EJES Y DIFERENCIALESTipos y sistemas

El diferencialSe conoce como diferencial al componente encargado de trasladar la rotacin que viene del motor transmisin hacia las ruedas encargadas de la traccin.

El diferencial

Partes de un diferencialLa Corona: es la que se encarga de recibir la fuerza del pin de ataque.

Pin de ataque: recibe el torque directamente del rbol de transmisin y la caja de cambios.

Caja satelital: en ella se encuentran los satlites y planetarios cuya funcin es distribuir la fuerza rotacional en curvas.

Partes del diferencial

Principio de funcionamientoSe entiende que el vehculo al tomar una curva una rueda recorre mas espacio que la otra; igualmente una rueda mas grande recorrer mas espacio que una pequea.

El diferencial tiene la funcin de corregir estas diferencias.

La funcin primaria de un diferencial es, derivar la rotacin recibida de la caja de velocidades; (transmisin) en un ngulo de 90grados.

Esto quiere decir que la transmisin; por medio de un pin hace girar la corona, en la parte central del vehculo; y la corona al rotar traslada el giro hacia las ruedas encargadas de la traccin [fuerza que mueve el vehculo]

Funcionamiento en el diferencial

Deslizamiento del diferencial

Diferencial convencional

Objetivo del diferencialAdministrar la fuerza motriz en las ruedas encargadas de la traccin tomando como base la diferencia de paso o rotacin entre una rueda con relacin a la otra.

Tiene por objeto permitir que cuando el vehculo d una curva sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin patinamiento sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorren un espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas.

Funcion del diferencialUn vehculo regula y deriva la traccin o fuerza motriz a dos ruedas que pueden ser las de adelante o las de atrs; como consecuencia toman el nombre traccin trasera, o traccin delantera.

La funcin primaria de un diferencial es derivar la rotacin recibida de la caja de velocidades [transmisin] en un ngulo de 90 grados.

Caractersticas del diferencialUn diferencial es el elemento mecnico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un vehculo giren a revoluciones diferentes, segn ste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro.

Cuando un vehculo toma una curva, por ejemplo hacia la derecha, la rueda derecha recorre un camino ms corto que la rueda izquierda, ya que esta ltima se encuentra en la parte exterior de la curva.

Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijacin de ambas sobre el eje, de manera que la traccin del motor acta con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas.

Caractersticas del diferencialAntiguamente, las ruedas de los vehculos estaban montadas de forma fija sobre un eje. Este hecho significaba que una de las dos ruedas no giraba bien, desestabilizando el vehculo.

Mediante el diferencial se consigue que cada rueda pueda girar correctamente en una curva, sin perder por ello la fijacin de ambas sobre el eje, de manera que la traccin del motor acta con la misma fuerza sobre cada una de las dos ruedas.

El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehculo en lnea recta, el engranaje se mantiene en situacin neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas.

Caractersticas del diferencialEl diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de "U" en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehculo en lnea recta, el engranaje se mantiene en situacin neutra.

Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas.

La diferencia de giro tambin se produce entre los dos ejes. Las ruedas directrices describen una circunferencia de radio mayor que las no directrices, por ello se utiliza el diferencial.

Problemas de un diferencialLos problemas de un diferencial empiezan por una falta de lubricacin o descuido:

Por lo general una fuga de aceite por uno de los retenedores o sellos de aceite, en una de las ruedas. terminan por dejar sin aceite la corona dando como consecuencia que el rodamiento (rodaje, balero, cojinete, bearing) friccione en seco.

Cuando sucede esto empiezan por hacer ruido y terminan quebrando los dientes del pin y corona. Como solucin se recomienda hacer una limpieza que incluya el uso de un magneto o imn que ayude a remover la baba metlica y remplazar las partes afectadas.

Tipos de Diferenciales Autoblocantes1.-Mecnico, en los que un muelle hace actuar un mecanismo que aumenta el rozamiento interno, limitando el efecto diferencial cuando se detecta diferencia de giro entre los semiejes.2.-Mecnico, mediante engranajes especiales, con el sistema Torsen 3.-Mecnico, mediante disco acoplador tipo Ferguson. 4.-Electrnicos, que utilizan los sensores del sistema ABS y frenan las ruedas que pierden adherencia (algunos tambin limitan momentneamente la potencia del motor) para que se mantenga la capacidad de traccin.

Diferenciales de deslizamiento limitado (LSD - Limited Slip Diferential).Diferenciales autoblocantes mecnicosEstos diferenciales se suelen montar en vehculos de traccin trasera, de gran potencia, ya que son susceptibles de perder adherencia durante aceleraciones fuertes en una de las ruedas, siendo necesario el enclavamiento de este a determinado valor, para evitar un deslizamiento excesivo que generara peligro en la conduccin del vehculo.Mediante la adopcin de este sistema, se mejora la transmisin de esfuerzo, a la vez que evita un patinaje continuo de la rueda con menos adherencia y sus consecuencias para la estabilidad.

Diferenciales autoblocantes mecnicosConos de friccinDiscos de friccinAcople lateral estriado(Thornton Powr-Lok)

Diferencial autoblocante por conos de friccin

Funcionamiento en curvaEl conjunto se comporta con efecto diferencial normal; cuando el vehculotoma una curva, la rueda interior reduce su velocidad y la exterior aumentacompensada por el propio diferencial. La diferencia de velocidad entre las dos ruedas,genera una fuerza superior a la fuerza de adherencia del cono de friccin con la carcasa; enesta situacin, el cono desliza dentro de la caja con lo que se produce el efecto diferencialnormal. Perdida de adherencia en una ruedaEn esta situacin, el cono de friccin esta solidario a la caja del diferencial.Los muelles empujan contra los planetarios y el cono de friccin, el par se trasmite a los dos planetarios por igual y las dos ruedas giran a la misma velocidad. El par transmitido en estas condiciones de adherencia esta limitado por la fuerza de empuje de los muelles. Si se supera el par, el cono de friccin resbalara y perder el efecto de bloqueo del diferencial.

Diferencial autobloqueante por discos de friccin track-lok

En el diferencial Track-lok, parte de la torsin de la corona de transmisin se transmite a travs de los conjuntos de embrague. Estos contienen discos mltiples, los embragues tienen acanaladuras radiales en los platos o material de fibra conglomerada.

Estos diferenciales tienen un valor de bloqueo, segn el tipo de vehculo, entre aprox. 25% y 75%. El efecto de bloqueo se refiere a la friccin interna de los dos paquetes de discos dispuestos en el crter del diferencial, en rgimen de dependencia del par de apriete. El par pasa de pin cnico de ataque a la corona (grupo pin-corona), y de ah al crter del diferencial autoblocante, a travs de los dos discos de empuje (presin) a los dos ejes porta-satlites, de estos a los satlites, pasando a los piones planetarios y de aqu a los palieres (semiejes).

Diferencial autobloqueante por discos de friccin track-lok

Diferencial autobloqueante por discos de friccin track-lok

Su nombre procede de las palabras inglesas Torque Sensitive, que en espaol quieren decir sensible al par, fue inventado por Vernon Gleasman y fabricado por el Gleason Corporation.

El diferencial Torsen es un sistema diferencial que permite repartir el par de fuerzas de la transmisin de manera proporcional a la adherencia del neumtico al suelo. Cuanto mas adherencia, mayor par de transmisin; de modo que si la rueda pierde contacto con el suelo y no ofrece resistencia, todo el par se transmitir al eje contrario, y la rueda girara pero no resbalara.

Los diferenciales autoblocantes montados como equipo opcional, o de serie en los vehculos, disponen de un valor de bloqueo de aprox. 40% hasta el 75%. Constituyen una excepcin los diferenciales autoblocantes en vehculos con traccin delantera, en los que el valor de bloqueo es de aprox. 25%.

El diseo del diferencial permite compensar las diferencias de giro al curvar un vehculo, al igual que un diferencial normal.

Diferencial Autoblocante Torsen

Constitucin del diferencial TorsenEl diferencial Torsen dispone de un grupo cnico formado por un pin y una corona. Los palieres se unen a unos engranajes cilndricos de dentado helicoidal que sustituyen a los planetarios de dentado cnico del diferencial convencional. Dos planetarios del tipo tornillo sinfn con una inclinacin de la hlice en el mismo sentido. Cada planetario es conectado a un palier.Tres parejas de satlites con dos tipos de dentados. El dentado helicoidal engrana con el planetario sin fin. El dentado recto engrana con el otro satlite en su dentado recto, formando una pareja.

Funcionamiento del diferencial Torsen

El funcionamiento del diferencial Torsen esta basado en el comportamiento de dos engranajes helicoidales que se cruzan a 90. La inclinacin de los dientes del engranaje permiten disear diferenciales mas flexibles, y le comunica la transmisin del giro de un planetario a otro mediante el efecto diferencial.

Cuando el vehculo toma una curva, el palier se frena y el engranaje satlite gira sobre un planetario sinfn. El giro del satlite se transmite a su pareja por medio del engranaje de dentado recto.

El satlite que engrana con el otro planetario sinfn, le transmite el giro y le obliga a girar mas rpido, debido al efecto diferencial.

Diferencial bloqueado tipo Torsen

Diferencial bloqueado tipo Torsen

Diferencial Tipo Torsen en AUDI

Las revoluciones que pierde un palier, las gana el otro, como un diferencial de dentado recto normal, al tiempo que disminuye la velocidad de la rueda del lado opuesto.Principio de funcionamiento del Torsen (engranaje helicoidal con ejes que se cruzan)Funcionamiento en curvas

Funcionamiento en terrenos deslizantes

En un diferencial normal, si una rueda pierde adherencia aumenta su velocidad, al tiempo que disminuye la velocidad de la rueda opuesta.El diferencial Torsen impide este comportamiento debido al diseo dela inclinacin del dentado de los engranajes helicoidales y a la unin enparejas de los satlites por un engranaje de dentado recto.Este sistema impide que, cuando una rueda pierde adherencia, el giro del conjunto se pueda-escapar, por ese eje. Los piones satlites estn unidosentre si formando una pareja y transmiten el giro a los dos ejes por igual.La rueda que ofrece adherencia empujara al vehculo y la otra no traccionar pero tampoco dar lugar al deslizamiento

En resumen, el diferencial Torsen permite las diferencias de velocidades de giro entre las ruedas de un mismo eje para poder realizar las diferentes curvas sin que exista arrastre, impidiendo que se pierda el par y la rueda deslice a si pierda adherencia.

El diferencial de acoplamiento viscoso tambin se conoce como visco acoplador o diferencial tipo Ferguson. En este tipo de diferencial cada semieje est unido a un juego de discos especiales intercalados dentro de una carcasa hermtica que contiene un fluido de gran viscosidad (normalmente, silicona). Cuando hay diferencia de giro entre los semiejes, el fluido se vuelve ms viscoso y tiende a hacer solidarios los dos juegos de discos, igualando sus velocidades de giro y pudiendo transmitir hasta el cien por cien de la fuerza al eje con mayor adherencia.

Este diferencial autoblocante suele utilizarse como diferencial central en vehculos con traccin a las 4 ruedas. Est constituido por una carcasa solidaria al rbol de transmisin que encierra unos discos, de los cuales, unos estn unidos a la carcasa y otros al portadiscos solidarios al eje de salida, los discos de ambas series van intercalados y con hendiduras y taladros, a travs de los cuales puede pasar el aceite silicona mezclado con un 20% de aire, que llena todo el conjunto.

Diferencial viscoso o Ferguson

Diferencial viscoso o Ferguson

Sistema de traccin total

Diferenciales en doble traccin

Diseo de la posicion de los ejes en un vehiculoLos clasificamos por la posicion en el vehiculo en los siguientes sistemasTraccion trasera con diferencial y arbol de transmision.Traccion delantera con junta Homocinetica.Sistema para doble traccion

Traccion trasera y arbol de transmisionEn los vehculos con motor delantero y propulsin trasera, el enlace caja de cambios puente trasero con diferencial se realiza por medio de un rbol de transmisin que lleva adaptado un sistema de juntas elsticas para absorber las deformaciones oscilantes del puente. En este sistema, el enlace del diferencial con las ruedas se realiza por medio de unos semi-arboles rgidos llamados palieres, alojados en el interior del puente trasero.

Traccion trasera y arbol de transmision

Traccion delanteraEn los vehculos con motor y propulsin traseros o motor y traccin delanteros, la transmisin se realiza directamente desde la caja de cambios a las ruedas. En este caso no existe puente diferencial ni rbol de transmisin.

El diferencial esta formando conjunto con la caja de cambios y la unin de este conjunto con las ruedas se hace por medio de un enlace que no puede ser rigido. Con este fin se usan semiarboles con interposicin de juntas elsticas que permitan el movimiento oscilante de la rueda cuando el vehculo esta en movimiento. Cualquiera que sea el sistema de juntas empleadas en la transmisin, estas deben cumplir la condicin de ser oscilantes y deslizantes, para permitir los desplazamientos de la rueda y a la vez adaptarse a las variaciones de longitud producidas en los semiarboles por causa de esos desplazamientos.

Traccion delantera

Doble traccionEn los vehculos con traccin a las 4 ruedas (4x4), la transmisin del movimiento a las ruedas se complica ya que se necesitan mas elementos, como otro rbol de transmisin que transmita el movimiento generalmente a las ruedas traseras, esto viene acompaado con el uso de otro diferencial.

Vehiculo con doble traccion

Arboles de Transmisin Son componentes que sometidos en su funcionamiento a esfuerzos constantes de torsin que son contrarrestados por la elasticidad del material. Por este motivo estn diseados para que aguanten el mximo de revoluciones sin deformarse.

Se fabrican en tubo de acero elstico, con su seccin longitudinal en forma de uso (mas grueso en el medio que en los extremos) y perfectamente equilibrados para no favorecer los esfuerzos en ningn punto determinado.

Adems del esfuerzo de torsin, el rbol de transmisin est sometido a otro de oscilacin alrededor de su centro fijo de rotacin. Debido a este movimiento de oscilacin se modifican continuamente las longitudes de las uniones, dando como resultado un movimiento axial del rbol de transmisin.

Arboles de Transmisin

El CardanEl cardn es un componente mecnico, descrito por primera vez por Giralamo Cardamo, que permite unir dos ejes no co-lineales. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotacin de un eje al otro a pesar de la no co-linealidad.

En los vehculos de motor se suele utilizar como parte del rbol de transmisin, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehculo hacia las ruedas traseras. El principal problema que genera el cardn es que, por su configuracin, el eje al que se le transmite el movimiento no gira a velocidad angular constante. No obstante, si se colocan dos en tndem y el principio y el final del rbol total se encuentran paralelos (como es el caso general de los vehculos de traccin trasera), estas diferencias se anulan.

Junta Cardan

Uniones cardan o crucetasEstos rboles no sufren, generalmente, averas de ningn tipo, salvo rotura del propio rbol, en cuyo caso hay que cambiar el conjunto, ya que no admite reparacin.

El nico desgaste que pueden sufrir esta en los cojinetes de la cruceta, en cuyo caso se sustituyen stos o se procede a cambiar la cruceta. La proteccin del acoplamiento estriado la asegura el casquillo guardapolvo y el engrase de las artculaciones de la junta cardan se efectua con grase consistente por los engrasadores .

Uso de juntas cardanicas en las barras de transmisinLa juntas cardan son las mas empleadas en la actualidad, ya que pueden transmitir un gran par motor y permite desplazamientos angulares de hasta 15 en las de construccin normal, llegando hasta los 25 en las de construccin especial.

Tienen el inconveniente de que cuando los ejes giran desalineados quedan sometidos a variaciones de velocidad angular y, por tanto, a esfuerzos alternos que aumentan la fatiga de los materiales de los que estn construidos

Angulos de torsion de la barraLa oscilacin de la velocidad es mayor cuanto mayor sea el ngulo (A) aunque, normalmente, este ngulo en los vehculos es muy pequeo y, por tanto, las variaciones de velocidad son prcticamente despreciables.

Arboles con juntas universales elsticas.Estos rboles se emplean cuando el puente trasero va fijo a la carrocera o para secciones intermedias de transmisin; por tanto, no necesitan transmitir el giro con grandes variaciones angulares.

Como juntas se emplean discos de tejido o articulaciones de goma interpuesta entre dos bridas sujetas con pernos de unin. Las juntas de disco, permiten un ngulo de desviacin de 3 a 5 y estan constituidas por uno o dos discos elsticos (tejido de tela engomada), interpuestos entre la brida del puente o caja de cambios y la brida de transmisin.

Arboles con juntas universales elsticas.Las juntas con artculaciones de goma (silentblock), al ser mas elasticas que los discos, permiten desviaciones angulares de 5 a 8.Tienen la ventaja de amortiguar las oscilaciones y ruidos en la transmisin; adems, pueden eliminar el elemento deslizante, debido a su propia elasticidad transversal, cuando va montada entre elementos fijos.

Arboles con juntas universales elsticas

Semirboles de transmisin o palieresLos semiarboles o palieres pueden ser rigidos o articulados (para suspensiones independiente) tienen la misin de transmitir el movimiento desde el diferencial a las ruedas. Estan constituidos por un eje de acero forjado, uno de sus extremos se acopla al planetario del diferencial y, el otro extremo se acopla al cubo de la rueda.En vehiculos con motor delantero y propulsin trasera dotada de puente trasero flotante (sin suspensin independiente) se emplean para el montaje de estos semirboles, varios sistemas

Montaje flotanteEn este montaje (el mas utilizado en los camiones) el cubo de la rueda se apoya en el mangn del puente a travs de dos cojinetes, quedando as alineada la rueda que soporta el peso del vehculo.El palier queda liberado de todo esfuerzo, ya que solamente tiene que transmitir el giro de las ruedas. En los montajes semi-flotantes y tres cuartos flotante, el palier no puede ser extrado del puente sin haber antes liberado a la rueda del peso del vehculo, cosa que no ocurre con este ultimo sistema en el que, como puede verse, el palier queda totalmente libre.

Eje flotante

Montaje semiflotanteEn este sistema el palier se apoya por un extremo en el planetario del diferencial y, por el otro lado, lo hace en la trompeta del puente, a travs de un cojinete.Con este montaje, el peso del vehculo descansa en y queda totalmente soportado por el palier que, adems, transmite el giro a la rueda; queda, por tanto, sometido a esfuerzos de flexin y torsin; por esta razn, estos palieres tiene que ser de construccin mas robustos.Este es el montaje mas comun para vehiculos livianos.

Montaje semiflotante.