02 Mecanica Basica Transmisiones - 4x4

Fiat Group Automobiles Spain, S.A. MECÁNICA BÁSICA DE LAS TRANSMISIONES Dpto. Formación

MECÁNICA BÁSICA DE LAS TRANSMISIONES

4 X 4

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Fiat Group Automobiles Spain, S.A.MECÁNICA BÁSICA DE LAS

TRANSMISIONES Dpto. Formación

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ÍNDICE

LA TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO DEL MOTOR A LAS RUEDAS .................................................................5 EMPUJE MOTRIZ DEL VEHÍCULO......................................................................................................................8 CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR ......................................................................................................................9 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR .....................................................................................................................10 TRANSMISIÓN DE LA POTENCIA A LAS RUEDAS .........................................................................................11

RESISTENCIA DEL VEHÍCULO AL MOVIMIENTO...............................................................................................12 FUERZA DE INERCIA Y MOMENTOS DE INERCIA .........................................................................................12 RESISTENCIA AL ARRASTRE ..........................................................................................................................13 RESISTENCIA DE LAS FRICCIONES INTERNAS............................................................................................14 RESISTENCIA AERODINÁMICA........................................................................................................................15 RESISTENCIA A LA MARCHA EN SUBIDA ......................................................................................................16 RENDIMIENTO DE LA TRANSMISIÓN..............................................................................................................17 POTENCIA NECESARIA PARA EL MOVIMIENTO............................................................................................18 CARACTERÍSTICAS DE LAS RUEDAS DENTADAS........................................................................................20 RUEDAS DENTADAS CILÍNDRICAS CON DIENTES HELICOIDALES............................................................21 TIPOS DE TRANSMISIÓN DE ENGRANAJES ..................................................................................................22 FUERZAS INTERCAMBIADAS ENTRE LOS DIENTES ....................................................................................25 CICLO DE MECANIZADO DE ENGRANAJES...................................................................................................27 TREN DE ENGRANAJES ...................................................................................................................................29 TRENES DE ENGRANAJES EPICICLOIDALES................................................................................................31 RELACIÓN DE TRANSMISIÓN..........................................................................................................................32

RODAMIENTOS .....................................................................................................................................................33 CRITERIOS DE ELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS .....................................................................................35 OTROS TIPOS DE CARGAS..............................................................................................................................39 JUEGOS..............................................................................................................................................................41 BLOQUEO DE LOS RODAMIENTOS.................................................................................................................42 MONTAJE DE RODAMIENTOS RADIALES - AXIALES ....................................................................................43 LUBRICACIÓN DE LOS RODAMIENTOS..........................................................................................................45 TIPOS DE GRASAS............................................................................................................................................47 ELECCIÓN DE LA GRASA .................................................................................................................................48

VOLANTE ...............................................................................................................................................................51 EMBRAGUE............................................................................................................................................................51 CAMBIO ..................................................................................................................................................................52 EJE DE TRANSMISIÓN .........................................................................................................................................53 JUNTAS ..................................................................................................................................................................54 PUENTE DELANTERO ..........................................................................................................................................58 COMPONENTES DEL PUENTE DELANTERO .....................................................................................................59 PUENTE TRASERO ...............................................................................................................................................64 LOS DIFERENCIALES BLOQUEABLES................................................................................................................78

Junta viscosa (Ferguson) ....................................................................................................................................79 Diferencial Torsen Q2 .........................................................................................................................................83

LA TRACCIÓN INTEGRAL: RESEÑA HISTÓRICA ...............................................................................................94 TRACCIÓN DELANTERA, TRASERA, INTEGRAL ...............................................................................................96

Tracción delantera...............................................................................................................................................97 Tracción trasera...................................................................................................................................................99 Tracción integral ................................................................................................................................................101 Tracción integral activable y permanente .........................................................................................................103

DIFERENCIALES ABIERTOS ..............................................................................................................................104 Diferencial abierto (open) ..................................................................................................................................104 Marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia................................................................................107

UTILIZACIÓN DE LOS DIFERENCIALES BLOQUEABLES................................................................................110 DIFERENCIALES TORSEN .................................................................................................................................117




Torsen A ........................................................................................................................................................... 118 Torsen B ........................................................................................................................................................... 124 Torsen C ........................................................................................................................................................... 125

APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA ................................................................................................................. 130 Aplicación de la electrónica .............................................................................................................................. 130 Embragues Haldex ........................................................................................................................................... 131

ESQUEMAS DE TRACCIONES INTEGRALES .................................................................................................. 132 NUEVO PANDA 4X4............................................................................................................................................ 142

Generalidades ................................................................................................................................................ 142 Par motriz y adherencia ................................................................................................................................ 143 La tracción integral......................................................................................................................................... 146 Tracción integral permanente....................................................................................................................... 148 Tracción integral activable ............................................................................................................................ 148 Transmisión del movimiento......................................................................................................................... 148 Toma de fuerza y grupo de reenvío ................................................................................................................. 149 Eje de transmisión.......................................................................................................................................... 150 Junta viscosa .................................................................................................................................................... 150 Diferencial trasero .......................................................................................................................................... 153 Sistema antibloqueo en desaceleración (MSR) ............................................................................................... 154 Conjunto de tracción integral panda 4x4 .......................................................................................................... 154 Descripción ....................................................................................................................................................... 154 Conjunto diferencial delantero y par cónico (PTU)........................................................................................... 155

FIAT SEDICI......................................................................................................................................................... 156 Cambio.............................................................................................................................................................. 157 Grupo de reenvío.............................................................................................................................................. 157 Eje de transmisión ............................................................................................................................................ 158 Junta electromagnética..................................................................................................................................... 158 Diferencial trasero............................................................................................................................................. 159 Dinámica del vehículo....................................................................................................................................... 159

FIAT SEDICI GESTIÓN ELECTRÓNICA 4WD.................................................................................................... 160 Descripción general .......................................................................................................................................... 160 Esquema del circuito ........................................................................................................................................ 162 Conector de la centralita electrónica del Nodo 4WD........................................................................................ 163 Acceso al conmutador (interruptor) de mando ................................................................................................. 164 Control de funcionamiento - verificación Interruptor 2WD/4WD....................................................................... 164 Control de funcionamiento del sensor de temperatura interna de la junta....................................................... 164 Funcionamiento del interruptor 2WD/4WD....................................................................................................... 165 Modalidad de tracción....................................................................................................................................... 166 Funcionamiento del indicador AUTO/LOCK..................................................................................................... 166 Funcionamiento del EMCD............................................................................................................................... 167 Señales de entrada y de salida ........................................................................................................................ 168 Características del EMCD ................................................................................................................................ 169 Regulación de la corriente máxima .................................................................................................................. 169 Diagnosis instrumental. .................................................................................................................................... 170

TRACCIÓN INTEGRAL ALFA 156 CROSSWAGON Q4 Y ALFA 156 SPORTWAGON Q4............................... 172 Descripción ....................................................................................................................................................... 173 Porcentaje de bloqueo y distribución del par eje delantero / trasero ............................................................... 177 Tiro.................................................................................................................................................................... 178 Liberado............................................................................................................................................................ 179 Funcionamiento del diferencial epicicloidal Torsen tipo C ............................................................................... 180 Grupo diferencial delantero y par cónico (PTU, Power Trasmission Unit)....................................................... 181 Revisión del grupo diferencial delantero y par cónico (PTU, Power Trasmission Unit) ................................... 182 Torque tube ...................................................................................................................................................... 184 Grupo par cónico y diferencial trasero (RDA, Rear Differential Axel) .............................................................. 184 Revisión conjunto par cónico y diferencial trasero (RDA, Rear Differential Axel)............................................ 185

DIAGNOSIS DE LOS INCONVENIENTES.......................................................................................................... 186



NEUMÁTICOS Y ALINEACIÓN DE RUEDAS......................................................................................................191 LA RUEDA.........................................................................................................................................................191 EL NEUMÁTICO................................................................................................................................................192

LA TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO DEL MOTOR A LAS RUEDAS PREMISA: el movimiento del vehículo se basa en el impulso en el eje de las ruedas motrices generado por la adherencia de las mismas al piso. Dicho impulso, en las marchas hacia adelante o en la marcha atrás, es el resultado de las acciones que se desarrollan entre la rueda y la carretera según el sentido del par motriz en las ruedas En el caso de los automóviles, las ruedas motrices pertenecen al mismo eje y están dispuestas de manera simétrica con respecto al plano de simetría del vehículo. El empuje resultante en el vehículo debe estar aplicado en el plano medio, en caso contrario, se exigirían al conductor acciones correctivas en la conducción. La acción motriz debe estar equitativamente repartida en las dos ruedas motrices del mismo eje. LA “TRANSMISIÓN”: el concepto de transmisión representa al conjunto de los órganos y de los sistemas que tienen el objetivo de transmitir del motor a las ruedas el par motriz necesario para el movimiento del vehículo. En la práctica, se trata de órganos, conectados entre sí, capaces de transmitir el par motriz a las ruedas en función de las condiciones de marcha y de las características del motor. En el caso de un vehículo con motor delantero y tracción delantera, los órganos de transmisión, empezando por el motor, son:

• embrague de fricción; • cambio de velocidades; • diferencial; • semiejes (o semiárboles); • cubos de las ruedas.



En el caso de un vehículo con motor delantero y tracción trasera, los órganos de la transmisión, empezando por el motor, son:

• embrague de fricción; • cambio de velocidades; • juntas elásticas o de cardán; • eje de transmisión; • par cónico de reducción; • diferencial; • semiejes (o semiárboles); • cubos de las ruedas.




EMPUJE MOTRIZ DEL VEHÍCULO

Para mover el vehículo es preciso vencer un conjunto de resistencias variables en tipología e intensidad. En la práctica, para poner un vehículo en movimiento, partiendo de su estado de detención, se encuentran las principales resistencias al movimiento que siguen :

• fuerzas y momentos de inercia; • resistencia al arrastre; • resistencia de fricciones internas; • resistencia aerodinámica;


• resistencia debida a pendientes de la carretera. La fuerte incidencia de la variabilidad de estas resistencias durante el movimiento de un vehículo se traduce en la exigencia de transmitir a las ruedas un par motriz de intensidad variable en el tiempo, según las necesidades del conjunto de las fuerzas resistentes. Las condiciones límites del empuje motriz de un vehículo dependen principalmente del coeficiente de adherencia de las ruedas motrices. Naturalmente que el sistema motor – transmisión debe ser capaz de utilizar la adherencia disponible en las ruedas.


CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR

Las prestaciones del motor se miden mediante pruebas en el banco con funcionamiento en todo su campo de utilización. Los resultados de dichas pruebas están representados por las curvas características, obtenidas con plena carga en función del número de revoluciones, del par motriz, de la potencia y del consumo específico. Las curvas de potencia y de par ilustradas se obtienen con motor rodado (50 horas de funcionamiento) sin ventilador, con silenciador de escape y filtro de aire, a nivel del mar.




FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR

A. área positiva de la potencia motriz;

B. área negativa de la potencia de frenos.

En las curvas características del motor se distinguen cuatro situaciones especiales:

1. el funcionamiento en ralentí, es decir, cuando el motor eroga la suficiente potencia para controlar los accesorios;

2. funcionamiento con par máximo, generalmente esta condición corresponde al campo de funcionamiento con mayor rendimiento energético;

3. funcionamiento con máxima potencia, corresponde a las mejores prestaciones de conjunto y en especial de velocidad;


4. funcionamiento con el máximo número de revoluciones, está caracterizado por el inicio de la caída de las prestaciones en términos de potencia y sobre todo de rendimiento, por lo cual no es conveniente sobrepasar dicho límite.


TRANSMISIÓN DE LA POTENCIA A LAS RUEDAS

i representa en % la pendiente de la carretera; D representa la máxima velocidad prevista, con una pendiente de 0% de la carretera. El principal método de regulación de la potencia transmitida a las ruedas se obtiene variando la carga del motor, interviniendo en la posición del acelerador. A su vez, la transmisión, a través del cambio de velocidades, permite transmitir a las ruedas la máxima potencia disponible según los diferentes valores de velocidad del vehículo. Para tal fin son determinantes el número de las marchas y las respectivas relaciones de transmisión.


En la figura de arriba se comparan las distintas curvas de potencia transmisible obtenidas con las diferentes marchas hacia adelante del cambio de velocidades.



RESISTENCIA DEL VEHÍCULO AL MOVIMIENTO

FUERZA DE INERCIA Y MOMENTOS DE INERCIA

Para determinar las fuerzas de inercia durante el movimiento de aceleración o desaceleración participan todas las masas trasladadas por el vehículo, según la relación:

Fi = - m a [ N ] Las masas que sufren una aceleración (positiva o negativa) durante su movimiento de rotación alrededor de un eje, generan un par resistente obtenido del producto del momento de inercia I por la aceleración angular α:

Mi = - I α [ N m ]


En la figura se ilustra la aceleración máxima en función de la velocidad de un vehículo equipado con un cambio de velocidades de cuatro marchas hacia adelante.



RESISTENCIA AL ARRASTRE Considerando el vehículo en condiciones de movimiento uniforme, el arrastre del neumático sobre la carretera implica una resistencia total al movimiento, que depende principalmente del neumático y de las condiciones dinámicas que actúan en el mismo. Dicha resistencia asume la denominación de “resistencia al arrastre”, la misma se debe mayormente a la histéresis del material con que está fabricado el neumático y, en menor parte, a las resistencias de tipo aerodinámicas en la rueda, a los rozamientos (pequeños) que se verifican en la zona de adherencia entre neumático y carretera y a la fricción del perno. Este tipo de resistencia está presente en todas las ruedas y aumenta al crecer la deformación de las mismas en la carretera bajo la acción estática de la carga. Por lo tanto, aumentando la carga en los ejes de las ruedas aumenta tanto la adherencia como la resistencia al arrastre, como se verifica fácilmente al arrastrar un eje (carga / descarga) cuando las ruedas giran libres. En la práctica, la resistencia al arrastre se puede representar mediante la relación:

FR = - f Pi [ N ];

en donde: f es el coeficiente de fricción y se obtiene por vía experimental, depende de la presión de inflado, de la velocidad, del radio de la rueda, del área de contacto con el piso, del peso de la rueda, del tipo de estructura del neumático, del material que la constituye, de la naturaleza y condiciones de la carretera, etc. En especial, f aumenta con la velocidad, al comienzo muy lentamente pero, una vez alcanzados determinados valores de velocidad, aumenta muy rápidamente hasta el punto de llegar a no ser conveniente y, naturalmente, también peligrosa su utilización en este campo. Pi es la fuerza que actúa en el eje de la rueda.




RESISTENCIA DE LAS FRICCIONES INTERNAS Se consideran como resistencias debidas a las fricciones internas de los grupos o componentes que contienen los órganos móviles o también en movimiento relativo entre sí:

• engranajes; • pernos; • rodamientos; • etc.

Estas resistencias están presentes especialmente en los grupos de la transmisión (cambio, diferencial, etc.). Naturalmente que una correcta lubricación de estos órganos reduce estas resistencias, pero no las elimina. Las mismas dependen directamente de las cargas transmitidas, de la geometría de los componentes, de las tolerancias de acoplamiento, del montaje, del estado de desgaste, de los materiales, de la lubricación. Algunas soluciones técnicas tienden a reducir los valores de las resistencias de fricción, por ejemplo, adoptar rodamientos de rodadura en vez lugar de los de fricción. El principal modo de reducir las resistencias de fricción es adoptar y mantener las condiciones de lubricación apropiadas, seleccionando el tipo de aceite, con controles regulares y periódicos; son importantes además los controles de las condiciones de desgaste de los componentes para poder realizar mantenimiento preventivo o según la condición. En la práctica se busca mantener al mínimo los valores de los coeficientes de fricción evitando el contacto directo y el rozamiento de los diferentes 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 del lubricante usado, etc.


RESISTENCIA AERODINÁMICA

Una influencia importante para determinar las características de la transmisión es la resistencia aerodinámica del vehículo. En la práctica es la fuerza directa según la velocidad relativa del fluido con respecto al cuerpo del vehículo que se opone al movimiento. Depende de la fricción del fluido, de la superficie del volumen y de la forma exterior de la envolvente inmersa en el fluido. La viscosidad del fluido permite a una capa muy pequeña adherirse a la envolvente del cuerpo, las otras capas a poca distancia tienen una velocidad que aumenta rápidamente. Las mayores resistencias derivan de las llamadas estelas de vórtices, verdaderos movimientos turbulentos de fluido. La influencia de la velocidad relativa del fluido con respecto al vehículo sigue la ley del cuadrado, esto es, duplicando la velocidad la resistencia se cuadruplica.


Esto es importante, cuando para el vehículo están previstas velocidades elevadas con superficie de forma frontal significativa.



RESISTENCIA A LA MARCHA EN SUBIDA

Las carreteras destinadas a la circulación de los vehículos no superan una pendiente del 10%. En la figura ilustrada se representa la resistencia a la marcha en subida aplicada en el baricentro G del vehículo. l es la distancia entre ejes; mg la fuerza del peso; α el ángulo que determina la pendiente de la carretera (i = tg α). La fuerza resistente al movimiento atribuible a la subida está representada por la componente de la fuerza peso a lo largo de la dirección del plano inclinado:

FR = - m g sen α [ N ]


La misma depende directamente de la masa y de la pendiente de la carretera, además, las condiciones de adherencia en las ruedas motrices deben garantizar la aplicación de una fuerza de empuje mayor que la resistencia de subida. De esto deriva el límite de pendiente máxima a superar que caracteriza cada vehículo homologado.



RENDIMIENTO DE LA TRANSMISIÓN El rendimiento de la transmisión dependerá en primer lugar del tipo de transmisión, por ejemplo, según el tipo de cambio de velocidades con el cual está equipada, por ej., mecánico, semiautomático, automático. En el caso de una transmisión mecánica con cambio de engranajes se puede afirmar que el rendimiento de la misma será muy elevado y su valor dependerá principalmente del tipo de ruedas dentadas, del sistema y las condiciones de lubricación, del montaje y de la velocidad de rotación. Los valores del rendimiento para los tipos de transmisiones más comunes pueden clasificarse en los siguientes casos:

• casos de vehículos con motor y tracción delanteros, transmisión con cambio con toma directa, η = 92%; con las otras marchas η = 87%;

• casos de vehículos con motor delantero y tracción trasera, transmisión con cambio con toma directa, η = 93%; En el caso de una transmisión con cambio automático con convertidor de par hidráulico, el rendimiento es difícil de valorar, en efecto, depende principalmente de los valores de deslizamiento entre la bomba y la turbina del convertidor. Una aplicación con el fin de aumentar el rendimiento de la transmisión es bloquear en coincidencia con valores bajos de deslizamiento, el convertidor de par transformándolo prácticamente en un acoplamiento rígido. En el caso de una transmisión con cambio automático con correas en las poleas de diámetro variable, el rendimiento es difícil de medir, en términos de comparación se puede afirmar que el mismo es más elevado en presencia de una sola correa.



POTENCIA NECESARIA PARA EL MOVIMIENTO

La potencia disponible para las ruedas motrices debe ser igual a la suma de las potencias disipadas por cada resistencia al movimiento del vehículo. En términos de prestaciones resulta fundamental el total del conjunto de características del sistema motor - transmisión - adherencia ruedas, que determina la curva de potencia disponible para las ruedas en función de la rotación del motor y de la marcha acoplada. En las figuras ilustradas están representados en orden: o la potencia del motor Pm y la potencia disponible para las ruedas Pd en función de la velocidad de rotación del motor ωm ; o la determinación de la relación de transmisión que permite alcanzar la velocidad máxima Vmáx, mediante la curva de la potencia necesaria para el movimiento Pn en correspondencia con una determinada pendiente i; o la determinación de la máxima pendiente a superar i, con una relación de transmisión determinada.



ENGRANAJES

Los grupos de la transmisión, como el cambio de velocidades y el diferencial, están compuestos por engranajes, por lo tanto, por ruedas dentadas. Las características de estas últimas determinan de manera unívoca el comportamiento de transmisión del grupo al que pertenecen. Por esa razón es preciso profundizar en el conocimiento de las principales tipologías y características de las ruedas dentadas.

Dos ruedas dentadas deben engranarse entre dientes que tengan las mismas características geométricas, de resistencia mecánica y dureza superficial para tener un desgaste uniforme. En cambio, es diferente la cantidad de dientes de las dos ruedas. Esto es para poder variar los parámetros de la potencia transmitida.




CARACTERÍSTICAS DE LAS RUEDAS DENTADAS El perfil del diente puede ser de diferentes tipos y realizado con diferentes grados de precisión en su proceso de fabricación. Esta característica influye en la duración, el ruido, el rendimiento de la transmisión, etc. La cantidad mínima de dientes de la rueda más pequeña representa el límite mínimo, por debajo del cual no se garantiza una transmisión regular (al menos dos dientes engranados). La dimensión del diente se determina por la fuerza máxima intercambiada entre los dientes engranados y el material que lo constituye. La elección de los materiales está determinada por las cargas en los dientes, por la importancia de la reducción de las dimensiones y por la cantidad 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.

RELACIÓN DE TRANSMISIÓN

La relación de transmisión entre dos ruedas dentadas acopladas está dada por la relación de la cantidad de dientes de las dos ruedas, de la cual se obtiene la relación de la cantidad de vueltas de los dos ejes respectivos. (n conducido / n conductor).


De esta manera, si se reduce el número de vueltas transmitidas, hay un aumento inversamente proporcional del par transmitido, en virtud del principio según el cual la potencia transmitida se mantiene constante.


RUEDAS DENTADAS CILÍNDRICAS CON DIENTES HELICOIDALES

La manera de aumentar la cantidad de dientes simultáneamente engranados es tener ruedas dentadas cilíndricas con dentado helicoidal. Esta condición mejora la distribución de las fuerzas intercambiadas entre los dientes de las ruedas acopladas, lo cual significa que con las mismas cargas se pueden utilizar ruedas más pequeñas ganando espacio y peso. Además, se reducen los golpes entre dientes gracias a un acceso más regular de los dientes a la zona de engranado con la ventaja del silencio y duración.


En cuanto a la relación de transmisión, de los materiales, etc., es válido lo ya dicho para las ruedas cilíndricas con dientes rectos.



TIPOS DE TRANSMISIÓN DE ENGRANAJES


Ruedas cilíndricas

Ruedas cónicas

Tornillo sin fin

ENGRANAJES

Cremallera



Recto

Helicoidal

Doble helicoidal

Espiral

EL DIENTE Y SU PERFIL

Hipoidal



Paralelos

Perpendiculares DISPOSICIÓN DE LOS EJES

Torcidos



FUERZAS INTERCAMBIADAS ENTRE LOS DIENTES La fuerza intercambiada entre dos dientes a lo largo del arco de engranado mantiene constante la recta de acción gracias al particular perfil del diente.

RUEDAS CILÍNDRICAS DE DIENTES RECTOS

En el caso de las ruedas dentadas cilíndricas de dientes rectos, la recta de acción (a) forma un ángulo de presión (θ) constante. La fuerza F intercambiada entre los dientes es la resultante de dos componentes: radial y tangencial El par de la rueda está dado por la componente tangencial Fu multiplicado por el radio de la circunferencia primitiva (rp1). Ambos componentes se descargan en los soportes del eje de la rueda.

RUEDAS CILÍNDRICAS CON DIENTES HELICOIDALES

En el caso de las ruedas dentadas cilíndricas con dientes helicoidales las componentes de la fuerza F son tres: tangencial Fu, axial Fa, radial Fr; el par se obtiene como en el caso anterior. Diferente es la carga sobre los soportes del eje, los cuales, en este caso, deben equilibrar también la fuerza axial para lo cual se necesitan rodamientos que puedan responder a las cargas axiales.




RUEDAS CILÍNDRICAS DOBLE HELICOIDALES

La rueda dentada cilíndrica doble helicoidal surge de la necesidad de equilibrar en la misma rueda los componentes axiales generados por las fuerzas intercambiadas entre los dientes. Así, las cargas sobre los soportes serán sólo radiales.

RUEDAS CÓNICAS

En la transmisión piñón-coronas del par cónico, aún en el caso más sencillo de los dientes rectos, la fuerza intercambiada entre los dientes P, descompuesta da lugar:

• a la componente tangencial F que determina con los radios de las primitivas los pares en los dos ejes; a la componente S que a su vez genera las componentes radiales y tangenciales que se descargan en los soportes de los ejes. Por lo tanto, los rodamientos deberán resistir también a los empujes axiales, cualquiera sea el tipo de diente de las ruedas cónicas del par.



TORNILLO SIN FIN

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 naturaleza de la componente axial para el tornillo sin fin requiere a los soportes que se apliquen rodamientos de empuje axial o robustos rodamientos axiales-radiales.

CICLO DE MECANIZADO DE ENGRANAJES MOLDEO: los engranajes se moldean en caliente y luego son sometidos a un tratamiento de recocido isotérmico. TORNEADO: operación necesaria para determinar las dimensiones de circunferencia y apoyo del engranaje. En el orificio interior se deja un sobreespesor para poder rectificarlo después del tratamiento. DENTADO: una máquina (dentadora) realiza el corte con el formador de la rueda, ya sea para engranajes con dientes rectos o con dientes helicoidales. Se deja un sobreespesor para definir el diente. ACHAFLANADO: operación efectuada con una máquina de achaflanar para eliminar las rebabas de mecanizado del diente, como así también para crear el chaflán en el perfil. FRESADO Y PERFORADO: en todos los engranajes donde se necesita lubricación. RASPADO, DESBARBADO: mecanizado necesario para definir el diente. Si fuera necesario, el diente se rectifica. MONTAJE CON INTERFERENCIA: bajo la presión del anillo dentado sincronizador en el engranaje. RODADURA: realizada con soldadora láser o haz electrónico.


ROSCADO: en la superficie cónica del cono acoplador donde sea necesario.




TEMPLE SUPERFICIAL: tratamiento de endurecimiento y temple. RECTIFICACIÓN: orificio, enrases y cono. ESMERILADO: operación que se realiza en los engranajes de 1a y 2a velocidad. LAVADOS: en el ciclo del mecanizado, los lavados son una operación imprescindible para evitar incompatibilidad de refrigerantes durante el mecanizado, para evitar fisuras etc. durante la soldadura y, en el tratamiento térmico, para garantizar homogeneidad de penetración del tratamiento mismo. Una vez completo el ciclo de mecanizado, el lavado final garantiza una buena limpieza en el montaje interno del cambio.


TREN DE ENGRANAJES

Los trenes de engranajes son mecanismos constituidos por dos o más ruedas dentadas que se engranan entre sí con el fin de transmitir la potencia mecánica desde el eje de entrada al eje de salida del sistema, variando los valores de sus parámetros (par y número de revoluciones). El tren de engranajes se denominará reductor cuando el número de revoluciones del eje de salida del movimiento sea menor al del eje de entrada. En este caso, se obtiene una multiplicación del par de salida con respecto a la entrante. En el caso opuesto se denominará multiplicador. La relación de transmisión del tren de engranajes se obtiene del número de revoluciones del eje de entrada con respecto al de salida.

τ = ni / nu Cuando el sistema del tren de engranajes, es capaz de variar la relación de transmisión del conjunto (n relaciones de transmisión) mediante los correspondientes órganos de mando toma 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, en aquellos con eje fijo y satélites, es decir, aquellos que tienen ejes en rotación alrededor de otro eje del tren de engranajes).



RELACIÓN DE TRANSMISIÓN

El tren de engranajes de la figura está compuesto por: 4 ejes (cigüeñal en entrada, a y b intermedios, eje movido en salida); 6 ruedas dentadas, todas acopladas a los respectivos ejes. La relación de transmisión global del tren de engranajes se obtiene del producto de las relaciones de transmisión de los pares de ruedas dentadas engranadas.

τ = (n1 / n2) (n2 / n3) (n3 / n4) = n1 / n4 ;


τ = (Z1 / z1) (Z2 / z2) (Z3 / z3);


TRENES DE ENGRANAJES EPICICLOIDALES

Estos trenes de engranajes se caracterizan por la presencia de algunas ruedas dentadas (satélites) que son transportadas con sus ejes desde un elemento móvil (porta-tren), mientras que las otras ruedas con dientes externos o internos son de eje fijo (planetarios). En la figura se ilustran dos trenes de engranajes simples de este tipo de uso muy común, en el primero los dos planetarios son de dentado exterior; en el segundo, uno de los dos planetarios es de dentado interior y el otro de dentado exterior.


P: portatren; A: planetario (piñón); B: planetario (corona de dentado exterior); a: satélite; b: satélite;

⎤ A: velocidad angular rueda A; ⎤ B: velocidad angular rueda B; ⎤ : velocidad angular del portatren;



RELACIÓN DE TRANSMISIÓN Con este mecanismo son posibles distintas situaciones:

1. un cigüeñal, un conducido y un fijo; 2. un cigüeñal y dos conducidos; 3. dos cigüeñales y un conducido;

Considerando el caso 1), según el bloqueo del cigüeñal se tiene una relación de transmisión diferente entre los otros dos. En la siguiente figura está representado el caso más común, en el cual resulta bloqueado el planetario B.

Suponiendo dar al portatren una velocidad angular de - ⎤ el tren de engranajes se convertirá en ordinario. En este caso estaría detenido y los planetarios tendrían las velocidades angulares (⎤ A - ⎤) y (⎤B - ⎤). A continuación de esta consideración resulta fácil comprender la fórmula de Willis:

⎤ordinario = (⎤ A - ⎤) / (⎤A - ⎤);

que permite determinar la relación de transmisión del tren de engranajes

⎤ = (⎤A - ⎤) = 1 + (ZB - ZA);



RODAMIENTOS

Los rodamientos empleados para soportar los ejes y cubos de los órganos de la transmisión son rodamientos de rodadura. Cada tipo de rodamiento tendrá mayor o menor aptitud para alguna aplicación en particular según su conformación. Por lo tanto, la elección de los rodamientos se establece en base a las necesidades de aplicación: magnitud de las cargas, tipo de cargas, precisión de funcionamiento, silencio, posibilidad de orientación, 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, tanto estáticas como dinámicas, del sistema mecánico.


El montaje del rodamiento para un eje y su instalación en el soporte representa la realización de un vínculo.



TIPOS DE RODAMIENTOS


IMAGEN TIPO APLICACIÓN

RODAMIENTOS RADIALES DE BOLAS

RODAMIENTOS RADIALES DE RODILLOS

RODAMIENTOS AXIALES DE BOLAS

RODAMIENTOS AXIALES DE RODILLOS

RODAMIENTOS RADIALES - AXIALES DE RODILLOS GIRATORIOS


RODAMIENTOS ORIENTABLES DE RODILLOS CÓNICOS

CRITERIOS DE ELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS

ESPACIO DISPONIBLE


Generalmente el diámetro del orificio del rodamiento (nominal del eje) es un valor prefijado y que depende solamente de las características mecánicas del grupo. El diámetro exterior del rodamiento depende por lo tanto del tipo de rodamiento, en especial de: Tipo y dimensión de la rodadura; clase del rodamiento; presencia del anillo exterior. Naturalmente que el aumento de la magnitud de carga induce a la elección de rodamientos de mayores dimensiones de allí las dos exigencias: mayor resistencia y menores volúmenes resultan contrastantes. Cuando el espacio en sentido radial es limitado se utilizan los rodamientos de rodillos. Cuando el espacio es limitado en sentido axial se pueden usar algunos tipos de rodamientos con una corona de rodadura.



El mismo criterio se adopta para los rodamientos para cargas puramente axiales.

CARGAS RADIALES Y AXIALES


MAGNITUD DE LA CARGA El límite de resistencia de los elementos resistentes del rodamiento se encuentra en la presión específica debida al aplastamiento de los cuerpos. Por esta razón es muy importante el valor de la dureza de los elementos en contacto (rodaduras y pistas de los anillos). A igualdad entre límites de presión específica y de diámetro de la rodadura, se comprueba que los rodillos resisten a cargas más elevadas con respecto a las bolas.


DIRECCIÓN DE LA CARGA Un factor importante en la elección del tipo de rodamiento es la dirección de la carga desordenada según las direcciones radiales y axiales. Por ello los rodamientos se distinguen en: radiales; axiales - radiales; axiales.

CARGA AXIAL La carga axial puede ser contrabalanceada por rodamientos apropiados según el sentido de la carga o por rodamientos axiales capaces de responder en ambos sentidos. Por ejemplo, con este fin resulta muy interesante, para algunos cambios de velocidad, aplicar rodamientos de cuatro contactos de bolas. Para cargas axiales moderadas de altas velocidades se usan rodamientos axiales de bolas oblicuos de simple efecto o combinados. En ciertos casos se necesita aplicar rodamientos axiales orientables de rodillos orientables. Para cargas axiales moderadas que actúan en un solo sentido, son aptos los de tipo axiales de rodillos. Para fuertes cargas axiales alternadas se puede montarse uno junto a otro, dos rodamientos axiales de rodillos cilíndricos o dos axiales orientables de rodillos.




CARGAS COMBINADAS


La carga combinada está constituida por una componente radial y por una componente axial que actúan al mismo tiempo.

La capacidad de un rodamiento de resistir la parte axial de la carga está determinada por su ángulo de contacto ⟨. La capacidad de resistir las cargas axiales de los rodamientos radiales de bolas depende de su juego interno.

Los rodamientos de rodillos cilíndricos pueden resistir también las cargas axiales cuando presentan el anillo de apoyo.

Cuando predominan las cargas axiales, encuentran mejor aplicación los rodamientos oblicuos de cuatro contactos, los axiales orientables de rodillos y los de rodillos cilíndricos o cónicos cruzados.


OTROS TIPOS DE CARGAS

CARGA DE MOMENTO BASCULANTE En presencia de cargas excéntricas con respecto al rodamiento, se origina un momento basculante. Los rodamientos capaces de resistir a este peligroso tipo de carga son aquellos de doble corona (radiales u oblicuos de bolas) para cargas de magnitud moderada, los de rodillos cónicos contrapuestos con montaje en X o en O, para cargas elevadas.

DESALINEACIÓN En caso de ejes largos sujetos a flexión se genera entre el eje y el alojamiento una desalineación que, si está obstaculizada por el rodamiento, genera una imprevista sobrecarga para el mismo. En estos casos se adoptan rodamientos aptos para permitir pequeñas variaciones de inclinación del eje con respecto al alojamiento.




OTROS REQUISITOS PARA LA ELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS


PRECISIÓN Los rodamientos de precisión superior se aplican cuando se requiere una elevada precisión de trabajo, por ejemplo en mandriles de máquinas herramientas.

VELOCIDAD La elevada velocidad de rotación lleva a aumentar la potencia de fricción disipada en calor, de allí un aumento de las temperaturas de los componentes. Resultan por lo tanto idóneos para los rodamientos con rodadura de bolas porque presentan la mínima fricción.

SILENCIO El ruido es causado por pequeños choques de arrastre de la rodadura, por lo tanto, el silencio será una característica de los rodamientos de bolas y, en general de los rodamientos de mayor precisión.

RIGIDEZ La rigidez de un rodamiento es su capacidad de resistir a deformaciones elásticas bajo carga. Cuando está previsto, la rigidez se aumenta en el montaje con una precarga en el rodamiento.


DESPLAZAMIENTO AXIAL Una de las principales causas que producen el alargamiento del eje respecto a los alojamientos es de origen térmico. Para estos casos se realizan con los rodamientos vínculos que permiten pequeños desplazamientos axiales. La condición de libertad de movimiento puede pertenecer al rodamiento o producirse entre el mismo y su alojamiento.

JUEGOS


JUEGO ANTES Y DESPUÉS DEL MONTAJE Es importante distinguir entre juego interno de un rodamiento antes del montaje y el de un rodamiento montado y funcionando. El juego durante el funcionamiento es menor que antes del montaje porque los anillos se expanden o se comprimen por efecto de los forzamientos y a causa de la dilatación térmica.

VALOR DE LOS JUEGOS Para los cojinetes oblicuos apareados de una corona de bolas, para los apareados de rodillos cónicos y para los rodamientos oblicuos de doble corona de bolas se indica el juego interno axial porque es más fácil de medir y de mantener bajo control que el radial.

Expansión de anillo interior

Como regla general, el juego interno en funcionamiento es ligeramente mayor a cero.

Compresión del anillo exterior



Para los rodamientos de rodillos cilíndricos y orientables de rodillos, en el funcionamiento debe preverse cierto juego interno, aunque leve, para los rodamientos de rodillos cónicos generalmente es recomendable.

Los rodamientos oblicuos de bolas y de rodillos cónicos para posiciones que requieran rigidez, como en los piñones cónicos o en los mandriles de las máquinas herramientas, están montados con una cierta precarga.

BLOQUEO DE LOS RODAMIENTOS


BLOQUEO RADIAL DE LOS RODAMIENTOS En ciertas condiciones de carga los anillos deben ser bloqueados radicalmente para impedir que giren en el alojamiento.

CARGA GIRATORIA Montar con interferencia el anillo detenido en el cual, en un giro, rodos los puntos de su pista están sujetos a carga.

CARGA DETENIDA Montar con interferencia el anillo que gira.

Cuando la dirección de la carga es indeterminada, por ejemplo, en aplicaciones vibratorias, montar con interferencia ambos anillos.


ANCLAJE AXIAL DE LOS RODAMIENTOS Para el anclaje axial apropiado de los anillos no basta la interferencia, son necesarios otros sistemas.

Anclaje axial del rodamiento de vínculo.

Disposición del rodamiento no de vínculo con el anillo interior vinculado axialmente.

Anclaje axial de rodamientos “en oposición” con anclaje axial de un solo lado.

MONTAJE DE RODAMIENTOS RADIALES - AXIALES


Debe usarse el comparador para medir el juego axial interno. Una vez montado el comparador, para medir el juego es necesario empujar completamente en un sentido y en el otro.

La disposición en O con respecto a la de X, implica una mayor resistencia a la carga del momento basculante, pero al mismo tiempo una mayor dificultad de montaje.



El reglaje con tapa y espesores es un método válido para las disposiciones en X.

Los pequeños rodamientos pueden regularse con una tuerca y una llave de gancho. Con rodamientos anchos puede ser preciso usar inyección de aceite.



LUBRICACIÓN DE LOS RODAMIENTOS


LUBRICACIÓN La función principal de un lubricante es formar una película capaz de separar entre sí las piezas en movimiento de los rodamientos, para reducir la fricción y el desgaste. Algunas de las propiedades importantes de un lubricante son la viscosidad, la capacidad para formar la película y, para la grasa, la consistencia.

VISCOSIDAD La viscosidad es la facilidad con que un líquido fluye. Técnicamente es la medida de la fricción interna existente entre las distintas capas moleculares de dicho líquido cuando éste se pone en movimiento. CONSISTENCIA La consistencia es el grado de “rigidez” de una grasa. Se clasifica por gradación NLGI (National Lubricanting Grease Institute, USA), según una escala universalmente aceptada.

EJEMPLO El agua tiene una baja viscosidad, la miel tiene una viscosidad elevada.

NOTAS (A) Grasa suave: baja consistencia, bajo índice NLGI. (B) Grasa dura: alta consistencia, alto índice NLGI.



LUBRICACIÓN POR CAPA LÍMITE Se tiene una lubricación por capa límite cuando el espesor de la película es demasiado pequeño para separar convenientemente las superficies en contacto. Esta situación se presenta cuando la cantidad de lubricante es insuficiente o cuando el movimiento relativo entre las superficies es demasiado lento para la formación de una película. Esto se verifica también cuando la viscosidad del fluido es demasiado baja desde el principio o para una temperatura elevada de funcionamiento.

En esta condición de lubricación se producen contactos directos de metal con metal, que provocan soldaduras localizadas de los picos de rugosidad. El resultado es fricción y desgaste elevados y fatiga superficial.

LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA En este caso se tiene la separación completa de las superficies en movimiento relativo de parte de la película lubricante. La fricción es bastante menor que en el caso de la lubricación por capa límite y no hay contactos entre metales.

GRASAS DE CALCIO La mayoría de las grasas de calcio se pueden usar sólo con temperaturas de hasta 60 °C, aunque algunas grasas de calidad son eficaces hasta los 120 °C. Las grasas de calcio se usan en las máquinas de papel y máquina que operan en ambiente marino.



TIPOS DE GRASAS GRASAS AL SODIO Las grasas al sodio se pueden usar en un amplio campo de temperaturas y hay grasas sintéticas al sodio que llegan hasta 120 ºC.

GRASAS AL LITIO Las grasas al litio ofrecen una excelente resistencia al calor y se pueden utilizar en una amplia gama de temperaturas. De este tipo son las grasas utilizadas por SKF.

MEZCLA DE GRASAS No es necesario mezclar grasas incompatibles, ya que puede dar lugar a una mezcla que generalmente tiene una consistencia menor y que puede provocar disminución de la capa a causa de pérdidas. Si no se conoce el tipo de grasa introducida originalmente, antes de lubricar es necesario quitarla del rodamiento y de su alrededor.




ELECCIÓN DE LA GRASA

Los factores más importantes a considerar cuando se elige una grasa lubricante son: • Tipo de máquina • Tipo y dimensión del rodamiento • Temperatura de trabajo • Condiciones de carga • Campo de velocidades • Condiciones de funcionamiento, como la vibración y la posición del eje, horizontal o vertical • Refrigeración • Eficacia de las juntas de estanqueidad • Ambiente exterior

GRASAS PARA ALTAS TEMPERATURAS (HT) Si usa grasa HT en general cuando la temperatura de funcionamiento supera los 80 °C o cuando no son aceptables intervalos de lubricación para rodamientos que trabajan en el intervalo de 70-85 °C. GRASAS PARA BAJAS TEMPERATURAS (LT) Si usa grasa LT cuando la temperatura ambiente y la de funcionamiento están por debajo de 0 °C o para rodamientos sujetos a cargas livianas, giratorias a alta velocidad, en aplicaciones en las cuales no se pueden tolerar aumentos de las temperaturas de funcionamiento.



COMPONENTES DE LA CADENA CINEMÁTICA Tracción delantera

• embrague de fricción; • cambio de velocidades; • diferencial; • semiejes (o semiárboles); • cubos de las ruedas.

Tracción delantera


VOLANTE EMBRAGUE CAMBIO

DIFERENCIAL PUENTE DELANTERO RUEDAS



Tracción trasera

• embrague de fricción; • cambio de velocidades; • juntas elásticas o de cardán; • eje de transmisión; • par cónico de reducción; • diferencial; • semiejes (o semiárboles); • cubos de las ruedas.

Tracción trasera


VOLANTE EMBRAGUE CAMBIO

PAR CÓNICO Y

DIFERENCIAL

PUENTE TRASERO

RUEDAS

EJE DE TRANSMISIÓN CON JUNTAS


VOLANTE

Es el órgano que hace que la rotación del motor sea uniforme, acumulando energía durante las fases activas (expansiones) y restituyéndola durante las fases pasivas. El volante está dimensionado para permitir al motor girar en ralentí sin pararse y vencer el trabajo de la fricción desarrollado por éste durante el funcionamiento en vacío.

EMBRAGUE

El embrague es el primer órgano de la transmisión del vehículo y tiene la función de conectar el volante motor con el cambio de velocidades. El acoplamiento al embrague tiene la propiedad de acoplar y desacoplar la conexión entre la transmisión y el motor durante el movimiento, con un simple mando proveniente del pedal del embrague o de un servomando. Esto permite al motor funcionar en ralentí alimentando de energía sólo a los órganos auxiliares sin peligro de apagarse. En la fase de arranque del vehículo, el embrague tiene la función de conectar suave y paulatinamente el motor con la transmisión, de manera de transmitir el movimiento sin contragolpes ni tirones.




CAMBIO

El cambio de velocidades es el órgano que situado entre el motor y las ruedas, permite variar el par motriz de las ruedas para equilibrar el par resistente, manteniendo constante el campo de funcionamiento óptimo del motor (comprendido entre el punto de par máximo y el punto de potencia máxima).



EJE DE TRANSMISIÓN

1. Tronco delantero 2. Juntas de cardán 3. Rodamiento 4. Soporte elástico 5. Soporte 6. Tronco trasero

En los vehículos con grupo motor/cambio delantero y ruedas motrices traseras, o en los vehículos de tracción integral 4x4, la transmisión del movimiento del cambio de velocidades al puente trasero, se produce por medio del eje de transmisión colocado a lo largo del eje longitudinal del vehículo. El eje de transmisión, perfectamente equilibrado, debe satisfacer las siguientes condiciones:

• Ligereza; para evitar solicitaciones compuestas, causa de vibraciones. • Robustez para transmitir el par motriz a las ruedas..

Estas condiciones se satisfacen adoptando ejes tubulares obtenidos de laminados de acero soldados eléctricamente. El eje de transmisión puede ser de una o más piezas, según la longitud y la posición del cambio de velocidades con respecto al puente; en el extremo se encuentran las bridas y las horquillas de anclaje a las juntas de conexión (como alternativa de las horquillas se usan juntas axiales). En los vehículos de turismo y de cilindrada media el eje de transmisión está fabricado de una sola pieza y, mediante las juntas, queda conectado directamente con el cambio de velocidades y el puente. En vehículos veloces o de chasis muy largo, el eje de transmisión está fabricado con dos o tres troncos para evitar oscilaciones amplias. el primer tronco está conectado mediante una junta (normalmente flexible) al manguito de horquilla o junta axial unida en el cambio de velocidades, mientras el segundo tronco está conectado al primero y al puente mediante otras juntas. Un soporte central elástico fija el eje al chasis o a la carrocería.


En algunos vehículos con motor delantero y cambio conectado al puente se aplicó un eje de transmisión flexible constituido por una barra de acero redonda de aproximadamente 20 mm de diámetro. Este eje permite alcanzar una deformación elástica de aproximadamente 30º para absorber las vibraciones que se encuentren entre motor y propulsor. En esta transmisión con eje flexible faltan las juntas elásticas ya que los dos grupos están conectados rígidamente mediante un tubo dentro del cual pasa, guiado por rodamientos, el eje de transmisión.



JUNTAS Las juntas, colocadas en el extremo del eje de transmisión, son elementos deformables que permiten al eje transmitir el movimiento desde el cambio al puente, unido elásticamente al chasis o a la carrocería. Las juntas deformables, según la inclinación del eje, de la magnitud y de la variación del par motriz, pueden clasificarse en:

• Juntas elásticas • Juntas de cardán • Juntas axiales.

Juntas elásticas Las juntas elásticas tienen el fin de hacer más suave y gradual la transmisión del par motriz al eje de transmisión y se usan para conectar ejes cuyos ejes medios forman ángulos de 3º a 10º.

Una junta elástica usada para ángulos de inclinación no superiores a 3º es la junta Dinaflex.

1. disco de goma 2. anillos metálicos 3. casquillo de acero


Eje 1

Eje 2

3°÷10°


Está constituido por un disco de goma vulcanizada en el cual está incluida una malla flexible, fabricada con soga metálica o con soga de fibras muy resistentes, que conectan a dos casquillos metálicos colocados en los vértices de un hexágono regular a donde llegan las horquillas de los ejes. En correspondencia con los casquillos, el disco de goma está reforzado por placas metálicas que distribuyen de manera más uniforme en el disco la presión del apriete de los pernos. Otro tipo de junta elástica es la junta “GIUBO”.

La misma tiene forma poligonal y sus lados están constituidos por elementos cilíndricos de goma. En cada vértice, casquillos metálicos incorporados en la goma llevan un orificio pasante para conectar las horquillas de los ejes. Son características de estas juntas:

a) Notable deformación angular, ya que la goma permite grandes solicitaciones de corte y torsión, puede ser usada para conectar ejes que forman un ángulo superior a 10º.

b) Notable deformación torsional (3°÷10°), por la cual la junta puede funcionar de manera óptima como amortiguador torsional entre la parte motriz y la parte arrastrada.

c) Notable deformación axial, permitiendo soportar movimientos axiales de varios milímetros (2÷10) sin necesidad de ejes estriados.

Junta de cardán

1. horquilla 2. cruceta 3. horquilla




La junta de cardán permite el movimiento entre dos ejes formando ángulos de inclinación mayores a los permitidos por las juntas elásticas. Está constituida por una cruceta en cuyos pernos se articulan, mediante rodamientos de rodillos, los extremos de las horquillas solidarias respectivamente al eje conductor y al conducido. Oscilación periódica de la junta de cardán Si los dos ejes quedan perfectamente alineados no habrá variación de velocidad angular. Si, por el contrario, los ejes medios de los dos ejes forman un cierto ángulo entre sí, a igual velocidad angular ω1 del eje conductor, la del ω2 del eje conducido resultará periódicamente variable (oscilante) como está representado en la figura de abajo, esto es, con cada giro, habrá dos aceleraciones y dos aceleraciones tanto mayores cuanto más grande sea el ángulo formado entre los dos ejes. Puesto que después de 180° la junta retoma a la configuración inicial, la frecuencia de las oscilaciones es el doble del número de revoluciones y, por lo tanto, habrá cuatro solicitaciones alternadas en los dos sentidos por vuelta, causa de vibraciones y causa de desgaste del conjunto.

ω1= velocidad angular eje conductor


ω1= velocidad angular eje conducido


Puesto que el comportamiento de la junta es irreversible, en los vehículos se adopta la disposición de la figura siguiente disponiendo en el mismo plano las horquillas conectadas al eje de transmisión (2).

1. Eje del cambio de velocidades 2. Eje de transmisión 3. Manguito del piñón cónico.

Con este sistema, aunque resulte oscilante la velocidad angular del eje de transmisión, las variaciones determinadas por las dos juntas de cardán se compensan recíprocamente de manera que si el eje del cambio gira a velocidad angular constante, también el manguito del piñón girará a velocidad angular constante. Juntas axiales Estas juntas permiten la variación de longitud de los dos troncos de eje conectados durante las oscilaciones del puente trasero, debidas como se dijo anteriormente, a las distintas condiciones de carga del vehículo y a los distintos accidentes de la carretera.




Junta axial

1. Junta de cardán 2. Junta de cardán 3. Junta axial

El eje de transmisión, cerca de una de las juntas, está dividido en dos partes: una termina con estrías interiores longitudinales, la otra con estrías exteriores que se acoplan con las primeras. Si el eje de transmisión está en dos troncos, la junta axial se encuentra generalmente en el segundo, cerca de una junta de cardán axialmente rígida.

PUENTE DELANTERO

FUNCIÓN: el subgrupo puente tiene la función de transmitir a las ruedas motrices el par suministrado por el motor, convenientemente multiplicada tanto por el cambio como por el par cónico. Obviamente que el puente está presente donde es necesario transmitir el movimiento a las ruedas motrices, por lo tanto, normalmente se indica el puente delantero; por el contrario de vehículos de tracción trasera o integral, también existe un puente trasero. CONSTITUCIÓN: los componentes principales de un puente son los semiejes, el eje intermedio, cuando esta presente, las juntas homocinéticas, que tienen la función de permitir cierta libertad de oscilación de las ruedas con respecto a la carrocería, aunque continúan transmitiendo la potencia, y una masa equilibradora que tiene la función de amortiguar las oscilaciones inducidas por la rotación de los semiejes.


CARACTERÍSTICAS: los componentes del puente y, en especial, los semiejes, trabajan bajo torsión o torsión-flexión, a menudo están sometidos a bruscas variaciones de esfuerzos. Por lo


tanto para realizar estos componentes se utilizan aceros de alta resistencia mecánica al fin de soportar las solicitaciones inducidas por el funcionamiento. Además, la magnitud de los pares transmitidos es tal que durante el funcionamiento los semiejes están sometidos a notables deformaciones angulares (a causa del esfuerzo de torsión), a causa de la posición no simétrica del diferencial con respecto al medio del vehículo, que impone la utilización de un semieje más largo que el otro, si los pares transmitidos son muy altos, se adopta un semieje intermedio que permite utilizar dos semiejes iguales obteniendo una mayor regularidad del par transmitido; la figura de arriba muestra como para el mismo vehículo se utilizan tres soluciones distintas de puente según el par transmitido por el motor.

COMPONENTES DEL PUENTE DELANTERO

SEMIEJES

1. semiejes 2. juntas

homocinéticas 3. núcleo interno 4. parte exterior 5. bolas 6. jaula de

contención 7. eje intermedio




MATERIAL: los semiejes y el eje intermedio están realizados de acero con marcadas cualidades de resistencia mecánica, debiendo resistir a esfuerzos de torsión y de flexión, además, a menudo están sometidos a tratamientos térmicos dirigidos a mejorar las características de resistencia. CARACTERÍSTICAS: los semiejes y el eje intermedio son de sección cilíndrica y poseen en los extremos estrías que tienen la función de permitir una conexión fácil con las juntas. La ejecución de estas estrías requiere especial atención, debiendo tener cuidado de mantener el juego de acoplamiento con la junta dentro de límites tales que no generen golpeteos molestos e incluso peligrosos, ya que someten al semieje a solicitaciones anormales que tienen carácter de choque; en el lugar de revisión será conveniente controlar el estado de estas estrías sustituyendo el semieje cuando se noten indicios de desgaste o fenómenos de “picaduras” (presencia de pequeños hoyos) en los dientes de las estrías. CRITICIDAD: cuando un vehículo marcha a alta velocidad con relaciones de transmisión del cambio iguales o inferiores a la unidad), si el semieje no está bien proporcionado y equilibrado tanto estática y dinámicamente, pueden manifestarse oscilaciones y vibraciones que repercuten en la transmisión originando ruidos molestos. La magnitud de estas vibraciones aumenta con la longitud del semieje porque ante solicitación de torsión provoca, más allá de la deformación angular, también una flecha en el semieje que ya no gira más equilibrado. Para evitar esta situación en el semieje más largo, la longitud del mismo se limita adoptando un eje intermedio unido a la carrocería del vehículo, de este modo el esfuerzo de torsión solicita los dos semiejes de manera uniforme evitando desequilibrios y vibraciones indeseadas.

JUNTAS HOMOCINÉTICAS


Esquema de una junta R-Zeppa

Detalle de la junta R-Zeppa


Junta trípode (deslizante)

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 mismo oscila continuamente con respecto al cambio de velocidades a causa de las irregularidades de la carretera. Para permitir que el puente se adapte a las oscilaciones de las ruedas, se interponen las juntas homocinéticas que permiten la transmisión del movimiento entre ejes cuyos ejes medios no son incidentes (como sucede entre el eje del cubo de la rueda y el del semieje). TIPOLOGÍA: en los vehículos se usan generalmente juntas homocinéticas tipo R-ZEPPA o juntas deslizantes o trípodes.

1. corona exterior conducida 4. anillo elástico de anclaje 2. elemento interno conductor 5. capucha de protección 3. bola de transmisión

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO las juntas de transmisión son las llamadas homocinéticas, porque permiten la transmisión del movimiento sin variaciones de velocidad angular instantánea, en las juntas articuladas tipo Cardán, la transmisión del movimiento entre dos ejes cuyos ejes medios son concurrentes se produce con una oscilación de la velocidad angular instantánea debida al funcionamiento mismo de la junta; en las juntas homocinéticas esta transmisión se produce sin oscilaciones, gracias a la conformación de la junta, en el caso de la R-ZEPPA, la junta está constituida por un núcleo interno conductor equipado con gargantas que arrastra por rotación una serie de bolas, colocadas en acanaladuras presentes en la parte exterior de protección conducida; el núcleo interno se mantiene en posición en el semieje al cual está


JUNTA HOMOCINÉTICA R-ZEPPA JUNTA HOMOCINÉTICA

DESLIZANTE



conectado gracias a la presencia de un anillo elástico, mientras que las bolas están vinculadas en su posición por una jaula, la junta es similar a un rodamiento de bolas en el cual, sin embargo, las pistas exteriores e interiores están equipadas con estrías axiales que no permiten rotaciones relativas de un anillo con respecto al otro; esta característica se mantiene aún cuando un anillo (el interior o el exterior) se inclina con respecto al otro. JUNTA DESLIZANTE: el funcionamiento de la junta deslizante es totalmente similar al de la R-ZEPPA recién explicada, pero tiene una menor capacidad de articulación. JUNTA TRÍPODE: también la junta trípode funciona del mismo modo que las otras juntas homocinéticas, pero se diferencia de la R-ZEPPA porque está construida de manera diferente: en efecto, como elemento de conexión entre núcleo interno y parte exterior, ya no se usan bolas sino discos.

CAPUCHONES DE PROTECCIÓN

1. junta homocinética lado rueda

2. abrazadera de retención capuchón

3. semieje 4. capuchón para junta

homocinética 5. brida para junta

homocinética 6. junta homocinética lado

cambio 7. semieje intermedio

PROTECCIONES: los capuchones de protección tienen la función de evitar pérdidas de aceite de las juntas y, sobre todo, impedir filtraciones de impurezas del exterior que podrían llevar al gripaje de las mismas.



MASA AMORTIGUADORA

1. brida de conexión del semieje al cambio 2. casquillo 3. tornillo de fijación masa amortiguadora 4. masa amortiguadora

FUNCIÓN: la masa amortiguadora tiene la función de amortiguar las oscilaciones inducidas en el semieje para mejorar el confort de conducción, especialmente en altas velocidades. FUNCIONAMIENTO: la amortiguación de las oscilaciones se produce gracias a la inercia de rotación de la masa, que se comporta exactamente como un volante oponiéndose a las variaciones de velocidad angular; de este modo el régimen de rotación del semieje es más regular.




PUENTE TRASERO Se entiende por puente trasero a una envolvente metálica, de fundición de hierro o acero o de chapa estampada o de aluminio. La misma contiene el grupo de mando (par cónico) y los dos semiejes que transmiten el movimiento a las ruedas.

Conjunto de puente trasero El puente trasero puede ser:

• rígido • flotante • direccional

En el campo automovilístico no se utiliza el puente direccional.



PUENTE RÍGIDO

Se tiene un puente rígido cuando el mismo contiene además del grupo de mando, también a los dos semiejes que transmiten el movimiento a las ruedas realizando una unión rígida entre sí. En este tipo de puente los semiejes están montados generalmente según dos sistemas:

a) Ejes flotantes El semieje flotante lleva exteriormente una brida que se fija al cubo de la rueda, y está soportado en el extremo del puente dos rodamientos. El semieje flotante durante el movimiento resulta, sometido solamente a torsión.

1. brida de arrastre 2. corona de fijación 3. separador 4. rodamiento de rodillos 5. cubo de la rueda

6. rodamiento de rodillos 7. separador 8. semieje 9. caja del puente 10. junta para brida




a) Ejes semiflotantes

El extremo del puente soporta el semieje mediante un rodamiento, el cubo de la rueda está enroscado o ensamblado con chaveta y mantenido en el lugar por una tuerca. El semieje, aunque es portante, resulta sometido a torsión y también a flexión.

1. puente 2. junta 3. brida para cubo de la rueda 4. chaveta 5. semieje

6. placa de retención rodamiento

7. disco porta freno 8. rodamiento 9. junta

1. cárter para recoger aceite 2. disco porta freno 3. rodamiento de bolas 4. junta interior estanqueidad

aceite 5. semieje 6. caja puente

7. corona de retención rodamiento

8. anillo de goma de estanqueidad rodamiento

9. placa de retención rodamiento

10. brida para cubo de la rueda



PUENTE FLOTANTE Se tiene un puente flotante cuando la caja que contiene el grupo de mando está conectada al chasis o a la carrocería portante y los semiejes están articulados para que las dos ruedas motrices sean independientes. De este modo se disminuye el peso del puente y se mejora el agarre de la carretera. Se muestran los siguientes dos sistemas característicos del puente flotante:

• Sistema De Dion • Sistema de semiejes oscilantes

Sistema De Dion

Esquema De Dion

1. Caja del diferencial 2. Semieje

3. Brida para cubo 4. Juntas

Entre diferencial y rueda se coloca un semieje que lleva en los extremos dos articulaciones constituidas por juntas de cardán. Las dos ruedas además están conectadas por un eje rígido.

Ejemplo de aplicación (Lancia delta 4WD )




Sistema de semiejes oscilantes Esquema de semiejes oscilantes

1. Junta deslizante o trípode 2. Semieje 3. Junta

4. Planetario 5. Caja del diferencial 6. Brida para cubo

El semieje está acoplado al diferencial mediante junta deslizante, la cual le permite deslizarse y oscilar por las estrías del planetario. El otro extremo del semieje tiene un manguito que, mediante una junta elástica, se acopla con el eje de la rueda. (sistema adoptado en los antiguos fiat 500, 600 y 850) DIFERENCIAL El diferencial es un tren de engranajes epicicloidal que, interpuesto entre los dos semiejes sobre los cuales están montadas las ruedas motrices, permite transmitir a las ruedas un número de revoluciones diferente en función de las condiciones de la carretera. Por lo tanto, permite desarrollar dos funciones fundamentales para la marcha del vehículo:

• distribuir equitativamente el par motriz proveniente de la transmisión mediante una toma de movimiento entre los dos ejes de salida del diferencial, los cuales pueden ser dos ejes solidarios a las ruedas o ejes para la transmisión del movimiento en el tren delantero/trasero, en caso de que el diferencial esté colocado centralmente (aplicación típica de las tracciones integrales);

• permitir a las ruedas de un mismo eje o a las ruedas de dos ejes axiales diferentes adoptar un régimen de rotación distinto. Este último aspecto es particularmente importante: en efecto, en una curva las ruedas de un eje están obligadas a recorrer trayectorias diferentes, de modo especial la seguida por la rueda externa que tiene un radio más amplio con respecto a la interna.



CONSTITUCIÓN


Un diferencial para vehículos en su versión más simple está constituido por una caja solidaria a la corona del par cónico (para tracciones traseras) o cilíndrica (para tracciones delanteras). Contiene dos ruedas dentadas cónicas (5) (planetarios) fijadas en los semiejes (7 y 8) y dos ruedas cónicas (3) (satélites) de giro libre montadas en el perno (4) fijado a la caja (6) y engranadas con los planetarios (5).

2

81

4

6

3

7

5



Par cónico El grupo de mando (donde se encuentra alojado el diferencial) es un acoplamiento dentado cónico, necesario para transmitir el movimiento entre ejes concurrentes. (Ver figura)

La rueda más pequeña, llamada piñón, está conectada al extremo trasero del eje de transmisión, la rueda más grande, llamada corona, está fijada a la caja del diferencial permitiendo relaciones de desmultiplicación en el puente Rrp = 3,2 ÷ 7,8 de manera que, cuando el cambio de velocidades está en directa, las ruedas motrices giran a una velocidad menor. El par cónico puede ser fabricado con dentado en espiral o con dentado hipoide. Dentado en espiral. Dentado hipoidal.

El piñón hipoide, para ser montado desalineado con respecto a la corona y comparado con un piñón cónico análogo de dentado en espiral, presenta un diámetro mayor, a igualdad de relación y diámetro de la corona. En consecuencia, resultando los dientes del piñón más robustos, permiten soportar solicitaciones mayores y por lo tanto pueden ser usados para transmitir pares motrices más elevados. El piñón hipoide, a causa de la mayor inclinación de los dientes, está solicitado por un notable empuje axial que deberá ser contrarrestado por soportes de notables dimensiones que hagan más estable el piñón y más silenciosa la marcha.



Par cilíndrico En los vehículos con tracción delantera y conjuntos motor/cambio montados transversalmente, el grupo de mando está realizado mediante un acoplamiento dentado cilíndrico que permite transmitir el movimiento entre ejes paralelos. Ver figura

Reducción al puente El piñón, durante la transmisión del movimiento, imprime a la corona una fuerza Fr (debida al empuje que se ejerce entre los dientes) que da lugar a un par motriz:

Mr = Fr x b


el cual, mediante el diferencial, se distribuye a los semiejes y luego a las ruedas.




La corona ejerce sobre el piñón una reacción igual y contraria, la cual se transmite al puente y origina un par de reacción (igual y contrario a Mr) que, al no poder hacer girar el puente alrededor de su eje, busca hacer encabritar el vehículo, el cual se opone con su propio peso. Indicando con: Mu el par motriz en el eje de transmisión. Nu la potencia en el eje de transmisión. nu el número de revoluciones por minuto del eje de transmisión. ηp el rendimiento del puente. rrp la relación de reducción en el puente. Se puede calcular la fuerza motriz Mr en el puente:

Mr = Mu x ηp x rrp Análogamente para la potencia Nr:

Nr = Nu x ηp

Como consecuencia el número de revoluciones (nr) de la caja del diferencial y por lo tanto de las ruedas será:

nr = nu : rrp



CARACTERÍSTICAS DEL DIFERENCIAL

Funcionamiento

El movimiento proveniente a través del par cónico o cilíndrico llega al diferencial y por lo tanto a los satélites, los cuales ejercen con sus dientes una fuerza igual en los dos planetarios y los hacen girar.

Indicando con:

• n1p el número de revoluciones por minuto de un planetario

• n2p el número de revoluciones por minuto del segundo planetario

• nr el número de revoluciones por minuto de la caja (por lo tanto de la corona)

y considerando al portasatélites (caja) fijo y siendo iguales los dos planetarios, la relación de desmultiplicación será:

rrd = 1

considerando que con el portasatélites fijo los dos planetarios giran en sentido contrario, se

obtiene:

( n1p- nr ):( n2p-nr ) = 1

y resolviendo se obtiene:

n1p + n2p = 2 x nr

relación que debe ser siempre satisfecha para cada condición de marcha.

Equivale a decir que el número de revoluciones de la caja del diferencial es siempre la media de la suma del número de revoluciones de los dos planetarios (luego, de las ruedas)



C1: par del piñón C2: par de la corona, por lo tanto de la caja del diferencial (portatren); A y B: planetarios conectados a los semiejes; a, b: satélites;

ω = (ωA - ω) / 2 ; La velocidad de la caja del diferencial es la media de las de los semiejes.

CA = CB = - CP / 2 ;

En cada condición el diferencial distribuye equitativamente el par de entrada CP entre los dos pares de salida CA y CB.



Marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia Cuando el vehículo marcha sobre carretera rectilínea y las ruedas realizan igual número de revoluciones, los satélites no pudiendo girar alrededor de sus ejes funcionan como chavetas arrastrando a los planetarios que transmiten finalmente el par a los semiejes y luego a las ruedas, las cuales (en estas condiciones especiales de marcha) realizan el mismo número de revoluciones. El par “C” se distribuye equitativamente (50%-50%).

marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia

con Cs = Cd C = 2 x Cs = 2 x Cd ns = nd n = 2 x ns = 2 x nd

donde: C = par motriz en la caja

n = número de revoluciones caja Cs = par en la rueda izquierda ns = número de revoluciones rueda izquierda Cd = par en la rueda derecha nd = número de revoluciones rueda derecha


Cs , ns Cd , nd

C , n



Marcha en curva o en firme de carretera poco compacto. En curva la distribución del par no cambia, sin embargo el diferencial debe permitir a las ruedas conectadas que tengan giros diferentes. Esta función se desarrolla por medio de la acción de los satélites: los dos planetarios (conectados a las ruedas), por los motivos ya vistos, giran a diferentes velocidades; los satélites, además del movimiento de revolución suministrado a través de la caja, están sometidos a una rotación alrededor del propio eje por efecto de la diferencia de velocidad entre los dos planetarios. Es precisamente este movimiento de los satélites el que permite a la rueda externa acelerar y a la interna aminorar.

en curva con iguales condiciones de adherencia

con ns > n y nd < n

Cs = Cd = C/2

En diferentes condiciones de adherencia En caso de falta de adherencia de una rueda motriz debido a cualquier causa (nieve, arena, fango, etc.) no se puede hacer avanzar el vehículo por medio del motor, ya que el diferencial imprimirá a la rueda sin adherencia una velocidad angular el doble que la de la caja, mientras que la otra quedará detenida. En efecto, si por ejemplo el número de revoluciones np1 de un planetario es igual a cero (y por lo tanto también el de la rueda correspondiente), el número de revoluciones np2 del segundo planetario y de la rueda respectiva será:

n2p = 2 x nr

además, estando la rueda sin resistencia, tenderá a acelerar al aumentar el par motriz y el par motriz total transmitido será el doble del aplicado a la rueda de baja adherencia. De hecho en este caso, en la rueda en cuestión no se aplica el par resistente, luego, la potencia que llega se transforma toda en velocidad de rotación:

P = C x ω


C , n

Cs Cd ns nd


De la expresión de la potencia está claro que si el par (resistente) es muy bajo, necesariamente debe crecer la velocidad de rotación ω para mantener constante la potencia. La rueda sin adherencia se desliza por lo tanto a velocidad elevada, mientras la otra queda detenida, ya que no le llega par suficiente para iniciar la marcha del vehículo.

rueda derecha sobre firme de carretera de escasa adherencia

con ns = 0 (no visualizado en la figura) nd = 2 x n Cd ≈ 0 Cs = Cd La rueda izquierda por lo tanto queda detenida, en consecuencia también su planetario; los satélites en cambio, están sometidos al movimiento de revolución suministrado por la caja, girando sobre sí mismos permitiendo a la derecha acelerar libremente hasta la velocidad máxima permitida por el diferencial, que es doble con respecto a la de la caja. En fórmulas: n = (ns + nd) / 2 nd = 2 x n + ns De estas expresiones se observa inmediatamente que el régimen de la caja está dado por la semisuma de los regímenes de las dos ruedas que, como ya se ha visto, pueden también no coincidir (por ej. en curva). Suponiendo que sea la rueda derecha la que se desliza y la izquierda la que queda detenida, se observa enseguida dando vuelta la expresión que ns es dos veces n (ns = 0). Para obviar este inconveniente han sido estudiados “diferenciales autoblocantes” que permiten transmitir un adecuado par motriz a las dos ruedas como para tener una fuerza de tracción mayor en la rueda con mayor adherencia. Con el diferencial autoblocante puede verificarse por lo tanto la condición para transferir el par motriz en la rueda que tiene la mayor adherencia. Por este motivo los semiejes deben ser necesariamente más robustos.


C , n

Cd Cs nd



LOS DIFERENCIALES BLOQUEABLES

1. con dispositivo mecánico 1. con discos de freno 2. electroneumático 2. con fluido viscoso 3. depresión 3. Torsen Los diferenciales autoblocantes serán tratados de manera más profunda en el capítulo “La tracción integral” En este capítulo trataremos los dos sistemas de autobloqueo para tracciones delanteras usados en los vehículos el grupo Fiat Auto:

• Junta ferguson • Torsen B


DIFERENCIALES BLOQUEABLES

DE BLOQUEO MANUAL

AUTOBLOCANTES


Junta viscosa (Ferguson) La junta viscosa o junta ‘Ferguson’ es un dispositivo usado para conectar dos ejes, aunque dejándolos libres para tener pequeños deslizamientos relativos, para que puedan girar a velocidades ligeramente diferentes. Está constituida por una serie de discos, perforados o con aletas, inmersos en un líquido viscoso de propiedades especiales. Estos discos están dispuestos de modo que sean alternativamente solidarios, uno con el eje que recibe el movimiento, y el otro con el eje al cual debe suministrar el movimiento.

composición de una junta viscosa

En la figura se pueden observar los discos con aletas (4) solidarios con el eje de entrada (1) mediante un perfil estriado y los perforados (3) solidarias en cambio con la caja exterior (2), la cual transmite el movimiento al eje de salida. La particularidad está representada por el fluido viscoso, cuya viscosidad aumenta al aumentar la temperatura, al contrario de lo que ocurre normalmente en los aceites. Cuando los dos ejes tienen el mismo régimen, la junta se comporta como una conexión rígida. Cuando, por el contrario, los dos ejes manifiestan velocidades de rotación diferentes, también los discos giran a distintas velocidades, revolviendo por lo tanto el fluido y haciendo aumentar la temperatura. Apenas aumenta la temperatura, el fluido se vuelve más viscoso, por lo tanto, más gelatinoso, obligando a los discos de los dos ejes a adoptar la misma velocidad. En efecto, los discos, que tienden a acelerar, son frenados por el fluido; por efecto de la viscosidad y de la diferencia de velocidad se genera un par que se transmite así a los discos más lentos. El par pasa así de las ruedas que se deslizan por causa de la escasa adherencia a las otras que, por el contrario, están adheridas al piso. La conexión se vuelve rígida y las ruedas deben girar a la


2

1. ejes in/out 2. caja 3. discos perforados 4. discos con aletas

1

4

1

3



misma velocidad. La diferencia de velocidad tiende por lo tanto a anularse y el fluido se enfría, listo para corregir una nueva situación de deslizamiento. El fluido por lo tanto actúa como “sensor” para detectar la diferencia de velocidad y como actuador. Se puede llegar a bloquear casi totalmente la junta, transfiriendo casi todo el par a las ruedas de mayor adherencia. El siguiente gráfico evidencia, a título cualitativo, el comportamiento de la junta, evidenciando que al aumentar la diferencia de velocidad entre entrada y salida de la junta (Δn) aumenta el par de bloqueo (T)

comportamiento cualitativo de una junta viscosa

La junta Ferguson puede ser usada en dos configuraciones diferentes: • como dispositivo de bloqueo delantero • como diferencial central



Ferguson como dispositivo de bloqueo delantero La ferguson se monta en serie con un diferencial (por ej. el delantero) o con un distribuidor de par epicicloidal (para distribuir entre tren delantero/trasero), permitiendo así, como cualquier otro dispositivo de bloqueo, distribuir el par en función de las efectivas condiciones de adherencia de las ruedas (por ej. Fiat Coupè 2.0 20v turbo).

Generalidades La junta viscosa “viscodrive” está montada a la salida derecha del diferencial. Está constituida por:

1. Caja exterior 2. Cubo interior 3. Serie de discos ensamblados en el cubo interior 4. Serie de discos ensamblados en la caja exterior 5. Acoplamiento frontal

La parte exterior (1) es solidaria con la caja diferencial (6) mediante un acoplamiento frontal (5), mientras la parte interior es solidaria con el eje intermedio (7) mediante un estriado interior. La función de la junta viscosa es distribuir el par en las ruedas motrices, cuando una de ellas tiende a perder adherencia. Esta acción se ejerce por fricción del líquido de silicona contenido en la junta, que limita la posibilidad de patinar de la rueda delantera, menos en toma, provocando de manera progresiva y gradual la transferencia a la otra rueda de una parte del par motriz.


La adopción del Viscodrive:




• Mejora la maniobrabilidad del vehículo en curvas, reduciendo la tendencia natural al subviraje propio de la tracción delantera.

• Estabiliza la trayectoria en las curvas veloces, permitiendo también en estas condiciones el aprovechamiento total del par motriz.

• Incrementa sensiblemente la seguridad activa no solamente en curvas, sino en todas las condiciones críticas principales (acquaplanning, lluvias, manchas de aceite, carreteras nevadas con adherencia diferenciada).

• Mejora la prestación en aceleración brillante, impidiendo que el tren delantero zigzaguee a causa de pequeños patinazos alternados de las ruedas motrices.

• Confiere al vehículo la capacidad para salir de firmes de escasa adherencia. • Es compatible con ABS

La junta viscosa tiene la ventaja de funcionar siempre sin intervenciones manuales y de no transmitir solicitaciones anormales a los diferentes componentes de la transmisión. Esta junta no necesita mantenimiento y no se puede revisar; por lo tanto, en caso de anomalía, debe ser sustituida. FUNCIONAMIENTO La caja (1 ver dibujo anterior) y los discos respectivos (4) ensamblados sobre la misma, reciben el movimiento de la caja diferencial (6) mediante acoplamiento de dientes rectos (5). El cubo (2) y los discos respectivos (3), ensamblados sobre el mismo, reciben el movimiento del eje intermedio (7).Cuando las dos ruedas tiene igual velocidad, dentro de la junta viscosa todo gira a la misma velocidad. Ante una velocidad distinta de rotación entre las dos ruedas (diferencia de adherencia), también los respectivos discos (3 y 4) tienden a adoptar distinta velocidad, pero son frenados por el líquido viscoso que limita el deslizamiento entre ellos y en consecuencia, entre las ruedas. Como consecuencia, a distinta velocidad entre los discos (3 y 4), el líquido viscoso está sometido a una fuerza de corte. Esta fuerza aumenta cuando aumenta la diferencia de velocidad de las ruedas. La fuerza de corte, que actúa en los discos afrontados, crea un sensible aumento del par en la rueda con mejor adherencia, que tiende a girar, con beneficios en términos de tracción y estabilidad. Dada esta característica del diferencial de transferir el par motriz de manera igual mediante las ruedas incluso girando a velocidades diferentes, el par resistente de la junta Viscodrive se suma al de la rueda con menor adherencia, aumentando así el par transferido a la de más adherencia. La junta viscosa se comporta, en consecuencia, como un freno que tiende a "rigidizar” el diferencial, permitiendo a éste último transferir a la rueda con mayor adherencia el par de la rueda de baja adherencia y el par resistente de la junta. En curvas, donde la diferencia de velocidad de rotación entre las dos ruedas es relativamente baja, la junta permite el deslizamiento relativo de sus discos interiores, no influyendo en el normal funcionamiento del diferencial. El calentamiento del fluido presente en la junta viscosa, provocado por el deslizamiento relativo de los discos, modifica las características físicas del mismo, aumentando el par resistente de la junta y permitiendo, de hecho, un bloqueo parcial del diferencial; este fenómeno, aprovechable en condiciones especiales (por ejemplo, empantanamiento de una rueda), no debe prolongarse por un tiempo superior a 10 ÷ 15 segundos, ya que un calentamiento excesivo podría dañar irremediablemente la junta viscosa. Nota: El equilibrado de las ruedas en el vehículo debe ser realizado levantando ambas ruedas de piso, para no dañar la junta viscosa “Viscodrive”.


Diferencial Torsen Q2

GENERALIDADES El diferencial epicicloidal TorSen B se encuentra a bordo del Alfa 147 y del Alfa GT 1.9 JTD M 150 CV. Proyectado para obtener ventajas tanto de la tracción trasera como de la delantera, limitando al máximo las desventajas. En general, se puede decir que la tracción delantera es decididamente más simple e inmediata en la conducción, con una buena motricidad también en los firmes deslizantes, con la condición de que las potencias en juego no sean excesivas (alrededor de los 200 CV, máximo). Fuera de estos límites, sin embargo, la influencia del par motriz en la dirección de marcha y en las reacciones de la dirección comienza a ser excesivamente importante. Con la desagradable sensación de tener que renunciar a la velocidad al recorrer una curva, sobre todo en presencia de firmes de carretera resbaladizos. Para reducir este efecto se ha trabajado en la suspensión delantera, en un nuevo diferencial con deslizamiento limitado denominado “Q2”, buscando el equilibrio ideal entre tracción y precisión de conducción que solamente la tracción integral es capaz de ofrecer, en ciertas situaciones. Diferenciales Torsen El Torsen es un diferencial autoblocante sensible a las diferencias de par (Tor = torque ; sen = sensing) que utiliza una compleja geometría de los engranajes a fin de: diferenciar la velocidad de las ruedas o de dos ejes en las curvas, según esté montado respectivamente en un eje o en posición central; evitar el deslizamiento de una rueda o de ambas (en caso de TorSen central) en condiciones de escasa adherencia, forzando al par a aplicarse en la rueda o eje de mayor adherencia.




COMPONENTES DEL DIFERENCIAL TORSEN B En la figura de abajo se ilustra el despiece del diferencial TorSen B del sistema Q2.

Leyenda: 1. Tapa caja del diferencial 2. Caja del diferencial 3. Anillos de fricción inferiores 4. Anillos de fricción centrales 5. Anillos de fricción superiores 6. Solar 7. Solar 8. Planetario 9. Salida semieje 10. Salida semieje 11. Entrada par motriz mediante corona dentada 12. Tornillo




FUNCIONAMIENTO DEL DIFERENCIAL TORSEN B Generalidades La llegada de la electrónica al campo automovilístico y la difusión de los sistemas ABS, ha permitido introducir otro método para solucionar el problema del control en la distribución del par motriz en los ejes conducidos, típico del diferencial “abierto” El control electrónico de la tracción, utilizando los sensores ABS, activa el freno de la rueda que gira a mayor velocidad en el mismo eje, es decir, en la de menor adherencia. De este modo, se puede acelerar sin problemas, el diferencial "abierto" enviará una menor parte del par motriz a la rueda que se desliza (donde, sin embargo, es absorbida por el freno), y un parte mayor del par a la rueda con tracción, que moverá el vehículo. Para que intervenga este sistema es necesario que una rueda se deslice, esto implica, sin embrago, una pérdida de adherencia y de tracción antes de que el sistema intervenga, con la consiguiente reducción de la velocidad del vehículo. Además, la aplicación del freno en la rueda con poca adherencia absorbe el par motriz, reduciendo la cantidad disponible para hacer avanzar el vehículo. Por último, en terrenos muy resbaladizos, la intervención continua del sistema puede exigir mucho los frenos. El diferencial TorSen “mecánico” anticipa los deslizamientos de la rueda. La configuración del diferencial TorSen es más compleja que la de un diferencial “abierto”, permitiendo distribuir el par motriz aplicado de modo desigual en los ejes conducidos en el caso de que la velocidad de rotación de los ejes conducidos sea distinta. Antes de comenzar a describir el funcionamiento del diferencial, es preciso introducir el concepto de “TBR” o “Relación de desequilibrio del Par”, o sea:

• Torque (par) • Bias (desviación) • Ratio (relación)

que indica la relación entre el par aplicado a la rueda que gira más lentamente con respecto al par aplicado a la rueda que gira más velozmente. Por ejemplo: TBR = 3 (a veces el TBR está expresado “1 : 3”) aplicando en el eje conductor del diferencial un par de 2.000 Nm, éste último transmitirá 500 Nm a la rueda que se desliza y 1.500 Nm a la rueda que tiene mayor tracción. La ventaja con respecto a un diferencial “abierto” es evidente, la rueda que no se desliza recibe un par motriz sustancialmente mayor con todo el beneficio de la tracción. Las “Leyes” que describen el diferencial TorSen son:

• I° Ley: La velocidad de rotación del eje conductor es siempre el valor medio de las velocidades de los ejes conducidos (como en un diferencial “abierto”).

• II° Ley: La suma de los pares disponibles en los ejes conducidos es siempre igual a la aplicada en el eje conducido, pero el eje que gira más lentamente recibe TBR veces más par que el eje que gira más velozmente.

• % bloqueo = (TBR - 1) / (TBR + 1) x100 Se puede decir entonces que un TorSen es una suerte de intermediario, que busca mantener lo mejor del diferencial “abierto”, permitiendo a los ejes conducidos girar a distinta velocidad, y un poco de lo bueno del diferencial “bloqueado”, transmitiendo mayor par motriz a la rueda con mayor tracción, algo útil en terrenos con poca adherencia. El TorSen no distribuye uniformemente el par entre los dos ejes en las curvas, puesto que en las curvas una rueda gira más velozmente que la otra, y el TorSen actúa por lo tanto respetando la II° Ley. El efecto es que el conductor percibe una sensación de auto-enderezamiento de las ruedas, modesta pero que puede advertirse.



En general, para minimizar las reacciones en el volante será conveniente adoptar un TorSen con un TBR bajo que influya lo menos posible la conducción en curvas. El diferencial TorSen, en pocas palabras, garantiza una distribución dinámica (entre las dos ruedas delanteras motrices) de la tracción en aceleración o sin aceleración, coherentemente con la adherencia al piso, optimizando la estabilidad y maximizando el placer de la conducción. En efecto, conduciendo un vehículo con sistema Q2, el conductor advierte una mayor seguridad. que puede ser traducida en síntesis:

• más agarre en la carretera • más tracción • más estabilidad cuando se suelta el pedal • menos subviraje en aceleración • menos intervenciones de los controles electrónicos y estabilidad y más placer en la

conducción


Funcionamiento del Torsen B El diferencial TorSen B está colocado en el cambio de velocidades en la misma posición que el diferencial delantero tradicional.

El par motriz proveniente del motor/cambio (11) se transmite a la corona del diferencial, la cual es solidaria con dos semicajas (1) y (2). Dentro de la caja del diferencial (2) se encuentran 5 alojamientos donde hay 5 pares de planetarios (8) con dentadura helicoidal; los mismos pueden girar en su propio eje dentro del alojamiento que los contiene. La caja del diferencial entra en rotación alrededor del eje transversal del diferencial a los planetarios (8) que a su vez transmiten un par de rotación a los Solares (6 y 7) engranados por medio de dentado helicoidal. Los Solares (6 y 7) en cadena transmiten el movimiento a los semiejes de las ruedas motrices delanteras (9,10). En caso de que el par resistente en el piso transmitido por el terreno a las ruedas motrices no sea homogéneo (por ejemplo, recorrido en terrenos con adherencia variable o en curvas), el solar conectado al semieje de la rueda (9 o 10) con menor adherencia “tendería” a girar más velozmente que el otro; en estas condiciones en el dentado de contacto (solar-planetario) se generan empujes axiales (ver figura siguiente) que se descargan en los anillos de fricción, impidiendo al solar correspondiente a la rueda con menor adherencia que gire más velozmente.



Leyenda: P1a: Planetario P1b: Planetario Sd : caja del diferencial S1: Solar 1

S2: Solar 2 Tr: Par motriz aplicado

De este modo, el par erogado por el motor no se descarga totalmente en la rueda con menor adherencia (Diferencial abierto), pero se transfiere en buena parte a la rueda con las mejores condiciones de adherencia (efecto autoblocante). Según las condiciones ambientales de utilización del vehículo, en “TIRO” o “LIBERADO” por terrenos con adherencia variable o en curva, entran en juego un número diferente de anillos de fricción (3,4,5), los cuales son responsables de la distribución diferenciada del par motriz hacia los semiejes de las ruedas motrices delanteras (9,10). Más allá de ciertos valores de bloqueo, el diferencial se abre y permite rotaciones distintas entre los dos semiejes de las ruedas motrices delanteras (9,10).



Esquema Funcional del grupo epicicloidal (velocidad o revoluciones de entrada cambio = cero) En la figura siguiente se ilustra el funcionamiento del grupo epicicloidal en condiciones de:

• Motor apagado • Velocidad de entrada cambio cero (cambio en punto muerto) • Ruedas delanteras levantadas del piso

En estas condiciones, girando la rueda (por ejemplo, derecha) conectada al semieje “R2”, se impone también una rotación del Solar “S2”. Éste último conectado, mediante dentado helicoidal, transfiere el movimiento al planetario “P1a” y a su vez al planetario “P1b” (los planetarios “P1a” y “P1b” están conectados entre sí mediante dentado helicoidal). El planetario P1b está conectado al solar “S2”, mediante dentado helicoidal, este último transfiere el movimiento al semieje “R1” conectado a la rueda (por ejemplo, izquierda) invertido con respecto al semieje “R2”.

Nota: en la figura se ilustra la conexión de un solo grupo planetario de los cinco presentes. Por exigencias ilustrativas el planetario “P1b” ha sido diseñado dos veces para mostrar la conexión con el solar “S1”, pero en realidad está acoplado al planetario “P1a”. Leyenda: A1: Anillos de fricción inferiores A2: Anillos de fricción centrales A3: Anillos de fricción superiores P1a: Planetario a P1b: Planetario b R1: Semieje (ejemplo, izquierdo) R2: Semieje (ejemplo, derecho) S1: Solar 1


S2: Solar 2


A continuación se puede ver el detalle del acoplamiento entre los cinco pares de planetarios y los dos solares:

Leyenda: 1. Tapa caja del diferencial 2. Caja del diferencial 3. Anillos de fricción inferiores 4. Anillos de fricción centrales 5. Anillos de fricción superiores 6. Solar derecho 7. Solar izquierdo

8. Planetario 9. Salida semieje derecho 10. Salida semieje izquierdo 11. Entrada par motriz mediante corona dentada

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12. Tornillo



Esquema Funcional del grupo epicicloidal (en tiro y liberado) El grupo epicicloidal tiene un comportamiento autoblocante distinto según las diferentes condiciones de conducción y ambientales.

Manual El grupo epicicloidal del diferencial Torsen B en condiciones de conducción “Tiro” (aceleración) del vehículo, los solares S1 y S2 activan los anillos de fricción (A1) y (A3). En estas condiciones se tiene un efecto autoblocante del 25% (TBR = 1,690).

Nota: en tiro, el eje que debe girar más velozmente es el eje con menos fricción En liberado: El grupo epicicloidal del diferencial Torsen B, en condiciones de conducción “Liberado” (desaceleración), los solares (S1) y (S2) activan los anillos de fricción (A2). En estas condiciones se tiene un efecto autoblocante del 28% (TBR = 1,785).


Nota: En liberado, el eje que debe girar más velozmente es el eje con más fricción


Comportamiento dinámico en curva sin Sistema Q2 Recorriendo una curva en condiciones de escasa adherencia (carretera mojada, nevada, fango, etc.) a menudo se produce una situación de pérdida de adherencia de la rueda interna, debido al hecho de que el diferencial distribuye el par en la rueda más “descargada”, restándolo de la externa que al estar aumentado por el peso adicional del balanceo del vehículo, puede aprovechar una fricción total más elevada.

En esta situación se pueden tener dos respuestas distintas según el equipo del vehículo: Caso 1- ABS sin ASR - VDC, el resultado percibido es que la rueda interna patina, se pierde el control del vehículo (fuerte subviraje) y falta aceleración a la salida de la curva. Caso 2- ABS equipada con ASR - VDC, la intervención de los sistemas de asistencia de conducción le quitan potencia al motor, interviniendo en la válvula mariposa, haciendo de hecho imposible modular el acelerador y dando una sensación de pérdida de potencia e interacción con el vehículo. En ambos casos el resultado es que a la salida de una curva se tiene la sensación de ser “detenidos”. Comportamiento dinámico en curvas con Sistema Q2 Caso 1 - tracción en curva En el momento en el cual la rueda interna comienza a perder adherencia, el diferencial transfiere parte del par disponible en la rueda externa, previniendo el deslizamiento de la rueda interna y generando un momento de derrape que contribuye a disminuir el subviraje. El sistema Q2, optimizando la adherencia contribuye a una mayor estabilidad, a una velocidad más alta de recorrido de la curva, a una intervención de los sistemas de control menos frecuentes e invasivos. Son todas ventajas para el placer de la conducción y del control total del vehículo.

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Caso 2 - liberación en curva En estado de liberado en curva, el desequilibrio del par favorece a la rueda externa, contribuyendo a reducir la sobreviraje.

Comportamiento en terrenos de escasa adherencia Comportamiento dinámico sin Sistema Q2 En la marcha por terrenos con condiciones de baja adherencia, a menudo las ruedas motrices tienen motricidad diferente. Por ejemplo, recorriendo una carretera después de una nevada o lluvia intensa, una rueda se encuentra en el margen de la vía, en contacto directo con la nieve que queda, mientras la otra está en una zona ya limpia y seca. En estas condiciones especiales, un arranque o una fuerte aceleración lleva a tener un deslizamiento de la rueda con condiciones críticas de fricción, con fuertes reacciones en el volante, un reacción de arranque inadecuada y la necesidad de realizar continuas correcciones con el volante para mantener la trayectoria. Comportamiento dinámico con Sistema Q2 Los efectos negativos son contrarrestados gracias a la transferencia progresiva del par hacia la rueda que puede aprovechar el mayor coeficiente de fricción, haciendo más sencillo, por ejemplo, el arranque en subida en una carretera de montaña y más segura y confortable la marcha en tramos de carretera con cambiantes condiciones del firme. En resumen, el sofisticado sistema Q2 es la enésima demostración de la excelencia de Alfa Romeo en la búsqueda de soluciones técnicas orientadas a la seguridad y al placer de la conducción.



LA TRACCIÓN INTEGRAL




LA TRACCIÓN INTEGRAL: RESEÑA HISTÓRICA En este capítulo se ofrece una breve exposición histórica de la tracción integral: desde su aparición hasta nuestros días.

Antes de la segunda guerra mundial las aplicaciones de la tracción integral en autos representaban solamente experimentos esporádicos. En efecto, se considera como la verdadera iniciadora en este sentido, a la segunda guerra mundial, cuando el gobierno americano dictó una convocatoria para realizar un vehículo ágil, robusto y en condiciones de desempeñarse fácilmente en todas las condiciones, en especial modo en aquellas con escasa adherencia como terrenos fangosos o nevados. El vehículo, cuya vida media estaba estimada en noventa días, era mayormente usado en operaciones de reconocimiento y exploración. La convocatoria fue ganada por Bantam, una sociedad de pequeña dimensión, razón que llevó al gobierno estadounidense a confiar el grueso de la producción a Willys y al coloso Ford. Una suerte especial tuvo el modelo de Willys, que representaba un esquema de transmisión con tracción permanente en el eje trasero y que podía acoplarse con el delantero.

Fig.1: Modelo Bantam Fig.2: Modelo Willys Fig.3: Modelo Ford

La tendencia iniciada por Willys, con la tracción integral principal para la conducción off-road continuó en la inmediata posguerra, cuando el gobierno italiano encargó un vehículo análogo a los Jeep americanos: Nació así el AR 51, sigla de Vehículo de Reconocimiento, seguida por la sigla del año de fabricación (1951). Luego este vehículo fue producido por Fiat y Alfa Romeo que a continuación lo destinaron a fines civiles, cambiándole el nombre por Fiat Campagnola y Alfa Romeo Matta.


Fig.4: Fiat Campagnola: modelo de 1959 Fig.5: Alfa Romeo Matta en versión civil y militar



A partir de los años ´80, la tracción integral comenzó a no ser adoptada solamente con finalidad off-road, sino que también para alcanzar estándares de seguridad y prestaciones superiores, en modo especial, en caso de baja adherencia. Este sistema prevé generalmente la utilización de tres diferenciales, de los cuales uno es “central” para garantizar una determinada distribución de par en las ruedas motrices. En esta dirección se desarrollaron los siguientes modelos de tracción integral hasta llegar a nuestros días, donde el uso de la electrónica permite obtener niveles de eficiencia y confiabilidad superiores. A continuación se indican los vehículos más importantes de tracción integral producidos por el grupo Fiat.

FIAT ALFA ROMEO LANCIA Fiat CAMPAGNOLA (1951) Alfa Romeo MATTA (1951) Lancia Y10 4WD (1986) Fiat PANDA 4x4 (1983) Alfa Romeo 33 4WD (1983) Lancia PRISMA 4WD (1986) Fiat TEMPRA 4WD (1992) Alfa Romeo 155 Q4 (1992) Lancia DELTA S4

(1986) Alfa Romeo 164 Q4 (1994) Lancia DELTA HF 4WD* (1987) Lancia DEDRA 4WD

(1989)

* 6 veces consecutivas campeón del mundo de Rally



TRACCIÓN DELANTERA, TRASERA, INTEGRAL En este capítulo se analizan las tres tipologías, destacando ventajas y desventajas. El capítulo termina con una comparación entre las dos tipologías de tracción integral: activable y permanente. Tracción delantera, trasera, integral Los automóviles son vehículos empujados por motores de combustión interna que transforman la energía térmica en potencia mecánica, la cual se transfiere a las ruedas. En relación a la modalidad de transferencia se distinguen vehículos de tracción delantera, en los cuales la potencia se suministra a las ruedas delanteras, vehículos de tracción trasera, en los cuales se suministra a las ruedas traseras y vehículos de tracción integral (o de cuatro ruedas motrices o 4x4) en los cuales las cuatro ruedas son motrices. Para ser más precisos, existen aún dos grandes grupos en los cuales pueden subdividirse posteriormente los autos 4x4: Los de tracción integral permanente, que tiene por lo tanto las cuatro ruedas motrices, y los de tracción integral activable, en los cuales se pueden conectar las cuatro ruedas al motor. Resumiendo:

Históricamente, el esquema que ha encontrado mayor difusión prevé el motor delantero dispuesto longitudinalmente y la tracción trasera: esto porque, a causa de la ausencia de las juntas homocinéticas, la tracción delantera presentaba el problema para virajes con ángulos incluso de 45º. Además, los primeros vehículos de tracción delantera tenían graves problemas de inestabilidad debido a la fuerte concentración del peso en la delantera. Hoy el esquema más difundido es el del motor de tracción delantera, ya que posee ventajas indiscutibles.


En primer lugar se debe destacar el comportamiento en carretera de los tres tipos de tracción: para esto se introduce el concepto de ángulo de deriva, definido como el ángulo comprendido entre el plano medio de la rueda y la tangente de la trayectoria. El ángulo de deriva se debe a la deformación del neumático y es proporcional a la fuerza lateral si ésta es inferior al límite de adherencia; más allá de este límite, el neumático comienza a arrastrarse, cosa que aumenta notablemente los ángulos de deriva.


Tracción delantera Con un vehículo de tracción delantera en la curva puede ocurrir, en especial si se exagera con el acelerador o en firmes deslizantes, que las ruedas delanteras pierdan adherencia y el vehículo tienda a describir una trayectoria más amplia (el llamado subviraje). Esto ocurre porque los ángulos de deriva del tren delantero son superiores con respecto a los de atrás, por lo tanto, las condiciones límite se alcanzan antes en el tren delantero. El comportamiento a adoptar para eludir el problema es el más natural, es decir, levantar ligeramente el pie del acelerador.

Fig.8: Subviraje con respecto a la trayectoria ideal

La función matemática que expresa el valor del ángulo de viraje δ en función de la velocidad del vehículo V es:

δ = p*(1+KV2)/R

siendo p la batalla del vehículo, V la velocidad del vehículo, R el radio de curvatura y K, el factor que depende del tipo de tracción: K>0 para vehículos con subviraje; K=0 para vehículo neutro y K<0 para vehículo con sobreviraje.


El siguiente gráfico expresa el valor del ángulo de viraje δ al cambiar la velocidad V y habiendo tenido como hipótesis un radio de curvatura R constante (si quiere mantener la trayectoria).



R=const

0 5 10 15 20 25 30 35

Velocidad

Áng

ulo

vola

nte

Sottosterzo

Del gráfico pueden sacarse las siguientes conclusiones: δmín y δmáx son los ángulos mínimo y máximo permitidos por el sistema de dirección y δinicial representa el ángulo del volante al inicio de la trayectoria; En un vehículo con subviraje para mantener la trayectoria al aumentar la velocidad es necesario aumentar el ángulo de viraje en el sentido de la curva: En ese caso, el vehículo puede alcanzar una velocidad máxima igual a Vu más allá de la cual amplía la trayectoria porque el ángulo del volante ha alcanzado su valor máximo. Como se mencionó anteriormente, los vehículos con tracción delantera representan ventajas que pueden ser resumidas de la siguiente manera:

Mejor utilización del espacio destinado al habitáculo y al maletero, a causa de la ausencia del eje de transmisión y del diferencial trasero, lo que permite simplificar la suspensión trasera con las respectivas ventajas de peso y costes; el piso y, en consecuencia, el baricentro del vehículo, son más bajos; con respecto a la tracción trasera, se tiene mayor motricidad en baja adherencia: en efecto, las ruedas delanteras en tracción permiten superar hundimientos y baches, arena, nieve y terreno fangoso, al contrario de la tracción trasera que tiende, durante el empuje hacia delante, a aumentar el obstáculo delante de las ruedas delanteras y hundir las traseras en el intento por superar el obstáculo del eje delantero.


Vu

δMáx

δMín

δinicial


Tracción trasera En los vehículos de tracción trasera el problema en curvas es el opuesto al de la tracción delantera: si se exagera con el acelerador, puede ocurrir que la parte de atrás del vehículo tienda a patinar, comportamiento éste conocido con el nombre de “sobreviraje”. Esto ocurre porque los ángulos de deriva del tren trasero del vehículo son superiores con respecto a los de adelante y, por lo tanto, las condiciones límite se alcanzan antes en el tren trasero. En este caso la maniobra a realizar es muy delicada: es preciso quitar potencia al motor, estando atento, sin embargo, a no quitarle mucha, pues puede aumentar el patinazo de la parte trasera a causa de la transferencia de carga hacia el tren delantero y reducir el ángulo de viraje, hasta virar hacia la parte opuesta de la curva (contraviraje). Está claro que tal maniobra requiere mayor sensibilidad de conducción y es menos intuitiva que la de las tracciones delanteras.

Fig.9: Sobreviraje comparado con la trayectoria ideal

Las ventajas del vehículo con tracción trasera pueden resumirse de la siguiente manera: Mejor maniobrabilidad en espacio reducido y en aparcamiento gracias a la posibilidad de tener mayores ángulos de viraje de las ruedas delanteras, a causa de menores espacios del compartimiento motor: esto permite además un dimensionamiento generoso de los neumáticos delanteros; desgaste más equilibrado entre los neumáticos delanteros y traseros, ya que las ruedas motrices, no siendo de dirección, soportan inferiores fuerzas transversales. En las comparaciones con la tracción delantera, la tracción trasera presenta la ventaja de la motricidad con adherencia alta, sobre todo en terrenos en subida o durante las fuertes aceleraciones, a causa de la transferencia parcial de carga del eje delantero al trasero: esto permite poder aprovechar y, por lo tanto, instalar altas potencias de motor.




Como los vehículos con sobreviraje tienen un factor de estabilidad negativo (K< 0), el gráfico respectivo será del siguiente tipo:

R=const

0 5 10 15 20 25 30 35

Velocidad

Áng

ulo

vola

nte

SottosterzoSovrasterzo

Del gráfico pueden sacarse las siguientes conclusiones:

• δmín y δmáx son los ángulos mínimo y máximo permitidos por el sistema de dirección y δinicial representa el ángulo del volante al inicio de la trayectoria;

En un vehículo con sobreviraje, al aumentar la velocidad, el ángulo de viraje disminuye hasta anularse en correspondencia con la velocidad crítica VCR, más allá de la cual es preciso virar en dirección opuesta. En caso de que se aumente la velocidad se llegará a la velocidad Vo, correspondiente al límite físico del ángulo de viraje, más allá del cual el vehículo no puede seguir más la curva.


δMáx

δinicial

δMín

Vcr

Vo


Tracción integral Los vehículos de tracción integral tienden a un comportamiento neutro, esto es, describen la misma trayectoria con baja y alta velocidad y con el mismo ángulo de viraje. Con ese objetivo debe considerarse, además, que muchos fabricantes utilizan un diferencial central para distribuir el par “en tiempo real” entre eje delantero y trasero: lo que si bien por un lado asegura mayor adherencia, tiene como revés de la medalla un comportamiento del vehículo a veces con subviraje, a veces con sobreviraje. El siguiente gráfico se refiere a cada una de las tres tipologías de vehículo con subviraje, con sobreviraje y neutro).

R=const

0 5 10 15 20 25 30 35

Velocidad

Áng

ulo

vola

nte

SottosNeutroSovras

Del gráfico pueden sacarse las siguientes conclusiones: δmín y δmáx son los ángulos mínimo y máximo permitidos por el sistema de dirección y δinicial representa el ángulo del volante al inicio de la trayectoria;

un vehículo neutro mantiene idealmente siempre el mismo ángulo de viraje, independientemente de la velocidad con la que afronta la curva.

Obviamente es preferible obtener, por seguridad de marcha e instinto de corrección, comportamientos de tipo neutro o con subviraje.


δMáx

δMín

Vu Vo

Vcr

δinicial



Las ventajas del vehículo con tracción integral pueden resumirse de la siguiente manera:

distribuyendo las fuerzas de tracción entre las cuatro ruedas, se tienen mejores características de motricidad, sobre todo en situaciones con firme de carretera especialmente resbaladizo. En efecto, en el caso de tracción sobre un solo eje, las ruedas motrices pueden no tener la suficiente tracción para vencer la resistencia de las ruedas sin tracción, haciendo imposible el arranque del vehículo (por ej., ruedas sin tracción hundidas en fango/arena); más ruedas que descarguen potencia al piso significará mayor adherencia y, sobre todo, mejor maniobrabilidad. A continuación se profundizan los principios físicos que justifican la mejor motricidad y la mejor adherencia de los vehículos de tracción integral.

Fig.10:vehículo de tracción delantera

Con la hipótesis de que la fuerza peso de un vehículo se distribuye uniformemente entre las cuatro ruedas, en un vehículo con tracción en un solo eje, la máxima fuerza tangencial que las ruedas de un eje pueden intercambiar con el piso es:

siendo f el coeficiente de fricción y G la fuerza peso.

Fig.11: vehículo de tracción integral

En las mismas condiciones un vehículo de tracción integral, ya que ejerce la fuerza sobre el piso a través de las cuatro ruedas, podrá intercambiar una fuerza conjunta igual a:


F=f*G/2

F=f*G


El hecho de que las cuatro ruedas motrices garanticen una mejor adherencia puede explicarse de la siguiente manera:

tener 4 ruedas motrices en vez de 2 permite reducir aproximadamente el 50% la fuerza longitudinal de tracción en cada rueda (según la distribución de par buscada);

el modelo del neumático prevé una elipse límite de adherencia más allá de la cual el neumático resbala.

la elipse representa la adherencia del neumático y está justificada por el hecho de que la adherencia longitudinal máxima es superior con respecto a la transversal.

a)2 ruedas motrices b)4 ruedas motrices

Como se puede intuir de los dos gráficos de arriba, reduciendo la componente longitudinal, el límite d adherencia (borde elipse) se alcanza aplicando una fuerza transversal superior (flecha negra): esto permite tener una mayor “disponibilidad” del neumático en una curva. Fundamentalmente los vehículos de tracción integral presentan todas las ventajas, pero también todos los inconvenientes de las tracciones delanteras y de las traseras; se agrega el hecho de que un auto de tracción integral consume más que uno con tracción en un solo eje, sobre todo, por la mayor fricción que deriva de más masa mecánica en movimiento.

Tracción integral activable y permanente Como ya se mencionó anteriormente, la tracción integral puede ser del tipo activable o permanente En el primer caso, se tiene un sistema de tipo utilitario, apta para operar en condiciones de baja adherencia o en carreteras accidentadas, manteniendo el comportamiento del vehículo de tracción delantera (o trasera) según el caso. La activación de la tracción integral se confía al conductor. La principal ventaja de este sistema reside en la simplicidad y, como consecuencia, en los costes, ya que como no existe la necesidad del diferencial central y, como no requiere prestaciones de empuje, se adopta un puente trasero rígido. Se observa que, a causa de la ausencia del diferencial central, el acoplamiento de la tracción integral en condiciones de marcha sobre la carretera, aún mojada, implica vibraciones, solicitaciones, deslizamientos e inestabilidad en la frenada. La solución permanente permite obtener las mejores características de handling y aprovechar mejor las potencias elevadas. En este caso, se tiene una mayor complejidad de la transmisión con los respectivos costes adicionales: en efecto, el diferencial trasero está suspendido de la carrocería mediante chasis y la suspensión trasera sigue criterios de configuración típicos de las tracciones traseras.


Transversal

Longitudinal



DIFERENCIALES ABIERTOS En este capítulo se ilustran las funciones desarrolladas por el diferencial y su funcionamiento en las distintas condiciones de marcha.

Diferencial abierto (open)

El primer diferencial fue realizado por el francés Pecquer hace más de un siglo y medio. Es un dispositivo mecánico que permite desarrollar dos funciones fundamentales para la marcha del vehículo:

• Distribuir equitativamente el par motriz proveniente de la transmisión mediante una toma

de movimiento, entre los dos ejes de salida del diferencial, los cuales pueden ser dos semiejes solidarios con las ruedas o los ejes para la transmisión del movimiento en el tren delantero/trasero en caso de que el diferencial esté colocado en el centro;

• Permitir a las ruedas de un mismo eje o a las ruedas de dos ejes axiales diferentes adoptar un régimen de rotación distinto.


Este último aspecto es particularmente importante: en efecto, en las curvas las ruedas de un eje están obligadas a recorrer trayectorias diferentes, de modo especial la seguida por la rueda externa tiene un radio más amplio con respecto a la interna.

Fig.12: ángulo de viraje del vehículo respecto al centro de curvatura C


La velocidad periférica adoptada por la rueda externa es, por lo tanto, superior, siendo directamente proporcional al radio de curvatura (r2>r1). Puesto que la expresión de esta velocidad desde el punto de vista de la rueda es

V = ω * r

con r = radio rueda ω = velocidad angular rueda

y siendo ω directamente proporcional al número de revoluciones de cada rueda, entonces la rueda externa deberá girar más rápidamente para tener una v mayor, siendo obviamente el radio r igual entre las dos ruedas. El discurso es análogo cuando con el diferencial se conectan los dos ejes de una tracción integral, ya que las ruedas traseras tienden a cortar la curva.

El diferencial clásico está constituido por los siguientes elementos:

• toma de movimiento, realizada con piñón (1) y corona cónica (2) dentadas, para recibir el par

proveniente el eje de salida del cambio; • armazón (6) unido en movimiento a la corona; • planetarios (5) solidarios con los dos semiejes de la rueda; • satélites (3), unidos en movimiento al armazón mediante el perno portasatélites (4) y engranados

con los planetarios.


ω r

v



piñón cónico corona cónica satélites perno portasatélites planetarios caja semieje derecho semieje izquierdo:

Fig.13: sección de un diferencial abierto


4

8

2

1

6

7

5

3


Para describir el funcionamiento se analizarán distintas condiciones de marcha.

Marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia En marcha rectilínea y con iguales condiciones de adherencia para las ruedas motrices, el par se distribuye equitativamente (50%-50%) entre los dos semiejes de la siguiente manera: el par llega a la toma de movimiento, la corona lo transmite al armazón, solidario con el perno portasatélites, obligando así a un movimiento de revolución de los satélites; estos últimos, por consiguiente, giran, no alrededor de su eje, sino alrededor del eje de la rueda, arrastrando a los planetarios que transmiten finalmente el par a los semiejes y luego a las ruedas, las cuales (en estas condiciones especiales de marcha) cumplen el mismo número de revoluciones.

Fig.14: marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia

con Cs = Cd C = 2 * Cs = 2 * Cd ns = nd n = 2 * ns = 2 * nd donde C = par motriz en la caja n = número de revoluciones caja Cs = par en la rueda izquierda ns = número de revoluciones rueda izquierda Cd = par en la rueda derecha nd = número de revoluciones rueda derecha


Cs , ns Cd , nd

C , n



EN CURVA CON IGUALES CONDICIONES DE ADHERENCIA En curvas la distribución del par no cambia, sin embargo el diferencial debe permitir a las ruedas conectadas girar de manera diferente. Esta función se desarrolla mediante la acción de los satélites: los dos planetarios (conectados a las ruedas),por los motivos ya vistos, giran a diferentes velocidades; los satélites, además del movimiento de revolución suministrado a través de la caja, están sometidos a una rotación alrededor del propio eje por efecto de la diferencia de velocidad entre los dos planetarios. Es precisamente este movimiento de los satélites el que permite a la rueda externa acelerar y a la interna aminorar.

Fig.15: en curva con iguales condiciones de adherencia

con ns > n y nd < n Cs = Cd = C/2


C , n

Cs Cd ns

nd


DIFERENTES CONDICIONES DE ADHERENCIA El diferencial abierto tiene un límite notable: su acción no permite arrancar el vehículo si incluso una sola de las ruedas motrices se encuentra en condiciones de escasa adherencia o está levantada del piso. En este caso, en efecto, en la rueda en cuestión no se aplica par resistente, por lo tanto, la potencia que llega se transforma toda en velocidad de rotación:

P = C x ω

De la expresión de la potencia queda claro que si el par es muy bajo, necesariamente debe crecer ω para mantener constante la potencia. La rueda sin adherencia resbala por lo tanto a velocidad elevada, mientras la otra queda detenida, ya que no le llega par suficiente para arrancar la marcha del vehículo. Por la forma en que está fabricado, en efecto, el diferencial distribuye equitativamente el par: si no llega de uno de los lados, entonces no llega tampoco del otro.

Fig.16: rueda derecha en firme de carretera de escasa adherencia

con ns = 0 (no visualizado en la figura) nd = 2 * n Cd ≈ 0 Cs = Cd

La rueda izquierda por lo tanto queda detenida, en consecuencia también su planetario; los satélites en cambio están sometidos al movimiento de revolución suministrado por la caja, girando sobre sí mismos permitiendo a la derecha acelerar libremente hasta la velocidad máxima permitida por el diferencial, que es doble con respecto a la caja. En fórmulas:

n = (ns + nd) / 2 nd = 2 * n + ns

De estas expresiones se observa inmediatamente que el régimen de la caja está dado por la semisuma de los regímenes de las dos ruedas que, como ya se ha visto, pueden también no coincidir (por ej. en curvas). Suponiendo que sea la rueda derecha la que se desliza y que la izquierda queda detenida, se observa enseguida dando vuelta la expresión que ns es dos veces n (ns = 0).


C , n

Cd Cs nd



UTILIZACIÓN DE LOS DIFERENCIALES BLOQUEABLES Este capítulo trata del bloqueo del diferencial ilustrando el concepto de bloqueo y su objetivo. Se examinan luego todas las tipologías para obtener el bloqueo.

Diferenciales bloqueables (locked) Estos diferenciales son bloqueables y permiten superar el límite de los abiertos. Cuando para una rueda subsisten condiciones de escasa adherencia, con los locked el par se descarga en una sola rueda que engrana, permitiendo así el arranque del vehículo. Bloquear el diferencial significa hacer de algún modo solidarios a los semiejes conectados a las ruedas (y por lo tanto a los respectivos planetarios) con la caja del diferencial. De este modo, el diferencial pierde parte de su funcionalidad, no permitiendo a las ruedas girar a distintas velocidades. Una vez bloqueado, es como si el diferencial no existiese: los dos semiejes se comportan como si fuesen un elemento único, en los cuales está disponible todo el par motriz, y las dos ruedas deben girar con el mismo número de revoluciones. Este par se distribuye a las ruedas automáticamente en función de las condiciones de adherencia: la rueda que resbala tiene un par resistente muy bajo y gira rápidamente; la otra, siendo a esta altura rígida la conexión, gira a la misma velocidad, pero teniendo adherencia en el piso requiere un par motriz elevado para vencer las resistencias al movimiento. Por lo tanto, el par motriz, menos la cota muy pequeña que se descarga en la rueda que resbala, se dirige a la rueda que tiene tracción.

Fig.17: rueda derecha sobre firme de carretera de escasa adherencia; comportamiento con diferencial bloqueable

donde C = par motriz en la caja n = número de revoluciones caja Cs = par en la rueda izquierda ns = número de revoluciones rueda izquierda Cd = par en la rueda derecha nd = número de revoluciones rueda derecha

con ns = nd = n (los dos semiejes son solidarios tienen igual velocidad) Cs > Cd Cs + Cd = C

Los diferenciales bloqueables se caracterizan por el llamado porcentaje de bloqueo, que representa el porcentaje de par de más que llega a la rueda que tiene tracción con respecto a la que llegaría si tuviéramos el diferencial desbloqueado. Si, por ejemplo, tuviésemos un bloqueo del 40%, el par tendería a distribuirse de la siguiente manera:


C , n

Cs nd

Cd

ns


50% + 0,4 * 50% = 70% en la rueda con adherencia 100% - 70% = 30% en la rueda que no tiene adherencia

Esta expresión es válida solamente partiendo de una distribución equitativa de par entre las dos ruedas (50%), y se verifica exclusivamente cuando la rueda con menor adherencia tiene para descargar al piso un par suficiente del 30% del que entra en el diferencial. Idem para la otra rueda. En cambio, si la adherencia no es suficiente, a la rueda que tiene tracción llega un par igual al de la rueda que resbala (casi nula) más el 40% de la que entra en el diferencial. Si la distribución inicial del par fuese distinta al 50%, se deberían usar fórmulas dedicadas un poco más complejas, para tener en cuenta la distribución del par inducido por el diferencial central, aunque para tener una aproximación de la magnitud la expresión adoptada anteriormente puede ser, no obstante, utilizada, especialmente si la distribución inicial se acerca al 50%. Los diferenciales bloqueables pueden ser de accionamiento manual o automático, presentando múltiples soluciones para el bloqueo.

1. con dispositivo mecánico 1. con discos de fricción 2. electroneumático 2. con fluido viscoso 3. depresión 3. Torsen


DIFERENCIALES BLOQUEABLES

DE BLOQUEO MANUAL

AUTOBLOCANTES




Bloqueo manual El bloqueo del diferencial está accionado directamente por el piloto mediante una palanca o un interruptor desde el interior del vehículo. El bloqueo puede verificarse gracias a la acción de un manguito deslizante que se hace solidario un semieje con la caja del diferencial. El accionamiento puede ser mecánico o electroneumático: en el primer caso se adopta un sistema de palancas, en el segundo, se acciona mediante émbolos neumáticos controlados por un compresor eléctrico. Una solución especial es utilizar siempre un cilindro neumático, pero accionado por la depresión generada por el movimiento de la varilla de guía del manguito de bloqueo: de este modo se obtiene mayor simplicidad de fabricación, reducción de dimensiones y costes gracias a la eliminación de tubos y centralitas electroneumáticas. Estos diferenciales permiten un bloqueo del 100%, esto es el 100% de la fuerza de tracción puede ir a la rueda en las mejores condiciones de adherencia. De este modo se aumenta la motricidad, permitiendo al vehículo salir de situaciones en las que una de las dos ruedas de un eje tienda a resbalar a causa de la escasa adherencia del firme. El bloqueo, además, está aplicado frecuentemente en el diferencial/distribuidor del par central en el caso de un vehículo de tracción integral: el par se distribuye rígidamente, pero esta vez entre eje delantero y trasero. La ventaja de este sistema es precisamente el aumento de la motricidad, pero el bloqueo debe realizarse solamente cuando la situación efectivamente lo requiera, por tramos breves, a baja velocidad y no en curvas. La dinámica del vehículo cambia completamente: las dos ruedas de un mismo eje y/o las ruedas de dos ejes están obligadas a girar a la misma velocidad, haciendo peligrosa la conducción del vehículo en curvas (¡por este motivo ha sido creado el diferencial!). Además, los órganos de la transmisión son muy solicitados. Baste pensar solamente en el semieje de la rueda que tiene tracción, el cual debe ser dimensionado para soportar un par doble con respecto al de un diferencial abierto, en caso de que todo o casi todo el par sea transferido a la rueda con adherencia. El bloqueo manual, por lo tanto, está presente generalmente para las tracciones más exigentes.



Fig.18: diferencial de bloqueo neumático (Fiat TEMPRA 4x4)




Autoblocantes El bloqueo del diferencial se realiza automáticamente, sin estar ligado al accionamiento del conductor. El objetivo es siempre el mismo, permitir la distribución del par hacia el eje o la rueda que tenga mayor adherencia, favoreciendo así el mejoramiento de la motricidad aún en las más comprometidas condiciones de marcha. El par motriz se distribuye según la diferencia de velocidad (speed sensing) o de par (torque sensing) entre ruedas/ejes conectados al diferencial, diferencia detectada automáticamente por el mismo diferencial. En el primer caso, el diferencial se bloquea cuando detecta una diferencia de velocidad entre los ejes de entrada/salida, en el segundo caso en cambio, cuando se detecta una diferencia de par resistente. El discurso es análogo, en cuanto la diferencia de velocidad de manifiesta cuando hay una diferencia de par resistente y por lo tanto de adherencia. El diferencial detecta uno u otro caso según sus características de fabricación. Las diferencias con respecto al bloqueo manual son grandes. La principal ventaja que ofrece un autoblocante es la siguiente:

• siempre está activo, no solamente cuando lo decide el conductor, mejorando por lo tanto

la motricidad del vehículo gracias a una distribución conveniente de par en cualquier instante, sobre todo cuando los deslizamientos y las pérdidas de adherencia son limitadas y sería excesivo el bloqueo manual.

Sin embargo presenta también límites, ligados al hecho de que siempre está activo:

• puesto que actúa siempre, no se pueden alcanzar porcentajes de bloqueo muy elevados

(por norma el 25% y el 40%).

Si fuese así, el comportamiento del vehículo se haría imprevisible. Con porcentajes de bloqueo elevados se pueden presentar estas condiciones:

• DIFERENCIAL AUTOBLOCANTE MONTADO EN UN EJE las ruedas giran a la misma velocidad en todas las curvas, aún en aquellos recorridos más veloces y el vehículo tiende a ir en línea recta.

• DIFERENCIAL AUTOBLOCANTE EN POSICIÓN CENTRAL el vehículo manifiesta comportamiento por tramos con subviraje y por tramos con sobreviraje: el par, distribuido por el diferencial en el eje de mayor adherencia, podría ir de manera prevalente hacia el tren trasero (con sobreviraje), antes que en el delantero (con subdirección), modificando netamente y de improviso el comportamiento del vehículo, tomando por sorpresa a los pilotos menos experimentados. Un autoblocante provoca siempre estos saltos de par de un eje a otro, aún para bloqueos limitados, pero mientras más elevado es el porcentaje de bloqueo, más resulta incontrolable.

Es conveniente observar que además de las condiciones del piso, es suficiente la transferencia de carga en curva o en aceleración/desaceleración, o todavía más simplemente un neumático desinflado para modificar las condiciones de adherencia de ejes/ruedas, haciendo así entrar en acción al autoblocante. Es por estos motivos que es preciso limitar el porcentaje de bloqueo, de manera tal que más allá de ciertos límites la acción de bloqueo se termine permitiendo al diferencial desarrollar su función primaria, esto es, permitir a las ruedas girar con distintos regímenes. Esto es obviamente fundamental en curvas, donde el bloqueo automático facilita el accionamiento del vehículo, mientras cuando las fuerzas en juego superan los límites previstos, el diferencial se desbloquea y acciona como uno abierto.


Autoblocante con discos de fricción Con esta solución se introducen discos de fricción solidarios con la caja y colocados en contacto con los planetarios: cuando una rueda resbala, el planetario gira más velozmente que la caja, pero (dentro de ciertos límites) se desacelera por la acción de estos discos, que llevan a las dos ruedas a tener la misma velocidad de rotación. Nuevamente, como para el bloqueo manual, el diferencial pierde su función, y conecta rígidamente las dos ruedas. El par se distribuye según las condiciones de adherencia de los neumáticos.

Fig.19: Despiece de un autoblocante, en el cual se puede notar la presencia de los discos de

fricción


• caja • resaltes interiores • plato de presión • disco embrague • perno satélites • satélites • planetarios • disco embrague • muelle cónico de

compresión




Ferguson como diferencial central En este caso, la junta se utiliza como órgano de conexión entre los ejes delanteros/traseros, sin el agregado de otros diferenciales o reductores. Como máximo se puede introducir un reductor epicicloidal entre junta y puente trasero, no con función de distribuidor, sino exclusivamente de amplificador de la diferencia de velocidad entre entrada y salida de la junta, para hacer más rápida y sensible su intervención. Con esta configuración se puede realizar una tracción integral no exactamente permanente, pero activable automáticamente. En condiciones ideales, en las cuales el eje delantero y trasero se encuentran en las mismas condiciones de adherencia, la tracción está al 100% en un solo eje, por ejemplo en el delantero. En el momento en el cual se genera una mínima diferencia de velocidad entre los dos ejes interviene automáticamente la junta, distribuyendo parte del par en el eje trasero. De este modo, la tracción es integral solo cuando es efectivamente necesaria, y el par se distribuye en porcentajes convenientes entre los dos ejes propios en función de las condiciones reales de adherencia, detectadas mediante la diferencia de velocidad entre los ejes. En realidad, aún en condiciones de marcha ideales, parte del par va a terminar en el eje trasero, aunque en porcentajes muy pequeños (aproximadamente 2-3%). Esto porque en frío el líquido de la junta podría tener también un valor mínimo de viscosidad tal como para transferir el par. Vista la simplicidad de aplicación, la flexibilidad de uso y los costes decididamente reducidos con respecto a los diferenciales locked de otro tipo, la junta viscosa es un dispositivo especialmente difundido, tanto como dispositivo de bloqueo como diferencial central para una tracción integral activable automáticamente. Naturalmente presenta también límites estrictamente ligados a su principio de funcionamiento Para poder intervenir es preciso alcanzar las condiciones de deslizamiento, por lo tanto acciona sólo después de que se ha perdido adherencia. Además, debe transcurrir el tiempo suficiente para calentar el fluido. Naturalmente este tiempo es limitado, pero hace sin embargo lenta la respuesta de la junta, sobre todo en relación con los dispositivos mecánicos de bloqueo de los diferenciales, que por el contrario intervienen en tiempo real. Además, un uso prolongado del vehículo en la conducción off-road, con intervenciones continuas de la junta, hace difícil el enfriamiento del aceite, con la consecuente reducción de sensibilidad y precisión de la respuesta.



DIFERENCIALES TORSEN En este capítulo se ilustran las distintas tipologías de los diferenciales Torsen analizando el funcionamiento en las distintas condiciones de marcha y poniendo en evidencia las ventajas y desventajas recíprocas. Diferenciales torsen El Torsen es un diferencial autoblocante sensible a las diferencias de par (Tor = torque; sen = sensing) que utiliza una compleja geometría de los engranajes a fin de:

• diferenciar la velocidad de las ruedas o de dos ejes en curvas, según esté montado respectivamente en un eje o en posición central; • evitar el deslizamiento de una rueda o de ambas (en caso de TorSen central) en condiciones de escasa adherencia, forzando al par a ir hacia la rueda o el eje de mayor adherencia.

Existen tres tipologías distintas de Torsen, clasificadas como A, B o C. Difieren una de otra por la distinta geometría de los engranajes, pero el principio de funcionamiento para obtener el bloqueo es el mismo en las tres configuraciones.



Torsen A

El principio de funcionamiento del Torsen A está relacionado con la geometría de los engranajes, y en especial al acoplamiento del tornillo sin fin/rueda de dentado helicoidal. Este acoplamiento, en condiciones especiales, permite el movimiento de una sola dirección: El tornillo sin fin puede hacer girar el engranaje helicoidal, pero no se puede realizar la inversa. La rueda de dientes helicoidales, que en el Torsen está representada por los satélites, no puede, por lo tanto, transmitir el movimiento, mediante su rotación, al tornillo sin fin, representado por los planetarios. La condición de irreversible existe solamente para el movimiento de rotación alrededor del propio eje; en cambio en el movimiento de revolución, o cuando los satélites giran alrededor de los planetarios, los satélites pueden arrastrar en rotación a estos últimos. Es precisamente gracias a esta irreversibilidad del movimiento que se obtiene el bloqueo automático del diferencial, en determinadas condiciones de fricción interna y del ángulo de inclinación de la hélice de los dientes. Haciendo referencia a la figura siguiente, los elementos que constituyen el Torsen A son:

• una caja exterior (1), que recibe el movimiento de la transmisión a través de una corona cónica (no presente en la figura pero solidaria con la caja)

• dos planetarios (5), montados coaxialmente y afrontados, constituidos por dos tornillos sin fin, solidarios con los semiejes de la rueda (2) o, en el caso de Torsen central, solidarios con los ejes para transmitir el movimiento al tren delantero/trasero.

• tres pares de satélites (3), constituidos por engranajes helicoidales, solidarios mediante pernos a la caja, de la cual reciben el movimiento de revolución, engranados con los planetarios (acoplamiento del tornillo sin fin/engranaje helicoidal) y engranados entre sí por el dentado de enlace (4) en los extremos.

Fig.22: Torsen A

Es preciso analizar el funcionamiento del diferencial en las distintas condiciones de marcha.


2

1. caja 2. semejes 3. satélites 4. engranajes de enlace 5. planetarios

3

4 2

1

5


Marcha rectilínea con igual adherencia en las ruedas El par motriz que proviene de la transmisión se transmite a la caja mediante la corona cónica. La caja obliga a los tres pares de satélites a girar alrededor de los planetarios (movimiento de revolución), sin girar sobre sí mismos. Los satélites arrastran luego a los planetarios con los cuales están engranados, poniéndolos en rotación. En estas condiciones de marcha, las ruedas tienen el mismo número de revoluciones y el par motriz se distribuye equitativamente: El Torsen se comporta como un diferencial abierto normal. Los satélites, que no giran sobre sí mismos, actúan como chavetas haciendo rígida la conexión. Esto sucede porque, aún si los satélites tendiesen a girar sobre sí mismos, el movimiento sería impedido automáticamente por la geometría del acoplamiento: por construcción, los satélites deberían girar en el mismo sentido, pero estando conectados entre sí mediante los engranajes de enlace, quedan bloqueados. Como se nota, dos ruedas dentadas para poder engranar entre sí deben tener distintos sentidos de rotación.

Fig.23: engranajes de enlace de los satélites

Los satélites actúan como chavetas porque, como se visualiza en la figura, tienden a girar en el mismo sentido, pero al estar engranados mediante los engranajes de enlace, quedan bloqueados.




Fig.24: marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia con diferencial Torsen

con Cs = Cd C = 2 * Cs = 2 * Cd ns = nd n = 2 * ns = 2 * nd donde C = par motriz en la caja n = número de revoluciones caja Cs = par en la rueda izquierda ns = número de revoluciones rueda izquierda Cd = par en la rueda derecha nd = número de revoluciones rueda derecha

En curva con iguales condiciones de adherencia

El par motriz llega a la caja, de allí a los satélites y de allí a los planetarios. A diferencia de antes, ahora la trayectoria curvilínea les impone a las ruedas, y por lo tanto a los planetarios, que giren a distinta velocidad. Esto es permitido por la presencia de los satélites. En marcha rectilínea los mismos están bloqueados porque girarían en el mismo sentido y a la misma velocidad. Aquí en cambio se verifica esta situación: el planetario que acelera (rueda externa) gira más velozmente que la caja, como consecuencia el satélite correspondientemente está obligado a girar sobre sí mismo para compensar la diferencia de velocidad y permitir que el planetario acelere. En el otro extremo el planetario desacelera con respecto a la caja (rueda interna); el satélite correspondiente compensa la diferencia de velocidad girando sobre sí mismo, pero esta vez en sentido contrario con respecto al otro porque debe permitir que el planetario desacelere y no que acelere. Con respecto a la marcha rectilínea, ahora los dos satélites pueden girar sobre sí mismos, porque tienen igual velocidad, pero sentidos de rotación diferentes. Nuevamente el Torsen se comporta como un diferencial abierto.




Fig.26: en curva con iguales condiciones de adherencia con diferencial Torsen

con ns > n y nd < n Cs = Cd = C/2




Diferentes condiciones de adherencia

Las propiedades de este diferencial se evidencian cuando una rueda se encuentra en un piso de escasa adherencia, condición por la cual con un open la rueda resbalaría sin permitir que el vehículo arranque. En el Torsen esto no sucede, gracias a la irreversibilidad del movimiento debido a las condiciones de acoplamiento planetario/satélite. El par motriz llega a la caja, de allí a los satélites y de allí a los planetarios. Uno de los dos planetarios, el solidario con la rueda de escasa adherencia, tiende a acelerar con respecto a la caja (la rueda resbala). El satélite engranado con el planetario debería girar ahora sobre sí mismo para permitir que la rueda resbale, pero estando engranado con otro satélite, esta rotación no puede ocurrir. En efecto, este último debería, estando engranado, girar a la misma velocidad pero en sentido opuesto; pero para girar de este modo, debería forzar la rotación del planetario correspondiente. Sin embargo, siendo el movimiento irreversible, este satélite no puede hacer rotar a su planetario, por lo tanto se bloquea. Otra vez, como en la marcha rectilínea, los satélites están bloqueados haciendo rígida la conexión: las ruedas están obligadas a girar a la misma velocidad y el par se distribuye en distintas proporciones en función de las condiciones efectivas de adherencia en el contacto carretera-neumático.


En la figura se observa que, suponiendo que la rueda izquierda pierda adherencia, el satélite de derecha debería entrar en rotación a la misma velocidad, empujado por el satélite adyacente. Para girar, el satélite derecho debería hacer girar su planetario que en cambio está detenido, o bien más lento, pero esto no es posible por la condición de la irreversibilidad del movimiento. El Torsen se bloquea.




Fig.28: rueda derecha sobre firme de carretera de escasa adherencia; comportamiento con diferencial Torsen



Torsen B

Fig.29: Torsen B

El principio de funcionamiento es similar al del Torsen A. La diferencia sustancial está representada por la geometría de los satélites, que ya no están constituidos por pares de engranajes helicoidales engranados entre sí, sino que están realizados en un único elemento desarrollado axialmente: los ejes de dos satélites son por tanto coincidentes. Esta solución permite limitar las fuerzas que se intercambian entre los engranajes, aumentando la duración del diferencial, limitando las vibraciones y garantizando un funcionamiento suave. Además la mayor longitud de los engranajes, debida al desarrollo longitudinal de los satélites, asegura una mayor flexibilidad de uso, permitiendo también la aplicación en el eje delantero, lo cual no es posible con el Torsen A.


2

1. caja 2. semiejes 3. satélites de ejes

paralelos 4. planetarios

1

3 2

4


Torsen C n C

Caja Planetarios Satélites Anillos de fricción

Fig.30: Despiece de un Torsen C


1

2

3

4

1

2

4



Fig.31: Sección de un Torsen C

El Torsen C es un diferencial en el cual los engranajes presentan una configuración epicicloidal. Los elementos principales que constituyen el diferencial son:

• planetario conectado al eje de entrada a través del perfil estriado, constituido por una corona dentada exteriormente con dientes helicoidales (2);

• planetario conectado al eje de salida a través del perfil estriado, constituido por una corona dentada interiormente con dientes helicoidales (2);

• satélites (3), constituidos por tornillo sin fin y solidarios mediante pernos a la caja, de la cual reciben el movimiento de revolución;

• elementos de fricción (4), constituidos por discos metálicos con superficies con alto coeficiente de fricción;

• caja exterior (1) que recibe el movimiento a través de corona dentada. Por construcción el Torsen C no puede distribuir el par equitativamente entre los dos ejes, ya que las coronas de los dos planetarios tienen distinto diámetro y son concéntricas, y para poder engranar las dimensiones de los dientes deben coincidir, por lo tanto, los dos planetarios deberán necesariamente tener un número diferente de dientes, realizando así un reductor/multiplicador epicicloidal. Por este motivo el Torsen C encuentra aplicación exclusivamente como distribuidor central de par. Nuevamente se analiza el funcionamiento en las distintas condiciones de marcha.




Marcha rectilínea con iguales condiciones de adherencia

Las ruedas del eje delantero y trasero giran a la misma velocidad y con iguales condiciones de adherencia, por lo tanto sin deslizamientos relativos. El par motriz llega a la caja, la cual gira y obliga a los satélites a un movimiento de revolución alrededor del eje longitudinal del diferencial. Los satélites no giran sobre sí mismos, ya que no existe diferencia de velocidad entre eje trasero y delantero. A través del movimiento de revolución, los satélites arrastran a los dos planetarios, y el par se distribuye entre los dos ejes según la relación entre los números de dientes de los mismos planetarios.

En curva con iguales condiciones de adherencia

En curvas las ruedas de los dos ejes recorren trayectorias diferentes: de modo especial las traseras siguen una trayectoria más cerrada, por lo tanto giran a velocidad inferior a la de las delanteras. El Torsen C debe permitir a los dos ejes distinguir las velocidades. Esta función se alcanza mediante la acción de los satélites que, además de mantener el movimiento de revolución para transmitir el par a los planetarios, giran sobre sí mismos compensando la diferencia de velocidad entre los dos planetarios. El par, si las condiciones de adherencia quedan iguales en los dos ejes, se distribuye como en la marcha rectilínea.

Diferentes condiciones de adherencia

Los dos ejes se encuentran en diferentes condiciones de adherencia: el diferencial está proyectado para hacer que el par se distribuya principalmente hacia las ruedas que están adheridas al piso, en cantidad proporcional a las condiciones de adherencia. Esto es posible gracias a los elementos de fricción presentes dentro del diferencial. Cuando las ruedas de un eje pierden adherencia, el par escapa hacia esa dirección haciéndolas acelerar, y haciendo acelerar al correspondiente planetario con respecto a la caja. Para poder acelerar, el planetario debería hacer girar los satélites, para compensar la diferencia de velocidad con respecto a la caja. Pero en cuanto los dientes del planetario empujan a los de los satélites, por efecto del ángulo de inclinación de la hélice de los dientes, se genera una fuerza axial, que empuja por reacción al mismo planetario contra las superficies de fricción. De es este modo el planetario se frena y está obligado a girar a la misma velocidad que la caja. El diferencial se bloquea, los dos ejes están obligados a girar a la misma velocidad y el par por lo tanto se dirige hacia el eje con mayor par resistente o a donde esté la mayor adherencia. Estando siempre activo, el Torsen C debe, como todos los autoblocantes, tener un porcentaje de bloqueo limitado y bien alejado del 100%, por los motivos ya observados. Además de ciertos valores de diferencia de velocidad bien definidos, las superficies de fricción no están en condiciones de mantener bloqueado el diferencial: El diferencial se abre permitiendo a los ejes girar a distintas velocidades. Si bien el diferencial se abre, el par se distribuye todavía hacia el eje con mayor adherencia, ya que es cierto que ahora el deslizamiento del planetario está permitido porque la fricción de los elementos de fricción no es suficiente para bloquearlo por completo, pero también es cierto que el planetario se frena lo más posible por el elemento de fricción. Por lo tanto, el par se distribuye todavía, por efecto de las elevadas fricciones internas, como si estuviese bloqueado con las proporciones correspondientes al máximo porcentaje de bloqueo que el diferencial puede alcanzar, permitiendo sin embargo a los ejes tener distinta velocidad: se buscó esta condición para mejorar la dinámica del vehículo en curvas, ya que el diferencial se bloquea inicialmente, garantizando la distribución correcta de par si las condiciones de adherencia son diferentes, pero se desbloquea cuando, recorriendo la curva, las solicitaciones resultan elevadas, permitiendo la diferenciación correcta de las velocidades de los dos ejes. Además, el Torsen C puede manifestar un comportamiento distinto en tiro (aceleración) y en liberado (desaceleración): en las dos condiciones las fuerzas axiales están orientadas de manera opuesta, provocando un empaquetamiento distinto de los elementos de fricción, dispuestos a propósito de modo asimétrico con respecto al plano de simetría del diferencial. Así se puede



obtener, por ejemplo, un bloqueo más alto en el caso de que, en liberado, el par de frenado del propulsor deba ser transferido al eje delantero, siendo éste el eje de mayor adherencia, mejorando así el comportamiento del vehículo en la frenada. Independientemente de la configuración (A, B o C), los Torsen pueden compararse entre sí mediante la llamada TBR (Torque Bias Ratio = relación de desequilibrio de par), que indica la relación entre el par que llega a la rueda que tiene adherencia con respecto al par que llega a la otra. Por ejemplo:

TBR 1 : 3 ¾ del par motriz disponible se aplicarán en la rueda que tiene adherencia y ¼ a la otra A título de ejemplo, están expuestos aquí algunos valores de TBR para Torsen A y B producidos por Toyoda, en relación a aplicación en ejes delanteros/traseros o en posición central:

TBR – Torsen A

TBR – Torsen B



El TBR depende obviamente de las características de construcción del diferencial, y está relacionado directamente con el porcentaje de bloqueo máximo. La relación que los une es:

% bloqueo = (TBR – 1) / (TBR + 1)

Los diferenciales Torsen presentan las mismas posibilidades y límites que ofrecen los autoblocantes comunes. El sistema de bloqueo de tipo mecánico ofrece mayores ventajas de sensibilidad, tiempo y precisión en la intervención con respecto a los otros dispositivos de bloqueo. La diferencia es especialmente evidente si se compara el Torsen con una junta Ferguson: el Torsen está ‘activo’, interviniendo anticipadamente a las condiciones de deslizamiento, siendo el funcionamiento exclusivamente de tipo mecánico. Esto no sucede en el Ferguson, cuyo funcionamiento se manifiesta sólo ante condiciones de deslizamiento, con la consecuente pérdida de par y motricidad. El Torsen tiene si embargo costes superiores: por estos motivos es fácil encontrar los Ferguson aplicados en vehículos sin demasiadas pretensiones en términos de prestaciones off-road.

En síntesis, de la comparación entre los Torsen A; B y C, resulta que:


VENTAJAS DESVENTAJAS

Torsen A Tempestividad de intervención Espacio Costes

Torsen B Tempestividad de intervención Compactabilidad Menores esfuerzos en los engranajes

Costes

Torsen C Tempestividad de intervención Compactabilidad Posibilidad de diferenciar comportamiento en tiro y en liberado

Aplicación limitada en posición central




APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA En este capítulo se ilustran los nuevos sistemas de tracción integral, posibles gracias a la llegada de la electrónica, buscando reunir las respectivas ventajas y desventajas. El capítulo se cierra con un breve análisis del embrague Haldex, controlado electrónicamente, ampliamente difundido en los vehículos de la competencia.

Aplicación de la electrónica La electrónica ha permitido introducir nuevos sistemas para vehículos de tracción integral. No por casualidad se habla hoy de AWD (All Wheel Drive), sigla con la cual se identifican los nuevos sistemas de tracción integral de gestión electrónica, aplicados a una gama siempre más amplia de modelos. La gestión electrónica ha hecho posible mejorar los vehículos de cuatro ruedas motrices, haciéndolos más fáciles de conducir y, como consecuencia, más seguros. Desde el principio se ha pensado unir la acción del ABS (Antilock Braking System) a la de los diferenciales normales: mediante ASR (Anti Slip Regulation), que constituye una función del ABS, se puede frenar cada rueda, limitando el deslizamiento de la que pierde adherencia, permitiendo así, a través de un simple diferencial abierto, transferir el par al otro lado. En efecto, frenando una rueda, se aplica un par resistente: La ASR actúa de modo similar al sistema de bloqueo de un locked, permitiendo el uso de diferenciales abiertos más simples y económicos. Además, los sensores de ASR permiten detectar las condiciones de deslizamiento y corregirlas a través de los frenos en tiempos extremadamente reducidos, casi previéndolas, interviniendo más rápidamente que cualquier otro dispositivo de bloqueo y distribuyendo instante por instante el par en base a las condiciones de adherencia. El perfeccionamiento de la electrónica ha permitido en los últimos años introducir esquemas del siguiente tipo:

• tres diferenciales abiertos con gestión totalmente electrónica de la tracción (por ej., BMW

X5) • diferencial central bloqueable y control electrónico de la tracción en los ejes (por ej.,Land

Rover Defender) • diferencial central autoblocante y control electrónico en los ejes (por ej.,Range Rover

desde 1994 en adelante)

La gestión electrónica ofrece las siguientes ventajas:

• conducción del vehículo más simple y segura, con intervenciones rápidas y precisas del sistema para controlar la tracción en las cuatro ruedas;

• costes inferiores con respecto a complejos dispositivos de bloqueo de tipo mecánico.



Los límites, en cambio, son: • la avería de un sensor o el sobrecalentamiento de cualquier componente electrónico es

suficiente para excluir automáticamente el sistema, dejando incluso al vehículo defectuoso; • las continuas intervenciones de corrección ejercidas en los frenos aceleran en mucho su

desgaste, provocando continuas pérdidas de par motriz (problema evidente especialmente en la conducción off-road especialmente exigente).

Embragues Haldex La electrónica además permitió la introducción de dispositivos innovadores para el paso de tracción simple a tracción integral, como los embragues tipo Haldex (tracción integral electrohidráulica). Este embrague sustituye al diferencial central y está constituido por una serie de discos en baño de aceite compactados, con regulación electrónica según la velocidad del motor, posición del pedal del acelerador, datos provenientes de los sensores ABS, ASR y ESP. Haldex permite mantener desconectados el tren delantero y el trasero cuando las condiciones de adherencia son iguales en los dos ejes (tracción en un solo eje, por ej., el delantero). Cuando en cambio un eje tiene mayor adherencia que otro, el embrague los vuelve solidarios permitiendo al par distribuirse en función de las condiciones de adherencia. Haldex puede realizar también el bloqueo total, permitiendo una transferencia de parte del 100 % en un eje. En suma, actúa en forma similar a un Ferguson pero con rapidez y precisión decididamente superiores (por ej., 4motion de Volkswagen). El porcentaje de bloqueo del embrague está vinculado a la acción de un pistón regulado electrónicamente a través de electroválvulas: mientras más elevada es la presión ejercida, más se compactarán los discos y crecerá el par transmitido. Además de los embragues electrohidráulicos, existen también embragues electromagnéticos (por ej., la tracción integral Honda), los cuales resultan ser incluso más rápidos. El funcionamiento es análogo, sólo cambia la modalidad de accionamiento.



ESQUEMAS DE TRACCIONES INTEGRALES En este capítulo se ilustran los diferentes esquemas de tracción integral desarrollados por el grupo Fiat para los principales autos producidos en serie. El capítulo se cierra con una breve mención de los esquemas de tracción integral que se aplican actualmente en vehículos de la competencia.

Esquemas de tracciones integrales

Se procede ahora a un rápido análisis de los esquemas de transmisión adoptados en los vehículos de tracción integral producidos por el grupo Fiat.

Fiat Campagnola

El Fiat Campagnola era de tracción trasera con la tracción integral activable: El esquema preveía la utilización de dos diferenciales, uno por cada eje.

Fiat Campagnola

El Fiat Campagnola retomaba entonces el modelo del Jeep Willys.



Alfa Romeo Matta

El Alfa Romeo Matta tenía un esquema con motor delantero longitudinal, y dos diferenciales, distribuidor central. La tracción era permanente en el trasero y activable en el delantero.


Alfa Romeo Matta



Fiat Panda 4x4

El Fiat Panda presentaba una tracción integral activable mecánicamente, y permanente en el eje delantero: También en este caso habría sólo dos diferenciales, uno delantero y uno trasero.

Fiat Panda

En algunas versiones, en marcha interacción integral desactivada, existía la posibilidad de desconectar las ruedas traseras del grupo diferencial, evitando traccionar los elementos de la transmisión: esto permitía consumo reducido y menores vibraciones.

Lancia Y10 4WD

El Y10 4WD adoptaba el mismo esquema que el Fiat Panda con la única diferencia de que la activación manual de la tracción integral se confiaba a un dispositivo electroneumático.



Alfa Romeo 33 4WD

El esquema adoptado en el Alfa Romeo 33 preveía la activación de la tracción en las ruedas traseras mediante una palanca en el habitáculo, un diferencial central contenía los eventuales deslizamientos entre los dos ejes. En la gama de 1991 el diferencial central estaba constituido por una junta viscosa controlada electrónicamente.

Alfa Romeo 33

Debido también a la mayor altura desde el piso en comparación con la versión de tracción delantera, el 33 4x4 era capaz de desempeñar se en muchas situaciones críticas pasando fácilmente de firmes de carretera nevados a tramos sin pavimento.




Lancia Delta S4

El Lancia Delta S4 tenía una tracción integral permanente con tres diferenciales con distribución del par de 30-70% delantero/trasero.



Lancia Prisma 4WD

El Lancia Prisma 4WD tenía una tracción integral de tipo permanente y presentaba por lo tanto un esquema con tres diferenciales: el delantero (2) era de tipo abierto y el trasero tipo bloqueable manual con dispositivo neumático. El diferencial central (1), de tipo epicicloidal distribuía el par motriz en forma asimétrica: 56% en el delantero y 44% en el trasero. El diferencial central estaba combinado con una junta Ferguson (A) con función de bloqueo con el fin de modificar la anterior distribución en función de condiciones de adherencia de los dos ejes.


2

A

1

3

5 4

A Junta viscosa 1 Diferencial epicicloidal 2 Diferencial abierto 3 Par cónico multiplicador 4 Eje de transmisión 5 Par cónico reductor

. Lancia Prisma: esquema de transmisión



Lancia Delta HF 4WD

El Lancia Delta HF 4WD tenía una tracción integral de tipo permanente con tres diferenciales: El delantero (2) era de tipo abierto y el trasero (6) era un diferencial Torsen A. El diferencial central (1) de tipo epicicloidal estaba combinado con una junta Ferguson (5) con función de bloqueo con el fin de modificar la anterior distribución en función de condiciones de adherencia de los dos ejes. En la gama de 1991 se cambió la distribución del par: 47% en el delantero y 53% en el trasero.


1 Diferencial epicicloidal 2 Diferencial abierto 3 Par cónico multiplicador 4 Eje de transmisión 5 Junta viscosa 6 Diferencial Torsen A

. Lancia Delta 4WD

La única diferencia con respecto al esquema del Lancia Prisma 4WD estaba representada por la adopción de un diferencial trasero de tipo Torsen A.

1

2

5

3

4 6


Fiat Tempra 4WD

El Fiat Tempra 4WD tenía una tracción integral de tipo permanente con tres diferenciales: el delantero (3) era de tipo abierto y el trasero (8) de tipo bloqueable manual con dispositivo neumático. El diferencial central (2), de tipo epicicloidal distribuía el par motriz en forma asimétrica: 56% en el delantero y 44% en el trasero. El diferencial central estaba combinado con una junta Ferguson (5) con función de bloqueo con el fin de modificar la anterior distribución en función de condiciones de adherencia de los dos ejes.

. Fiat Tempra


.Fiat Tempra: grupo con diferencial, distribuidor y junta viscosa situados adelante por motivos de

espacio

A. Corona del sistema epicicloidal H. Corona cónica B. Eje de la corona I. Piñón de mando C y D. 1° y 2° satélite eje de transmisión E. Piñón solar L. Diferencial F.Tren portasatélites delantero G. Eje hueco tren portasatélites M. Piñón de cambio



Alfa Romeo 155 Q4

El Alfa Romeo 155 Q4 adoptaba tres diferenciales: uno delantero (3) abierto; uno central epicicloidal (2) con una junta viscosa Ferguson (5); uno trasero (8) de tipo Torsen A. En condiciones normales el par motriz era distribuido por el diferencial central en una proporción del 47% en el eje delantero y del 53% en el eje trasero.

Alfa Romeo 155

Alfa Romeo 155: esquema de transmisión


Este esquema de transmisión se vinculaba a un sistema ABS particularmente sofisticado.


Alfa Romeo 164 Q4

El corazón del sistema era la junta viscosa central Viscomatic, controlada por una centralita electrónica que detectaba y procesaba los datos correspondientes al par motriz requerido, velocidad, ángulo de viraje y diferencia de desplazamiento entre los ejes. A cada instante el sistema distribuía el par motriz entre los dos ejes, garantizando las mejores condiciones de motricidad en cualquier situación. Para modular la acción de la junta se empleaba un pistón controlado electrónicamente. Compactando en más o en menos los discos internos de la junta se modificaba el comportamiento y la capacidad de bloqueo. Nótese que entre la junta y el diferencial trasero (de tipo Torsen A) se colocó un grupo epicicloidal con la función de amplificar la diferencia de velocidad entre la entrada y la salida de la junta, tanto para que intervenga más rápidamente como para reducir el par gestionado por la junta.

Viscomatic adoptado para el Alfa Romeo 164 Q4

El 164 Q4 fue, antes que el 156 Crosswagon, la última realización de vehículos de tracción integral matriculada por Alfa Romeo. El esquema de transmisión adoptado representaba una completa evolución con respecto a los anteriores sistemas, sobre todo por el amplio uso de la electrónica.




NUEVO PANDA 4X4

Generalidades

La transmisión del Panda 4x4 utiliza dos diferenciales y una junta viscosa. Es una tracción integral permanente, no necesita de maniobras de activación por parte del conductor sino que permite una distribución del par motriz óptima entre el eje delantero y el trasero según las condiciones de adherencia del firme de carretera. En un recorrido con adherencia normal (asfalto seco, etc.) el par motriz se dirige en un 98% a las ruedas delanteras permitiendo un comportamiento del vehículo similar al de uno de tracción delantera, evitando además excesivo consumo de los neumáticos y de combustible debido a las leves diferencias de velocidad de rotación entre las ruedas delanteras y traseras. En un recorrido con baja adherencia (carretera nevada, con hielo, fangosa, etc.) las ruedas motrices delanteras tienden a patinar, pero la junta viscosa corrige inmediatamente esta tendencia adquiriendo rigidez y transmitiendo progresivamente al tren trasero un porcentaje del par motriz creciente (en un porcentaje necesario) anulando el patinazo y distribuyendo en forma óptima la tracción en las cuatro ruedas. Dicha transferencia de par es apreciada por el conductor como una excelente capacidad de desempeño del vehículo.

Leyenda: 1 - Cambio C514R M.T. 2 – Diferencial delantero 3 – Toma de fuerza 4 – Eje de transmisión (en dos piezas) 5 - Junta viscosa 6 – Diferencial trasero



Par motriz y adherencia

En las ruedas motrices de un vehículo (figura A) actúan un par de fuerzas, que corresponden a S (fuerza de tracción o propulsión) y a St (fuerza tangencial de tracción), de igual valor, el cual está determinado por la relación entre el par motriz Mt, aplicado en las ruedas motrices y el radio r de las ruedas:

S = St = Mt / r

Figura A


Para que un vehículo se desplace (figura B) (arranque estando parado) o acelere, es necesario que la fuerza de tracción S sea superior a la resistencia total al avance R, e inferior a la adherencia. Más precisamente, que la fuerza tangencial St, de intensidad igual a la fuerza de tracción S, sea inferior al valor de la adherencia disponible A.



Figura B

En condiciones de equilibrio, el avance del vehículo a velocidad uniforme está asegurado cuando la fuerza S es igual a la resistencia R. El valor de la resistencia total al avance R está determinado por la suma de las resistencias debidas al arrastre, a la penetración del aire, a la inercia del vehículo y a las pendientes. El valor de la adherencia disponible A está determinado por el producto del coeficiente de fricción (o de adherencia) "μ" existente entre los cuerpos en contacto (en este caso neumático y piso) por el peso "P" del vehículo que actúa en la rueda: A = μ x P La adherencia está disponible en todas las direcciones como ya se dijo, tanto en el eje longitudinal del neumático en el cual actúan la fuerza de tracción S y la tangencial St, como en el eje transversal en el cual actúan fuerzas perturbadoras externas Fe (viento lateral) y/o centrífugas Fc (vehículo en curva). Cuando una fuerza externa (motriz o perturbadora) alcanza con su intensidad el valor de la adherencia A, ésta no está más disponible en otra dirección.


Indicando con μx el coeficiente de fricción (o de adherencia) longitudinal y con μy el coeficiente de fricción (o de adherencia) transversal, se puede considerar que entre la fuerza de adherencia longitudinal X y la fuerza de adherencia transversal Y existe la relación representada por el diagrama siguiente:


donde: X= μx x P Y= μy x P y Xo y Yo son respectivamente los valores máximos de las fuerzas longitudinales y transversales que pueden desarrollarse entre el neumático y el piso, iguales a: Xo = μxmáx x P (μxmáx: coeficiente de adherencia longitudinal máximo) Yo = μymáx x P (μymáx: coeficiente de adherencia transversal máximo) Cuando la fuerza de tracción tangencial St aplicada resulta superior a la adherencia disponible A (nieve, y el logo, fango) las ruedas motrices tienden a resbalar y el vehículo en caso de partir desde parado no se desplaza (figura D).

Figura D


A igualdad de par motriz erogado por el motor, una distribución del mismo en las cuatro ruedas o en dos ruedas (S1 y S2) reduce el valor de las fuerzas tangenciales de tracción St1 y St2 aplicadas en cada rueda motriz (figura E).



Figura E

Para cada una de ellas, habiendo disminuido el valor del par motriz, aumenta en consecuencia la fracción de adherencia disponible A antes de que se verifique el deslizamiento de la rueda. Tracción integral significa disponer de cuatro ruedas motrices en un vehículo, con la ventaja de distribuir el par motriz en cuatro ruedas en vez de dos. Naturalmente que se puede aplicar en todas las situaciones en las cuales es necesario disponer de un mayor par motor para superar desniveles notables, terrenos poco compactos, o cuando la adherencia disponible es insuficiente y dos ruedas motrices solamente pueden no alcanzar para que avance del vehículo: nieve, y el logo, fango, arena, etc.

La tracción integral

La tracción integral, además de las ventajas en términos de motricidad (plena utilización del par disponible) presenta ventajas adicionales fundamentales en términos de seguridad, estabilidad y comportamiento neutro del vehículo. La seguridad se mejora porque una eventual falta de adherencia en una rueda motriz debido a las irregularidades de la carretera (acquaplaning, zonas con hielo, manchas de aceite) resulte equilibrada por las otras tres ruedas motrices.


La estabilidad aumenta porque se tiene una mayor reserva de dirección debida a un menor compromiso de la motricidad. En un vehículo de dos ruedas motrices, que está recorriendo una curva (figura F), por simplicidad de representación consideraremos a las fuerzas S y St de igual intensidad. La fuerza de tracción S utiliza totalmente el campo de adherencia disponible, y sumada a la fuerza centrífuga Fc se genera una resultante T que ya no puede ser equilibrada por la adherencia que puede disponer el neumático. El vehículo perderá su dirección y por lo tanto su estabilidad


Figura F

La ruedas traseras son poco aprovechadas porque la Fc que actúa deja adherencia disponible utilizable para la motricidad En un vehículo de cuatro ruedas motrices de igualdad de par motriz erogado por el motor (figura G) la fuerza en las ruedas S se desdobla; la resultante T permanece dentro de los límites de adherencia disponible, asegura una buena estabilidad y un margen de reserva. En esta situación se puede trasmitir al piso mayores pares motrices utilizando también las ruedas traseras.


Figura G



Tracción integral permanente Un vehículo con tracción integral permanente dispone de cuatro ruedas motrices permanentemente. Un sistema de tracción integral permanente está realizado mediante una toma de fuerza aplicada en la corona del diferencial delantero, un reenvío, una junta viscosa colocada en el eje de transmisión con la función de modular permanentemente la motricidad de la ruedas delanteras y traseras, un diferencial trasero.

Tracción integral activable La tracción integral activable permite al usuario controlar directamente la activación de la tracción integral, según la necesidad (baja adherencia, subidas empinadas) en vehículos que normalmente viajan con dos ruedas motrices. Dichos vehículos poseen por lo general una toma de fuerza en el cambio o en el diferencial, un eje de transmisión que normalmente gira libre, un diferencial trasero y un mecanismo para activar la tracción. Dicho mecanismo puede ser un embrague, un manguito estriado o un acoplamiento de dientes frontales, que se pueden activar manual o automáticamente. El uso de la tracción integral activable debe realizarse sólo en presencia de baja adherencia (nieve, hielo) poco de subidas empinadas. Ofrece por lo tanto con respecto a una tracción de dos ruedas motrices ventajas en términos de funcionalidad, como motricidad y desempeño

Transmisión del movimiento En la actual versión del Panda 4x4 el movimiento proveniente del eje secundario (1) del cambio a través de la corona (2) del diferencial delantero (3), llega a la ruedas delanteras, siempre manteniendo invariables las relaciones. Al mismo tiempo, por medio de la toma de fuerza (4) del grupo de reenvío (5), del eje de transmisión (6), de la junta viscosa (7), el movimiento llega a través del grupo diferencial trasero (8) y de los semiejes oscilantes (9) a las ruedas traseras.

Leyenda: 1 - Eje secundario 2 - Corona 3 – Diferencial delantero 4 – Toma de fuerza 5 - Grupo de reenvío

6 – Eje de transmisión (en dos piezas) 7 - Junta viscosa 8 – Diferencial trasero


9 - Semiejes


Toma de fuerza y grupo de reenvío

La toma de fuerza está constituida por un piñón (1) que engrana con la corona (dos) del diferencial delantero. El grupo de reenvío está compuesto por un par de engranajes cónicos (3) conectados respectivamente a la toma de fuerza (1) y al eje de transmisión a través de una brida (4) La toma de fuerza y el grupo de reenvío están alojados en una nueva semicaja diferencial acoplada a la caja de cambio original. Cualquier anomalía en uno de los componentes de cárter (campana, cuerpo central, semicaja con toma de fuerza y grupo de reenvío) requiere la sustitución de la caja de cambio completa. La lubricación de la toma de fuerza y del grupo de reenvío está asegurada por el mismo aceite del cambio.

NOTA: En caso de sustitución de la corona diferencial, utilizar exclusivamente la pieza de recambio específica para la versión 4x4.

Leyenda 1 - Piñón 2 - Corona 3 - Engranajes cónicos


4 - Brida



Eje de transmisión

El eje de transmisión está dividido en dos troncos. El tronco delantero (1) está conectado por un lado al grupo de reenvío y por el otro al tronco trasero (6) a través de juntas de cardán (2). Está soportado por un rodamiento (3) protegido por un soporte elástico (4) y fijado a la carrocería con un soporte (5). El tronco trasero (6) está conectado por un lado al tronco delantero a través de juntas de cardán y por el otro a la junta viscosa.

Leyenda 1 – Tronco delantero 2 - Juntas de cardán 3 - Rodamiento 4 - Soporte elástico 5 - Soporte 6 – Tronco trasero

Junta viscosa La junta viscosa conecta el eje de transmisión con el eje del diferencial trasero, dejándolos libres para tener pequeños deslizamientos relativos, para que puedan girar a velocidades ligeramente diferentes. La junta viscosa llamada también Ferguson está constituida por una caja llenada con un líquido de silicona especial que tiene la propiedad de aumentar su densidad a medida que la temperatura aumenta.


Esta característica se utiliza para limitar y hasta impedir del todo, el deslizamiento recíproco entre dos series de discos metálicos afrontados a corta distancia y que están conectados, uno al eje de transmisión y otro al eje del diferencial trasero. Cuando el deslizamiento termina, la temperatura del líquido de silicona disminuye y se reduce su densidad volviendo a las condiciones normales y permitiendo nuevamente pequeños movimientos relativos entre los ejes.


Leyenda: 1 - Junta viscosa 2 – Diferencial trasero

Funcionamiento La junta viscosa "trabaja" toda vez que se crea una diferencia de velocidad entre las dos piezas principales (entre las dos series de discos metálicos) que la componen; la pieza más veloz arrastra a la más lenta hasta que se restablece la condición de equilibrio en la cual las dos piezas giran a la misma velocidad. - El par de arrastre varía al cambiar la diferencia de velocidad relativa entre las piezas. Mientras mayor es de diferencia de revoluciones, mayor será el par transmitido (figura H). Durante la marcha en carretera de un vehículo normal de dos ruedas motrices, las ruedas traseras serán arrastradas por las delanteras y obligadas a girar a una velocidad que dependerá de su radio de rodado. - Durante la conducción en carretera de un Panda 4x4 el arrastre de las ruedas traseras y la diferente relación del puente trasero hará girar la parte interna de la junta viscosa a una velocidad más elevada con respecto a la parte externa puesta en rotación por el motor mediante la relación en PTU. Esto obligará a que se cree la diferencia de revoluciones necesaria para que exista una distribución del par. Podemos por lo tanto afirmar que el Panda 4x4 es un sistema de transmisión permanente. El par transferido a las ruedas traseras depende de la totalidad de los distintos factores que pueden influir en la velocidad de rotación recíproca entre las dos ruedas delanteras y traseras (consumo de neumáticos, variación de la carga entre delantera y trasera, trayectos de carretera en subida o bajada, patinazo del tren delantero por nieve o hielo). ATENCIÓN: Remolcar el vehículo elevado solamente en las ruedas delanteras no libres de girar puede implicar el daño de la junta y/o el consumo de neumáticos. - El par transmisible de la junta viscosa varía hasta un máximo de 850 Nm aproximadamente Considerando el vehículo sobre una carretera plana, por un cálculo teórico el valor de par transmitido al trasero gira alrededor del 0,3%. ni = no : ningún par se transfiere al trasero ni > no : transferencia de par al trasero


ni >> no : transferencia de par elevado al trasero



Figura H

Leyenda • ni : número de revoluciones de entrada a la junta viscosa • no : número de revoluciones de salida de la junta viscosa

El deslizamiento de las ruedas delanteras produce el aumento de la velocidad de rotación del eje de transmisión y en consecuencia de la caja externa de la junta viscosa. La diferencia de rotación entre la caja externa y el piñón del diferencial trasero (y las dos series de discos metálicos) crea un incremento de la temperatura y de la viscosidad del líquido de silicona dentro de la junta viscosa. Esto determina la anulación de la rotación relativa entre los discos metálicos y la consiguiente transmisión del movimiento al diferencial trasero, obteniendo una distribución de la tracción entre las dos ruedas delanteras y las traseras.

Leyenda: 1 - Caja exterior de la junta viscosa (fijada mediante brida al eje de transmisión) 2 - Eje estriado (para conexión del piñón del diferencial trasero) 3 - Serie de discos metálicos



Cuando cesa el deslizamiento de las ruedas delanteras y la velocidad del eje de transmisión se reduce, se produce un descenso de la temperatura del líquido de silicona, la disminución de su viscosidad y consiguientemente la reducción de la transmisión del movimiento al diferencial trasero.

Diferencial trasero

El conjunto del diferencial trasero está constituido por un piñón (1) que engrana con la corona (2) fijada al grupo diferencial (3). En el perno (4) solidario al grupo diferencial, están fijados los satélites (5) que engranan con los planetarios (6), que a su vez están solidarios con las juntas (7). NOTA: El piñón (1) recibe de la junta viscosa (8) el par motriz transmitido por el eje de transmisión. El par motriz se distribuye equitativamente en cada rueda; si una rueda se encuentra sobre una superficie resbaladiza, la escasa adherencia provocará que la reacción de la misma opuesta a la tracción sea mínima. En estas condiciones el diferencial provoca el deslizamiento de la rueda comienza a girar velozmente y al mismo tiempo reduce el par transmitido a la otra. En condiciones límite, si una rueda tiene adherencia nula, el diferencial transmitirá un par nulo a la otra rueda, la cual permanecerá detenida perjudicando el avance del vehículo

Leyenda: 1 - Piñón 2 - Corona 3 – Grupo diferencial 4 - Perno 5 - Satélites 6 - Planetarios 7 - Juntas 8 - Junta viscosa




Sistema antibloqueo en desaceleración (MSR) El Panda 4x4 posee un sistema antideslizamiento en desaceleración que aprovecha las potencialidades del sistema ABS (sensores de revoluciones de ruedas) y de control electrónico del motor para impedir que en condiciones de baja adherencia, tanto en descenso como en curva, el par de freno motor y la presencia de la junta viscosa produzcan el bloqueo del tren trasero durante las desaceleraciones imprevistas. Dicho sistema junto a la tracción integral garantiza una elevada seguridad de conducción por firmes de baja y de muy baja adherencia.

Conjunto de tracción integral panda 4x4

Descripción Tracción integral de activación automática

A - Cambio de velocidades B - Grupo diferencial del eje delantero de tipo "abierto" de engranajes cónicos y par cónico para reenvío del movimiento al eje de transmisión (PTU) Power Transmission Unit/ Unidad de transmisión de potencia. C - Eje de transmisión D - Conjunto junta viscosa, par cónico y diferencial del eje trasero de tipo "abierto" de engranajes cónicos (RDA) Rear Differential Axel/ Diferencial eje trasero. En el Panda 4x4 la tracción integral se activa automáticamente (sin mandos por parte del conductor) gracias a la junta viscosa que cumple también la función de diferencial entre el eje delantero y el eje trasero. El sistema conjunto viscosa permite una cierta simplicidad constructiva y permite una relativa inmediatez en la activación automática, una distribución del par motriz óptimo entre el eje delantero y el eje trasero según el firme de carretera y por lo tanto de las necesidades de desempeño del vehículo. En carretera con adherencia normal


(asfalto etc.) el par motriz se dirige en un 98% a las ruedas delanteras permitiendo un comportamiento del vehículo similar al de una tracción delantera, con un placentero handling de conducción. Se evitan además excesivo consumo de los neumáticos y de combustible debido a las pequeñas diferencias de velocidad de rotación entre las ruedas delanteras y traseras. En un firme de carretera resbaladizo (o si se reduce el adherencia), las ruedas motrices delanteras


tienden a patinar, pero la junta viscosa corrige inmediatamente esta tendencia adquiriendo rigidez y transmitiendo progresivamente al tren trasero un porcentaje del par motriz creciente (en un porcentaje necesario) anulando el patinazo. Dicha transferencia de par es apreciada por el conductor como una excelente capacidad de desempeño del vehículo, (por ejemplo sobre firmes nevados, con hielo o fangosos).

Conjunto diferencial delantero y par cónico (PTU)

A - Cambio C 514 B – Diferencial delantero C - Corona diferencial C1 – Corona par cilíndrico PTU D - Piñón cilíndrico E - Rueda cónica F - piñón cónico




FIAT SEDICI

La transmisión utilizada por el FIAT SEDICI utiliza dos diferenciales, un grupo de reenvío y una junta electromagnética situada en el grupo diferencial trasero. Es una tracción integral controlada por una centralita, con funciones que pueden ser activadas por el conductor mediante un pulsador situado en el túnel central Las posibilidades de activación son: 2WD,4WD-AUTO,4WD-LOCK. El par suministrado por el motor entra en el cambio con una relación de valores específicos, para optimizar el aprovechamiento de la potencia y del par del motor y maximizar la eficiencia en el sistema de transmisión integral. En la salida del cambio, mediante un par cilíndrico de reducción de dientes helicoidales, el par llega al grupo de reenvío; el cual lo envía a través del eje de transmisión al eje trasero. El par distribuido en el eje delantero entra al diferencial delantero de tipo abierto para ser distribuido entre las dos ruedas del eje delantero.


El par distribuido en el eje trasero en la salida de la toma de fuerza, mediante el eje de transmisión, se transmite a la junta electromagnética para luego entrar en el diferencial trasero, también éste es de tipo abierto, en donde se realiza la distribución del par entre las dos ruedas del eje trasero.


Cambio

CARACTERÍSTICAS: cambio de 5 marchas manual cuyas características se describen a continuación. La estructura del cambio adoptada está constituida: por una caja del tren de engranajes que contiene y soporta al eje primario y secundario, por varillas y horquillas de acoplamiento de marchas y por el dispositivo de selección y acoplamiento; tapa trasera que contiene los engranajes de la 5ª velocidad y la placa de sujeción de los rodamiento traseros de los ejes primario y secundario. por una caja "campana" de unión del cambio con el motor que contiene el embrague, el rodamiento de empuje axial integrado al accionador de mando hidráulico de embrague; un diferencial para transmisión del movimiento hacia los ejes delanteros; una toma de fuerza para transmisión del movimiento hacia los ejes traseros;

Grupo de reenvío




CARACTERÍSTICAS: la fuerza motriz se transmite desde el grupo cambio - diferencial a las ruedas traseras mediante el grupo de reenvío y luego al eje de transmisión. La caja del grupo de reenvío contiene un par de engranajes de reducción con dentado y envolvente y un par de engranajes "hipoides" cuya función es reenviar el par motriz a 90 grados. Para la lubricación del grupo de reenvío está presente un tapón de llenado/nivel.

Eje de transmisión

CARACTERÍSTICAS: el eje de transmisión está dividido en dos, el tronco delantero está conectado por un lado al grupo de reenvío y por el otro al tronco trasero a través de juntas de cardán. Está soportado por un rodamiento protegido por un soporte elástico y fijado a la carrocería con un soporte. El tronco trasero está conectado por un lado al tronco delantero a través de juntas de cardán y por el otro a la junta electromagnética.

Junta electromagnética

FUNCIÓN: la junta electromagnética, situada en la caja del diferencial trasero recibe el par del eje de transmisión y lo transmite al piñón diferencial trasero. Los elementos evidenciados en color oscuro están sometidos a rotación por la fuerza transmitida por el eje delantero, conectado a la caja.


Los elementos evidenciados en color claro giran arrastrados por el eje trasero. El acoplamiento entre los dos elementos se produce mediante la intervención de dos grupos de embrague: embrague de control y embrague principal. El acoplamiento entre los elementos de entrada y de salida del dispositivo está producido y modulado por la centralita de control de tracción, que alimenta convenientemente la bobina interna. Además está presente un sensor que informa a la centralita 4WD la temperatura dentro de la caja del diferencial. Con temperaturas elevadas el


sistema de tracción se conmuta si está en 4WD a 2WD para preservar el buen estado de la junta. Con el interruptor colocado en el túnel central el conductor puede elegir entre tres ocasiones tracción: 2WD; 4WD-Auto; 4WD-Lock. La función 4WD-Lock se puede activar sólo con velocidades inferiores a 60 Km/h, y si está activada se desactiva al superar los 60 Km/h.

Diferencial trasero

CARACTERÍSTICAS: El conjunto del diferencial trasero está constituido por un piñón que engrana con la corona fijada al grupo diferencial. En el perno solidario al grupo diferencial, están fijados los satélites que engranan con los planetarios, que a su vez están solidarios con las juntas. El piñón recibe de la junta electromagnética controlada por la centralita que gobierna sistema el par motriz transmitido por el eje de transmisión. El par motriz está distribuido equitativamente en cada rueda del eje trasero. Si una rueda se encuentra sobre una superficie resbaladiza, la escasa adherencia provocará que la reacción de la misma opuesta a la tracción sea mínima. En estas condiciones el diferencial provoca el deslizamiento de la rueda comienza a girar velozmente y al mismo tiempo reduce el par transmitido a la otra. En condiciones límite, si una rueda tiene adherencia nula, el diferencial (abierto) transmitirá un par nulo a la otra rueda, la cual permanecerá detenida perjudicando el avance del vehículo con opción 2 WD.

Dinámica del vehículo Marcha rectilínea con 4WD activado

En marchas rectilíneas, si las condiciones de adherencia son uniformes, el vehículo viaja con una distribución de par de un 100% en el delantero. Pequeñas variaciones con respecto a la distribución nominal se deben a variaciones de la circunferencia de rodado entre los neumáticos de los dos ejes; cuando las condiciones de adherencia entre los dos ejes ya no son las mismas, como se advierte en la figura, la centralita desplaza el par del eje delantero, que tiene menor adherencia que el eje trasero, mediante la junta electromagnética hasta un máximo del 50% para contrarrestar el deslizamiento del eje delantero que se encuentra con adherencia más baja. Con función 4WD-Lock activada la distribución de partes del 50% en el delantero y 50% en el trasero, se selecciona y se supera los 60 km/h se pasa automáticamente a 4WD.




FIAT SEDICI GESTIÓN ELECTRÓNICA 4WD

Descripción general

1, Nodo Control Motor. 2, Grupo transmisión y diferencial delantero. 3, Grupo de reenvío. 4. Motor. 5. Nodo Frenos (Grupo ABS). 6. Grupo EMCD (dispositivo electromagnético de control). 7. Grupo diferencial trasero. 8. Nodo Control 4WD. 9. Grupo interruptores. 10. Modalidad de tracción 4WD-auto. 11. Modalidad de tracción 4WD-lock. La centralita 4WD (8), en función de los datos recibidos en la red C-CAN, modifica la distribución de la fuerza de tracción de las ruedas delanteras y traseras controlando la corriente aplicada en la junta electromagnética (6)(EMCD® Electro Magnetic Control Device (dispositivo electromagnético de control). Registrado por la empresa “Diamond Active” 4WD). Montado frente al diferencial trasero. La centralita de gestión 4WD recibe y transmite los mensajes de datos en la red C-CAN, por lo tanto es el Nodo 4WD. El sensor de temperatura de aire dentro de la junta está montado en la caja de la misma. En función de la elección hecha por el usuario en el grupo interruptores (9) situado en el revestimiento del túnel. El sistema de control 4WD ofrece tres modalidades de tracción 2WD, 4WD-auto y 4WD-lock.



COMPONENTES DEL SISTEMA

1, Testigo indicador 4WD LOCK en NQS. 2, Testigo indicador 4WD AUTO en NQS. 3, Centralita 4WD 4, Grupo interruptores 2WD/4WD 5, Sensor de temperatura aire de la junta 6, Grupo EMCD.




Esquema del circuito

1. Junta electromagnética (EMCD) 2. Sensor de temperatura aire de la junta 3. Nodo Cuadro de Instrumentos. 4. Nodo Body Computer. 5. Nodo Centralita ABS. 6. Nodo Control Motor. 7. Nodo Control 4WD.

8. Interruptor 2WD/4WD. 9. Interruptor 4WD AUTO. 10. Interruptor 4WD LOCK. 11. Conector EOBD. 12. Fusible llave en marcha (+30). 13. Fusible de alimentación 4WD (+15).


14. Caja de fusibles principal.


Conector de la centralita electrónica del Nodo 4WD Descripción del conector de interfaz del módulo de mando del Nodo 4WD. Conector “G60” (visto desde lado cableado).

Control / verificación en el conector del módulo de control. Es posible controlar la tensión en cada borne conectando un multímetro, con función de voltímetro entre el terminal y la masa del vehículo. Los valores descritos a continuación deben interpretarse como indicativos y con batería cargada.


Pin N°. Circuito Valor Condición 1 - - -

2 Bobina (alimentación) Aprox. 5 V Motor en rotación a 2.000 revoluciones con selector de modalidad en posición 2WD.

3 Bobina (Masa) Aprox. 5 V Motor en rotación a 2.000 revoluciones con selector de modalidad en posición 2WD.

4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - -

10 Masa 0 – 1 V -

11 Alimentación (+15) para memoria interna 10 – 14 V -

12 Alimentación (+30) 10 – 14 V Llave en Marcha.

0 – 1 V Llave en Marcha. Con selector de modalidad

mantenido presionado en posición 4WD auto o 4WD lock. 13 Interruptor 4WD AUTO

10 – 14 V Llave en Marcha. Con selector de modalidad en posición 2WD.

10 – 14 V Llave en Marcha. Con selector de modalidad mantenido presionado en posición 4WD lock.

14 Interruptor 4WD LOCK 10 – 14 V

Llave en Marcha. Con selector de modalidad mantenido presionado en posición 2WD o 4WD

auto 15 - - 16 - - 17 - - 18 - - 19 - - 20 - - 21 Conector EOBD 10 – 14 V Llave en Marcha.



22 C-Can (Alta) 2,5 – 3,6 V Llave en Marcha. 23 C-Can (Baja) 1,6 - 2,5 V Llave en Marcha.

24 Sens aire Aprox. 2,5 V Llave en Marcha. or temperaturajunta (Masa)

25 S e junta (alim ntación) Circa 2,5 V Llave en Marcha. ensor temperatura air

e26 -

Acceso al conmutador (interruptor) de mando Después de desconectar el cable negativo de la batería, sacar (extrayendo) la moldura de soporte del interruptor (2) de las fijaciones en el puente y desconectar el conector del interruptor

). (1

Control de funcionamiento - verificación Interruptor 2WD/4WD Con un multímetro en función Ohm, y el interruptor de mando desmontado, controlar si existe continuidad entre los terminales correspondientes en cada posición del interruptor. Como se describe en la tabla siguiente.

A. Número del terminal (el N° no corresponde a los fundidos en el interruptor).

En la tabla los bornes 1 y 2 se refieren a las lámparas de indicación de la función solicitada.

del sensor de temperatura interna de la junta

tando gradualmente la parte (2) sensible del sensor utilizando secadores de aire caliente

Controlar si la resistencia medida corresponde a la indicada en el gráfico siguiente.

B. Posición del interruptor. 2W, AUTO, LOCK Posiciones del selector

Control de funcionamientoCon sensor desmontado Con el sensor de temperatura de la junta desmontado (3) y un multímetro en función Ohm, medir el valor de la resistencia entre bornes (terminales) del sensor. Mientras, se sopla aire caliente calen


(4).


A: Tolerancia debajo del límite inferior B: Normal C: Tolerancia sobre el límite superior. ATENCIÓN: Una conexión incorrecta puede dañar el sensor en forma irreparable. Para no dañar el componente, evitar a calentar el sensor de temperatura de la junta más de 100°C (212°F). Con sensor montado en su posición de trabajo Con el sensor de temperatura de la junta montado, medir la resistencia entre bornes “a” y “b” del conector en la bobina de la junta (1). El valor resistivo medido debe ser (como se describe en el gráfico anterior) de aproximadamente 2 3 ohm.

Funcionamiento del interruptor 2WD/4WD Si las ruedas patinan, el mensaje de intervención de ABS podría ampliarse a la centralita Nodo 4WD incluso en ausencia de presión del pedal del freno por causa de una falta de correspondencia entre la velocidad real del vehículo y la estimada, calculada por los sensores en las ruedas. En este caso la señal de intervención ABS se ignora porque al quitar par a las ruedas traseras mientras éstas patinan sin poder frenar se comprometería la estabilidad del vehículo. Si el ABS está interviniendo con el pedal de freno presionado, debido a su apoyo se selecciona automáticamente la modalidad 2WD.


Grupo interruptores 2WD/4WD Modalidad

Priorid

ad

Par trasero

Corriente (A) 4WD AUTO 4WD LOCK

2WD 2 0 0 OFF



4WD AUTO 3 De 0 a MÁX De 0 a 2 ON 4WD LOCK 4 MÁX 2 ON

Activado por pulsador

ABS en función 1 0 0 ON/OFF Nota: La señal de intervención ABS se ignora si no se presiona el pedal de freno

Modalidad de tracción

Modalidad 2WD Idónea para conducción en carreras secas pavimentadas. La distribución del par es de aproximadamente 100% (delantera) y 0% (trasera)

En caso de diferencia de velocidad entre las ruedas delanteras y traseras el

par óptimo se trasmite a las ruedas traseras. En caso de frenada en curva muy pronunciada con régimen bajo el par en

las ruedas traseras se reduce. Mando

tradicional El par en las ruedas traseras se reduce casi del todo (modalidad 2WD) en carreteras secas pavimentadas para reducir el consumo de combustible.

También en ausencia de diferencia de velocidad entre las ruedas delanteras y traseras y en caso de arranques veloces, el par óptimo se

distribuye a las ruedas traseras

Modalidad 4WD AUTO

Mando a mariposa Para mejorar la estabilidad del vehículo y la aceleración en rectas se

aumenta el par en las ruedas traseras, en caso de aceleraciones rápidas.

El par en las ruedas traseras aumenta cuando se cumplen las siguientes dos condiciones: posición mariposa mayor al 10% velocidad del vehículo inferior a 10 km/h

Modalidad 4WD LOCK El par en las ruedas traseras está fijado en el valor máximo. Idóneo para conducir en carreteras en mal estado

Funcionamiento del indicador AUTO/LOCK Cuando se gira la llave a marcha, los testigos en el cuadro de instrumentos se encienden brevemente para permitir controlar el funcionamiento normal.

El testigo “AUTO” (1) se encenderá con luz fija cuando el selector se encuentre en la modalidad “4WD AUTO”. El testigo “AUTO” parpadeará (6) cuando la centralita 4WD, detecta una temperatura elevada de los componentes del sistema. Al mismo tiempo la centralita 4WD pasará automáticamente a la modalidad “2WD” (2) (tracción simple) para evitar el daño de los componentes del sistema. El testigo “LOCK” (3) se encenderá cuando el selector pase de la modalidad “4WD AUTO” a la modalidad “4WD LOCK”. Al aumentar la velocidad del vehículo, automáticamente se pasará de la modalidad “LOCK” a “AUTO” (4) y el testigo respectivo se encenderá con luz fija.


La modalidad “LOCK” se desactiva girando la llave de arranque a stop.


Si ambos testigo permanecen encendidos o si se encienden simultáneamente con el vehículo en marcha (7) significa que se detectó una avería del sistema de tracción.

1, Interruptor AUTO 2, Interruptor 2WD 3, Interruptor LOCK presionado por 3-60 segundos. 4, Interruptor LOCK 5, Interruptor 2WD 6, AUTO parpadeando: se selecciona 2WD como función de protección durante la modalidad 4WD, Auto o Lock 7, Indicadores AUTO o LOCK encendidos: control inicial o modalidad recovery

Funcionamiento del EMCD

Los componentes de color oscuro (celeste) giran juntos gracias a la fuerza transmitida por el grupo de reenvío delantero. Los componentes de color claro (amarillo) giran juntos según el arrastre de las ruedas traseras. Los componentes claros y grises se acoplan total o parcialmente mediante discos de fricción en baños de aceite. Esta fuerza de acoplamiento está controlada electrónicamente por la corriente suministrada por la centralita 4WD a la bobina electromagnética.




1, Eje de la junta. 2, Discos de embrague de mando (inducido). 3, Discos de embrague principal. 4, Alojamiento delantero. 5, Eje del puente delantero. 6, Discos principales de fricción. 7, Discos de fricción de mando. 8, Bobina electromagnética

9, Eje en puente trasero. 10, Mando de la centralita, que en función de la corriente aplicada en la bobina ejerce un flujo magnético. 11, Leva de mando. 12, Bola. 13, Leva principal. 14, Fuerza magnética de atracción mecánica

El grupo "embrague principal" está compuesto por nueve discos de embrague (3) que están ensamblados en el estriado del alojamiento delantero (4). Y por nueve discos de fricción (6) que están ensamblados en el estriado del eje de la junta (1). En modalidad 2WD (sólo tracción delantera), la bobina (8) no activa el grupo “embrague de mando” por lo tanto el eje de la junta (1) puede rotar no comprometiendo (dejando quieto) el alojamiento (4). O sea que los dos ejes, del puente delantero (5), al puente trasero (9) se desvincularán entre sí. Por lo tanto ningún movimiento del grupo de reenvío se transmitirá al diferencial trasero. El grupo "embrague de mando" está compuesto por 3 discos externos (2) que están ensamblados en el estriado del alojamiento delantero (4). Y por 2 discos internos (7) que están ensamblados en el estriado de la leva de mando (11). La leva de mando (11) y la leva principal (13) están unidas recíprocamente mediante la bola (12). En modalidad 4WD AUTO o bien LOCK la centralita activa la bobina y la fuerza magnética generada comprime el grupo “embrague de mando” que hace girar la leva de mando (11). La bola (12) arrastrada entre los dos platillos con alojamientos de cuña empuja a la leva principal (13) para empaquetar el grupo "embrague principal". Por lo tanto del eje de la junta (1) y el alojamiento (4) giran juntos.

Señales de entrada y de salida DESCRIPCIÓN:


La velocidad del vehículo, proveniente del NFR (ABS) y otros valores correspondientes a NCM se envían al Nodo 4WD, mediante la red C-CAN.


La velocidad del vehículo se calcula utilizando la media instantánea de las señales de los sensores montados en las ruedas delanteras de derecha e izquierda. Para calcular el valor del corriente óptimo (para alimentar la bobina) el Nodo 4WD considera la diferencia de velocidades entre las ruedas delanteras y traseras. La señal del sensor de temperatura interna de la junta se utiliza para la regulación de la corriente máxima en la bobina electromagnética.

Características del EMCD DESCRIPCIÓN: En función de los datos provenientes de cada sensor, el Nodo 4WD puede evaluar las condiciones de la carretera y de la conducción. Para obtener consumos reducidos, correspondencia con el ABS, estabilidad de la dirección. Se transmite entonces el par óptimo a las ruedas traseras, controlando la corriente suministrada a la bobina electromagnética. El embrague electromagnético ofrece mejor precisión de mando con respecto a la junta viscosa. El grupo junta es compacto y completo, lo que facilita el montaje. Durante la marcha con 4WD-AUTO activado, la intervención del ABS conmutará la modalidad de tracción a 2WD; al término de la intervención nuevamente se conmutará a 4WD-AUTO. Función de protección Un neumático de dimensiones diferentes a las otras generará una diferencia de par entre las ruedas delanteras y traseras. La centralita 4WD compensa esta diferencia automáticamente. Si la diferencia es muy amplia (para proteger el grupo de reenvío de sobrecalentamiento) se inhibe el mando 4WD y la tracción permanece fija en 2WD.

Regulación de la corriente máxima

A, Corriente en la bobina en Ampere


T, Temperatura



A, Corriente en la bobina en Ampere Nm, Newton por metro. a, Condición caliente. a, Condición frío. Con una temperatura de al menos 20°C y corriente de 2,0 A, el par de la junta corresponde a 380 Nm aproximadamente. Este valor es suficientemente amplio como para transmitir el par máximo del motor (entre 140 y 150 Nm). La centralita 4WD, entonces, no suministra corriente mayor a 2,0 A a la bobina electromagnética. El par de la junta es el par máximo transmitido del delantero al trasero. Por ejemplo cuando es igual a 50 Nm, el par transmisible a las ruedas traseras es solamente de 50 Nm. Cuando en cambio es de 200 Nm, es posible transmitir el par máximo del motor. El par de la junta tiende a incrementarse con las bajas temperaturas que causan el aumento de viscosidad del aceite del cambio. Esto significa que con bajas temperaturas el par máximo de la junta se puede obtener con una corriente inferior. De esta manera se explica porqué la corriente máxima es menor con bajas temperaturas.

Diagnosis instrumental. El Nodo 4WD ejecuta en forma continua una autodiagnosis de funcionamiento del sistema. En especial detecta y memoriza eventuales anomalías, realiza una verificación de las conexiones con los componentes del sistema y el eventual tipo de avería intervenida. Indica la manifestación de dichas anomalías por medio del encendido de el/los testigo/s en el Nodo Cuadro de Instrumentos. O sea que en caso de anomalía ambos testigos permanecen encendidos o se encienden simultáneamente con el vehículo en marcha. Las anomalías memorizadas en la centralita se pueden visualizar y/o borrar con el equipo de diagnosis. Se puede consultar en el Anexo 1 de este "Esquema didáctico" qué parámetros se pueden visualizar y su significado, qué tipo de error (DTC) que la centralita puede capturar en el sistema. Con Examiner no se pueden ejecutar en este sistema las "diagnosis activas”.




En los vehículos 156 4x4 se adoptó un diferencial epicicloidal Torsen tipo C.

TRACCIÓN INTEGRAL ALFA 156 CROSSWAGON Q4 Y ALFA 156 SPORTWAGON Q4

Esquema general



Descripción Tracción integral permanente (no desactivable)

A - Cambio de velocidades C 530 B - Diferencial central epicicloidal Torsen tipo C ubicado en el cambio de velocidades. Este diferencial tiene una distribución nominal de la tracción entre eje delantero y trasero de 42/58 C - Grupo diferencial del eje delantero de tipo "abierto" de engranajes cónicos con reenvío del movimiento (par cónico) al eje de transmisión (PTU Power Transmission Unit). D - Eje de transmisión E - Torque tube F - Diferencial del eje delantero de tipo "abierto" de engranajes cónicos con toma de movimiento (par cónico) del Torque tube al diferencial trasero (RDA, Rear Differential Axel).

Ventajas • Tiempos de respuesta instantáneos del diferencial central Torsen tipo C con respecto a la

junta pasiva o electrónica. • Confiable como tracción porque es mecánica

Desventajas Acción del ASR sobre los frenos, indispensable en casos extremos (rueda o eje levantado del piso o sobre firme extremadamente resbaladizo)

ENTRAMOVIMIENTO

DA

SALIDA MOVIMIENTO




El diferencial epicicloidal TorSen está colocado en el cambio de velocidades en la misma posición que el diferencial delantero en las versiones con sólo dos ruedas motrices.

A

B

C

D

E

C

A - Semicaja portaplanetarios B - Semicaja C - Planetarios (6) D - Engranaje (solar) envío movimiento a eje delantero E - Engranajes envío movimiento a eje trasero El movimiento, desde el eje secundario del cambio, se transmite a la corona, la cual está enroscada a dos semicajas A y B, y constituye con las mismas un cuerpo único. En el interior del semicaja A se practicaron 6 alojamientos en donde se alojan otros tantos planetarios C con dentado helicoidal. Los mismos no están ensamblados en pernos, pero igualmente puede girar sobre sí mismos dentro de su alojamiento, que los contiene por la parte externa (dentado). Estos planetarios engranan simultáneamente en el engranaje solar D, el cual transmite el movimiento al eje delantero y al engranaje E, que transmite el movimiento al eje trasero el cual tiene la forma de una C con dentado interno.



A - Semicaja portaplanetarios C - Planetarios (6)

A - Semicaja portaplanetarios C - Planetarios (6) D - Engranaje solar eje delantero


E - Engranaje eje trasero



Bloqueo del diferencial

El bloqueo del diferencial se produce automáticamente porque el engranaje del eje que debe girar más velozmente, por efecto de los dientes helicoidales de los planetarios con los cuales engrana resulta "empujado" contra los anillos de fricción respectivos que le impiden girar más velozmente. Dicho empuje permanece hasta que existe la condición en la cual uno de los dos engranajes debe girar más velozmente.



Porcentaje de bloqueo y distribución del par eje delantero / trasero

El bloqueo del diferencial determina la transferencia del par del eje con menor fricción hacia el eje con mayor fricción La magnitud del par transferido depende del porcentaje de bloqueo pero no es exactamente el mismo valor. El porcentaje de bloqueo corresponde al porcentaje de par transmitido sólo si se parte de una distribución de 50/50. El diferencial Torsen tipo C es un diferencial autoblocante con el siguiente porcentaje de bloqueo máximo:

• en tiro es del 30%, tanto cuando el par se transfiere hacia el eje delantero como cuando se transfiere al eje trasero

• en liberado es del 30 %, cuando el par se transfiere hacia el eje trasero y del 40% cuando el par se transfiere hacia el eje delantero Más allá de estos valores de bloqueo el diferencial, aunque continúa transfiriendo el par hacia el eje con mayor adherencia, se abre y permite rotaciones diferentes entre los dos ejes.


Eje delantero Eje trasero

Distribución par

% de bloqueo



Tiro

Puesto que en el Torsen el par se dirige siempre hacia el eje con mayor fricción, en tiro el eje que debe girar más velozmente es el eje con menos fricción, por lo tanto el par se transfiere hacia el eje que gira más lento.



Liberado

Como es de notar, en estado liberado, los empujes axiales en los engranajes son de sentido opuesto con respecto a una situación de tiro porque la inercia del vehículo tiende a hacer girar los engranajes en sentido opuesto con respecto al sentido de rotación de la semicaja portaplanetarios. En liberado, el eje que debe girar más velozmente es el eje con más fricción por lo tanto es el eje en el cual se transfiere el par.




Funcionamiento del diferencial epicicloidal Torsen tipo C Marcha rectilínea Cuando se crean las condiciones en las cuales un eje debe girar más velozmente con respecto a otro (por ejemplo la transferencia de carga de un eje a otro que hace variar la fricción en la ruedas y comprime en mayor medida los neumáticos del eje más cargado), el diferencial Torsen C se bloquea es decir que obliga al eje que tiende a girar con mayor velocidad a que gire a la misma velocidad del otro. De esta manera se transfiere el par desde el eje que tiende a girar más rápido hacia el eje que gira más despacio y que tiene mayor fricción.

Marcha en curvas En las curvas normalmente las ruedas del eje delantero giran más rápidamente que las ruedas del eje trasero, esto se debe a que el radio de rotación medio del eje delantero es superior al del eje trasero.

El Torsen tipo C se abre, permitiendo una diferencia de revoluciones entre el eje delantero más rápido y el eje trasero más lento, quitando par al eje delantero para transferirlo al eje trasero y minimizar el subviraje. En este caso, y diferente a lo que sucede normalmente en marcha rectilínea, no se busca que el bloqueo máximo del diferencial Torsen tipo C mantenga constante la velocidad de los dos ejes, en consecuencia se abre permitiendo velocidades diferentes entre las ruedas. Cuando, por efecto del mayor par, el eje trasero llega al limite de su estabilidad lateral, el Torsen tiende transferir el par al eje delantero para evitar que las ruedas traseras desarrollen un ángulo de deriva excesivo minimizando el sobreviraje. Esto consigue un comportamiento con tendencia a la neutralización del vehículo, aunque permanece una ligera tendencia al sobreviraje debido a que prevalece el eje trasero.



El Torsen actúa instantáneamente anticipando una eventual situación indeseable. Esta característica le confieren gran precisión a la dirección y elevado nivel de agarre de las ruedas.

Grupo diferencial delantero y par cónico (PTU, Power Trasmission Unit)

A - Eje hueco estriado para transmisión del movimiento desde el Torsen al diferencial delantero B - Caja diferencial delantero C - Eje hueco estriado para transmisión del movimiento desde el Torsen al reenvío D - Corona del par cónico de reenvío del movimiento


E - Piñón del par cónico de reenvío del movimiento



Revisión del grupo diferencial delantero y par cónico (PTU, Power Trasmission Unit)

Los reglajes previstos en este conjunto son los siguientes: Par de arrastre de la corona B interviniendo en los anillos B1 Posicionamiento del piñón cónico A interviniendo en el anillo A1. El control de la posición exacta del

piñón se realiza verificando la huella de trabajo en los dientes. • Par de arrastre del piñón A mediante cierre de la tuerca C


• Prueba del juego entre el piñón A y la corona B. Si juego se debe regular es necesario intervenir en los dos anillos B1 de los rodamientos del diferencial, buscando poner en una parte el mismo valor que se saca a la otra para no variar el par de arrastre del diferencial


A - Juntas homocinéticas: de bolas con posibilidad de desplazamiento de ±14 mm y de articulación máxima de 3,5 grados B - Junta de cardán con posibilidad de articulación de 2 grados aproximadamente.

ÁNGULOS CARACTERÍSTICOS

Estos son los ángulos que se deben respetar en el montaje y que se obtienen interponiendo un espesor apropiado entre el soporte central y la carrocería. El equilibrado del eje de transmisión se realiza dinámicamente en el establecimiento, utilizando arandelas de espesor conveniente colocadas debajo de los tornillos que fijan el eje al torque tube


Luego de un desmontaje del eje de transmisión es necesario en el sucesivo montaje respetar la posición exacta de las arandelas mencionadas para no desequilibrar el eje de transmisión.



Torque tube

Grupo par cónico y diferencial trasero (RDA, Rear Differential Axel)

A - Piñón par cónico B - Corona diferencial trasero C - Caja diferencial trasero



Revisión conjunto par cónico y diferencial trasero (RDA, Rear Differential Axel)

Los reglajes previstos en este conjunto son los siguientes:

• Par de arrastre del diferencial C interviniendo en los anillos C1 • Posicionamiento del piñón cónico A interviniendo en el anillo A1. El control de la posición exacta

del piñón se realiza verificando las huellas de trabajo en los dientes. • Par de arrastre del piñón A mediante cierre de la tuerca D. • Prueba del juego entre el piñón A y la corona B. Si juego se debe regular es necesario intervenir

en los dos anillos C1 de los rodamientos del diferencial, buscando poner en una parte el mismo valor que se saca a la otra para no variar el par de arrastre del diferencial.





DIAGNOSIS DE LOS INCONVENIENTES

Al a

pret

ar e

l ped

al d

el

embr

ague

EMBRAGUE - Rodamiento de empuje axial excesivamente desgastado, dañado o

escasamente lubricado - Insuficiente carrera en vacío de pedal embrague - Muelle antagonista palanca de horquilla roto o desenganchado. - Juego excesivo entre las estrías del eje de toma continua y el alojamiento

respectivo en el cubo del disco conducido.

Al s

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- Desalineación entre disco conducido y volante motor. - Muelle del disco conducido roto o con características elásticas inferiores a

valores prescritos. - Insuficiente carrera en vacío de pedal embrague. - Muelle antagonista de la palanca de horquilla roto, débil o

desenganchado. - Eje de toma continua deformado o desgastado. - Tornillos de fijación del volante al cigüeñal aflojados.

CAMBIO DE VELOCIDADES - Casquillo o rodamiento en el cigüeñal, para eje de toma continua, deteriorados o

insuficientemente lubricados. - Excesivo juego entre los engranajes debido a desgaste. - Engranajes, rodamientos, casquillos para engranajes deteriorados o desgastados. - Juegos de montaje no corresponden a valores prescritos - Casquillos de centrado para eje de transmisión deteriorado

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EJES DE TRANSMISIÓN - Junta elástica de transmisión desgastada, floja o deteriorada - Estuche con tuerca, de sujeción del manguito corredizo de la espiga del eje de

transmisión aflojado. - Juego excesivo entre las estrías de la espiga del eje de transmisión y las respectivas

en el manguito corredizo. - Rodamiento de soporte elástico central deteriorado o con juego excesivo. - Taco elástico del soporte central deteriorado. - Tornillos de fijación del soporte elástico central aflojados. - Pernos para fijación del eje de transmisión delantero con el trasero aflojados. - Pernos para fijación de la brida del eje de transmisión trasero con la del piñón cónico

del grupo diferencial aflojados. - Tuerca de fijación del manguito en la espiga del eje de transmisión aflojado. - Manguito corredizo gripado - Rodamientos de las juntas de cardán gripadas o excesivamente desgastadas



DIFERENCIAL - Juego de acoplamiento piñón-corona excesivo. - Aflojamiento de la tuerca de sujeción del piñón cónico

SEMIEJES DEL DIFERENCIAL - Deterioro de las estrías de acoplamiento de los semiejes del diferencial con engranajes

planetarios de la caja interna del diferencial. - Excesivo juego de las juntas homocinéticas. - Tornillos de fijación de manguitos corredizos de semiejes aflojados. - Manguitos corredizos con excesivo juego en los semiejes - Juntas elásticas de los cubos traseros con juego excesivo. - Ballestilla de sujeción del juego axial de los semiejes rota. - Tornillos de fijación de ruedas motrices a bridas de semiejes aflojados. EMBRAGUE El embrague resbala por: - Insuficiente retorno del pedal embrague. - Mecanismo de desactivación dañado. - Aceite o grasa en juntas del disco conducido. - Muelle de diafragma ineficiente. - Junta del disco conducido desgastada, vitrificada o quemada. - Bomba de mando sobrecargada (por oclusión del orificio de compensación). EJES DE TRANSMISIÓN - Junta elástica de transmisión desgastada o deteriorada - Rodamiento de soporte elástico central deteriorado o con juego excesivo. - Piezas de las juntas de cardán del eje de transmisión gripadas o excesivamente

desgastadas CAMBIO DE VELOCIDADES - Engranajes, rodamientos, casquillos para engranajes anillos sincronizadores

deteriorados o desgastados. - Desalineación o descentrado entre los ejes. - Impurezas o residuos metálicos con el aceite lubricante. - Nivel del aceite lubricante insuficiente. - Juegos de montaje inexactos. DIFERENCIAL Y PUENTE - Caja puente deformada. - Rodamientos caja interna diferencial con reglaje incorrecto o deteriorados - Incorrecto contacto entre los dientes de piñón y corona - Rodamientos del piñón cónico deteriorados. - Lubricación insuficiente entre las diferentes piezas del diferencial.

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SEMIEJES DEL DIFERENCIAL - Rodamientos de los semiejes deteriorados o insuficientemente lubricados. - Juntas homocinéticas ruidosas.




EMBRAGUE - Muelle de diafragma con juego en la articulación. - Muelle amortiguador torsional del disco conducido con juego en los alojamientos.

CAMBIO DE VELOCIDADES - Juego de montaje inexactos. - Excesivo juego entre los engranajes debido a desgaste. - Excesivo juego entre las estrías del eje de salida del cambio y las correspondientes en

la brida de anclaje a la transmisión. - Lubricación insuficiente de rodamientos y engranajes. EJES DE TRANSMISIÓN - Junta elástica de transmisión desgastada, floja o deteriorada. - Estuche con tuerca, de sujeción del manguito corredizo de la espiga del eje de

transmisión aflojado. - Juego excesivo entre las estrías de la espiga del eje de transmisión y las respectivas

en el manguito corredizo. - Rodamiento de soporte elástico central deteriorado o con juego excesivo. - Taco elástico del soporte central deteriorado. - Tornillos de fijación del soporte elástico central aflojados. - Pernos para fijación del eje de transmisión delantero con el trasero aflojados. - Pernos para fijación de la brida del eje de transmisión trasero con la del piñón cónico

del grupo diferencial aflojados. - Tuerca de fijación del manguito en la espiga del eje de transmisión aflojado. - Manguito corredizo gripado - Rodamientos de las juntas de cardán gripadas o excesivamente desgastadas DIFERENCIAL / DIFERENCIAL TORSEN - Incorrecto juego de acoplamiento entre piñón y corona. - Excesivo juego de los rodamientos del piñón por aflojamiento de la tuerca de fijación. - Excesivo juego de los rodamientos del piñón cónico por fluencia del separador elástico.

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SEMIEJES DEL DIFERENCIAL - Deterioro de las estrías de acoplamiento de los semiejes del diferencial con engranajes

planetarios de la caja interna del diferencial. - Excesivo juego de las juntas homocinéticas. - Tornillos de fijación de manguitos corredizos de semiejes aflojados. - Manguitos corredizos con excesivo juego en los semiejes - Juntas elásticas de los cubos traseros con juego excesivo. - Ballestilla de sujeción del juego axial de los semiejes rota. - Tornillos de fijación de ruedas motrices a bridas de semiejes aflojados.



DIFERENCIAL - Rodamientos del piñón cónico desgastados. - Juegos de montaje inexactos. - Par cónico desgastado. - Lubricación insuficiente.

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DIFERENCIAL TORSEN - Rodamientos desgastados - Par cilíndrico desgastado. - Lubricación ineficiente.

DIFERENCIAL - Engranajes satélites excesivamente forzados en el respectivo eje portasatélites. - Superficie del eje portasatélites no pulida perfectamente o irregular. - Engranajes planetarios bloqueados en la caja interna del diferencial.

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SEMIEJES DEL DIFERENCIAL / CUBOS RUEDA - Rodamientos de los semiejes desgastados - Rodamientos de los cubos de ruedas desgastados

EMBRAGUE El embrague tironea por: - Aceite o grasa en el volante, en el anillo del plato de empuje o en las juntas del disco

conducido. - Juntas aflojadas en el disco conducido por imperfecta sujeción de los remaches. - Anillo del plato de empuje deformado. - Endurecimiento del mecanismo de mando del embrague. - Juntas de fricción consumidas irregularmente por descentrado del disco conducido.

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EJES DE TRANSMISIÓN - Alineación/montaje eje de transmisión incorrecto. - Eje de transmisión deformado. - Eje de transmisión desequilibrado. - Rodamiento del soporte elástico central desgastado. - Junta elástica de transmisión deteriorada.

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CAMBIO DE VELOCIDADES - Maniobra incorrecta del acoplamiento - Mecanismo externo de mando de acoplamiento y desacoplamiento de marchas con

reglaje incorrecto. - Montaje incorrecto o desgaste de las bolas y muelle para activación en posición de las

varillas de mando - Sintonizadores defectuosos o desgastados - Juego excesivo a causa del desgaste de las horquillas de acoplamiento en las estrías

de los engranajes y en los manguitos corredizos.




EMBRAGUE El embrague no se separa por: - Excesiva carrera en vacío de pedal embrague. - Disco conducido descentrado o deformado. - Cubos del disco conducido excesivamente forzados en el eje del embrague. - Anillo del plato de empuje dañado o deformado. - Remachado imperfecto de las láminas en el plato de soporte del embrague. - Presencia de aire en instalación hidráulica de mando desacoplamiento embrague - Escasa estanqueidad de la válvula de anillo de la bomba o del cilindro maestro. - Pérdida de líquido del mando hidráulico por racores, tubos, etc. - Pérdida de líquido por el cilindro operador de mando desacoplamiento embrague. - Falta de líquido en el depósito de la bomba. - Puntal de mando de la bomba roto, mal regulado o excesivamente desgastado. - Orificio de respiradero en el tapón del depósito obstruido (provoca una depresión

permitiendo al aire entrar en la bomba).

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CAMBIO DE VELOCIDADES - Mecanismo externo de mando de acoplamiento y desacoplamiento de marchas con

reglaje incorrecto, piezas deformadas o excesivamente desgastadas. - Dificultad para el desplazamiento de la varillas en sus alojamientos en la caja de

cambio. - Manguitos y engranajes con impedimentos para el desplazamiento en sus sedes. - Calidad no apropiada del aceite lubricante introducido en la caja de cambio. - Mal reglaje de los mandos del embrague que impiden la interrupción del movimiento

del motor en el cambio. - Vehículo en movimiento (para marchas no sincronizadas). - Maniobra incorrecta del acoplamiento de marchas.

CAMBIO DE VELOCIDADES - Llenado excesivo de aceite lubricante en la caja de cambio. - Aflojamiento de los tornillos o tuercas de fijación de las tapas de estanqueidad. - Juntas, anillos o capuchones de estanqueidad desgastados o ineficientes. - Respiradero obstruido. - Caja de cambio agrietada o dañada. - Tapones de descarga o de llenado de aceite aflojados.

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- DIFERENCIAL - PUENTE - Anillo de estanqueidad para piñón cónico desgastado. - Junta del diferencial ineficiente. - Anillos de estanqueidad para semiejes en la caja del puente desgastados o ineficientes. - Respiradero en la caja del puente obstruido - Tapones de descarga o de llenado de aceite aflojados.


NEUMÁTICOS Y ALINEACIÓN DE RUEDAS

LA RUEDA

A-A Eje de rotación de la rueda CO cubierta BA banda de rodadura FI flanco TA talón SP hombro C cuerda o ancho de sección S altura de la sección S/C relación de aspecto CE llanta B altura de la pestaña D diámetro de montaje G garganta L base o ancho de montaje U antidestalonamiento DI disco MO cubo

FUNCIÓN: La rueda tiene la función de transformar el movimiento giratorio proveniente del semieje en un movimiento rectilíneo que permite el avance del vehículo gracias al rodaje de la rueda en el terreno.


COMPONENTES: La rueda está constituida principalmente por el cubo de la rueda que tiene la función de vincular la rueda a la suspensión, transmitir el par motriz al neumático (si la rueda es motriz) o de garantizar la libertad de rotación de la misma (si la rueda tiene su giro libre) y de transferir el mando de dirección al neumático. El cubo de rueda se vincula al neumático mediante una llanta cuya función es precisamente soportar de manera conveniente al neumático, este último finalmente es el encargado de transferir al piso la potencia del motor.



EL NEUMÁTICO

NECESIDAD DEL NEUMÁTICO

IRREGULARIDADES DE LA CARRETERA: La necesidad de interponer un medio elástico entre la carretera y la llanta metálica de la rueda resulta evidente si se piensa que el plano de la carretera nunca está perfectamente pulido y la rueda nunca es un círculo perfecto. Como medida práctica se puede considerar que la rueda avanza sobre un plano que presenta irregularidades. EFECTOS EN LA RUEDA: A causa de estas irregularidades, la rueda está sujeta a una serie de golpes más o menos intensos según el tamaño de las irregularidades y de la velocidad de la rueda.


EFECTOS EN EL VEHÍCULO: La totalidad del vehículo está por ello sujeto a una serie de vibraciones y choques que además de ser fastidiosos pueden perjudicar el correcto funcionamiento de los diferentes órganos del vehículo.


FUNCIONES DEL NEUMÁTICO


RODAR Garantizar la máxima estabilidad del vehículo a altas velocidades.

SOPORTAR Soportar el peso propio del vehículo y el peso transportado.

CONDUCIR Soportar los esfuerzos generados por las bruscas frenadas, rápidas aceleraciones y el empuje de la fuerza centrífuga en las curvas. Asegurar la máxima adherencia en cualquier firme de carretera.

TRANSMITIR Transmitir a la carretera el esfuerzo periférico debido al par motriz para que el vehículo avance.

AMORTIGUAR Absorber los golpes derivados de las asperezas de la carretera.

DURAR Resistir millones de ciclos, de curvas, de frenadas y de aceleraciones.



CONSTITUCIÓN DEL NEUMÁTICO

CONSTITUCIÓN El neumático está constituido por:

• Una armadura de aros metálicos formada por una trenza de hilos de acero incluida en el talón que permite el anclaje del neumático en la llanta.

• La cubierta realizada con una serie de telas de material sintético, acero, fibra de vidrio, revestidas de goma y dispuestas para constituir la parte resistente del neumático.

• Los flancos y la banda de rodadura que revisten la carcasa y están compuestas por mezclas especiales de diferentes tipos de goma y de otros materiales. NEUMÁTICOS TUBELESS: A esta altura casi todos los vehículos presentan neumáticos “tubeless”, o sea sin cámara de aire porque están menos expuestos a perforaciones. Por ejemplo, si un clavo no demasiado grande se clava en la cubierta, la capa impermeable "Liner" que reviste el interior sella el orificio causado por el clavo aunque no se lo saque, como sería recomendable. Esto garantiza una menor necesidad de reparación (en el orden del 50%). Por otra parte es necesario que la llanta esté perfectamente acoplada a los talones de la cubierta porque integra la función de estanqueidad.


Cintura

Revestimiento de los flancos

Revestimientointerno

Talón

Banda de rodadura

Estructura


MARCADO DEL PNEUMÁTICO

RELACIÓN DE ASPECTO DEFINICIÓN: Relación entre la altura del neumático y su ancho;

ej.:0,80? H/S=0,80; Cuanto menor sea este número será más “bajo” el neumático EVOLUCIÓN: El neumático sufrió con el tiempo una progresiva disminución de la relación de aspecto (también conocida como relación de alineación) Esta tendencia está determinada por múltiples razones: La exigencia de dejar mayor espacio para los frenos, de posicionar correctamente los elementos de la suspensión y de disminuir lo más posible la deformación lateral del neumático. EXIGENCIAS: Para tener un buen confort se necesita un flanco alto y blando mientras que para tener precisión de conducción será necesario un flanco bajo y suficientemente rígido. Los neumáticos modernos avanzan en la dirección de mejorar la precisión de la conducción reduciendo la altura del flanco del neumático en desmedro del confort en la conducción. AQUAPLANING: Cuando la superficie de la carretera está recubierta por una capa de agua puede verificarse el fenómeno de aquaplaning. En este caso el uso de las relaciones de aspecto bajas aumenta la sensibilidad a dicho fenómeno, lo que se resolvió optimizando el perfil de la banda de rodadura.


Ancho del neumático en milímetros

Relación de aspecto

Neumático radial

Índice de velocidad

Índice de carga



EJ. DE MARCADO DEL NEUMÁTICO PARA VEHÍCULOS


02 Mecanica Basica Transmisiones - 4x4

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