. Encontramos transmisiones sincronizadas desde los vehiculos ligeros hasta los camiones y autobuses de rango medio con motores menores de 660 lb.pie de torque.

    TRANSMISIONES SINCRONIZADAS.

    Una transmisin sincronizada, ayuda al conductor a realizar cambios de velocidades libres de ruidos (falsos acoplamientos). Las transmisiones Spicer no cuentan con sincronizador en las velocidades de primer y reversa, ya que normalmente estas velocidades son seleccionadas cuando el vehculo esta detenido. No se requiere de sincronizacin de la velocidad del motor y la velocidad del vehculo para efectuar un cambio a primera o reversa estando la unidad parada. De hecho, un sincronizador podra causar endurecimiento del cambio en estas dos velocidades, ya que el engranaje requiere de rotacin para efectuar su trabajo. Para usar los sincronizadores adecuadamente y obtener los beneficios de cambios de velocidades suaves y libres de ruido, a continuacin se describe como es que trabajan: En

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    neutral, un bloqueador mantiene el collar del clutch en la posicin de neutral, el cul permite al operador ejercer suficiente presin en la palanca para hacer que el anillo del sincronizador aumente su velocidad o que reduzca la velocidad de la flecha principal, para as igualar las velocidades del motor y la del vehculo. El bloqueador no es ms que dos superficies con cierta angularidad, que previenen al operador de hacer el cambio antes de que el engrane y la flecha estn sincronizados. La ltima fase del cambio es el acoplamiento del engrane y el collar para as proporcionar el flujo de potencia del motor a los ejes. Es muy simple su operacin, y muy importante el entenderlo, si el operador desea obtener el mejor resultado de una transmisin sincronizada. El propsito del sincronizador es el de simplificar los cambios de velocidades y ayudar al conductor a realizar cambios suaves y silenciosos. Cundo se requiere un cambio, el operador presiona el clutch y mueve la palanca al engrane (velocidad) deseado. Cuando el anillo del sincronizador hace contacto con el engrane deseado, los bloqueadores automticamente previenen al collar de cambios de completar el cambio hasta que la velocidad de la flecha y del engrane sean las mismas. En ese momento el bloqueador se neutraliza automticamente y el resultado es un cambio de velocidad suave y silencioso. Debe de notarse que una presin uniforme en la palanca de cambios ayuda al sincronizador a realizar su


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