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• Angel Barrera

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TREN DE FUERZA MOTRIZ

ARBOLES DE TRANSMISIÓN

ÁRBOLES DE TRANSMISIÓN El tipo y calidad de un eje o árbol de transmisión, varía de acuerdo a diversos factores, entre los cuales se pueden destacar:

 Disposición del motor en el vehículo  El par motor que debe transmitir  La velocidad de rotación  El tipo de suspensión con que cuenta el vehículo

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ÁRBOL ARTICULADO O CARDÁN El árbol articulado se encarga de transmitir el par de giro desde la caja de cambios hacia el puente posterior y puente delantero (vehículos 4x4), dichos árboles tienen sección tubular, es decir son árboles huecos, lo que los hace más livianos. El árbol está sometido a esfuerzos de torsión y fatiga. Suele fabricarse con un diámetro diferente en el centro y está perfectamente equilibrado.

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Para que el cardán pueda transmitir el giro, sin transmitir las oscilaciones producidas, es necesaria la ayuda de articulaciones, siendo empleado el mecanismo de juntas universales tipo cardán (cruceta) y las juntas universales elásticas. Además como también se producen variaciones longitudinales, debido a los desplazamientos longitudinales del puente, se necesita que el árbol de transmisión tenga el cuerpo extensible, por lo que se necesita juntas deslizantes en el cardán.

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Junta universal tipo cardán (Cruceta) Es un par cinemático con dos grados de libertad, constituyéndose en un sistema de transmisión espacial o esférico, con una relación de transmisión no uniforme.

Suponiendo constante la velocidad de rotación del árbol A, la del conducido B pasa dos veces por un máximo y un mínimo, cambiando su aceleración cuatro veces de sentido en cada vuelta. Efectivamente, para un cuarto de vuelta del árbol A, los brazos de la cruceta correspondientes al árbol B recorren un poco más de un cuarto de vuelta, sin embargo, en el segundo cuarto de vuelta del árbol A, el B efectúa un giro de poco menos de un cuarto de vuelta, y así sucesivamente para cada semivuelta.

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Para compensar la no uniformidad en la velocidad de giro, se montan las juntas por parejas, de tal manera que la una compensa a la otra.

El problema más importante, son las vibraciones, ya que producen ruidos y destruyen los componentes. Cada árbol de transmisión tiene una velocidad

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crítica de vibración, la cual no se debe alcanzar nunca durante el funcionamiento. Dicha vibración crítica depende de los siguientes factores:

 Distancia entre las juntas o articulaciones  Rigidez o la flexión del tubo que se emplea en la fabricación  Desgaste del estriado de la unión deslizante Si el árbol es muy largo se hace necesario el montaje de apoyos en el centro para disminuir las vibraciones

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El valor de la velocidad crítica calcular mediante la expresión que se indica a continuación:

Para no llegar al valor crítico de resonancia se suele admitir como velocidad máxima de una junta doble cardán

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El mecanismo formado por dos horquillas, las cuales están unidas entre sí, articuladamente, por una pieza llamada cruceta. Los brazos de la cruceta van soportados sobre cojinetes de agujas en un casquillo cerrado.

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Como la cruceta forma un cuerpo cerrado, muchas veces no necesita mantenimiento, aunque en algunos modelos se pueden encontrar elementos destinados para el engrase.

El mecanismo de cruceta puede absorber inclinaciones de hasta 25º, para compensar la variación angular, producida por el desplazamiento vertical del mecanismo diferencial.

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Algunos árboles de transmisión usan juntas cardán doble conocida como tipo Glaencer-spicer, esta junta dispone de dos crucetas montadas en una pieza central y un árbol de entrada y otro de salida

Juntas universales elásticas Las juntas elásticas de las que va provisto el árbol de trasmisión permiten el ballesteo del puente trasero sin dejar de trasmitirle el giro proporcional por el motor.

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El modelo más sencillo de junta elástica está constituido por un anillo flexible de caucho acoplado entre dos bridas.

Generalmente, este tipo de junta elástica se llama flector, y se dispone en la salida de la caja de velocidad. El disco flexible se solidariza alternativamente con uno y otra brida, de los cuales, una se monta estriado en el eje de salida de la caja de cambios y la otra pertenece al árbol de trasmisión, fijándose ambos al disco por medio de tornillos.

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En ese tipo de junta, cuando los ejes quedan desalineados por desviación del ángulo que forman, el anillo flexible de la junta se deforma lo suficiente para permitir el arrastre de rotación. En general puede decirse que este tipo de junta elástica admite variaciones angulares ligeras (10° como máxima) y solamente puede utilizarse para la trasmisión de esfuerzos pequeños.

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SEMIEJES DE TRANSMISIÓN Encargados de transmitir el movimiento desde el planetario del diferencial a las ruedas. Se diseñan teniendo en cuenta el tipo de propulsión, el tipo de dirección y el tipo de suspensión, que tiene el vehículo

Semiejes para propulsión posterior y suspensión de eje rígido Son esencialmente barras cilíndricas de acero de alta resistencia, en donde el uno de los extremos se une por medio de un estriado al planetario del diferencial y por el otro al cubo de la rueda.

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El eje debe resistir fundamentalmente dos tipos de esfuerzos, uno debido a la carga y otro debido a fuerza laterales producidas en la marcha del vehículo. Según el tipo de montaje del semieje se tiene:

 Semieje portante o rígido  Semieje semi flotante  Semieje tres cuartos flotante  Semieje flotante

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Semieje rígido: los semiejes están directamente apoyados por sus dos extremos sobre cojinetes de bolas montados en la funda del puente, de esta forma los ejes reciben todo el peso del vehículo, además de los esfuerzos laterales producidos en la marcha.

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Semieje semi flotante: el extremo de la rueda es igual al eje rígido, mientras que el extremo correspondiente al diferencial no está soportado directamente sobre el cojinete, sino que es la caja del diferencial la que se apoya por medio de cojinetes en la funda del puente. Con este montaje el semieje sigue soportando todos los esfuerzos, pero en el extremo del diferencial, trabaja más descargado.

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Semieje tres cuartos flotante: el extremo del diferencial es igual al semi flotante. Mientras que el correspondiente a la rueda está apoyado sobre un cojinete montado en la funda, y el semieje se halla unido al cubo de rueda por medio de una brida o platina atornillada a ella, no apoyándose en ningún cojinete. Con este montaje el semieje ya no soporta los esfuerzos producidos por el peso del vehículo, pero soporta los esfuerzos laterales producidos en la rueda.

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Semieje flotante: el extremo correspondiente al planetario tiene la misma disposición que el semi flotante, mientras que el extremo correspondiente a la rueda no se halla soportado por cojinetes, sino simplemente atornillada a la rueda por medio de una platina., en forma parecida el semieje tres cuartos flotante. La diferencia está en que la rueda se apoya sobre la funda, a través de 2 cojinetes de rodillos cónicos. Con esta disposición la funda es la que pasa a resistir los esfuerzos debidos al peso del vehículo y a los empujes laterales de la rueda.

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Semiejes para propulsión delantera y posterior con suspensión independiente Este tipo de semieje debe permitir los movimientos generados por el sistema de suspensión y por el de dirección. Los semiejes se unen a la rueda y a la caja de cambios mediante juntas, llamando juntas exteriores a las que van al lado de la rueda, y juntas interiores a las que van a la salida del diferencial.

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Juntas exteriores: Juntas homocinéticas tipo Rzeppa Este tipo de junta es la más universalmente utilizada en los vehículos ligeros de tracción delantera y ejes desnudos.

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Está constituida por un núcleo interno acoplado a uno de los árboles de la unión al que se han tallado unas pistas acanaladas con perfil especial, al otro árbol se acopla otro cuerpo exterior en cuyo interior están talladas también un número igual de pistas acanaladas. Ocupando el espacio de manera precisa entre las canales talladas de los cuerpos interior y exterior, están unas bolas de acero que pueden rodar apoyadas en ambas pistas y embebidas en un lubricante sólido (grasa).

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Todas estas partes están construidas de acero endurecido para aumentar su durabilidad. Este diseño puede soportar grandes ángulos de inclinación, tales como los necesarios en las ruedas directrices de los vehículos y son de dimensiones reducidas, además permiten cierta cantidad de movimiento axial entre los árboles, por lo que encuentran gran aplicación en este campo.

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Su principal inconveniente es que deben estar aislados del exterior, para evitar la pérdida del necesario lubricante y la entrada a la unión de materias abrasivas o agua desde el exterior. Estas materias extrañas aumentan notablemente el desgaste de bolas y pistas produciendo holguras inadmisibles en poco tiempo. Como la inclinación de los dos árboles es variable la cubierta de la junta homocinética no puede ser rígida, y se acude para ello, a una protección de acordeón de goma, cuya durabilidad en una parte de los casos es relativamente corta.

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Juntas interiores: Estas juntas además de permitir la variación angular deben permitir la variación longitudinal del semieje. Pueden ser del tipo similar a la junta exterior, es decir formada por seis esferas y en algunos casos tienen un diseño de canales inclinados, por lo que se debe tener cuidado de armarlas correctamente

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Además se pueden encontrar la junta tipo tripoide, la cual se fundamenta en tres rótulas montadas sobre rodamientos que transmiten el movimiento de giro y al mismo tiempo absorben el cambio de longitud del semieje, al modificarse la altura de la rueda por las irregularidades del camino.

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Mantenimiento de juntas homocinéticas: Una vez que el semieje se ha desmontado del vehículo, se empieza el trabajo removiendo los guardapolvos externos, de la junta interna, quitando las abrazaderas de los mismos. Con un destornillador se remueve el seguro de alambre de la cavidad de la punta interna y luego simplemente extraemos el conjunto de la jaula y las bolas de la cavidad.

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Quitamos las esferas y la jaula del extremo del eje, y se colocan en un recipiente para su limpieza. Después se retira toda la grasa vieja de la cavidad. Se realiza la limpieza de todos los elementos, para su posterior revisión.

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Luego se retira el guardapolvo de la junta externa, como por lo general los guardapolvos se recambian es más fácil cortar los mismos para desmontarlos; en algunos casos se deben retirar la masa de caucho del semieje, para lo cual soltamos las bridas de fijación.

Para remover la punta externa, se fija primero el eje en la prensa de banco:

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Hay que retirar un poco la grasa para visualizar el punto exacto en donde hay que golpear, se debe golpear en la pista interna de las esferas y no en la jaula. Después basta con darle un solo pero muy firme golpe de martillo mientras halamos la punta hacia abajo con la mano que quede libre. Se fija la punta externa en la prensa e inclinamos la pista interna y la jaula, para así poder extraer las esferas. Algunas esferas siempre son más difíciles de retirar que otras, así que se puede usar un destornillador para hacer una ligera palanca.

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Con las esferas afuera se extrae la jaula y la pista interna de la cavidad de la punta. La jaula tiene dos de sus seis agujeros ligeramente más grandes que los demás, para extraerla hay que hacer coincidir estos dos agujeros (que están diametralmente opuestos) con dos de los rebajes rectos en la cavidad de la punta

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Luego hay que proceder a la limpieza y secado las piezas internas para proceder a inspección. Las jaulas y las pistas no deben tener indicios de un marcado desgaste. Además se deben verificar el estado de los seguros.

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Se procede a armar la junta exterior: se arma el conjunto jaula con la pista interna de la junta.

Se coloca grasa en la cavidad de la junta y en el conjunto pista-jaula.

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Se instala el conjunto dentro de la cavidad y luego se procede a instalar las esferas metálicas Las primeras esferas son fáciles de montar, pero con las últimas casi siempre es necesario usar una barra de bronce u otro metal blando para inclinar la jaula y encajarlas en su sitio; cuando todo está en su sitio, simplemente se agrega más grasa hasta que salga por entre la jaula y las paredes de la cavidad.

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Se colocan los seguros de alambre en el extremo del eje, se inserta el extremo del eje en el agujero estriado de la pista interna, y lo empujamos de manera que el seguro se comprima por medio del rebaje cónico en la pista. Una vez introducido el eje, se debe dar un tirón del mismo para asegurarse que quedó bien fijo: Se puede colocar un poco de grasa para facilitar la instalación de los guardapolvos nuevos, luego se desliza por la punta del eje.

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Colocado el guardapolvo se asegura usando bridas, asegurándose de que queden bien apretadas

Para la punta interior se llena con grasa, aproximadamente 1/3 de la cavidad del alojamiento, luego se monta en el eje el guardapolvo y la pista interna de la junta con su jaula, y entonces se le aplica grasa a la pista.

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Una vez que la jaula está instalada se debe colocar las esferas metálicas, aplicando grasa a las mismas; luego se coloca en conjunto en el interior del alojamiento.

Se coloca el seguro de alambre en su respectiva ranura en el borde de la cavidad, y se coloca y asegura su guardapolvo.

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