UNIDAD 6 Volantes

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Diseño Mecánico II

Text of UNIDAD 6 Volantes

INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS

TEMA:

UNIDAD 6 VOLANTES

MATERIA:

- D I S E O II -

DOCENTE:

ING. GILBERTO DAMIAN LOPEZ

P R E S E N T A:

Arias Tapia Jeremas

Coatzacoalcos., Veracruz.Diciembre del 2014

INDICE

6.1 Volantes 3

6.2 Diagrama de demanda de energa 8

6.3 Energa de transferencia 12

6.4 Dimensionamiento 15

6.5 Materiales para volantes 16

Pgina | 2

6.1 VOLANTES

Un volante de direccin (tambin conocido como volante o timn) es un tipo de control de direccin en vehculos.Los volantes se utilizan en todo tipo de vehculos, desde los automviles hasta camiones ligeros y pesados. El volante es la parte del sistema de gobierno que es manipulado por el conductor, generando acciones que son las respondidas por el resto del sistema. Esto se logra a travs del contacto mecnico directo como los racks y el pin, con o sin la ayuda de direccin asistida, EPS, o como en algunos coches modernos de produccin con la ayuda de los motores controlados por computadora, conocido como direccin de energa elctrica. Con la introduccin de la regulacin federal de los vehculos en los Estados Unidos en 1968, FMVSS114, se requiere el bloqueo de la rotacin del volante, para impedir el robo de vehculos de motor. En la mayora de los vehculos esto se logra cuando se elimina la llave del encendido del sistema de encendido (bloqueo de encendido).

En los vehculos ms modernos con frecuencia se incluyen en el volante los mandos a distancia de audio del automvil.

El volante de inercia es, bsicamente, un sistema de almacenamiento de energa mecnica. Su principal caracterstica frente a otros sistemas es la capacidad de absorber y ceder energa en poco tiempo. Es adecuado para sistemas mecnicos de ciclo energtico discontinuo donde el periodo de tiempo sea muy corto, por lo que, tradicionalmente, se ha utilizado en motores y compresores alternativos, prensas y troqueladoras, etc.

En volantes tradicionales la cantidad de energa es menor que en otros sistemas de almacenamiento, pero en las ltimas dcadas se fabrican de materiales compuestos, lo que ha supuesto un aumento notable de su capacidad de almacenamiento. Esta innovacin permite aplicarlos a campos en los que antes era totalmente impensable, por ejemplo, para almacenamiento de energa en automviles, trenes o autobuses, satlites, etc.

Con este nuevo tipo de volantes se superan, en algunos aspectos, los sistemas clsicos de almacenamiento de energa. Por ejemplo, si se comparan con las tradicionales bateras qumicas, los volantes ofrecen mayor potencia energtica, tanto entregada como absorbida.

Los volantes son mquinas o dispositivos que se utilizan para mantener una determinada relacin entre el movimiento de rotacin del eje de una mquina con la potencia que la misma entrega, si bien con funciones distintas y diferenciadas entre s.

Los volantes tienen por finalidad, en virtud de su masa e inercia, uniformar dentro de ciertos lmites, las velocidades en los ejes de las mquinas motrices expuestas a variaciones debido al trabajo motor variable que le es entregado y al momento resistente de la carga.

El volante se define como un elemento mecnico capaz de almacenar energa cintica, usando la inercia restante en un sistema. El volante reduce las variaciones en la velocidad angular, suavizando de este modo las aceleraciones bruscas. En palabras ms sencillas, se puede decir que el volante de inercia se resiste a los cambios en su velocidad de rotacin.

En mecnica, un volante de inercia o volante motor es un elemento totalmente pasivo, que nicamente aporta al sistema una inercia adicional de modo que le permite almacenar energa cintica. Este volante contina su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo propulsa.

De esta forma, el volante de inercia se opone a las aceleraciones bruscas en un movimiento rotativo. As se consiguen reducir las fluctuaciones de velocidad angular. Es decir, se utiliza el volante para suavizar el flujo de energa entre una fuente de potencia y su carga.

La misin del volante es acumular y liberar energa transitoriamente, acumula energa cintica cuando la velocidad tiende a aumentar sobre su valor de rgimen y la cede cuando tiende a disminuir. De ste modo, la energa cintica de rotacin ser mxima para una velocidad de rotacin determinada, y se consigue que el motor redondee perfectamente.

Un lado del volante de inercia sirve de zona de friccin para el disco de embrague. El centro del embrague en el volante, se realiza mediante pernos- gua o reborde de fijacin.

El lado motor dispone de la sujecin sobre el cigeal y ste a su vez dispone de un retn. En el centro del volante de inercia se localiza el cojinete para introducir la punta del eje primario de la caja de cambios.

Volantes Motor Bi-Masa

Volante Motor Bi-Masa

Este tipo de volante sustituye a los antiguos volantes motor. Tal y como su nombre indica, est constituido por dos masas o elementos (primario y secundario) unidos entre s mediante una unidad amortiguadora de muelles, de forma que ambos pueden girar. La inercia de la masa del conjunto permanece inalterable, pero se consigue una amortiguacin que supera ampliamente al amortiguador de torsin convencional del disco de embrague.

Mediante su utilizacin y como consecuencia de la reduccin de las frecuencias de resonancia, las vibraciones de la cadena cinemtica se reducen ostensiblemente y permite un ajuste ms bajo del rgimen ralent.

Para entender bien la finalidad del volante es necesario entender antes el principio de inercia. La Inercia es un comportamiento comn a todos los cuerpos materiales, y se puede resumir como la resistencia inherente de todos los objetos a los cambios de velocidad y/o en la direccin del movimiento.

Un objeto sin movimiento tiende a mantenerse en reposo, uno en movimiento tiende a conservar ese mismo movimiento y a seguir en la misma direccin. Un ejemplo de inercia lo tenemos cuando frenamos un vehculo violentamente, entonces nuestro cuerpo y cabeza tender a seguir hacia adelante, es decir, que por inercia nuestro cuerpo, que estaba desplazndose anteriormente, quiera seguir desplazndose en la misma direccin luego de la frenada.

Si en cambio nuestro automvil est detenido y arrancamos acelerando bruscamente nuestro cuerpo y cabeza se ir hacia atrs, ya que como dijimos anteriormente un cuerpo en reposo tiende a mantener tambin ese reposo.

La inercia se da obviamente tambin en el motor, el pistn ejerce fuerza de empuje al cigeal solamente durante el ciclo de expansin por lo que para que el cigeal contine girando en los dems ciclos cuando no hay empuje es necesario la existencia del volante, que sencillamente es una rueda pesada colocada a un extremo del cigeal que acumula inercia regulando el movimiento del cigeal.

El cigeal adems sirve de plato de soporte del embrague, para transmitir o no el movimiento del motor.

6.2 DIAGRAMA DE DEMANDA DE ENERGIA

Si se considera una mquina a vapor o de combustin interna mono cilndrica, provista de un mecanismo de biela manivela, cuyo esquema se indica en la figura (Figura 7.3),

Figura 7.3 Mecanismo de biela manivela

la fuerza tangencial T que le imprima el movimiento de rotacin a la manivela, estaba dada por la expresin:

Como T depende de los ngulos , y estos se modifican continuamente, T modifica su intensidad a medida que el botn A de la manivela realiza una vuelta completa. Por tal motivo, su momento de rotacin, dado por la expresin:

Tambin oscilar, pudiendo representarse estas oscilaciones en un diagrama de ejes coordenados como se muestra en la figura (Figura 7.4), con los esfuerzos tangenciales en el eje de ordenadas y en el eje de abscisas del desarrollo de la circunferencia descripta por el botn A de la manivela.

Figura 7.4 Diagrama de ejes coordenados

La superficie comprendida entre la curva de los esfuerzos tangenciales OABCDEO, y la lnea de abscisas e, corresponde al trabajo transmitido o motor Wm realizado por la manivela en una revolucin alrededor del eje O. Este trabajo es posible conocerlo a travs del diagrama que realiza un aparato llamado indicador, el cual se confecciona con los esfuerzos sobre el mbolo y el recorrido del mismo, motivo por el cual tambin se lo denomina trabajo indicado, pudiendo escribirse:

Si se supone que el trabajo resistente Wr, el cual se opone al trabajo Wm desarrollado por el motor, es producido por un esfuerzo resistente medio Tr, se lo podr representar como una superficie rectangular OEFGO de base 2 r sobre el eje de abscisas e, y altura Tr sobre el eje de ordenadas, por lo que se puede escribir:

Estos trabajos deben ser iguales, ya que el trabajo que debe entregar el motor debe ser el necesario para vencer el resistente:

Por lo tanto, ambas superficies tambin debern ser iguales, por lo que se puede escribir:

Es decir que se puede obtener el valor de Tr igualando el segundo miembro con el primer miembro de y haciendo pasajes de trminos, resultando:

Obtenido el valor de Tr se lo traza sobre los mismos ejes coordenados del diagrama del trabajo indicado, con lo que se tiene el rea del trabajo resistente en la misma escala. Analizando las distintas zonas de los diagramas, en el r