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UNIDAD VII
PUENTE P PR OPULSOR C DIFER ENCI AL CON D INTRODUCCIÓN En esta unidad se describen los componentes y funcionamiento de los mecanismos diferenciales del tipo estándar, desplazamiento limitado y antipatinaje ( No spin ).
Objetivos Al terminar esta unidad el estudiante estará en capacidad capacidad de: 1.
Describir el funcionamiento de un diferencial.
2.
Diferenciar las características de funcionamiento existentes entre un diferencial estándar, de desplazamiento limitado y antipatinaje.
3.
Determinar los parámetros de montaje necesarios para el buen funcionamiento de un diferencial.
1. PUENTE PROPULSOR CON DIFERENCIAL La función principal del puente trasero es transmitir la energía motriz del motor a las ruedas. El puente trasero consta de los siguientes componentes:
Cuerpo del puente trasero (1), que es de fundición y apoya y protege todos los componentes del puente. Va atornillada con pernos al sistema de suspensión del vehículo.
Transmisión a las ruedas (2) con piñones helicoidales que transmiten la energía motriz en 900.
Palieres o semiejes (3) que transfieren la energía motriz a las ruedas.
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Teoría de funcionamiento
Figura 1.
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Funciones del diferencial El torque generado por el motor antes de llegar hacia los mandos finales, pasa necesariamente por el mecanismo diferencial según se muestra en la figura. Una de las funciones de este mecanismo consiste entonces en transmitir la potencia proveniente de la caja de transmisión y distribuirla hacia los mandos finales en igual proporción siempre que el equipo se desplace en línea recta. El diferencial se encarga de ajustar la velocidad de cada una de las ruedas motrices manteniendo la fuerza motriz total. Esto es muy necesario porque al tomar el vehículo una curva, la rueda exterior debe recorrer mayor distancia que la rueda interior, por lo que debe girar a más velocidad. Si no hubiera diferencial y las dos ruedas estuvieran montadas rígidamente al mismo eje y dando el mismo número de vueltas en una curva, una de las ruedas se vería obligada a patinar para compensar la diferencia de trayecto.
Figura 2. El cálculo para el recorrido de las ruedas así como las velocidades generadas en cada una de ellas, se pueden determinar con las fórmulas que a continuación se detallan.
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Distancia recorrida por las ruedas en una curva.
-
Para el cálculo de las distancias es necesario conocer el ángulo de desplazamiento y el radio de giro. L re
L
Lre Lri
Re Ri
ri
.
. Re
180
.
. Ri
180
= Distancia recorrida por la rueda exterior = Distancia recorrida por la rueda interior = Angulo de desplazamiento = Radio de giro de la rueda exterior = Radio de giro de la rueda interior
Velocidad de giro de las ruedas en una curva
-
Para el cálculo de las rpm desarrolladas por cada rueda se aplica: n re
Lre
n ri
. d
Lri
. d
n
re
= Número de rpm de la rueda exterior
n
ri
= Número de rpm de la rueda interior
d
= Diámetro exterior de la rueda
2. COMPONENTES DEL GRUPO CÓNICO Los componentes del grupo cónico son:
El piñón de ataque (1) , que es el eje de entrada del puente trasero. Va apoyado en dos cojinetes de rodillos cónicos en la parte delantera y un cojinete de rodillos normal en la parte trasera. El cojinete trasero mantiene el piñón de ataque engranado en la corona.
La corona (2). El piñón de ataque transmite la energía motriz a la corona, que va instalada en la caja del diferencial. Al girar el piñón de ataque y la corona en un ángulo de 90°, la energía motriz puede transmitirse a las ruedas motrices a través los semiejes.
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El diferencial (3) va incluido en la caja del diferencial y consta de los piñones del diferencial, cuatro satélites instalados en una cruceta y dos planetarios de mayor tamaño conectados a los semiejes.
Figura 3.
En conclusión -
Debido a la relación existente entre los dientes del piñón de ataque y la corona, se produce una reducción de la velocidad de salida. Cambio de dirección la fuerza que proviene de la caja de transmisión en 90°. Incrementa el torque de salida
PERNO DE EMPUJE El mecanismo de transmisión a las ruedas tiene un perno de empuje que impide el desplazamiento de la corona (separándose del piñón) cuando está sometida a mucha carga. Durante condiciones normales de funcionamiento, el perno de empuje permanece apartado de la corona y sólo entra en contacto con la corona por el empuje del piñón cuando el mecanismo está sometido a mucha carga.
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Figura 4.
JUEGO DE CORONA DE PIÑÓN DE ATAQUE El piñón de ataque va apoyado delante por dos cojinetes de rodillos cónicos y detrás por un cojinete de rodillos normal (2). Para hacer más silenciosa y eficaz el funcionamiento, la corona y el piñón de ataque se armonizan durante la fabricación. Ambos componentes se señalan con un número (3) para asegurar que encajen. Deben instalarse siempre juntos durante el montaje del mecanismo de transmisión a las ruedas.
Figura 5.
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Figura 6.
TIPOS DE ATAQUE ENTRE PIÑÓN Y CORONA Existen dos tipos de ataque entre el piñón y la corona, estos son sin desplazamiento de ejes y con desplazamiento de ejes.
Figura 7.
En el Diferencial sin desplazamiento el eje del piñón de ataque concuerda con el eje de la corona tal como se muestra en la figura.
Figura 8.
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El Diferencial con ejes desplazados es también conocido como de accionamiento hipoide, en este caso el eje del piñón de ataque no concuerda con el eje de la corona. Tiene como características importantes que el diámetro del piñón de ataque es mayor debido al desplazamiento de ejes, también poseen un mayor número de dientes lo que permite un funcionamiento más suave.
3. TIPOS DE DENTADO USADOS EN LOS PUENTE PROPULSOR Los tipos de dentado usados en los grupos cónicos son el dentado Gleason y el dentado Klingelberg. En el dentado del tipo Gleason los dientes son generados en una circunferencia y tienen como característica que el espesor del diente disminuye de afuera hacia adentro.
Figura 9.
El dentado Klingelberg se genera en una espiral y tiene como característica que la forma del diente es un trozo de espiral y el alto así como el dorso del diente son constantes.
Figura 10.
La característica del grupo cónico consiste en que el piñón de ataque y la corona trabajan emparejados es decir que a cada piñón le corresponde una corona. Esto asegura un funcionamiento adecuado y ya viene dado por las casas constructoras.
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Figura 11.
El Número de emparejamiento P va marcado tanto en la cara frontal del piñón de ataque como en la corona. La medida R es la cota de construcción desde el eje de la corona hasta la cara frontal del piñón de ataque. La medida T es la cota desde el eje del piñón cónico hasta el lado dorsal de la corona. Las tolerancias r y t son las tolerancias determinadas durante su construcción al adaptar las ruedas. Z es el juego de flancos de los dientes.
-
Velocidad de salida del grupo cónico
La transmisión de velocidades para un desplazamiento en línea recta en un grupo cónico dependerá del número de dientes del piñón y la corona y de las rpm de entrada, por lo tanto:
Figura 12. n2
n1 .
z 1 z 2
z1 = Número de dientes del piñón z2 = Número de dientes de la corona n1 = Rpm del piñón n2 = Rpm de la corona
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DIFERENCIAL El diferencial consiste en: 4 satélites (pequeños) (1) que giran sobre una cruceta, 2 planetarios (más grandes) que giran en dos ejes conductores independientes o semiejes.
Figura 13.
Los semiejes son los componentes del sistema de transmisión de potencia sometidos a los mayores esfuerzos en vehículos que no están equipados con un mecanismo de reducción del cubo. Los semiejes son de fundición de acero forjado. Son de tal resistencia y elasticidad que pueden torcerse casi una vuelta entera sin quebrarse. El extremo interior del eje está provisto de ranuras que encajan en los planetarios (los piñones de mayor tamaño) y el extremo exterior lleva un plato con agujeros para los pernos del cubo de la rueda. Si el puente trasero dispone de un mecanismo de reducción del cubo, el extremo exterior del semieje lleva ranuras (1) que encajan en los planetarios del mecanismo de reducción.
Figura 14.
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4. FUNCIONAMIENTO DE LOS MECANISMOS DIFERENCIALES Para realizar su propósito el mecanismo diferencial debe transmitir una misma velocidad en las ruedas cuando el equipo se traslade en línea recta y en una curva debe permitir que la rueda que va hacia fuera gire más rápido que la rueda que va hacia adentro.
Figura 15.
Para comprender mejor la adaptación de la velocidad efectuada por el diferencial, debemos comprobar su sistema de engranaje. Cada semieje está conectado por el plato del extremo exterior a una de las ruedas (1). En el otro extremo, el semieje comunica con el engranaje de planetarios del diferencial (2). Cada uno de los semiejes va conectado a un planetario. Cuando el vehículo corre en línea recta, los satélites (1) están fijos en la cruceta pero giran con (2) la corona. Esto provoca la rotación de los planetarios (3) que hacen girar sus semiejes respectivos a la misma velocidad (4).
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Figura 16.
De este modo, cuando el vehículo gira en una curva, la rueda interior está sometida a un par más elevado, lo cual “reduce” ligeramente la velocidad del semieje interior. A causa de esto, los satélites empiezan a girar alrededor de su eje acelerando ligeramente la velocidad del otro semieje. Este movimiento impide el deslizamiento de la rueda interior en una curva.
Figura 17.
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Figura 18.
De este modo, cuando el vehículo gira en una curva, la rueda interior está sometida a un par más elevado, lo cual “reduce” ligeramente la velocidad del semieje interior. A causa de esto, los satélites empiezan a girar alrededor de su eje acelerando ligeramente la velocidad del otro semieje. Este movimiento impide el deslizamiento de la rueda interior en una curva.
TIPOS DE DIFERENCIAL - Diferencial estándar
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Figura 19.
Para realizar su trabajo la corona del grupo cónico no transmite directamente la potencia hacia los semiejes , estos semiejes tienen en sus extremos dos piñones llamados piñones planetarios o piñones laterales los que descansan sobre la caja del diferencial que va unida a la corona, tal como se muestra en la figura Tal como se muestra en la figura no existiría transmisión alguna de movimiento desde el piñón de ataque hacia los semiejes.
Figura 20.
Para poder transmitir movimiento se instala sobre la caja del diferencial unas ruedas cónicas de compensación o piñones satélites los que engranan con los piñones planetarios transmitiendo así el movimiento hacia los semiejes y de allí hacia los mandos finales.
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Figura 21.
De esta manera al desplazarse el equipo en línea recta, todo el mecanismo diferencial gira como un solo bloque transmitiendo el mismo torque y velocidad hacia ambas ruedas.
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Cuando el equipo está dando una curva, la rueda que va hacia adentro ofrece una mayor resistencia a la rodadura, esto obliga a que se genere una diferencia de velocidades de giro entre los piñones planetarios, lo cual será compensado por los piñones satélites que empezaran a girar sobre su eje. Una desventaja de este mecanismo es que la diferencia de velocidades es originada por una mayor resistencia a la rodadura producto del contacto entre la rueda y la carretera, si durante el desplazamiento en línea recta una rueda perdiera adherencia (patinaje) la otra rueda que está en firme contacto con el suelo generaría una mayor resistencia lo que obligaría a la otra rueda a girar más rápido, tanto que la rueda que mantiene adherencia sobre el piso perdería velocidad o incluso dejaría de girar. De esta manera si una de las ruedas del equipo tuviera contacto con una superficie resbaladiza (barro, arena etc.) es posible que se quede atascado.
Figura 22.
-
Diferencial con bloqueo
Cuando una motoniveladora realiza trabajos de limpieza de cunetas, una de las ruedas va sobre la superficie emparejada mientras la otra se desplaza sobre la cuneta que generalmente se encuentra con agua y barro.
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Figura 23.
La rueda que va sobre la superficie seca generará por lo tanto una mayor resistencia a la rodadura. En un diferencial estándar esta circunstancia haría que la rueda que va sobre la cuneta patine mientras que la otra se quedaría sin
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tracción. Para evitar este inconveniente se utiliza un dispositivo de bloqueo que acopla uno de los semiejes a la caja del diferencial De esta manera los semiejes giran a la misma velocidad que la corona puesto que todo el mecanismo constituye un sistema rígido, quedando eliminado el efecto diferencial. Por tal razón este bloqueo solamente debe ser utilizado cuando el equipo pierda tracción al desplazarse en línea recta y debe ser desacoplado en cuanto ya no sea necesario. Este tipo de bloqueo no se aplica a vehículos livianos. El acoplamiento mostrado es llamado acoplamiento de garras y puede ser accionado a mano o por medio de un pedal.
Figura 24.
-
Diferencial de desplazamiento limitado
Este diferencial está diseñado para proporcionar igual tracción a ambas ruedas durante el desplazamiento del equipo en línea recta. A diferencia del tipo estándar, los ejes de los piñones satélites no van sujetados directamente a la caja del diferencial sino a unos anillos de presión o anillos de carga. Estos últimos reciben el movimiento de la caja del diferencial a través de unas laminillas o discos de fricción que actúan como un embrague
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transmitiendo potencia desde la corona hasta los ejes de los piñones satélites quienes arrastran a los engranajes laterales y estos a su vez a los semiejes y mandos finales.
Figura 25.
Los anillos de carga pueden desplazarse axialmente comprimiendo en mayor o menor medida a los discos de fricción permitiendo de esta manera la transmisión de potencia. Los discos de embrague son de dos tipos: los que poseen dentado exterior engranan con la caja del diferencial, mientras que los que poseen dentado interior engranan con los engranajes laterales.
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Figura 26.
En este tipo de diferencial siempre se transmitirá un mayor par de entrada a la rueda que posea una mayor adherencia con el suelo. En el caso de que una de las ruedas pierda totalmente la adherencia con el suelo, se transmitirá a esta rueda el 25% del torque de entrada y el 75% del torque a la rueda que posea una mayor adherencia.
Figura 27.
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Diferencial antipatinaje ( No spin )
Figura 28.
En un diferencial No Spin se tiene una cruceta cuyos extremos están acoplados a la caja del diferencial y a su vez esta cruceta embraga mediante un acoplamiento dentado a los engranajes laterales. En este caso el mecanismo diferencial no posee engranajes de compensación o engranajes satélites que giren sobre su propio eje. Cuando el equipo se desplaza en línea recta la cruceta se mantiene unida mediante el acoplamiento dentado a los engranajes laterales, de esta manera todo el conjunto se desplaza como un mecanismo sólido, transmitiéndose el torque en la misma proporción a ambas ruedas. Cuando el equipo se desplaza en una curva, se produce una separación del acoplamiento dentado del eje que gira a mayor velocidad quedando de esta manera sin tracción. Por tal motivo todo el torque de entrada se transmitirá siempre a la rueda que gire a menor velocidad.
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Figura 29.
Cuando el equipo da una curva, el engranaje lateral de la rueda que va hacia fuera se desacopla mientras que toda la tracción se va hacia la rueda que va por dentro. La rueda exterior gira “loca”. En el caso de que una de las ruedas del equipo se estancara sobre una superficie fangosa, esta tendría tendencia a patinar por lo que el mecanismo No Spin la desacopla inmediatamente enviando toda la tracción a la otra rueda, de e sta manera el equipo puede salir del atolladero con facilidad.
Figura 30.
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Un mecanismo No Spin posee resortes que mantienen embragados la cruceta y el acoplamiento dentado. Los resortes empujan también los engranajes laterales contra la caja del diferencial.
Figura 31.
DIFERENCIAS ENTRE LOS MECANISMOS DIFERENCIALES Debido a las deficiencias que presenta un diferencial estándar al trabajar en terrenos fangosos, se le reemplaza generalmente con diferenciales de desplazamiento limitado o No Spin. En la Maquinaria Pesada se reemplaza generalmente solo uno de los diferenciales por un diferencial No Spin, no se recomienda que ambos diferenciales sean antipatinaje. Los diferenciales de desplazamiento limitado no distribuyen de manera uniforme el torque del equipo en los mandos finales, aunque reduce el patinaje de las ruedas siempre se consume energía en la rueda que tiende a patinar debido los discos de embrague. Los diferenciales No Spin tienen un radio de giro mayor que un diferencial de desplazamiento limitado, si el equipo tuviese dos diferenciales No Spin, la maniobrabilidad del equipo sería deficiente.
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ANOTACIONES: ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… .. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… .. ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… .. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… .. ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… .. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… .. ……………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………….
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