Caja automática de dos velocidades

2010-08-09T00:12:00.000-07:00

Bueno, para comenzar el Blog quisiera mostrarles esta caja de dos velocidades que armé hace ya un tiempo.
Inspirado en algunas fotos y videos que llegué a ver en youtube de creaciones de otras personas, y aunque con carente conocimiento de la forma en que operaban aquellos mecanismos, me dispuse a experimentar con mis bloques de Lego. Investigndo un poco y jugando con un diferencial Technic (común denominador en los videos que había visitado) comenzé a armarla, dando como resultado este pequeño artefacto.

Una caja de velocidades tiene una función simple aunque muy importante en todo vehículo. Permite que el motor, que tiene un rango de rpm's y par limitados, el avanzar de forma lenta (y alto par )en las primeras velocidades. Conforme avanzan las velocidades (en un auto 1era, 2nda, 3era...), la velocidad aumenta, aunque ésto conlleva obtener menos par en la salida, en un auto; las llantas. Ésta es la razón por la cual no podemos arrancar un auto en quinta velocidad, pues las llantas irán muy rápido, pero debido a que la masa del auto requiere de mayor fuerza para ser desplazada, más velocidad no servirá de mucho.

Una caja de velocidades automática tiene el mismo propósito, pero en lugar de que el conductor seleccione el engrane correcto, es un mecanismo el responsable de su selección. En un auto no funciona con ligas y piezas de plástico, sino con fluídos y complejos diseños que dan precisión a la máquina.

Pese a no ser muy realista, el modelo que les presento tiene un funcionamiento interesante, y da una idea sencilla de cómo armar un mecanismo simple que puede llevar a cabo la misma tarea que el de cualquier auto, aunque a escala mucho menor.

Funciona de forma muy sencilla, al aplicarse fuerza suficiente sobre eje "de salida", el diferencial desvía la fuerza del motor hacia otro eje. Éste eje se encuentra unido a una liga fija a la estructura por medio de una palanca que está marcada en la imagen de color rojo. La función de dicha liga es mantener a la caja en la velocidad más alta, usando una relación 1.667:1, es decir, a un numero de revoluciones mayor que la otra relación pero con un torque menor.

Cuando la fuerza es la suficiente como para que el diferencial desvíe la fuerza aplicada por el motor al sistema, la liga es tensada, obligando a la horquilla (estructura en forma de Y al revés) a mover un "liftarm", que está unido a un eje que se puede desplazar longitudinalmente, es decir hace el frente y hacia atrás para a su vez engranar en una nueva relación (1:3) que otorga mayor torque pero menor velocidad. Una vez que la fuerza es retirada del eje de salida, la liga hace que el mecanismo regrese a su posición original (en la segunda marcha) y con esto que se obtengan mayor número de revoluciones por minuto.
El único cambio que realizaría para obtener un mejor desempeño sería cambiar los engranes "cuadrados" que tienen relación 1:3 por otros iguales a los de la relación que otorga mayor velocidad, aunque en disposición contraria (para obtener una relación 1:1.667). Ésta adaptación la haría porque los engranes con bisel permiten que se realice un cambio más suave y rápido, requerido en ciertas aplicaciones, por ejemplo, si la caja se utiliza para algún carro que hará el cambio de velocidad en una pendiente; debido a que no se trata de un cambio de engrane brusco, sino gradual conforme éste sube a la superficie inclinada.

Suena complejo, pero en realidad su mecanismo es muy sencillo , y que mejor manera que entenderlo con este juguete. Aquí un vídeo que creo explica su funcionamiento más claramente:

Y algunas fotos...

El eje gris está unido al eje de salida de la caja.


La cadena transmite la potencia desde el diferencial, proveniente del motor, hasta un eje con un par de engranes (de color negro) que permiten el movimiento de los engranes que realizan el cambiosin perder movimiento

Aquí se pueden ver más fotografías de la caja:
http://www.brickshelf.com/cgi-bin/gallery.cgi?f=414808

Para entender mejor la forma en funcionan los engranajes (particularmente en Lego):
http://sariel.pl/2009/09/gears-tutorial/

Las relaciones existentes entre los engranes fueron obtenidas en esta página:
http://sariel.pl/tools/ratios/

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