¿Por que caja de cambios y calculos?

[avir0014]

Ã,¿Por qué se mueve un coche de motor de gasolina?

   Por que al hacer explotar la gasolina en los cilindros movemos los pistones, estos mueven el eje cigüeñal y este el volante motor.  Convertimos un movimiento lineal (pistones) en un movimiento circular (volante motor). El volante motor lo engranamos con otro volante al eje de la transmisión y giramos las ruedas.

Ã,¿Asi que hacemos girar las ruedas a la velocidad de giro del volante motor?

   No directamente. Partimos de que el motor al funcionar varia sus revoluciones (vueltas del volante motor movido por los pistones) entre el rpm (revoluciones por minuto o vueltas volante motor por minuto) minimo (en gasolina aprox 750 rpms) hasta unos rpms maximos (aprox 6.000 rpms).

   Sin rozamiento, por ejemplo en el espacio, no hay problema en engranar los dientes del volante motor directamente a otro volante con los mismos dientes y transmitir las rpms directas a los ejes de transmisión de las ruedas y la velocidad seria muy considerable. Pero no hay carreteras en el espacio.

   Lastima que nuestro volante motor no tiene fuerza suficiente para propulsar el chasis a esas revoluciones por minuto (rpms). El primer truco sera acoplar una desmultiplicación fija aproximada de 4 a 1 en un grupo diferencial.

Ã,¿Cómo es eso? 

   Por cada 4 vueltas del volante motor solo tendremos una vuelta en el eje de transmisión. Reducimos la velocidad a una cuarta parte pero conseguimos cuatro veces mas fuerza de propulsión en el eje de transmision.

- Solucionado y a correrââ,¬Â¦. 

   Podemos circular el auto de esta manera, esto ocurre cuando seleccionamos en la caja de cambios una relacion directa (normalmente la marcha cuarta). En el ejemplo a estudiar tendremos una cuarta con una relacion entre los dientes primarios y dientes secundarios 30/29 (Bueno nos sobra un diente en el primario para ser una relacion directa pura, pero no nos vamos a enfadar por un diente).

Pues nada metemos la cuarta marcha y a correrââ,¬Â¦. 

   Poder si podemos circular, pero hace falta que un amigo tire de nuesto auto hasta una velocidad minima en la cual nuestro volante motor tenga fuerza suficiente para mantener la velocidad ya que la relacion directa no tiene mucha fuerza. Eso un dia, para el otro te quedas sin amigo.

  Pero tu estas tonto, no habiamos quedado que con el grupo diferencial teniamos cuatro veces mas fuerza y ahora dices que no llega, mierd@ de volante. Ã,¿Habra que cambiarlo por uno mas fuerte? 

   Si hacemos los volantes mas fuertes, tiene que ser mas grandes y dar menos vueltas, lo que hara que iremos mas despacio y tampoco vamos a ir al pueblo todo el tiempo a 10kms/hora. El volante puede ser tan grande que puede no entrar en el auto.

Ã,¿Cómo lo arreglamos? 

   Ir variando los engranajes desde que el vehiculo esta parado, primero con una relacion de marcha muy corta para que el auto se ponga en movimiento e ir cambiando los engranajes a relaciones de marcha menos cortas hasta llegar a la directa en la cual solo tendremos la desmultiplicación del grupo diferencial. Esto sera la caja de cambios.

Ã,¿Podremos ir a la velocidad maxima en directa?

   En principio si. Eso se logra en las cajas de cambios de 4 velocidades. Pero si aumentamos un engranaje mas y la relacion de marcha es mas larga entonces podremos propulsar el auto a mas velocidad, tendremos una 5 supermarcha.

Ya que quiero ir mas rapido para ello metemos unas 4 supermarchas mas 

   Tampoco nos podemos pasar, ya que cada supermarcha al tener una relacion de marcha mas larga tenemos menos fuerza y puede llegar que el volante motor no tenga suficiente fuerza para mantener tanta velocidad.

Otra vez el volante motor con poca fuerza, pues estamos listos. 

   El volante motor puede dar la fuerza para la que esta diseñado, pero con la caja de cambios podemos elegir la fuerza que queremos dar al eje de transmisión para o ir mas lento con mas fuerza o mas rapido pero con menos fuerza de propulsión.

CALCULO TEORICO DE RELACIONES DE MARCHA Y VELOCIDADES SEGÚN DATOS FABRICANTE

DATOS INICIALES PARA EL EJEMPLO

VEHICULO : CLIO 2
TIPO CAJA CAMBIOS: JB1
TIPO MOTOR: D7F 726, par motor 2.500 rpms, Rpms max : 5.250 rpms
TIPO NEUMATICOS:  175 / 65 / R14

1Ã,º CALCULAMOS LOS DESARROLLOS DE LAS VELOCIDADES PARA LA RUEDA 175/65/14 A DIFERENTES REVOLUCIONES

Miramos en el fabricante las relaciones de dientes de la caja JB1. La combinación de tipo de caja y la combinación de tres digitos siguiente nos indicara las relaciones de desmultiplicación de las marchas variable y la relacion fija del grupo diferencial.

El fabricante nos da los siguientes datos para una caja de cambios JB1. Para todos los indices indicados las realciones de marchas son iguales pero varia la relacion de grupo. Esto pasa en principio con  las JB1 pero con las JB3, la combinación de tipo de caja e indice varia las relaciones de marcha y la relacion de grupo según la tabla del fabricante.

Para el ejemplo suponemos una JB1 con indices 046 o 061, dandonos el fabricante una relacion de grupo de 14/59, como vemos el indice acontinuacion del tipo de caja nos indica la relacion de grupo. Nos indica que:

ââ,¬Â¢   La corona del diferencial (piñon conducido) tendra 59 dientes.
ââ,¬Â¢   El piñon de ataque (piñon conductor) tendra  14 dientes.

La relacion de grupo fija en este caso sera de 59/14 = 4,21

Para los indices 053,071; Relacion de grupo 16/57
Para los indice  080,062 ; Relacion de grupo 16/57
Para los indices 046,061; Relacion de grupo 14/59

Escojemos una JB1 046 y tenemos una relacion de grupo diferencial fija de 14/59

Relaciones de desmultiplicación: Es la relacion entre el numero de dientes engranajes del arbol fijo (con los desplazables) y el arbol secundario. Hacemos la division entre el numero de dientes del secundario y el arbol fijo.

-   En 1Ã,º marcha : 11/41  (marcha muy corta)     = 41/11 =  3,72
-   En 2Ã,º marcha : 21/43  (marcha menos corta)  = 43/21 =  2,04
-   En 3Ã,º marcha : 28/37  (marcha corta)             = 37/28 =  1,32
-   En 4Ã,º marcha : 30/29  (marcha directa)          = 30/29 =  1,03
-   En 5Ã,º marcha : 39/31  (super marcha)            = 31/39 =   0,79
-   En Marcha Atrás: 11/39 (marcha muy corta con inversion de giro)

   La relacion del grupo del diferencial (que es otra desmultiplicación fija que multiplicaremos a la relacion de marcha escogida con el selector de la palanca de cambios). Calculamos la relacion total o desmultiplicación total:

Rt = Relacion de la velocidad . Relacion de grupo

-   En 1Ã,º marcha : 3,72 . 4,21 =  15,66
-   En 2Ã,º marcha : 2,04 . 4,21 =    8,59
-   En 3Ã,º marcha : 1,32 . 4,21 =    5,56
-   En 4Ã,º marcha : 1,03 . 4,21 =    4,34
-   En 5Ã,º marcha : 0,79 . 4,21 =    3,32

Calculamos el Perímetro de rueda  para 175/65/14

  Serie =      [(Anchura de la sección) / (Anchura nominal) ]  . 100                                           
 
  Serie =      [( X ) / (Anchura nominal) ]  . 100 

  X =  [ Serie . (Anchura nominal)] / 100                                         
               
X =  [ 65 . (175)]  /100      =  114 mm  ;  11 cm                                   
         
Diámetro llanta = nÃ,º de pulgadas de la llanta . 25,4 = 14 . 25,4 = 356 mm; 35,6 cm

Radio = Ã,½ llanta + 1 ancho de perfil = 17.8 + 11 = 28.8 cm

Perímetro de la rueda = 2. PI. R = 2 . 3,1416 . 28.8 =  180,95 cm  =  1,8095 m

CALCULO DE LA VELOCIDAD

Velocidad = ( RPM . Perímetro de rueda . 60 ) / (Desmultiplicación total . 1000)

Calculo para 1.000 rpms

V1 = ( 1000 . 1,8085 . 60 ) / (15,66 . 1000)  = 108510 /  15660 =  6,92 kms /h
V2 = ( 1000 . 1,8085 . 60 ) / ( 8,59 . 1000)  =  108510 /    8590 = 12,63 kms /h
V3 = ( 1000 . 1,8085 . 60 ) / ( 5,56 . 1000)  =  108510 /    5560 =  19,51 kms/h
V4 = ( 1000 . 1,8085 . 60 ) / ( 4,34 . 1000)  =  108510 /    4340 =  25 kms/h
V5 = ( 1000 . 1,8085 . 60 ) / ( 3,32 . 1000)  =  108510 /    3320 =  32,68 kms/h

Calculo para 5.000 rpms

V1 = ( 5000 . 1,8085 . 60 ) / (15,66 . 1000) =  542550 / 15660 = 34,64 kms/h
V2 = ( 5000 . 1,8085 . 60 ) / ( 8,59 . 1000) = 542550 / 8590 =  63,16 kms/h
V3 = ( 5000 . 1,8085 . 60 ) / ( 5,56 . 1000) = 542550 / 5560 =  95,58 kms/h
V4 = ( 5000 . 1,8085 . 60 ) / ( 4,34 . 1000) = 542550 / 4340 = 125 kms/h
V5 = ( 5000 . 1,8085 . 60 ) / ( 3,32 . 1000) = 542550 / 3320 = 163,41 kms/h

   Si alguien se aburre puede calcular el resto de las velocidades en las otras marchas. Lo bueno de la cosa es comparar los datos obtenidos y compararlos con otros calculados cambiando el grupo de otra caja parecida pero compatible, por ejemplo una jb3 o una jb5.

Un saludo.

[Melange Still Race]

Ufff Tremenda explicacion, me llega como anillo al dedo. . . Ahora que ando en una de piquero y quiero hacerme una caja para mis preferencias. . .

Ya creo tener una base para empezar a ver las diferentes configuraciones posibles a usar!