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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL INSTITUTO

POLITECNICO

NACIONAL

UNIDAD INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES “ISISA” MATERIA: OPTIMIZACIÓN DE SISTEMAS INTEGRALES MECÁNICOS DE VEHÍCULOS

DIFERENCIAL Y CARDÁN ALUMNO: 

REYES SANCHEZ ARTURO

NOMBRE DEL PROFESOR: JUAN CARLOS ROSAS GRUPO:

8SM2

TURNO: MATUTINO

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL EL AUTOMÓVIL: Los automóviles se impulsan y se controlan a través de una complicada interacción entre diversos sistemas. Este diagrama muestra las partes de un automóvil con motor de gasolina y transmisión manual (el filtro del aire y el carburador fueron extraídos para mostrar las partes que hay debajo, pero suelen estar en el hueco sobre el colector de entrada). Los principales sistemas del auto son el sistema de energía, la transmisión, y el tren de rodaje y el control. Cada una de estas categorías incluye subsistemas, como se muestra en el dibujo. El sistema de energía incluye los subsistemas del motor, del combustible, eléctrico, de escape, de lubricación y de refrigeración. El sistema de transmisión incluye los de cambio y transmisión, incluyendo el embrague (clotch), el diferencial, y el cigüeñal. La suspensión, los amortiguadores, las ruedas y los neumáticos, son todos parte del tren de rodaje. La dirección y los frenos son las componentes principales del sistema de control, con el que el conductor dirige el automóvil.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Transmisión La potencia de los cilindros se transmite en primer lugar al volante del motor y posteriormente al embrague (clutch) —que une el motor con los elementos de transmisión—, donde la potencia se transfiere a la caja de cambios o velocidades. En los automóviles de tracción trasera se traslada a través del árbol de transmisión (flecha cardán) hasta el diferencial, que impulsa las ruedas traseras por medio de los palieres o flechas. En los de tracción delantera, que actualmente constituyen la gran mayoría, el diferencial está situado junto al motor, con lo que se elimina la necesidad del árbol de transmisión.

Diferencial Los engranajes del diferencial permiten que las ruedas motrices de un vehículo giren a velocidades distintas en las curvas y otros cambios de trayectoria. El árbol de transmisión del motor acciona la corona, que a su vez pone en movimiento los semiejes o palieres que impulsan las ruedas. Cuando el vehículo se desplaza en línea recta, los engranajes llamados satélites no giran, y la corona mueve las dos ruedas a idéntica velocidad. Pero cuando describe una curva, los satélites giran en sentidos opuestos, y esto hace que la rueda que recorre el interior de la curva gire más despacio que la otra.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL El Diferencial El diferencial reduce la velocidad de rotación transmitida desde la transmisión e incrementa la fuerza de movimiento, así como también distribuye la fuerza de movimiento en la dirección izquierda y derecha transmitiendo este movimiento a las ruedas. También cuando el vehículo está girando, el diferencial absorbe las diferencias de rotación del movimiento de las ruedas izquierdas y derechas, haciendo esto posible que el vehículo gire fácilmente.

Engranaje Final EI engranaje final está hecho de un piñón motriz y un engranaje anular. Este engranaje reduce le velocidad de la rotación desde la transmisión, incrementando la fuerza del movimiento. En el engranaje final, muchos engranajes hipoidales cónicos, que se conectan con el engranaje anular así el centro del eje del piñón motriz esta debajo del centro del engranaje anular, que son usados. Además, la relación por la cual el engranaje final es reducido es llamada relación de reducción. Este valor indica el número de dientes en el engranaje anular dividido por el número de dientes en el engranaje piñón motriz.

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Engranaje Diferencial Cuando un vehículo va alrededor de una curva, la trayectoria recorrida por los neumáticos exteriores y los interiores difiere. Eso es, la velocidad de los dos neumáticos posteriores se diferencia. Por lo tanto, para que el neumático izquierdo y derecho no patinen, el engranaje diferencial es usado para ajustar la diferencia de velocidad de los neumáticos izquierdo y derecho, luego el neumático interior es retardado y el exterior es mas rápido. El engranaje diferencial consiste de una funda de diferencial, en la cual el engranaje final es montado y dos engranajes laterales conectados a los neumáticos izquierdo y derecho, como también dos engranajes piñones conectan a los engranajes laterales.

Si las ruedas de ambos lados giran a la misma Si hay una diferencia de velocidad entre las velocidad, el vehículo no se desplazarádos ruedas, el vehículo puede desplazarse alrededor de la curva. suavemente alrededor de la curva.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN El sistema de transmisión es el conjunto de elementos que tiene la misión de hacer llegar el giro del motor hasta las ruedas motrices. Con este sistema también se consigue variar la relación de transmisión entre el cigüeñal y las ruedas. Esta relación se varía en función de las circunstancias del momento (carga transportada y el trazado de la calzada). Según como intervenga la relación de transmisión, el eje de salida de la caja de velocidades (eje secundario), puede girar a las mismas revoluciones, a más o a menos que el cigüeñal. El cigüeñal es una de las partes básicas del motor de un coche. A través de él se puede convertir el movimiento lineal de los émbolos en uno rotativo, lo que supone algo muy importante para desarrollar la tracción final a base de ruedas, además de recibir todos los impulsos irregulares que proporcionan los pistones, para después convertirlos en un giro uqe ya es regular y equilibrado, unificando toda la energía macanica uqe se acumulan en cada una de las combustiones. Si el árbol de transmisión gira más despacio que el cigüeñal, diremos que se ha producido una desmultiplicación o reducción y en caso contrario una multiplicación o súper-marcha. TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS A LAS RUEDAS ÁRBOL DE TRANSMISIÓN La transmisión del movimiento de rotación desde la caja de cambios h a s t a l a s ruedas motrices, es realizada por unos ejes que se designan como ejes de transmisión. El tipo y calidad del eje de transmisión varía de acuerdo a diversos factores, entre los cuales se pueden mencionar: - Disposición del motor en el vehículo - El torque que se ha de transmitir - La velocidad de rotación - El tipo de suspensión con que cuenta el vehículo En función del lugar de ubicación del conjunto motor y transmisión en el vehículo se pueden establecer dos grupos, los cuales son:- Vehículos de motor y tracción delanteros, o los de motor y transmisión traseros: el eje de salida termina en el piñón de ataque que le da movimiento a la corona, la cual transmitirá el movimiento directamente a las ruedas motrices por intermedio de los semiejes emplazados de forma transversal en el vehículo. Esto se puede observar con mayor claridad al para motor y transmisión delanteros y para motor y transmisión traseros.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Disposición de motor y transmisión delanteros

- Vehículos con motor delantero y tracción trasera, el movimiento se transmite desde la cajade cambios al puente trasero del vehículo, por medio de un eje hueco que recibe el nombrede cardan, que esta posicionado en sentido longitudinal con respecto al vehículo. Esto se complementa con la existencia de un conjunto diferencial que tiene la importante misión de r e c i b i r e l m o v i m i e n t o c i r c u l a r p r o v e n i e n t e d e l a c a j a d e c a m b i o s a t r a b e s d e l c a r d a n y cambiar el sentido en 90º para que pueda ser transmitido hacia las ruedas motrices.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CARDAN En los automóviles en que el motor va montado en la parte delantera y las ruedas motrices son las posteriores, se necesita de un eje para conectar el eje de salida de la caja de cambios al conjunto diferencial para que las ruedas motrices giren. Este eje recibe nombre de cardan. Para el diseño de este componente hay que considerar 2 factores importantes como son:- El motor y la caja de cambios se encuentran unidos más o menos rígidamente al bastidor del vehículo.- E l p u e n t e t r a s e r o s e e n c u e n t r a u n i d o a l b a s t i d o r d e l v e h í c u l o p o r m e d i o d e r e s o r t e s . Cuando las ruedas posteriores encuentran alguna irregularidad en el camino, los resortes se comprimen o expanden, esto hace variar el ángulo de transmisión entre el eje de salida de la c a j a d e c a m b i o s y e l c a r d a n . A d e m á s v a r í a l a d i s t a n c i a e n t r e l a c a j a d e c a m b i o s y e l diferencial. Para que el cardán pueda absorber esta variación de longitud es que se n e c e s i t a incorporar una junta deslizante. El eje cardán no es otra cosa que un tubo hueco con juntas universales tipo cruceta en ambos extremos y en algunas aplicaciones cuando es muy largo se coloca otra en el centro para disminuir el ángulo formado y reducir la vibración.

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TIPOS DE TRANSMISIÓN -Motor delantero y tracción Sus ruedas delanteras son motrices y directrices y no posee árbol de transmisión. Este sistema es muy empleado en turismos de pequeña y mediana potencia.

Tren de fuerza

El tren de fuerza es la parte mas importante del automóvil y es el encargado de convertir la energía del combustible en movimiento de los neumáticos para impulsarlo, puede ser de diversas arquitecturas de acuerdo al propósito a que se le destine al vehículo.

Esquema clásico utilizado en los camiones ligeros y medianos así como en algunos coches de turismo, fue hasta los años 70 casi universalmente utilizado por la mayoría de los autos con motor delantero.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Esquema de la mayoría de los coches de turismo a partir de los años 80s, el motor es transversal al vehículo y toda la transmisión es un solo conjunto del cual salen los ejes motrices a las ruedas delanteras y directrices al mismo tiempo. Tiene sus ventajas pero la durabilidad es menor que el clásico. Este esquema es típico de los automóviles 4x4, tiene adicionalmente una caja de reenvío que introduce mas reducción en la transmisión (mas fuerza) y además divide el movimiento a los dos ejes del vehículo. Generalmente el puente delantero puede hacer tracción o no, a voluntad del conductor Este esquema es utilizado por camiones todo terreno y militares. Todos los ejes son motrices por lo que la capacidad de remolque es muy grande y pueden sortear grandes obstáculos. Es típico de los camiones que extraen maderas. Es el caso típico del automóvil ligero de motor detrás, en él hay un conjunto de caja de velocidades y diferencial, del cual salen los ejes motrices directamente a las ruedas traseras.

Este esquema es utilizado en algunos ómnibus grandes ya que dada la longitud, permite colocar el motor entre los ejes delantero y trasero. También se usa el motor detrás del puente motriz con el mismo esquema, claro está, invertido.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL La transmisión en los automóviles El tipo de transmisión que tiene un automóvil depende de factores como la posición del motor y del eje o ejes que reciban la transmisión motriz. Si el eje delantero es el que recibe la transmisión de movimiento, se denomina «tracción delantera», mientras que si es el eje trasero, se denomina «propulsión o tracción trasera». Si los dos ejes son motrices opcionalmente, o fijos, el vehículo se denomina de «propulsión o tracción total», o lo que comúnmente llamamos 4x4. Las combinaciones entre motor y ejes motrices configurarán el tipo de transmisión. Los elementos de la transmisión para las distintas configuraciones emplean los mismos principios de funcionamiento pero en su construcción serán distintos. Motor delantero y propulsión trasera La configuración de transmisión más empleada durante mucho tiempo ha sido motor delantero longitudinal y propulsión trasera. La cadena cinemática sigue el movimiento desde el motor pasando por el embrague, caja de cambios, árbol de transmisión, grupo cónico y diferencial, y palieres o semiárboles de transmisión, hasta llegar a las ruedas. Motor trasero y propulsión trasera La posición del motor puede ser longitudinal o transversal y la cadena cinemática de transmisión de movimiento se realiza desde el motor pasando por el embrague, caja de cambios y diferencial, que forman un conjunto, y los árboles de transmisión. Motor delantero y tracción delantera Motor delantero y tracción delantera es una configuración que se utiliza en automóviles de mediana cilindrada. Elimina elementos mecánicos como el árbol de transmisión y permite agrupar la caja de cambios, el grupo cónico y el diferencial en un solo conjunto. Motor delantero o trasero y tracción total o 4x4 La tracción total o a las cuatro ruedas (4x4) es capaz de repartir el par de giro del motor a las cuatro ruedas. Soluciona los inconvenientes de la tracción delantera y de la propulsión trasera repartiendo por igual o en diferentes proporciones el porcentaje de transmisión entre ejes.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CONCLUSIÓN. La transmisión del movimiento de giro del eje de salida de la caja de cambios hasta las ruedas se realiza a través de los árboles de transmisión y el diferencial. Los de tracción delantera y los de tracción trasera; es decir, los que sus ruedas motrices son las delanteras y los que son las traseras. A lo largo de la historia del automóvil se ha ido evolucionando y se ha pasado de la transmisión trasera (primero con el motor también trasero y luego con el motor delantero) a la delantera, que es ampliamente utilizada por los fabricantes en sus vehículos de pequeño y mediano tamaño, ya que el motor y la transmisión delantera ofrecen un mayor espacio aprovechable y un mejor comportamiento para el conductor habitual. Los problemas de los coches con la tracción delantera, proviene precisamente de la transmisión, aunque afortunadamente hoy en día la tecnología de engranajes y juntas homocinéticas ha superado los todos estos problemas. Árbol de transmisión La transmisión del movimiento de rotación desde el eje de salida de la caja de velocidades hasta las ruedas motrices se realiza mediante unos ejes de acero llamados transmisiones. En los vehículos de tracción delantera, el eje de salida de las cajas de cambios transversales termina en un piñón cónico que da movimiento al diferencial que va integrado en la misma caja de velocidades. Con esta disposición, el movimiento se transmite directamente a las ruedas con dos palieres de acero. En cambio, en los vehículos con tracción trasera el grupo del diferencial se encuentra en el puente trasero. Para transmitir el movimiento de giro del eje de la caja de velocidades al grupo diferencial se usa un eje de acero hueco llamado árbol de transmisión.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Como ya sabemos, la caja de velocidades va sujeta al motor y al chasis a través de fijaciones flexibles, y el puente trasero va fijado al chasis a través de la suspensión. Las posibles irregularidades que pueda haber en el terreno por el que se circula hacen que el puente trasero oscile hacia arriba o abajo mientras que la caja de cambios permanece rígida. Debido a este fenómeno, el árbol de transmisión debe de ser flexible. Dicha flexibilidad se logra montando dos juntas cardan en su extremos y, en caso de que la distancia entre la caja de velocidades y el puente trasero sea excesiva se parte en dos el árbol de transmisión que se unen entre sí por medio de otra junta cardan. El árbol de transmisión está sometido a grandes esfuerzos de torsión y de flexión. Sufre una gran torsión debido a que debe transmitir todo el par del motor a las ruedas y vencer el par resistente, que es mayor cuanto más pese el vehículo en cuestión. Debido a esto es muy importante el tipo de material empleado para construir los árboles de transmisión, que generalmente suelen ser de acero. Los esfuerzos de flexión son consecuencia de la inercia de giro del propio árbol que tiende a producir un pandeo al que se opone la propia resistencia del material. Para evitar al máximo este pandeo los árboles de transmisión se fabrican huecos para reducir su peso al máximo y así, reducir los esfuerzos de flexión. BIBLIOGRAFÍA.

descripcion_general.tren motriz.pdf.url

Tren de fuerza de un automóvil.url

flechas cardan.url

TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS A LAS RUEDAS.url

Conocimientos Básicos del Automóvil.url

llantas y su adherencia.url

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