AMBI AM BI
-EM -E MBR BRA A
E
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO DEL MOTOR MOTOR A LAS RUEDAS............................01 RUEDAS ............................01 ·INTRODUCCIÓN..........................................................................................01 ·LA “TRANSMISIÓN”.....................................................................................02 EMPUJE MOTOR DEL VEHÍCULO .....................................................................04 ·RESISTENCIA A LA RODADURA.....................................................................05 ·RESISTENCIA POR PENDIENTE ............................................................... ......06 ·RESISTENCIA DEL AIRE AIRE O RESISTENCIA AERODINÁMICA................................07 ·RESISTENCIA POR ROZAMIENTOS MECÁNICOS ..............................................09 ·RESISTENCIA POR INERCIA .........................................................................10 ·RESISTENCIA TOTAL ...................................................................................10 ·POTENCIA NECESARIA EN LA TRANSMISIÓN ..................................................11 ............................................ ......11 CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTIC AS DE LA TRANSMISIÓN ............................................... ........................................................12 .........12 ·CARACTERÍSTICAS ·CARACTERÍSTIC AS DEL MOTOR ..................................................... ....................................................................12 ...............12 ·FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR.....................................................................13 ·CAMPOS DE PAR Y DE POTENCIA .................................................... ..................................................................14 ..............14 ·ARRANQUE DEL VEHÍCULO ................................................................ ........15 ·MARCHA EN AUTOPIST AUTOPISTA A ................................................ ............................................................................15 ............................15 ·CAMBIO DE VELOCIDADES...........................................................................15 ÓRGANOS DE LA TRANSMISIÓN: ESQUEMA ....................................................16 ................................... .................16 EMBRAGUE 17 ·GENERALIDADES SOBRE SOBRE EL EMBRAGUE EMBRAGUE POR FRICCIÓN ...................................17 ·FUNCIÓN.................................................................................................17 ·NECESIDAD DEL EMBRAGUE ...................................................... ......................................................................18 ................18 ·CARACTERÍSTIC CARACTERÍSTICAS AS DEL EMBRAGUE ................................................. ............................................................18 ...........18 ·ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE...............................................................18 ·REQUISITOS............................................................................................18 ·PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO .................................................. ...............................................................19 .............19 ·TIPOLOGÍA ................................................ ..............................................................................................19 ..............................................19 CONSTITUCIÓN DEL EMBRAGUE ..................................................... ....................................................................20 ...............20 ·ESQUEMA PRINCIPAL DE UN EMBRAGUE........................................................20 ·COMPONENTES DE UN EMBRAGUE ................................................... ................................................................21 .............21 ·DISCO CONDUCIDO..................................................................................21 ·FUNCIÓN..............................................................................................21 ·PAR TRANSMITIDO .................................................. ................................................................................21 ..............................21 ................................................................................................
I
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·PAR MÁXIMO TRANSMITIBLE...................................................................22 ·POTENCIA TRANSMISIBLE ......................................................................22 ·MATERIAL.............................................................................................23 · MUELLES PARAGOLPES..............................................................................24 ·FUNCIÓN..............................................................................................24 ·CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICAS S .................................................. ................................................................................25 ..............................25 ·AMORTIGUA AMORTIGUADORES DORES DE ROZAMIENTO ROZAMIENTO .......................................................25 ·EMBRAGUE MONODISCO CON MUELLES HELICOIDALES ................................26 ·FUNCIONAMIENTO.................................................................................26 ·DESEMBRAGADO ...............................................................................27 ·EMBRAGADO .................................................... .....................................................................................28 .................................28 ·EMBRAGUE POR FRICCIÓN CON MUELLE DE DIAFRAGMA...............................28 ·FUNCIONAMIENTO.................................................................................29 ·VENTA VENTAJAS JAS ............................................................................................29 ...................................... ......................................................29 ·CARACTERÍSTIC CARACTERÍSTICAS AS DEL EMBRAGUE MODERNO.............................................30 MODERNO .............................................30 ·TIPOLOGÍA ....................................................... ...........................................................................................30 ....................................30 ·VENTA VENTAJAS JAS ............................................................................................30 ...................................... ......................................................30 ·TÉCNICA ................................................ ..............................................................................................31 ..............................................31 ·MANTENIMIENTO...................................................................................31 ·ALINEACIÓN ...................................................... .........................................................................................31 ...................................31 ·FUNCIONAMIENTO DEL DEL EMBRAGUE CON CON MUELLE DE DIAFRAGMA DIAFRAGMA ...................32 ·EMBRAGUE DE TIRO Y DE EMPUJE .................................................. ..............................................................33 ............33 ·DIFERENCIAS .......................................................................................33 ·VENTAJAS DEL EMBRAGUE DE TIRO.........................................................34 ·APLICACIONES......................................................................................34 ·TIPOS DE ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE...................................................35 ·ACCIONAMIENTO MECÁNICO .....................................................................35 ·CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICAS S .................................................. ................................................................................36 ..............................36 ·ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO....................... HIDRÁULICO................................................................37 .........................................37 ·CONSTITUCIÓN .................................................................................37 ·FUNCIONAMIENTO .............................................................................38 ·VENTA VENTAJAS JAS DEL MANDO HIDRÁULICO ....................................................38 ·MANDO EMBRAGUE EMBRAGUE CON SISTEMA CSC CSC ....................................................39 ·CARACTERÍSTICAS.............................................................................39
II
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·CONSTITUCIÓN .................................................................................40 ·CILINDRO ACTUADOR HIDRÁULICO ..................................................40 ·CARACTERÍSTICAS ......................................................................41 ·FUNCIONAMIENTO .......................................................................41 ·ASPECTOS PROBLEMÁTICOS .........................................................41 ·BOMBA DESEMBRAGADO EMBRAGUE ...............................................42 ·CARACTERÍSTICAS ......................................................................42 ·FUNCIONAMIENTO.......................................................................42 ·ASPECTOS PROBLEMÁTICOS .........................................................43 CAMBIO DE VELOCIDADES............................................................................44 ·CONSTITUCIÓN ..........................................................................................44 ·TIPOS 44 ·CAMBIO DE VELOCIDADES CON SECUNDARIO DE REENVÍO FIJO ......................45 ·FUNCIONAMIENTO....................................................................................46 ·CONSTITUCIÓN........................................................................................46 ·CARACTERÍSTICAS ...................................................................................46 ·COMPONENTES DE UN CAMBIO DE VELOCIDADES ..........................................47 ·FUNCIONAMIENTO...................................................................................48 ·RUEDAS DENTADAS ................................................................................. ..50 ·GEOMETRÍA DE LAS RUEDAS CILÍNDRICAS DE DIENTES RECTOS......................51 ·OTRAS CARACTERÍSTICAS........................................................................52 ·RELACIÓN DE TRANSMISIÓN .............................................................. ......53 ·RUEDAS DENTADAS CILÍNDRICAS CON DIENTES HELICOIDALES ......................54 ·TIPOS DE TRANSMISIONES POR ENGRANAJES................................................56 ·CONTROL DE MONTAJE ............................................................................58 ·FUERZAS INTERCAMBIADAS ENTRE LOS DIENTES .......................................60 ·MATERIALES Y MECANIZADOS ..................................................................63 ·NOTAS SOBRE EL CICLO DE MECANIZADO...............................................63 ·TREN DE ENGRANAJES ................................................................................64 ·GENERALIDADES.....................................................................................64 ·TREN DE ENGRANAJES ORDINARIO ......................................................... ..65 ·TREN DE ENGRANAJES EPICICLOIDAL ........................................................67 ·REPARTIDOR DEL PAR MOTOR ENTRE LOS EJES DE TRANSMISIÓN · DELANTERO Y TRASERO ........................................................................68 .......................................................................................................
.
III
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·CALCULO DE LA REPARTICIÓN DEL PAR ...............................................70 ·ENGRANAJE TRANSFORMADOR DE LAS REVOLUCIONES DEL MOTOR O ENGRANAJE DEL CAMBIO ...................................................................71 ·FUNCIONAMIENTO ............................................................................72 ·MAXIMA DESMULTIPLICACIÓN.........................................................72 ·DESMULTIPLICACIÓN INTERMEDIA ..................................................73 ·RELACIÓN SIN DESMULTIPLICACIÓN................................................74 ·MARCHA ATRÁS.............................................................................75 ·CALCULO DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN....................................76 ·TREN PORTASATELITES CONDUCIDO..............................................76 ·TREN PORTASATELITES CONDUCTOR............................................. 76 ·TREN PORTASATELITES FRENADO ..................................................76 ·DIFERENCIAL.......................................................................................77 ·EJES DEL CAMBIO.......................................................................................78 ·CONSTITUCIÓN.......................................................................................79 ·ESFUERZOS............................................................................................79 ·SOPORTES...............................................................................................80 ·FUNCIÓN.................................................................................................81 ·RODAMIENTOS DE BOLAS ................................................................. ........81 ·RODAMIENTOS DE RODILLOS CÓNICOS ......................................................81 ·ASPECTOS PROBLEMÁTICOS......................................................................81 ·SINCRONIZADORES ....................................................................................82 ·CONSTITUCIÓN.......................................................................................83 ·FUNCIONAMIENTO...................................................................................83 ·TIPOS 84 ·ANILLO LIBRE O BORG WARNER............................................................ 84 ·FUNCIONAMIENTO ............................................................................85 ·ANILLO ELASTICO O PORSCHE...............................................................87 ·FUNCIONAMIENTO ............................................................................88 ·MARCHA ATRÁS......................................................................................... 89 ·MARCHA ATRÁS FRENADA............................................................................89 ·REENVÍO FIJO ............................................................................................90 ·FUNCIÓN................................................................................................90 ·CONSTITUCIÓN.......................................................................................91 ...................................................................................................
IV
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·TIPOS DE REENVIO FIJO ..........................................................................91 ·ENGRANAJE CONICO.............................................................................91 ·PIÑON DE ATAQUE ............................................................................91 ·CORONA ..........................................................................................91 ·ENGRANAJE CONICO HIPOIDE...............................................................91 ·ENGRANAJE CILINDRICO HELICOIDAL.....................................................92 ·PIÑON DE ATAQUE ............................................................................92 ·CORONA ..........................................................................................92 ·RELACIONES DE TRANSMISIÓN DE UN CAMBIO MECÁNICO..............................93 ·SISTEMA DE SELECCIÓN Y ACOPLAMIENTO DE LAS MARCHAS..........................94 ·CONSTITUCIÓN.......................................................................................96 ·FUNCIONAMIENTO...................................................................................96 ·DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD .................................................................96 ·MANDOS EXTERIORES DEL CAMBIO ..............................................................97 ·CARACTERÍSTICAS ..................................................................................97 ·MATERIALES ...........................................................................................97 ·GRUPO DIFERENCIAL ..................................................................................98 ·FUNCIÓN................................................................................................98 ·CONSTITUCIÓN.......................................................................................99 ·FUNCIONAMIENTO EN RECTA ....................................................................99 ·CONDICIONES ...................................................................................100 ·REENVÍO FIJO ....................................................................................100 ·SATÉLITES.........................................................................................100 ·FUNCIONAMIENTO EN CURVA..................................................................101 ·CONDICIONES ...................................................................................101 ·REENVÍO FIJO ....................................................................................102 ·SATÉLITES.........................................................................................102 ·NOTAS SOBRE DIFERENCIALES ESPECIALES.................................................102 ·LIMITACIONES DEL DIFERENCIAL ORDINARIO ..............................................102 ·CONDICIONES.......................................................................................102 ·DIFERENCIALES ESPECIALES......................................................................103 ·DIFERENCIALES BLOCANTES DE MANDO MANUAL......................................103 ·DIFERENCIALES AUTOBLOCANTES ...........................................................104 RODAMIENTOS ..........................................................................................105
V
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·TIPOS DE RODAMIENTOS Y SUS PROPIEDADES ...........................................105 ·ESPACIO DISPONIBLE................................................................................106 ·CARGAS 108 ·ENTIDAD DE LA CARGA ..........................................................................108 ·DIRECCIÓN DE LA CARGA.......................................................................109 ·CARGA AXIAL........................................................................................110 ·CARGA COMBINADA...............................................................................111 ·CARGA BASCULANTE..............................................................................113 ·DESALINEACIÓN.......................................................................................114 ·PRECISIÓN...............................................................................................115 ·VELOCIDAD..............................................................................................115 ·SILENCIOSIDAD .......................................................................................116 ·RIGIDEZ 116 ·DESPLAZAMIENTO AXIAL ...........................................................................117 ·MONTAJE Y DESMONTAJE...........................................................................118 ·JUEGO ANTES Y DESPUÉS DEL MONTAJE ..................................................119 ·VALOR DE LOS JUEGOS .......................................................................120 ·BLOQUEO RADIAL DE LOS RODAMIENTOS ................................................123 ·CARGA ROTATORIA .............................................................................123 ·CARGA ESTÁTICA ............................................................................ ...124 ·ANCLAJE AXIAL DE LOS RODAMIENTOS....................................................125 ·RODAMIENTOS AXIALES-RADIALES.............................................................127 ·PROCEDIMIENTOS DE REVISIÓN: LA PRECARGA DE LOS RODAMIENTOS..........129 ·FUNCIÓN..............................................................................................129 ·TIPOS DE PRECARGA .............................................................................129 ·EFECTOS DE LA PRECARGA .....................................................................130 ·DETERMINACIÓN DE LA PRECARGA..........................................................130 ·ÚTILES 131 ·SECUENCIA DETERMINACIÓN DE LA PRECARGA ........................................132 DIAGNOSIS DEL CAMBIO MECÁNICO: RUIDO ................................................134 ·RUIDO GENÉRICO .....................................................................................134 ·RUIDO DEL CAMBIO AL ARRANCAR ......................................................... ... 134 ·RUIDO DEL CAMBIO EN PUNTO MUERTO ......................................................134 ·RUIDO DEL CAMBIO EN UNA MARCHA ESPECÍFICA........................................135 ..................................................................................................
.................................................................................................
................................................................................................
VI
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·RUIDO DEL CAMBIO EN UNA MARCHA ESPECÍFICA (CONTINÚA)......................135 ·RUIDO DEL CAMBIO EN CURVA...................................................................135 DEFINICIONES DEL MANUAL DE TALLER........................................................136 ·VELOCIDAD EN KM / H A MEDIA CARGA.......................................................136 ·PENDIENTE MÁXIMA..................................................................................136 SIGLAS DEL CAMBIO ..................................................................................137 CAMBIO AUTOMÁTICO ................................................................................137 ·COMPONENTES DEL CAMBIO AUTOMÁTICO ..................................................138 ·CONVERTIDOR DE PAR ...........................................................................138 ·GRUPO EPICICLOIDAL ............................................................................140 DISPOSITIVO DE ENGRASE DEL CAMBIO ......................................................141 ACEITES PARA ENGRANAJES .......................................................................142 ·PROPIEDADES DEL ACEITE.........................................................................142 ·CLASIFICACIÓN API .............................................................................. ....143 ·FUNCIÓN 144 ·CONSTITUCIÓN ........................................................................................144 ·CARACTERÍSTICAS....................................................................................144 ·COMPONENTES DEL PUENTE.......................................................................145 ·SEMIEJES Y EJES INTERMEDIOS ..............................................................145 ·MATERIAL..........................................................................................145 ·CARACTERÍSTICAS .............................................................................146 ·ASPECTOS PROBLEMÁTICOS ................................................................146 ·JUNTAS HOMOCINÉTICAS .......................................................................147 ·FUNCIÓN...........................................................................................148 ·TIPOS 148 ·PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ....................................................... ..148 ·JUNTA DESLIZANTE ............................................................................149 ·JUNTA TRÍPODE..................................................................................149 ·PROTECCIONES..................................................................................150 ·MASA AMORTIGUADORA......................................................................150 ·FUNCIÓN........................................................................................150 ·FUNCIONAMIENTO .....................................................................150 GRASAS: LUBRICACIÓN..............................................................................151 ·VISCOSIDAD ............................................................................................151 ................................................................................................
..............................................................................................
VII
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
ÍNDICE
·CONSISTENCIA.........................................................................................152 ·LUBRICACIÓN CON CAPA LÍMITE.................................................................153 ·LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA..................................................................154 ·GRASAS AL CALCIO...................................................................................155 ·GRASAS AL SODIO....................................................................................155 ·GRASAS AL LITIO......................................................................................156 ·MEZCLABILIDAD DE LAS GRASAS................................................................157 ·ELECCIÓN DE LA GRASA ............................................................................158 ·GRASAS PARA ALTAS TEMPERATURAS (HT) ...............................................158 ·GRASAS PARA BAJAS TEMPERATURAS (LT)................................................158
VIII
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO DEL MOTOR A LAS RUEDAS INTRODUCCIÓN El movimiento del automóvil está basado en el empuje al eje de las ruedas motrices generado por la adherencia de las mismas al suelo. Este empuje, en marcha hacia adelante o hacia atrás según sea la dirección del par motor a las ruedas, es el resultado de las acciones que se realizan entre la rueda y la carretera. En el caso de los automóviles, las ruedas motrices pertenecen al mismo eje y son simétricas respecto al plano de simetría del vehículo. El empuje resultante en el vehículo debe aplicarse en el plano de simetría, ya que de lo contrario el conductor se vería obligado a corregir la conducción. La acción motora debe repartirse igualmente entre las dos ruedas motrices del mismo eje.
01
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
LA “TRANSMISIÓN” El concepto de transmisión representa el conjunto de órganos y sistemas cuya finalidad es transmitir del motor a las ruedas el par motor necesario para que se mueva el automóvil. En realidad se trata de órganos, conectados entre ellos, capaces de transmitir a las ruedas el par motor en función de las condiciones de marcha y de las características del motor. En los vehículos con el motor delante y tracción delantera, los órganos de la transmisión a partir del motor son: -
Embrague. Cambio de velocidades. Diferencial. Semiejes. Cubos de las ruedas.
En los vehículos con el motor delante y tracción trasera, los órganos de la transmisión a partir del motor son: -
Embrague. Cambio de velocidades. Juntas elásticas o juntas cardán. Eje de transmisión. Par cónico de reducción. Diferencial. Semiejes. Cubos de las ruedas.
02
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
03
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EMPUJE MOTOR DEL VEHÍCULO Para que se mueva el vehículo es necesario vencer resistencias de distintos tipos e intensidades. En realidad, para mover un automóvil, se encontrarán las siguientes resistencias al movimiento: -
FUERZAS Y MOMENTOS DE INERCIA. RESISTENCIA AL RODAJE. RESISTENCIA A LOS ROZAMIENTOS INTERNOS. RESISTENCIA AERODINÁMICA. RESISTENCIA DEBIDA A LAS PENDIENTES.
La gran variabilidad de estas resistencias durante el movimiento de un vehículo, se traduce en la necesidad de transmitir a las ruedas un par motor de intensidad variable en el tiempo, de acuerdo con las necesidades del conjunto de fuerzas resistentes. Las condiciones límite del empuje motor de un vehículo dependen principalmente del coeficiente de adherencia de las ruedas motrices. Naturalmente el sistema motor – transmisión debe ser capaz de utilizar la adherencia disponible para las ruedas.
04
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RESISTENCIA A LA RODADURA Se debe a la carga que actúa sobre el neumático, que obliga a este a apoyar sobre una superficie llamada huella del neumático en lugar de un punto. Esto genera un rozamiento sobre el terreno y a su causa una fuerza de resistencia a la rodadura Frr que depende de: El peso del vehiculo PT El coeficiente de resistencia a la rodadura Frrodadura = P T . El coeficiente de rodadura
R
0,015 en asfalto
R
depende a su vez, entre otros, de:
La naturaleza y estado del terreno Las dimensiones del neumático La presión de inflado Su valor es: R =
a/r
a = Semilongitud de la huella r = Radio de la rueda sobre su apoyo
05
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RESISTENCIA POR PENDIENTE La fuerza resistente al movimiento atribuible a la pendiente la representa el componente peso a lo largo de la dirección del plano inclinado. Ésta depende directamente de la masa y de la pendiente, y además las condiciones de adherencia en las ruedas motrices deben garantizar la aplicación de una fuerza de empuje muy superior a la resistencia de ascenso. De ello se s e deriva el límite de pendiente máxima franqueable que caracteriza a todos los vehículos homologados. Las carreteras destinadas a la circulación de automóviles no superan pendientes del 10%. Estando situado en un plano inclinado, con pendiente en el sentido de la marcha (subida), parte del peso del vehículo PT se opone también a la fuerza de impulsión como fuerza de resistencia por pendiente Frp. Depende del: Peso del vehículo PT Ángulo de la pendiente Frpendiente = P T . sen
sen = h / l�������������� Pendiente (%) = sen .100 = (h /l) . 100
Si el vehiculo estuviese en el mismo plano pero en bajada, la Frps eria negativa
06
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RESISTENCIA DEL AIRE O RESISTENCIA RESISTENCIA AERODINÁMICA
Un factor muy importante que influye sobre las características de la transmisión es la resistencia aerodinámica del automóvil. La aerodinámica es la fuerza directa según la velocidad relativa del fluido respecto al cuerpo del automóvil y se opone al movimiento. La viscosidad del fluido permite que una pequeña capa del mismo se adhiera al envoltorio del cuerpo; el resto de capas a poca distancia tienen una velocidad que aumenta rápidamente. Las mayores resistencias se deben a los remolinos de la estela, verdaderos movimientos turbulentos de fluido. La influencia de la velocidad relativa del fluido respecto al vehículo sigue la ley del cuadrado, es decir, al multiplicar por dos la velocidad la resistencia aumenta por cuatro. Esto es importante cuando para el vehículo se han previsto velocidades elevadas con superficie frontal significativa.
07
Í NDICE
IMPRIMIR
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ZOOM
El valor de la resistencia aerodinámica depende de: Presión superficial del aire pS La superficie expuesta al aire S Del coeficiente aerodinámico CX Fraire = pS . S . CX pS = (
/2).(v
va )2 = 0.613 . ( v
va )2
v = velocidad del vehículo (m/s) va = velocidad del aire (m/s)
= dirección del aire, en contra o a favor
CX = coeficiente aerodinámico obtenido en túnel de viento = densidad del aire ( Kg / m3 ) S
0,9 . a . b
a= anchura vehículo b = altura vehículo Fra = p S . S . C X = 0,613. ( v
va )2 . S . CX
08
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RESISTENCIA POR ROZAMIENTOS MECÁNICOS Se consideran como resistencias debidas a rozamiento las que son internas a los grupos o los componentes que contienen los órganos móviles o en movimiento relativo entre ellos: -
Engranajes. Pernos. Cojinetes. etc.
Estas resistencias están especialmente presentes en los grupos de la transmisión (cambio, diferencial, etc.). Naturalmente, una lubricación correcta de estos órganos reduce pero no elimina estas resistencias, que dependen directamente de las cargas transmitidas, de las geometrías de los componentes, de las tolerancias de acoplamiento, del montaje, del estado de desgaste de los materiales y de la lubricación. Algunas soluciones técnicas tienden a reducir los valores de las resistencias de rozamiento, por ejemplo la adopción de rodamientos de bolas en lugar de cojinetes de fricción. Principalmente, lo mejor para reducir las resistencias de rozamiento es adoptar y mantener las condiciones adecuadas de lubricación, eligiendo el aceite adecuado y efectuando controles periódicos. También son importantes los controles de las condiciones de desgaste de los componentes para poder realizar un mantenimiento preventivo o específico. En la práctica se intentan mantener al mínimo los valores de los coeficientes de rozamiento evitando el contacto directo y la fricción de los distintos órganos mecánicos. Un importante factor que influye en el estado de lubricación es la temperatura del lubricante que a su vez depende de la potencia transmitida, del sistema de lubricación, del sistema de refrigeración, de la cantidad de lubricante utilizada, etc. Las perdidas de rendimiento en los mecanismos de transmisión oscila entre un 10% y un 15% de la potencia transmitida por el motor WT =
m .
Wf
0,85 . Wf
WT = Potencia util en rueda Wf = Potencia aplicada a la transmisión o potencia al freno m
0,85 (rendimiento mecánico)
09
Í NDICE
IMPRIMIR
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RESISTENCIA POR INERCIA En los cambios de velocidad con variación de la misma se producen unas aceleraciones a , que generan las fuerzas llamadas de inercia Fri. Frinercia = m . a m = masa del vehículo en Kg a = aceleración (m/s2), a según acelere o desacelere
RESISTENCIA TOTAL Es igual a la suma de todas las fuerzas resistentes que se oponen al desplazamiento del vehiculo, y con su valor determinan el de la fuerza de impulsión necesaria para moverlo Partiendo de vehiculo parado, las fuerzas resistentes son: · La fuerza de reacción Fr · Pasivas: A la pendiente Frp A la rodadura Frr Frtotal = Fr ± Frp + Frr
Con vehiculo en movimiento, las fuerzas resistentes son: · Pasivas: A la pendiente Frp A la rodadura Frr Al aire Fra A la inercia Fri Frtotal =
Frp + Frr + Fra + Fri
La fuerza resistente total desarrollada Frtotal y el radio r de la rueda determinan el par resistente a vencer Crtotal y por tanto el par de transmisión CT necesario para mover el vehiculo Crtotal = Frtotal . r Teniendo en cuenta el rendimiento mecánico ser: CT = C
rtotal /
m
= Frtotal . r /
m,
el par de transmisión aplicado debe
m =
Frtotal . r / 0,85
10
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
POTENCIA NECESARIA EN LA TRANSMISIÓN Viene determinada por la cantidad de trabajo Tu desarrollado para desplazar el vehiculo un cierto espacio (e)
Tu = Frtotal . e e = espacio (m)
Dividiendo toda la expresión por el tiempo t Tu / t = F
rtotal .
e/t Wutil = F
rtotal .
v
v= velocidad desplazamiento (m/s)
Teniendo en cuenta el rendimiento mecánico freno Wf ) debe ser: Wf = Wutil /
m =
m,
la potencia a desarrollar (potencia al
Frtotal . v /
m
11
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSMISIÓN Teniendo en cuenta las necesidades del vehículo en términos de empuje motor máximo y velocidad máxima y las prestaciones características del propulsor (par y potencia) en su campo de funcionamiento, el conjunto de la transmisión debe reunir unas características técnicas específicas que satisfagan las condiciones de movimiento del vehículo. La transmisión debe ser fácil de manejar para el conductor y debe permitir un funcionamiento económico del motor.
CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR Las prestaciones del motor se miden con pruebas en el banco en todo su rango de funcionamiento. Los resultados de estas pruebas se representan con unas curvas características, que se obtienen a plena carga en función del número de revoluciones, del par motor, de la potencia y del consumo específico. Las curvas de potencia y par ilustradas se han obtenido con el motor rodado (50 horas de funcionamiento) sin ventilador, con silencioso de escape y filtro de aire, a nivel del mar.
12
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR En las curvas características del motor se distinguen cuatro condiciones específicas: 1. El funcionamiento al ralentí, es decir, cuando el motor suministra la potencia suficiente para dirigir los accesorios; a velocidades apenas inferiores el motor se detendría por las irregularidades de la velocidad de rotación, que aumentan al disminuir la velocidad. 2. Funcionamiento con par máximo, generalmente esta condición corresponde al rango de funcionamiento con mayor rendimiento energético. 3. Funcionamiento con máxima potencia, corresponde a las mejores prestaciones en general y, en concreto, a las referidas a la velocidad. 4. Funcionamiento con revoluciones al máximo, se caracteriza por el inicio de la caída de las prestaciones en términos de potencia y, sobre todo de rendimiento, por tanto todo lo que supere este límite no es conveniente.
A: Área positiva de la potencia motora. B: Área negativa de la potencia de frenada
13
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CAMPOS DE PAR Y DE POTENCIA Las curvas de prestación del motor se obtienen con la máxima admisión (pedal acelerador completamente pisado); de cualquier modo, todos los motores pueden variar la potencia transmitida (o el par suministrado) a cualquier régimen de rotación entre un máximo y un mínimo (con el pedal acelerador), por lo que en lugar de curva de prestaciones del motor se debería hablar de un campo de potencias y de pares. Para simplificar se puede decir que dichos campos coinciden con las áreas comprendidas entre las respectivas curvas (de par y potencia) y el eje de las abcisas; por eso, sería teóricamente posible obtener un par determinado para cada velocidad de rotación del motor y, en consecuencia una potencia determinada, simplemente accionando el pedal acelerador.
En la figura pueden compararse las distintas curvas de potencia transmisibles que se obtienen con cada una de las marchas hacia adelante. i Representa en % la pendiente de la carretera. D Representa la velocidad máxima prevista, con pendiente del 0%.
Sin embargo, esta única regulación no es admisible por una serie de motivos que se explicarán a continuación. A pesar de la amplitud del rango de par y potencia suministrados por el motor, se hace necesario desvincular, en lo posible, la velocidad de rotación del motor de la velocidad de las ruedas y, por tanto, de la del vehículo; el motivo es evidente si tenemos en cuenta los dos ejemplos que se muestran a continuación.
14
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ARRANQUE DEL VEHÍCULO Para conseguir, por ejemplo, un arranque rápido del vehículo, hay que aplicar a las ruedas un par motor elevado. En lugar de utilizar un motor que “en transmisión directa” suministre ese par a regímenes bajos (con todo lo que ello comportaría), es mucho más cómodo interponer un tren de engranajes que multiplique el par aplicado a las ruedas (en vista de los bajos regímenes de rotación necesarios).
MARCHA EN AUTOPISTA Durante la marcha en autopista se requieren pares bajos que pueden alcanzarse tranquilamente con el acelerador parcializado. Con el motor en transmisión directa, debería hacerse funcionar el motor con regímenes de rotación altos, garantizando la velocidad adecuada, pero penalizando los consumos (la curva de consumo en función de la velocidad de rotación es máxima con regímenes bajos y no con los altos). En este caso también sería cómodo contar con un tren de engranajes que multiplicara la velocidad de rotación de las ruedas respecto a la del motor, para garantizar el funcionamiento de éste en la zona de consumo mínimo garantizando la velocidad adecuada.
CAMBIO DE VELOCIDADES Como se ha visto en estos dos ejemplos, es necesario interponer entre el motor y las ruedas un dispositivo que permite en algunos casos reducir la velocidad de rotación del motor y en otros multiplicarla; este dispositivo se llama cambio de velocidades y su función es, precisamente, cambiar la relación de transmisión entre el motor y las ruedas. El cambio llamado “mecánico” (igual que el cambio automático no) permite hacer las variaciones con relaciones discretas (es decir, no es posible la variación continua de la relación de transmisión), normalmente en número de cinco o seis más la inversión del sentido de marcha. El cambio automático de variación continua (llamado también CVT) permite la variación continua de la relación de transmisión. Naturalmente, en este caso la selección de la relación de transmisión la gestiona una centralita electrónica de acuerdo con todo lo memorizado en su interior y en función de las entradas (input) recibidas. En el caso del cambio mecánico la selección de la marcha adecuada la hace el conductor moviendo la palanca específica; también los cambios llamados semiautomáticos realizan una variación discreta de la relación de transmisión y también en este caso es el conductor quien elige la marcha, aunque la actuación del acoplamiento la realiza un sistema asistido.
15
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ÓRGANOS DE LA TRANSMISIÓN: ESQUEMA Antes de analizar el funcionamiento del cambio mecánico y sus características constructivas, con los problemas expuestos anteriormente sobre las características de potencia de los motores alternativos, la transmisión del movimiento a las ruedas deberá incluir: - Un órgano de arranque para cubrir el rango de velocidad entre cero y la velocidad mínima de funcionamiento del motor (el embrague). - Un cambio, para poder realizar la relación de transmisión entre el motor y las ruedas. - Un reenvío fijo, que asegure una relación de transmisión capaz de adecuar la velocidad de rotación del motor a la de las ruedas, que tienen dimensiones mínimas por debajo de las cuales no se puede descender. - Un distribuidor de par entre las ruedas motrices cuando, como suele ocurrir, son más de una (el diferencial). En la figura se ilustra un esquema por bloques de la cadena cinemática de un automóvil, mostrando las relaciones de transmisión realizadas.
16
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EMBRAGUE GENERALIDADES SOBRE EL EMBRAGUE POR FRICCIÓN
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Disco conducido. Plato de empuje. Cojinete de apoyo axial. Mecanismo de desembrague. Cable flexible. Pedal de mando.
FUNCIÓN Conectar suave y paulatinamente el motor (lado volante motor) al cambio de velocidades (lado eje de entrada o primario) y por lo tanto al eje de transmisión y a las ruedas motrices del vehículo. Al desembragar, el motor se separa de la transmisión y, en consecuencia, de las condiciones de movimiento o de parada del vehículo.
17
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
NECESIDAD DEL EMBRAGUE El motor endotérmico de combustión térmica presenta la desventaja de no poder ser puesto en marcha bajo carga. De hecho, analizando las curvas características del motor, se aprecia que el motor al ralentí suministra una potencia limitada, apenas suficiente para vencer la fricción interna. Por lo tanto, si el motor se conectara directamente a las ruedas sería imposible poner en marcha el vehículo debido a la inercia del mismo y a la fricción de despegue. Será necesario interponer entre el motor y el cambio un dispositivo capaz de acoplar un órgano en movimiento (el motor) a un órgano parado (la transmisión).
CARACTERÍSTICAS DEL EMBRAGUE Este dispositivo de acoplamiento se denomina embrague por fricción. La palabra embrague indica, precisamente, que el acoplamiento se produce en las condiciones de diferencia de velocidad de rotación entre el motor y el cambio. La palabra fricción indica que el acoplamiento se produce utilizando la fuerza de fricción que se desarrolla entre dos superficies (una acoplada al motor y otra al eje de entrada del cambio) que se presionan entre ellas debido a la reacción de ciertos muelles.
ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE En los cambios manuales el embragado del embrague es ordenado y controlado por el conductor (en los cambios semiautomáticos el embragado es controlado por la centralita electrónica, mientras que en los cambios automáticos suele faltar el pedal del embrague). El conductor pisa un pedal que ordena el despegue y controla el deslizamiento para favorecer un arranque suave del vehículo.
REQUISITOS El embrague por fricción debe respetar los siguientes requisitos: - Seguridad de funcionamiento: cuando el embrague está embragado no tienen que producirse deslizamientos entre las superficies de contacto. Estos deslizamientos resultan dañinos al provocar un rápido desgaste de las superficies de trabajo y se pierde potencia transmitida debido a la disipación de una parte de la potencia suministrada en calor. - Acción de embragado progresiva: cuando el motor está funcionando, el embragado entre el volante motor y el eje de entrada del cambio debe producirse suavemente, de lo contrario la transmisión se somete a un esfuerzo anómalo. - Facilidad de control, de reglaje y de mantenimiento: las superficies de fricción del embrague están sujetas a desgaste. Este desgaste provoca una variación de las características del embrague, luego será necesario controlarlo, reglarlo y si fuera necesario repararlo periódicamente. - Baja inercia de rotación: la parte conducida del embrague debe tener una baja inercia de rotación porque es necesario que su velocidad de rotación pueda aumentar o disminuir rápidamente para no obstaculizar la maniobra del cambio.
18
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los embragues de discos (utilizados en los automóviles) transmiten el movimiento mediante la fricción que se desarrolla entre las superficies presionadas una contra otra por la acción de ciertos muelles. El empuje que ejercen los muelles, multiplicado por el coeficiente de fricción de las superficies en contacto, tiene que proporcionar una resistencia de fricción, mayor o igual al par máximo transmitido por el motor. Cuando el conductor pisa el pedal del embrague detiene la acción de aplastamiento del muelle y libera el disco conducido que ya no se embraga al disco conductor. Al soltar el pedal del embrague los dos discos entran progresivamente en contacto, hasta que la acción de aplastamiento del muelle es tal que los embraga. La progresividad del embragado está garantizada por la característica elástica del muelle del plato de empuje que permite al conductor, pisando el pedal, “dosificar” el acercamiento de los dos discos.
TIPOLOGÍA Existen muchos tipos de embragues por fricción; según el número de discos de fricción tenemos embragues monodisco o multidisco. Según si estos discos trabajan en seco o en un baño de aceite se habla de embragues en seco o húmedos. Y por último según el mecanismo de desembrague se tienen embragues “tirados” (o de tiro) o “empujados” (o de empuje). En la automoción se utilizan embragues de tipo monodisco en seco con accionamiento del tipo de empuje o de tiro.
19
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN DEL EMBRAGUE ESQUEMA PRINCIPAL DE UN EMBRAGUE
1. Cigüeñal. 2. Masa acoplada al cigüeñal. 3. Masa acoplada al eje primario del cambio. 4. Sistema elástico torsional de amortiguación. 5. Disco de embrague. 6. Muelle del plato de empuje. 7. Cojinete de empuje axial. 8. Eje primario del cambio. 9. Corona dentada del volante
motor.
20
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
COMPONENTES DE UN EMBRAGUE DISCO CONDUCIDO
1. 2. 3. 4.
Cubo paragolpes. Forros de fricción. Muelles paragolpes. Disco portante.
FUNCIÓN El disco conducido tiene la función de transmitir el movimiento recibido por el volante motor al eje primario del cambio. La transmisión de la potencia del volante motor al disco conducido se produce por rozamiento. De hecho, el disco conducido está revestido en su borde exterior por forros de fricción con la función de aumentar el coeficiente de rozamiento entre el volante motor y el disco conducido. La transmisión del disco conducido al eje primario del cambio se produce mediante el acoplamiento estriado entre el disco conducido y el eje primario.
PAR TRANSMITIDO Está asegurado por las fuerzas de rozamiento, tangenciales a lo largo de la corona, por su radio de acción respecto al eje del disco.
21
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
PAR MÁXIMO TRANSMITIBLE Es proporcional al coeficiente de rozamiento estático, a la fuerza perpendicular al disco de aplastamiento entre el plato de empuje y el contradisco (volante motor) ejercida por el muelle; de acuerdo con la fórmula:.
Donde: F Carga aplicada sobre el plato en daN. N Radio de aplicación de dicha carga en m.
Coeficiente de rozamiento.
n El número de caras de fricción (2 para embrague monodisco).
Otros muelles montados tangencialmente entre el disco y el cubo portadisco amortiguan los golpes y protegen contra el desgaste los forros de fricción en el disco, aumentando su duración.
POTENCIA TRANSMISIBLE La potencia transmisible se expresa con la fórmula:
Donde: n.F.R. . es el par máximo transmisible. n rpm el número máximo de rpm.
Así pues, la potencia transmisible tiene en cuenta dos límites, uno de par máximo transmisible y otro de número máximo de revoluciones o de máxima velocidad periférica del disco. En cuanto al par transmisible, debe tenerse en cuenta que el consumo de los forros de fricción provoca la distensión del muelle que actúa sobre el plato de empuje, con la consiguiente reducción de la fuerza N. Por lo tanto, el mayor riesgo de deslizamiento se produce cuando las superficies de rozamiento están más desgastadas. El embrague se desgasta más en las fases de embrague durante la puesta en marcha del vehículo, ya que las velocidades entre el volante motor y el eje de entrada del cambio son muy distintas y el deslizamiento es mayor. Sin embargo, en los cambios de marcha, la rápida y robusta acción del muelle reduce al mínimo el deslizamiento y, en consecuencia, también el consumo de las superficies de fricción y la potencia disipada.
22
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MATERIAL Disco de acero montado sobre un cubo estriado que a su vez se acopla al eje de entrada del cambio de velocidades. Las estrías permiten al disco un deslizamiento axial de unos milímetros para las fases de embragado y desembragado. Ambas caras del disco disponen de forros de fricción, con un elevado coeficiente de rozamiento y elevada resistencia al incremento de la temperatura. Los forros se fabrican con materiales sin amianto (kevlar, araldeido, bronce, cobre, etc.) a veces, excepcionalmente, están recubiertos de cerámica.
23
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MUELLES PARAGOLPES
M AR a,b,c a’, b’, c’ Db, Dc, at df
Cubo Armazón Ancho hueco de alojamiento de los muelles Longitud de los muelles sin carga Juego de los muelles en los huecos 2-2 y 3-3; Amortiguadores de rozamiento Muelle de diafragma para cargar los forros de fricción del amortiguador de rozamiento
FUNCIÓN Para que el embragado sea más elástico y suave, el disco dispone de muelles paragolpes, con la función de neutralizar las irregularidades del par motor, las vibraciones o las sobrecargas instantáneas, evitando además el arrastre que se produce al comenzar el embragado haciendo que este último sea progresivo y continuo.
24
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARACTERÍSTICAS El disco conducido suele estar dotado de “paragolpes”; en este caso se suele subdividir el disco en dos partes: el cubo y el armazón, entre los que se montan los muelles, por lo general de hélice cilíndrica con eje perpendicular al radio. Estos muelles no precargados se montan con precisión en alojamientos del armazón y se colocan simétricamente respecto al eje del disco. Cada par de muelles reacciona al momento aplicado al eje con una característica lineal en función del ángulo de rotación relativa eje / armazón. En el caso de la figura, el par de muelles 1-1 reacciona inmediatamente a ese ángulo de rotación, mientras las siguientes parejas, cada vez más rígidas, y montadas en específicos huecos con juego, reaccionan para ángulos cada vez mayores.
AMORTIGUADORES DE ROZAMIENTO El paragolpes se completa con amortiguadores de rozamiento. Estos amortiguadores están formados por juntas anulares de rozamiento sometidas a carga axial por la precarga de un muelle de diafragma y tienen la función de disipar la energía elástica acumulada durante la deformación de los muelles del paragolpes.
25
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EMBRAGUE MONODISCO CON MUELLES HELICOIDALES FUNCIONAMIENTO La transmisión del movimiento se efectúa mediante la fricción que se genera entre las superficies presionadas del disco por la acción de ciertos muelles helicoidales. La fuerza de rozamiento máxima disponible debe ser mayor que el esfuerzo periférico transmitido por el volante motor, de lo contrario los forros deslizarán.
26
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DESEMBRAGADO
1. Corona dentada motor de arranque. 2. Volante motor. 3. Cigüeñal. 4. Cojinete de centrado. 5. Orificio de vaciado aceite. 6. Tapa del volante motor. 7. Tapa de inspección. 8. Palanca de embragado. 9. Cojinete de empuje axial. 10. Manguito de embragado. 11. Eje de entrada del cambio. 12. Caja de cambio. 13. Disco conducido con forros de fricción. 14. Plato de empuje. 15. Muelle de presión. 16. Tapa porta-muelles. 17. Palanca de mando manguito. 18. Tuerca de reglaje carrera en vacío del pedal.
Pisando el pedal del embrague, la palanca 17 mueve hacia delante el manguito 10 que, accionando las palancas 8, tira hacia atrás del plato de empuje 14 venciendo la reacción de los muelles 15. Al faltar la fuerza axial en el disco conducido 13, éste no es arrastrado por el volante motor.
27
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EMBRAGADO Soltando el pedal, los muelles devuelven hacia delante el plato de empuje, el disco conducido presiona contra el volante motor y gira.
EMBRAGUE POR FRICCIÓN CON MUELLE DE DIAFRAGMA
I Deformación en fase de embragado. esembragado. DD U Deformación debido al desgaste del
forro de fricción. N Disco nuevo. arga de proyecto. PpC
28
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO Es un muelle especial de taza que funciona con cargas y deformaciones en dirección axial aplicadas en el centro por la acción del empuje axial. La geometría especial (apéndices radiales hacia el centro) determina un comportamiento característico representado en el diagrama de la figura. Puede observarse en el gráfico de arriba que la carga nunca es inferior al valor de proyecto que asume tanto con disco nuevo como con desgaste del forro. En la fase de desembragado, la carga en el muelle es decreciente; en esta fase el muelle se carga hasta asumir la concavidad opuesta a la configuración no deformada.
VENTAJAS - Presión uniforme de carga sobre el plato de empuje. - Fuerza de carga del muelle en la fase de desembragado menor respecto a la aplicación con muelles helicoidales, debido a que la característica de rigidez del muelle de diafragma no es constante durante la deformación reduciendo, por lo tanto, la fuerza de deformación en la fase inicial de la concavidad negativa (desembragado). - Mejor equilibrado de las fuerzas centrífugas que actúan en el muelle, al producirse en una sola pieza y con geometría de simetría respecto al eje, mejorando el comportamiento respecto a los muelles helicoidales al aumentar el número de revoluciones o el tamaño. Ligereza, mayor precisión constructiva, simplificación de los procedimientos de montaje.
29
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARACTERÍSTICAS DEL EMBRAGUE MODERNO TIPOLOGÍA El embrague moderno, formado por un disco de embrague con empuje axial aplicado por un muelle de diafragma, representa la mejor solución técnica respecto al convencional embrague monodisco o bidisco con empuje axial generado por muelles helicoidales.
En la figura se muestran distintas soluciones de acoplamiento del muelle de diafragma a la campana, por orden cronológico a) b) c) d).
VENTAJAS Reducción de la fuerza a aplicar para el desembragado. Presión de aplastamiento del disco de embrague eficaz a todos los regímenes de rotación. Mayor eficiencia de refrigeración por efecto ventilante. Mejor equilibrado dinámico de las fuerzas centrífugas. El límite de velocidad de rotación es dado por la resistencia a la rotura del plato de empuje, con resistencia por lo menos doble respecto al funcionamiento normal. La resultante de la carga axial prácticamente coincide con el eje del embrague. Reducido calentamiento y pérdida de carga del muelle. Fijación sencilla del muelle.
30
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TÉCNICA Una adecuada conicidad y una correcta articulación del muelle, permiten mantener la carrera en el campo de desgaste de los forros. La reducción de la superficie de contacto, circunferencia del resalte anular del plato de empuje, entre el muelle y el plato de empuje reduce la transmisión de calor al muelle.
MANTENIMIENTO Menores ajustes para restablecer el juego. Fácil sustitución del disco, sin operaciones especiales para ajustar la coaxialidad del plato de empuje.
ALINEACIÓN Mediante el empuje axial autocentrante, en las primeras maniobras de desembragado del vehículo nuevo, se produce la alineación del cojinete de empuje axial con el eje de rotación del motor, esto ha permitido apoyar directamente el cojinete en el diafragma sin introducir costosos dispositivos antidesgaste.
31
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE CON MUELLE DE DIAFRAGMA
El muelle de diafragma A, con apoyo en la tapa B, carga el plato de empuje C en H. El plato de empuje ejerce una presión sobre el disco conducido D contra el volante motor E. En esta posición el empuje axial F está inactivo, en posición despegada por la acción del muelle.
El empuje axial F, accionado por la horquilla G, empuja los elementos radiales del muelle A que, mediante la articulación B, deformándose, permite el desplazamiento del plato de empuje C. El disco conducido D ya no se ve obligado a girar sin producirse la transmisión del movimiento entre el motor y el cambio de velocidades.
32
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EMBRAGUE DE TIRO Y DE EMPUJE
DIFERENCIAS En el embrague llamado de empuje el muelle de diafragma se articula sobre la campana en un punto intermedio y apoya en el diámetro exterior del plato de empuje. Para realizar el desembragado el manguito deslizante que ejecuta el mando del conductor, empuja el muelle de diafragma que cede liberando el disco conducido. El embrague de tiro, respecto al embrague con accionamiento por empuje, realiza un tipo de palanca con fulcro en un extremo, luego es más conveniente al utilizar como brazo toda la longitud de la palanca, resulta así que la campana es más rígida, reduciendo de forma apreciable la deformación global del mando.
33
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
VENTAJAS DEL EMBRAGUE DE TIRO
- Con la misma fuerza de desembragado, se tiene una mayor carga en el plato de empuje y, por lo tanto, una mayor fuerza de aplastamiento del disco de embrague que permite un mayor par máximo transmisible. - Mejora la forma del plato de empuje aumentando su peso y la capacidad térmica. - Aumento del diámetro del muelle con el mismo espacio ocupado por el grupo. - Desgaste contenido de los puntos de fulcro. - Tapa más sencilla y rígida, reduciendo el riesgo de no desembragado. - Cambiando el sistema de fijación cambia la histéresis del muelle mejorando la eficiencia del sistema. - La carrera de la fuerza de tiro necesaria para el desembragado es menor.
APLICACIONES El embrague de tiro se aplica en vehículos cuyos motores suministran un par alto. Por ejemplo el Lancia Lybra, en las versiones gasolina (hasta el 2.0 20v, que suministra un par de 221 Nm), adopta un embrague de empuje, mientras que en las versiones diesel (hasta el 2.4 JTD, con un par de 274 Nm) se utiliza un embrague de tiro.
34
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TIPOS DE ACCIONAMIENTO DEL EMBRAGUE Mando
Órgano de mando
MECÁNICO
Pedal del embrague – sistema de mecánica palancas
HIDRÁULICO
Pedal del embrague – bomba – cilindro actuador
hidráulica
HIDRONEUMÁTICO
Pedal del embrague – bomba – servoembrague
Hidráulica – neumática
AUTOMATIZADO
Eléctrica – hidráulica Palanca de mando selección y embragado marchas – centralita electrónica de mando y control – cilindro actuador
Forma de energía
ACCIONAMIENTO MECÁNICO
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Disco conducido Plato de empuje Cojinete de empuje axial Mecanismo de desembrague Cable flexible Pedal de mando
35
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARACTERÍSTICAS
AB1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
En contacto permanente del empuje axial. Con juego controlado. Palanca de mando. Empuje axial. Palancas de láminas. Muelle de tiro del pedal para la puesta a cero del juego. Juego controlado. Muelle antagonista. Fin de carrera del pedal de mando.
Este tipo de accionamiento se utiliza cuando los esfuerzos demandados al conductor para pisar el pedal no son excesivos. El mando dado por el conductor se transmite mediante un cable flexible a un mecanismo de palanca que realiza directamente el empuje en el muelle de diafragma, consiguiendo desembragar el embrague.
36
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ACCIONAMIENTO HIDRÁULICO
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 . 10.
Bomba de embrague. Cilindro de mando embrague. Cojinete de empuje axial. Disco de embrague. Contenedor embrague. Amortiguador de pulsaciones. Palancas. Tubo de conexión entre bomba y cilindro. Pedal del embrague. Depósito líquido de frenos / embrague.
CONSTITUCIÓN El sistema está formado por: - Una bomba de embrague fijada a los pedales con la función de generar el caudal de aceite a presión necesario para desembragar el embrague. - Un tubo de conexión de la bomba al cilindro de mando embrague. - Un amortiguador de pulsaciones montado en el tubo, con la función de atenuar las pulsaciones de presión inducidas sobre el actuador hidráulico por el grupo embrague y transmitidas a través de la línea hidráulica al pedal del embrague. - Un cilindro de mando embrague fijado al cambio, con la función, cuando recibe el aceite a presión de la bomba, de desembragar el embrague accionando las palancas. - Unas palancas de accionamiento del cojinete de empuje axial. - Un cojinete de empuje axial sobre el que se ejecuta la acción de desembragar el embrague. - Una campana de embrague (o contenedor de embrague) con muelles del plato de empuje de diafragma. - Un disco de embrague sin muelles paragolpes.
37
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO Cuando el conductor pisa el pedal del embrague, acciona la bomba hidráulica, generando un caudal de fluido a presión que acciona el cilindro actuador. En su movimiento el cilindro acciona las palancas que, articuladas en el cojinete de empuje axial, permiten el despegado del disco de embrague respecto al volante motor. Cuando se suelta el pedal, la reacción del muelle del plato de empuje devuelve el disco de embrague en contacto con el volante motor. La misma reacción, transmitida a través del cojinete y las palancas, devuelve el cilindro en condiciones de reposo. El aceite, al no estar ya presurizado por la acción en el cilindro, vuelve al depósito.
VENTAJAS DEL MANDO HIDRÁULICO El mando hidráulico del embrague permite disponer de las siguientes ventajas: - Reduce la transmisión de vibraciones al pedal (y por consiguiente al conductor) aprovechando la falta de conexión mecánica y las características amortiguantes del aceite. - Disminuye la carga en el pedal del embrague aliviando el esfuerzo del conductor. - Mejora la progresividad del embrague, gracias a la mayor precisión del mando hidráulico (la desmultiplicación de la fuerza en el pedal garantiza un mejor control en las fases de desembragado pero sobre todo en las fases de embragado con la puesta en marcha del vehículo).
38
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MANDO EMBRAGUE HIDRÁULICO CON SISTEMA CSC
1. Mecanismo embrague. 2. Amortiguador de pulsaciones. 3. Actuador hidráulico coaxial desembragado embrague “CSC”. 4. Tubo de conexión entre bomba y actuador 5. Bomba de embrague 6. Depósito aceite de reserva
CARACTERÍSTICAS El sistema CSC es un sistema de desembragado del embrague de tipo hidráulico donde el dispositivo que efectúa el desembragado está formado por un cilindro anular montado en la campana de embrague coaxialmente al eje primario del cambio y está integrado con el cojinete de empuje axial. La acción de desembragado se aplica directamente sobre el muelle del plato de empuje sin interposición de palancas de reenvío, como en los sistemas tradicionales. La aplicación de este sistema permite mantener inalteradas sus prestaciones durante toda la vida operativa del embrague y contribuye a reducir el ruido y las vibraciones transmitidas al pedal.
39
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN Los dos componentes principales del sistema CSC son la bomba de desembragado y el cilindro actuador hidráulico, cuya función es respectivamente la de generar el caudal de aceite necesario para desembragar el embrague y la de llevar a cabo el desembragado.
CILINDRO ACTUADOR HIDRÁULICO
1. Tubo de entrada aceite. 2. Cámara de expansión. 3. Pistón. 4. Cojinete de empuje. 5. Muelles del plato de empuje. 6. Retén. 7. Junta tórica. 8. Pastillas antidesgaste. 9. Estanqueidad aceite. 10. Fuelle de goma. 11. Muelle. 12. Tubo guía.
40
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARACTERÍSTICAS El cilindro actuador es un cilindro hidráulico coaxial (al eje primario del cambio) cuyo pistón (anular) está en contacto (mediante el cojinete de empuje axial) con el muelle de diafragma del embrague. Se mantiene en posición de reposo mediante la reacción del muelle de diafragma, por lo tanto, al faltar el aceite a presión, el embrague está normalmente embragado.
FUNCIONAMIENTO El caudal de aceite enviado por la bomba provoca el desplazamiento del pistón que se desliza sobre el tubo guía con un roce mínimo gracias a la interposición de pastillas de teflón. La presencia de estas pastillas de teflón también evita un posible agarrotamiento del pistón en posición desembragado. La acción del pistón se transmite, a través del cojinete de empuje axial, al muelle de diafragma permitiendo su desembrague. Cuando el conductor suelta el pedal del embrague, anulando la presión del aceite, el muelle de diafragma empuja el pistón a la posición retraída, restableciendo las condiciones de embragado y haciendo fluir el aceite hacia el depósito. La incompresibilidad del aceite garantiza un funcionamiento gradual del embrague, puesto que cuando el conductor mantiene el pedal en una posición intermedia, la columna de fluido atrapada, impide el movimiento del pistón que mantiene su posición.
ASPECTOS PROBLEMÁTICOS La posibilidad de que eventuales filtraciones de aceite puedan llegar a la campana de embrague, perjudicando el funcionamiento, se ve impedido por la presencia de juntas de estanqueidad lado embrague y lado cambio. La presencia de un fuelle de goma impide la entrada de agentes exteriores dentro del dispositivo.
41
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
BOMBA DESEMBRAGADO EMBRAGUE
1. Cuerpo. 2. Cilindro de acero. 3. Pistón. 4. Junta de estanqueidad. 5. Horquilla tope pistón. 6. Fuelle de protección. 7. Vástago de accionamiento. 8. Entrada de aceite. 9. Envío de aceite al actuador CSC.
CARACTERÍSTICAS La bomba de desembragado del embrague no es otra cosa que un cilindro hidráulico que funciona como bomba. Su característica principal es que el cuerpo del cilindro y el pistón son de plástico para reducir el peso. La zona interior del cilindro donde se mueve el pistón está recubierta de acero para evitar el desgaste del cilindro y las deformaciones ocasionadas por la presión del aceite.
FUNCIONAMIENTO En condiciones de reposo, el vástago del cilindro – bomba está completamente extendido y la cámara del cilindro en conexión con el cilindro actuador está llena de aceite. Cuando el conductor pisa el pedal del embrague, el correspondiente movimiento del pistón primero cierra la conexión entre el depósito y la bomba y después presuriza el aceite generando el caudal necesario para desembragar el embrague. Cuando se suelta el pedal anulando la presión del aceite, éste es aspirado por la línea de conexión bomba – cilindro (desde donde el aceite está refluyendo) y, por último, cuando se abre la lumbrera de conexión con el depósito también es aspirado por el depósito (llamado, en efecto, depósito de reserva) para compensar las posibles filtraciones de aceite.
42
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ASPECTOS PROBLEMÁTICOS El problema principal de funcionamiento de esta bomba está en las filtraciones de aceite de la cámara activa a la pasiva en las fases de control de la bomba. De hecho, debido a la imperfecta estanqueidad del pistón, una pequeña cantidad de aceite puede refluir a la cámara pasiva del cilindro provocando, a largo plazo, su llenado y, en consecuencia, anomalías de funcionamiento del embrague. La posición de la boca de conexión al depósito (aproximadamente a la mitad del cilindro) se ha diseñado de tal modo que en condiciones de funcionamiento la cámara pasiva esté conectada a la línea hacia el depósito (y por lo tanto el aceite en esa cámara esté a la presión del depósito). Cuando el pistón retrocede, el aceite de la cámara pasiva se reenvía al depósito hasta que no se cubra la lumbrera de comunicación. Continuando su carrera el pistón comunica la cámara activa con el depósito permitiendo la recuperación del aceite filtrado.
43
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CAMBIO DE VELOCIDADES
1. Caja de engranajes. 2. Ejes primario y secundario. 3. Tapa. 4. Diferencial.
CONSTITUCIÓN El cambio normalmente es una caja de engranajes que tiene por lo menos un eje de entrada o conductor y un eje de salida o conducido que llevan tantos pares de ruedas dentadas como relaciones de transmisión, y el dispositivo de acoplamiento de las marchas (formado por una serie de palancas y por los sincronizadores). Los ejes a su vez están soportados por rodamientos radiales, generalmente dos para cada eje, con funcionamiento axial: por ejemplo, un rodamiento con una corona de bolas en gargantas oblicuas y uno de rodillos cilíndricos ubicado en el soporte con mayor carga radial; o bien se usan rodamientos de rodillos cónicos en todas partes.
TIPOS Los dos tipos de cambios utilizados en el automóvil son el cambio con secundario de reenvío fijo y el cambio con secundario de eje contrarrotante. En los vehículos del Grupo FIAT sólo se utiliza el cambio con secundario de reenvío fijo en el que la conexión entre el eje secundario del cambio y el diferencial se realiza mediante un acoplamiento de piñón y corona (que suele coincidir con la corona del diferencial) que realiza una reducción de la velocidad de rotación transmitida.
44
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CAMBIO DE VELOCIDADES CON SECUNDARIO DE REENVÍO FIJO Cambio C510
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
Eje primario. Engranaje conductor 5ªº marcha. Engranaje conductor 4ª marcha. Engranaje conductor 3ª marcha. Engranaje conductor 2ª marcha. Engranaje conductor marcha atrás. Engranaje conductor 1ª marcha. Eje secundario. Satélites. Planetarios. Corona dentada. Caja de engranajes. Caja de embrague. Caja soporte diferencial. Tapa caja de engranajes. Cojinete de empuje axial.
45
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO CONSTITUCIÓN El cambio con secundario de reenvío fijo tiene dos ejes, uno primario que recibe el movimiento directamente del embrague por fricción y otro secundario que recibe el movimiento del eje primario (al que está conectado a través de un determinado número de acoplamientos de engranajes) y lo envía al diferencial a través de un acoplamiento piñón corona (el reenvío fijo). Completan la estructura del cambio el diferencial, los distintos mecanismos de selección y acoplamiento de marchas (palancas y sincronizadores) y la caja.
CARACTERÍSTICAS Este tipo de cambio se caracteriza porque tiene los tres ejes en cascada: el primario, el secundario y el del diferencial, a los que se suma el eje secundario de la marcha atrás (que no se ve en la figura) que permite invertir el movimiento en el acoplamiento entre los ejes primario y secundario cuando se embraga la marcha atrás. El reenvío fijo está constituido por un par de engranajes cilíndricos (normalmente de dientes de tipo helicoidal) en el que el piñón se acopla al eje secundario del cambio y la corona al diferencial, de ese modo se obtiene una reducción de la relación de transmisión transmitida a las ruedas cuya finalidad es precisamente adecuar la velocidad de rotación del motor a la de las ruedas.
46
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
COMPONENTES DE UN CAMBIO DE VELOCIDADES Cambio C530
1. Eje primario. 2. Engranaje conductor 5ª marcha. 3. Engranaje conductor 4ª marcha. 4. Engranaje conductor 3ª marcha. 5. Engranaje conductor 2ª marcha. 6. Engranaje conductor marcha atrás. 7. Engranaje conductor 1ª marcha. 8. Eje secundario. 9. Satélites. 10. Planetarios. 11. Corona dentada. 12. Caja de engranajes. 13. Caja de embrague. 14. Caja soporte diferencial.
47
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO En este tipo de cambio los engranajes acoplados están siempre en contacto. Para permitir el estado de “punto muerto”, es decir ninguna relación embragada, todos los pares tienen que tener un engranaje loco sobre un eje. Naturalmente sólo un engranaje cada vez puede bloquearse en su eje. El acoplamiento de la marcha seleccionada, de hecho, se realiza haciendo solidario el engranaje que normalmente gira loco con el eje en el que está acoplado a través de un dispositivo llamado sincronizador. El sincronizador se acciona mediante una horquilla dirigida por el mecanismo de acoplamiento, que desliza axialmente el sincronizador conectando progresivamente (por la presencia de un embrague) el engranaje a su eje correspondiente. El mecanismo de acoplamiento está controlado por la palanca de embrague de las marchas del habitáculo y que es accionada por el propio conductor; cuando el conductor selecciona una marcha con la palanca, ésta transmite el mando al mecanismo de acoplamiento, el cual dirige el sincronizador adecuado para embragar la marcha deseada. Este mecanismo garantiza el acoplamiento de una sola marcha cada vez; debido a la estructura del cambio, el acoplamiento de dos marchas al mismo tiempo bloquearía los ejes del cambio con consecuencias desastrosas si el vehículo estuviera en movimiento; también se encarga de mantener la marcha seleccionada cuando el conductor suelta la palanca. Estos son los componentes principales de un cambio mecánico de mando manual: - Ruedas dentadas: son las responsables de la transmisión del movimiento en función de la relación de transmisión deseada; en los cambios de ejes contrarrotantes hay el doble de ruedas dentadas que marchas previstas para el cambio más una; en un cambio de 5 relaciones hay 10 marchas más una para invertir el movimiento cuando se selecciona la marcha atrás; naturalmente a este número hay que añadir las ruedas dentadas necesarias para realizar el reenvío fijo (normalmente 2). - Ejes: soportan las ruedas dentadas, reciben el par motor procedente del embrague (eje primario) y lo envían a los órganos sucesivos de la cadena cinemática (eje secundario). - Soportes: suelen ser rodamientos; se dividen en rodamientos (de bolas o de rodillos) que soportan los ejes y que permiten el movimiento relativo respecto a la carcasa y en rodamientos (normalmente de agujas) que soportan las ruedas dentadas y permiten el movimiento relativo respecto a los ejes en los que están acopladas las ruedas dentadas; estos últimos permiten la independencia de la rotación entre el eje y la rueda. - Sincronizadores: accionados por el conductor a través de la palanca de selección marchas. Conectan rígidamente la rueda dentada de la marcha seleccionada con el eje sobre el que está acoplada permitiendo la transferencia de par del eje a la rueda dentada y de ésta a la rueda con la que la rueda dentada está acoplada. El sincronizador también debe garantizar que el acoplamiento de las marchas se realice con suavidad y sin “rascar”. - Reenvío fijo: su función ya se ha explicado anteriormente. - Mandos exteriores del cambio: este conjunto de componentes constituyen la interfaz entre el cambio y el conductor. Mediante la palanca de cambio el conductor selecciona y embraga las distintas marchas; el mando pasa a los mecanismos de palanca interiores del cambio que a su vez accionan los sincronizadores.
48
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
- Diferencial: el diferencial reparte uniformemente el par entre las ruedas en cualquier condición de marcha. Este dispositivo en realidad no forma parte del cambio entendido como dispositivo, pero su presencia en el interior de la caja del cambio justifica que se incluya en la lista. - Dispositivos de acoplamiento automático: a diferencia de los anteriores de mando manual, en los cambios llamados semiautomáticos o robotizados (como el cambio selespeed) hay componentes de acoplamiento hidráulicos y mecánicos cuyo mando no lo efectúa directamente el conductor.
49
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RUEDAS DENTADAS
Los grupos de la transmisión, como el cambio de velocidades y el diferencial, están formados por engranajes, o sea, por ruedas dentadas. Las características de estas ruedas determinan de forma significativa el comportamiento de transmisión del grupo al que pertenecen. Por eso es importante conocer bien los principales tipos y características de ruedas dentadas.
50
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
GEOMETRÍA DE LAS RUEDAS CILÍNDRICAS DE DIENTES RECTOS
El engranaje de dos ruedas dentadas debe realizarse entre dientes que tengan las mismas características geométricas, de resistencia mecánica y de dureza superficial para que el desgaste sea uniforme. Sin embargo, el número de dientes de las dos ruedas no debe ser igual, para que puedan variar los parámetros de la potencia transmitida.
51
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
OTRAS CARACTERÍSTICAS El perfil del diente puede ser de distintos tipos y puede realizarse con distintos grados de precisión en su proceso de fabricación. Esta característica influye en la duración, el ruido, el rendimiento de la transmisión, etc. El número mínimo de dientes de la rueda más pequeña representa el límite por debajo del cual ya no se garantiza la regularidad de la transmisión (por lo menos dos dientes en contacto). El tamaño del diente, está determinado por la máxima fuerza intercambiada entre los dientes en contacto y por el material de que está hecho. La elección de los materiales depende de las cargas sobre los dientes, de lo importante que sea ocupar menos espacio y del número de horas de funcionamiento previstas para el engranaje. El rendimiento de las ruedas dentadas es la relación entre la potencia transmitida a la rueda conducida y la potencia de la rueda conductora.
52
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN La relación de transmisión entre dos ruedas dentadas engranadas viene dada por la relación del número de dientes de las dos ruedas de la que deriva la relación de los ���� n conductor) .��� números de vueltas de los dos ejes correspondientes (n conducido /
n conducido t = Relación de transmisión =--------------------n conductor
���
De ese modo, al reducir el número de vueltas transmitido aumenta de forma inversamente proporcional el par transmitido, según el principio de que la potencia transmitida permanece constante.
La relación de transmisión entre la rueda conductora y la rueda conducida de un engranaje, también viene dada por la relación:���� ���� Z2 conducido t = Relación de transmisión =--------------------Z1 conductor Zn = nº de dientes del piñón n = Los subindices impares se corresponden con las ruedas conductoras y los pares con las ruedas conducidas
53
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RUEDAS DENTADAS CILÍNDRICAS CON DIENTES HELICOIDAL Para aumentar el número de dientes en contacto al mismo tiempo, se utilizan ruedas dentadas cilíndricas con dientes helicoidales. Esta condición mejora la distribución de las fuerzas intercambiadas entre los dientes de las ruedas engranadas, lo que significa que a igualdad de cargas pueden utilizarse ruedas más pequeñas, ocupando menos espacio y con menos peso, y además los dientes se golpean menos entre ellos porque el acceso de los dientes a la zona de engrane es más regular, lo que resulta más silencioso y prolonga la duración.
Donde: Es el ángulo de inclinación. p Es el paso de la hélice. pf Es el paso frontal. pa Es el paso axial.
54
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
Para la relación de transmisión, los materiales, etc. vale todo lo dicho para las ruedas cilíndricas de dientes rectos.
55
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TIPOS DE TRANSMISIONES POR ENGRANAJES La transmisión del movimiento mediante ruedas dentadas varía según el tipo de: Engranajes: -
Ruedas cilíndricas. Ruedas cónicas. Tornillo sin fin. Cremallera.
Diente y su perfil: -
Recto. Helicoidal. Bihelicoidal. De arco parabólico. Espiroidal. Hipoidal.
Disposición de los ejes: - Paralelos. - Perpendiculares. - Oblicuos.
56
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
57
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONTROL DE MONTAJE La duración real de los engranajes depende sobre todo de la precisión y de que su montaje haya sido correcto. De hecho, además de controlar las tolerancias de montaje es importante controlar la zona real de contacto entre los dientes, para detectar posibles correcciones en la posición de los engranajes. Con este fin se ilustra a continuación el caso de un diferencial tradicional con par cónico.
A: B: C: D: E: F: G: H: I:
Profundidad de contacto. Cresta. Flanco. Juego. Base mayor. Talón. Punta. Superficie de contacto. Superficie lateral.
58
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
59
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUERZAS INTERCAMBIADAS ENTRE LOS DIENTES La fuerza intercambiada entre dos dientes a lo largo del arco de engrane mantiene constante la recta de acción gracias al perfil específico del diente. En el caso de las ruedas dentadas cilíndricas con dientes rectos, la recta de acción (a) forma un ángulo de presión ( ) constante. La fuerza F intercambiada entre los dientes es la resultante de dos componentes: radial y tangencial. El par de la rueda viene dado por la componente tangencial F um ultiplicada por el radio de la la circ circun unfer feren enci ciaa prim primit itiv ivaa ( ). En los soportes del eje de la rueda se descargan las dos componentes.
En el caso de las ruedas dentadas cilíndricas con dientes helicoidales las componentes de la fuerza F son tres: tangencial F u, axial Fa, radial Fr; el par se obtiene del mismo modo que en el caso anterior. En los soportes del eje la carga es distinta, ya que en este caso los soportes deben equilibrar también la fuerza axial, necesitando para ellos unos cojinetes específicos capaces de reaccionar a las cargas axiales.
60
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
La rueda dentada cilíndrica bihelicoidal equilibra en la propia rueda las componentes axiales generadas por las fuerzas intercambiadas entre los dientes. Así pues, sobre los soportes sólo habrá cargas radiales.
En la transmisión piñón-corona del par cónico, aún en el caso más sencillo de dientes rectos, la fuerza intercambiada entre los dientes P, descompuesta da lugar: - A la component componentee tangencial tangencial F que determin determinaa con los los radios radios de las las primitiva primitivass los pares pares sobre los dos ejes. - A la componen componente te S que a su vez vez genera genera las las componentes componentes radial radial y tangencial tangencial que se descargan sobre los soportes de los ejes. Por lo tanto, cualquiera que sea el tipo de diente de las ruedas cónicas del par, los cojinetes también deberán resistir los empujes axiales.
61
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
En la transmisión entre tornillo sin fin – rueda de dientes helicoidales la fuerza resultante R da lugar a:
- Ft( tangencial para el tornillo y axial para la rueda); - Fa( axial para el tornillo y tangencial para la rueda); - S( componente radial para ambos ejes).
La importancia de la componente axial para el tornillo sin fin hace necesario que en los soportes se monten cojinetes de empuje axial o robustos cojinetes axiales-radiales.
62
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MATERIALES Y MECANIZADOS Las ruedas dentadas de los cambios de los automóviles están sujetas a cargas variables en el tiempo que tienen las características del esfuerzo de fatiga. Por ese motivo se utilizan aceros con aleaciones de níquel-cromo que otorgan una fuerte resistencia mecánica. Después de los mecanizados en las máquinas herramienta las ruedas dentadas sufren primero un proceso de acabado (pulido y rectificado) y después un tratamiento térmico que mejora las características de resistencia a la fatiga y al desgaste (temple o afino y temple). En algunos casos, las ruedas dentadas muy sometidas a esfuerzo (como las de las marchas bajas o la quinta) después de los tratamientos térmicos son sometidas a un nuevo tratamiento térmico.
NOTAS SOBRE EL CICLO DE MECANIZADO ESTAMPACIÓN: los engranajes se estampan en caliente y luego sufren un tratamiento de recocido isotérmico. TORNEADO: operación necesaria para determinar las dimensiones de circunferencia y apoyo lateral del engranaje. En el orificio interno se deja un exceso de metal para poder rectificar el orificio después del tratamiento. DENTADO: una fresadora crea el corte con una fresa específica para engranajes de dientes rectos y de dientes helicoidales. Se deja un exceso de metal para el acabado del diente. ACHAFLANADO: operación realizada con una máquina para achaflanar necesaria para eliminar las rebabas de mecanizado del diente y para crear el chaflán en el perfil. FRESADO Y TALADRADO: en todos los engranajes en los que es necesaria la lubricación. DESBARBADO: mecanizado necesario para el acabado del diente. El diente se rectifica donde sea necesario. MONTAJE CON INTERFERENCIA: con la prensa se monta el anillo dentado sincronizador en el engranaje. SOLDADURA: se realiza con la soldadora láser o por haz electrónico. ROSCADO: en la superficie cónica del cono acoplador, cuando es necesario. TEMPLE SUPERFICIAL: tratamiento de cementación y temple. RECTIFICADO: orificio, enrases y cono. ESMERILADO: operación que se realiza en los engranajes de la 1 a y 2 a velocidad. LAVADOS: en el ciclo de mecanizado los lavados son una operación esencial; durante el mecanizado para evitar incompatibilidad entre refrigerantes, en la soldadura para evitar que durante la operación se formen grietas, etc., en el tratamiento térmico para garantizar la homogeneidad de penetración del tratamiento. Una vez completado el ciclo de mecanizado el lavado final garantiza una buena limpieza para su montaje dentro del cambio.
63
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TREN DE ENGRANAJES GENERALIDADES Los trenes de engranajes son mecanismos constituidos por dos o más ruedas dentadas engranadas entre ellas con el fin de transmitir la potencia mecánica del eje de entrada al eje de salida del sistema, cambiando los valores de sus parámetros (par y número de revoluciones). El tren de engranajes se llama reductor cuando el número de vueltas del eje de salida del movimiento es menor respecto al número de vueltas del eje de entrada, en este caso se obtiene una multiplicación del par de salida respecto al de entrada. En el caso contrario se llama tren de engranajes multiplicador. La relación de transmisión del tren de engranajes viene dada por el número de vueltas del eje de entrada respecto al número de vueltas del eje de salida.
Cuando el sistema de tren de engranajes, mediante los órganos de mando específicos, es capaz de cambiar la relación de transmisión del conjunto (n relaciones de transmisión) recibe el nombre de cambio de velocidades. Los trenes de engranajes se dividen en: - Trenes de engranajes ordinarios (los ejes de todas las ruedas dentadas son fijos). - Trenes de engranajes epicicloidales (cuyas ruedas dentadas se dividen en planetarios, es decir, de eje fijo, y satélites, que tienen los ejes en rotación alrededor de otro eje del tren de engranajes).
64
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TREN DE ENGRANAJES ORDINARIO
El tren de engranajes de la figura está formado por: 4 ejes (eje motor en entrada, a y b intermedios, eje movido en salida); 6 ruedas dentadas, todas acopladas a sus respectivos ejes. La relación de transmisión global del tren de engranajes viene dada por el producto de las relaciones de transmisión de los pares de ruedas dentadas que engranan.
65
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
El tren de engranajes de la figura está formado por: 5 ejes (eje motor en entrada, a y b intermedios, eje movido en salida). 7 ruedas dentadas, todas acopladas a sus respectivos ejes. La relación de transmisión global será:
Así pues, la rueda Z0n o influye a la hora de determinar la relación de transmisión, por lo que se llama rueda ociosa (interviene como conducida y conductora) y su única finalidad es invertir el movimiento.
66
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TREN DE ENGRANAJES EPICICLOIDAL El mecanismo basico estaria formado por: - Solar - Tren portasatelites - Satelites Sencillos Dobles - Corona Sobre un mismo eje se encuentran situados concentricamente, los ejes: del solar, de la corona y el del tren portasatelites. Estos trenes de engranajes se caracterizan por la presencia de algunas ruedas dentadas (satélites) que son transportadas con sus ejes por un equipo móvil (portatren), mientras que las otras ruedas de dientes exteriores o interiores son de eje fijo (planetarios). En la figura se muestran dos trenes de engranajes sencillos de este tipo muy utilizados. En el primero los dos planetarios tienen los dientes en el interior, en el segundo caso un planetario tiene los dientes interiores y el otro los tiene exteriores.
P: Portatren. A: Planetario (piñón). B: Planetario (corona con dientes exteriores). a: Satélite. b: satélite. A: Velocidad angular rueda A. B: Velocidad angular rueda A. : Velocidad angular del portatren.
67
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
REPARTIDOR DEL PAR MOTOR ENTRE LOS EJES DE TRANSMISIÓN DELANTERO Y TRASERO
68
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
El conjunto esta compuesto por - Una caja sobre la cual hay dos ruedas dentada con: Z2 dientes la exterior (que acopla con el piñón cilíndrico del cambio con Z 1 dientes). Zx dientes la interior. - Un portatren , que se encuentra en el interior, con tres parejas de satélites interiores y tres exteriores, con los dientes que se acoplan entre ellos. - Un engranaje solar con Zz dientes. La serie de satélites externos se acoplan con la corona interior, mientras que la serie de satélites internos se acopla con el solar. Cuando el engranaje solar y el portatren están en movimiento, transmiten movimiento y par respectivamente al eje anterior y al eje posterior. El movimiento ( o número de revoluciones) es transmitido a los ejes en igual medida: - Un giro de la corona exterior corresponde a una vuelta del portatren y del engranaje solar Mientras que el par es repartido al: C2 % al eje anterior. C3 % al eje posterior en función de las leyes mecánicas que regulan los engranajes epicicloidales.
69
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CALCULO DE LA REPARTICIÓN DEL PAR En este sistema epicicloidal indicamos: C1= Par de entrada. C2 = Par transmitido al eje anterior. C3 = Par transmitido al eje posterior. 1= Velocidad angular de la corona 2= Velocidad angular del solar 3= Velocidad angular del portatren Zx = Numero de dientes de la corona Zz = Numero de dientes del solar Zy = Numero de dientes de los satélites En un mecanismo epicicloidal las relaciones que unen pares, velocidades angulares y relación de transmisión son: C1 + C2 + C3 = 0 C1 -
1
+ C2
=(
3
-
2
2
+ C3
) / (
3
= 0
-
1
)
3
de las cuales se puede deducir: C2 / C1 = -( 1 / C3 / C1 = ( 1 -
La relación de transmisión
) )/
que regula este mecanismo epicicloidal es: = Zx / Zy x Zy / Zy x Zy x Z
Sustituyendo por unos valores de ejemplo se transforma en: = 54 / 11 x 11 / 11 x 11 / 30 = 1,80 Sabiendo ahora la relación de transmisión se puede remontar a la relación entre los pares de salida de los ejes y el par de entrada. C2 / C 1 = -( 1 / ) = - ( 1 / 1,80 ) =
- 0,56, por lo tanto C2 = - 0,56 C1
C3 / C 1 = ( 1 -
- 0,44, por lo tanto C3 = - 0,44 C1
)/
= ( 1 - 1,80 ) / 1,80
70
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ENGRANAJE TRANSFORMADOR DE LAS REVOLUCIONES DEL MOTOR O ENGRANAJE DEL CAMBIO
71
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO MAXIMA DESMULTIPLICACIÓN
La rueda conductora es el solar, la rueda frenada es la corona y el elemento conducido es el tren portasatelites. El giro de entrada a través del solar hace que también giren en sus ejes los satelites, que rodando sobre la corona empujan al tren portasatelites para que se desplace con el mismo sentido de giro del solar pero mucho más despacio.
72
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DESMULTIPLICACIÓN INTERMEDIA
La rueda conductora es la corona, la rueda frenada el solar y el elemento conducido es el tren portasatelites. En este caso el giro de la corona arrastra consigo a los satelites que ruedan sobre el solar, transladando consigo al tren portasatélites con una menor reducción que en el caso anterior y en el mismo sentido de la rueda conductora.
73
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RELACIÓN SIN DESMULTIPLICACIÓN
La corona con el solar estan embragados haciendo la función de rueda conductora y el tren portasatelites el de elemento conducido. El giro de los dos componentes motrices, a la misma velocidad, impide que los satelites rueden sobre ellos y que esten bloqueados en su giro, pudiendo tan solo transmitir el empuje de estos elementos al tren portasatelites, y hacer que éste gire en el mismo sentido y con la misma velocidad que las ruedas conductoras.
74
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MARCHA ATRÁS
El tren portasatelites esta frenado, el solar es la rueda conductora y la corona es la rueda conducida. El solar hace girar en sus ejes a los satélites y estos a su vez a la corona, pero en este caso invirtiendo el sentido de giro del solar y por tanto el de la rueda conducida. Combinando dos trenes epicicloidales, haciendo comunes algunos de sus elementos, se pueden obtener un mayor numero de relaciones de desmultiplicación o multiplicación.
75
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CALCULO DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN TREN PORTASATELITES CONDUCIDO = (Z1 + Z0) / Z1
TREN PORTASATELITES CONDUCTOR = Z2 / (Z2 + Z0)
TREN PORTASATELITES FRENADO = Z2 / Z1
= Relación de transmisión Z1 = Número de dientes de la rueda conductora Z2 = Número de dientes de la rueda conducida Z0 = Número de dientes de la rueda que no gira
76
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DIFERENCIAL Una aplicación típica de este tipo de tren de engranajes es el diferencial, que no tiene función de reducción sino de compensación del movimiento perdido por una rueda (planetario A) respecto a otra (planetario B).
C1: Par del piñón. C 2 : Par de la corona, y por tanto de la caja del diferencial (portatren).
A y B: Planetarios conectados a los semiejes. a, b: Satélites.
La velocidad de la caja del diferencial es la velocidad media de los semiejes. = (
-
A
) / 2
B
En cualquier condición el diferencial reparte equitativamente el par de entrada C Pe ntre los dos pares de salida CA y CB. CA = CB = - CP / 2
77
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EJES DEL CAMBIO Eje primario del cambio C510
Eje secundario del cambio C510� �
Eje de la marcha atrás
78
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN El eje primario está constituido por los engranajes de la primera, la segunda y la marcha atrás tallados a partir de una pieza, es decir, que se han realizado en el mismo eje mediante mecanizado, mientras que los engranajes de las otras marchas (3ª, 4ª y 5ª) están montados en rodamientos de agujas con los sincronizadores correspondientes. Naturalmente en el eje secundario los engranajes de la 1ª y de la 2ª están montados en rodamientos de agujas con los sincronizadores, mientras que los otros están acoplados en el eje mediante acoplamientos ranurados; de esa forma, para cada acoplamiento dentado una rueda dentada gira loca en su eje correspondiente, permitiendo, por una parte, que las ruedas estén siempre en contacto, y, por otra, que éstas puedan girar libremente cuando el cambio está en punto muerto.
ESFUERZOS Los ejes del cambio mecánico están sujetos a un momento de torsión, debido al par transmitido, y a un momento de flexión, debido a las reacciones que se intercambian las ruedas dentadas durante el funcionamiento.
79
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
SOPORTES
Esquema de los soportes de un cambio C510
Detalle de un rodamiento de rodillos cónicos para el cambio C530
80
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIÓN La función de los rodamientos es soportar los ejes sobre los que están montados, descargando las fuerzas y los momentos (excepto el de torsión) a los que están sometidos en la caja de cambio; al mismo tiempo los rodamientos deben permitir la rotación relativa del eje respecto a la caja con el mínimo rozamiento. Por este motivo se utilizan rodamientos (de bola o de rodillos) en lugar de cojinetes, porque reúnen los requisitos expuestos anteriormente garantizando un bajo rozamiento de rodadura y un funcionamiento silencioso.
RODAMIENTOS DE BOLAS En los cambios menos cargados (como el cambio C510) se utilizan rodamientos radiales de bolas que, a pesar de haber sido diseñados para soportar cargas radiales, pueden soportar esfuerzos limitados también en sentido axial, garantizando, al mismo tiempo, un funcionamiento silencioso. En este tipo de rodamientos no hace falta realizar ninguna operación de reglaje de la precarga como sucede con otros tipos de rodamientos, lo que supone una ventaja por la facilidad de montaje.
RODAMIENTOS DE RODILLOS CÓNICOS Este tipo de rodamientos se utiliza cuando los ejes deben soportar esfuerzos importantes en sentido radial y axial (por ejemplo en el cambio C530). Suelen montarse por parejas con esquema cruzado; necesitan ajustar el juego o la precarga. Sin embargo este tipo de rodamientos ofrece una guía más precisa al eje, por lo que garantiza un funcionamiento silencioso.
ASPECTOS PROBLEMÁTICOS Un aumento del ruido del funcionamiento del cambio puede significar un rodamiento demasiado desgastado o dañado.
81
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
SINCRONIZADORES
m: Cubo acoplado en el eje. M: Manguito acoplado en el cubo. E: Muelle de posicionamiento taco. T: Taco elástico de seguridad. S: Anillo sincronizador. H1: Superficie cónica interna anillo sincronizador. D: Corona acoplada al eje auxiliar del engranaje de la marcha.
Los sincronizadores de conos múltiples permiten repartir entre varios conos la carga de embrague de la palanca y facilitar el embrague de las marchas.
1. Manguito. 2. Sincronizador. 3. Taco de presincronización. 4. Cubo.
82
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN El sincronizador está compuesto por un manguito que se mueve mediante el mando del conductor a través de las palancas del cambio, por el sincronizador propiamente dicho, que en realidad no es otra cosa que un embrague cónico, por el taco de presincronización y por el cubo, que se acopla al eje en el que está montada la rueda dentada loca.
FUNCIONAMIENTO La finalidad del sincronizador es facilitar el cambio de marcha favoreciendo que se igualen las velocidades de rotación de los engranajes con acoplamientos frontales. La acción del sincronizador acopla la rueda dentada de la marcha seleccionada con el eje en el que está montada la rueda, aprovechando la acción conjunta de un embrague cónico y de un acoplamiento frontal. En un cambio mecánico la maniobra de cambio de marcha libera el engranaje de la marcha seleccionada anteriormente, y acopla el eje primario o secundario al engranaje de la nueva marcha seleccionada que antes giraba loco. Sin embargo, durante la maniobra de acoplamiento de la nueva marcha es necesario que las velocidades de rotación de la rueda dentada y del eje sean iguales, antes de que estos dos elementos se acoplen torsionalmente gracias a la acción del engranado de los dientes (frontales o radiales). El sincronizador permite efectuar esta operación porque antes de la actuación del acoplamiento se activa un embrague cónico (el sincronizador) que iguala las dos velocidades de rotación. De hecho, el desplazamiento del manguito provoca primero el engrane de los dientes interiores del manguito con los dientes exteriores del embrague; de ese modo es el manguito el que arrastra la rueda dentada a la misma velocidad del eje. Una vez que las dos velocidades están igualadas, se produce el sucesivo engrane del dentado interior del manguito con el dentado exterior acoplado a la rueda dentada realizando un acoplamiento estable entre la rueda y el eje. Por lo tanto, el mecanismo sincronizador, tiene como funciones: - Igualar las velocidades de la rueda libre con su arbol y fijarla a él - Impedir que el acoplamiento se produzca hasta que las velocidades no sean iguales. - Que la operación de cambio de marchas sea facil y silenciosa Los conjuntos de sincronización en su construcción se realizan para el acoplamiento de dos relaciones del cambio. Tan solo cuando las relaciones del cambio son impares (cinco por ejemplo) hay un sincronizador que trabaja para acoplar una sola relación (la quinta)
83
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
TIPOS - Anillo libre (cónico) o Borg Warner. - Anillo elastico o Porsche.
ANILLO LIBRE O BORG WARNER
El sincronizador esta formado por: - Carrete o manguito con desplazamiento axial y canal para horquilla selectora. - Buje o cubo solidario al arbol con estriado exterior para el manguito. - Dispositivo de retención de la posición seleccionada · Muelle y bola · Muelle y rodillo · Muelle y taco. - Anillos de sincronización, con cara interior conica y guias para transmisión del giro desde el buje (normalmente son tres). - Rueda dentada con cono sincronizador y dentado, con forma “delta”, para el acoplamiento del manguito.
84
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO
La horquilla de selección desplaza axialmente el manguito hacia la rueda que se quiera sincronizar. Con este desplazamiento el manguito empuja el anillo de sincronización contra el cono de la rueda, estos dos conos hacen la función de embrague, de tal forma que unen el movimiento del arbol con el de la rueda e igualan sus velocidades, siempre y cuando el disco del embrague este libre y no transmita par del motor. El manguito no termina su desplazamiento hasta que realmente las velocidades de los conos son iguales, ya que para impedirlo el propio anillo de sincronización cuando existe diferencia de velocidades se desplaza sobre el buje un pequeño angulo, interponiendose entre los dos dentados de acoplamiento del buje y la rueda.
85
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
La forma “delta” de los dientes de acoplamiento del manguito y de la rueda permiten cuando las velocidades son iguales el perfecto encaramiento de los dientes y su acoplamiento posterior. Del mismo modo, la forma “delta” impide que la marcha se pueda desacoplar mientras que exista tiro por parte del motor o de las ruedas. El dispositivo de retención independientemente del modo que este constituido, tiene como misión afianzar la posición del manguito desplazable en cualquiera de las posiciones: Punto muerto o relación del cambio acoplada.
86
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ANILLO ELASTICO O PORSCHE
El sincronizador esta formado por: - Carrete o manguito con desplazamiento axial y canal para horquilla selectora. - Buje o cubo solidario al arbol con guias de deslizamiento para el manguito (normalmente son tres guias). - Rueda dentada con: Anillo elastico de sincronización. Taco de tope. Taco de empuje. Bandas de bloqueo. Todos estos componentes van fijados mediante freno “Seger” y dentado con forma “delta”, para el acoplamiento del manguito.
87
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO En este caso cuando se desplaza el manguito, hace que el anillo elastico de sincronización comience a comprimirse para que pueda introducirse en el interior del propio manguito. La diferencia de velocidades entre la rueda y el manguito, provocan que el anillo elastico se gire hasta que una de sus puntas incida sobre el taco de empuje. Éste a su vez empujara a la banda de bloqueo haciendo que esta última entre en contacto con el taco de tope. La banda de bloqueo actua como una zapata de frenos y pivota axialmente en el taco de tope contra el anillo de sincronización, expandiendo y aumentando de este modo su diametro.
Debido a la fuerza que se genera a través de la banda de empuje (cuando las velocidades no se han igualado) y a la extensión por ello del anillo, este presenta un bloqueo al desplazamiento total del manguito necesario para que finalice su recorrido. Este efecto provoca una gran fuerza frenante entre la rueda y el manguito desplazable quedando ambos embragados. Cuando cesa la fuerza de la banda de empuje, por igualarse las velocidades, el anillo de sincronización se cierra permitiendo la insercion final de la marcha.
88
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MARCHA ATRÁS En esta relación intervienen tres ruedas dentadas del tipo cilindrico de dientes rectos, que tienen la peculiaridad de que en uno de los extremos de cada diente existe un biselado que facilitara el acoplamiento de las ruedas entre si. Las ruedas no estan engranadas hasta el momento que se selecciona esta relación y, la rueda central o rueda inversora se desplaza axialmente sobre su eje. El desplazamiento se produce mediante la acción de la horquilla introducida en la acanaladura que esta rueda lleva practicada lateralmente
MARCHA ATRÁS FRENADA Se realiza mediante la modificación de la garganta del manguito deslizante de la 5ª velocidad Durante la maniobra de acoplamiento de la marcha atrás, el manguito deslizante de la 5ª velocidad, estando unido al mismo eje de inserción de la marcha atrás, se desplaza en el sentido de la flecha y la horquilla actuando sobre el plano inclinado de la garganta, frena la rotación del eje primario, facilitando asi el acoplamiento de la marcha atrás, que se hace más silencioso.
1. Manguito. 2. Horquilla 5ª y M.A.
89
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
REENVÍO FIJO
FUNCIÓN El reenvío fijo lleva a cabo una nueva reducción de la velocidad de rotación transmitida para compatibilizar la velocidad de rotación del motor con la de las ruedas; en otros términos el reenvío fijo puede definirse como una segunda etapa de reducción de la velocidad de salida del cambio mecánico. La adopción de esta solución en lugar de la realización de la relación de transmisión total en una sola etapa (con la posibilidad de calcular para cada una la mejor relación de transmisión) puede ser válida si se piensa que realizar una relación de reducción muy fuerte (por ejemplo la primera) en una sola etapa comporta problemas en el volumen y la duración de las ruedas dentadas. Por eso se prefiere añadir otro acoplamiento de engranajes que realice una translación constante de la relación de transmisión realizada por el cambio mecánico.
90
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN El reenvío fijo está constituido esencialmente por un piñón acoplado al eje secundario del cambio y por una corona dentada acoplada a la caja del diferencial.
TIPOS DE REENVIO FIJO ENGRANAJE CONICO PIÑON DE ATAQUE Es una rueda dentada de tipo conico, con dentado helicoidal o circunferencial, unida a un eje desde el que recibe movimiento a traves del arbol de transmisión o del secundario del cambio Dentado helicoidal o Gleason, la forma del diente es un arco de circunferencia, y el espesor del diente disminuye desde el exterior hacia el interior en forma de cuña. Dentado circunferencial o Klingelnberg, la forma del diente es un trozo de una espiral, y el espesor del diente es igual desde el exterior hacia el interior.
CORONA Es una rueda dentada de tipo conico , con dentado helicoidal o circunferencial, y orificios en la parte central para su amarre al diferencial
ENGRANAJE CONICO HIPOIDE Es como el engranaje conico, con dentado circunferencial o helicoidal, pero los ejes de las ruedas no se cortan sino que se cruzan, estando el eje del piñón por debajo del de la corona
91
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ENGRANAJE CILINDRICO HELICOIDAL
PIÑON DE ATAQUE Es un rueda dentada de tipo cilindrico , con dentado helicoidal o circunferencial, unido a un eje desde el que recibe movimiento a través del secundario del cambio
CORONA Es un rueda dentada de tipo cilindrico , con dentado helicoidal o circunferencial, y orificios en la parte central para su amarre al diferencial
92
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RELACIONES DE TRANSMISIÓN DE UN CAMBIO MECÁNICO
1. La relación de transmisión realizada por el cambio mecánico cuando se selecciona la quinta marcha suele ser ligeramente inferior a la unidad; en otras palabras, en lugar de obtener una reducción de la velocidad de rotación del eje secundario respecto al primario se obtiene una ligera multiplicación. 2. La relación de transmisión realizada en marcha atrás suele ser igual a la realizada en la primera marcha. 3. Relación de transmisión realizada por el reenvío fijo (llamada relación en el puente por analogía a los vehículos industriales). 4. La relación de transmisión total para todas las marchas es igual al producto de la relación de transmisión indicada en la tabla superior por la relación de transmisión del reenvío fijo (hágase la prueba); obsérvese lo fuerte que esta relación es en las marchas bajas.
93
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
SISTEMA DE SELECCIÓN Y ACOPLAMIENTO DE LAS MARCHAS
1. Mando oscilante. 2. Cubo selector. 3. Horquilla selección/acoplamiento 1ª y 2ª. 4. Varillas deslizantes. 5. Horquilla selección/ acoplamiento 5ª. 6. Horquilla selección/ acoplamiento 3ª y 4ª. 7. Horquilla selección/ acoplamiento MA. Sistema de acoplamiento y selección
94
IMPRIMIR
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
Émbolos fiadores. Cubo MA. Puntal. Perno. Muelle. Varilla 5ª y MA. Varilla 3ª y 4ª. Varilla 1ª y 2ª. Horquilla MA. Palanca. Muelle.
Dispositivos de seguridad
Dispositivo de seguridad
95
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN El sistema de selección y acoplamiento, alojado dentro de la caja de cambio, está constituido por un mando oscilante (accionado a su vez por el conductor con la palanca de mando) conectado al cubo selector que a su vez acciona las varillas deslizantes sobre las que están fijadas las horquillas de mando de los manguitos de sincronización. También hay dispositivos de seguridad cuya función es evitar el acoplamiento involuntario de la marcha atrás.
FUNCIONAMIENTO La acción del conductor en la palanca de selección marchas se transmite al mando oscilante que acciona el cubo selector. En función de la marcha seleccionada el cubo selector mueve la varilla de la marcha seleccionada que dirige la horquilla del sincronizador; cada sincronizador está destinado al acoplamiento de dos marchas, por lo que las varillas tienen la misma característica. También hay una varilla para la selección de la primera y de la segunda marcha, una para la selección de la tercera y de la cuarta y otra para la selección de la quinta. Así pues, el cubo selector lleva a cabo las fases de selección y acoplamiento de la marcha: la presencia de topes de carrera impide que una vez alcanzada la posición exacta de acoplamiento se pueda seguir empujando las varillas. Además, el cubo selector se mantiene en posición de acoplamiento gracias a la acción de unas bolas cargadas por muelles que se fijan en las ranuras correspondientes que hay en las varillas. Otra ranura sirve para mantener el cubo en posición de punto muerto. Los ejes disponen de otras muescas donde coincidirán unos cerrojos de seguridad. No habiendo ninguna relación seleccionada estarán en una posición que permita la insercción de cualquier relación y, sin embargo cuando haya alguna acoplada, la parte cilindrica del eje empujará a los cerrojos axialmente, haciendo que coincidan con las muescas de los otros ejes y bloqueandolos al tiempo.
DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Además de los topes de carrera y los acoplamientos bolas - ranuras hay otros dispositivos de seguridad que tienen la función específica de impedir el acoplamiento involuntario de la marcha atrás; en concreto son: - Un puntal, un perno y un muelle que mantienen el cubo de la marcha atrás en posición de seguridad para evitar desplazamientos peligrosos de la horquilla MA con la consiguiente posibilidad de embragar la MA. - Una palanca y un muelle que impiden el acoplamiento involuntario de la marcha atrás durante el paso de la 5ª a la 4ª.
96
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MANDOS EXTERIORES DEL CAMBIO
CARACTERÍSTICAS El mando exterior del cambio mecánico se realiza a través de un sistema de doble flexible que transmite la acción de la palanca de cambio al sistema de acoplamiento y selección presente en el interior de la caja de cambio. La distribución de las masas inerciales hacia el cambio permite efectuar cambios de marcha precisos y mejora el confort de marcha.
MATERIALES Este sistema está hecho con materiales plásticos de elevadas características mecánicas como la resistencia a la fatiga, el poder autolubricante y el peso reducido.
97
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
GRUPO DIFERENCIAL
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
Retén. Rodamientos para la caja del diferencial. Engranajes para el cuentakilómetros. Caja del diferencial. Corona dentada. Brida de sujeción de la caja del diferencial a la caja de cambio. Anillo de estanqueidad. Brida anclaje semieje izquierdo. Planetarios. Eje portasatélites. Satélites. Eje intermedio. Anillo de reglaje.
FUNCIÓN La función del diferencial es repartir uniformemente el par suministrado por el motor y en salida del cambio de velocidad a las ruedas motrices, incluso en condiciones de diferentes velocidades de rotación de las ruedas e independientemente de las condiciones de la calzada; de ese modo se garantiza la simetría del empuje que se crea por la adherencia de las ruedas motrices con el terreno.
98
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSTITUCIÓN El diferencial está constituido por dos semicajas que forman la caja interior del diferencial, acoplada a la corona del reenvío fijo mediante tornillos y pernos. Las dos semicajas encierran, en correspondencia de la superficie de unión, un perno sobre el que están montados dos engranajes cónicos locos de dientes rectos llamados satélites. Los satélites engranan directamente con dos engranajes de dientes rectos llamados planetarios; éstos giran locos en unos alojamientos específicos de la caja interior del diferencial y tienen en su interior un perfil ranurado en el que se acoplan las dos juntas con brida conectadas a los dos semiejes que transmiten el movimiento a las ruedas. El diferencial está soportado por dos rodamientos de rodillos cónicos montados en X de precarga regulable durante la revisión; en el exterior de la caja del diferencial se acopla el engranaje de mando para el reenvío cuentakilómetros.
FUNCIONAMIENTO EN RECTA
99
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONDICIONES Durante la marcha rectilínea y con un firme de la calzada sin irregularidades, suponiendo iguales los radios de rodaje de las dos ruedas, las velocidades de rotación de los dos semiejes son iguales. Por otra parte, el par suministrado a las ruedas motrices debe repartirse uniformemente entre los dos semiejes.
REENVÍO FIJO La corona del reenvío fijo transmite el movimiento a la caja del diferencial y, por lo tanto, al eje portasatélites al que se acopla la caja.
SATÉLITES Los satélites a su vez arrastran en movimiento a los planetarios con un movimiento de revolución alrededor de su eje pero no giran sobre sí mismos porque las velocidades de rotación de las ruedas son iguales. El par se reparte uniformemente entre los dos semiejes; en esta fase el diferencial permanece inactivo, comportándose como si fuera un simple par cónico.
100
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIONAMIENTO EN CURVA
CONDICIONES El diferencial entra en juego cuando el vehículo recorre una curva o cuando las velocidades de rotación de las dos ruedas son diferentes. En estas situaciones el diferencial debe permitir que las dos ruedas tengan velocidades diferentes al tiempo que garantiza la distribución equitativa del par para que el empuje del motor mantenga siempre la dirección del vehículo.
101
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
REENVÍO FIJO La acción del reenvío fijo en estas condiciones permanece inalterada.
SATÉLITES Los satélites tienen un movimiento de revolución alrededor del eje de los planetarios pero, debido a la diferencia de velocidad angular de los semiejes (y por lo tanto de los planetarios) también tienen un movimiento de rotación sobre su propio eje, que compensa la diferencia de velocidad y evita que patinen las ruedas (lo que iría deteriorando las características de los neumáticos). A pesar de ello los satélites siguen transmitiendo el par motor a los dos semiejes, por lo que el vehículo sigue avanzando. Los pares transmitidos a los dos semiejes siguen repartiéndose equitativamente, lo que evita el derrape en curva.
NOTAS SOBRE DIFERENCIALES ESPECIALES LIMITACIONES DEL DIFERENCIAL ORDINARIO La principal característica de un diferencial es pues repartir el par entre las ruedas motrices de la forma preestablecida aunque las ruedas giren a distintas velocidades, como es necesario en curva y en otras situaciones de marcha (baches, ruedas algo diferentes, etc.). Sin embargo, esta cualidad del diferencial comporta un grave inconveniente: los pares motor, al tener que estar en una relación constante entre ellos, tienen que nivelarse al valor más bajo, incluso nulo (aunque en realidad los valores son ligeramente diferentes debido a los rozamientos internos entre los engranajes), impidiendo el avance del vehículo.
CONDICIONES Este inconveniente se presenta en las siguientes situaciones: - Una rueda motriz sobre un pavimento deslizante (hielo, barro, etc.). - La carga adherente sobre una rueda motriz disminuye; eso ocurre por varios motivos, por ejemplo: una transferencia de carga de las ruedas internas a las externas en curva; por transferencia de carga de las ruedas de delante a las de detrás cuando el terreno de apoyo del vehículo tiene una inclinación transversal; por transferencia de carga de una rueda motriz a otras ruedas del vehículo por baches del terreno. Se ha valorado que las situaciones anteriores se presentan durante el funcionamiento de un vehículo durante un tiempo que oscila entre el 1% y el 5 % del tiempo total de utilización; este porcentaje, a pesar de no ser excesivo, es relevante, por lo que algunos tipos de vehículos adoptan diferenciales especiales.
102
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DIFERENCIALES ESPECIALES
A esta categoría pertenecen los diferenciales que, aunque siguen desempeñando la función típica del diferencial, superan el inconveniente de la pérdida de movilidad del vehículo, bien bloqueando el tren de engranajes del diferencial o bien limitando la diferencia de velocidad entre los dos semiejes.
DIFERENCIALES BLOCANTES DE MANDO MANUAL A esta primera categoría de diferenciales pertenecen los que suelen utilizarse en los todoterreno; consisten en un diferencial ordinario que monta un dispositivo (de mando manual del conductor) que bloquea entre ellos los dos ejes del diferencial consiguiendo que se bloquee todo el tren de engranajes.
103
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DIFERENCIALES AUTOBLOCANTES Estos diferenciales, que también se llaman de deslizamiento limitado, actúan “automáticamente” limitando la diferencia de velocidad entre los dos semiejes. Este tipo de diferenciales se divide en dos subcategorías: en concreto se habla de diferenciales que actúan en función de la diferencia de velocidad de las ruedas motrices (diferencial con freno de rozamiento o con junta viscosa) y diferenciales que actúan en función del par motor transmitido al diferencial a través de la transmisión del motor (diferencial “torsen”); «autoblocante al 25%» significa por ejemplo que, si una rueda patina por exceso de par motor, la otra conseguirá transmitir al pavimento un par equivalente al par (débil) de la rueda que patina más el 25% del par de entrada en el diferencial, siempre que haya suficiente rozamiento entre el pavimento y la banda de rodadura.
104
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RODAMIENTOS TIPOS DE RODAMIENTOS Y SUS PROPIEDADES Para soportar los ejes y los cubos de los órganos de la transmisión se utilizan rodamientos. Hay distintos tipos de rodamientos que son más o menos adecuados en función de su aplicación. Así pues, se elige el tipo de rodamiento en función de la aplicación: entidad de las cargas, tipo de cargas, precisión de funcionamiento, silenciosidad, orientabilidad, dilataciones axiales, etc. La función principal de los rodamientos es permitir la rotación de los órganos en movimiento y descargar en los soportes las cargas estáticas o dinámicas del sistema mecánico. El montaje del rodamiento para un eje de transmisión y su colocación en el soporte representa la realización de un vínculo.
Por las características intrínsecas de los sistemas que constituyen la transmisión: cinemática, dinámica, energética, las estructuras portantes de los componentes de la transmisión son de tipo isostático o parcialmente inestables.
105
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ESPACIO DISPONIBLE
Generalmente el diámetro del orificio del rodamiento (nominal del eje) es un valor prefijado y dependiente sólo de las características mecánicas del grupo. El diámetro exterior del rodamiento depende pues del tipo de rodamiento, en concreto de: - Tipo y tamaño del elemento rodante. - Clase de rodamiento. - Presencia del anillo exterior. Naturalmente, el aumento de carga induce a elegir rodamientos de mayor tamaño, por lo que las dos exigencias: mayor resistencia y menor espacio ocupado se oponen entre ellas. Cuando el espacio en sentido radial es limitado se usan rodamientos de agujas.
106
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
Cuando el espacio es limitado en sentido axial pueden utilizarse algunos tipos de rodamientos con una corona de elementos rodantes.
El mismo criterio se utiliza en los rodamientos para cargas puramente axiales.
107
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARGAS ENTIDAD DE LA CARGA El límite de resistencia de los elementos resistentes del rodamiento está en la presión específica debida al aplastamiento de los cuerpos. Por ello es muy importante la dureza de los elementos en contacto (elementos rodantes y pistas de los anillos).
Con el mismo límite de presión específica y el mismo diámetro del elemento rodante, resulta que los rodillos resisten cargas más elevadas que las bolas.
108
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DIRECCIÓN DE LA CARGA Un factor importante para elegir el tipo de rodamiento es la dirección de la carga descompuesta en dirección radial y axial.
De ahí la distinción de rodamientos en: - Radiales. - Axiales-radiales. - Axiales.
109
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
CARGA AXIAL La carga axial puede equilibrarse con rodamientos específicos según el sentido de la carga o con rodamientos axiales, capaces de responder en ambos sentidos. Por ejemplo, en este sentido resulta muy interesante, para algunos cambios de velocidades, la aplicación de rodamientos con cuatro contactos de bolas. Para las cargas axiales moderadas a altas velocidades se utilizan rodamientos axiales de bolas oblicuos de efecto simple o combinados. En algunos casos es necesario aplicar rodamientos axiales orientables con rodillos orientables.
Para las cargas axiales moderadas que actúan en un solo sentido son adecuados los rodamientos axiales de agujas. Para fuertes cargas axiales alternas se pueden montar uno al lado de otro dos rodamientos axiales de rodillos cilíndricos o dos axiales orientables de rodillos .
110
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
CARGA COMBINADA La carga combinada consta de una componente radial y otra axial que actúan al mismo tiempo.
La capacidad de un rodamiento de sujetar la parte axial de la carga depende de su ángulo de contacto a. La capacidad de resistir cargas axiales de los rodamientos radiales de bolas depende de su juego interno.
111
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
Los rodamientos de rodillos cilíndricos pueden resistir incluso cargas axiales cuando tienen el anillo axial.
Cuando predominan las cargas axiales, son más adecuados los rodamientos oblicuos con cuatro contactos, los axiales orientables de rodillos y los de rodillos cilíndricos o cónicos cruzados.
112
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
CARGA BASCULANTE Ante una carga excéntrica respecto al rodamiento, nace un momento basculante. Los rodamientos capaces de resistir este peligroso tipo de carga son los de doble corona (radiales u oblicuos de bolas) para cargas moderadas, y los de rodillos cónicos contrapuestos con montaje en X o en O, para cargas elevadas.
113
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
DESALINEACIÓN
En caso de ejes largos sujetos a flexión se genera entre el eje y el alojamiento una desalineación que, si es obstaculizada por el rodamiento, genera una sobrecarga imprevista para el mismo. En estos casos se utilizan rodamientos que permitan pequeñas variaciones de inclinación del eje respecto al eje del alojamiento.
114
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
PRECISIÓN Los rodamientos de precisión superior se utilizan cuando se requiere una gran precisión de mecanizado, por ejemplo en los mandriles de las máquinas herramienta.
VELOCIDAD La elevada velocidad de rotación aumenta la potencia de rozamiento disipada en calor, y por tanto aumenta la temperatura de los componentes. Por eso, para ello son perfectos los rodamientos de bolas que presentan el mínimo rozamiento.
115
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
SILENCIOSIDAD El ruido lo provocan los pequeños golpes producidos por los elementos rodantes, por lo que la silenciosidad es una característica de los rodamientos de bolas y, en general, de los rodamientos de más precisión.
RIGIDEZ La rigidez de un rodamiento es su capacidad de resistir la deformación elástica bajo carga. En los casos en los que esté previsto, la rigidez se aumenta en el montaje con la precarga en el rodamiento.
116
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
DESPLAZAMIENTO AXIAL Una de las causas principales que provocan el alargamiento del eje respecto a los alojamientos es de naturaleza térmica. Para estos casos se realizan con los rodamientos unos vínculos que permiten pequeños desplazamientos axiales.
La condición de libertad de movimiento puede pertenecer al rodamiento o puede darse entre el rodamiento y su alojamiento.
117
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
MONTAJE Y DESMONTAJE Los rodamientos con orificio cilíndrico son más fáciles de montar, son los más adecuados sobre todo si deben realizarse montajes forzados en los dos anillos o si hay que efectuar montajes y desmontajes frecuentes.
118
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
JUEGO ANTES Y DESPUÉS DEL MONTAJE
Es importante distinguir entre el juego interior de un rodamiento antes del montaje y el de un rodamiento montado y en funcionamiento. El juego durante el funcionamiento es menor que el de antes del montaje ya que los anillos se expanden o se comprimen por efecto de los esfuerzos y de la dilatación térmica.
119
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
VALOR DE LOS JUEGOS En los rodamientos oblicuos con una corona de bolas, en los de rodillos cónicos y en los oblicuos con doble corona de bolas se indica el juego interior axial ya que es más fácil de medir y de controlar que el juego radial. Expansión del anillo interior
Como regla general, el juego interior en funcionamiento es ligeramente superior a cero.
120
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
Compresión del anillo exterior
En los rodamientos de rodillos cilíndricos y orientables de rodillos, en funcionamiento debe preverse un cierto juego interior, aunque ligero; en los rodamientos de rodillos cónicos suele ser aconsejable.
121
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
Los rodamientos oblicuos de bolas y de rodillos cónicos, en las aplicaciones que requieren rigidez, como en los piñones cónicos o en los mandriles de las máquinas herramienta, se montan con una cierta precarga.
122
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
BLOQUEO RADIAL DE LOS RODAMIENTOS En determinadas condiciones de carga, los anillos deben quedar bloqueados radicalmente para impedir que giren en el alojamiento.
CARGA ROTATORIA Montar con interferencia el anillo estático en el que, en una vuelta, todos los puntos de su pista están sujetos a carga.
123
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
CAMBIOS-EMBRAGUE
CARGA ESTÁTICA Montar con interferencia el anillo que gira.
Cuando la dirección de la carga no está determinada, por ejemplo en las aplicaciones vibrantes, montar con interferencia los dos anillos.
124
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ANCLAJE AXIAL DE LOS RODAMIENTOS Para el anclaje axial adecuado de los anillos la interferencia no es suficiente, son necesarios otros sistemas. Anclaje axial del rodamiento de vínculo.
Disposición del rodamiento no de vínculo con el anillo interior vinculado axialmente.
125
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
Anclaje axial de rodamientos “en oposición” con anclaje axial por un solo lado
126
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RODAMIENTOS AXIALES-RADIALES La disposición en O, respecto a la disposición en X, comporta una mayor resistencia a la carga de momento basculante, pero al mismo tiempo una mayor dificultad de montaje.
El comparador se utiliza para medir el juego axial interior. interior. Una vez montado el comparador, para medir el juego hay que empujar completamente en ambos sentidos.
127
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
El reglaje con tapa y espesores es un método válido para las disposiciones en X.
Los rodamientos pequeños pueden reglarse con un casquillo y una llave de espigón.
Para los rodamientos grandes puede que sea necesario utilizar la inyección de aceite.
128
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
PROCEDIMIENTOS DE REVISIÓN: LA PRECARGA DE LOS RODAMIENTOS
FUNCIÓN En función de las aplicaciones, es necesario que un determinado conjunto de rodamientos funcione con precarga para aumentar la rigidez del conjunto o la precisión de rotación (para reducir el ruido de funcionamiento).
TIPOS DE PRECARGA Según el tipo de rodamiento la precarga puede ser radial o axial; por ejemplo, los rodamientos oblicuos de rodillos cónicos (como los que se montan en la caja del diferencial) que suelen montarse en oposición se precargan axialmente. En este caso la aplicación de la precarga axial comporta una precarga radial.
129
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
EFECTOS DE LA PRECARGA Los principales efectos de la precarga son: - Aumento de la rigidez: en un rodamiento la rigidez se define come la relación entre el esfuerzo que actúa sobre el mismo y la deformación elástica que se verifica en su interior. Las deformaciones elásticas provocadas por la carga son menores que en un rodamiento no precargado. - Funcionamiento silencioso: en un rodamiento, cuanto menor es el juego de funcionamiento, mejor será la guía de los cuerpos rodantes en la zona descargada y más silenciosa será la rotación. - Compensación del desgaste y los asentamientos: el desgaste y los asentamientos que se verifican en funcionamiento provocan un aumento del juego que la precarga se encarga de compensar. - Larga duración de funcionamiento: la introducción de la precarga aumenta la fiabilidad operativa y garantiza una mayor duración; una precarga correctamente determinada tiene una influencia positiva en la distribución de la carga en los rodamientos y, por lo tanto, también en la duración del rodamiento.
DETERMINACIÓN DE LA PRECARGA En el procedimiento de armado del cambio de marchas (desde este momento nos referiremos al cambio C510), el operario tiene que determinar el espesor del anillo de reglaje con el que precargar los rodamientos de rodillos cónicos de la caja del diferencial.
130
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ÚTILES Para este procedimiento el operario utilizará el comparador de centésimas montado en la base específica.
131
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
SECUENCIA DETERMINACIÓN DE LA PRECARGA Monte el comparador en la brida del diferencial y mida la cota H (véase figura) correspondiente a la altura de la brida.
1a Comparador con base. 1b Brida diferencial.
132
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
- Después monte el comparador con el útil en la superficie de apoyo de la brida del diferencial y mida la cota P correspondiente a la profundidad entre la superficie de apoyo de la brida del diferencial y la pista exterior del rodamiento (véase la figura).
1a Comparador con base. 1b Superficie de apoyo brida diferencial. 1c Pista exterior del rodamiento.
– Una vez medidas las cotas anteriores tiene que realizarse la siguiente operación: S = P – H + 0,12
En la que S es el espesor del anillo de reglaje que se va a montar y el número 0,12 corresponde a la interferencia prescrita por el fabricante para el ajuste y la precarga de los rodamientos del diferencial. - Una vez determinado el valor exacto del espesor del anillo de reglaje se debe intentar obtener, en función de los anillos de reglaje suministrados de recambio, un espesor que se acerque lo máximo posible al valor determinado. Si el valor obtenido no corresponde al espesor de ninguno de los anillos a nuestra disposición, monte el anillo o anillos de espesor inmediatamente superior. El cambio mecánico es uno de esos órganos del automóvil en el que el simple análisis del ruido de funcionamiento puede llevar a una diagnosis general de algunos inconvenientes. A continuación se enumeran algunos tipos de ruidos (continuo, en una sola marcha, cíclico, al arrancar, etc.) asociando a cada uno de ellos una serie de posibles causas.
133
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DIAGNOSIS DEL CAMBIO MECÁNICO: RUIDO RUIDO GENÉRICO Con el motor en marcha y el vehículo en movimiento, se oye un ruido en la zona de cambio en todas las condiciones Esta condición es la más genérica posible por lo que el nexo con un posible mal funcionamiento es más débil. - En general el ruido del cambio puede asociarse a una lubricación insuficiente; una lubricación insuficiente también provoca el agarrotamiento del cambio en las marchas bajas especialmente cuando el vehículo está frío. - Otra causa es el desgaste (o la presencia de picadura) de una o varias ruedas dentadas del cambio; al contrario de lo que pueda pensarse, el desgaste de un engranaje provoca ruido cualquiera que sea la marcha seleccionada, y no sólo cuando se selecciona la marcha de ese engranaje determinado. Esto es así porque los engranajes siempre están en contacto, por lo que siempre se arrastran en rotación. Naturalmente, el ruido aumenta cuando se embraga la marcha cuyo engranaje está dañado, porque el ruido de engrane aumenta por la transmisión del par motor. Si el ruido aumenta con la velocidad de rotación es muy probable que haya un enorme desgaste (si no se ha roto) del diente de un engranaje. - Otra causa puede estar en el dentado del par cilíndrico de reducción.
RUIDO DEL CAMBIO AL ARRANCAR Con el motor en marcha, al embragar las marchas se oye ruido al arrancar: el ruido cambia cuando cambia la velocidad - Esta anomalía puede estar provocada por un apriete insuficiente de las tuercas de fijación de los dos ejes del cambio. De hecho, al aplicar el par motor (cuando se embraga) el juego debido al apriete insuficiente provoca ruido. - Otra causa es el juego excesivo de funcionamiento del par cilíndrico; también en este caso la aplicación del par motor provoca que los dientes del piñón choquen contra los de la corona. - Otra causa puede ser el desgaste del perno portasatélites o de su alojamiento en la caja del diferencial; el motivo es el mismo que en los dos casos anteriores.
RUIDO DEL CAMBIO EN PUNTO MUERTO Con el motor en marcha y el cambio en punto muerto se oye un ruido en la zona del cambio.En esta condición la anomalía puede estar tanto en el cambio como en el embrague. - Si el ruido desaparece al pisar el pedal del embrague la anomalía reside en el cambio; con el embrague embragado y el vehículo parado, naturalmente, el cambio no está en rotación; en esto caso, revise los casos anteriores. - Si el ruido no desaparece al pisar el pedal del embrague, la anomalía está en el embrague.
134
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
RUIDO DEL CAMBIO EN UNA MARCHA ESPECÍFICA Con el motor en marcha, al embragar una marcha específica se oye un ruido que disminuye o desaparece al cambiar de marcha Esta condición es similar al caso del ruido genérico. - En este caso también es probable que se haya desgastado un engranaje de la marcha seleccionada, pero el ruido debería estar presente también cuando se desembraga dicha marcha. - Es muy probable que este ruido se deba a que el sincronizador de la marcha embragada está dañado; el engrane de los dientes internos y externos del manguito y del sincronizador (que sólo se lleva a cabo cuando se embraga la marcha en cuestión) puede producir ruido cuando uno de los dos elementos está desgastado.
RUIDO DEL CAMBIO EN UNA MARCHA ESPECÍFICA (CONTINÚA) Con el motor en marcha, al embragar una marcha específica se oye un ruido que disminuye o desaparece al cambiar de marcha. - Otra causa puede ser que la horquilla y el manguito correspondiente de la marcha seleccionada estén dañados; los motivos están claros, tomando como referencia los casos ya mencionados.
RUIDO DEL CAMBIO EN CURVA - Durante la marcha en curva (a la derecha o a la izquierda) se oye ruido en la zona del cambio en esta condición la anomalía puede residir tanto en la instalación de la dirección asistida (si está presente) como en las juntas homocinéticas; si el ruido aumenta al aumentar el ángulo de giro es muy probable que la causa de la anomalía se deba a las juntas homocinéticas; si alguno de los componentes de la junta homocinética están dañados, el funcionamiento de la junta es más ruidoso cuanto más inclinados estén uno respecto a otro los dos ejes de la junta; para más detalles sería conveniente revisar el funcionamiento de la junta homocinética. - Otra causa puede ser que estuvieran dañados los rodamientos del diferencial; de hecho, durante la marcha en curva del vehículo el semieje está sujeto a un momento de flexión debido a la reacción de la rueda con el terreno; este esfuerzo sobre el semieje se transmite a la junta homocinética que está a la salida del cambio y de ahí al rodamiento; éste último tiene que funcionar en presencia de una carga basculante que, si el rodamiento está desgastado o dañado, provoca un ruido acentuado de los elementos rodantes en las pistas. Resumiendo brevemente los casos mencionados, se puede exponer como criterio básico el siguiente: el ruido del cambio se asocia a una rotación anómala (por desgaste o daño) de uno o varios componentes del cambio; con el vehículo en distintas condiciones (parado, en punto muerto, en curva, etc.) se puede determinar, por exclusión, el componente cuya rotación provoca ruido.
135
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DEFINICIONES DEL MANUAL DE TALLER VELOCIDAD EN KM / h A MEDIA CARGA Maxima velocidad alcanzable en cada una de las relaciones del cambio, sin pendiente y condiciones de marcha favorables, con una carga correspondiente a la tara del vehiculo más la mitad de la diferencia entre el peso maximo autorizado y la propia tara del vehiculo. Tara + ( PMA - Tara ) / 2
PENDIENTE MÁXIMA Maxima pendiente en % que el vehiculo podria alcanzar en cada una de las relaciones del cambio con la maxima carga, esto es, el peso máximo autorizado. La prueba partiria de vehiculo en movimiento, con suficiente velocidad para que el motor alcance su máximo par en cualquiera de las relaciones y sin que patine el embrague
136
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
SIGLAS DEL CAMBIO C . XXX . Y . ZZ . TT C = Cambio XXX = Tipo de cambio
C.501: Producido en Mirafiori C.503: Producido en Verona C.510 y C.513: Producido en Termoli Y = Número de relaciones del cambio ZZ= Par máximo a transmitir TT = Modificación del cambio para una aplicación o vehiculo donde montarlo.
Pueden ser modificaciones a nivel de las diferencias entre la relación de transmisión para una misma relación (1ª velocidad, etc), entre dos cajas de cambio con igual codigo inicial C.XXX.Y.ZZ
CAMBIO AUTOMÁTICO Las transmisiones automáticas simplifican las acciones de mando del conductor, lo que permite que éste pueda concentrarse más en la conducción y aumenta la seguridad global y el confort. Para ello la transmisión utiliza un cambio de velocidades automático, que reduce las acciones de mando del conductor en la dirección, el acelerador y el freno; desaparecen así la palanca de mando marchas y el pedal del embrague. El cambio automático también permite mejorar la gestión de la transmisión y del acoplamiento del motor – cambio de velocidades.
137
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
COMPONENTES DEL CAMBIO AUTOMÁTICO CONVERTIDOR DE PAR
Está compuesto por: 1. Caja que contiene el aceite y los componentes. 2. Rodete de la bomba, conectado al cigüeñal y a la bomba de aceite. 3. Rodete de la turbina, conectado al eje de entrada del cambio. 4. Estator, montado en la rueda libre con la función de desviar el flujo de aceite hacia el rodete de la bomba. 5. Dispositivo de bloqueo del convertidor de par. 6. Revestimiento del embrague.
138
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
La función del estator (3) es desviar el flujo de aceite hacia el rodete de la bomba (1) en el sentido de rotación de la misma.
De este modo, la energía del aceite que entra en el rodete se suma a la energía cinética del propio rodete. Cuanto mayor sea la diferencia de régimen entre la bomba y la turbina, mayor será la multiplicación del par motor.
A: Durante el arranque. B: Régimen intermedio. C: Fase de acoplamiento. 1. Rodete de la bomba. 2. Rodete de la turbina. 3. Estator.
139
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
GRUPO EPICICLOIDAL El grupo epicicloidal está formado por epicicloidales simples montados directamente uno tras otro.
1. Satélites primer epiciclo. 2. Portasatélites primer epiciclo. 3. Piñón primer epiciclo. 4. Corona primer epiciclo. 5. Piñón de reducción de las relaciones. 6. Satélites segundo epiciclo. 7. Portasatélites segundo epiciclo. 8. Piñón segundo epiciclo. 9. Corona segundo epiciclo. B: embrague. E: embrague. D: freno. F: freno.
140
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
DISPOSITIVO DE ENGRASE DEL CAMBIO Tiene como misión lubricar: - Las ruedas dentadas engrananadas. - Las partes en fricción de los arboles con las ruedas libres. - Los rodamientos. La corona del par final de reducción, al estar sumergida en el aceite del cambio, hace normalmente de bomba impulsando el aceite sobre unas canalizaciones del carter del cambio para guiarlo hacia los conductos realizados en los arboles y lubricar las partes en fricción de estos arboles con las ruedas montadas sobre ellos. Los engranajes del cambio tambien sumergidos en el aceite, pulverizan este y crean una niebla que se encarga de lubrificar el resto de las partes.
141
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
ACEITES PARA ENGRANAJES Tienen como misión satisfacer unas necesidades de engrase en el contacto de los dentados y los esfuerzos que sobre ellos se producen, son: - Acción de choque - Acción de rodamiento - Acción de deslizamiento Longitudinal al diente Transversal al diente La forma de hacerlo es: Interponer una pelicula entre las superficies metalicas a contacto.
PROPIEDADES DEL ACEITE: - EP = Extrema presión - Untuosidad = Mayor que el aceite de motores, para mantener mejor la pelicula sobre las superficies metalicas - Resistencia al cizallamiento = Actua sobre todo al contacto de la cresta del diente y evita que la pelicula se rompa. - Antiespumante = Resistencia a la formación de espumas - Antioxidante = Resistencia a la degradación del aceite por las altas temperaturas y su contacto con el aire - Anticorrosión = Resistencia al desgaste de las partes metalicas. - Viscosidad elevada = Las graduaciones de viscosidad se realizan como en los aceites para motores, siendo, para engranajes de cambio, normalmente muy superiores · SAE 75 W EP para cambios y diferenciales mecanicos. · SAE 80 W / 90 W EP para diferenciales hipoides, diferenciales autoblocantes. · SAE 80 W / 90 W no EP para cambios y diferenciales sin engranajes hipoides. - En los cambios a diferencia de los motores, no es impotante la fluidez durante las primeras vueltas como en el motor durante el arranque en frio, sino que es preferible tener una buena untuosidad para proteger los engranajes - Punto de congelación · SAE 75 W · SAE 80 W / 90
-45º C -35º C
- Punto de ebullición · SAE 75 W · SAE 80W / 90
150º C 165º C
142
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CLASIFICACIÓN API API-GLD-1 Para cargas suaves en engranajes helicoidales y conicos Aditivos: Antioxidantes, antiespumantes, depresores punto congelación API-GLD-2 Para cargas suaves en engranajes helicoidales y cónicos API-GLD-3 Para cargas moderadas y velocidad reducida en engranajes helicoidales y cónicos API-GLD-4 Para cargas elevadas y velocidad reducida o viceversa en engranajes de tipo hipoide en condiciones medias de presión. Protección contra el rallado superficial API-GLD-5 Para cargas elevadas y velocidad reducida o viceversa en engranajes de tipo hipoide en condiciones elevadas de presión, choque y deslizamiento. Protección contra el rallado superficial Son los aceites denominados EP API-GLD-6 Para cargas elevadas y elevada en engranajes de tipo hipoide en condiciones elevadas de presión, choque y deslizamiento (diferenciales autoblocantes). Son también los aceites denominados EP
143
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIÓN El subgrupo puente tiene la función de transmitir el par suministrado por el motor, convenientemente multiplicado tanto por el cambio como por el par cónico, a las ruedas motrices. Obviamente el puente está presente donde es necesario transmitir el movimiento a las ruedas motrices, en consecuencia suele referirse al puente delantero. También cabe hablar de un puente trasero cuando el vehículo dispone de tracción a las cuatro ruedas.
CONSTITUCIÓN Los componentes principales de un puente son los semiejes, el eje intermedio, si lo lleva, las juntas homocinéticas con función de permitir una cierta libertad de oscilación de las ruedas respecto a la carrocería, aun continuando a transmitir la potencia, y una masa equilibradora con la función de amortiguar las oscilaciones inducidas por la rotación de los semiejes.
CARACTERÍSTICAS Los componentes del puente y, en concreto, los semiejes trabajan por torsión o torsión – flexión. A menudo están sujetos a bruscas variaciones de esfuerzo. Por consiguiente, para fabricar estos componentes, se utilizan aceros de alta resistencia mecánica para que puedan soportar los esfuerzos inducidos por el funcionamiento. Además, la cuantía de los pares transmitidos es tal que durante el funcionamiento los semiejes están sujetos a notables deformaciones angulares (debido al esfuerzo de torsión). A causa de la posición asimétrica del diferencial respecto a la mitad del vehículo, que impondría la utilización de un semieje más largo que otro, si los pares transmitidos son muy altos, se adopta un semieje intermedio que permite utilizar dos semiejes iguales consiguiendo una mayor regularidad en el par transmitido. La figura de arriba muestra como, para el mismo vehículo, se utilizan tres diferentes soluciones de puente según el par transmitido por el motor.
144
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
COMPONENTES DEL PUENTE SEMIEJES Y EJES INTERMEDIOS
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Semieje izquierdo Semieje derecho Juntas homocinéticas Juntas deslizantes Masa equilibradora Eje intermedio
MATERIAL Los semiejes y el eje intermedio se fabrican en acero con elevadas cualidades de resistencia mecánica, al tener que resistir esfuerzos de torsión y flexión. Además, a menudo, se someten a tratamientos térmicos que mejoran las características de resistencia.
145
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CARACTERÍSTICAS Los semiejes y el eje intermedio tienen sección cilíndrica y están dotados de estrías en los extremos con la función de permitir una rápida conexión con las juntas. La ejecución de esas estrías requiere un especial cuidado al tener que mantenerse el juego de acoplamiento con la junta dentro de unos límites que no produzcan molestos golpeteos, incluso peligrosos, al someter al semieje a esfuerzos anormales con carácter de golpe. Durante la revisión será conveniente controlar el estado de esas estrías sustituyendo el semieje cuando se observen marcas de desgaste o fenómenos de “picadura” (pequeños agujeros) de los dientes de las estrías.
ASPECTOS PROBLEMÁTICOS Cuando el vehículo circula a altas velocidades (con relaciones de transmisión del cambio iguales o inferiores a la unidad), si el semieje no está bien proporcionado ni equilibrado, estática y dinámicamente, pueden manifestarse oscilaciones y vibraciones que repercuten en la transmisión originando molestos ruidos. La cuantía de esas vibraciones aumenta con la longitud del semieje, porque el esfuerzo de torsión provoca, además de la deformación angular, también un vector en el semieje que ya no gira equilibrado. Para evitar que surja este problema en el semieje más largo, su longitud se limita adoptando un eje intermedio vinculado a la carrocería del vehículo. De este modo el esfuerzo de torsión se distribuye uniformemente en los dos semiejes evitando desequilibrios y vibraciones no deseadas.
146
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
JUNTAS HOMOCINÉTICAS
1. Corona exterior conducida 2. Elemento interior conductor 3. Bola de transmisión 4. Anillo elástico de sujeción 5. Capuchón de protección
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Junta homocinética lado rueda Abrazadera sujeción capuchón Semieje Capuchón para junta homocinética Junta trípode semieje intermedio
147
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
FUNCIÓN Durante la marcha del vehículo, por la presencia de la cadena cinemática de las suspensiones interpuestas entre el cubo de la rueda y la carrocería del vehículo, el puente oscila continuamente respecto al cambio de velocidades debido a las irregularidades del pavimento. Para permitir que el puente se adapte a las oscilaciones de las ruedas, se interponen juntas homocinéticas que permiten la transmisión del movimiento entre árboles cuyos ejes no son incidentes (como entre el eje del cubo de la rueda y el eje del semieje). TIPOS En los vehículos se utilizan habitualmente juntas homocinéticas del tipo R-ZEPPA o juntas homocinéticas trípode. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Semiejes Juntas homocinéticas Núcleo interior Caja exterior Bolas Jaula de contención
Las juntas de transmisión se llaman homocinéticas al permitir la transmisión del movimiento sin variaciones de velocidad angular instantánea. En las juntas cardán la transmisión del movimiento entre los dos árboles cuyos ejes son concurrentes se produce con una oscilación de la velocidad angular instantánea debido al funcionamiento mismo de la junta. En las juntas homocinéticas esta transmisión se produce sin oscilaciones, debido a la conformación de la junta. En el caso de la R-ZEPPA, la junta está formada por un núcleo interior conductor dotado de ranuras que pone en rotación una serie de bolas que a su vez están vinculadas a las estrías presentes en una caja exterior conducida. El núcleo interior se mantiene en posición en el semieje al que se conecta mediante un anillo elástico, en cambio las bolas se mantienen en posición mediante una jaula. La junta se asemeja a un rodamiento de bolas pero en el que las pistas exteriores e interiores están dotadas de estrías axiales que impiden rotaciones relativas de una pista respecto a otra. Esta característica también se mantiene cuando una pista (interior o exterior) se inclina respecto a la otra.
148
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
JUNTA DESLIZANTE El funcionamiento de la junta deslizante es en todo similar al funcionamiento de la RZEPPA que acabamos de explicar, pero posee una menor capacidad de articulación.
JUNTA TRÍPODE También la junta trípode funciona del mismo modo que las juntas homocinéticas, pero difiere de la R-ZEPPA por una construcción diferente. De hecho, como elemento de conexión entre el núcleo interior y la caja exterior ya no se utilizan bolas sino discos.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Junta homocinética lado rueda Abrazadera sujeción capuchón Semieje Capuchón para junta homocinética Brida para junta homocinética Junta homocinética lado cambio Semieje intermedio
149
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
PROTECCIONES Los capuchones de protección tienen la función de evitar la fuga de aceite de las juntas pero, sobre todo, de impedir la entrada de impurezas que pudieran gripar las juntas.
MASA AMORTIGUADORA
1. Brida de conexión del semieje al cambio 2. Casquillo 3. Tornillo que fija la masa amortiguadora 4. Masa amortiguadora
FUNCIÓN La masa amortiguadora amortigua las oscilaciones inducidas en el semieje mejorando el confort de marcha, sobre todo a altas velocidades.
FUNCIONAMIENTO La amortiguación de las oscilaciones se efectúa gracias a la inercia rotacional de la masa que se comporta exactamente como un volante motor oponiéndose a las variaciones de velocidad angular. De ese modo el régimen de rotación del semieje es más regular.
150
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
GRASAS: LUBRICACIÓN La función principal de un lubricante es formar una película capaz de separar las partes en movimiento de los rodamientos, para reducir el rozamiento y el desgaste. Las propiedades más importantes de un lubricante son la viscosidad, la capacidad de formar la película y, para la grasa, la consistencia.
VISCOSIDAD
La viscosidad es la facilidad con la que fluye un líquido. Técnicamente es la medición del rozamiento interno existente entre las distintas capas moleculares de ese líquido cuando éste está en movimiento.
151
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
CONSISTENCIA La consistencia es el grado de “rigidez” de una grasa. Se clasifica en graduación NLGI (National Lubricanting Grease Institute, USA), de acuerdo con una escala aceptada universalmente. EJEMPLO: El agua tiene una viscosidad baja, y la miel tiene una viscosidad elevada.
Agua
Melaza
(A) Grasa blanda: baja consistencia, bajo índice NLGI. (B) Grasa dura: alta consistencia, alto índice NLGI.
152
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
LUBRICACIÓN CON CAPA LÍMITE Se está ante una lubricación con capa límite cuando el espesor de la película es demasiado pequeño para separar adecuadamente las superficies en contacto. Esta condición se verifica cuando la cantidad de lubricante es insuficiente o cuando el movimiento relativo entre las dos superficies es demasiado lento para la formación de una película. También se verifica cuando la viscosidad del fluido es demasiado baja o con temperaturas de funcionamiento elevadas.
Con esta lubricación se producen contactos directos de metal contra metal, que provocan soldaduras localizas de los picos de las rugosidades. Se produce rozamiento y desgaste elevados y fatiga superficial.
153
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA En esta condición las superficies en movimiento relativo están completamente separadas por la película lubricante. El rozamiento es mucho menor que en el caso de la lubricación con capa límite y no hay contactos entre los metales.
154
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
GRASAS AL CALCIO La mayor parte de las grasas al calcio sólo pueden utilizarse con temperaturas de hasta 60°C, aunque algunas grasas de buena calidad son eficaces hasta los 120°C. Utilizan grasa al calcio las máquinas de papel y las máquinas que trabajan en zonas marítimas.
GRASAS AL SODIO Las grasas al sodio se utilizan en un amplio rango de temperaturas y hay grasas sintéticas al sodio que llegan a los 120°C.
155
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
GRASAS AL LITIO Las grasas al litio ofrecen una excelente resistencia al calor y pueden utilizarse en una amplia gama de temperaturas. Las grasas utilizadas por SKF son de este tipo.
156
IMPRIMIR
Í NDICE
ZOOM
ZOOM
C AMBIOS-EMBRAGUE
MEZCLABILIDAD DE LAS GRASAS No deben mezclarse nunca grasas que no sean compatibles, ya que pueden dar lugar a una mezcla que suele tener menor consistencia y que podría provocar cesión por pérdidas. Si no se sabe cuál es el tipo de grasa utilizado en origen, antes de lubricar deberá limpiarse el rodamiento y las superficies contiguas.
157
