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Cómo seleccionar una caja de cambios
Cuando conduces tu vehículo, la caja de cambios te proporciona tracción y velocidad. La marcha más baja proporciona la mayor tracción, mientras que la marcha más alta tiene la mayor velocidad. Seleccionar la marcha correcta para tus condiciones de conducción te ayudará a maximizar ambas. La relación de marcha correcta variará según las condiciones de la carretera, la carga y la velocidad. Una relación de marcha corta te permitirá acelerar más rápidamente, mientras que una relación de marcha alta aumentará la velocidad máxima. Sin embargo, debes entender cómo usar la caja de cambios antes de conducir.
Función
La función de la caja de cambios es transmitir energía rotacional al tren de transmisión de la máquina. La relación entre el par de entrada y el de salida es la relación entre el par y la velocidad de rotación. Las cajas de cambios tienen muchas funciones diferentes. Una caja de cambios puede tener varias funciones o una función que se utiliza para accionar varias otras máquinas. Si un engranaje no gira, el otro podrá hacer girar la caja de cambios. De ahí el nombre de la caja de cambios.
El sistema de control de paso presenta la misma cantidad de modos de falla que el sistema eléctrico, lo que explica una gran proporción del tiempo de inactividad y de parada más prolongado de la máquina. La relación entre los mecanismos y las fallas no se puede modelar matemáticamente fácilmente. Los modos de falla de las cajas de cambios se muestran en la Figura 3. La vida útil real de una caja de cambios es de seis a ocho años. Sin embargo, se debe desarrollar un proceso de detección de fallas de una caja de cambios, ya que se requiere tecnología madura para reducir el tiempo de inactividad y evitar incidentes catastróficos.
Una caja de cambios es una pieza vital de una maquinaria. Procesa la energía producida por un motor para mover las piezas de la máquina. La eficiencia de una caja de cambios depende de la eficiencia con la que transfiere la energía. Cuanto mayor sea la relación, más par se transfiere a las ruedas. Es un componente común de bicicletas, automóviles y una variedad de otros dispositivos. Sus cuatro funciones principales son:
Además de garantizar la fiabilidad de la caja de cambios, su capacidad de mantenimiento debe evaluarse en la fase de diseño. Las consideraciones relativas a la capacidad de mantenimiento deben integrarse en el diseño de la caja de cambios, como el tipo de piezas de repuesto disponibles. Un régimen de mantenimiento adecuado también determinará la frecuencia con la que se deben reemplazar o reparar piezas específicas. Un procedimiento de mantenimiento adecuado también garantizará que la caja de cambios sea accesible. Ya sea de fácil acceso o de difícil acceso, la accesibilidad es esencial.
Objetivo
La transmisión de un automóvil conecta el motor a las ruedas, lo que permite que un cigüeñal de mayor velocidad proporcione palanca. Los motores de alto par son necesarios para el arranque, la aceleración y la resistencia del vehículo en la carretera. La caja de cambios reduce la velocidad del motor y proporciona variaciones de par en las ruedas. La transmisión también proporciona potencia de marcha atrás, lo que permite mover el vehículo hacia adelante y hacia atrás.
Los engranajes transmiten potencia de un eje a otro. El tamaño de los engranajes y la cantidad de dientes determinan la cantidad de par que puede transmitir la unidad. Una relación de transmisión más alta significa más par, pero menor velocidad. La palanca de la caja de cambios mueve la pieza de acoplamiento en el eje. La palanca también desliza los engranajes y los sincronizadores hasta su lugar. Si la palanca se desliza hacia la izquierda o la derecha, el motor funciona en segunda marcha.
Las cajas de engranajes deben ser monitoreadas de cerca para reducir la probabilidad de falla prematura. Existen varias pruebas disponibles para detectar dientes de engranaje defectuosos y aumentar la confiabilidad de la máquina. Las figuras 1.11(a) y (b) muestran una caja de engranajes con 18 dientes y una relación de transmisión de 1.5:1. El eje de entrada está conectado a una polea y acciona una correa trapezoidal. Esta relación de transmisión permite que la caja de engranajes reduzca la velocidad del motor, al mismo tiempo que aumenta el torque y reduce la velocidad de salida.
En lo que respecta a la reducción de velocidad, la caja de cambios es el método más común para reducir el par motor. El par de salida es directamente proporcional al volumen del motor. Una caja de cambios pequeña, por ejemplo, puede producir tanto par como un motor grande con la misma velocidad de salida. Lo mismo ocurre en el caso inverso. Existen transmisiones híbridas y cajas de cambios en línea. Independientemente del tipo, conocer las funciones de una caja de cambios facilitará la elección de la adecuada para su aplicación específica.
Solicitud
Al seleccionar una caja de cambios, se debe tener en cuenta el factor de servicio. El factor de servicio es la diferencia entre la capacidad real de la caja de cambios y el valor requerido por la aplicación. Los requisitos adicionales para la caja de cambios pueden provocar un desgaste prematuro de los sellos o un sobrecalentamiento. El factor de servicio debe ser lo más bajo posible, ya que podría ser la diferencia entre la vida útil de la caja de cambios y su falla. En algunos casos, el factor de servicio de una caja de cambios puede ser tan alto como 1,4, lo que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones industriales.
China domina la industria de las energías renovables, con la mayor capacidad instalada de 1000 gigavatios y más de 2000 teravatios hora de electricidad generada cada año. Se espera que el crecimiento en estos sectores aumente la demanda de cajas de cambios. Por ejemplo, en China, la producción de energía eólica e hidroeléctrica son los principales componentes de las plantas de energía eólica y solar. El aumento de la capacidad de instalación indica un mayor uso de cajas de cambios para estas industrias. Una caja de cambios que no sea adecuada para su aplicación no será funcional, lo que puede ser perjudicial para la producción de productos en el país.
Una caja de cambios se puede montar en una de cuatro posiciones diferentes. Las primeras tres posiciones son concéntrica, paralela o en ángulo recto, y la cuarta posición es de montaje en eje. Una caja de cambios de montaje en eje se utiliza normalmente en aplicaciones en las que el motor no se puede montar mediante un pie. Estas posiciones se analizan con más detalle a continuación. Elegir la caja de cambios correcta es esencial en su negocio, pero recuerde que una caja de cambios bien diseñada ayudará a mejorar sus resultados.
El factor de servicio de una caja de cambios depende del tipo de carga. Una carga de impacto elevada, por ejemplo, puede provocar un fallo prematuro de los dientes del engranaje o de los cojinetes del eje. En tales casos, se requiere un factor de servicio más elevado. En otros casos, una caja de cambios diseñada para cargas de impacto elevadas puede soportar dichas cargas sin deteriorar su rendimiento. Además, también reducirá el coste de mantenimiento de la caja de cambios a lo largo del tiempo.
Material
Al elegir el material para su caja de cambios, debe equilibrar la resistencia, la durabilidad y el costo del diseño. En este artículo, analizaremos los diferentes tipos de materiales y sus respectivas aplicaciones y cálculos de transmisión de potencia. Existe una variedad de aleaciones disponibles, cada una de las cuales ofrece sus propias ventajas, incluida una mayor dureza y resistencia al desgaste. Las siguientes son algunas de las aleaciones comunes que se utilizan en los engranajes. La ventaja de las aleaciones es su precio competitivo. Un engranaje fabricado con uno de estos materiales suele ser más resistente que sus homólogos.
El contenido de carbono del SPCC evita que el material se endurezca como el acero inoxidable. Sin embargo, las láminas delgadas fabricadas con SPCC suelen utilizarse para engranajes con menor resistencia. Debido al bajo contenido de carbono, la superficie del SPCC no se endurece tan rápido como los engranajes de acero inoxidable, por lo que se necesita una nitruración suave para proporcionar dureza. Sin embargo, si desea un engranaje que no se oxide, entonces debería considerar el acero inoxidable o el FCD.
Además de en los automóviles, las cajas de cambios también se utilizan en la industria aeroespacial. Se utilizan en viajes espaciales y en motores de aviones. En la agricultura, se utilizan en maquinaria de riego, control de plagas e insectos y en máquinas de arado. También se utilizan en equipos de construcción como grúas, excavadoras y tractores. Las cajas de cambios también se utilizan en la industria de procesamiento de alimentos, incluidos sistemas de transporte, hornos y maquinaria de envasado.
Los dientes de los engranajes de la caja de cambios son importantes para el rendimiento. Un engranaje que engrane correctamente permitirá que los engranajes alcancen el máximo rendimiento y soporten el par motor. Los dientes de los engranajes son como pequeñas palancas y un engrane eficaz reduce la tensión y el deslizamiento. Un análisis paramétrico estacionario le ayudará a determinar la calidad del engrane durante todo el ciclo de engranajes. Este método suele ser la forma más precisa de determinar si los engranajes engranan bien.
Fabricación
El mercado mundial de engranajes se divide en cinco regiones clave: América del Norte, Europa, Asia Pacífico y América Latina. Entre estas regiones, se espera que Asia Pacífico genere el mayor PIB, debido al rápido crecimiento de la demanda de energía y las inversiones en infraestructura industrial. Esta región también alberga algunas de las bases de fabricación más grandes, y su construcción continua de nuevos edificios y viviendas respaldará el crecimiento de la industria. En términos de aplicación, las cajas de engranajes se utilizan en la construcción, la maquinaria agrícola y el transporte.
Se prevé que el mercado de cajas de cambios industriales se expanda durante los próximos años, impulsado por el rápido crecimiento de la industria de la construcción y los avances comerciales. Sin embargo, existen varios desafíos que obstaculizan el crecimiento de la industria. Estos incluyen el alto costo de operación y mantenimiento de las unidades de engranajes. Este informe cubre el tamaño del mercado de cajas de cambios industriales a nivel mundial, así como sus tecnologías de fabricación. También incluye datos de los fabricantes para el período 2020-2024. El informe también presenta un análisis de los impulsores y restricciones del mercado.
La crisis sanitaria mundial y la disminución del comercio marítimo han tenido efectos moderadamente adversos en la industria. La caída del comercio marítimo ha creado una barrera para la inversión. Se espera que el valor del petróleo crudo internacional supere los USD 0 en abril de 2020, lo que pondrá fin al desarrollo y la explotación de nuevos activos. En tal escenario, el mercado mundial de cajas de cambios se enfrentará a muchos desafíos. Sin embargo, las oportunidades son enormes. Por lo tanto, se espera que el mercado de cajas de cambios industriales crezca en más de 6% para 2020, gracias al creciente número de vehículos ligeros vendidos en el país.
El eje principal de una caja de cambios, también conocido como eje de salida, gira a distintas velocidades y transfiere par a un automóvil. El eje de salida está ranurado para que se le puedan conectar un acoplador y un engranaje. El eje intermedio y el eje primario están soportados por cojinetes, que reducen la fricción en el elemento giratorio. Otra parte importante de una caja de cambios son los engranajes, que varían en número de dientes. La cantidad de dientes determina cuánto par puede transferir un engranaje. Además, los engranajes pueden deslizarse en cualquier posición.
Editor por czh 2023-02-14