Sistemas de transmisión de fuerzas y trenes de rodaje

Automoción. Embrague. Engranajes. Sincronizador Warner. Transeje. Vehículos. Tracción directa. Eje cardan. Flecha propulsora

  • Enviado por: Marcos Muñoz
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 47 páginas
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SISTEMA DE TRANSMISION DE FUERZA

El sistema para transmitir la fuerza producida por el motor a las ruedas de un vehículo, ha sido motivo para desarrollar y unificar numerosos componentes y así crear un sistema de transmisión de fuerza.

Como principios fundamentales de este sistema, se tiene que: La fuerza desarrolla­da por el motor, determina la velocidad con la cual el vehículo puede operar. La cantidad de fuerza desarrollada es por lo tanto determinada directamente por la ve­locidad de operación del motor. Teniéndo­se como regla básica: si el motor trabaja más rápido, se desarrolla más fuerza.

Por ejemplo, un motor debe trabajar a 4000 revoluciones por minuto para desa­rrollar la suficiente fuerza y el vehículo pue­da alcanzar una velocidad de 110Km por hora, no obstante, esto es realmente prác­tico, el problema surge cuando se intenta conectar el motor directamente a las rue­das del vehículo. Esto se debe a que una llanta de tamaño mediano gira a solo 1000 revoluciones por minuto para obtener una velocidad de 110 Km/h, siendo por lo tanto imposible el conectar directamente el mo­tor a las ruedas en ésta velocidad.

Para ésto se requiere de un sistema que tenga la función de reducir la velocidad de salida del motor en los intervalos de apli­cación a las ruedas y en tales condiciones el motor trabaje lo suficiente y desarrolle la fuerza requerida.

La solución a este problema, se obtiene utilizando un componente conocido como engranaje reductor de transmisión para conectar el motor a las ruedas. Un engra­naje de diseño cónico recto acoplado con cada una de las flechas de las ruedas permi­te a este mecanismo cambiar la dirección de fuerza Torsional. Los engranes de re­ducción normalmente usados, disminuyen la velocidad del motor 4:1 - 5:1.

Una complicación en el sistema aparece posteriormente, ésto, sin embargo, se de­be a que el vehículo no es siempre condu­cido a una velocidad constante, siendo ne­cesario variar la fuerza del motor según las condiciones y requerimientos del camino. Un solo mecanismo de reducción no pue­de hacer la función de variar las necesida­des de fuerza y velocidad.

El motor debe ejercer mayor torque (fuerza de rotación) para iniciar el movi­miento del vehículo, para acelerar de una velocidad baja o subir una cuesta y mante­ner el vehículo a una velocidad constante. Por otra parte, la velocidad en la cual opera el motor, determina la cantidad de torque desarrollado. El torque máximo es produ­cido aproximadamente en el punto medio de rango de velocidad del motor, posterior a ésta velocidad la cantidad de torque dis­minuye rápidamente.

Como aplicación práctica de este princi­pio, un motor que está operando a bajas revoluciones no puede producir el sufi­ciente torque para poner en movimiento al vehículo, ni acelerar o subir cuestas pro­nunciadas. Para llevar a cabo estos movi­mientos, el torque debe multiplicarse.

Esto es controlado por la transmisión. La transmisión contiene una serie de rela­ciones de engranes que cubren el rango completo de velocidad de un vehículo en particular. Estas relaciones tienen dos pro­pósitos:

1) Cada relación multiplica el torque producido por el motor: y

2) Cada relación permite al motor operar rápida y continuamente para desarrollar más torque y fuerza hasta alcanzar el pun­to por la cual el vehículo puede operar únicamente a través del engranaje reductor final.

La transmisión también tiene una fun­ción adicional. Sirve como un método de desconexión del mecanismo entre el mot­or y las ruedas. Esta desconexión es necesaria en los momentos de operación, cuando el motor es arrancado y los engranes son cambiados. Para ésto, cuando el con­ductor quiere poner en movimiento el vehículo, el motor y la transmisión deben conectarse suavemente. Esta suavidad es obtenida mediante un componente cono­cido como embrague.

Otro componente, el engranaje final, también funciona para obtener una operación suave del vehículo.

El mecanismo diferencial, entra en acc­ión cuando el vehículo es conducido en una curva. Cuando esto ocurre, la rueda en el lado exterior de la curva gira más rápido que la rueda interior, debido al mecanismo de engranes incorporados que permite dic­ha operación.

Otros dos componentes del sistema de transmisión de fuerza son utilizados para conectar la transmisión al engranaje final y las ruedas. Nombrándolos, éstos son: la flecha cardán que se encuentra entre la transmisión y el eje trasero, los semiejes entre el engranaje final y las ruedas.

Tal como fue descrito en párrafos anteriores, el sistema de transmisión de fuerza consta básicamente de un embrague, una transmisión y un engranaje final que los conectan a las flechas. Cuando estos com­ponentes están combinados para formar el sistema de transmisión de fuerza, el siste­ma puede ser operado manualmente (en­teramente por el conductor del vehículo), semi-automáticamente y completamente automático.

No obstante, éstos son los elementos básicos, las variaciones en tales diseños y las posiciones son debido a la ubicación del motor y la cantidad de automatización. Por ejemplo, cuando el motor se encuentra en la parte delantera del vehículo para im­pulsar las ruedas traseras, el sistema de transmisión de fuerza tiene una posición lineal, siendo colocada en línea recta entre el motor y eje trasero. Por otro lado, cuan­do el motor está colocado en la parte trase­ra del vehículo, la transmisión y compo­nentes del eje trasero están generalmente combinados. Como una opción adicional, cuando el motor se encuentra en la parte delantera del vehículo pero usado para im­pulsar las ruedas delanteras, la transmi­sión y el engranaje final son combinados. En este caso, un arreglo especial permite que las ruedas sean gobernadas.


EMBRAGUE

En los sistemas de transmisión manual, siempre hay un embrague. Este se encuent­ra entre el motor y la transmisión; los dos componentes que se conectan y desco­nectan durante la operación del sistema.

CONSTRUCCION DEL EMBRAGUE

TIPOS DE EMBRAGUE

Los embragues están clasificados como embragues mecánicos y embragues hidráulicos. El embrague mecánico es también llamado embrague de fricción. El embrague de fricción acopla v desacopla los miembros de mando y mandados me­cánicamente, utilizando fricción generada entre dos superficies. Esta operación es controlada aplicando o desaplicando el pedal del embrague. El embrague hidráuli­co utiliza líquido para transmitir fuerza del motor a la transmisión.

'Sistemas de transmisión de fuerzas y trenes de rodaje'


EMBRAGUE DE FRICCION

El embrague de fricción transmite fuerza, es decir, fuerza de fricción entre el dis­co del embrague y el volante del motor. El disco del embrague está colocado en el estriado de la flecha de la transmisión, cuando el disco es presionado contra la superficie de fricción del volante del motor por la placa opresora, éstos y el volante del motor giran juntos, transmitiendo la tor­sión del motor a la transmisión. El calor friccional y los golpes son generados en la etapa inicial del acoplamiento del embra­gue.

Entre más grande sea el área de fricción del disco del embrague, mayor cantidad

de fuerza podrá transmitir.

El calentamiento del disco de embrague, por el calor friccional es enfriado por aire. Este tipo es llamado "Embrague Seco", si el disco del embrague es enfriado por acei­te, es llamado "Embrague Húmedo".

EMBRAGUE SECO

El embrague de disco sencillo se clasifica en dos tipos, uno usa un resorte de dia­fragma y el otro usa resortes helicoidales. Este tipo de embrague es usado en trans­misiones manuales.

EMBRAGUE HUMEDO

El embrague de disco sencillo húmedo, está diseñado para interrumpir el flujo de fuerza del acoplamiento hidráulico o con­vertidor de torsión combinada con la trans­misión convencional, con el fin de mover un vehículo de un estado estático o manual­mente cambiar la velocidad de baja a alta o viceversa mientras se conduce.

El acoplamiento y desacoplamiento de éste tipo de embrague se efectúa normal­mente por un mecanismo de control eléctri­co. La diferencia entre el acoplamiento hi­dráulico y el convertidor de torsión es que el anterior es únicamente transmitido a la misma torsión que el motor desarrolla, mientras que el convertidor de torsión no solamente funciona como un acoplamien­to hidráulico, si no que también desarrolla una torsión mucho mayor que la propor­cionada por el motor.

El área de fricción de un embrague de disco sencillo puede ser aumentado agran­dando el tamaño de disco del embrague. Con un embrague de discos múltiples, el área de fricción puede ser aumentada, aumentando el número de placas de fric­ción, sin agrandar el tamaño del disco. En consecuencia, el embrague de discos múl­tiples húmedos es usado en transmisiones automáticas o diferenciales de patinaje li­mitado que proveen únicamente un espa­cio limitado para la instalación del embra­gue.

ACOPLAMIENTO HIDRAULICO

El acoplamiento hidráulico consiste bá­sicamente de un par de ruedas con álabes que están divididos entre la bomba en el lado de entrada y la turbina en el lado de salida. El aceite mineral es usado para lle­nar estas uniones. Cuando el motor gira, la bomba aplica la torsión del motor por me­dio de flujo de aceite a la turbina la cual causa que la turbina en el lado de salida gire.

Esta rotación es transmitida a la trans­misión. El aceite que pasa a través de la turbina regresa a la bomba. Si otra rueda con álabes (estator) es colocada entre la turbina y la bomba, el acoplamiento hi­dráulico creado es llamado "Convertidor de torsión".

En cualquier caso, la presión hidráulica transmitida a la turbina de la bomba mien­tras la marcha es mínima es muy baja, la tur­bina permanece estacionaria. De acuerdo al aumento de velocidad del motor, la pre­sión hidráulica entregada de la bomba se vuelve mayor, este aumento de presión causa que la turbina gire y por lo tanto, mueva al vehículo. Mientras el vehículo es­tá en movimiento la carga es menor que durante el arranque y la velocidad de la turbina se aproxima a la velocidad de la bomba, en otras palabras, la proporción de trasmisión de rotación de la bomba a la turbina se aproxima a uno.

La diferencia en características entre el acoplamiento hidráulico y el convertidor de torsión es causado por la presencia del estator.

La relación de transmisión de torsión del acoplamiento hidráulico es siempre uno, mientras que el convertidor de torsión pue­de ser tres veces tan grande que la del acoplamiento hidráulico cuando la rela­ción de transmisión de rotación es baja. Cuando la relación de transmisión de rota­ción alcanza uno, la relación de la transmisión de torsión también es uno. El conver­tidor de torsión presenta mayor transmi­sión de torsión cuando la velocidad de la turbina es baja. Por lo que, es amplia­mente usado en combinación con transmi­sión automática. El acoplamiento hidráuli­co no multiplica la torsión, y éste es usado con el embrague de fricción para absorber los golpes que pueden ser causados por la operación de cambios de velocidad.

EMBRAGUE

Un disco de fricción o embrague, es el principal componente del mismo embra­gue. La superficie de ambos lados del dis­co está cubierta con un material especial para que resista la fricción y el desgaste y no sea afectado por el calor. El disco en su parte central está estriado para que acople con la flecha principal de mando de la transmisión, ésto es, para que pueda girar con la flecha de mando, pero también per­manecer libre para deslizarse en la flecha. El disco es accionado por un plato opresor que consta de un diafragma o varios resor­tes el cual se encuentra sujetado al volante del motor, el disco está empalmado entre el plato opresor y la cara del volante del motor. Por lo tanto, el motor es conectado a la transmisión, permitiendo que la tor­sión y potencia del motor sean transferi­dos a través del volante, el disco de em­brague y el plato opresor.

MECANISMO DE CONTROL DE EMBRAGUE

TIPO MECANICO


Un sistema hidráulico sencillo es usado para quitar la presión de los resortes al plato opresor por medio de una palanca de desembrague, la cual está conectada a la varilla del cilindro de operación. El pistón de otro cilindro o sea el cilindro maestro, está conectado al pedal del embrague. Los dos cilindros están unidos por un tubo de diámetro pequeño que llenan el sistema con líquido hidráulico.

En la operación, al oprimir el pedal del embrague se origina presión en el líquido, el cual es transmitido por medio del tubo al cilindro de operación para empujar el pis­tón de éste hacia atrás y accionar la palan­ca de desembrague. Al soltar el pedal del embrague, permiten a los resortes del pla­to opresor operar nuevamente, forzando al plato y al disco de embrague en contra del volante del motor. Simultáneamente, el pistón del cilindro de operación retorna a su posición normal y el líquido hidráulico fluye de regreso al cilindro maestro.

En algunos modelos, sin embargo un varillaje mecánico conecta el pedal y la palanca de desembrague.

OPERACIÓN DEL EMBRAGUE

CILINDRO MAESTRO DE EMBRAGUE

El diseño de un cilindro maestro se ilus­tra en la figura. Incorporados dentro de la estructura del cilindro se encuentran: el pistón, copas del pistón, resorte de retorno y otros componentes. El material usado para las copas del pistón es de hule antico­rrosivo para evitar se dañen por la acción del líquido de frenos.

Al oprimir el pedal del embrague, la varilla de empuje, por forzamiento, inicia la operación del cilindro maestro para des­plazar el pistón hacia adelante. El líquido contenido en el cilindro fluye hacia el de­pósito de reserva, justo antes que el pistón cierre el conducto de retorno en el mo­mento de acercarse al resorte. Cuando es­to sucede, la presión hidráulica es aumen­tada y transmitida al cilindro de operación a través del tubo. Al soltar el pedal de em­brague, permite el regreso rápido del pis­tón por acción del resorte de retorno. Se usa dicho resorte, porque el líquido, a su regreso por el tubo, se encuentra con algu­na resistencia disminuyendo la presión del líquido lo cual causa que la carrera de re­torno del pistón sea lenta.


CONSTRUCCION Y FUNCIONAMIENTO DEL CILINDRO DE OPERACION

La presión hidráulica generada eh el ci­lindro maestro es transmitida a la cámara (A) del cilindro de operación por medio de tubería y manguera hidráulica. Esta pre­sión causa que el pistón se mueva a la derecha. Cuando el pistón se desplaza, la barra de empuje acciona la palanca de de­sembrague para desacoplar el embrague.

El cilindro de operación está provisto con un sistema de purga para sacar el aire del sistema hidráulico.

El cilindro de operación está clasifica­do en dos tipos: El tipo ajustable, que per­mite su ajuste en relación entre la palanca de desembrague y barra de empuje para evitar que el embrague se patine debido a desgaste en sus caras; y el tipo no ajusta­ble, que se ajusta automáticamente.

TIPO NO AJUSTABLE

Cuando las caras del embrague se des­gastan, la barra de empuje cambia de posi­ción en tal sentido para empujar a la palan­ca de desembrague por medio de un resor­te dentro del cilindro de operación. Así, el cojinete (collarín) y resorte de diafragma se mantienen bajo ligera presión.

TIPO AJUSTABLE

Existe un claro entre el cojinete (colla­rín) y horquilla de desembrague. Este cla­ro es conocido como "juego" de la palanca de desembrague.

Para mantener este "juego" constante cuando la cara de contacto del embrague se desgasta, una tuerca de ajuste está pro­vista en la varilla de empuje del cilindro de operación.


RODAMIENTO DE EMPUJE (COLLERIN) Y PALANCA DE DESEMBRAGUE

Debido a que el área de contacto del resorte de diafragma y el motor giran a la misma velocidad, se usa un cojinete con un mínimo de fricción para empujar el re­sorte de diafragma.

La figura muestra corno opera la palanca de desembrague al ser empujado el extre­mo de la horquilla por el cilindro de opera­ción. El porta collarín es empujado en la manga de deslizamiento de la cubierta de­lantera de la transmisión (candelero) para guiar el cojinete de desembrague.

Para efecto informativo, la palanca de desembrague también es conocida como horquilla de embrague o desembrague.

FUNCION DE LA TRANSMISION

Un automóvil requiere una gran canti­dad de fuerza motriz para iniciar su movi­miento, acelerar, subir pendientes o trans­portar cargas pesadas, sin embargo, cuan­do se conduce en una vía rápida a alta velocidad, necesita un giro rápido de las ruedas en vez de un gran esfuerzo motriz.

La fuerza motriz es la fuerza de tracción que es transmitida a las ruedas por el mo­tor. Esta fuerza actúa en dirección de una línea tangente a la periferia exterior de la llanta, como se muestra en la figura. Si la presión del motor es mantenida constante, esta fuerza varia con el tamaño de la llanta.

Suponga que usted trata de detener el giro de una barra bajo torsión constante. Si usted sostiene el extremo delgado de la barra para detener el giro, usted deberá ejercer una gran cantidad de fuerza. Por otro lado si usted trata de detener la rota­ción sosteniendo el lado grueso de la ba­rra, puede ser detenida fácilmente. Esto significa quo la fuerza de torsión se vuelve menor si el radio aumenta. En el caso de un automóvil, la fuerza motriz de una llanta disminuye si el radio de la llanta se aumenta, dado que el motor está gene­rando una torsión constante.

Como se explicó anteriormente, la fuerza ­motriz es determinada por la torsión y el radio de la llanta. Si la torsión de la rueda es T (Kg-m) y el radio de la llanta es r (m)

luego la fuerza motriz F (Kg) puede ser expresada en la siguiente ecuación

F (kg)= T (Kg-m)/ r (m)

De esta ecuación puede verse que la fuerza motriz puede ser aumentada, aumentando la torsión. Sin embargo, la torsión del motor es casi constante, inde­pendientemente de la velocidad del motor. Si una gran cantidad de torsión se requiere para satisfacer los requisitos de manejo, usted tendría que tener un motor muy gran­de en el vehículo; esto es ilógico. Este re­querimiento puede ser solucionado, insta­lando un aditamento el cual sea capaz de multiplicar la torsión como se necesite, entre el motor y la flecha cardan del vehículo. Tal aditamento debe ser también capaz de invertir la dirección de rotación para que el vehículo pueda ser también opera­do en reversa. Este aditamento es llamado transmisión.

La multiplicación de torsión es efectua­da por la reducción de la velocidad de rota­ción. Esto está sujeto a cambiar el patrón de acoplamiento de engranes de la trans­misión. Si se desea alta velocidad, puede ser obtenida al sacrificar torsión.

De esta manera la transmisión aumenta o disminuye la torsión del motor cambian­do la velocidad de la flecha cardán, por lo que el vehículo es capaz de trabajar bajo cualquier situación de manejo.

PRINCIPIOS BASICOS DE ENGRANES

Los engranajes, que son componentes del resto del sistema de la transmisión, todos operan bajo una serie de principios básicos, siendo una de las más importan­tes el "Principio de Palancas" Para explicar la acción y poder de una palanca en forma sencilla, consideremos alguien tra­tando de levantar una roca de 200Kg. utili­zando solamente las manos. Esto será muy difícil, sin embargo, la roca podrá ser le­vantada con mayor facilidad aplicando el "Principio de Palancas". Colocando una barra debajo de la roca y un punto de apo­yo a 30 cm. de ésta como se indica en la figura, la roca podrá ser levantada fácil­mente, ésto se ha logrado porque la palan­ca ha multiplicado la fuerza de aplicación para levantarla.


Este mismo principio se aplica a la ope­ración de los engranes, como se indica en el dibujo. De los dos engranes mostrados, el engrane B tiene un diámetro mayor que el de A.

Primero, consideremos que las líneas delgadas que parten del centro a los dien­tes son palancas imaginarias. Luego, cuando el par de giro es aplicado a la flecha del engrane A (imaginando que el engrane es girado), la palanca corta soportará nueva­mente el extremo de la palanca larga del engrane B. El par de giro resultante en la flecha del engrane B será dos veces mayor que el de la flecha del engrane A, porque la palanca del engrane B es dos veces mayor que la palanca del engrane A.

También debido al doble de tamaño, el engrane B tiene el doble de dientes -o palancas- que el engrane A. Cuando el engrane A gira, sus dientes empujan a los dientes del engrane B en dirección opues­ta. Sin embargo, debido a la diferencia en número de dientes, el engrane B girará a la mitad de velocidad del engranaje A, o sea la mitad de un giro por cada rotación com­pleta del engrane A.

Esta relación entre el número de dientes es conocida como relación de engranes. En el ejemplo anterior, existe una relación de 2:1 porque uno de los engranes tiene el doble de dientes que el otro engrane.

Por lo tanto, los engranes tienen tres funciones principales:

1) Para multiplicar el par de giro del motor.

2) Capaces de girar más rápido que las ruedas: y

3) De invertir la dirección de giro de la flecha principal o cambiar la dirección de la flecha secundaria.

ENGRANES RECTOS

Un número de engranes son usados en un automóvil para transmitir fuerza rotati­va. Los engranes son clasificados en va­rios tipos de acuerdo a la forma de los dientes. La forma más sencilla de dientes de engranes usados es el engrane recto.

Cuando dos engranes están acoplados y uno de ellos es girado, la velocidad de ro­tación del otro engrane es determinado por la relación de los dientes del engrane entre los dos engranes. Si ellos tienen el mismo número de dientes, la velocidad de rotación no cambia. Si un engrane tiene 10 dientes mientras el otro tiene 20 dientes, el engrane pequeño gira al doble de rápido que el engrane grande.

Los dientes del engrane tienen un corte recto.

ENGRANES HELICOIDALES

Los dientes están cortados en curva, per­mitiendo que un extremo del diente en-denté con otro antes que el otro extremo haya desengranado.

ENGRANES CONICOS

Los dientes están cortados en recta en una rueda cónica. Cuando se requiere un cambio de dirección en ángulo recto, se usan los engranes cónicos.

ENGRANES CONICOS ESPIRALES

Los dientes están cortados en curva, co­mo los del engrane helicoidal. El uso es el mismo que para los engranes cónicos ordinarios.

ENGRANES HIPOIDALES

El diseño es similar al de los engranes cónicos espirales, y uno está colocado a un nivel más bajo del centro de la flecha del engrane principal (corona). Son usados en el engranaje final del eje trasero, para que el piso y la flecha cardán puedan ser bajados.

JUEGO ENTRE DIENTES

Esto es necesario para tener una tole­rancia en la forma del corte del diente y para permitir un claro de lubricación entre los dientes de mando y mandados. Por lo tanto, para asegurar el funcionamiento adecuado del diente del engrane se da un claro y un juego entre dientes como se muestra en la figura. Sin embargo, ambos claros son muy reducidos, si alguno es demasiado reducido deformará al diente. Cada superficie del diente está diseñada generalmente en forma convexa para ob­tener un mayor endentado suave, estos dientes en espiral usan perfil curvo.


EL TORQUE Y RELACIÓN DE ENGRANES.

El torque es una fuerza que causa rota­ción y es medida en kilogramos metro.

Ninguna flecha(eje) o engrane puede girar si este torque no se le aplica. Los pistones en el motor proveen torque al cigüeñal, por medio de las bielas, causando que gire. El cigüeñal provee torque a los engranes de la transmisión la cual transmite este torque a las ruedas a través de un diferencial.

El torque de una flecha o engrane pue­de ser obtenido multiplicando la fuerza tan­gencial por el radio de giro, medido del punto de aplicación de las piezas, eso es, si usted mide la fuerza que causa que un engrane gire, sujetando una báscula de resorte a un diente de ese engrane y luego multiplicando el valor medido por el radio del engrane, usted puede determinar el torque. (En la actualidad, el torque es me­dido directamente de una flecha(eje) girando por medio de un instrumento de medición).

Suponga que un engrane pequeño es endentado con un engrane grande, y que el engrane pequeño está ubicado en la transmisión del lado del motor.

También suponga que una fuerza tangencial de 10 Kg. es creada en los dientes del engrane por el torque del motor. Estos 10 Kg. de fuerza son también aplicados al engrane que endenta. Si el engrane pequeño tiene un radio de 10 cm., su torque es 10 Kg. x 0.1 m = 1 Kg.-m. Si el engrane tiene un radio de 20cm., el torque que causa el giro es de 10Kg x 0.2 m =2 Kg.-m. Por lo que se puede ver, que el torque transmitido varia con el radio del engrane (o No. de dientes del engrane) aun cuando la misma cantidad de fuerza es aplicada.

Si un engrane pequeño acciona a un engrane grande y duplica el torque, se dice que tienen una relación de engranes de 2:1. En este caso, la velocidad del engrane es reducida. En otras palabras, la relación de engranes es expresada como salida de torque / entrada de torque, o Nº de dientes del engrane de salida / Nº de dientes del engrane de entrada o velocidad del engra­ne de entrada / velocidad del engrane de salida. En un sistema de engranes, una reducción de velocidad significa un aumento en el torque transmitido.


TIPOS DE ENGRANES

Los engranes mencionados anterior­mente son engranes rectos, cuyos dientes están en paralelo con el eje del engrane. Los automóviles usan una variedad de en­granes cuya forma y dirección de dientes son diferentes de aquellos de engranes rectos. El engrane helicoidal tiene dientes inclinados, los cuales están colocados a un cierto ángulo del eje del engrane. Ya que esto permite una área de contacto grande, causa un aumento en su resistencia y en el límite de fatiga del engrane haciendo su operación silenciosa. Por lo tanto, es ampliamente usado en automó­viles.

El engrane cónico tiene una forma de cono, y el extremo de cada diente apunta hacia el vértice del cono. Este tipo de en­granes es usado para cambiar la dirección de rotación.

TIPOS DE TRANSMISION

Una combinación sencilla de engranes proveen únicamente una relación de en­granes, así que más de una combinación de engranes se requiere para variar la veloci­dad. Entre mayor número de engranes se usan, habrá mayor libertad de cambiar la velocidad. Sin embargo, esto causa que la construcción del sistema de engranajes sea más complicada. En transmisiones automotrices, 4 ó 5 relaciones de engranes son usadas, estas relaciones de engranes son determinadas considerando el torque del motor y condiciones de manejo, por lo que un amplío rango de torque de manejo está disponible. La relación de engranes es modificada cambiando el endentado de los engranes y la transmisión es clasifica­da en los siguientes tipos de acuerdo al método de cambiar el acoplamiento de engranes.


El tipo de engranes planetarios es gene­ralmente usado junto con un convertidor de torsión en las transmisiones automáti­cas para aumentar la torsión.

La transmisión de tipo de flechas parale­las, consiste de varios juegos de engranes instalados en dos flechas paralelas. En es­te tipo de transmisión, la relación de engranes es cambiada por la selección de un engrane en particular para ser endenta­do.

Esta consiste básicamente de una flecha de mando (o de entrada) y un engrane de mando, una flecha del tren de engranes y un tren de engranes que está endentado con el engrane de la flecha de mando y una flecha de salida en la cual están montados los engranes principales de 1ª, 2ª y 3ª y otras velocidades. El tren de engranes es una parte integral.

1 TIPO DE ENDENTADO POR DESLIZA­MIENTO

Este tipo tiene una flecha principal es­triada, en la cual cada engrane es acopla­do al cambiar la relación de engranes, el engrane deseado es deslizado en la flecha principal y endentado con el tren de engra­nes, este endentado es difícil de obtenerse mientras los engranes están girando por­que las velocidades circunferenciales de los dos engranes no es igual.

2 TIPO DE ENDENTADO CONSTANTE

En este tipo, cada engrane está endenta­do con el tren de engranes. Los engranes están libres al girar con respecto a la flecha(eje) principal, y giran a diferentes velocidades, correspondiendo a su propia relación de engranes. La transmisión de torque entre la flecha principal y cada engrane, es reali­zado por medio de un par de engranes de embrague. El lado de mando del engrane de embrague está acoplado a la flecha prin­cipal. Cuando el lado mandado del engra­ne de embrague, es desplazado hasta aco­plar con el lado de mando del engrane del embrague adecuado, la flecha principal gi­ra a la relación de engranes deseada. El endentado de engranes de embrague es más fácil de efectuar que el endentado de engranes de velocidades variables; sin em­bargo, no son suaves a causa de la diferen­cia en velocidad de rotación entre los en­granes de embrague.

3 TIPO SINCRONIZADO

El tipo sincronizado usa sincronizadores en lugar de engranes de embrague, usados en el tipo de endentado constante.

El sincronizador actúa para hacer girar el engrane y flecha principal a la misma velo­cidad. Esto permite un acoplamiento sencillo. La transmisión del tipo sincronizada es el diseño más popular en los vehículos modernos.

Un ejemplo de una transmisión adopta­da en vehículos de Nissan es la que se muestra posteriormente. Un cojinete está provisto entre cada engrane y la flecha principal, permitiendo que el engrane gire libremente con respecto a la flecha princi­pal. Un sincronizador está dispuesto para cada engrane. Esta transmisión tiene 4 en­granes hacia adelante y un engrane de re­versa. Cuando está en cuarta velocidad, la flecha principal de salida está directamen­te acoplada a la flecha de mando. El aco­plamiento directo es efectuado por el sin­cronizador del engrane de cuarta, instala­do en el extremo de la flecha principal. En la flecha principal junto a este, están los engranes de 3a, 2ª y 1ª y el sincronizador de la 1ª y 2a. Un engrane loco de reversa se en­cuentra entre el engrane de reversa y el engrane del tren de engranes para invertir la dirección de rotación de la flecha princi­pal. Como el engrane de reversa se usa poco durante el manejo, tiene el diseño de endentado por deslizamiento y no usa nin­gún sincronizador. El engranaje sin-fin se encuentra en la flecha principal, el cual transmite la rotación de la flecha principal por medio de un engrane piñón al velocí­metro.

SINCRONIZADOR WARNER

1 CONSTRUCCION

  • Cubo del sincronizador

El cubo está acoplado en las estrías de la flecha principal y gira con ésta. El estriado de la periferia exterior del cubo contiene tres ranuras en las cuales los insertos están colocados y el cubo com­pleto está acoplado en la manga de aco­plamiento.

• Manga de acoplamiento

La manga de acoplamiento endenta con el sincronizador por medio de un estria­do y por lo tanto gira con la flecha prin­cipal de salida. La manga tiene una ra­nura la cual es usada para acoplar la horquilla de cambios. Cuando la palan­ca de cambios es operada, esta manga de acoplamiento se desliza sobre el cu­bo del sincronizador, y tiene tres ranu­ras para insertos en su periferia interior, estas ranuras se profundizan en el cen­tro para que puedan aprisionar a la por­ción elevada de los insertos.

  • Insertos

El inserto, el cual tiene una elevación se mueve hacia atrás y hacia adelante en la ranura del cubo junto con la manga de acoplamiento, el inserto se oprime con­tra el bronce cuando se cambia.

• Resorte esparcidor

Este es un resorte circular. Dos resortes esparcidores están colocados dentro de los insertos para presionarlos contra la manga de acoplamiento.

• Bronce (anillo sincronizador o impedi­dor)

Este hace contacto con el cono del diente ranurado de cada engrane y gi­rando libremente en

la flecha principal, transmite rotación al engrane por me­dio de fricción. Con este fin, el bronce tiene una cara interior cónica. Un file­teado está maquinado en la cara inte­rior para obtener una mayor fricción al hacer contacto. El bronce tiene un es­triado en la periferia exterior que acopla con la manga de acoplamiento. Cada diente del estriado está achaflanado pa­ra un fácil acoplamiento. El extremo de un inserto ajusta en la ranura del bron­ce, causando que el bronce gire con la flecha principal. El ancho de la ranura es medio diente mayor que el ancho del inserto. El sincronizador que usa este tipo de bronce es llamado 41Sincronizador Warner".

2 OPERACION

Durante el manejo, la flecha principal gira junto con el engrane seleccionador, sin embargo, cuando se requiere el cam­bio de velocidad, su velocidad de rotación no es igual a la del engrane al ser aplicado. En el tipo de endentado no sincronizado, si este engrane es cambiado a la fuerza, los dientes del engrane pueden dañarse debi­do al choque de los dientes. Una opera­ción doble del embrague es por lo tanto requerida para sincronizar la velocidad del engrane a la velocidad de la flecha princi­pal de salida. Esta operación no es requeri­da para una transmisión tipo sincronizada, porque el hermanamiento de la velocidad es dada automáticamente por el bronce. Por ejemplo, la operación de el sincronizador puede dividirse en cuatro etapas como se muestra cuando la palanca de cambios es movida de cuarta a tercera velocidad.

1er. PASO

Cuando la manga de acoplamiento es forzada hacia el engrane de 3n (dirección indicada en la figura), ésta empuja al inser­to en la dirección mostrada causando que la protuberancia de el inserto haga contac­to exactamente en la ranura de la manga de acoplamiento.

Como resultado, el bronce también es empujado por el extremo del inserto y este con la porción del fileteado detiene el cono del engrane de 3ª, así que el engrane de 3ª es forzado a girar por el bronce debido a la fricción que empieza a crearse entre la por­ción fileteada del bronce y el cono del en­grane de 3ª.

En este paso, cuando la fricción genera­da en este punto no es suficiente, el efecto de sincronización es débil.

2º PASO

Cuando la manga de acoplamiento es empujada más allá, el bronce es incapaz de girar hacia adelante, así la manga de acoplamiento vence la protuberancia del inserto y se mueve hacia adelante hasta que la cara fileteada y los dientes de aco­plamiento del bronce son sincronizados y acoplados con la manga. La razón es que el diente de acoplamiento de la manga de acoplamiento y el bronce están desalinea­dos por mitad de un diente causado por la diferencia de velocidades del bronce y en­grane de tercera (la velocidad del bronce así como la de la manga de acoplamiento es mayor que la del engrane de 3ª en este paso).

Una mayor fuerza es aplicada a la manga de acoplamiento bajo estas circunstancias, generándose una presión de contacto ex­trema entre el bronce y cono del engrane de 3ª; por consiguiente la velocidad de la manga y engrane de 3ª es completamente sincronizada. (La velocidad del engrane de 3ª es incrementada a la del bronce).

3er. PASO

Cuando la velocidad de las revoluciones de la manga de acoplamiento y del engra­ne de 3ª son sincronizadas, la fuerza apli­cada al bronce es liberada, así el bronce es capaz de moverse. En esta condición la manga de acoplamiento es empujada ha­cia afuera para que el bronce quede listo a moverse más allá.

PASO

Finalmente, la manga de acoplamiento se mueve hacia adelante hasta que sus dientes se endentan con los dientes. del engrane de 3ª.

VARILLAJE DE CAMBIOS DE VELOCIDADES

El mecanismo que es usado para selec­cionar y endentar engranes para obtener la deseada relación de engranes es llama­do "varillaje de cambios de velocidades". Por medio de este mecanismo, el movi­miento de la palanca de cambios (leva de control en el varillaje de control remoto) es transmitido a la manga de acoplamiento. La leva de cambios de engranes tiene dos diferentes funciones. Primera, la función de seleccionar el engrane deseado; y segundo, el cambiar el engranaje seleccionado con el sincronizador. Generalmente, un sincronizador es comúnmente usado para dos engranes, así que la función del cambio también incluye una parte de se­lección de funcionamiento.

VARILLAJE DE CONTROL REMOTO

El varillaje de control remoto tiene una palanca de control en la columna de la dirección y el movimiento de la palanca es transmitido a la transmisión por medio de un varillaje. Algunos varillajes de control remoto tienen una palanca de control en el piso.

El varillaje de cambios en la columna de la dirección su estilo es mayormente clasi­ficado en dos tipos, de acuerdo a la fijación donde ocurre la selección; el tipo exter­no que hace la selección de engranes afuera de la transmisión y el tipo interno que hace la selección dentro de la transmi­sión.

El tipo de selección externa es mostrado en la figura. El movimiento de la palanca de control es transmitido a la varilla de control, palancas laterales de cambios de la varilla, varillas de cambios y finalmente a las palancas de cambios del lado de la transmisión.

La operación de selección de la palanca de control, la cual consiste en movimien­tos hacia arriba y hacia abajo, acciona la varilla de control para seleccionar una pa­lanca de cambios que está al lado de la varilla y conectados entre si. Después de seleccionar la palanca de cambios, la ope­ración de cambios es por el movimiento hacia adelante o hacia atrás de la varilla de control. Esta operación es transmitida a través de la leva de cambios y de la varilla a la palanca en el lado de la transmisión. Este movimiento causa que la varilla de la horquilla y horquilla se muevan mientras que ellas son acopladas con la manga de acoplamiento.

En el tipo de selección interna, la selec­ción es llevada a cabo dentro de la transmi­sión. En consecuencia, la varilla inferior y la varilla de control son conectadas a la leva de cambios, de esta forma transmiten el movimiento a cada leva dentro de la transmisión por medio de la varilla de con­trol.

VARILLAJE DE CONTROL DIRECTO

La palanca de cambios está al piso, pero en la actualidad, ésta es conectada direc­tamente a la transmisión. En ésta el varilla­je es de control directo, la selección de la flecha de la horquilla en la transmisión es actuada por un movimiento lateral. Cuan­do la palanca de cambios es movida hacia abajo, la flecha de la horquilla es movida en dirección opuesta. La flecha de la hor­quilla es fijada con la horquilla y acoplada a la manga deslizante.

Como la flecha de la horquilla es movi­da, el movimiento de la flecha mueve a la manga deslizante para endentar el sincro­nizador.

Por la incorporación de la palanca de cambios en la extensión trasera, una fle­cha selectora es dispuesta entre la flecha de las horquillas y la palanca de cambios. El movimiento de la palanca de cambios es transmitido a la flecha selectora, la selec­ción y operación de fijación son hechos por la leva selectora que se localiza en un extremo de la flecha selectora.