Planta de potencia y transmisiónPlanta de potencia y ...€¦ · Opel Vectra 0,29 0,547 ......
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Planta de potencia y transmisiónPlanta de potencia y transmisión
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Embrague
Caja de cambios
Motor de combustión interna
Juntas universales
Rueda
Árbol de la transmisión
Grupo cónico y
diferencial
La planta de potencia y la transmisiónLa planta de potencia y la transmisión
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La planta de potenciaLa planta de potencia
• El par de un típico turismo es entre 100-300 Nm (en un camión 10 veces más).
• El máximo par ocurre entre 2500-4500 rpm (en un camión 1000-1500 rpm)
Motor eléctricoMotor combustióninterna
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Potencia = Par x Revoluciones
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Motor de camión moderno
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Par motor Fuerza de tracciónPar motor Fuerza de tracción
ω
M
ω
M
ω/i
M*i
ω/i
M*i
v=ω*r
F=M/R
ω
M
v=ω∗R/i
F=M*i/R
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Potencia P=Fv=MωPotencia P=Fv=Mω
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Caja Automática Caja Automática el convertidor de par amplifica el par del motor
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Las fuerzas de tracción y las resistentesLas fuerzas de tracción y las resistentes
Resistencia de inclinación =m g sin(α)
Resistencia de rodadura =fr m g cos(α)
Resistencia del aire =(ρAcd)v2/2
FaireFroda
α
v
mg
F
F
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Definición de resistencia de rodaduraDefinición de resistencia de rodadura
r
T=F R+N e T eF= -N R R
e = f R
⋅ ⋅
eN
N
F
Fω
T
N’
N
F’
Fω
T
α
( )
' '
' '
'
F cos( )-N sin( )=FTNcos( )+Fsin( )=N F= -NR
T=F R
α α
α α α α
⎫⋅ ⋅⎪
<< ⋅⎬⎪⋅ ⎭
Firme blando
r,f :
Firme duro
α coeficiente de resistencia a la rodadura.
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Resistencia de rodadura =fr m g cos(α)Resistencia de rodadura =fr m g cos(α)
Neumático Wong (v en km/h) Gillespie (v en millas /h)RadialTurismo
fr=0,0136+0,04x10-6 v2
DiagonalTurismo
fr=0,0169+0,19x10-6 v2
RadialCamión
fr=0,006+0,23x10-6 v2 fr=(0,0041+0,000041 v) Ch
DiagonalCamión
fr=0,007+0,45x10-6 v2 fr=(0,0066+0,000046 v) Ch
Ch=1,0 para hormigónCh=1,2 para asfaltoCh=1,5 para asfalto en verano
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Resistencia del aire=(ρAcd)v2/2Resistencia del aire=(ρAcd)v2/2
Vehículo CD CDxA (m2)VW Polo 0,37 0,636Ford Escort 0,36 0,662Opel Vectra 0,29 0,547BMW 520i 0,31 0,649Mercedes 300SE 0,36 0,785
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Adherencia Adherencia Faire
Froda
α
v
mgF
F NOposible
posible
Máxima fuerza de adherencia=μNd o μNt(dependiendo si la tracción es delantera o trasera)
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Subida en cuestaSubida en cuesta
Camión carretera 12-18 %Camión de construcción 15-30 %Turismo 10-20 %
F
α aumenta
Gradiente con el embrague en posición normal
Gradiente con el embrague deslizando
α = 0
FaireFroda
α
v
mgF
F
v
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Motor
Transmisión
Vehículo y carretera
Neumático
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Consumo / rendimientoConsumo / rendimiento
Consumo de combustible = combustible necesario para producir una cierta
cantidad de trabajo mecánico (potencia * tiempo), por ejemplo [g/kWh]
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Consumo / rendimientoConsumo / rendimientoPunto de
Máximo rendimiento
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Consumo especifico de combustibleConsumo especifico de combustible
para velocidad constante:
• Fuerza resistivaR=rodadura+cuesta+aerodinamica= =fr m g cos(α)+m g sin(α)+ (ρAcd)v2/2
• Fuerza de tracción (equilibrio)F = R
• Dos maneras para calcular el consumo:1. Transformar el diagrama (ω,Par) -> (v,F)2. Transformar el diagrama (v,F) -> (ω,Par)
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Transformar el diagrama (v, F) -> (ω, Par)Transformar el diagrama (v, F) -> (ω, Par)
Velocidad de la rueda ω2=v/radioPar T2=Fuerza*radio
Velocidad del motor ω1=ω2*relación de cambioPar Motor T1=T2/relación de cambio
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Unidades de consumoUnidades de consumo
Consumo especifico [g/kWh] o [kg/kWh]x Potencia del motor [kg/h] o [kg/s]x Velocidad [kg/m] o [kg/100km]x Densidad del combustible [l/100km]
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Tipologías: tracción delanteraTipologías: tracción delantera
• La tracción delantera tiene numerosas ventajas:
+ Permiten la realización de un diseño simple del eje trasero.
+ Recorrido corto del flujo de potencia, debido a que el motor, caja de cambios y diferencial forman una unidad compacta.
+ Se puede diseñar el fondo de la carrocería completamente plano.
+ Se dispone de un maletero largo, con una zona de deformación importante en caso de colisión por la parte trasera.
+ Facilidad para colocación del depósito de combustible.
+ La masa no suspendida en el eje trasero es pequeña, lo cual supone un mejor comportamiento de la suspensión.
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Tipologías: tracción delanteraTipologías: tracción delantera
• Los inconvenientes:– A plena carga, tiene peor capacidad de tracción en
carreteras con baja adherencia y en rampas.– Con motores potentes hay un incremento del par y de
las vibraciones sobre la dirección.– En vehículos que tienen una alta carga en el eje
delantero, motores diesel, es necesaria una relación de desmultiplicación de la dirección grande o dirección asistida.
– Con motores muy potentes es una solución mala debido a la transferencia de carga al acelerar.
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Tipologías: tracción delanteraTipologías: tracción delantera
• Los inconvenientes:– El soporte de la unidad de potencia (motor + caja de cambios) tiene
que absorber los pares producidos en el motor multiplicados por la relación del cambio que esté engranada a la que se suma la reducción del diferencial.
– Hay tensiones de flexión en el sistema de escape debidas a los movimientos del motor durante la tracción y el frenado (con el motor).
– El diseño del eje delantero se hace más complejo, siendo necesarias juntas de transmisión homocinéticas.
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Tipologías: tracción traseraTipologías: tracción trasera
• Las ventajas que hay que destacar en este tipo de diseño son:
+ No hay apenas restricción alguna sobre la longitud del motor.+ A plena carga, la mayor parte de la masa del vehículo está sobre el eje
trasero, lo que mejora la capacidad de tracción. + La capacidad de tracción en rampas pronunciadas es superior a la de
un vehículo con tracción delantera.+ Permite una gran simplicidad y variedad en los diseños de los ejes
delanteros.+ Presenta un desgaste uniforme de los cuatro neumáticos al ser
diferentes las ruedas directrices de las tractoras.
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Tipologías: tracción traseraTipologías: tracción trasera
• Desventajas:– En el caso de tracción delantera el vehículo es arrastrado, el resultado
es una relación más estable entre las fuerzas de tracción Ft, y las fuerzas de inercia F. Por el contrario, en el caso de tracción trasera es evidente la condición de inestabilidad.
– Cuando el vehículo circula con uno o dos ocupantes solamente, el eje trasero tiene una carga adherente pequeña y, por tanto, una capacidad de tracción reducida en condiciones de baja adherencia.
– Más caro la fabricación.
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ComponentesComponentes
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BibliografíaBibliografía
1. Pablo Luque, Daniel Álvarez, Carlos Vera: Ingeniería del Automóvil, Thompson Paraninfo 2004
2. Publio Pintado: Un curso de Automoción. Apuntes 1994.3. Francisco Aparicio: “Teoría de los vehículos automóviles”4. Thomas Gillespie: “Fundamentals of Vehicle Dynamics”