DIFERENCIAL EN CAMIONES

TREN DE CARDAN

JUNTA HOMOCINETICA

Integrantes:

Deiver Pérez Mat. 17933

Pedro Sanchez Mat 18638

Junio 2013

EJE TRASERO DIFERENCIAL

Como su nombre lo dice, transmitir el giro del motor de la mejor manera

posible y de modo diferente a cada una de las ruedas motrices, permitir salir de la

inercia cuando la maquina esta detenida, cuando el motor solo puede aportar un

mínimo torque (caja mecánica), vencer grandes obstáculos geográficos empujando

la maquina cuando va de subida o frenando cuando esta bajando, lograr de manera

sostenida altas velocidades de crucero, permitir doblar sin que se estropeo ningún

mecanismo de tracción, muchas otras funciones.

Los puentes traseros son del tipo flotante, algunos con dos reducciones y una

sola velocidad; la reducción final se consigue en dos fases, la primera mediante un

conjunto de engranajes cónico espirales denominados piñón / corona, la segunda a

través de engranajes epicíclicos de reducción en los cubos reductores de las masas

de las ruedas traseras, proporcionando ambos sistemas la reducción total del

puente posterior.

Son muy resistentes, pueden ser de chapa embutida de acero especial, soldado,

con una caja central que le proporciona una resistencia máxima a la flexión. En la

caja central se aloja el grupo diferencial. Una configuración ideal es aquella de

doble reducción, esta le proporciona notables beneficios. Cuando así ocurre, la

reducción en el grupo diferencial es baja. La corona es de pequeño diámetro, bien

soportada, expuesta a mínimas deformaciones, en tanto que el piñón es grande y

soportado por robustos rodamientos de rodillos cónicos sobre un eje de gran

diámetro.

El pequeño tamaño del conjunto de engranajes requiere de un alojamiento

relativamente pequeño, con lo que es posible disponer de una altura máxima entre

el suelo y la armazón del puente favorable a condiciones de camino severo. Por

otra parte esta baja reducción del grupo permite a los semiejes (palier) trabajar en

condiciones muy favorables, puesto que el par transmitido es inferior o no muy

superior al doble del correspondiente al del cambio de velocidad empleado.

La última reducción se lleva a cabo en los extremos de los ejes, en una caja de

planetarios que se aloja en el extremo del cubo de rueda:

Ej... Reducción del piñón corona

2,5: 1, reducción final en el cubo de rueda 3,66:1, total de la reducción del eje

trasero es igual a 6,16: 1

En un puente de diseño normal, la carga del eje palier es de cinco a nueve veces

mayor al del cambio de velocidad utilizado.

Hay 2 tipos de fallas en los engranajes, las más comunes:

A.- Ruptura de dientes por esfuerzos de flexión.

B.- Picaduras de dientes debido a esfuerzos superficiales y fatiga del lubricante.

La falla por ruptura de dientes es catastrófica (flexión) ya que por lo general la

ruptura de un diente deshabilita la maquina.

La falla por picaduras llega gradualmente y da una advertencia audible

(predictiva), de ser posible se pueden revisar los dientes sin desarmar demasiado

el equipo. Los engranajes pueden seguir operando durante cierto tiempo después

de que se inicie la picadura antes de tener que reemplazar los totalmente.

Ambos modos de falla son fallas por fatiga debido a esfuerzos repetidos de los

dientes individuales conforme entran y salen del acoplamiento. Una geometría

adecuada del diente es vital para la operación y vida de los engranajes dado el

perfil de los dientes.

Pruebas extensas de materiales para fabricar engranajes bajo situaciones de

carga real, en combinación con años de experiencia acumulada por los fabricantes

han resultado en un conjunto de ecuaciones probadas para el calculo tanto de los

esfuerzos como de la resistencia a la fatiga por flexión y superficial de los

engranajes.

Llegado el momento de una mantención debido a uso prolongado, esta debe ser

al menor costo posible, debe involucrar aspectos de los rodamientos, lainas de

ajuste, golillas espaciadoras.

BREVE DESCRIPCION DE LA TRANSMISION EN UN AUTO DE

TRACCION TRASERA

El motor funciona y entrega su potencia mediante un movimiento rotativo en el

cigüeñal. Ese giro del motor es el que se aprovecha para transmitirlo a las ruedas

de un auto y hacer que el mismo se mueva. Desde la salida del motor (cigüeñal),

hasta llegar a las ruedas, el movimiento "pasa" por los elementos que permiten

transmitirlo:

• Embrague

• Caja de cambios

• Cardan

• Diferencial

• Palieres

A todo este conjunto se lo denomina TRANSMISION

.

VELOCIDAD DE ROTACION: Necesidad de reducirla, el movimiento desde el

cigüeñal no se debe transmitir directamente a las ruedas.

La potencia de un motor aumenta con el número de rpm hasta que se alcanza lo

que se llama "velocidad de régimen".

Si un auto vá por un camino horizontal a la máxima velocidad que le permite

su motor, al abordar una subida no podrá subirla a la misma velocidad que en el

llano, ya que el esfuerzo de subir la pendiente absorberá parte de la potencia del

motor. Las resistencias al avance que se presentan, pueden terminar por consumir

toda la potencia de un motor. Y eso es lo que ocurriría si desde el cigüeñal

directamente se transmitiera su movimiento a las ruedas traseras, pues las

resistencias que éstas sufren se aplicarían directamente a frenar el giro de aquel.

Mediante los mecanismos de la caja de velocidades y de corona-piñon del

diferencial, la rotación del cigüeñal se transmite a las ruedas de tal forma que,

cuando el auto vá despacio porque el motor agota su fuerza (ej.: en una subida), es

posible alterar la transmisión (bajando un cambio) para lograr que aún yendo

despacio el auto, su motor vuelva a girar rápido dando la potencia necesaria para

subir. Es por esto que se utilizan en el auto sistemas de transmisión- reducción por

medio de engranajes.

En la caja de cambios hay un grupo de reducción y en el diferencial, otro.

PRIMERA ETAPA EN LA REDUCCION: Caja de cambios

Tomaremos como ejemplo un vehiculo Ford determinado. Su caja de cambios

tiene cuatro marchas, y está definida por las relaciones entre sus engranajes.

Por ejemplo una de las cajas de Ford posee las siguientes relaciones

• 1º marcha 3,11:1

• 2º marcha 2,20:1

• 3º marcha 1,47:1

• 4º marcha 1:1

Dependerá de la marcha en la que avance el auto, el lograr las diferentes

reducciones

En primera marcha el motor gira 3,11 veces para lograr un giro a la salida de la

caja. Por eso se la denomina relación 3,11 a 1. En este caso en la caja se produce

una importante reducción. Con esto se logra fuerza y no velocidad. Por eso se usa

la primera marcha para arrancar ó en una subida.

En segunda marcha el motor gira 2,20 veces para lograr un giro a la salida de

la caja. Por eso se la denomina relación 2,20 a 1

En tercera marcha el motor gira 1,47 veces para lograr un giro a la salida de la

caja. Por eso se la denomina relación 1,47 a 1

En cuarta marcha el motor gira 1 vez para lograr un giro a la salida de la caja.

Por eso se la denomina relación 1 a 1. Como puede verse la cuarta marcha es

directa, o sea tiene relación 1:1. Quiere decir que por cada giro del motor, a la

salida de la caja hay tambien un giro de motor. No hay reducción allí. Todo lo que

gire el motor se transmite a la salida de la caja. Poca fuerza y mucha velocidad.

SEGUNDA ETAPA EN LA REDUCCION: El diferencial

La salida de la caja de cambios se comunica con el diferencial a través de un

eje llamado cardan. No hay reducción de velocidades de giro apreciables aquí. Al

llegar el movimiento de rotación del cardan al diferencial, se produce la segunda

reducción. Y ocurre a través del conjunto Corona-Piñón del diferencial.

En los diferenciales hay tambien engranajes que cumplen esa función llamados

Corona y Piñón.

RELACION DE DIFERENCIAL:

De la división entre la cantidad de dientes de la corona y el piñón surge lo que

se conoce como Relación de Diferencial expresada por un número referido a la

unidad.

Por ejemplo si la corona tiene 46 dientes y el piñón tiene 13 dientes, diremos que

la relación es de 3,54 a 1 (aunque en realidad la división dá 3,538, por redondeo se

dice directamente 3,54). Esto quiere decir que por cada 3,54 giros que "trae" el

cardan hasta allí, a las ruedas llega solo 1 giro.

Por eso se dice 3,54 a 1,

TREN CARDAN

El cardán es un componente mecánico, descrito por primera vez por Girolamo

Cardano, que permite unir dos ejes que giran en ángulo uno respecto del otro. Su

objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese

ángulo. En los vehículos de motor se suele utilizar como parte del árbol de

transmisión, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del

vehículo hacía las ruedas trasera. El principal problema que genera el cardán es

que, por su configuración, el eje al que se le transmite el movimiento no gira a

velocidad angular constante.

En la actualidad, la configuración más común en los automóviles es el motor

delantero transversal con tracción delantera. En esta configuración, así como en

otras en que el motor se ubica cerca de las ruedas motrices, no se utiliza el cardán.

En estos casos la fuerza se transmite típicamente mediante semiejes y juntas

homocinéticas.

El cardán es fácilmente observable en camiones por tu tamaño abultado, en los

que el árbol de transmisión se observa como una larga pieza de metal que rota

sobre sí misma cuando el vehículo está en marcha. Está ubicada

longitudinalmente entre el motor y el tren trasero donde están montadas las

ruedas, pudiéndose observar un cardán típicamente en el acople con el diferencial

o a la salida de la caja de cambios. 

El cardan en si, es el eje que transmite el torque que sale de la caja de cambios

hacia el diferencial, y desde el diferencial se transmite la potencia hacia las

ruedas. Aquí es donde se da la diferencia de un auto con la moto, ya que en los

autos, desde el diferencial se transmite el torque hacia las ruedas mediante

palieres, mientras que en las motos no hay palieres y directamente sobre el

“diferencial” se posa la rueda.

JUNTAS HOMOCINETICAS

El significado de la palabra homocinética es: velocidad constante, es decir, el

trabajo de las juntas homocinéticas es transmitir la fuerza y el movimiento del

motor a las ruedas, de forma constante, permitiendo los movimientos de la

suspensión y la dirección. Funcionan igual que la cadena en una bicicleta, que

transmite el movimiento de los pedales hasta la rueda trasera.

Su principal característica es que esta transmisión se hace constantemente sin

importar que haya cambios en la orientación de la rueda para poder cruzar en las

curvas.

Normalmente van ubicadas en la parte delantera del auto y siempre van en

pareja, es decir, una a la rueda derecha y otra a la rueda izquierda.

Cuando es necesario trasmitir movimiento entre dos árboles concéntricos pero

desviados angularmente se utilizan acoplamientos especiales, uno de ellos,

utilizado con mucha frecuencia, es el cardán, no obstante, los cardanes tienen el

inconveniente de que la velocidad angular del árbol arrastrado no es constante

aunque lo sea la del árbol transmisor, por lo que la trasmisión no es homocinética;

que significa de igual velocidad.

Para lograr la igualdad entre las velocidades instantáneas de los árboles arrastrado y

transmisor se acude a otros tipos de acoplamiento que si son homocinéticos.

La primera posibilidad de lograr una junta homocinética es utilizando un

cardán doble como se muestra en la figura 1.

Figura 1

En este caso, los cambios instantáneos de la velocidad angular de uno de los

cardanes y trasmitidos al cuerpo común, son compensados en sentido contrario

por el otro, de manera que las velocidades angulares instantáneas de los árboles

de entrada y salida son iguales en todo momento.

Este acoplamiento simple, robusto y durable se usa en ocasiones para la

trasmisión de la potencia en los puentes motrices de palieres desnudos en los

automóviles, pero tienen el inconveniente de que su longitud es relativamente

grande y cuando el espacio es muy reducido no son utilizables.

También otro inconveniente de este tipo de unión es que no permiten movimiento

axial relativo entre los árboles transmisor y trasmitido, por lo que si esta

condición es necesaria en el trabajo, hay que dotar al sistema con algún

acoplamiento desplazable intermedio que permita el cambio de longitud.

Otra junta homocinética es la que se muestra en el esquema típico de la figura

2, este tipo de junta es la mas universalmente utilizada en los vehículos ligeros de

tracción delantera y palieres desnudos.

Figura 2

Observe que 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. Todas estas partes están construídas de acero endurecido para aumentar su

durabilidad.

Con esta construcción los árboles pueden adquirir una posición angular tal y

como se muestra mientras la trasmisión es de igual velocidad, es decir

homocinética.

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. Cabe aclarar aquí, que este

no es el único diseño de juntas homocinéticas, pero esta es la "mas típica".

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 suerte de acordeón de goma, cuya

durabilidad en una parte de los casos es relativamente corta. En la figura 3 se

muestra una vista real seccionada de una de estas uniones para apreciar el interior,

y en la figura 4, otra con mas detalle: observe el estriado interior de uno de los

cuerpos para introducir uno de los árboles, y el exterior en el otro para acoplar la

carga.

Figura 3 Figura 4

Por último, en la figura 5 una vista real de un palier de automóvil, note el

protector de goma de ambas uniones homocinéticas.

Figura 5

Las juntas homocinéticas actúan cuando el vehículo gira, al caer en un hueco o

golpea sobre el pavimento, ya que las condiciones de giro de los ejes se alteran, y

cada rueda se mueve de manera independiente. Al desplazarse hacia arriba y hacia

abajo, los movimientos de la suspensión también obligan a las juntas y a los ejes a

alargarse o achicarse, moviéndolos hacia adentro o hacia afuera de acuerdo a los

desniveles del terreno.

Comodidad

Son importantes debido a que son elementos de seguridad, además de

proporcionar comodidad y durabilidad a los vehículos. Ahora la mayoría de los

automóviles en todo el mundo están equipados con juntas homocinéticas. La

mayor parte de los automóviles poseen dos semiejes de transmisión

homocinéticos, cada uno con dos juntas, lo que da un total de cuatro articulaciones

o juntas por cada auto.

Las juntas se articulan siguiendo un movimiento hacia arriba y hacia abajo, al

acompañar los movimientos de la suspensión, al pasar por un bache, por ejemplo,

y se mueven hacia los lados, de acuerdo con los movimientos de dirección al

tomar una curva. Las juntas homocinéticas soportan condiciones severas de

funcionamiento. Por lo tanto, aunque parezca sencillo, el trabajo de las juntas

homocinéticas no lo es.

Partes

Las juntas están compuestas por una punta de eje, también llamada campana,

que está conectada al cubo de la rueda, a diferencia de la rótula. Dentro de la

campana hay un espacio donde encajan perfectamente seis esferas de acero. A

través de un anillo llamado jaula, se mantienen las esferas en el mismo plano, sin

que salgan de su lugar. Un anillo interno, también con seis pistas, es acoplado a

ellas. Este anillo está conectado al eje de transmisión, y así lleva el torque del

motor.

Diferencia con las crucetas

Las juntas homocinéticas son dos ejes conectados entre sí por medio de una

articulación que permite que ambos giren juntos y con la misma velocidad,

formando un ángulo máximo de 47° el uno con el otro. Las antiguas crucetas

tenían la misma función, pero los ángulos de sus articulaciones eran muy

limitados, lo que causaba vibraciones incómodas.

Siempre que gira el eje, la pista lo acompaña, moviendo con él las esferas que

harán que se mueva la campana. El movimiento de las esferas dentro de la

campana permite que la junta homocinética trabaje en ángulos.

La importancia de las juntas homocinéticas está en que dan al vehículo una

mayor flexibilidad en su desplazamiento, transmitiendo la fuerza del motor a las

ruedas manteniendo la velocidad y evitando vibraciones durante su manejo. En los

vehículos de tracción delantera no se utilizan cardanes y crucetas porque este

sistema genera vibraciones cíclicas cuando rota con un ángulo de desviación entre

ambos ejes mayor a unos pocos grados.

La geometría del sistema cardánico produce un cambio de velocidad entre el

eje que transmite la potencia y el eje transmitido, que depende del ángulo al cual

esté trabajando el sistema. Mientras mayor sea el ángulo entre los ejes mayor será

esta variación de velocidad.

Esto ocurre ya que el eje que transmite la velocidad mantendrá una velocidad

de giro (revoluciones por minuto) igual a la del motor, pero en cambio, debido a

la geometría en forma de cruz donde el eje transmitido está posesionado a 90

grados del eje transmisor, éste último se ve obligado a acelerar su velocidad

angular para luego desacelerarla alternativamente, 4 veces por cada vuelta

completa, de manera de mantener la misma cantidad de RPM, lo cual genera la

vibración que se mencionó al comienzo.

Ángulo de desviación

Esto no resulta una preocupación en los vehículos de tracción trasera porque el

ángulo de desviación entre el eje del cardán y el diferencial trasero se mantiene

constante y es muy parecido a 0 grados, además las crucetas ubicadas a los

extremos del sistema están posicionadas a 90 grados una de otra de manera de

cancelar el efecto de la vibración.

Por el contrario, en una vehículo de tracción delantera, las juntas que se

encuentran acopladas a las ruedas pueden verse obligadas a trabajar casi a 45

grados cuando las ruedas están totalmente cruzadas hacia alguno de los dos lados.

Esta diferencia entre centros de los ejes es demasiado para un sistema cardánico y

por eso es necesario el uso de sistemas homocinéticos o de velocidad constante.

A diferencia del sistema cardánico, la junta de velocidad constante mantiene la

velocidad de giro (revoluciones por minuto) en el eje transmitido exactamente

igual a la velocidad de giro del eje transmisor sin importar el ángulo al que se esté

trabajando.

CUIDADOS

• Las juntas homocinéticas vienen especificadas, para cada tipo de vehículo. Esto

significa que se debe tener cuidado al cambiarla por otra; 1/2 pulgada de

diferencia en el largo es suficiente para que ésta se salga de posición o se haga

difícil instalarla.

• El puente (cross member) en algunas ocasiones se agrieta; este hecho, con el

movimiento aleja o esfuerza el alcance de la flecha, dando como consecuencia que

ésta se salga de posición o se desconecte de la transmisión.

• En algunos vehículos, al remover las juntas homocinéticas, asegúrese de reponer

el aceite que se le cae. Algunas transmisiones automáticas usan diferencial con

lubricación independiente, que requieren reponer aceite, removiendo un tornillo

grande, ubicado exactamente en el centro de la tapa del diferencial (no caiga en la

falsa impresión, de que tratándose de un vehículo de tracción delantera, con

transmisión, de diferencial integrado, el aceite se surte por el mismo tubo de

alimentación).

BIBLIOGRAFIA

http://www.mantenimientomundial.com/sites/mm/notas/0608Diferencial-

Darwin.pdf

http://www.encarreraweb.com.ar/datos_tecnicos/transmisioncalculos.pdf

http://www.sabelotodo.org/automovil/homocinetica.html

http://www.clubmazdavenezuela.com/index.php/publicaciones/87-mecanicos/119-

lo-que-debemos-saber-sobre-las-juntas-homocineticas-tripoides

http://elpesaodelamoto.com/tutoriales/funcionamiento-del-cardan/

http://www.loscardanes.com/index.cfm?section_ID=What