Diseño caja de cambios

Diseño de cajas de engranajes industriales

Fig. 2Problema de diseño de la caja de cambiosImagen a tamaño completoPara cumplir estos requisitos, existen diversas variantes de cajas de cambios, cada una de las cuales se caracteriza por unos parámetros de diseño internos de la caja de cambios. Estos afectan a los principales componentes (Fig. 1b) que se encuentran en una caja de cambios, que son:
Este trabajo cuenta con el apoyo de Magna International y Magna Powertrain. Para reducir el tiempo y el esfuerzo de desarrollo en el futuro, Magna Powertrain está investigando un método holístico de diseño óptimo para sistemas de accionamiento eléctrico en cooperación con la Universidad Tecnológica de Graz. Este método apoya las primeras fases de desarrollo resolviendo los conflictos entre eficiencia, rendimiento, paquete, peso y costes. Ofrece a los ingenieros y a los responsables de la toma de decisiones una base cuantitativa para procesar las características específicas del producto con respecto a los requisitos y prioridades individuales. La metodología de diseño de cajas de cambios presentada forma parte de este proyecto centrado en la perspectiva del sistema eDrive [1, 2], que también incluye la máquina eléctrica y la electrónica de potencia.
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Software de diseño de cajas de cambios

Resumen. La reducción de las vibraciones se considerará el objetivo más importante de la optimización del rendimiento dinámico de la caja de cambios, y algunas vibraciones concretas son relevantes para los modos del sistema integrado de la caja de cambios. El rendimiento dinámico influye obviamente en la fiabilidad de la caja de cambios, pero es difícil de considerar de forma crítica en la fase de diseño teórico. Este artículo propone un tipo de «Metodología de diseño dinámico de cajas de cambios» que puede controlar la vibración del sistema del producto en la fase de diseño teórico. La investigación estudia la relación entre la vibración y los modos del sistema de la caja de cambios mediante la simulación dinámica de múltiples cuerpos; y también analiza el método para regular los parámetros de diseño con el fin de optimizar la característica del modo (optimización modal). La metodología se resume según las discusiones, y la eficacia del control de las vibraciones se valida mediante múltiples experimentos de vibración.
En la actualidad, la metodología común para la reducción de las vibraciones de la caja de cambios consiste en llevar a cabo una determinada estrategia de modificación en función de las razones específicas de las vibraciones de la caja de cambios. La tecnología realmente aplicada podría no ser lo suficientemente popular debido a los diferentes mecanismos de vibración. Qingzhong et al. [9] consideraron que las excitaciones internas (frecuencia de engranaje) del sistema de transmisión de engranajes deben ser la fuente de vibración de la caja de engranajes. Propusieron un método de control activo de las vibraciones mediante la aplicación de una carga de control adicional para reducir las vibraciones, y los resultados de los experimentos indicaron que el método era obviamente eficaz; Kurushin et al. [10] aplicaron un sistema elástico para el engranaje de los engranajes con el fin de reducir las vibraciones de los engranajes mediante la regulación de la rigidez del engranaje de los dientes de los engranajes; Dogruer y Pirsoltan [11] propusieron un tipo de método de control activo no lineal de las vibraciones mediante la regulación de los errores dinámicos de la transmisión, la eficacia de su método también fue validada mediante experimentos. En realidad, los métodos de control de las vibraciones mencionados anteriormente se llevarán a cabo sobre la base de prototipos prácticos de cajas de cambios, la eficacia de cualquier modificación de la reducción de las vibraciones será limitada porque las propiedades dinámicas de la caja de cambios se han decidido una vez que se ha terminado el diseño. En consecuencia, la «metodología de diseño dinámico» para las máquinas de engranajes, que puede diseñar las propiedades dinámicas de forma positiva en la fase de diseño teórico, es muy significativa para disminuir la vibración de la caja de cambios de forma eficaz.

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El diseño de la caja de cambios suele implicar requisitos contradictorios de los principales componentes -carcasa, ejes, engranajes y rodamientos- y todas las influencias sobre estos elementos deben tenerse en cuenta lo antes posible en el proceso de desarrollo.La transmisión máxima de potencia, las relaciones requeridas y la consideración de los límites geométricos influyen en las características de los engranajes, mientras que el rendimiento del eje depende más de los pares resultantes, los momentos de flexión y las tensiones de cizallamiento. Los rodamientos se determinan por los requisitos de vida útil calculados en función de las condiciones reales de funcionamiento de la caja de cambios y su geometría.
El diseño de la caja de cambios suele implicar requisitos contradictorios de los principales componentes -carcasa, ejes, engranajes y rodamientos- y todas las influencias sobre estos elementos deben tenerse en cuenta lo antes posible en el proceso de desarrollo. La transmisión máxima de potencia, las relaciones requeridas y la consideración de los límites geométricos influyen en las características de los engranajes, mientras que el rendimiento del eje depende más de los pares resultantes, los momentos de flexión y las tensiones de cizallamiento. Los cojinetes se determinan en función de los requisitos de vida útil calculados sobre la base de las condiciones reales de funcionamiento de la caja de cambios y su geometría.

Caja de cambios gif

donde es el error del engranaje, es el radio del círculo base del engranaje motriz, es el radio del círculo base del engranaje conducido, y es el coeficiente de amortiguación de malla del par de engranajes , es la masa del engranaje motriz y es la masa del engranaje conducido. El rango del coeficiente de amortiguación es .Por lo tanto, la fuerza de malla dinámica se define como
De acuerdo con la ley mecánica de Newton, se establecen las siguientes ecuaciones diferenciales del sistema de engranajes, que contienen los efectos de la rigidez de la malla que varía con el tiempo y la excitación del error. El número total de grados de libertad del modelo es 4:
Aquí, es el par de entrada. es el par de carga. es la inercia rotacional del engranaje motriz. es la inercia rotacional del engranaje conducido.La ecuación (6) junto con (8) da lugar a 4 ecuaciones diferenciales ordinarias homogéneas acopladas de la forma
En el modelo matemático, los desplazamientos angulares y son variables independientes. Para resolver las ecuaciones, los desplazamientos angulares deben transformarse en una variable independiente. Por lo tanto, el error de transmisión se introduce en el modelo, definido; luego se elimina el desplazamiento del cuerpo rígido; el modelo puede escribirse como