Transmisión en los carros de combate

[JaGaMart]

Antes de nada, decir que no sé si este mensaje estaría mejor en el tema de preguntas, pero bueno, como tiene que ver con tanques pues lo he puesto aquí.

Bueno a lo que vamos. Me gustaría saber como funciona la transmisión en un tanque. La transmisión de un coche sé como funciona, lo que no me explico es con qué dispositivo se puede permitir que una oruga vaya a una velocidad diferente a la otra, y que incluso se pueda mover una hacia delante y otra hacia atrás.

Muchas gracias.

[PatricioDelfosse]

Las transmisiones son es un tema largo, complicado y que reviste un aura de cosa mágica. Pocas personas en el mundo comprenden cabalmente como funciona una caja de transmisiones de un auto, por no decir de un tanque.
El padre de las cajas de transmision modernas un tal Wilson (que legó su apellido al sistema Wilson de transmision), y de el se decia que aunque en una oportunidad no fue capaz de explicar el funcionamiento, ni tan siquiera dibujarlo, lo cierto es que sus sistemas andaban. Intuia el funcionamiento, y eso era todo. Un mago.

Empecemos por decir que no todos los tanques pueden hacer andar sus orugas una al reves de la otra. Solo los que tienen cajas Wilson pueden hacerlo.
Lo normal al principio de la guerra era frenar una oruga, para que la diferencia de velocidad entre ambas haga que el tanque gire. Como este sistema era bastante precario y gastaba mucha energia, se fueron incporporando cajas de engranajes intermedias entre el motor y la rueda tractora: en general la secuencia desde el plato del motor era: embrague, caja de cambios (como la de un auto), la caja epiciclica que hace las veces de diferencial y las cajas reductoras finales que llevan el giro del motor a la rueda tractora. En los sistemas avanzados se incoprporaban otras dos cajas epiciclicas en cada tren.

La clave es entender el funcionamiento de esta caja epiciclica, lo cual esta fuera de mi nivel. Juro que lei los dos libros de Ogorkiewicz sobre el tema (maestro de la mecanica de vehiculos blindados) y consulté muchos diagramas de cajas de transmision, pero mi mente no puede penetrar los misterios de esa maquinaria.

Debo decir con algo de poudor que me parecen artilugios mecanicos bellismos.

[JaGaMart]

Vaya, pues no se me había ocurrido el uso de cajas epicicloidales como solución a esta cuestión. Pero entonces el tanque debería tener dos de estas cajas, ¿no? Una para cada oruga.

Otra cosa. Buscando información sobre este asunto encontré lo siguiente sobre el desarrollo del motor del Panzer Tiger: "Ambos diseños tenían ciertas diferencias. Porsche escogió un sistema mixto gasolina/eléctrico, cuya potencia era de 320 hp a 2.400 rpm, otorgados por dos motores Porsche Typ 101/1 de 10 cilindros refrigerados por aire. La cilindrada era de 15 litros, y ambos motores poseían generadores eléctricos acoplados. Esta energía eléctrica era transmitida a las orugas, una por cada motor eléctrico" (cita extraída de "http://www.portierramaryaire.com/fichas/tiger_1.php").

En este caso, el vehículo ¿qué tendría?, ¿un par de motores eléctricos alimentados por uno de combustión? Entonces, la dirección simplemente consistiría en controlar cada uno de estos motores eléctricos, ¿no? ¿Sabéis de algún otro carro de combate que use este sistema?

PatricioDelfosse, veo que según has dicho no te aclaras mucho con el funcionamiento de las cajas epicicloidales. En septiembre voy a empezar el 2º curso del ciclo formativo de grado superior de Automoción, así que si lo deseas puedo explicar de la forma más comprensible posible el funcionamiento de este tipo de transmisión y de cualquier otra cosa relacionada con la mecánica (sobre todo del automóvil), ya que tengo libros, documentos, imágenes, vídeos... sobre esto.

Así que lo dicho, si alguien necesita que le explique algo que me lo diga.

Gracias.

[PatricioDelfosse]

Si que me interesa, cualquier explicacion tecnica es bienvenida, en especial sobre cajas epiciclicas.

Con respecto al Ferdinand, si, tenia dos motores de combustion interna convencionales que alimentaban un generador cada uno, que a su vez movia dos motores electricos independientes. cada motor movia una oruga a traves de un reostato que controlaba la velocidad. No se demostro muy fiable.

[JaGaMart]

Bueno compañeros, en especial para PatricioDelFosse, y claro está, para cualquiera que le pueda interesar:

Caja de cambios de trenes epicicloidales.

Para el que no esté muy familiarizado con este tema, hay que recordar que la potencia suministrada por un motor es igual al par ("fuerza" del motor) multiplicado por la velocidad angular (velocidad a la que gira algo).

De aquí se deduce que la utilidad de una caja de cambios está en poder adecuar la velocidad y el par a cada situación de la conducción: a mayor par, menor velocidad, y al revés (1ª marcha: mucho par, poca velocidad; 5ª marcha: mucha velocidad, poco par).

Una vez explicado esto, pasemos ya a la caja de trenes epicicloidales.

Haciendo referencia al refrán que dice que "una imagen vale más que mil palabras", un tren epicicloidal es esto:


(todas las imágenes las he sacado del libro Sistemas de transmisión y frenado de la editorial Editex)

Éste es un sistema mecánico formado principalmente por el planetario (el engranaje central), los satélites (los tres engranajes pequeños) y su eje portasatélites, y la corona dentada (círculo de fuera).

La principal ventaja de este sistema es que se pueden realizar varias relaciones de transmisión en un espacio relativamente pequeño y sin cortar la salida de fuerza del motor, por ello es una de las cajas de cambios automáticas más utilizadas y casi la única hace unos cuantos años. Bueno, y ¿qué es lo que hay que hacer para conseguir una relación de transmisión u otra? Pues muy fácil, simplemente hay que frenar un elemento para cada marcha (para que comprendáis mejor esto os paso este link donde podréis apreciar los distintos movimientosque se pueden generar http://www.uclm.es/profesorado/porrasys ... arios.html).

Imaginad ahora que el giro del motor entra a la caja por el eje del planetario, que bloqueamos la corona, y que la salida de movimiento se realiza por el eje del portasatélites. ¿Qué tenemos? Una reducción: el planetario gira más rápidamente que el portasatélites. Si la entrada de movimiento se realizara por el portasatélites y la salida por el planetario tendríamos justo lo contrario: una relación de multiplicación.

Que la entrada vuelve a ser por el planetario pero esta vez frenamos el portasatélites, la salida se realizará por la corona, pero el giro de ésta es contrario al de entrada. Obtenemos así la marcha atrás.

¿Y si la entrada del movimiento se realiza por el portasatélites y bloqueamos el planetario? Obtenemos una relación de multiplicación con la corona como eje de salida de movimiento.

Por último, si bloqueamos los satélites obtendremos una salida directa de movimiento: el eje de entrada y el de salida giran a la misma velocidad.

Hemos hablado durante todo este tiempo de frenar y bloquear. En ambos casos me refiero a lo mismo: se trata de "unir" cada elemento (el que le corresponda en cada momento) a la carcasa de la caja, que es una pieza que se mantiene siempre en la misma posición, sin girar.

¿Y como se consigue "unir" a la carcasa estos elementos? Muy fácil, mediante frenos y embragues:

- Freno de cinta: se usa para frenar piezas grandes, como la corona. Consta de una cinta que rodea el elemento. Un extremo de la cinta está sujeta a la carcasa, y el otro se une al vástago de un émbolo hidráulico, por ejemplo. Si el émbolo se acciona se tensa la cinta, lo que provoca que ésta friccione con la pieza hasta que la frena.



- Embragues: Formado por un conjunto de discos unidos a un elemento, y otro conjunto unido a otro elemento. Si los discos se acercan entre ellos, rozan los unos con los otros, hasta que el movimiento relativo entre los elementos es nulo.



Debido a la situación de los satélites, es un poco complicado frenarlos para conseguir la salida directa del movimiento. Entonces, ¿cómo conseguimos que giren todos los elementos a la par? Simplemente debemos unir dos de estos elementos entre sí. Si la entrada de movimiento se realiza por el planetario y la salida por la corona, ¿qué pasa si unimos con un embrague la corona y el eje portasatélites? Se forma un bloque entre ellos y con el planetario, es decir, obtenemos el mismo resultado.

Bueno, creo que el funcionamiento básico ya está más o menos explicado. La cosa se complica de aquí en adelante así que prefiero no seguir . Si tenéis dudas sobre algo preguntad.

¡Hasta otra!

[PatricioDelfosse]

Hasta ahora va bien, la inclusión del gráfico en movimiento es grandiosa.
Como decís, la teoria hasta aca es facil de asimilar. Se complica cuando vemos un tren de transmision al completo. Ahi me pierdo!

[JaGaMart]

La verdad es que se complica, y mucho. El gran problema de esto es que aunque nosotros decimos: "ahora el movimiento entra por aquí y sale por allá, y luego al contrario..." esto es bastante complicado en la práctica. Así que este tipo de cajas se suelen hacer con 1 eje que siempre será de entrada y otro que siempre será de salida. Si hacemos esto lo que ocurre es que de un montón de combinaciones sólo podemos aprovechar unas pocas. Así que si queremos conseguir un cambio con más marchas hay que ingeniárselas añadiendo más conjuntos de trenes epicicloidales, hasta que llega un momento en que hay tanta pieza que a menos que seas un ingeniero o un experto que arregle este tipo de cajas no sabes qué es lo que pasa ahí dentro. En mi ciclo apenas nos molestamos en mirar estas combinaciones tan complejas. Además, las cajas de este tipo más simples no tienen muchas marchas, y son antiguas, y por tanto no tiene mucho interés conocer su funcionamiento.

Aquí tenéis un par de ejemplos, que se supone que son de los más simples, y ya son complicados
http://www.youtube.com/watch?v=_mt_iW34fnQ

También he encontrado esta página, para el que quiera saber alguna que otra cosilla más: http://www.salesianosburgos.com/DEPARTA ... entos).pdf
Apenas he podido echarle un vistazo pero lo que he visto está bastante bastante completa.

Por ahora eso es todo. ¡Hasta otra!

[Elvar]

Buenas!

Siempre he tenido una duda respecto a las transmisiones en los carros de combate. ¿Porqué casi todos los tanques tenían el motor detrás y la transmisión delante? ¿Porque los rusos usaron un sistema todo atras, como casi todos los actuales y en cambio el resto no?

Un sistema partido obligaba a llevar un eje de transmisión desde la cámara del motor hasta la parte delantera, combinado con una suspensión por barras de torsión, hacía que los carros fuesen 35-40 cm más altos de lo necesario, con el incremento que esto produce en el perfil, peso etc.

[PatricioDelfosse]

En aquella época aún no existian las cajas de transmision integradas a los grupos motores como si fueran un solo bloque, algo común en nuestros dias. Ambos componentes del grupo motopropulsor (motor y caja de transmisión) se fabricaban por separado, y ocupaban mucho espacio. Sumado a esto muchos motores eran desarrollos de motores de aviación, por lo que no estaban pensados para llevar integrada la caja de transmisión.
Colocar ambos elementos en un solo extremo del chasis (en este caso, atrás) era más complicado de lo que parece.
La excepción aliada fueron los Churchill, Centurion y T26 Pershing, aunque la revolución vino recién con el M-46 Patton y su transmision cross-drive.

[Jen73]

Siempre he tenido una duda respecto a las transmisiones en los carros de combate. ¿Porqué casi todos los tanques tenían el motor detrás y la transmisión delante?

El incorporar la caja de cambios y la caja de dirección en el compartimento del motor suponía generalmente el desplazar la torreta hacia la parte delantera del vehículo, aumentando de esta forma el largo total de éste así como el largo saliente de su cañón. Debido al desplazamiento del centro de gravedad hacia la zona delantera del vehículo, el desgaste al que se veían sometidos los componentes en movimiento (especialmente las ruedas de rodadura y sus bandas) así como de la suspension y amortiguación era irregular, teniendo que ser fortalecidos aquellos componentes situados en la zona delantera. A estas desventajas hay que añadir las própias de la tracción trasera: en estos vehículos la rueda tractora tensa la mitad inferior de la cadena (la que está en contacto con el suelo) lo que se traduce en un mayor desgaste de la cadena así como peores características de marcha sobre mal terreno (la cadena tensada no se puede acoplar idealmente a las irregularidades del suelo). Otra desventaja de los blindados con tracción trasera es que el recorrido de los eslabones de la cadena en contacto con el suelo hasta la rueda tractora es mínimo, razón por la que sobre terreno embarrado ó nevado los eslabones alcanzan la rueda tractora con un alto nivel de suciedad, lo que eleva la probabilidad de averías ó incluso de que la cadena salte de la rueda tractora.

Un sistema partido obligaba a llevar un eje de transmisión desde la cámara del motor hasta la parte delantera, combinado con una suspensión por barras de torsión, hacía que los carros fuesen 35-40 cm más altos de lo necesario, con el incremento que esto produce en el perfil, peso etc.

La eliminación del eje cardánico entre motor y transmisión suponía una ventaja unicamente en aquellos vehículos donde la torreta era articulada de forma totalmente idependiente del motor del vehículo (p.e. mediante motor eléctrico). Tampoco hay que menospreciar lo que supone el extender por todo el largo del vehículo los sistemas de mando y control de la caja de cambios, caja de dirección y frenos.

[PatricioDelfosse]

Hola jen73. Desconozco si los motivos que mencionás provienen de alguna fuente confiable o si son deducciones personales, pero creo que son al menos objetables.

El incorporar la caja de cambios y la caja de dirección en el compartimento del motor suponía generalmente el desplazar la torreta hacia la parte delantera del vehículo, aumentando de esta forma el largo total de éste así como el largo saliente de su cañón.

Hasta que el Panzer IV incorporó el 75mm largo (Ausf G) no hubiera existido el problema de que adelantar la torreta signifique sobrepasar el frente del tanque con el cañón, ya que hasta ese momento los cañones eran muy cortos. Se hubieran podido adelantar todas las torretas de todos los tanques sin que ningún cañón hubiera sobrepasado el frente del vehículo al punto de representar un problema.
De hecho, hubo varios tanques con transmision trasera y torreta centrada: Valentine, Churchill, T-34, KV's. Ninguno tuvo que despalzar la torreta hacia adelante. Por lo tanto el argumento no es válido: incorporar el grupo motopropulsor detrás no significa una desvantaja para la ubicación de la torreta.

Debido al desplazamiento del centro de gravedad hacia la zona delantera del vehículo, el desgaste al que se veían sometidos los componentes en movimiento (especialmente las ruedas de rodadura y sus bandas) así como de la suspension y amortiguación era irregular, teniendo que ser fortalecidos aquellos componentes situados en la zona delantera.

Esto ocurría con las improvisaciones (chasis de Panzer IV sobrecargados con casamatas de tipo StuG, o chasis de T-34 transformados en cazacarros). En los vehículos bien diseñados no es necesario considerar desgastes anómalos aunque esten fuertemente blindados adelante
De hecho, colocando la transmision atrás se quita peso del frente, con lo cual la transmision trasera sería una ventaja para aliviar el peso delantero.

A estas desventajas hay que añadir las própias de la tracción trasera: en estos vehículos la rueda tractora tensa la mitad inferior de la cadena (la que está en contacto con el suelo) lo que se traduce en un mayor desgaste de la cadena así como peores características de marcha sobre mal terreno (la cadena tensada no se puede acoplar idealmente a las irregularidades del suelo).

Es al revés. Las cadenas tensas tienen menor desgaste y mejor traccion en todo tipo de terreno.
Despues de la guerra se comenzaron a usar sistemas "live-track" de cadenas tensas 100%, abandonando los sistemas como los del Tiger por ejemplo donde un tramo quedaba con juego. Los últimos exponentes de cadenas "flojas" fueron los T-62 soviéticos.
Como decía, está reconocido que la cadenas tensas tienen mejor traccion y menor desgaste en cualquier circunstancia, por lo que este punto tampoco serìa válido para no poner la transmision atrás.

Otra desventaja de los blindados con tracción trasera es que el recorrido de los eslabones de la cadena en contacto con el suelo hasta la rueda tractora es mínimo, razón por la que sobre terreno embarrado ó nevado los eslabones alcanzan la rueda tractora con un alto nivel de suciedad, lo que eleva la probabilidad de averías ó incluso de que la cadena salte de la rueda tractora.

Curiosamente, los problemas de averias por suciedad los tuvieron tanques con traccion delantera: aquellos tanques alemanes donde los problemas en realidad estaban dados por las ruedas de rodadura y no por el tipo de tracción.
Los tanques con traccion trasera no registraron problemas especialmente importantes por este tema.

La eliminación del eje cardánico entre motor y transmisión suponía una ventaja unicamente en aquellos vehículos donde la torreta era articulada de forma totalmente idependiente del motor del vehículo (p.e. mediante motor eléctrico).

¿Podrías indicar ejemplos de vehículos con torreta electrica?

[Jen73]

Desconozco si los motivos que mencionás provienen de alguna fuente confiable o si son deducciones personales, pero creo que son al menos objetables.

Los argumentos que he expuesto más arriba están fundamentados por un lado en diversas fuentes, por el otro lado se trata de deducciones personales, fundadas en este caso en mi estudio de ingeniería industrial así como en diez años de experiencia en la construcción de transportadores de cinta y cadenas. El que mis argumentos sean objetables y objeto de discusión es algo que me parece no solo natural, sinó lógico tratándose de un foro: solo faltaría

Hasta que el Panzer IV incorporó el 75mm largo (Ausf G) no hubiera existido el problema de que adelantar la torreta signifique sobrepasar el frente del tanque con el cañón, ya que hasta ese momento los cañones eran muy cortos. Se hubieran podido adelantar todas las torretas de todos los tanques sin que ningún cañón hubiera sobrepasado el frente del vehículo al punto de representar un problema.
De hecho, hubo varios tanques con transmision trasera y torreta centrada: Valentine, Churchill, T-34, KV's. Ninguno tuvo que despalzar la torreta hacia adelante. Por lo tanto el argumento no es válido: incorporar el grupo motopropulsor detrás no significa una desvantaja para la ubicación de la torreta.

El largo saliente del cañón, en el caso de los vehículos alemanes, hubiera supuesto un problema ya para el Panzer III con el cañón de 5 cm KwK 39 L/60, donde a pesar de disponer de una torreta relativamente centrada, el largo saliente del cañón era ya de casi un metro (0,89 metros). Con la aparición más tarde de cañones con alta velocidad de salida y sus respectivos largos tubos, este problema hubiera tenido todavía peores repercusiones (el largo saliente del 7,5 cm KwK 42/L70 del Panther, a pesar de disponer de una torreta centrada, rozaba los dos metros (1,98 metros).

Como ya he expuesto en mi primer mensaje, la segunda desventaja principal residía en el hecho de que el mover la torreta hacia la zona frontal, e independientemente del largo del cañón, suponía generalmente el aumentar el largo del vehículo: quedándonos en los vehículos alemanes, desde el Panzer I hasta el Panzer V, el mover la torreta hacia la zona delantera hubiera supuesto el "invadir" la zona del conductor/radiotelegrafista así como sus respectivas escotillas de entrada y salida, de hecho lo mismo que sucedió con el T-34: a pesar de que tú consideras que la torreta del T-34 no tuvo que ser desplazada hacia la zona delantera, es un hecho que la torreta del T-34 se encuentra fisícamente en el extremo delantero del techo del blindado, impidiendo la incorporación de cualquier escotilla para los dos tripulantes delanteros y obligando a los diseñadores a debilitar la zona más expuesta del blindaje incluyendo una gran apertura en la plancha frontal.

Esto ocurría con las improvisaciones (chasis de Panzer IV sobrecargados con casamatas de tipo StuG, o chasis de T-34 transformados en cazacarros). En los vehículos bien diseñados no es necesario considerar desgastes anómalos aunque esten fuertemente blindados adelante
De hecho, colocando la transmision atrás se quita peso del frente, con lo cual la transmision trasera sería una ventaja para aliviar el peso delantero.

La variación del centro de gravedad del vehículo producida por el desplazamiento de la caja de cambios y dirección a la parte posterior frente al desplazamiento de la torreta con el cañón hacia la zona delantera, supone siempre, debido a la gran diferencia entre sus pesos así como alturas de montaje, un desplazamiento del centro de gravedad hacia la zona frontal (para hacerse una idea, en el Panther la caja de dirección y de cambios sumaban 1,2 toneladas frente a las 9,5 toneladas de la torreta y el cañón).

Es al revés. Las cadenas tensas tienen menor desgaste y mejor traccion en todo tipo de terreno.
Despues de la guerra se comenzaron a usar sistemas "live-track" de cadenas tensas 100%, abandonando los sistemas como los del Tiger por ejemplo donde un tramo quedaba con juego. Los últimos exponentes de cadenas "flojas" fueron los T-62 soviéticos.
Como decía, está reconocido que la cadenas tensas tienen mejor traccion y menor desgaste en cualquier circunstancia, por lo que este punto tampoco serìa válido para no poner la transmision atrás.

En los vehículos que estamos tratando las cadenas no eran tensas 100%: en vehículos con tracción delantera era tensada la mitad superior de la cadena, en vehículos con tracción trasera la mitad inferior de la cadena. El que la tracción trasera sea hoy estándard (salvando excepciones como el Merkawa israelí), se debe no a las ventajas dinámicas de este tipo de tracción sinó, como ya se ha comentado anteriormente, al hecho de que los componentes propulsores y de transmisión son en la actualidad un bloque conjunto. Las desventajas originadas de este tipo de tracción (largo saliente del cañón, suciedad de las cadenas, etc.) son simplemente asumidas y dentro de lo posible reducidas (p.e. utilizando eslabones lisos y sin perfíl en las cadenas).

Curiosamente, los problemas de averias por suciedad los tuvieron tanques con traccion delantera: aquellos tanques alemanes donde los problemas en realidad estaban dados por las ruedas de rodadura y no por el tipo de tracción.
Los tanques con traccion trasera no registraron problemas especialmente importantes por este tema.

El que los eslabones de la cadena en un vehículo con tracción trasera alcanzan la rueda tractora con un mucho mayor nivel de suciedad que en uno con tracción delantera, donde el eslabón tiene todo el largo del vehículo para autolimpiarse, no es una opinión personal sinó un hecho (no solo en vehículos militares sinó tambien en maquinária industrial p.e. en la industria minera). El que este hecho implique problemas o no, es algo que dependerá del tipo de eslabón (abierto con perfíl ó liso) y de la rueda tractora utilizada en un vehículo concreto.

¿Podrías indicar ejemplos de vehículos con torreta electrica?

El T-34 soviético.

[kenubal]

De hecho, hubo varios tanques con transmision trasera y torreta centrada: Valentine, Churchill, T-34, KV's. Ninguno tuvo que despalzar la torreta hacia adelante. Por lo tanto el argumento no es válido: incorporar el grupo motopropulsor detrás no significa una desvantaja para la ubicación de la torreta

De los que menciona Patricio, el único que verdaderamente se puede considerar de torreta centrada es el Churchill, pero no así los demás. Pero no se puede soslayar que esa posición aproximadamente centrada de la torreta en el Churchill forzó, inevitablemente, a sus diseñadores a llevar el vehículo hasta casi los siete metros y medio, mucho más que la mayoría de sus equivalentes contemporáneos y de esta manera, entre otras cosas, no experimentar el mismo efecto sobre los tripulantes delanteros del T-34 que menciona Jen. Por tanto tal y como afirma Patricio incorporar el grupo motopropulsor detrás no significa una desvantaja para la ubicación de la torreta sólo en el caso de que alarguemos el tanque.

Saludos