NIVERSID D TECNIC DE ORUR F CULTAD N CIONAL D INGENIE ÍA INGE IERÍA ME ÁNICA – EL ECTROME ÁNICA
S L C Ó . 2º X M N A C AL
TO O OR S Univer itario
:
Parale o
:
Materi
:
Docen e Semest e
spinoza Mamani Carlos J vier “A” EC 3341 Ing. R miro Ar oyoM.
:
I 2012
ORU O – BO IVIA
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AUTOMOTORES
Abril 2012 Página 1 MEC 3341 “A”
EXAMEN 2DO PARCIAL MEC 3341 AUTOMOTORES 1.- Determinar las relaciones de una caja de cambios de cuatro velocidades para un vehículo de 3000 Kg, cuyo motor ha sido definido mediante el estudio de su curva de utilización. Velocidad máxima 150 Km/h a) Calcular la potencia máxima en rueda si, f=15 Kg/t, k=0,01, S=4m^2, número máximo de vueltas de motor 4000rpm, Par máximo a 3000 rpm es 14Kg*m (en ruedas), Número mínimo de vueltas de motor de la zona de régimen estable 2000rpm, Radio del neumático bajo carga 0,3 m Para las fuerzas de resistencia que actúan en el vehículo tenemos:
ó 10% Donde:
Sabemos que la potencia máxima en la rueda es:
ó . . / / ó 1 1515 10003000 9,81 , , Donde:
No tenemos pendiente, y podemos despreciar resistencia por inercia, y la resistencia por rozamiento mecánico en la transmisión tomamos aproximadamente 10%, entonces tenemos:
Resistencia a la Rodadura:
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EXAMEN 2DO PARCIAL
2 1 0,01 4 15010 3600 69, 44, 9,81 1 441,45 681,20 15010 3600 1 46777, 0 8 736 , 100% 90% , % % , Resistencia aerodinámica:
Reemplazando para la potencia tenemos:
Sabemos que el rendimiento de la transmisión es aproximadamente del 90%, por tanto las pérdidas en la transmisión por rozamientos mecánicos aproximadamente del 10%:
b) Calcular la relación de grupo reductor r.
Sabemos también:
; 2 2 2 , ,
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EXAMEN 2DO PARCIAL c) Calcular las relaciones de la caja según criterios siguientes: Las relaciones han de guardar progresión geométrica Sabemos según diagrama de velocidades:
Tenemos que se cumple:
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EXAMEN 2DO PARCIAL
; º 4
Del concepto de progresión geométrica tenemos:
1 8,15075 0,125
Para la razón de progresión geométrica:
0,125 0,5
,
Tenemos Relaciones y Velocidades máximas:
En 1º:
En 2º:
En 3º:
2000 2000 4000 1:8 0,125 ; 4000 150 18,75 2000 2000 4000 1:4 0,250 ; 4000 150 37,50 2000 2000 4000 1:2 0,500 ; 4000 150 75,00 1:1 ; 150 1º 0 ,10,255 0,25 2º 2º 0 ,0,255 0,5 3º 3º 0,0,55 1 1 8,0,755 37,5 3 7,0,55 75 750,5 150
En directa:
Verificamos que para nuestra caja de cambios se cumpla la progresión geométrica: • Para las relaciones:
•
Para las velocidades:
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EXAMEN 2DO PARCIAL
Que en tercera velocidad se alcancen los 100 Km/hr Del diagrama
; 100150 4000 2666 2666 4000 1:1,5 0,6667
A V3 = 100Km/h el motor gira a:
La relación de marcha es:
Solo nos pide en tercera velocidad alcance los 100 Km/hr, así que las otras velocidades podemos dejarlas con los valores anteriores, o también podemos recalcularlas.
Que en primera pueda arrancar en una pendiente del 20% con aceleración de 0,4 m/s^2, coeficiente de rodadura 20Kg/t.
ó 1 30009,81 20 1000 , Resistencia total que ha de vencer:
•
Resistencia por Rodadura:
•
La resistencia por pendiente es:
1006 3000 9,8111,5 ,
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EXAMEN 2DO PARCIAL •
La resistencia por inercia será:
Reemplazando fuerzas:
3000 0,4 588,6 5867,39 1200 7 655,9,8199 ,
Del par necesario en las ruedas motrices:
14 :. 780,40,3140,330,90 4,1967 0,2014
Tenemos de dato:
Para la relación de la 1º caja:
º , , º , . ,
Entonces el vehículo con esta relación, alcanzaría la velocidad máxima de 30,21 Km/h.
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EXAMEN 2DO PARCIAL 2.- Determinar para un vehículo cuyas características son: Datos: L=5 m distancia entre ejes o batalla. a= 1,65 m distancia entre pivotes de giro de las manguetas. b= 2,5 m ancho máximo del vehículo v=1,3 m voladizo delantero Tenemos el siguiente esquema para nuestro vehículo:
También tenemos que se cumple para el centro de rotación de las ruedas:
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EXAMEN 2DO PARCIAL a.- Calcular el ángulo alfa de giro mínimo, para que el vehículo quede inscrito en un radio máximo de 12,5m Del grafico primero tenemos para el ángulo mínimo:
Del grafico anterior para el triangulo: Según ley de senos:
f sen(90 − (Ω + ϕ )) sen(ϕ − α ) =
=
e sen(ϕ − α )
e
sen(90 − (Ω + ϕ )) f
⎛ e
(ϕ − α ) = arcsen⎜⎜
⎞
sen(90 − (Ω + ϕ ))⎟⎟ f ⎝ ⎠
α
⎛ e ⎞ = ϕ − arcsen⎜⎜ sen(90 − (Ω + ϕ ))⎟⎟ ⎝ f ⎠
Entonces ángulo alfa mínimo:
⎛ e ⎞ ⎜ ⎟⎟ ( ( ) ) ϕ arcsen sen ϕ 90 = − − Ω + α min imo ⎜ f ⎝ ⎠ ………………………Ec. 2.1 Hallamos parámetros: Según legislación:
12,5 3 51, 12,5 30,26º
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EXAMEN 2DO PARCIAL
2 2 ,5 1,2 65 0,425 0,425 1,3 1,37 tg (Ω ) =
c v
;
c
0,425
v
1,3
Ω = arctg = arctg
= 18,10º
Del grafico anterior para el triangulo: Para hallar f del anterior grafico aplicamos ley de cosenos: f 2 = e 2 + R 2 − 2eR cos(90 − (Ω + ϕ ))
f =
e 2 + R 2 − 2eR cos(90 − (Ω + ϕ ))
f = 1,37 2 + 12,5 2 − 2 × 1,37 × 12,5 cos(90 − (18,10 + 30,26 )) = 11,5 Reemplazando valores en la ecuación 2.1:
⎛ 1,37 ⎞ 30 , 26 90 18 , 10 º 30 , 26 arcsen sen ( ( ) ) = − − + ⎜ ⎟ α min imo 11 , 5 ⎝ ⎠ α min imo = 25,72 b.- Calcular las longitudes de bielas y barra de acoplamiento r y l para un ángulo máximo de giro de 45º. El máximo real, limitado por el topo es: 45º-10º=35º
Sabemos según el grafico que: L’ :es la distancia del eje delantero al eje de corte de las prolongaciones de las bielas. Puede ser igual a L o distinto, normalmente menor. d: Distancia de la rueda delantera izquierda al punto de corte de la prolongación de las bielas. r: Longitud de la biela. l: Longitud de la barra de acoplamiento. a: Distancia entre pivotes de giro.
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EXAMEN 2DO PARCIAL Del triangulo ANM’: (Relación de triángulos)
Despejando:
También de la anterior figura:
Para un ángulo máximo de giro:
Tenemos:
2 2
……………………………………Ec. 2.2
2
;
El ángulo máximo de giro se obtiene cuando una biela se alinea con la barra de acoplamiento. Para el triangulo formado ACB: Según ley de cosenos:
90 90 90
Del ángulo épsilon tenemos:
Igualando “cos”; miembro a miembro:
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EXAMEN 2DO PARCIAL
90 90 : 90 0 ; 90 1 2 2
Entonces tenemos:
Reemplazando datos obtenemos:
Reemplazamos en la ecuación según ley de cosenos:
Despejamos sen( ɤ- α ):
……………………………..Ec. 2.3.
2 2 2 51,651,6 5 0,162 2 2 9,369º 1, 6 5 2 5 2 5,068 1, 6 55, 0 68 1, 6 5 5, 0 68 9,3245 21, 6 5 , 5 55 1 ,65 5,05,680, 068 ,
De la anterior figura para ángulo máximo de giro tenemos para ( ɤ ):
Para α=45º, y en principio para L’=L=5m
Reemplazando los valores de
Entonces:
Despejando r:
, y l, según las ecuaciones (1) y (2).
ɤ α
Reemplazando en la ec. 2.2:
Pero dichos datos no satisfacen para la curva de error, empezamos nuevamente.
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EXAMEN 2DO PARCIAL Para α=45º, y para L’=4,5 m
2 2 2 4,51,651,6 5 2 2 10,39º 1, 6 5 2 4,5 2 4,575
Reemplazando los valores de Entonces:
Despejando r:
, y l, según las ecuaciones (1) y (2).
ɤ α
10,3945
Reemplazando en la ec. 2.2:
1, 6 54, 5 75 1,65 4,575
21, 6 5 , 3 98 1 ,65 4,54,750, 575 ,
Pero dichos datos no satisfacen para la curva de error, empezamos nuevamente.
Para α=45º, y para L’=4,2 m
2 2 2 4,21,65 1,6 5 2 2 11,11º 1, 6 5 2 4,2 2 4,28
Reemplazando los valores de Entonces:
Despejando r:
, y l, según las ecuaciones (1) y (2).
ɤ α
1,65 1,654,4,2288 11,1145 21, 6 5 , 3 02 1 ,65 4,24,80, 28 ,
Reemplazando en la ec. 2.2:
Pero dichos datos no satisfacen para la curva de error, empezamos nuevamente.
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EXAMEN 2DO PARCIAL
2 2 2 4,11,651,6 5 2 2 11,38º 1, 6 5 2 4,1 2 4,182
Para α=45º, y para L’=4,1 m
Reemplazando los valores de Entonces:
Despejando r:
, y l, según las ecuaciones (1) y (2).
ɤ α
11,3845
Reemplazando en la ec. 2.2:
1, 6 54, 1 82 1,65 4,182
21, 6 5 , 2 69 1 ,65 4,14,820, 182 ,
Pero dichos datos no satisfacen para la curva de error, empezamos nuevamente.
2 2 2 4,01,651,6 5 2 2 11,65º 1, 6 5 2 4,0 2 4,084
Para α=45º, y para L’=4,0 m
Reemplazando los valores de Entonces:
Despejando r:
, y l, según las ecuaciones (1) y (2).
ɤ α
1,65 1,654,4,008484 11,6545 21, 6 5 , 2 37 1 ,65 4,04,840, 084 , , ; ,
Reemplazando en la ec. 2.2:
Donde hallamos pareja de valores aceptable:
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EXAMEN 2DO PARCIAL c.- Calcular los ángulos beta reales, correspondientes a los alfa, desde 1º hasta 35º. Una vez que hayamos calculado y elegido la biela y la barra de acoplamiento, hallamos los valores de los ángulos beta reales, en función de los alfa.
Tenemos de la figura:
…….Ec.2.4
Tenemos:
Para k tenemos:
, ; , 651,237554 78,3 2 1,20,
Reemplazamos en la ecuación 2,4:
1, 6 50, 2 37cos 78, 3 0, 2 37 78, 3 0,23778,3 0,23778,3 1,554 2,415 Dando valores a alfa desde 1º hasta 35º, obtenemos el beta real: Tenemos la siguiente tabla para los valores de alfa desde 1 a 35º y los beta reales obtenidos:
1º
0,9671º
2º
1,979º
3º
2,998º
4º
4,025º
5º
5,061º
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EXAMEN 2DO PARCIAL 6º
6,104º
7º
7,157º
8º
8,218º
9º
9,288º
10º
10,37º
11º
11,46º
12º
12,55º
13º
13,66º
14º
14,78º
15º
15,91º
16º
17,05º
17º
18,21º
18º
19,37º
19º
20,55º
20º
21,75º
21º
22,95º
22º
24,18º
23º
25,42º
24º
26,68º
25º
27,95º
26º
29,25º
27º
30,57º
28º
31,92º
29º
33,29º
30º
34,69º
31º
36,13º
32º
37,6º
33º
39,11º
34º
40,67º
35º
42,28º
d.- Calcular los ángulos ideales de beta, para alfa desde 1º hasta 35º. Para la desviación entre los ángulos beta () reales con los ideales (), para valores de alfa: Los ideales se deducen mediante:
……………..………………Ec. 2.5 La ecuación 2,5 se obtuvo del análisis del centro de rotación de las ruedas en la 2da figura, del problema.
1 ,655 0,33
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EXAMEN 2DO PARCIAL
,
Tenemos la tabla para los valores de alfa desde 1 a 35º y los beta ideales obtenidos, también los beta reales y su diferencia:
1
0,967
1,006
2
1,979
2,023
3
2,998
3,053
4
4,025
4,094
5
5,061
5,148
6
6,104
6,214
7
7,157
7,292
8
8,218
8,384
9
9,288
9,488
10
10,370
10,600
11
11,460
11,730
12
12,550
12,880
13
13,660
14,030
14
14,780
15,200
15
15,910
16,380
16
17,050
17,570
17
18,210
18,780
18
19,370
20,000
19
20,550
21,230
20
21,750
22,470
21
22,950
23,730
22
24,180
24,990
23
25,420
26,270
24
26,680
27,560
25
27,950
28,860
26
29,250
30,170
27
30,570
31,490
28
31,920
32,820
29
33,290
34,150
30
34,690
35,500
31
36,130
36,850
32
37,600
38,210
33
39,110
39,580
34
40,670
40,950
35
42,280
42,320
‐0,04 ‐0,04 ‐0,05 ‐0,07 ‐0,09 ‐0,11 ‐0,14 ‐0,17 ‐0,20 ‐0,23 ‐0,27 ‐0,33 ‐0,37 ‐0,42 ‐0,47 ‐0,52 ‐0,57 ‐0,63 ‐0,68 ‐0,72 ‐0,78 ‐0,81 ‐0,85 ‐0,88 ‐0,91 ‐0,92 ‐0,92 ‐0,90 ‐0,86 ‐0,81 ‐0,72 ‐0,61 ‐0,47 ‐0,28 ‐0,04
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EXAMEN 2DO PARCIAL e.- Calcular la curva de error, que este situada lo más cerca posible de la línea para los ángulos alfa comprendido entre 0º y 25º. De la siguiente grafica tenemos:
De la grafica tenemos:
; ; 0 0 ; /2 2 ; 2 ;
Igualamos ambas ecuaciones: De donde obtenemos:
………………………………….Ec. 2.6
…………………………………Ec. 2.7
Para obtener la ecuación de la línea Ideal tenemos: Para:
Para:
De las dos últimas ecuaciones obtenidas, hallamos:
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EXAMEN 2DO PARCIAL Finalmente tenemos que la ecuación es:
Tenemos:
1
0,967
0,812
0,014
2
1,979
0,821
0,029
3
2,998
0,825
0,043
4
4,025
0,828
0,058
5
5,061
0,830
0,073
6
6,104
0,832
0,087
7
7,157
0,834
0,103
8
8,218
0,836
0,118
9
9,288
0,838
0,133
10
10,370
0,840
0,148
11
11,460
0,842
0,164
12
12,550
0,844
0,179
13
13,660
0,846
0,195
14
14,780
0,848
0,212
15
15,910
0,851
0,228
16
17,050
0,853
0,245
17
18,210
0,855
0,262
18
19,370
0,858
0,279
19
20,550
0,860
0,296
20
21,750
0,863
0,314
21
22,950
0,865
0,332
22
24,180
0,869
0,351
23
25,420
0,872
0,370
24
26,680
0,875
0,390
25
27,950
0,878
0,410
26
29,250
0,882
0,430
27
30,570
0,886
0,451
28
31,920
0,890
0,473
29
33,290
0,895
0,496
30
34,690
0,900
0,519
31
36,130
0,905
0,544
32
37,600
0,911
0,569
33
39,110
0,917
0,596
34
40,670
0,924
0,624
35
42,280
0,932
0,653
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EXAMEN 2DO PARCIAL La grafica será:
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EXAMEN 2DO PARCIAL 3.- Describa el sistema de frenos ABS y su funcionamiento. El sistema ABS (Anti-Break- System) o sistema de frenos antibloqueo es un dispositivo que evita el bloqueo de las ruedas al frenar. Es un sistema diseñado para ayudar a los conductores a mantener cierta capacidad de maniobrabilidad y evitar deslizamientos mientras frenan, especialmente en circunstancias de lluvia, humedad, nieve, barro, etc. en las que es común que una rueda se bloquee, perdiendo el control del vehículo, con muchísimo riesgo de accidente grave. Un sensor electrónico de revoluciones instalado en la rueda, detecta en cada instante de frenado si una rueda está a punto de bloquearse. Si esto resulta cierto, el sensor envía una orden que reduce la presión de frenado sobre esa rueda y evita el bloqueo. El ABS mejora notablemente la seguridad dinámica de los coches ya que reduce la posibilidad de pérdida de control del vehículo en situaciones extremas, permite mantener el control sobre la dirección (con las ruedas delanteras bloqueadas los coches no obedecen a las indicaciones del volante) y además permite detener el vehículo en menos metros. El sistema antibloqueo ABS constituye un elemento de seguridad adicional en el vehículo. Tiene la función de reducir el riesgo de accidentes mediante el control óptimo del proceso del frenado. Durante un frenado que presente riesgo de bloqueo en una o varias ruedas, el ABS tiene como función adaptar el nivel de presión del liquido de frenos en cada rueda con el fin de evitar el bloqueo y optimizar así la estabilidad en la conducción, la dirigibilidad y la distancia de parada.
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EXAMEN 2DO PARCIAL Funcionamiento: Unos sensores ubicados en las ruedas controlan permanentemente la velocidad del giro de las mismas. A partir de los datos que suministra cada uno de los sensores, la unidad de control electrónica calcula la velocidad media, que corresponde aproximadamente a la velocidad del vehículo. Comparando la velocidad especifica de una rueda con la media global, se puede saber si una rueda amenaza con bloquearse. Si es así, el sistema reduce automáticamente la presión de frenado en la rueda en cuestión hasta alcanzar un valor umbral fijado por debajo del límite del bloqueo.
Cuando la rueda gira libremente, se vuelve a aumentar al máximo la presión de frenado. Solo una rueda que gira puede generar fuerzas laterales y, consecuentemente, cumplir funciones de guiado. Este proceso (reducir la presión de frenado / aumentar la presión de frenado) se repite hasta que el conductor retira el pie del freno o disminuye la fuerza de activación del mismo.
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Rá ido
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EXAMEN 2DO PARCIAL 4.- Que tipo de aceite se debe utilizar en la caja automática indique sus características del aceite. Tenemos que debe usarse:
Aceite de cambio automático = ATF (Automatic Transmission Fluid) El aceite en el cambio automático ha de cumplir en su circuito diferentes requerimientos. Tiene que: – transmitir fuerzas (en el convertidor de par). – efectuar acoplamientos (en los elementos hidráulicos del cambio). – establecer valores de fricción (en los embragues y frenos de discos, en el embrague de anulación del convertidor de par). – engrasar piezas (todas las piezas rotatorias del cambio). – evacuar calor. – transportar residuos de abrasión. Estas tareas las tiene que realizar el aceite en un margen de temperatura de -30ºC a 150ºC (puntos de medición de la temperatura en el cárter de aceite del cambio). Durante el cambio de marchas, en los embragues y frenos de discos se pueden alcanzar por un breve tiempo incluso temperaturas de 250ºC a 400ºC. Durante el cambio de marchas, en los embragues y frenos de discos se pueden alcanzar por un breve tiempo incluso temperaturas cumplir todas las tareas en cualquier condición. En especial, se mejora el índice de viscosidad para garantizar un líquido constantemente espeso en todo el margen de temperaturas. En todo el mundo se reconocen los estándares establecidos con tal fin por General Motors (ATF Dexron) y Ford (ATF Mercon).
Es recomendable utilizar únicamente el aceite autorizado por el fabricante del vehículo. Otros aceites o aditivos poseen propiedades modificadas y resultan desventajosos para el funcionamiento y la vida útil del cambio. Especialmente perturbadores para el funcionamiento son los componentes acuosos en el aceite del cambio. A fin de mantener limpio el aceite, se aspira éste del cárter a través de un filtro. Un potente imán permanente dispuesto en el cárter de aceite acumula los residuos metálicos de abrasión.
Características del aceite de caja automática: Aceite para transmisiones automáticas de autos y camionetas (ATF o “Hidrolina”) es mucho más específico y mucho más complejo. La transmisión automática de un auto tiene que hacer miles de cambios entre embragues y discos con fricción controlada entre sus materiales mientras resiste la oxidación en las revoluciones altas del convertidor de torque (par) y su estator.
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EXAMEN 2DO PARCIAL Dentro de la tran misión ha docenas de sensor s electrónicos que andan se ales a la comput adora del auto y reciben comandos para ab ir válvulas que enganchan los di cos y las bandas para trans itir el torque y la velocidad requerida. Esto sensores tienen que ser súper limpios y el aceit e tiene que transmitir pequeña corriente para indicar las pr siones y condici nes. Las válvulas op ran entre sellos de dif erentes “gomas ” que son usceptibles al ablandado o res cado ofrecido por el ceite. Est requiere alta detergencia y solvencia. Si el a eite no ti ne la solvencia nec saria, se esecan y encoje , perdiendo presión. Si son muy solven es para l s “gomas de esa arca de transmisión, pued n hinchar ablandar los sellos y retenes al unto que o funcionan. Una transmisión automática tiene que o erar entr -40ºC y 80ºC, oca ionalment pasando 90ºC. El aceite tiene que tener un í dice de vi cosidad uy alto (cerca de 200) para esto. Los materiales de fricción de cada marc varían co el diseño de la trans isión. Alguno de los materiales so más suav s, necesit ndo un ac ite que agarre más. Otros son más duros, necesitando un aceite que nganche ás suave ente. Ade ás, esta característica varí con los ángulos y las ranuras. Tiene que frenar las bandas mientras enganc ha los embragues sin golpes patinados. Cada arca tiene su reco endación basada en la cons rucción de su transmi ión. Un eje plo de aceite usado es el :
Amalie
exron® VI ATF Synth tic Blend es la siguiente generación de fluidos recientement diseñada, completamente licenciada (GM J-60156) aprobada para uso en las trans isiones automáticas de vehículos de pasajero y camiones livianos qu requieren l fluido DEXRON® VI de General M tors o las g neraciones anteriores de fluidos DEXRON®. Es formulado p ra proveer u a estabilida a la oxidaci ón mejorada, estabilidad a la pérdida de viscosi ad, durabilidad a la fricció y resistenci a la espuma comparado con los fluidos DEXRON® de gener aciones anter iores. Este fl ido único es especialmente formulado ara proveer el doble de la vida útil de un fluido para transmisión automática DEXRON® III (H) y ofrece un rendimiento mejorado tanto para tr nsmisiones nuevas como antiguas. Es particularmente reco endado para uso en las nuevas transmisiones de 6 velocidades de GM y tiene un resp ldo completo de compatibilidad con las antiguas tran misiones automáticas de M. El fluido para transmisiones automáticas sintético Amalie exron® VI también puede ser utilizado n sistemas i dustriales e hidráulic s operando en un ampli rango de t mperaturas. El fluido par a transmisio es automáticas sintético Amalie Dexron® VI cumple o excede los requeri ientos de: GM DEXRON -VI, Denison Hydraulics HF-0, Vickers (Eaton ) M -2950-S e I-286-S y muchas otras como las mos radas en la Tabla de Aplic ción por Rendimiento .
