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MAQUINAS Y MECANISMOS 14/06/2011
GARCIA ARGUELLO GUSTAVO SALVADOR
Engranes planetarios
Los sistemas de engranes planetarios son un poco más complejos que los pares de engranes estandard, debido al hecho que los centros de los engranes planetas giran alrededor del engrane sol, a un ritmo llamado la f recuencia de tren. La frecuencia del engranaje se puede modular por las RPM del engrane sol, las RPM de un engrane planeta o la frecuencia de tren. Esto puede producir series complejas de bandas laterales en el espectro, y puede ser difícil de interpretar.
Trenes de engranajes Ademas de la unión de engranajes epicicloidales para formar un tren de transmisión, existen otros modelos mas eficientes que toman el nombre de sus inv entores. Cambio Wilson Se compone de 3 trenes epicicloidales. La primera corona, el segundo portasatélites y la tercera corona están fijamente unidos entre sí. Además, hay un segundo y t ercer piñón central fijamente unidos entre sí. La impulsión en las marchas adelante se efectúa m ediante este piñón central doble. Cambio Simpson Se compone de 2 trenes epicicloidales con un piñón central común. El portasatélites de un tren, la corona del otro y el árbol primario están fijamente unidos entre sí. La impulsión de las marchas adelante se efectúa siempre mediante las coronas. Este tipo se utilizó frecuentemente en el tiempo de los cambios automáticos de tres marchas. Esta compuesto por dos planetarios (P1 y P2) que forman un solo piñón y también por la unión rígida del portasatélites (PS1) con la corona (C2). La salida del movimiento se realiza en esta disposición por medio del eje portasatélites (PS1), mientras que la entrada de m ovimiento se efectúa a través de un eje interior (e) al del portasatélites que puede ser unido mediante embrague a los planetas (P1 y P2) o a la corona (C1).
En la figura inferior se ven los elementos de mando, que frenan o embragan los distintos elementos que componen el cambio Simpson para obtener las distintas relaciones de cambio. Los elementos de mando esta compuesto por frenos y embragues del tipo multidisco en baño de aceite.
Cambio Ravigneaux Se compone de 2 trenes epicicloidales con un portasatélites común. El portasatélites lleva dos juegos de satélites: y y
satélites cortos de diámetro grande, que engranan en un piñón central pequeño. satélites largos de diámetro pequeño, que engranan en un pi ñón central grande y en los satélites cortos.
El cambio Ravigneaux posee sólo una corona, que com prende los satélites cortos. Mediante la corona tiene lugar siempre la salida de fuerza. Con los cambios Ravigneaux se pueden diseñar cajas con 4 m archas adelante y una marcha atrás. Por razón de su tipo se construcción compacto, es especialmente apropiado para v ehículos de tracción delantera.
Este tipo de acoplamiento "agrupación dos en uno", dos engrananjes epici cloidales formando un solo conjunto, disposición en la que se utiliza una sola corona, c omún a los dos trenes, cada uno de los cuales esta dotado de sus correspondientes planetarios y satélites. Los planetarios son independientes entre si, mientras que los satélites están enlazados por engrane directo.
Funcionamiento
En la figura inferior se muestra la adaptación del cambio Ravigneaux a una caja de cambios automática. En el esquema puede verse que el movimiento de la turbina puede ser aplicado a cada uno de los planetarios (P1) y (P2), activando los correspondientes embragues (El) y (E2). Este movimiento será transmitido a través de los satélites (SI) y (S2) a la corona (C) y desde ella al piñón de ataque y diferencial que mueve las ruedas. En la obtención de las distintas relaciones, el freno (Fl) actúa sobre el eje portasatélites (común a S1 y S2), el cual está montado sobre un sistema de rueda libre (R.L), que solamente permite el giro del portasatélites en un sentido. El freno (F2) produce el enclavamiento del planetario (P2) cuando es activado por el circuito hidráulico de mando.
En la figura se muestra la cadena cinemática de obtención de las distintas relaciones de marcha en un cambio Ravigneaux. y
y
y
y
1ª velocidad: el movimiento de l a turbina es trasmitido directamente al planetario (P1), el cual arrastra en su giro los satélites (S1), que a su vez transmiten el movimiento a los satélites (S2), quienes arrastran la corona (C) en el mismo sentido de giro pero a una velocidad reducida. Hay que destacar que en esta relación de m archa, el portasatélites permanece inmóvil por la acción de la rueda libre sobre el que va montado, girando los satélites sobre sus respectivos, sin m ovimiento de traslación. Efectivamente, el giro de los satélites (S1) arrastrados por el planetario (P1) tiende a desplazar al portasatélites en sentido de giro contrario al planetario (P1), a lo cual se opone la rueda libre sobre la que se monta este eje portasatélites. 2ª velocidad: se activan el embrague El y el freno F2, con lo cual, el movimiento de la turbina está aplicado al planetario (P1), mientras que el (P2) se mantiene inmovilizado. En estas condiciones, el planetario (P1) da movimiento a los satélites (S1) y éstos a los (S2), quienes, a su vez, arrastran la corona (C), rodando al mi smo tiempo sobre el planetario (P2) con un movimiento de traslación. Con ello se obtiene una relación de desmultiplicación menor que en el caso anterior. 3ª velocidad: se activan El y E2, con lo cual, el giro de la turbina es transmitido a la vez a ambos planetarios (Pl) y (P2), los cuales tienden a arrastrar a sus respectivos satélites (S1) y (S2). Como estos satélites están engranados entre sí y tienden a girar en sentido contrario unos de los otros, se produce un bloqueo del tren epicicloidal, como consecuencia del cual la corona es arrastrada a la mi sma velocidad de giro de los planetarios, obteniéndose así la directa. Marcha atrás: se activan el embrague E2 y el freno F1, con lo cual, el movimiento de la turbina es transmitido al planetario (P2), mientras el portasatélites es bloqueado. En estas condiciones el planetario (P2) transmite movimiento a los satélites (S2) directamente, que
girando sobre sus ejes, sin translación, arrastran la corona (C) en sentido contrario al giro del planetario, obteniéndose así la m archa atrás. En algunos modelos de caja automática con tren Ravigneaux se obtiene una cuarta velocidad transmitiendo el movimiento de la turbina directamente al portasatélites por medio de un tercer embrague, e inmovilizando al mismo tiempo el planetario (P2). Con ello se consigue el arrastre de la corona directamente por los satélites, que ruedan sobre el planetario, consiguiéndose así una multiplicación de giro y, por tanto, una relación de marcha superior a la directa.
RELACION DE CAMBIO La velocidad de transmisión en un sistema de engranaje planetario es muy poco intuitiva, especialmente porque hay varias formas de convertir la rotación de entrada en una de salida. Los tres componentes básicos de un engranaje epicicloidal son:
Sol : El engranaje central.
P ortaplanetas (Carrier):
engranados con el sol. Corona o anillo: Un anillo externo con dientes en su cara interna que engrana con el o los planetas.
Sujeta uno o más engranajes planeta periféricos, del mismo tamaño,
En cualquier sistema de engranaje planetario, uno de estos tres componentes básicos permanece estacionario, uno de los dos restantes es la entrada, proporcionando potencia al sistema, y el último componente es la salida, recibiendo la potencia del sistema. La relación de la rotación de entrada con la de salida depende del número de dientes de cada rueda y de qué componente permanezca estacionario. Una situación es cuando el portaplanetas permanece estacionario y el sol se usa com o entrada. En este caso, los planetas simplemente rotan sobre sus propios ejes a una v elocidad determinada por
el número de dientes de cada engranaje. Si el sol tiene S dientes y cada planeta tiene P dientes, entonces la relación es igual a -S /P . Por ejemplo, si el sol tiene 24 dientes y cada planeta tiene 16, entonces la relación es -24/16 o -3/2, lo que significa que cada giro en sentido horario produce 1,5 giros en sentido antihorario en los planetas. Esta rotación de los planetas puede a su v ez impulsar la corona, en una relación correspondiente. Si la corona tiene C dientes, entonces rotará P /C giros por cada uno de los planetas. Por ejemplo, si la corona tiene 64 dientes y l os planetas 16, un giro en sentido horario de éstos resulta en 16/64 o 1/4 de giro en el mismo sentido de la corona. Extendiendo este caso con el de arriba:
Un giro del sol provoca -S /P giros de los planetas
Un giro de los planetas provoca P /C giros de la corona
Por tanto, con el portaplanetas bloqueado, un giro del planeta provoca -S /C giros de la corona. La corona también puede dejarse fija (configuración que posee mayor aplicaciones industriales), realizando la entrada sobre el carrier, produciéndose así la rotación de salida en el sol. Esta configuración producirá una relación de cambio mayor, igual a 1+C /S . Todo esto se describe con la ecuación:
donde n es el factor de forma del engranaje planetario, definido según:
Si la corona permanece estacionaria y el sol se usa com o entrada, el portaplanetas será la salida. La relación de cambio en este caso será 1/(1+C /S ). Esta es la menor relación de cambio alcanzable con un sistema de engranaje epicicloidal. Este tipo de engranaje se usa a v eces en tractores y equipo de construcción para proporcionar un par elevado a las ruedas. Más engranajes sol y planetas pueden situarse en serie en el mismo sistema (de forma que el eje de salida de cada etapa sea el de entrada de la siguiente), logrando así un t ren con una mayor (o menor) relación de cambio. De esta forma es como algunas transmisiones automáticasfuncionan.
