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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE VARIACIÓN
CONTINUA (CVT)
OMAR ARTURO QUIROGA GOMEZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA
BOGOTA D.C., COLOMBIA
DICIEMBRE DE 2004
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE VARIACIÓN
CONTINUA (CVT)
OMAR ARTURO QUIROGA GOMEZ
Proyecto de grado presentado como requisito parcial para optar al titulo de
Ingeniero Mecánico
Asesor:
JUAN PABLO CASAS
I.M., M.Sc.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA
BOGOTA D.C., COLOMBIA
DICIEMBRE DE 2004
Bogota D.C., Diciembre 5 de 2004
Doctor
ALVARO PINILLA
Director del Departamento de Ingeniería Mecánica
Universidad de Los Andes
La Ciudad
Apreciado Doctor:
Por medio del presente documento, someto a su consideración el proyecto de
grado titulad “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE
VARIACIÓN CONTINUA (CVT)”.
Considero que este proyecto de grado cumple con los objetivos propuestos y lo
presento como requisito parcial para optar al titulo de ingeniero mecánico.
Cordialmente,
OMAR ARTURO QUIROGA GOMEZ
Código 199913344
Bogota D.C., Diciembre 5 de 2004
Doctor
ALVARO PINILLA
Director del Departamento de Ingeniería Mecánica
Universidad de Los Andes
La Ciudad
Apreciado Doctor:
Por medio del presente documento, someto a su consideración el proyecto de
grado titulad “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TRANSMISIÓN DE
VARIACIÓN CONTINUA (CVT)”.
Certifico como asesor que el proyecto de grado cumple con los objetivos
propuestos y que por lo tanto califica como requisito parcial para optar al titulo de
Ingeniero Mecánico.
Cordialmente,
JUAN PABLO CASAS
Profesor Asesor
A mis padres, que han sido una parte
fundamental en el desarrollo de mi vida hasta
ahora, y que siempre estuvieron ahí para
apoyarme.
A mis amigos que de una u otra forma me
ayudaron a forjar mi carácter, y a creer en mi
mismo sin importar lo adverso del camino; para
ser lo que en este momento soy.
A Mario Soto, quien me enseño que en la vida
no existe nada imposible y que todo lo que uno
quiere lograr depende de uno mismo, sin
importar lo difícil que parezca.
“El rival mas difícil de vencer es uno mismo”
Mario Andrés Soto Eschebach.
AGRADECIMIENTOS
El autor de este proyecto expresa sus agradecimientos a:
Juan Pablo Casas, M.Sc. Asesor de este proyecto de grado. Su interés
mostrado por el proyecto, ayudo a que este se desarrollara de la mejor manera,
y su constante s preguntas ayudaron a que todos los objetivos del proyecto se
llevaran a cabo.
Departamento de Ingeniería Mecánica, por la asesoría prestada en varias
ocasiones, para el desarrollo de este proyecto.
A mis compañeros de universidad que me colaboraron con las dudas que tuve
sobre mi proyecto, y que con su modo de ver las cosas me colaboraron para que
este proyecto saliera adelante.
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7
RESUMEN
Este trabajo se centra en el diseño y la construcción de una transmisión de
variación continua para un motor de 5.5 Hp para que el conjunto de todo el
vehículo funcione de acuerdo a unos parámetros de aceleración, carga y
velocidad máxima previamente seleccionados.
Entre los aspectos mas importantes de la transmisión se encuentra su capacidad
de cumplir los requerimientos para el cual fue diseñada, una fácil construcción,
un fácil mantenimiento y buena confiabilidad.
Para comenzar fue necesario investigar sobre la historia de este tipo de
transmisiones en el mundo, entender su funcionamiento, revisar los tipos de
transmisiones actualmente usados en vehículos de producción masiva;
Partiendo de una amplia documentación en el tema de transmisiones de
variación continua o CVT’s se busco el modelo que más se ajustara a nuestros
objetivos principales: bajos costos, fácil mantenimiento y fácil construcción.
De todos los tipos de transmisiones existentes en el momento, se escogió el
modelo de poleas en V de diámetro variable, por su bajo costo, su facilidad de
mantenimiento y buena durabilidad.
Se empezó a construir la transmisión según lo diseñado, se creo un protocolo de
pruebas que pudiera evaluar el comportamiento de la transmisión, y así poder
compararla con lo que se diseño. Después del primer conjunto de pruebas se
encontraron algunos problemas de temperatura debido a la fricción entre
componentes, se corrigieron los problemas y se empezaron a hacer las pruebas
de nuevo
Por ultimo, sobre la base de la parte teórica y a las pruebas que se realizaron, se
hicieron recomendaciones y se sacaron conclusiones acerca de lo observado
durante la ejecución del proyecto.
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TABLA DE CONTENIDO AGRADECIMIENTOS.......................................................................................................6 RESUMEN...........................................................................................................................7 VARIABLES Y CONVENCIONES UTILIZADAS..........................................................9 VARIABLE .........................................................................................................................9 INDICE DE FOTOS..........................................................................................................11 INDICE DE FIGURAS......................................................................................................12 INDICE DE TABLAS.......................................................................................................13 INDICE DE GRAFICAS...................................................................................................14 MOTIVACIÓN..................................................................................................................14 CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN, TIPOS DE CVT Y BENEFICIOS...........................16
1.1. Introduccion ............................................................................................................16 1.2. Tipos de CVT..........................................................................................................16
1.2.1. De Fricción:......................................................................................................16 1.2.2. Poleas en v de variación continua: ...................................................................18 1.2.3. De tipo eléctrico:..............................................................................................19 1.2.4. De tipo hidráulico.............................................................................................20
1.3. Beneficios................................................................................................................21 CAPITULO 2. LA TRANSMISION EN EL VEHICULO................................................22
2.1. El Motor Y La Transmisión....................................................................................22 CAPITULO 3. RELACION MAXIMA Y MINIMA........................................................26
3.1. Determinacion de las relacione para la cvt .............................................................26 3.1.1. Determinación de la relacion maxima .............................................................26
3.2. Determinación de la relacion minima .....................................................................28 3.3. Valores finales para el diseño de la transmisión .....................................................30
CAPITULO 4. Dinamica de las correas en V....................................................................33 4.1. Correas en v ............................................................................................................33 4.2. Valores finales de correa.........................................................................................38
CAPITULO 5. CVT DIAMETROS VARIABLES...........................................................40 5.1. Transmision de poleas de diámetros variables ........................................................40 5.2. Funcionamiento de el sistema de transmisión.........................................................41
5.2.1. Polea de entrada ...............................................................................................41 5.2.2. Ejes de polea de entrada y de salida.................................................................44 5.2.3. Correa en V para velocidades variables ...........................................................45 5.2.4. Polea de salida..................................................................................................46 Fresorte(N)=Kresorte(N/mm)Xdesplazamiento resorte(mm)....................................48 5.2.5. Carcasa .............................................................................................................49
CAPITULO 6. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES .............................................................52 6.1. Eficiencia de la transmisión ....................................................................................52 6.2. Cambio de las relaciones en la transmisión ............................................................53 6.3. Optimización de las masas de los cilindros ............................................................55
BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................59
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VARIABLES Y CONVENCIONES UTILIZADAS
En este documento, y a menos que se especifique lo contrario, las variables de
todos los modelos y ecuaciones se identificaran con los símbolos mostrados en
la siguiente tabla. Se encuentran organizadas alfabéticamente.
SIMBOLO VARIABLE UNIDADES
%incl Porcentaje de inclinación de la pendiente %
A Área frontal proyectada del vehículo (m^2) m^2
C Carga del vehículo (Kg) Kg
Cd Coeficiente de drag
Cef Eficiencia del embrague (%) %
D1 Diámetro menor de las poleas (m) M
D2 Diámetro mayor de las poleas (m) M
Df Fuerza de arrastre (N) N
Ef Efectividad sistema de transmisión (%) %
Faxl Fuerza necesaria para cambiar de diámetro las poleas (N) N
Fll Fuerza tangencial de la llanta sobre el plano (N) N
Fm Fuerza que ejerce el plano inclinado sobre el vehículo (N) N
φr Diámetro externo de la rueda de tracción (m) M
Fs Factor de seguridad
g Fuerza de gravedad N
hr Relación máxima de la transmisión
hrn Relación máxima nueva de la transmisión
k Constante de arreglo de las poleas
lr Relación mínima de la transmisión
lrn Relación mínima nueva de la transmisión
M Masa del vehículo (Kg) Kg
µ Coeficiente de fricción caucho-acero
µef Coeficiente de fricción efectivo polea-correa
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10
n1h Revoluciones polea 1 máxima relación (min -̂1) min -̂1
n1l Revoluciones polea 1 mínima relación (min -̂1) min -̂1
n2h Revoluciones polea 2 máxima relación (min -̂1) min -̂1
n2l Revoluciones polea 2 mínima relación (min -̂1) min -̂1
Pm Potencia del motor al cigüeñal (w) W
Pr Potencia real del vehículo a la rueda de tracción (w) W
θ Angulo mínimo de abrace de polea (grados) Grados
ρ Densidad del aire (Kg/m^3) Kg/m^3
ρc Densidad lineal de la correa (Kg/m) Kg/m
rpm Régimen de revoluciones de la potencia máxima (min -̂1) min -̂1
Ρτ Relación de tensiones en la correa
T1h Tensión máxima en relación máxima (N) N
T1l Tensión máxima en relación mínima (N) N
T2h Tensión mínima en relación máxima (N) N
T2l Tensión mínima en relación mínima (N) N
Tf Fuerza de empuje del vehículo (N) N
v velocidad del vehículo (m/s) m/s
Vch Velocidad correa máxima relación (m/s) m/s
Vcl Velocidad correa mínima relación (m/s) m/s
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INDICE DE FOTOS
Foto 1 Transmisión cvt construida.....................................................................................40 Foto 2 Transmisión cvt construida ....................................................................................40 Foto 3 Mitad polea de entrada con cilindros .....................................................................41 Foto 4 Poleas de entrada ...................................................................................................42 Foto 5 Cilindro...................................................................................................................44 Foto 6 Ejes ........................................................................................................................45 Foto 7 Correa en v para velocidades variables .................................................................46 Foto 8 Polea de salida .......................................................................................................46 Foto 9 Embrague centrífugo .............................................................................................48 Foto 10 Resorte helicoidal .................................................................................................49 Foto 11 Carcasa..................................................................................................................50
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INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Cvt de friccion ....................................................................................................17
Figura 2. Cvt de friccion 3 cuerpos....................................................................................18
Figura 3. Cvt de poleas en v...............................................................................................19
Figura 4. Cvt’s hidraulicas .................................................................................................20
Figura 5. Diagrama de bloques funcionamiento de transmision a carga variable ............24
Figura 6. Relacion aumentando en la transmision ............................................................24
Figura 7. Relacion disminuyendo en la transmision .........................................................25
Figura 8. Potencia disponible.............................................................................................27
Figura 9. Cuerpo libre vehiculo en plano inclinado...........................................................29
Figura 10. Tensiones en la correa en v...............................................................................34
Figura 11. Diferencial de correa ........................................................................................34
Figura 12. Diferencial de correa ........................................................................................34
Figura 13. Cuerpo libre Cilindros sobre plano ..................................................................43
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Determinacion de relaciones de la transmision ...................................................31
Tabla 2. Valores finales de la correa..................................................................................38
Tabla 3. Masas de los cilindros ..........................................................................................44
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INDICE DE GRAFICAS
Grafica 1. Curvas de potencia y torque motor intek ic 90 .................................................23
Grafica 2. Curvas de fuerza de empuje y fuerza de arrastre contra velocidad ..................28
Grafica 3. Fuerza producida por los cilindros en la polea de entrada ...............................42
Grafica 4. pruebas de potencia con y sin transmision ......................................................51
Grafica 5. Pruebas de rpm de entrada y salida de la trasnsmsion .................................... 52
Grafica 6. Pruebas de cambio de relaciones .....................................................................52
Grafica 7. Optimizacion de masas ....................................................................................53
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MOTIVACIÓN
Los Vehículos con motores de combustión interna han sido de gran interés
durante mi vida. Este interés es una de las razones por la que estudie ingeniería
mecánica.
Durante la carrera de ingeniería mecánica, es poco lo que se puede aprender
acerca de este tipo de vehículos, y la mayoría de lo que he aprendido ha sido
por interés propio.
Al hablar con Juan Pablo Casas, quien estaba desarrollando una vehículo de
dos ruedas de fácil construcción con estudiantes de ultimo semestre de la
universidad, me propuso desarrollar una transmisión de variación continua para
este vehículo.
Con este proyecto vi una manera interesante de incursionar en el ámbito del
diseño y la construcción de partes para un vehículo, y de aplicar todos mis
conocimientos adquiridos dentro y fuera de la universidad.
Aunque mi pasión por los carros es muy grande, soy muy consciente del grado
de contaminación que estos producen, y con la implementación de esta
transmisión vi una manera de disminuir en algo la contaminación producida por
el motor de combustión interna, sin sacrificar las sensaciones de aceleración y
velocidad que un vehículo propulsado por estos motores produce.
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16
CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN, TIPOS DE CVT Y BENEFICIOS
1.1. Introducción
Las transmisiones de variación continua (CVT), son transmisiones que proveen
un rango de relaciones sin interrupciones, a diferencia de las transmisiones
mecánicas o automáticas que proveen unas pocas relaciones de tipo discreto.
A través de los años, se han buscado diferentes maneras de lograr este tipo de
transmisiones, estas son algunas de estas.
1.2. Tipos de CVT
1.2.1. De Fricción:
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17
Esta es la transmisión mas común del tipo CVT, en la cual dos cuerpos se ponen
en contacto en puntos que varían su distancia desde sus ejes de rotación, y
permiten que la fricción transfiera movimiento de un cuerpo al otro, algunas
veces existen otros intermediarios como una rueda o una correa. Actualmente no
existe ningún tipo de transmisiones de este tipo de 2 cuerpos como el que se ve
en la siguiente figura.1
Figura 1: Cvt de fricción
La fricción juega un papel muy importante en este diseño de transmisiones, el
máximo torque transmisible por este diseño depende de diferentes variables
como lo son:
Coeficiente de fricción entre la rueda y el disco (Cf), la fuerza normal que empuja
la rueda sobre el disco (Fn) y el radio de la rueda o disco de salida. Como se
observa a continuación.
Tmax = Cf × FN × Ro Ecuación 1
La pérdida presente en este tipo de transmisiones se presentan debido a los
siguientes factores:
-Deformación de componentes.
-Deslizamiento debido a velocidades diferentes. 2
Siendo el factor mas influyente, la deformación de los componentes. Este
fenómeno es causado por los altos valores de las fuerzas normales y puede ser
minimizado usando materiales muy poco deformables y de alto coeficiente de
fricción (como acero recubierto con caucho para incrementar el valor del
coeficiente de fricción). La otra forma de perdida de energía se da por la gran
área de contacto entre los componentes rotantes, esto hace que el extremo mas
1 http://www.gates.com/brochure.cfm?brochure=1033&location_id=542 2 http://www.gizmology.net/cvt.htm
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18
cercano al eje de rotación gire alrededor de un radio menor al que están rotando
las partes exteriores del otro elemento de rotación, causando una deformación
de el elemento rotante, y un deslizamiento de los extremos de este, este
problema puede reducirse usando un elemento rotante rígido y que produzca un
área de contacto mínima.3
Diseños mas avanzados usan tres elementos en vez de dos, esto trae ventajas
favorables como lo es un incremento en el rango de relaciones, y un diseño mas
simple. El rango de relaciones puede llegar a ser 1:5 a 5:1, lo que haría
necesario usar un juego de piñones para así obtener las relaciones máxima y
mínima que necesitamos. 4
En la grafica a continuación se pueden observar algunos tipos de estas
transmisiones.
Figura 2: Cvt de fricción 3 cuerpos
1.2.2. Poleas en v de variación continua:
Las poleas de variación continua son una diversificación en el tema, donde dos
conos se enfrentan el uno al otro, con una correa en v sobre ellos, la distancia
desde el centro de la polea, en la cual la polea hace contacto depende de la
distancia entre los conos, entre mas separados están entre si, la correa girara en
el menor radio de giro posible. Entre mas ancha sea esta correa, mayor el sera
el numero de relaciones que el sistema nos va a proporcionar.
3http://www.me.utexas.edu/~melingo/art/new/cvt.htm 4 http://www.torotrak.com/howitworks.html
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19
Usualmente estas correas no son simples correas en v como las usadas para
aplicaciones normales, estas correas son especiales, ya que deben soportar
fuertes cambios de velocidades, así como de un alto valor de la fuerza normal,
sin presentar altas deformaciones.
Este sistema de poleas, debe siempre venir en pares, cumpliendo el objetivo que
la primera polea incremente el diámetro para que la segunda lo disminuya, de
manera que la correa siempre este tensionada, y no vaya a deslizarse sobre las
poleas.
Normalmente una de las poleas es controlada por una leva, mientras las otra
mantiene ese contacto sobre la corea por medio de la fuerza de un resorte, este
tipo de transmisiones, han sido usadas en muchas aplicaciones, desde
herramientas eléctricas hasta vehículos para uso en la nieve, incluso
automóviles. 5
Figura 3: Cvt de poleas en v
1.2.3. De tipo eléctrico:
Se puede decir que un generador potenciando a un motor mediante cualquier
tipo de control de velocidad electrónico puede constituir una transmisión de
variación continua, Transmisiones eléctricas tiene la ventaja de una gran
flexibilidad de usos, ya que el generador puede ser localizado a cualquier
5 http://www.honda.co.nz/h.nsf/t/t_cvt.html, http://www.sae.org/automag/techbriefs_01-00/03.htm
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20
distancia o orientación del motor y cualquier exceso de potencia generado,
puede ser almacenado en baterías, y utilizado cuando se manejen altas cargas.
El gran problema con estas transmisiones es su peso y poca eficiencia; ya que
un generador o motor típico, tiene una eficiencia de alrededor 80%, lo que daría
una eficiencia total de la transmisión de tan solo 64%,esto hace que el uso de
estas transmisiones sea limitado para situaciones donde otros tipos de
transmisiones no se puedan usar.
1.2.4. De tipo hidráulico
Una CVT hidráulica consta de una bomba hidráulica y un motor hidráulico, de los
cuales al menos uno posee un desplazamiento variable, para que esto haga
variar la velocidad de salida de manera continua.
Este tipo de transmisiones se usa en algunos vehículos todo terreno
(cuatrimotos) y consiste en un motor de desplazamiento variable y una bomba.
Que a medida que se incrementa el desplazamiento la velocidad de salida
decrece, mientras el volumen de la bomba permanece constante. 6
Figura 4: Cvt´s hidráulicas
6 http://www.sae.org/ohmag/toptech/01.htm, http://www.torvec.com/infinitelyvariable.htm
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21
1.3. Beneficios
Las transmisiones automáticas o mecánicas usan múltiples juegos de
engranajes con un embrague que permite disponer de diferentes relaciones (4 o
5), mientras las CVT reemplazan esas relaciones discretas, con un diseño de
infinitas relaciones ajustables. Se puede indicar, que las CVT cambian las
relaciones de una manera suave eliminando el tradicional “cabeceo”, al hacer los
cambios.
Otra ventaja de las CVT es tener la conveniencia de las transmisiones
automáticas, con un rendimiento parecido a las transmisiones mecánicas.
Debido a sus relaciones infinitas las CVT se diseñan para que mantengan la
relación ideal a la cual el motor entrega su mejor rendimiento, estas
características han demostrado un ahorro de gasolina en estos vehículos de
aproximadamente 10% comparado con las transmisiones automáticas.
Aparte de el ahorro de combustible, debido a que el régimen de revoluciones del
motor es controlado por los ingenieros que diseñan las transmisiones, este tipo
de transmisiones ayudan a controlar de una manera eficiente las emisiones del
motor.
Las transmisiones de variación continua CVT tienen algunas deficiencias, una de
ellas es que es una nueva tecnología si se comparan con las transmisiones
automáticas y mecánicas, aunque en lugares como Asia son mucho mas
populares que lo que lo son en Europa o estados unidos. 7
La otra deficiencia es la limitante en la transmisión de altos torques (280 N.m y
mas), en el momento fabricantes como Audi, BMW, Nissan y otros están
mejorando sus CVT para lograr transmitir una mayor cantidad de torque en sus
transmisiones y así poder acondicionarlas a toda su gama de autos de
producción masiva, y no solo a los compactos.
7 http://www.audiworld.com/news/100699.html
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22
CAPITULO 2. LA TRANSMISION EN EL VEHICULO
2.1. El Motor Y La Transmisión
La transmisión es muy importante en el desempeño de un vehículo y es por eso
que se debe diseñar una transmisión para cada tipo de motor y carrocería, sin
ser esta ultima tan critica como la anterior.
El funcionamiento de este conjunto debe darse de la mejor forma posible.
buscando que la potencia nominal del motor llegue en un alto porcentaje a las
ruedas de tracción del vehículo, y que las relaciones de velocidad máxima y
aceleración máxima de la transmisión, sea acorde con las características para
las cuales se usara el vehículo.
Para este trabajo, la fuente de potencia que se utiliza es un motor “briggs &
stratton” modelo intek i/c de 5.5 Hp, siendo utilizadas las curvas de torque y
potencia para el diseño de la transmisión que cumpla con las características de
diseño, así como de geometría y costos
Con el fin de validar el modelo matemático utilizado en el diseño de la
transmisión y de esta manera poder usarlo posteriormente en cualquier motor
que se requiera.
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23
Grafica 1: Curvas de potencia y torque motor intek ic 90
En las graficas de Potencia y Torque del motor que va a ser utilizado, podemos
observar que el torque máximo se obtiene a las 2600 rpm, y que su potencia
máxima esta en el régimen de las 4000 rpm. Con estos valores se limitará el
rango de uso de la transmisión a los mismos para así con el fin de obtener del
motor el torque máximo que dará la mayor aceleración, y de igual forma la
potencia máxima que ayudara a desarrollar la velocidad máxima. Todo esto
mejorara el consumo de combustible del motor, debido a que este se limitara a
trabajar en el punto optimo.
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24
Figura 5: Diagrama de bloques de funcionamiento de transmisión a carga variable
El esquema muestra el comportamiento que debe tener la transmisión para una
apertura de carburador constante en donde la carga sobre la transmisión tiene
variaciones.
Cuando la carga sobre la transmisión aumenta, la transmisión aumentara la
relación, de tal forma que el motor pueda igualar y vencer el torque que se le
esta poniendo de carga. La polea de salida al no poder vencer el torque que el
camino le esta imponiendo perderá velocidad, produciendo de igual manera una
reducción en la velocidad de la polea de entrada. Lo mencionado anteriormente
causara que los pesos esto hará que los pesos en la polea de entrada se
acerquen al centro de la polea y la relación aumente.
Figura 6: Relación aumentando en al transmisión
Al mantener la misma carga igual, no habrá ningún cambio en la transmisión y
esta mantendrá la relación de la transmisión a su vez que las rpm’s del motor.
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25
Cuando la carga sobre la trasmisión disminuye, la transmisión disminuirá la
relación de manera que el motor se mantenga en el lugar optimo de
revoluciones. La polea de salida al tener menos carga va a ganar velocidad,
produciendo de igual forma un aumento en la velocidad de la polea de entrada,
haciendo que los pesos en la polea de entrada se alejen del centro y la relación
disminuya.
Figura 7: Relación disminuyendo en la transmisión
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26
CAPITULO 3. RELACION MAXIMA Y MINIMA
3.1. Determinación de las relacione para la cvt
3.1.1. Determinación de la relación máxima
Regularmente la relación máxima en una transmisión se selecciona con el fin de
que el vehículo pueda alcanzar la velocidad máxima posible; a su vez esta
también se usa para beneficiarse de un bajo consumo de combustible en
autopistas (altas velocidades constantes). Para esto es necesario saber la
velocidad máxima del vehículo usando la potencia dada por el motor.
3.1.1.1. Potencia disponible
Es necesario saber que la potencia del motor al cigüeñal va a ser diferente a la
que llega a las ruedas del vehículo, esto se debe a las perdidas que se van a
producir en la transmisión desde el motor hasta la rueda de tracción. Es por
tanto que al basarse en los valores de eficiencia que Audi da para su
transmisión, la cual funciona de manera muy similar a la que se esta diseñando
en este trabajo, se decidió tomar como valor base una eficiencia de 70%, este
valor es 15% menor a la que da audi, esto se debe a que la transmisión utilizada
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27
en este trabajo emplea controladores completamente mecánicos, que ha medida
que se desgastan pierden efectividad en su desempeño.
Figura 8: Potencia disponible
Pr Pm Ef= × Ecuación 2
A una velocidad dada la fuerza de empuje del vehículo es igual a:
PrTfv
= Ecuación 3
También es necesario calcular la fuerza de arrastre del vehículo que se opondrá
a la fuerza de empuje del motor. 2
2Cd v A
Dfρ× × ×
= Ecuación 4
Igualando la fuerza de empuje del motor y la fuerza de arrastre del vehículo se
puede conocer la velocidad final del vehículo.
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28
Gráfica 2: Curva de empuje y fuerza de arrastre –vs- velocidad
3 Pr
2
vCd Aρ
=× ×⎛ ⎞
⎜ ⎟⎝ ⎠
Ecuación 5
Con la velocidad máxima permitida tanto por el motor como por la aerodinámica
del vehículo, se obtiene la relación máxima que debe tener la transmisión.
260 2max
rpm r
hrv rel
π φ× × ×=
× Ecuación 6
3.2. Determinación de la relación mínima
Para determinar la relación mínima que el vehículo requiere es necesario
considerar que el vehículo debe ser capaz de arrancar en un plano inclinado
desde el reposo.
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29
Figura 9: Cuerpo libre vehículo en plano inclinado
( ) %100incl Fs
Fm M C gEf
⎛ ⎞= + × ×⎜ ⎟⎝ ⎠ Ecuación 7
“La fuerza tangencial que las ruedas motrices ejercen sobre el plano inclinado
para empezarse a mover.”
2
T CEf lr relFll rφ× × ×
= Ecuación 8
Al igualar estas dos fuerzas que van en sentidos contrarios, se obtiene la
relación mínima en la transmisión la cual va a permitir que el vehículo se ponga
en movimiento desde el reposo en el plano inclinado. (se ha considerado un
factor de seguridad, y las perdidas del embrague por deslizamiento en el
momento del contacto, todo esto para asegurar que efectivamente el vehículo
pueda arrancar desde el reposo en este plano inclinado).
2rFm
lrT CEf rel
φ×=
× × Ecuación 9
Teniendo las relaciones máxima y mínima de la transmisión ya se puede definir
la geometría de las poleas de diámetro variable que harán parte fundamental en
la construcción de la transmisión.
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30
Los valores de estas relaciones van a ser muy altos, lo que obliga a que el
diámetro de las poleas cambie en gran cantidad, para evitar esto se dividen las
relaciones obtenidas entre el máximo común divisor conseguido de las mismas y
así se disminuye este valor y de igual forma se obtienen valores simétricos en
las poleas.
Para garantizar que la transmisión funcione adecuadamente es necesario poner
este valor del máximo común divisor como relación final, esto permitirá a la
transmisión tener el mismo tipo de aceleración en el plano inclinado y también de
velocidad máxima. para el cual fue diseñada
k lr hr= ×
lrlrnkhr
hrnk
=
=
Dependiendo del espacio disponible para la transmisión, se debe fijar el diámetro
menor que van a tener las poleas, y su distancia entre los ejes; con esto se
obtendrá el valor del diámetro máximo de las poleas y también la longitud total
de la correa en V quesera utilizada.
1
2
Dhrn
D=
3.3. Valores finales para el diseño de la transmisión
Los siguientes valores se obtuvieron en una hoja de excel, teniendo en cuenta
todas las ecuaciones anteriormente mostradas.
Tabla 1: Determinación de relaciones de la transmisión
DETERMINACION DE LA RELACION MÁXIMA
Potencia del Motor (hp) (w) 5 3728.49
Eficiencia de la Transmision (%) 70
Potencia Disponible (hp) (w) 3.5 2609.94
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Fuerza de Empuje (N) 41759.19/v 183.02
Fuerza de Arrastre (N) A VEL MAXIMA 183.0215568
Coeficiente de Drag 1
Densidad del Aire (Kg/m^3) 1.2
Velocidad Vehiculo (m/s) v
Area Frontal (m^2) 1.5
Velocidad Maxima (m/s) (Km/h) 14.26 51.33
RPM Potencia Máxima 4000
Diametro Rueda de Traccion (in) (m) 10 0.25
Piñon (T) 20
Plato (T) 40
Relacion 2
Relacion Máxima 1.86
DETERMINACION DE LA RELACION MINIMA
Masa del Vehiculo (Kg) 150
Carga Maxima (Kg) 70
Inclinación de la Pendiente (%) 25
Factor de Seguridad 38473
Fuerza de la Pendiente (N) 1156.17
Torque Maximo (Nm) 11
Eficiencia del Clutch (%) 70
Fuerza de Traccion (N) 274.16
Relacion Minima 9.53
PARA OBTENER RADIOS SIMÉTRICOS
Relación Mínima 9.53
Relación Máxima 1.86
K (máximo común divisor) 4.21
mínima relación DEFINITIVA 2.26
máxima relación DEFINITIVA 0.44
diámetro máximo (mm) 101.74
diámetro mínimo (mm) 45
Para la anterior tabla se usaron los valores de potencia, torque máximo y
régimen de revoluciones de cada uno. Estos fueron suministrados por el
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32
fabricante en la respectiva curva de potencia y torque del motor. Adicionalmente
a esto se tomo un factor de seguridad de 1.5 para asegurar que el motor y la
transmisión funcione como se diseñaron, sin importar diferencias entre motores
del mismo tipo debidos a la producción en masa de estos, y las condiciones de
altura, temperatura y humedad relativa donde se utilicen los motores.
El valor de eficiencia de la transmisión se asumió de acuerdo a datos de
fabricantes como audi, la cual es del 85 %.8 para este tipo de transmisiones. Sin
embargo debido a que los controles de la transmisión son completamente
mecánicos (resortes, pesas, embrague centrífugo) y sufren desgaste, se decidió
hacer esta eficiencia del 70%.
El coeficiente de arrastre del vehículo se asumió como el máximo para este tipo
de vehículos ya que este parámetro nunca se tuvo en cuenta en la construcción
de el chasis para el vehículo, por lo cual es de esperarse que tenga un valor muy
elevado. La eficiencia del embrague se asumió basado en valores consultados
para este tipo de mecanismos la cual es del 70%.
8 http://www.audiworld.com/news/100699.html, http://www.sae.org/automag/techbriefs_01-00/03.htm
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33
CAPITULO 4. Dinamica de las correas en V
4.1. Correas en v
En un sistema de poleas en V, el coeficiente de fricción se da de manera
diferente que en una correa plana, ya que factores como el ángulo de abrace
mínimo de la correa (ángulo mínimo que necesita la correa abrazar la polea para
evitar un deslizamiento), y el ángulo de la misma va a hacer que este coeficiente
de fricción sea mayor.
En el siguiente diagrama se puede observar la representación de una correa
envuelta en una polea de radio r, el contacto sobre la polea se extiende desde
φ=0 , donde la tensión es Fmin y es el lado suelto de la correa, hasta φ = θ donde
la tensión es Fmax, la velocidad v es constante como se observa en el diagrama.
Para lograr entender como la tensión de la correa se incrementa de Fmin a
Fmax, debemos considerar un diferencial de la correa ubicado entre δφ y φ.
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34
Figura 10: Representación de correa envuelta en una polea de radio r
Este elemento diferencial hace contacto con los dos lados inclinados de las
poleas dando como resultado una reacción normal como se puede apreciar a
continuación.
Figura 11: Diferencial de correa
La tensión de la correa se incrementara desde F hasta F+ �F a través del
diferencial mostrado a continuación.
Figura 12: Diferencial de correa
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35
Haciendo sumatoria de fuerzas tanto en el plano normal como en el tangencial y
asumiendo que la aceleración tangencial es cero, se obtiene:
TANGENCIAL
( ) cos cos 2 02 2 fF F F Fδφ δφδ δ⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ − − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Ecuación 10
NORMAL
( ) 2sin sin 2 sin2 2 cF F F N vδφ δφδ δ β ρ δφ⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ + − = ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Ecuación 11
En el limite, de estas dos ecuaciones se obtiene:
( )2
sinf
c
F FN F v
δ δ θδ ρ δφ
=− ×
Para evitar un alto deslizamiento entre la correa y la polea esta relación entre la
fricción y la fuerza normal deben ser menor o iguales al coeficiente de fricción de
la correa y el material de la polea.
fFN
δµ
δ≤
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36
Eliminando las fuerzas de fricción y la normal, así como también separando
variables e integrando sobre el ángulo de contacto, obtenemos como resultado
el radio máximo de tensiones de correa que puede soportar el sistema sin
deslizar.
( )2max sin
2min( )
c
c
F ve
F v
µ θβρ
ρ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
− ×≤
− ×
De esta ecuación se va a obtener el coeficiente efectivo de fricción polea correa,
que se amplifica debido al efecto de cuña que se da entre la polea y la correa.
sin2
ef µµβ
=⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
Las tensiones en la correa en la relación mínima se dan de la siguiente manera:
( )2 112 cos2
D Da
θ − −⎡ ⎤= × ⎢ ⎥×⎣ ⎦
( )efRt e µ θ×=
Es muy importante saber la velocidad que va a tener la correa en V ya que por
medio de esto se podrá determinar las tensiones que debe soportar la correa, la
pretensión que necesita el sistema y además las fuerzas necesarias para lograr
hacer variar la polea de diámetro.
Solo se evaluaran los casos extremos. (Máxima relación y mínima relación) Para
las revoluciones de máxima potencia, ya que los demás casos van a estar dentro
de los limites de las velocidades y fuerzas de los casos extremos.
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37
12
ll
nnlrn
=
1 1260 2
ln DVcl π×= ×
12
hh
nn
hrn=
1 1260 2
hn DVch
π×= ×
La fuerza que se necesita para sostener las dos partes de la polea, manteniendo
el diámetro necesario se obtiene de la siguiente forma: debido a que la velocidad
de la correa en la relación mínima va a ser menor, y que esta fuerza de las
poleas es inversamente proporcional a la velocidad de la correa.
PeVclFaxl
efµ
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=
Las tensiones de la correa para la relación mínima son:
1 11l
PeVclT
Rt
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=
⎛ ⎞−⎜ ⎟⎝ ⎠
12
ll
TTRt
=
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38
4.2. Valores finales de correa
Tabla 2
VELOCIDADES
Velocidades en Relacion Minima
cono de entrada (RPM) 4000
cono de salida (RPM) 1769,181
velocidad correa (m/s) 9,424777961
Velocidades en Relacion Maxima
Cono de Entrada 4000
Cono de Salida 9043,732664
velocidad correa 21,30879307
velocidad maxima en relacion minima 11,76453077
velocidad maxima en relacion maxima 60,13814934
FUERZAS (poleas en v)
RELACION MINIMA
distancia centro a centro poleas (mm) 267
Angulo Surco de la Polea (grados) 30
Coeficiente de Friccion 0,7
Coeficiente Efectivo 2,704592314
Angulo de Abraze Correa en Radio
minimo 167,8006521
relacion de las tenciones 2754,162899
tension1 (N) 395,7497605
tension2 (N) 0,143691486
cargas en el eje (N) 395,8902083
fuerza para mantener la relacion (N) 146,2719786
RELACION MAXIMA
distancia centro a centro poleas (mm) 267
Angulo Surco de la Polea (grados) 30
Coeficiente de Friccion 0,7
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39
Coeficiente Efectivo 2,704592314
Angulo de Abraze Correa en Radio
minimo 167,8006521
relacion de las tenciones 2754,162899
tension1 (N) 175,0382393
tension2 (N) 0,063554062
cargas en el eje (N) 175,1003587
fuerza para mantener la relacion (N) 64,69540134
Se observa que las fuerzas necesarias para mantener la relación disminuyen a
medida que se acerca a la relación máxima. Esto se debe a que la velocidad de
la correa es inversamente proporcional a la fuerza necesaria. Sin embargo la
fuerza que proporcionan las pesas aumentan a medida que las rpm’s del motor
aumentan.
Con estos valores se observa la necesidad de adicionar un resorte en la polea
de salida para lograr mantener la relación requerida todo el tiempo, conservando
la tensión.
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40
CAPITULO 5. CVT DIAMETROS VARIABLES
5.1. Transmision de poleas de diámetros variables
Después de evaluar los tipos de transmisiones previamente construidas, y
analizar la manera de diseñarlas, su complejidad, y valores de desempeño, se
decidió construir la transmisión de variación continua por medio de poleas en v,
las cuales varían el diámetro, debido a su facilidad de construcción, buenos
resultados al ser utilizadas con motores de bajas potencias, y fácil
mantenimiento.
Todo el sistema de transmisión será construido con controladores mecánicos. Foto 1
Foto 2
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41
5.2. Funcionamiento de el sistema de transmisión
5.2.1. Polea de entrada
5.2.1.1. Polea con rampas para cilindros
La polea de entrada será la encargada de mantener las revoluciones del motor
en el rango para el cual se diseño el sistema (2600-4000 rpm), esta polea se
compone de 6 rodillos que van a desplazarse por una curva radial a la polea,
cambiando los diámetros de la polea de entrada. Esta parte de la polea fue
extraída de una pieza que hace parte de la transmisión de una scooter peugeot
trekker, ya que el perfil por donde se desplazan los cilindros no pudo ser
probado en modelos que se hicieron en abs. Se tomo esta parte, por su facilidad
de obtención y porque las características de potencia máxima del motor son
similares a la del motor con el que contamos (6 Hp y 9 N.m)
A mayor velocidad del motor, estos pesos se van a alejar del centro de la polea,
obteniendo un diámetro mayor en la polea, incrementando asi la velocidad del
vehículo.
En la foto presentada a continuación, podemos observar de que se compone la
polea de entrada a nuestra transmisión.
Foto 3
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42
Foto 4
Grafica 3
FUERZA EN LA CORREA
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1000 2000 3000 4000 5000
RPM MOTOR
FUER
ZA (N
Esta grafica corresponde a la fuerza entregada por los 6 cilindros a la correa en
v. Según las graficas de cambio de relaciones del sistema; estas fuerzas se
obtienen debido a ala descomposición de la fuerza centrípeta en los planos de
rodadura de los cilindros. La cual será la causante del cambio de relaciones en
el sistema.
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43
La fuerza a 2500 rpm es de 274 N ypor consiguiente mayor a lo que
necesitamos para mantener la relación 130 y 125 del resorte.
Figura 13
5.2.1.2. Cilindros
Estos cilindros van a ir dentro de las rampas de la polea de entrada y van a ser
calibrados según el peso que se necesite para el buen funcionamiento de la
transmisión, después de tener la fuerza que entregara el resorte para los dos
puntos extremos de la transmisión (aceleración máxima y velocidad máxima) se
calibran estos 6 cilindros para que nos entreguen la fuerza necesaria para
nuestro sitema.
Aunque estos pesos fueron calculados teóricamente dependiendo la fuerza que
el resorte va a consumir del sistema, y la fuerza requerida para mantener una
relación estable, se hicieron experimentos con varios pesos para lograr el mejor
rendimiento de la transmisión.
IM-2004-II-35
44
Este valor del peso de cada uno de estos 6 cilindros se halla para la relación de
máxima aceleración que es la que necesita mayor fuerza para lograr mantenerla
estable.
Fresorte+Frelacion=Fmasas
Tabla 3
CALCULO DE LAS MASAS DE LOS CILINDROS
MASA DE CADA CILINDRO 0.023008564
NUMERO DE CILINDROS 6
ANGULO 0.523598776 30
REVOLUCIONES 2500
RADIO (mm) 20
FUERZA REQUERIDA (N) 255
FUERZA SOBRE LA CORREA 255.78
Foto 5
5.2.2. Ejes de polea de entrada y de salida
Los ejes construidos para la transmisión, son unos ejes que tienen distintas
secciones con el fin de garantizar el buen funcionamiento de la transmisión. De
igual manera poseen hombros a lo largo del eje que ayudan a mantener cada
pieza de la transmisión en su lugar. Aparte de los hombros, poseen un estriado
para mantener parte de la transmisión girando a la par del eje. En un extremo se
encuentran roscados que permiten asegurar con tuercas la transmisión en cada
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45
eje, y a los extremos contrarios se encuentran unos cuneros que permiten
adaptar los accesorios de acople al motor, y la polea, que transmitirá por medio
de una correa la potencia a nuestro freno hidráulico del banco de prueba.
Están hechos en acero 1045, al cual después de haber completado el proceso
de maquinado se le realizo un tratamiento térmico de temple con el fin de
mejorar las propiedades mecánicas del material, y de esta manera garantizar su
funcionamiento sin inconvenientes. Foto 6
5.2.3. Correa en V para velocidades variables
La correa usada para la transmisión es la misma que se utiliza en las motos
yamaha bws 100, esta es una correa en V con un ángulo de 30 grados y viene
con una especie de dientes en su parte interna que permiten variar la velocidad
de la correa y los diámetros de las poleas sin ningún problema. De igual forma
viene reforzada con fibras de kevlar para mejorar la resistencia y transmitir
torques de hasta 12 N.m;
A partir de esta longitud de correa se hizo el diseño, la cual es una buena
elección ya que es fácil de conseguir, es económica y resiste el doble de la
potencia que será manejada por medio de la transmisión.
Los datos encontrados acerca de el coeficiente de fricción de el caucho y el
acero de 0,77 son bastante cercanos a los que se obtienen experimentalmente.
Esto es comprobado debido a que el sistema funciona de acuerdo a las fuerzas
de mantenimiento de relaciones teóricas, que fueron calculadas con el mismo
coeficiente de fricción. De igual manera, el ángulo de abrace de la correa en la
polea es siempre mayor al mínimo permitido que impide deslizamiento (167
grados) y se mantiene aproximadamente a 175 grados en todo momento.
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46
Foto 7
5.2.4. Polea de salida
5.2.4.1. Polea de salida
La polea de salida de la transmisión cuanta con mas partes que la polea
delantera, y es el sensor del torque requerido por el camino, ya que en el
momento en que se encuentre una gran pendiente, esta polea va a perder
velocidad, y por medio del resorte, va a recuperar el diámetro máximo, obligando
a la polea de entrada a usar el diámetro mínimo y así obtener aceleración
(torque) en vez de velocidad (potencia).
Se compone por una polea en va dividida en 2 donde un extremo es fijo y el otro
se puede acercar y alejar del otro, para proveer un cambio de diámetros en la
polea. El ángulo del surco de la polea es exactamente el mismo que el de
adelante, de 30 grados, que es especial para que funcione con la correa elegida
para la transmisión.
Foto 8
5.2.4.2. Embrague centrífugo
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47
Para poder mantener nuestro el regimen de operación en el punto optimo para el
cual se diseño y además proveer de un punto muerto a la transmisión estando el
motor en funcionamiento, fue necesario adaptar un embrague centrífugo que le
permitiera a la transmisión repartir la potencia después de que el motor alcanzra
las 2500 rpm. El sistema de embrague empieza actuar en las 2540 rpm que es
algo bastatne cercano a lo que se buscaba, este valor se encontro montando la
transmsion sobre el banco de pruebas a carga maxima del freno hidraulico, se
monto un tacometro a el eje de salida del motor (entrada de la transmsion) y se
midio el valor de rpm a las cuales la carga del freno hidraulico se estabilizaba en
las minimas rpm’s posibles del motor. Esta calibracion fue experimental ya que
no se conocian las masas de laz zapatas del embrague Foto 9
.
Foto 10
Los resortes que se ven en la foto fueron los que se cambiaron ya que el
embrague venia para empezara atrabajar a 8000 rpm, por lo que fue necesario
usar unos resortes mas blandos para poner a trabajar a 2500 rpm este
embrague
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48
5.2.4.3. Resorte helicoidal
Para mantener la presión sobre la correa necesaria para evitar que la correa
patine fue necesario adaptar un resorte que garantizara el mínimo deslizamiento,
a lo largo de todo el régimen de operación de la transmisión.
El RESORTE que se adaptaba mejor a las medidas necesarias tenia una
constante de 2.5 N/mm, y al ubicarlo en el sistema queda con una precarga de
50 mm lo que entrega una fuerza normal sobre la correa de 125 N (acelaracion
máxima) y de 162.5 N (velocidad máxima).
Foto 11
Fresorte(N)=Kresorte(N/mm)Xdesplazamiento resorte(mm)
K=2.5N/mm
Desplazamiento resorte minimo=50mm
Desplazamiento resorte maximo=65mm
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49
5.2.5. Carcasa
La carcasa además de ser la base de la transmisión, es la que va a permitir
montar la transmisión al banco de pruebas, para de esta manera hacer las
pruebas necesarias en la transmisión.
Al principio se hizo una carcasa en lamina de acero, con bujes de bronce
soldados a ella en los apoyos de los ejes. Debido a las altas velocidades de
operación de la transmisión, y a las largas pruebas, fue necesario hacer otra
carcasa, a la cual se le incluyeron rodamientos en la parte mas critica, y bujes de
bronce fosfatado en los otros extremos.
Con estos arreglos mejoro el desempeño de la transmisión, y su funcionamiento
fue mas suave, como se puede ver en las pruebas mas adelante.
Foto 12
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52
CAPITULO 6. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Todas las pruebas mostradas a continuación se hicieron en el laboratorio de
ingeniería mecánica de la universidad de los andes.
Se hicieron en un banco de pruebas de freno hidráulico.
En donde se conecta un caudal de agua estable a un freno hidraulico que va a
oponer resistencia a el giro del motor y va amedir las libras que este esta
produciendo y las revoluciones a las que las produce.
6.1. Eficiencia de la transmisión
Estas pruebas se hicieron al máximo caudal que permitia la conexión de agua
en la universidad, y es por eso que los valores de la potencia son inferiores a los
valores del motor. Ya que era necesario alimentar el freno hidraulico con un
mayor caudal para de esta manera poder obtener los 5 caballos de potencia que
el motor posee.
Lo que se midio en estas pruebas fue la potencia que entregaba el motor a
apertura maxima de la mariposa del carburador, con carga estable para cada
regimen de revoluciones.
La primera prueba (solo motor) corresponde a la prueba hecha al motor
directamente al banco de pruebas, las otras dos corresponden a las pruebas
hechas con la transmisión conectada al motor.
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53
La primera prueba (transmision 2)que se le hizo a la transmisión fue sin
rodamientos y con unos bujes de bronce.
La segunda de las pruebas (transmision 1)se hizo después de haber modificado
la carcasa, adicionarle rodamientos y bujes de bronce fosfatado, con su
respectivo lubricante.
Como se puede ver, la ultima prueba de la transmisión existen menos perdidas,
y por ende su funcionamiento es mucho mas suave, aparte de esto la
transmision funciono a menor temperatura aproximadamente 45 grados
centígrados, contra los 85 grados a la que opero la transmisión en la primera
prueba, bajo las mismas condiciones de carga.
Estos valores de eficiencia 90% son muy altos y mejor de lo que se esperaba
obtener, pero hay que tener en cuenta que solo se esta utilizando el 40 % de la
potencia total del motor. Por lo que estos valores de eficiencia podrian cambiar al
cargarse la transmision con toda la potencia que el motor puede entregar.
POTENCIA
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 1000 2000 3000 4000 5000RPM
HP
TRANSMISION 1SOLO MOTORTRANSMISION 2
Grafica 3: Pruebas de potencia
6.2. Cambio de las relaciones en la transmisión
Las siguientes pruebas se realizaron en el banco de pruebas con freno hidráulico
en donde se encuentra montado este motor. Se hicieron a la carga máxima que
el flujo de las mangueras del laboratorio permite entregar en este freno
hidráulico.
Se evaluó con un tacómetro colocado en la salida del motor, y otro colocado en
la salida de la transmisión para ver como variaban las relaciones con respecto a
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54
las rpm del motor, estas pruebas se hicieron a la misma carga que las de
eficiencia de transmisión.
RPM IN Vs RPM OUT
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 1000 2000 3000 4000 5000
MOTOR
TRAN
SMIS
ION
Grafica 4: Pruebas de rpm in and out
RPM MOTOR Vs RELACIONES
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 1000 2000 3000 4000 5000
RPM M OTOR
REL
AC
ION
E
Grafica 5: Pruebas de cambio de relaciones
Como se puede ver desde las 4000 rpm la transmisión se queda sin mas
relaciones, y empieza a funcionar en una sola relación que es la de velocidad
máxima, para evitar echar a perder nuestro motor pasándolo de las revoluciones
indicadas por el fabricante hay que estar pendiente de no pasarse de las 4000
rpm. Ya que se va a hacer daño al motor, y no se obtendrá mayor potencia.
Los valores de relacion maxima y minima de la transmision (0.48 y 2.09) se
acercan bastante a los valores para los cuales se disenaron los componentes de
la transmision (0.44 y 2,26), es importante resaltar que el area de contacto de la
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55
correa sobre las poleas no se da exactamente en el punto que se esperaba por
su espesor, lo que hace que las relaciones varian un poco.
Foto 13: Fuerza entregada por los cilindros a la correa en v
6.3. Optimización de las masas de los cilindros
OPTIMIZ ACION MASAS
01234567
0 10 20 30 40
KG
TIE
MP
O
t iempo
Grafica 6: Optimización de masas
La masa de los cilindros que se uso al principio fue un valor teórico (23 gramos)
donde se asumen varias condiciones ideales como lo es el no deslizamiento de
la correa en la polea y que la correa es un elemento de longitud constante que
no se estira.
Se hicieron varias pruebas con diferentes pesos (16, 18, 20, 22, 24, 26, 28,
30)algunos por encima del teórico y otros por debajo, y lo que se busco fue el
peso que diera la mejor aceleración, para esto se midió el tiempo en que la polea
de salida de la transmisión llegaba a las 8000 rpm partiendo del reposo.
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56
6.4 Conclusiones.
Aunque el funcionamiento de la transmisión durante las pruebas fue bueno, y no
hubo problema con ningún componente de la misma, es necesario hacer una
inspección de los componentes (embrague, resortes, correa, cilindros)
aproximadamente cada 10000 Km, que es lo que recomienda el fabricante de la
correa y el embrague; ya que estas partes van a sufrir desgaste y al ser
componentes tan importantes en la transmisión van a influir en el funcionamiento
de esta, de manera negativa.
El conjunto cilindro y resortes es el que en definitiva va a caracterizar la
transmisión, ya que como se pudo observar en las pruebas el peso de los
cilindros depende de la constante del resorte, y determinara la aceleración
obtenida con la transmisión.
Un resorte con una constante mayor hará que la transmisión cambie de
relaciones de manera más lenta, pero en el momento en que se necesite volver
a las relaciones de aceleración por una aumento en la carga impuesta por el
camino, esta reacción va a ser más rápida que con el resorte normal. Este
mismo efecto tiene usando unos cilindros más livianos.
Un resorte con una constante menor hará que la transmisión cambie de
relaciones de manera más rápida, pero en le momento en que se necesite
volver a las relaciones de aceleración debido a un aumento en la carga
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57
impuesta por el camino, esta reacción va a ser más lenta que con el resorte
normal. El mismo efecto tendrá usar unos cilindros de mayor masa.
En la prueba de la optimización de masas se observó, que el sistema tiene un
punto optimo de operación bajo una cierta carga, ya que poca masa en los
cilindros demorará mas el cambio de relaciones, y no permitirá que la
transmisión trabaje en el punto de mayor torque del motor, y lo mismo ocurre con
mayor masa en los cilindros que ocasionará un cambio en las relaciones mucho
más rápido, pero no permitirá una mejor aceleración que en el caso de cilindros
livianos.
Al igual que en una transmisión convencional es importante hacer el cambio de
relaciones en el régimen de revoluciones que permita que la nueva relación esté
en un régimen que le permita seguir acelerando al vehículo. Esto se consigue
experimentando con diferentes masas en los cilindros y diferentes constantes en
los resortes.
Esta transmisión no sólo busca la mejor aceleración, también es necesario que
ante un cambio de la carga impuesta por el camino, la transmisión pueda
modificar las relaciones rápidamente de manera que mantenga la velocidad
deseada por el usuario. Y sea capaz de responder a la carga impuesta por el
camino. Por esto aunque se encontró una masa optima para el sistema con
respecto a la aceleración, hay que experimentar con cambios bruscos en las
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58
cargas sobre la transmisión para revisar la velocidad de reacción de la
transmisión.
Este tipo de transmisión se usa en la actualidad en vehículos como audi a6
multitronic, aunque el principio es el mismo (poleas de diámetro variable)debido
a los torques que maneja un vehículo de estos 280N.m la transmisión es mucho
más robusta y necesita de controladores mucho más precisos (bombas
hidráulicas, sensores, correas con alma de acero, convertidores de torque), para
lograr un buen funcionamiento en la transmisión.
El modelo presentado en este trabajo es una buena aproximación a los sistemas
de transmisiones de variación continua por poleas en v que varían diámetros, y
aunque la transmisión construida es un sistema bastante simple comparado con
las transmisiones de este tipo usadas en la actualidad, es un modelo que
funciona muy bien con motores de hasta 10 caballos de potencia (limitado por la
correa) es de fácil construcción, fácil mantenimiento y bajo costo.
Los resultados obtenidos con este proyecto fueron mejores de lo que se
esperaba, ya que el diseño y la construcción de este tipo de transmisiones no es
tarea fácil, mucho más cuando se busca mantener bajos costos en la
construcción de la transmisión y también hacerla lo más simple posible,
haciendo fácil para cualquier persona construirla.
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59
BIBLIOGRAFÍA Debido a lo reciente de esta tecnología de transmisiones, y a los grandes deseos
de avanzar en esta tecnología y tener la mejor transmisión de variación continua
del mercado, es difícil encontrar muchos datos acerca de este tipo de
transmisiones, debido a los secretos que se tiene acerca de estas transmisiones.
La gran mayoría del material consultado hace parte de paginas de Internet y
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