Sistemas Mecánicos Automotrices

Sistemas Mecánicos Automotrices

• El estudio de la mecánica clásica es fundamental para comprender el movimiento de partículas y cuerpos rígidos.
• La mecánica se divide en estática (equilibrio), cinemática (movimiento sin considerar las fuerzas) y dinámica (movimiento con fuerzas).
• Dentro de la cinemática se encuentra la cinética, que analiza el movimiento considerando las fuerzas.
• Existen ecuaciones fundamentales para el equilibrio (ΣF = 0 and ΣM = 0) y movimiento (lineal: v = dx/dt, a = dv/dt; angular: ω = dθ/dt, α = dw/dt) de diferentes objetos.
• La ingeniería analiza sistemas descomponiendo sus partes constituyentes.
• Los ingenieros necesitan comprender cómo analizar sistemas mecánicos, eléctricos, térmicos y de fluidos para diseñar sistemas complejos.
• El análisis de sistemas mecánicos requiere técnicas matemáticas y conocimiento de la física fundamental de la función del sistema.
• Un mecanismo transforma el movimiento en un patrón específico, a menudo generando fuerzas y transmitiendo poca potencia.
• Los mecanismos cargados en exceso y operando a baja velocidad pueden ser tratados como sistemas cinemáticos para análisis.
• Los mecanismos/máquinas están compuestos de elementos mecánicos con funciones y formas específicas.
• Existe cierta superposición entre mecanismos y máquinas, diferenciándose en el grado de fuerza o nivel de energía.

Mecanismos de Cuatro Barras

• El mecanismo de cuatro barras es un mecanismo con cuatro barras articuladas.
• La barra 1 (MN) es el enlace de tierra, punto de referencia.
• La barra 2 (MA) está controlada por 0₂ (ángulo de entrada).
• La barra 3 (AB) es el eslabón acoplador, con ángulo 0₃.
• La barra 4 (NB) es el enlace de salida, con ángulo 0₄.
• La posición angular de los enlaces de salida, 0₄ y 0₃, depende de la longitud de los eslabones y de 0₂ (ángulo de entrada).
• Los ángulos 0₄ y 0₃ pueden ser calculados (fórmulas incluidas en las notas).
• Existen ciertas constantes (A a F) que pueden calcularse para obtener los ángulos.
• Las ecuaciones de Freudenstein ayudan a calcular los valores J1 a J5 para obtener los ángulos.
• El criterio de Grashoff determina la capacidad de un mecanismo de cuatro barras para tener un enlace rotatorio. La condición es que la suma de la longitud del eslabón más corto (s) y del eslabón más largo (l) sea menor que la suma de las longitudes de los dos eslabones restantes (p y q).
• Si l + s < p + q, el mecanismo puede tener movimiento rotatorio.
• Los diferentes tipos de mecanismos de Grashoff son: mecanismo manivela-balancín, manivela-manivela y balancín-balancín.
• Posiciones límite ocurren cuando el ángulo entre el enlace de acoplamiento y el enlace de entrada/salida es 180° o 360°.
• Los diseñadores deben considerar las posiciones límite.
• Ángulos de entrada (0₂), 04D1, 04D2 y 0₂D1, 0₂D2 pueden calcularse (incluidas fórmulas en las notas).

Mecanismo Piñón Cremallera

• Los engranajes se usan comúnmente en máquinas para transmitir movimiento entre ejes.
• Un engrane se utiliza comúnmente para generar velocidad y/o torque.
• Engranajes rectos y rodillos de fricción se usan para transmitir movimiento entre ejes.
• Eliminando el deslizamiento se crea un sistema de engrane de forma más eficiente. El sistema entre dos discos lisos se sustituye por un sistema de discos de dientes.
• Engranajes rectos los más usados por lo sencillo del mecanismo.
• Cremallera un caso especial, configurado sin un círculo, sino en una base plana.
• La cremallera puede ser acoplada con un engrane recto y se genera movimiento de traslación.
• Terminología que describe a los engranajes rectos también aplican otros tipo de engranajes.
• Diámetro del círculo de paso que representa el tamaño del rodillo de fricción.
• El paso diametral es el número de dientes por unidad de medida (pulgada).
• La relación entre paso y paso diametral es N/d, donde N el número de dientes y d el paso diametral.
• La cremallera de dirección común en automóviles, donde el giro del volante se transforma en movimiento lateral de las ruedas con ayuda de un mecanismo.
• La cremallera de dirección también puede estar asistida en sistemas de dirección asistida.
• La cremallera asistida tiene líquido en ambos lados de un pistón; la presión aplicada a uno de los lados impulsa el pistón.

Geometría de las Ruedas

• La geometría de las ruedas (ángulos de salida, caída, avance, convergencia/divergencia).
• Las cotas son pequeñas pero cruciales para la estabilidad del vehículo.
• La geometría de las ruedas influye en el rendimiento del sistema de dirección.

Junta Universal

• La Junta Universal conecta dos flechas que se cruzan.
• La junta universal también se conoce como junta de Hooke.
• El componente 2 es el impulsor y el componente 4 es el impulsado.
• Las líneas de los centros de los ejes se cruzan en 'O', creando el ángulo 'β' entre los ejes.
• El ángulo 'θ' representa el ángulo de rotación de la flecha motriz.
• La relación de velocidad angular entre el impulsor (ω₂ ) y el impulsado (ω₄) (fórmula incluida en las notas).
• Existe una ecuación simplificada para este sistema, cuando los ángulos entre los ejes son pequeños (fórmula incluida en las notas)

Sistema de engranajes de dirección

• El sistema de engranajes de la dirección es un conjunto de engranajes protegidos que son un elemento desmultiplicador. Los engranajes están en un cárter. Existen varios tipos de sistema de engranajes.

• Sistemas de engranaje de dirección basados en tornillo sinfín cilíndrico:

  • El sinfín gira, moviendo una tuerca interna.
  • La tuerca a su vez mueve una palanca.
  • La palanca mueve el eje de dirección.

• Sistemas de engranaje de dirección basados en cremallera:*

  • Un piñón hace girar una cremallera.
  • La cremallera produce movimiento lineal.
  • Las ruedas se mueven como consecuencia.

• Sistemas de engranajes de dirección asistida:*

• Sistemas de dirección asistida usan un mecanismo adicional para ayudar a la dirección

• Se utilizan sistemas hidráulicos comúnmente en los sistemas de dirección asistida.

• Estos sistemas auxilian para mejorar la facilidad de giro del volante.