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CONTRIBUCIO A L'ESTUDI DE MECANISMES OBTINGUTS PER COMBINACIO DE VARIADORS DE VELOCITAT AMB DIFERENCIALSResumen: En les últimes dècades hi ha hagut una important activitat de recerca adreçada a desenvolupar transmissions contínuament variables CVT o infinitament variables IVT, principalment en el sector de l'automòbil amb l'objectiu de que el motor pugui treballar sempre en condicions de màxim rendiment. Aquests desenvolupaments topen amb l'inconvenient de que una part important de l'estalvi obtingut al fer treballar el motor en condicions òptimes es perd perquè les transmissions variables tenen menys rendiment que els canvis de marxes. Per això algunes línies de recerca busquen aplicar mecanismes obtinguts per combinació de variadors de velocitat amb diferencials amb l'objectiu d'augmentar el rendiment d'aquestes transmissions. Els mecanismes obtinguts per combinació de variadors de velocitat amb diferencials sâhan emprat, principalment, amb dues finalitats paral·leles: La primera, reduir la potència que ha de transmetre el variador de velocitat a base de dividir la potència en dues branques, fer-ne passar una pel variador i l'altre fer-la passar per engranatges. L'altra aplicació és obtenir un mecanisme que permeti una variació contínua de relacions de transmissió des de un valor positiu fins a un de negatiu emprant un variador de velocitat que no permet invertir el sentit de gir. Això sâaconsegueix construint un mecanisme que resti una velocitat angular obtinguda a través d'una relació de transmissió fixa d'una altre obtinguda a través del variador de velocitat. Lâobjectiu d'aquesta tesi és facilitar eines per al disseny sistemàtic dels mecanismes d'un grau de llibertat que poden construir-se per combinació d'un variador de velocitat amb diferencials. Per assolir-lo sâhan realitzat una sèrie d'aportacions com ara: · Sâha desenvolupat un mètode d'anàlisi de la cinemàtica del mecanisme i de les potències transmeses pels components que fa abstracció de la materialització concreta y que permet extreure conclusions generals. · Sâhan definit uns criteris i mètode per analitzar aquests mecanismes quan treballen produint una relació de transmissió propera a zero. · Sâha definit el concepte de funció característica del mecanisme, sâhan analitzat tots els possibles mecanismes amb un i dos diferencials (tret de simetries) i sâhan identificat quines configuracions donen cada tipus de funció característica. Sâha demostrat que independentment del nombre de diferencials que composin el mecanisme, la funció característica que pot obtenir-se és del mateix tipus que la que es pot obtenir als mecanismes amb dos diferencials. · Sâhan classificat els mecanismes i sâhan creat taules amb les equacions que permeten determinar els paràmetres que ha de tenir la funció característica perquè la potència màxima pel variador sigui el més petita possible. · Sâha definit un mètode per passar d'una funció característica amb paràmetres coneguts al graf d'un mecanisme que satisfaci aquests paràmetres i del graf a un esquema. · Sâhan estudiat els mecanismes multi etapa, sâha trobat la distribució òptima d'etapes en relacions de transmissió properes i llunyanes de zero. · Sâhan trobat tres nous tipus de mecanismes multi etapa, i sâha determinat la forma de seleccionar les característiques dels seus components per tal de garantir la sincronia durant el canvi d'etapa.
ANÁLISIS Y DISEÑO DE VOLANTES DE INERCIA DE MATERIALES COMPUESTOSResumen: Los volantes de inercia superan a las baterías eléctricas por su capacidad de absorber y ceder energía en poco tiempo y, si se fabrican con materiales compuestos, también por su reducido peso. La tesis presenta un estudio sobre los rotores de materiales compuestos aplicados a los acumuladores cinéticos para hacerlos más asequibles a usos industriales baratos. Para ello se proponen dos objetivos: obtener un sistema analítico de cálculo, y mejorar el diseño de rotores de bajo coste. Se desarrolla un sistema analítico de cálculo muy completo, tanto en las cargas como en las tensiones. Se consideran todas las cargas necesarias para el diseño mecánico del rotor: la fuerza centrífuga, la fuerza de aceleración y las tensiones residuales, térmica y de hidratación; y se determinan todas las componentes, normales y cortantes, de la tensión para cada punto del rotor. El cálculo en condiciones de tensión plana, utilizado por la mayoría de autores, se amplía con el cálculo en deformación axial constante, que es una variante mejorada de la deformación plana. Se comprueba que sus resultados son mejores que los de tensión plana cuando se comparan con los obtenidos en modelos de elementos finitos. Paralelamente, como aportación nueva de la tesis, se deducen las funciones de la variación de la tensión axial y de la tensión cortante radial-axial a lo largo del eje longitudinal del rotor. A partir de estos resultados se desarrolla un sistema general de cálculo que, además de unificar los sistemas de tensión plana y deformación axial constante, permite determinar todas las tensiones en cualquier posición radial-axial del rotor. Este sistema unificado de cálculo se amplia con tres particularidades: una aplicación de cálculo para resolver rotores multicapa, las ecuaciones especiales para los materiales singulares no resolubles con las ecuaciones generales, y el cálculo de capas con fibras orientadas axialmente aplicadas para refuerzo en configuraciones especiales. Con el objeto de mejorar las prestaciones del rotor se estudian dos procedimientos para crear tensiones de pretensado: generando tensiones durante el bobinado y utilizando las tensiones residuales térmicas. En el primero se elabora un sistema analítico de cálculo para determinar las tensiones residuales de bobinado y se complementa con una simulación mediante elementos finitos basada en submodelos incrementales. Ambos cálculos son capaces de simular el material no curado aplicando las propiedades viscoelásticas de los ensayos experimentales de otros autores. En el segundo se presenta un sistema nuevo, denominado pretensado térmico, basado en el curado por etapas, que genera tensiones residuales parecidas a las de bobinado pero con menos problemas de fabricación. El diseño de volantes se aplica a tres configuraciones básicas: rotores híbridos multicapa con materiales de rigidez progresiva, rotores de un solo material con anillos de elastómero y rotores con pretensado térmico. Sus prestaciones se valoran con tres variables: la masa, el volumen y el coste del material; de las cuales el coste es la principal y se utiliza para la optimización de la geometría. En cada configuración se determina la energía máxima para distintas relaciones de radios del rotor y se compara con el rotor de un sólo material. Se utilizan los materiales básicos usados en la fabricación de rotores: la fibra de carbono con matriz epoxi, la fibra de vidrio con matriz epoxi, el aluminio y el acero. Los dos materiales compuestos ofrecen mejores resultados que los metales, pero disminuyen sensiblemente en rotores con espesor de pared grande. En estos casos, la energía por unidad de coste mejora aplicando los anillos elásticos y el pretensado térmico.
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