Caracterización de transmisión CVT

5/10/2018 Caracterizaci n de transmisi n CVT - slidepdf.com

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PRÁCTICA 4Caracterización de transmisión CVT

4.1. Objetivo

Obtener las curvas características de una transmisión CVT variando parámetros mecánicosde la misma.

4.2. Introducción Teórica

La transmisión continuamente variable es un tipo de transmisión que estuvo presente en laindustria del automóvil desde finales del siglo XIX pero fue abandonada por problemas deeficiencia y durabilidad, siendo desplazada por las transmisiones de relaciones fijas. Lacaracterística fundamental de este tipo de transmisión es que son capaces de adoptar infinitas

relaciones dentro de un rango, lo que permite, teóricamente, que el motor trabaje en su punto demáximo rendimiento con la finalidad de economizar combustible y aumentar el confort de los

pasajeros (no hay cambios bruscos al cambiar de una relación a otra).

CVT de correa de goma en V

Las correas en V o trapezoidales están hechas con del mismo material que las planas perorediseñadas para soportar las condiciones de carga características para las transmisiones de este

tipo. La geometría de las poleas es cónica y una de las caras debe tener la capacidad de moverseaxialmente para permitir el cambio efectivo de

diámetro de las mismas. La fuerza ejercida sobre lacorrea por las dos caras de las poleas es lo que permitela transmisión de la fuerza por tensión. Sistemas

hidráulicos complejos son utilizados para controlar este tipo de transmisiones, sin embargo en aplicaciones

de baja potencia (motos tipo scooter, Go-Kart,vehículos de nieve, etc.) es posible accionarlas consistemas mecánicos simples compuestos por resortes y

masas. El tributo a la creación de estas transmisioneslo tiene Hub Van Doorne, quien en 1959 la

implementó en un vehículo holandés llamado Daffodil.

Polea Conductora

Esta polea consta de dos caras cónicas, una fija y otra

móvil que contiene un resorte helicoidal que mantienea la misma totalmente abierta y tres masas separadas a

120° alojadas en carcasas plásticas que descansan



sobre planos inclinados (ver Figura 1.9). Cuando el motor aplica sobre las masas una velocidad

angular, estas experimentan una fuerza centrifuga (en dirección radial y hacia afuera de lacircunferencia descrita) que, por estar sobre planos inclinados, se transforma en una fuerza axial,

comprimiendo el resorte y cerrando la polea. Esta fuerza centrifuga es proporcional a la masa, ladistancia de estas al centro de giro y al cuadrado de la velocidad angular.

De esta forma la polea comienza a cerrarse cuando la velocidad de giro del motor genera sobre lasmasas una fuerza equivalente mayor que la fuerza ejercida por el resorte para mantener la poleaabierta. La marca proporciona tres resortes para esta polea con diferentes rigideces y tres juegos demasas distintas con la finalidad de configurar su comportamiento en función de las necesidades de

operación.

Polea Conducida

Consta de una cara fija y una móvil vinculada a un resorte helicoidal de torsión que la mantienecerrada. El desplazamiento de la cara móvil ocurre cuando el par aplicado por la correa sobre estacara es mayor que el par aplicado por el resorte torsional. Los pares torsionales se transforman enfuerzas axiales ya que la unión entre la cara móvil y la fija es mediante cuñas cuyo contacto genera

componentes tangenciales y axiales sobre las caras.

El fabricante provee dos resortes con diferentes rigideces, que al ser combinados con las distintasconfiguraciones de la polea conducida producen diferentes comportamientos del sistema.

En la Figura 1.10 se muestra el diagrama de cuerpo libre de la CVT. El color rojo (líneas continuas)

muestra las fuerzas aplicadas sobre las caras de la CVT, mientras que el color azul (línea

discontinua) ilustra los desplazamientos que ocurren dentro de la misma.



Para el caso de las competencias Baja SAE® elsistema de transmisión debe ser accionado por unmotor reglamentario Briggs and Stratton®, modelo

Intek™ 20 OHV capaz de entregar 10 HP o 7,457kW @ 4000 rpm y 18,6Nm @ 2600 rpm (ver Figura

1.11). Por reglamentación de la competencia, estemotor debe estar ajustado para alcanzar unavelocidad angular máxima de 3800 rpm sin carga (envacio). En el rango de operación permitido seobserva que éste siempre entregará mayor potencia a

mayor velocidad de giro.

4.3. Montaje Experimental

Para poder caracterizar la caja de transmisión CVT, se requiere medir e interpretar tres parámetrosde funcionamiento de la misma; la velocidad de giro del eje del motor, la velocidad de giro del ejede salida de la CVT y el torque de salida de la CVT. Decimos que estos son los parámetros

fundamentales que debemos medir ya que, por ejemplo, al medir la velocidad de giro del motor y lavelocidad de giro del eje de salida, podemos conocer la relación de transmisión, y si por ejemploquisiéramos conocer la potencia entregada por el motor, bastaría con multiplicar el torque de salida

con la velocidad de giro del eje de salida.



Medición del par o torque de salida:

Este sistema consta de un caliper y un disco de freno montados sobre el eje de salida de la CVT. El

disco de freno está solidario al eje, mientras que el caliper está vinculado al mismo mediante unrodamiento, de tal forma que el eje puede girar sin inducir desplazamientos sobre el caliper. Por otra

parte el caliper está unido a un mecanismo de medición de cargas axiales (celda de carga) que

permite calcular el torque en el eje de salida. El freno sería accionado mediante el uso de una palanca ubicada a un lado del montaje.

La celda de carga modelo 9363 capazde medir hasta 300 lbs (136 kgf)fabricada por Reveré Transducers™ enconjunto con un Acondicionador de

señal e indicador marca CAS® modeloCI-3000A, disponible en laUniversidad, poseen rangos deoperación ajustados a los requeridos(máxima fuerza teórica 88,9 kgf).

La celda de carga se insta bajo elmismo esquema de montaje, unextremo pivotante unido al caliper, elotro extremo unido con un pivote a la

estructura rígidamente unida a laestructura del banco. Este montaje semuestra en la Figura



Medición de velocidades de giro en el eje de salida y el eje del motor:

Para medir las velocidades angulares del motor y del eje de salida se utiliza un par de imanes

dispuestos a 180° adheridos a la polea conductora, para medir la velocidad angular del motor, y otro par dispuesto de la misma manera adherido a la polea conducida, para medir velocidad angular deleje. El par de imanes generan dos pulsos por vuelta (lo que da una apreciación de ±0,25 rpm), que

es capturado por unos sensores efecto Hall. Dichos sensores generan un pulso de tensión en la líneade señal al ser expuestos a una variación del campo magnético, en nuestro caso dicha variación es

producida por los imanes instalados en las poleas. La diferencia de tiempo entre los pulsos puedeser interpretada como la velocidad angular de la polea. Los imanes y sensores efecto Hall sonmostrados en la Figura 2.4

Software de procesamiento

Para la recolección final, visualización en pantalla y almacenamiento de datos se utiliza una interfaz programada en el software de alto nivel LabVIEW ® de la marca National Instruments.

El programa posee un panel de control que permite configurar las propiedades del puerto paralelocomo: bit de parada, cantidad de bits por segundo y puerto COM por donde la señal es recibida

entre otros.

El programa también cuenta con una interfaz que muestra en unos relojes indicadores lainformación recibida y genera una gráfica de las variables medidas respecto al tiempo. Por otra

parte el programa almacena los datos recibidos en un archivo de texto plano que es fácilmente

importado por cualquier programa comercial para su post procesamiento, como MathCAD®,MatLab®, Excel®, etc.



4.4. Procedimiento Experimental

El protocolo a seguir para obtener las curvas características de la transmisión es:

a) Acelerar el motor hasta 3800 rpm (máximo) sin carga aplicada sobre el eje de salida.

b) Esperar a que el motor alcance condiciones estacionarias en régimen máximo.

c) Aplicar lentamente (para garantizar que el experimento se realice de manera cuasi-estática) y deforma creciente, carga sobre el eje de salida hasta detener el eje por completo, momento en el cual

la CVT empieza a deslizar.

d) Apagar el motor.

e) Esperar a que el disco de freno se enfríe (esté fresco al tacto) antes de realizar otro experimento(para que el coeficiente de fricción se mantenga constante).

f) Registrar todas las gráficas obtenidas de la corrida.

g) Cambiar a otro juego de masas y repetir el mismo protocolo hasta haber experimentado con lostres juegos de masa.

5.4. Presentación de Resultados

Se deben comparar y discutir las curvas obtenidas para los distintos juegos de masa y explicar las

similitudes y diferencias entre las mismas, así como también las fuentes de error asociadas al

experimento.

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