Divisor de Torque

Capacitacin CMCC003 Suc. Coquimbo 12/01/2006

MATERAL DEL ESTUDIANTE

DIVISOR DE TORQUE

TREN DE FUERZA


INTRODUCCIN

El Divisor de Torque tal ves es uno de los tipos de Convertidor mas complejos de entender debido a la combinacin que existe en su funcionamiento de dos tipos de transmisin de potencia, por una lado una transmisin a travs de engranajes (transmisin mecnica) y una transmisin a travs de un Convertidor convencional (transmisin hidrulica). Esta gua esta diseada con el fin de ayudarle a comprender como funcionan juntos estos dos tipos de transmisin dentro de un mismo componente, para ello, en un principio se describen la operacin por separado de ambos tipos de transmisin y luego la operacin de del Divisor de Torque. Esta gua debe ser utilizado solo como material de auto instruccin y en ningn caso pretende reemplazar al Manual de Servicio del equipo. NOTA: todos los valores mostrados en esta gua son solo referenciales, para realizar cualquier prueba o ajuste en los componentes aqu mostrados refirase al Manual de Servicio del equipo.

OBJETIVOS

El objetivo de esta gua es entregar al Tcnico de Servicio conocimientos de los principios bsicos de operacin y funcionamiento de Divisores de Torque para ayudarle a entender la teora y razonamiento que existe detrs de cada prueba y diagnostico de falla que se encuentra en el Manual de Servicio. Con estos conocimientos, cada paso del procedimiento de pruebas y diagnostico de falla ser mas significativo y es posible que el Tcnico de Servicio reconozca la causa del malfuncionamiento antes de completar o incluso al comienzo de un largo procedimiento de pruebas y diagnostico de falla, esto le permitir ahorrar tiempo, disminuir los tiempos de detencin de los equipos, bajar los costos del cliente y aumentar sus satisfaccin con nuestro Servicio.


SEGURIDAD

ATENCIONHay que tener cuidado de que los fluidos estn contenidos durante los procedimientos de inspeccin, mantenimiento, prueba, ajuste y reparacin de la mquina. Est preparado para recoger el fluido en recipientes adecuados antes de abrir cualquier compartimiento o desarmar cualquier componente que contenga fluidos.

Consulte la Publicacin Especial, NENG2500, "Gua de herramientas y productos de taller Caterpillar", para obtener informacin sobre las herramientas y los artculos adecuados para recoger y contener fluidos en las mquinas Caterpillar .

Evace todos los fluidos segn las regulaciones y ordenanzas locales.

Recuerde que los fluidos deben ser eliminados de acuerdo a las disposiciones vigentes que existan en el lugar donde realice el trabajo, para ello realice las consultas que le permitan realizar esta tarea bajo las normas establecidas

ATENCION

El movimiento repentino de la mquina puede causar lesiones graves e incluso mortales.

El movimiento repentino de la mquina o la liberacin de la presin del aire o del aceite pueden causar lesiones al personal que se encuentre en la mquina o en sus alrededores.

Para evitar posibles lesiones, realice el procedimiento indicado en la seccin de Pruebas y Ajustes, "Informacin general" antes de probar o ajustar cualquier sistema hidrulico o de aire.

Dependiendo del equipo en el que este trabajando, existen reas en las que se reduce el espacio al mover los implementos, esto puede causar lesiones graves o la muerte por atrapamiento entre las partes y componentes del equipo.

ATENCION

No utilice las manos para comprobar si hay fugas. Una fuga muy pequea (del tamao de la punta de un alfiler) puede producir un chorro de aceite a alta velocidad que sea casi invisible, a menos que est muy cerca de la manguera. Este aceite puede penetrar la piel y causar lesiones. Use un trozo de cartn o de papel para encontrar fugaspequeas.

Nunca utilice sus manos para verificar si existen fugas en las lneas o componentes del sistema, los fluidos a alta presin pueden penetrar en la piel causando lesiones graves.


TREN DE FUERZA BASICO

DIVISORES DE TORQUE

Este modulo del Curso Tren de Fuerza Bsico le mostrara los conceptos bsicos y la operacin de un Divisor de Torque usado en conjunto con una servotransmision.

Nosotros discutimos en el modulo Convertidores de Torque Bsicos, que cuando el Tractor estaba empujando una carga pesada, el Convertidor de Torque poda automticamente proporcionar una multiplicacin de torque necesario para equiparar el aumento de carga sin cambiar una velocidad en la transmisin y sin que el motor se detuviera (stall).

Pero el Tractor no solo empuja cargas pesadas, frecuentemente mueve las pilas de un lugar a otro. Para mover una pila o mover el equipo sin carga, el mando directo es mas eficiente. Por lo tanto, algunos Tractores estn equipados con un Divisor de Torque. Esta unidad puede proporcionar mando en Convertidor de Torque cuando lo necesita y un mando mecnico, como un mando directo, cuando la operacin de la maquina lo requiere.


Que es un Divisor de Torque

Pero, que es un Divisor de Torque? Como realiza esto?

Un Divisor de Torque es un Convertidor de Torque al que se la ha agregado un conjunto planetario.

Este conjunto planetario va en la parte delantera del Convertidor de Torque.


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Recuerde, un Convertidor de Torque consiste de: 1. Un impelente 2. Un estator 3. Una turbina

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3

2

El conjunto de engranajes planetarios consiste de:

1. Anillo dentado (anular) 2. Engranajes planetarios (y su portador) 3. Un engranaje solar

Antes que veamos como trabajan juntos el Convertidor de Torque y el conjunto de engranajes planetarios, revisaremos sus principios de operacin.

Nosotros aprendimos anteriormente que en un Convertidor de Torque, cuando el impelente (conectado al eje de entrada) y la turbina (conectada al eje de salida) estn girando a la misma velocidad el Convertidor de Torque acta como un acoplamiento hidrulico, donde el torque de entrada es igual al torque de salida.


Pero, cuando la maquina es puesta bajo una carga, el eje de salida (y la turbina) diminuyen su velocidad (como se muestra en el tacmetro de la izquierda) y la multiplicacin de torque comienza, donde el torque de salida es mayor que el torque de entrada. Al ser mas grande la diferencia de velocidad entre el impelente y la turbina mas grande llega a ser el torque en la salida. Tenga presente este punto.

Nosotros dijimos que cuando aplicamos una fuerza a la llave, generamos una fuerza de torsin

Damos TORQUE al perno


El torque generado (T) es igual a la fuerza aplicada (F) multiplicado por la distancia (d) en la cual se aplica la fuerza. Torque es igual a la fuerza por la distancia (T=Fxd). De esta relacin podemos ver que el torque puede ser cambiado aumentando la fuerza o la distancia sobre la cual acta la fuerza. Frecuentemente nosotros estamos limitados a la cantidad de fuerza que podemos aplicar, por lo que aumentamos la distancia sobre la cual acta la fuerza.

Aqu vemos tres llaves con la misma fuerza aplicada a cada una de ellas. La llave del medio es del doble del largo de la llave de arriba y la llave del fondo es tres veces mas larga que la llave de arriba. Recordando nuestra ecuacin, T=Fxd, podemos ver que estamos generando el doble del torque del perno de arriba en el perno del medio y tres veces el torque del perno de arriba en el perno de abajo. Todo esto sin aumentar la fuerza.

Si nosotros consideramos un engranaje como una serie de llaves, es fcil visualizar cuanta fuerza es aplicada a un diente del engranaje y cuanto torque se esta aplicando al eje.


Llevando nuestra analoga un paso mas all vemos que aumentando el tamao del engranaje aumentamos el torque generado, asumiendo que la fuerza aplicada al diente es la misma.

En un planetario, si nosotros aplicamos fuerza al anillo dentado (anular) y el engranaje solar mueve a los engranajes planetarios, el anillo dentado (anular) proporciona mas torque debido a que tiene un radio mas grande. Mantengamos en mente nuestro Convertidor de Torque y los principios de engranajes y volvamos al Divisor de Torque.

Aqu se muestra el arreglo de un Divisor de Torque (amarillo) y una transmisin de velocidades (azul) en un tractor grande. El flujo de potencia desde el motor, a travs del Divisor de Torque, la transmisin planetaria y luego al resto del tren de potencia hasta las cadenas.


Esta es una vista en corte del Divisor de Torque. Como dijimos anteriormente, este consiste de un conjunto de engranajes, ubicado a la derecha y el Convertidor de Torque, en el lado izquierdo. Identifique los componentes mayores para evitar confusiones mas tarde.

1. Volante 2. Engranaje solar 3. Caja rotatoria 4. Impelente 5. Anillo dentado (anular) 6. Engranajes planetarios 7. Portador de planetarios 8. Eje de salida 9. Turbina 10. Estator 11. Caja del Divisor de Torque 12. Salida (flange y retenedor)

Note que el volante comparte el mando entre el engranaje solar y el impelente del Convertidor de Torque. Podemos ver que la turbina esta estriada y es conducida por el anillo dentado (anular). Tambin note que el eje de salida esta estriado y es conducido solo por el porta planetarios y que los planetarios son conducidos por el engranaje solar y por el anillo dentado (anular). Por lo tanto, en esta unidad, el torque del motor es transportado al eje de salida por dos vas (de aqu el nombre Divisor de Torque). La primera va es una conexin mecnica directa al engranaje solar. La segunda, es a travs de el Convertidor de Torque al anillo dentado (anular). Debido a que el radio del anillo dentado (anular) es mas grande, la mayor parte del torque va a travs del Convertidor de Torque por el anillo dentado (anular).


En este esquema podemos identificar dos unidades principales, el Convertidor de Torque, en el lado izquierdo y el planetario, en el lado derecho. Nuevamente note el acoplamiento entre el Convertidor de Torque y el planetario. La turbina del Convertidor de Torque y el anillo dentado (anular) del planetario actan como una sola pieza.

Las partes involucradas en la operacin del planetario son:

1. El anillo dentado (anular) 2. Los engranajes planetarios 3. El engranaje solar 4. El volante 5. El eje de salida

Las partes involucradas en la operacin del Convertidor de Torque son:

1. El estator 2. El impelente 3. La turbina 4. El volante 5. El eje de salida


Imagine que no hay carga en la maquina. El volante conduce directamente al impelente y al engranaje solar. Si asumimos que el impelente y la turbina estn girando a la misma velocidad, el anillo dentado (anular) y el engranaje solar pueden girar a la misma velocidad tambin. Sin carga en la maquina, el eje de salida no tiene resistencia as todas las partes del planetario pueden girar en la misma direccin y a la misma velocidad. El planetario es la clave en la operacin del Divisor de Torque.

Aqu nosotros vemos una vista lateral del planetario. Las flechas indican el movimiento de los engranajes. Veamos ahora el movimiento de los engranajes del planetario con la maquina bajo dos condiciones diferentes de carga.

En la izquierda vemos el planetario sin carga en la maquina. El engranaje solar, el anillo dentado (anular) y los engranajes planetarios estn girando en la misma direccin y a la misma velocidad. En el lado derecho vemos lo que sucede cuando la maquina es puesta bajo carga. El eje de salida (y el porta planetarios) disminuyen su velocidad pero el engranaje solar continua girando a la misma velocidad. Esto fuerza a los engranajes planetarios a girar sobre sus ejes los cuales orbitan el engranaje solar. Esto causa que el anillo dentado (anular) disminuya su velocidad o como se ve aqu, incluso hacindolo girar en una direccin contraria.


Pero recuerde, nosotros dijimos que el anillo dentado (anular) y la turbina actan como una unidad. As, cuando el eje de salida comienza a disminuir su velocidad, el planetario causa una mayor disminucin de velocidad o incluso la rotacin en direccin reversa de la turbina. Dado que el impelente esta aun siendo conducido por la velocidad del motor, la multiplicacin de torque toma lugar y el Convertidor de Torque es el que acarrea la carga. Dada la relacin de engranajes en el planetario, la turbina del Convertidor de Torque disminuye su velocidad mucho mas rpido que el eje de salida esto significa que al ponerlo bajo una carga causara una mayor multiplicacin de torque que la que puede ocurrir si solo un Convertidor de Torque (sin el planetario) fuera usado en el tren de fuerza.

Veamos su operacin en corte una ves mas. El volante esta conduciendo el engranaje solar y el impelente en el Convertidor de Torque a la velocidad del motor. Si asumimos que no hay resbalamiento en el Convertidor de Torque y que no hay carga en el eje de salida todos los componentes del planetario estn girando a la misma velocidad. Esto puede ser cuando el tractor traslada cargas pequeas o cuando se mueve sin carga. Si el eje de salida y el porta planetarios disminuyen su velocidad por la carga puesta a la maquina, los engranajes planetarios comienzan una traslacin lentamente y comienzan a girar en su lugar debido a que la velocidad del engranaje solar no ha cambiado. Esto fuerza al anillo dentado (anular) y a la turbina del Convertidor de Torque a disminuir su velocidad o si el eje de salida va suficientemente lento, para girar en direccin reversa mientras el impelente del Convertidor de Torque no cambia su velocidad. La diferencia de velocidad entre el impelente y la


turbina da la multiplicacin de torque que toma lugar para equiparar el aumento de carga en el eje de salida.

Esto completa la construccin y operacin bsica del Divisor de Torque. Ahora revisemos lo que hemos visto. Un Convertidor de Torque en un tren de potencia aumenta el torque de salida cada ves que el impelente esta girando mas rpido que la turbina, esto, ajustando el torque de salida a la carga de la maquina.

En el tren de potencia de los tractores grandes es usado un Divisor de Torque. Esta unidad combina un Convertidor de Torque con un planetario y da un torque dividido a la maquina para todas las velocidades que seleccione el operador.

Con la palanca de control de velocidad.


En nuestra vista en corte vimos como el torque es enviado a travs de dos vas al eje de salida. Nosotros aprendimos que, debido a que la relacin de engranajes y el radio de los engranajes, la mayora del torque es transmitido a travs del Convertidor de Torque en esta va al eje de salida. Algo del torque es transmitido mecnicamente al eje de salida. As esta unidad da una combinacin de mando de Convertidor de Torque y mando mecnico. Tambin vimos como una leve disminucin de velocidad del eje de salida causa una gran disminucin de velocidad de la turbina del Convertidor de Torque resultando en un alto torque de salida. Esta unidad es ideal para potenciar maquinas que necesiten Convertidores de Torque de gran capacidad, tractores.

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Divisor de Torque

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