Reg. 2085 - Dirección Universitaria de Investigación

Transcripción

UNIVERIDAD AUTÓNOMA “GABRIEL RENÉ MORENO”
DIRECCIÓN UNIVERSITARIA DE INVESTIGACIÓN
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “GABRIEL RENÉ MORENO”
FACULTAD POLITÉCNICA
CARRERA DE MECÁNICA GENERAL
Título:
SISTEMA DE EMBRAGUE Y CAJA DE
VELOCIDAD
INTEGRANTES:
DELGADO JULIAN EDWIN
Registro: 212197262
TORRES LIMÓN CARLOS
CRUZ SANTIBAÑEZ FRANSISCO
Registro: 211158951
SETIMO NOCO OSCAR
Registro: 210081554
TUTOR:
ING. FREDDY LORENZO PACO CAYOJA
Santa Cruz – Estado Plurinacional de Bolivia
2014
TABLA DE CONTENIDOS
Pag.
TABLA DE CONTENIDOS ............................................................................................................i
LISTA DE GRAFICAS................................................................................................................. iii
PARTE 1.
SISTEMA CAJA DE VELOCIDADES .................................................................. 1
RESUMEN ............................................................................................................................. 3
MAPA CONCEPTUAL ................................................................................................................ 4
1.
ENGRANAJES. CONCEPTO ............................................................................................ 5
2.
OBJETIVOS ...................................................................................................................... 5
2.1 Objetivo General....................................................................................................... 5
2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................... 6
3.
DESARROLLO .................................................................................................................. 6
3.1 Introducción .............................................................................................................. 6
3.2 Mecanismo de Anticitera .......................................................................................... 7
3.3 Engranaje helicoidal de Leonardo da Vinci ............................................................... 8
3.4 Transmisión antigua ................................................................................................. 8
3.5 Clasificación de los engranajes ................................................................................ 9
3.5.1 Ejes paralelos.............................................................................................. 10
3.5.2 Ejes perpendiculares ................................................................................... 10
3.5.3 Por aplicaciones especiales se pueden citar ............................................... 10
3.5.4 Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar ............................ 10
3.5.5 Transmisión mediante cadena o polea dentada .......................................... 10
3.6 Cajas de cambio manuales..................................................................................... 10
3.6.1 Caja de cambios manual de tres ejes. ......................................................... 13
3.6.2 Funcionamiento........................................................................................... 17
3.6.2.1 1ª velocidad ................................................................................... 19
3.6.2.2 2ª velocidad ................................................................................... 19
3.6.2.3 3ª velocidad ................................................................................... 20
3.2.6.4 4ª velocidad ................................................................................... 21
3.6.2.5 Marcha atrás (M.A.) ....................................................................... 22
3.7 Sincronizadores ...................................................................................................... 23
3.8 El Diferencial o Corona ........................................................................................... 26
3.8.1 El Diferencial ............................................................................................... 28
i
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “GABRIEL RENÉ MORENO”. DIRECCIÓN UNIVERSITARIA DE INVESTIGACIÓN
FACULTAD POLITÉCNICA. CARRERA DE MECÁNICA GENERAL
SANTA CRUZ, ESTADO PLURINACIONAL DE BOLIVIA. 2015
3.8.2 Describe la constitución y funcionamiento del diferencial ............................ 29
3.9 Cremallera .............................................................................................................. 31
3.10 Bomba hidráulica .................................................................................................... 32
3.11 Transmisión por ejes estriados ............................................................................... 32
3.12 Lubricación de engranajes ...................................................................................... 33
3.13 Deterioro y fallo de los engranajes .......................................................................... 34
4.
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 35
5.
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 36
6.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 36
6.1 Bibliografía.............................................................................................................. 36
6.2 Referencias ............................................................................................................ 37
6.3 Enlaces externos .................................................................................................... 37
6.3.1 Commons .................................................................................................... 37
6.4 Obtenido de ............................................................................................................ 37
ANEXOS 1 ........................................................................................................................... 38
Anexo A1.
Glosario de Términos ......................................................................................... 39
Anexo B1
Engranaje de cremallera y piñón ........................................................................ 40
Anexo C1.
Gráfica: Engranaje de cremallera y piñón........................................................... 40
Anexo D1.
Gráfica: Estructura del puente trasero ................................................................ 42
Anexo E1.
Gráfica: Engranaje Hipoide del conjunto piñón – Corona ................................... 43
Anexo F1.
Gráfica: Junta homocinética cardán. .................................................................. 43
Anexo G1.
Gráfica: Junta trípode deslizante del lado de la caja de velocidades. ................. 44
Anexo H1.
Gráfica: Despiece del puente trasero ................................................................. 45
PARTE 2.
SISTEMA DE EMBRAGUE................................................................................ 46
MAPA CONCEPTUAL .............................................................................................................. 48
RESUMEN ........................................................................................................................... 49
1.
INTRODUCION ............................................................................................................... 50
2.
OBJETIVO DEL EMBRAGUE HIDRAULICO ................................................................... 51
3.
CLASIFICACIÓN DE LOS EMBRAGUES ........................................................................ 53
3.1 El embrague hidráulico ........................................................................................... 54
3.2 Elementos del embrague hidraúlico ........................................................................ 56
3.3 Componentes ......................................................................................................... 57
4.
DIFERENCIA DE EMBRAGUES MECANICO Y HIDRAULICO....................................... 57
4.1 Embrague Mecánico ............................................................................................... 57
4.2 Embrague Hidráulico .............................................................................................. 57
5.
FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 58
6.
VENTAJAS DEL EMBRAGUE HIDRAULICO .................................................................. 60
7.
DESVENTAJAS ............................................................................................................... 61
8.
PRINCIPALES FALLAS DEL EMBRAGUES ................................................................... 62
9.
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 65
10. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 66
ANEXOS 2 ........................................................................................................................... 68
Anexo A2.
Disco de freno .................................................................................................... 69
Anexo B2.
Esquema de freno hidráulico .............................................................................. 69
Anexo C2.
Partes del embrague hidráulico .......................................................................... 70
ii
LISTA DE GRAFICAS
Pag.
Gráfica Nro. 1.
Gráfica Nro. 2.
Gráfica Nro. 3.
Gráfica Nro. 4.
Gráfica Nro. 5.
Gráfica Nro. 6.
Gráfica Nro. 7.
Gráfica Nro. 8.
Gráfica Nro. 9.
Gráfica Nro. 10.
Gráfica Nro. 11.
Gráfica Nro. 12.
Gráfica Nro. 13.
Gráfica Nro. 14.
Gráfica Nro. 15.
Gráfica Nro. 16.
Gráfica Nro. 17.
Gráfica Nro. 18.
Gráfica Nro. 19.
Gráfica Nro. 20.
Gráfica Nro. 21.
Gráfica Nro. 22.
Gráfica Nro. 23.
Gráfica Nro. 24.
Gráfica Nro. 25.
Gráfica Nro. 26.
Gráfica Nro. 27.
Molde chino para fabricar engranajes de bronce (siglos II a.C. a III d.C.) ........ 6
Engranaje helicoidal de Leonardo da Vinci ...................................................... 7
Primera fresadora de engranajes cónico. Inventada por el norteamericano
William Gleason (1874) ................................................................................... 8
Piñón recto de 18 dientes ................................................................................ 9
Situación de la Caja de cambio en el vehículo con motor delantero transversal
y tracción delantera ....................................................................................... 12
Situación de la Caja de cambio en el vehículo con motor delantero longitudinal
y propulsión trasera ....................................................................................... 13
Sección de una caja de cambios de tres ejes ................................................ 14
Despiece de una caja de cambios de tres ejes .............................................. 17
Funcionamiento de la caja de cambios en punto muerto ............................... 18
Funcionamiento de la caja de cambios en 1ra. velocidad .............................. 19
Funcionamiento de la caja de cambios en 2da. velocidad ............................. 20
Funcionamiento de la caja de cambios en 3ra. velocidad .............................. 21
Funcionamiento de la caja de cambios en 4ta. velocidad .............................. 22
Funcionamiento de la caja de cambios en marcha atrás (M.A.) ..................... 23
Despiece parcial de un sincronizador ............................................................ 24
Sincronizador de fiador de bola ..................................................................... 25
Partes típicas del diferencial .......................................................................... 27
Engranaje diferencial ..................................................................................... 29
Constitución y funcionamiento del diferencial ................................................ 30
Bomba hidráulica ........................................................................................... 32
Transmisor por ejes estriados........................................................................ 33
Engranaje de cremallera y piñón ................................................................... 40
Estructura del puente trasero......................................................................... 42
Engranaje Hipoide del conjunto piñón – Corona ............................................ 43
Junta homocinética cardán. ........................................................................... 43
Junta trípode deslizante del lado de la caja de velocidades. .......................... 44
Despiece del puente trasero .......................................................................... 45
iii
iv
PARTE 1
SISTEMA DE CAJA DE VELOCIDADES
PARTE 1. SISTEMA CAJA DE VELOCIDADES
1
2
RESUMEN
Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir
potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Están formados por dos
ruedas dentadas, la mayor se denomina corona y el menor piñón. Sirve para
transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas.
Los engranajes se clasifican según la disposición de sus ejes de rotación y los tipos
de dentado en:
Ejes paralelos: Engranajes especiales, cilíndricos de dientes rectos, cilíndricos de
dientes helicoidales, dobles helicoidales.
Ejes perpendiculares: helicoidales cruzados, cónicos de dientes rectos, cónicos de
dientes helicoidales, cónico hipoides, de rueda y tornillo sinfín.
Por aplicaciones especiales se pueden citar: Planetarios, interiores, de
cremallera.
Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar: transmisión simple,
transmisión con engranaje loco, transmisión compuesta. Tren de engranajes.
Transmisión mediante cadena o polea dentada: mecanismo piñón cadena, polea
dentada, características que definen un engranaje de dientes rectos.
Diferencial o corona
El diferencial puede describirse como un conjunto de engranajes donde los satélites
funcionan como simples transmisores del movimiento cuando el vehículo avanza en
recta trasladándose entre los planetarios sin girar sobre sí mismos; sin embargo
cuando el vehículo da vuelta, los satélites giran sobre sí mismos (rotan) permitiendo
que un planetario gire más rápidamente que el otro
Caja de velocidades
En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (también llamada
simplemente caja) es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor
suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha
obtener un par suficiente en ellas para poder vencer las resistencias al avance,
fundamentalmente las resistencias aerodinámicas, de rodadura y de pendiente.
La cremallera es otro mecanismo importante para transmitir el movimiento al par de
las ruedas de un vehículo de transmisión delantera.
PALABRAS CLAVES: engranaje, ruedas dentadas, transmisión, cremallera, caja
de cambios, diferencial o corona, bomba hidráulica, ejes
estriados
3
MAPA CONCEPTUAL
ENGRANAJE
CLASIFICACION DE
LOS ENGRANAJES
SEGÚN LOS TIPOS DE
EJES
PARALELOS
CAJA DE
CAMBIOS
dIFERNCIAL O
CORONA
PIÑON DE
ATAQUE
ARBOL
PRIMARIO
CORONA
EJES
ARBOL
INTERMEDIO O
INTERMEDIARIO
POR
APLICACIONESES
ARBOL
POR LA FORMA DE
TRANSMITIR EL
MOVIMIENTO
EJE DE
MARCHA
PLANETARIOS
SATELITES
PALIERES
ARBOL DE
TRANSMISION
4
TRANSMISION
MEDIANTE CADENA O
POLEA DENTADA
1.
ENGRANAJES. CONCEPTO
Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para
transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los
engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se
denomina corona y el menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento
circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más
importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de
una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un
motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un
trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía
y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe
recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el
sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren
de engranajes.
La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la
transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene
exactitud en la relación de transmisión.
2.
OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Conocer los distintos tipos y clases de Engranajes, sus aplicaciones, su
empleo en el rubro laboral mecánico industrial, su beneficio, su modo de
posición, la seguridad que debemos tener en cuenta al hacer uso de estas
piezas mecánicas industriales. De esa manera brindaremos un mejor servicio
5
a las empresas que requieran de nosotros y contribuiremos con el desarrollo
de nuestra región teniendo en cuenta lo aprendido en este tema.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Conocer los engranajes y su la clasificación.
 Conocer cómo funciona los engranajes del diferencial o la corona de un
vehículo
 Dar a conocer lo que es la caja de velocidades mecánicas
 Dar a conocer como se lubrica los engranajes
 Conocer las posibles fallas de los engranajes y dar algunas soluciones
3.
DESARROLLO
3.1 INTRODUCCIÓN
Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados
en madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación
y movimiento. Nadie sabe a ciencia cierta dónde ni cuándo se inventaron los
engranajes. La literatura de la antigua China, Grecia, Turquía y Damasco
mencionan engranajes pero no aportan muchos detalles de los mismos.
Gráfica Nro. 1.
Molde chino para fabricar engranajes de bronce (siglos II a.C. a III
d.C.)
6
Gráfica Nro. 2.
Engranaje helicoidal de Leonardo da Vinci
3.2 MECANISMO DE ANTICITERA
El mecanismo de engranajes más antiguo de cuyos restos disponemos es el
mecanismo de Anticitera.Se trata de una calculadora astronómica data entre
el 150 y el 100 a. C. y compuesta por al menos 30 engranajes de bronce con
dientes triangulares. Presenta características tecnológicas avanzadas como
por ejemplo trenes de engranajes epicicloidales que, hasta el descubrimiento
de este mecanismo, se creían inventados en el siglo XIX. Por citas de
Cicerón se sabe que el de Anticitera no fue un ejemplo aislado sino que
existieron al menos otros dos mecanismos similares en esa época,
construidos por Arquímedes y por Posidonio. A Arquímedes se le suele
considerar uno de los inventores de los engranajes porque diseñó un tornillo
sin fin.
En China, también se han conservado ejemplos muy antiguos de máquinas
con engranajes. Un ejemplo es el llamado "carro que apunta hacia el Sur"
(120-250 d. C.), un ingenioso mecanismo que mantenía el brazo de una
figura humana apuntando siempre hacia el Sur, gracias al uso de engranajes
diferenciales epicicloidales.
7
3.3 ENGRANAJE HELICOIDAL DE LEONARDO DA VINCI
Leonardo da Vinci, muerto en Francia en 1519, dejó numerosos dibujos y
esquemas de algunos de los mecanismos utilizados hoy diariamente, incluido
varios tipos de engranajes de tipo helicoidal.
Los primeros datos que existen sobre la transmisión de rotación con
velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al año
1674, cuando el famoso astrónomo danés Olaf Roemer (1644-1710) propuso
la forma o perfil del diente en epicicloide.
Robert Willis (1800-1875), considerado uno de los primeros ingenieros
mecánicos, fue el que obtuvo la primera aplicación práctica de la epicicloide
al emplearla en la construcción de una serie de engranajes intercambiables.
De la misma manera, de los primeros matemáticos fue la idea del empleo de
la evolvente de círculo en el perfil del diente, pero también se deben a Willis
las realizaciones prácticas.
Christian Schiele en 1856, descubrió el sistema de fresado de engranajes
rectos por medio de la fresa madre, pero el procedimiento no se llevaría a la
práctica hasta 1887, a base de la patente Grant
3.4 TRANSMISIÓN ANTIGUA
Gráfica Nro. 3.
Primera fresadora de engranajes cónico.
norteamericano William Gleason (1874)
8
Inventada
por
el
En 1897, el inventor alemán Robert Hermann Pfauter (1885-1914), inventó y
patentó una máquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por
fresa madre. A raíz de este invento y otras muchos inventos y aplicaciones
que realizó sobre el mecanizado de engranajes.
En 1906, el ingeniero y empresario alemán Friedrich Wilhelm Lorenz (18421924) se especializó en crear maquinaria y equipos de mecanizado de
engranajes y en 1906 fabricó una talladora de engranajes capaz de
mecanizar los dientes de una rueda de 6 m de diámetro, módulo 100 y una
longitud del dentado de 1,5 m.
A finales del siglo XIX, coincidiendo con la época dorada del desarrollo de los
engranajes, el inventor y fundador de la empresa Fellows Gear Shaper
Company, Edwin R. Fellows (1846-1945), inventó un método revolucionario
para mecanizar tornillos sin fin glóbicos tales como los que se montaban en
las cajas de dirección de los vehículos antes de que fuesen hidráulicas.
En 1905, M. Chambon, de Lyon (Francia), fue el creador de la máquina para
el dentado de engranajes cónicos por procedimiento de fresa madre.
Aproximadamente por esas fechas André Citroën inventó los engranajes
helicoidales dobles.
3.5 CLASIFICACIÓN DE LOS ENGRANAJES
La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición
de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado.
Gráfica Nro. 4.
Piñón recto de 18 dientes
9
Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes: (la
disposición de sus ejes de rotación)
3.5.1 EJES PARALELOS




Engranajes especiales. Parque de las Ciencias de Granada.
Cilíndricos de dientes rectos
Cilíndricos de dientes helicoidales
Doble helicoidales
3.5.2 EJES PERPENDICULARES





Helicoidales cruzados
Cónicos de dientes rectos
Cónicos de dientes helicoidales
Cónicos hipoides
De rueda y tornillo sinfín
3.5.3 POR APLICACIONES ESPECIALES SE PUEDEN CITAR
 Planetarios
 Interiores
 De cremallera
3.5.4 POR LA FORMA DE TRANSMITIR EL MOVIMIENTO SE PUEDEN CITAR
 Transmisión simple
 Transmisión con engranaje loco
 Transmisión compuesta. Tren de engranajes
3.5.5 TRANSMISIÓN MEDIANTE CADENA O POLEA DENTADA
 Mecanismo piñón cadena
 Polea dentada
3.6 CAJAS DE CAMBIO MANUALES
El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado notablemente
desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas manuales
sin dispositivos de sincronización hasta las actuales cajas de cambio
sincronizadas de dos ejes.
10
Independientemente de la disposición transversal o longitudinal y delantera o
trasera, las actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos
tipos:
 De tres ejes: un eje primario recibe el par del motor a través del
embrague y lo transmite a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite
a un eje secundario de salida, coaxial con el eje primario, que acciona el
grupo diferencial.
 De dos ejes: un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de
forma directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo
diferencial.
En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados actualmente en los
ejes son de dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja de que la
transmisión de par se realiza a través de dos dientes simultáneamente en
lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional siendo además la
longitud de engrane y la capacidad de carga mayor. Esta mayor suavidad en
la transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global
de la caja de cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de
dentado recto ya que a pesar de soportar peor la carga su utilización es
menor y además tienen un coste más reducido.
En la actualidad el engrane de las distintas marchas se realiza mediante
dispositivos de sincronización o "sincronizadores" que igualan la velocidad
periférica de los ejes con la velocidad interna de los piñones de forma que se
consiga un perfecto engrane de la marcha sin ruido y sin peligro de posibles
roturas de dentado. Es decir, las ruedas o piñones están permanentemente
engranadas entre sí de forma que una gira loca sobre uno de los ejes que es
el que tiene que engranar y la otra es solidaria en su movimiento al otro eje.
El sincronizador tiene, por tanto, la función de un embrague de fricción
progresivo entre el eje y el piñón que gira libremente sobre él. Los
sincronizadores suelen ir dispuestos en cualquiera de los ejes de forma que
el volumen total ocupado por la caja de cambios sea el más reducido posible.
Existen varios tipos de sincronizadores de los cuales destacan:
sincronizadores con cono y esfera de sincronización, sincronizadores con
cono y cerrojo de sincronismo, sincronizadores con anillo elástico, etc.
El accionamiento de los sincronizadores se efectúa mediante un varillaje de
cambio que actúa mediante horquillas sobre los sincronizadores
desplazándolos axialmente a través del eje y embragando en cada momento
la marcha correspondiente. Los dispositivos de accionamiento de las distintas
marchas dependen del tipo de cambio y de la ubicación de la palanca de
cambio.
11
A continuación, se van a estudiar los dos tipos de cajas de cambios. La
primera caja de cambios es una caja manual de tres ejes con disposición
longitudinal de un vehículo de propulsión trasera. La segunda, es una caja
manual de dos ejes con disposición transversal, de un vehículo con tracción
delantera con tracción delantera por lo que el grupo cónico-diferencial va
acoplado en la salida de la propia caja de cambios.
La situación de la caja de cambios en el vehículo, dependerá de la
colocación del motor y del tipo de transmisión ya sea está delantera o
trasera.
Gráfica Nro. 5.
Situación de la Caja de cambio en el vehículo con motor delantero
transversal y tracción delantera
12
Gráfica Nro. 6.
Situación de la Caja de cambio en el vehículo con motor delantero
longitudinal y propulsión trasera
Estas dos disposiciones de la caja de cambios en el vehículo son las mas
utilizadas, aunque existe alguna mas, como la de motor delantero longitudinal
y tracción a las ruedas delanteras.
3.6.1 CAJA DE CAMBIOS MANUAL DE TRES EJES.
Este tipo de cajas es el más tradicional de los usados en los
vehículos actuales y tiene la ventaja principal de que al transmitir el
par a través de tres ejes, los esfuerzos en los piñones son menores,
por lo que el diseño de éstos puede realizarse en materiales de
calidad media.
En la figura inferior se muestra un corte longitudinal de una caja de
cambios manual de cuatro velocidades dispuesto longitudinalmente.
El par motor se transmite desde el cigüeñal del motor hasta la caja
de cambios a través del embrague (Q). A la salida del embrague va
conectado el eje primario (A) girando ambos de forma solidaria. De
forma coaxial al eje primario, y apoyándose en éste a través de
rodamiento de agujas, gira el eje secundario (M) transmitiendo el par
desmultiplicado hacia el grupo cónico diferencial. La transmisión y
desmultiplicación del par se realiza entre ambos ejes a través del eje
intermediario (D).
13
Gráfica Nro. 7.
Sección de una caja de cambios de tres ejes
El eje primario (A) del que forma parte el piñón de arrastre (B), que
engrana en toma constante con el piñón (C) del árbol intermediario
(D), en el que están labrados, además, los piñones (E, F y G), que
por ello son solidarios del árbol intermediario (D). Con estos piñones
engranan los piñones (H, I y J), montados locos sobre el árbol
secundario (M), con interposición de cojinetes de agujas, de manera
que giran libremente sobre el eje arrastrados por los respectivos
pares del tren intermediario.
El eje primario recibe movimiento del motor, con interposición del
embrague (Q) y el secundario da movimiento a la transmisión,
diferencial y, por tanto, a las ruedas. Todos los ejes se apoyan en la
carcasa del cambio por medio de cojinetes de bolas, haciéndolo la
punta del eje secundario en el interior del piñón (B) del primario, con
interposición de un cojinete de agujas.
14
Para transmitir el movimiento que llega desde el primario al árbol
secundario, es necesario hacer solidario de este eje a cualquiera de
los piñones montados locos sobre él. De esta manera, el giro se
transmite desde el primario hasta el tren fijo o intermediario, por
medio de los piñones de toma constante (B y C), obteniéndose el
arrastre de los piñones del secundario engranados con ellos, que
giran locos sobre este eje. Si cualquiera de ellos se hace solidario del
eje, se obtendrá el giro de éste.
La toma de velocidad se consigue por medio de sincronizadores (O y
M), compuestos esencialmente por un conjunto montado en un
estriado sobre el eje secundario, pudiéndose desplazar lateralmente
un cierto recorrido. En este desplazamiento sobre el estriado el
sincronizador se acopla con los piñones que giran locos sobre el
árbol secundario.
En la figura inferior se muestra el despiece de una caja de cambios
de engranajes helicoidales, con sincronizadores, similar a la descrita
anteriormente. El eje primario 5 forma en uno de sus extremos el
piñón de toma constante (de dientes helicoidales). Sobre el eje se
monta el cojinete de bolas 4, en el que apoya sobre la carcasa de la
caja de cambios, mientras que la punta del eje se aloja en el
casquillo de bronce 1, emplazado en el volante motor.
En el interior del piñón del primario se apoya, a su vez, el eje
secundario 19, con interposición del cojinete de agujas 6. Por su otro
extremo acopla en la carcasa de la caja de cambios por medio del
cojinete de bolas 28. Sobre este eje se montan estriados los cubos
sincronizadores, y "locos" los piñones. Así, el cubo sincronizador 10,
perteneciente a tercera y cuarta velocidades, va estriado sobre el eje
secundario, sobre el que permanece en posición por los anclajes que
suponen las arandelas de fijación 9, 13 y 14. En su alojamiento
interno se disponen los anillos sincronizadores 7 (uno a cada lado),
cuyo dentado engrana en el interior de la corona desplazable del
cubo sincronizador 10. Estos anillos acoplan interiormente, a su vez,
en las superficies cónicas de los piñones del primario por un lado y
del secundario 11 por otro.
Cuando la corona del cubo sincronizador 10 se desplaza
lateralmente a uno u otro lado, se produce el engrane de su estriado
interior, con el dentado de los anillos sincronizadores 7 y,
posteriormente, con el piñón correspondiente en su dentado recto (si
se desplaza a la izquierda, con el piñón del primario y a la derecha
con el 11 del secundario). En esta acción, y antes de lograrse el
engrane total, se produce un frotamiento del anillo sincronizador con
15
el cono del piñón, que iguala las velocidades de ambos ejes, lo que
resulta necesario para conseguir el engrane. Una vez logrado éste, el
movimiento es transmitido desde el piñón al cubo sincronizador y de
éste al eje secundario.
En el secundario se montan locos los piñones 15 (de segunda
velocidad) y 26 (de primera velocidad), con los correspondientes
anillos sincronizadores 17 y cubo sincronizador. Cada uno de los
piñones del secundario engrana en toma constante con su
correspondiente par del tren intermediario 20, quedando acoplados
como se ve en la figura superior.
En el tren intermediario se dispone un piñón de dentado recto, que
juntamente con el de reenvío 23 y el formado en el cubo
sincronizador de primera y segunda velocidades, constituyen el
dispositivo de marcha atrás.
16
Gráfica Nro. 8.
Despiece de una caja de cambios de tres ejes
3.6.2 FUNCIONAMIENTO
Constituida una caja de cambios como se ha explicado, las distintas
relaciones se obtienen por la combinación de los diferentes piñones,
en consecuencia con sus dimensiones.
17
En las cajas de cambio de tres ejes, el sistema de engranajes de
doble reducción es el utilizado generalmente en las cajas de cambio,
pues resulta mas compacto y presenta la ventaja sustancial de tener
alineados entre si los ejes de entrada y salida. Para la obtención de
las distintas relaciones o velocidades, el conductor acciona una
palanca de cambios, mediante la cual, se produce el desplazamiento
de los distintos cubos de sincronización (sincronizadores), que
engranan con los piñones que transmiten el movimiento.
Gráfica Nro. 9.
Funcionamiento de la caja de cambios en punto muerto
En esta caja de cambios (figura superior) se produce una doble
reducción cuando los piñones de "toma constante" (B y C) son de
distintas dimensiones (nº de dientes). Por eso para calcular la
reducción, tendremos utilizar la siguiente fórmula para la saber el
valor de reducción. Por ejemplo en 1ª velocidad tendremos:
18
rt = relación de transmisión B, C, G, J = nº de dientes de los
respectivos piñones
3.6.2.1 1ª VELOCIDAD
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la
derecha, produce el enclavamiento del correspondiente
piñón loco (I) del eje secundario, que se hace solidario de
este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje
primario como muestra la figura inferior, obteniéndose la
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la
máxima reducción de giro, y por ello la mínima velocidad y
el máximo par.
Gráfica Nro. 10. Funcionamiento de la caja de cambios en 1ra. velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la
izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente
piñón loco (J) del eje secundario, que se hace solidario de
19
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una
reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello
aumenta la velocidad y el par disminuye.
Gráfica Nro. 11.
Funcionamiento de la caja de cambios en 2da. velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la
derecha, produce el enclavamiento del correspondiente
piñón loco (H) del eje secundario, que se hace solidario de
oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una
reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello
aumenta la velocidad y el par disminuye.
20
Gráfica Nro. 12. Funcionamiento de la caja de cambios en 3ra. velocidad
El desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la
izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente
piñón de arrastre o toma constante (B) del eje primario,
que se hace solidario con el eje secundario, sin
intervención del eje intermediario en este caso. Con ello, el
giro es transmitido desde el eje primario como muestra la
figura inferior, obteniendose una conexión directa sin
reducción de velocidad. En esta velocidad se obtiene una
transmisión de giro sin reducción de la velocidad. La
velocidad del motor es igual a la que sale de la caja de
cambios, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.
21
Gráfica Nro. 13. Funcionamiento de la caja de cambios en 4ta. velocidad
3.6.2.5 MARCHA ATRÁS (M.A.)
Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el
desplazamiento del piñón de reenvio (T), empujado por un
manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con
otros dos piñones cuya particularidad es que tienen los
dientes rectos en vez de inclinados como los demás
piñones de la caja de cambios. Estos piñones pertenecen
a los ejes intermediario y secundario respectivamente.
Con esto se consigue una nueva relación, e invertir el giro
del tren secundario con respecto al primario. La reducción
de giro depende de los piñones situados en el eje
intermediario y secundario por que el piñón de reenvio
actúa únicamente como inversor de giro. La reducción de
giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad. Hay que
reseñar que el piñón del eje secundario perteneciente a
esta velocidad es solidario al eje, al contrario de lo que
ocurre con los restantes de este mismo eje que son
"locos".
22
Gráfica Nro. 14. Funcionamiento de la caja de cambios en marcha atrás (M.A.)
En la caja de cambios explicada, se obtienen cuatro
velocidades hacia adelante y una hacia atrás.
3.7 SINCRONIZADORES
Las cajas de cambio desde hace muchos años utilizan para seleccionar las
distintas velocidades unos dispositivos llamados: sincronizadores, cuya
constitución hace que un dentado interno ha de engranar con el piñón loco
del eje secundario correspondiente a la velocidad seleccionada. Para poder
hacer el acoplamiento del sincronizador con el piñón correspondiente, se
comprende que es necesario igualar las velocidades del eje secundario (con
el que gira solidario el sincronizador) y del piñón a enclavar, que es
arrastrado por el tren intermediario, que gira a su vez movido por el motor
desde el primario.
Con el vehículo en movimiento, al activar el conductor la palanca del cambio
para seleccionar una nueva relación, se produce de inmediato el
desenclavamiento del piñón correspondiente a la velocidad con que se iba
circulando, quedando la caja en posición de punto muerto. Esta operación es
sencilla de lograr, puesto que solamente se requiere el desplazamiento de la
corona del sincronizador, con el que se produce el desengrane del piñón. Sin
embargo, para lograr un nuevo enclavamiento, resulta imprescindible igualar
las velocidades de las piezas a engranar (piñón loco del secundario y eje), es
23
decir, sincronizar su movimiento, pues de lo contrario, se producirían golpes
en el dentado, que pueden llegar a ocasionar roturas y ruidos en la maniobra.
Como el eje secundario gira arrastrado por las ruedas en la posición de punto
muerto de la caja, y el piñón loco es arrastrado desde el motor a través del
primario y tren intermediario, para conseguir la sincronización se hace
necesario el desembrague, mediante el cual, el eje primario queda en libertad
sin ser arrastrado por el motor y su giro debido a la inercia puede ser
sincronizado con el del eje secundario. Por esta causa, las maniobras del
cambio de velocidad deben ser realizadas desembragando el motor, para
volver a embragar progresivamente una vez lograda la selección de la nueva
relación deseada.
Gráfica Nro. 15. Despiece parcial de un sincronizador
En la figura inferior tenemos un sincronizador con "fiador de bola", donde
puede verse el dentado exterior o auxiliar (1) del piñón loco del eje
secundario (correspondiente a una velocidad cualquiera) y el cono macho (2)
24
formado en el. El cubo deslizante (7) va montado sobre estrías sobre el eje
secundario (8), pudiéndose deslizarse en él un cierto recorrido, limitado por
topes adecuados. La superficie externa del cubo está estriada también y
recibe a la corona interna del manguito deslizante (3), que es mantenida
centrada en la posición representada en la figura, por medio de un fiador de
bola y muelle (6).
Gráfica Nro. 16. Sincronizador de fiador de bola
Para realizar una maniobra de cambio de velocidad, el conductor lleva la
palanca a la posición deseada y, con esta acción, se produce el
desplazamiento del manguito deslizante, que por medio del fiador de bola (6),
desplaza consigo el cubo deslizante (7), cuya superficie cónica interna
empieza a frotar contra el cono del piñón loco que, debido a ello, tiende a
igualar su velocidad de giro con la del cubo sincronizador (que gira solidario
con el eje secundario). Instantes después, al continuar desplazándose el
manguito deslizante venciendo la acción del fiador, se produce el engrane de
la misma con el dentado auxiliar del piñón loco sin ocasionar golpes ni ruidos
25
en esta operación, dado que las velocidades de ambas piezas ya están
sincronizadas. En estas condiciones, el piñón loco queda solidario del eje
secundario, por lo que al producirse la acción de embragado, será arrastrado
por el giro del motor con la relación seleccionada.
3.8 EL DIFERENCIAL O CORONA
El conjunto grupo cónico diferencial (que se puede llamar “puente trasero”)
está unido a las ruedas mediante palieres o semiejes. Todas las ruedas de
un automóvil no sólo tienen un movimiento circular que produce el
desplazamiento del automóvil, sino que tienen una serie de movimientos
oscilantes, en función de las irregularidades de la carretera, movimientos que
regula el sistema de suspensión. No sería posible establecer una conexión
entre el puente trasero, sólidamente unido al automóvil y al conjunto motorembrague-caja de cambios, con las ruedas si los palieres no estuviesen
articulados por medio de “juntas homocinéticas”, que son articulaciones entre
elementos giratorios con ejes formando ángulo. Las hay de varios tipos y
reciben el nombre de “crucetas” o de “juntas cardan”.
Esta es, la síntesis, la transmisión: Un conjunto de órganos, formado cada
uno de los cuáles por varios elementos, que permiten el desplazamiento final
del automóvil, partiendo del giro que produce el motor.
26
Gráfica Nro. 17. Partes típicas del diferencial
27
(1)
junta universal, (2) eje del piñón, (3) engranaje del piñón, (4) caja del diferencial,
(5) corona dentada, (6) piñón lateral o planetario, (7) eje central, (8) engranaje satélite y
(9) semieje.
3.8.1 EL DIFERENCIAL
El diferencial puede describirse como un conjunto de engranajes
donde los satélites funcionan como simples transmisores del
movimiento cuando el vehículo avanza en recta trasladándose entre
los planetarios sin girar sobre sí mismos; sin embargo cuando el
vehículo da vuelta, los satélites giran sobre sí mismos (rotan)
permitiendo que un planetario gire más rápidamente que el otro. Ver
anexo el despiece del diferencial.
28
Gráfica Nro. 18. Engranaje diferencial
3.8.2 DESCRIBE LA CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL
DIFERENCIAL
Está constituido por la corona (2), que se une a la caja del diferencial
por mediación de tornillos como el (1), y en su interior se aloja el
mecanismo diferencial, formado por los satélites (7, en nº de dos
generalmente) y los planetarios (4) y (9). Los satélites se montan
sobre el eje (6) que va alojado en la carcasa (3), de manera que
puedan girar libremente en él; pero son volteados por la caja (3)
cuando gira la corona (2).
Engranados con los satélites se montan los planetarios, cuyos ejes
de giro se alojan en la corona y caja del diferencial respectivamente,
pudiendo girar libremente en ellos con interposición de casquillos de
fricción. A los ejes de los planetarios se unen a su vez los palieres,
que transmitirán el movimiento a las ruedas.
El conjunto queda ensamblado como muestra el detalle de la figura,
apoyado en la carcasa del puente trasero por interposición de
29
cojinetes de rodillos troncocónicos, situados en ambos lados de la
corona y caja de diferencial respectivamente.
Gráfica Nro. 19. Constitución y funcionamiento del diferencial
Constituido así el mecanismo, cuando la corona empieza a girar
impulsada por el piñón de ataque arrastra con ella a la caja del
diferencial (B), que en su giro voltea a los satélites (C) y (D) que,
actuado como cuñas, arrastran a su vez a los planetarios (E) y (F),
los cuales transmiten el movimiento a las ruedas haciéndolas girar en
el mismo sentido y con igual velocidad mientras el vehículo marche
en línea recta; pero cuando toma una curva, la rueda interior ofrece
más resistencia al giro que la exterior (al tener que recorrer
distancias desiguales) y, por ello, los satélites (C) y (D) rodarán un
poco sobre uno de los planetarios (el correspondiente a la rueda
interior) multiplicando el giro en el otro (el de la rueda exterior). De
30
esta manera, lo que pierde en giro una rueda lo gana la otra,
ajustándose automáticamente el giro de cada una de ellas al
recorrido que le corresponda efectuar en cada curva. Igualmente, las
diferencias de trayectoria en línea recta, debidas a diferencias de la
presión de inflado de los neumáticos, irregularidades del terreno, etc.,
son absorbidas por el diferencial.
3.9 CREMALLERA
El mecanismo de cremallera, aplicado a los engranajes, lo constituyen una
barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro
infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para
transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de
la cremallera.Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los
tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.
v = (n * z * p) / 60[m / s]
n:
z:
p:
velocidad angular.
número de dientes de la rueda
dentada.
paso.
31
3.10 BOMBA HIDRÁULICA
Una bomba hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo energía mecánica
de una fuente exterior la transforma en una energía de presión transmisible
de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas
moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Las bombas
hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido
hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica.
Hay un tipo de bomba hidráulica que lleva en su interior un par de engranajes
de igual número de dientes que al girar provocan que se produzca el trasiego
de aceites u otros líquidos. Una bomba hidráulica la equipan todas las
máquinas que tengan circuitos hidráulicos y todos los motores térmicos para
lubricar sus piezas móviles.
Gráfica Nro. 20. Bomba hidráulica
3.11 TRANSMISIÓN POR EJES ESTRIADOS
Se denominan ejes estriados (splined shaft) a los ejes que se les mecaniza
unas ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u otros
componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un
simple chavetero. Estos ejes estriados no son en sí un engranaje pero la
forma de mecanizarlos es similar a la que se utilizan para mecanizar
engranajes y por eso forman parte de este artículo. Los ejes estriados se
acoplan a los agujeros de engranajes u otros componentes que han sido
mecanizados en brochadoras para que el acoplamiento sea adecuado. Este
32
sistema de fijación es muy robusto. Se utiliza en engranajes de cajas de
velocidades y en palieres de transmisión. Hay una norma que regula las
dimensiones y formato de los ejes estriados que es la norma DIN-5643.
Gráfica Nro. 21. Transmisor por ejes estriados
3.12 LUBRICACIÓN DE ENGRANAJES
Todo los engranes sin importar tipos ni materiales tendrán mayores
probabilidades de una larga vida útil si se les lubrica en forma adecuada. La
lubricación de los engranajes es un requisito básico del diseño tan importante
como la resistencia o la durabilidad superficial de los dientes de los
engranajes.
Sistemas y métodos para lubricación de engranajes, los métodos utilizados
para la lubricación de los dientes de los engranajes varían con el tipo d
engranaje, la velocidad (en la línea primitiva), el acabado superficial, la
dureza y la combinación de materiales.
Uno de los métodos de lubricación es el de paletas o brochas, el cual se
utiliza exclusivamente en engranajes de muy baja velocidad y de paso muy
grande, otro método utilizado mayormente en cajas reductoras es por
chapoteo.
Los juegos de engranes de alta velocidad son los más difíciles de lubricar
eficientemente ya que no es fácil sumergir los engranes en el aceite.
33
Los siguientes métodos son:
 Lubricación a presión por medio de: bomba para aceite autoconcentida,
bomba motorizada independiente, sistema centralizado de lubricación a
presión.
 Atomización, llamado también lubricación por niebla, se utiliza para
velocidades muy altas o donde la acumulación de lubricante sea
intolerable.
3.13 DETERIORO Y FALLO DE LOS ENGRANAJES
Muestra animada de una rotura por fatiga.
Como todo elemento técnico el primer fallo que puede tener un
engranaje es que no haya sido calculado con los parámetros
dimensionales y de resistencia adecuada, con lo cual no es capaz de
soportar el esfuerzo al que está sometido y se deteriora o rompe con
rapidez.
El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con
el que ha sido fabricado no reúne las especificaciones técnicas
adecuadas principalmente las de resistencia y tenacidad.
También puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se
ha fabricado con las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido
montado y ajustado en la forma adecuada.
Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje
es que no se le haya efectuado el mantenimiento adecuado con los
lubricantes que le sean propios de acuerdo a las condiciones de
funcionamiento que tenga otra causa de deterioro es que por un
34
sobresfuerzo del mecanismo se superen los límites de resistencia del
engranaje
La capacidad de transmisión de un engranaje viene limitada:
 Por el calor generado, (calentamiento)
 Fallo de los dientes por rotura ( sobreesfuerzo súbito y seco)
 Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricación
deficiente y dureza inadecuada)
 Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y
cargas fuertes.
Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes están
relacionados con problemas existentes en los dientes, en el eje, o
una combinación de ambos. Las fallas relacionadas con los dientes
pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las
fallas relacionadas con el eje pueden deberse a la desalineación o
desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos.
4.
CONCLUSIONES
Como conclusión podemos decir que los engranajes o ruedas dentadas son el
mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de
una máquina. Están formados por dos ruedas dentadas, la mayor se denomina
corona y el menor piñón, estas dos piezas transmiten movimiento circular
mediante contacto de ruedas dentadas.
Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del
movimiento desde el eje de una fuente de energía, hasta otro eje situado a cierta
distancia y que ha de realizar un trabajo. Una de las ruedas está conectada a la
fuente de energía, conocida como engranaje motor y la otra está conectada al eje
que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje
conducido.
Los Engranajes han existido desde época muy remota para solucionar problemas
de Transporte, Impulsión, Elevación y Movimiento.
La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la
transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene
exactitud en la relación de transmisión.
35
En este tema hemos podido conocer los distintos tipos y clases de Engranajes que
existen y han existido, sus aplicaciones, su empleo en el rubro laboral mecánico
de los vehículos.
5.
RECOMENDACIONES
Hay que tener en cuenta que los engranajes se deben lubricar correctamente y ser
fabricados con el material adecuado para prolongar más la utilidad de los
engranajes en donde se lo haya utilizado
6.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
6.1 BIBLIOGRAFÍA
 millán gómez, simón (2006). procedimientos de mecanizado. madrid:
editorial paraninfo. isbn 84-9732-428-5.
 larburu arrizabalaga, nicolás (2004). máquinas. prontuario. técnicas
máquinas herramientas.. madrid: thomson editores. isbn 84-283-1968-5.
 varios autores (1984). enciclopedia de ciencia y técnica. salvat editores
s.a. isbn 84-345-4490-3.
 pérez, alonso y julio, jacinto (1992). ajustes y tolerancias: mecanismos y
engranajes. universidad politécnica de madrid. escuela universitaria de
ingeniería técnica aeronáutica. isbn 84-87051-18-9.
 comas, a.. tecnología resumida sobre engranajes. ediciones cedel. isbn
84-352-0310-7.
 instituto nacional de racionalización y normalización (españa) (1977).
transmisiones. rodamientos. engranajes. tuberías. consejo superior de
investigaciones científicas. isbn 84-00-03530-5.
 montoya moreno, felipe (1993). fundamentos de la geometría de los
engranajes. universidad de valladolid. secretariado de publicaciones e
intercambio editorial. isbn 84-7762-367-8.
 ramón moliner, pedro (1980). engranajes. autor-editor 1116. isbn 84-3002212-0.
 tulio piovan, marcelo (2004). «trenes de engranajes, reductores
planetarios y diferenciales», notas para la asignatura de elementos de
máquinas. universidad tecnológica nacional (facultad regional de bahía
blanca): cátedra de elementos de máquinas.
 manual de engranajes, darle w. dudley
36
 elementos de máquinas, shigley
6.2 REFERENCIAS
 varios autores (1984). enciclopedia de ciencia y técnica. tomo 5
engranaje. salvat editores s.a. isbn 84-345-4490-3.
 tulio piovan, op.cit.
 de solla price, derek j. (junio 1959). «an ancient greek computer».
scientific american.
 diseño de engranajes
 development of gear technology and theory of gearing (inglés)
 larbáburu arrizabalaga, nicolás (2004). máquinas. prontuario. técnicas
máquinas herramientas. engranajes cilíndricos de dientes rectos. página
320. madrid: thomson editores. isbn 84-283-1968-5.
 Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado.
Engranajes cilíndricos helicoidales de ejes paralelos, página 333. Madrid:
Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5
6.3 ENLACES EXTERNOS
6.3.1 COMMONS
 Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre
engranajes.
 Soldadura por Arco Manual con Electrodo Revestidos - Shielded
Metal Arc Welding (SMAW)
 Principios Del Proceso. Electrodos, Fabricación. Revestimientos.
Especificaciones. Características y propiedades de los ...
 Grasas y aceites lubricantes
 Grasas y aceites lubricantes. Control de calidad. Aditivos
empleados en las grasas lubricantes. Aceites Lubricantes. En...
 Ver más trabajos de Ingeniería6.4 OBTENIDO DE
 "http://es.wikipedia.org/wiki/Engranaje"
 “http://monografia.com/trabajos7/elecrev.shtml
 “http://monografia.com/ingenieria
 “http://monografia.com/trabajos7/mace.shtml
 “http://monografia.com/trabajos10/gralu/gralu.shtml
 “http://rincon del vago.com/industrial.engranajes.html
 http://www.aficionadosalamecanica.net/caja-cambios1.htm
37
ANEXOS 1
38
ANEXO A1. GLOSARIO DE TÉRMINOS
 Engranaje: Enlace, trabazón de ideas, circunstancias o hechos. Conjunto de las
piezas que engranan. Conjunto de los dientes de una pieza de máquina,
mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de
una máquina. Formados por dos ruedas dentadas, la mayor se denomina corona y
el menor piñón.
 Ruedas Dentadas: Pieza mecánica en forma de disco que gira alrededor de un eje.
Transmite movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas.
 Transmisión: (Del lat. transmissĭo, -ōnis). Acción y efecto de transmitir. Conjunto
de mecanismos que comunican el movimiento de un cuerpo a otro, alterando
generalmente su velocidad, su sentido o su forma.
 Cremallera: El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen
una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro
infinito.
 Caja de cambios: En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades
(también llamada simplemente caja) es el elemento encargado de obtener en las
ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento.
 Diferencial o corona: El diferencial puede describirse como un conjunto de
engranajes donde los satélites funcionan como simples transmisores del
movimiento cuando el vehículo avanza en recta trasladándose entre los planetarios
sin girar sobre sí mismos.
 Bomba hidráulica: Una bomba hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo
energía mecánica de una fuente exterior la transforma en una energía de presión.
 Ejes estriados: Se denominan ejes estriados (splined shaft) a los ejes que se les
mecaniza unas ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u
otros componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un
simple chavetero.
39
ANEXO B1 ENGRANAJE DE CREMALLERA Y PIÑÓN
ANEXO C1. GRÁFICA: ENGRANAJE DE CREMALLERA Y PIÑÓN
Convierte un movimiento lineal en movimiento rotativo
40
La caja de cambios no es más que una caja donde se encuentran una serie de piñones
o ruedas dentadas cuyo fin en el de poder reducir el giro del motor para adecuarlo a las
necesidades de cada momento.
41
ANEXO D1. GRÁFICA: ESTRUCTURA DEL PUENTE TRASERO
Despiece del puente trasero
Se muestra el despiece de un puente trasero de tipo convencional (rígido), en el cual los
palieres o semiejes (9) quedan alojados en las trompetas (6), apoyándose por su
extremo interior en el conjunto diferencial (5), del cual recibe el movimiento, mientras
que por el extremo exterior se apoyan en la trompeta por medio del rodamiento (8). A la
caja del diferencial (5) se fija la corona (4), que recibe movimiento del piñón de ataque
(3), alojado en la carcasa del diferencial, apoyado sobre ella por medio de los cojinetes
(1) y (7).
42
ANEXO E1. GRÁFICA: ENGRANAJE HIPOIDE DEL CONJUNTO PIÑÓN – CORONA
ANEXO F1. GRÁFICA: JUNTA HOMOCINÉTICA CARDÁN.
43
ANEXO G1. GRÁFICA: JUNTA
VELOCIDADES.
TRÍPODE DESLIZANTE DEL LADO DE LA CAJA DE
En el otro extremo de la transmisión (generalmente del lado de unión a la caja de
cambios), suele disponerse una junta deslizante trípode, que permite las variaciones de
longitud de la transmisión que se producen con los movimientos oscilantes y de
orientación de las ruedas. El tipo de junta trípode deslizante (Fig. 5.23) consiste en un
trípode (2) formado por tres pernos en los que se acoplan los rodillos (3), que se alojan
en tres ranuras cilíndricas del cajeado (4, donde pueden deslizarse) el cual, a su vez, va
estriado al planetario del diferencial. En el trípode (2) se aloja a su vez el palier (1),
estriado sobre él, resultando de todo ello una junta homocinética deslizante.
44
ANEXO H1. GRÁFICA: DESPIECE DEL PUENTE TRASERO
45
PARTE 2
SISTEMA DE EMBRAGUE
PARTE 2. SISTEMA DE EMBRAGUE
46
47
MAPA CONCEPTUAL
48
RESUMEN
El embrague es un sistema que permite transmitir una energía mecánica a su acción
final. En una moto, por ejemplo, permite controlar la transmisión de potencia desde el
motor hacia las ruedas.
Está constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los dispositivos de
transmisión, y asegura un número de funciones:
 En posición acoplado (o “embragado”) transmite la potencia suministrada. En un
automóvil, este rueda y el motor está vinculado a la transmisión.
 En posición de sacoplado (o “desembragado”) se interrumpe la transmisión. En un
automóvil, las ruedas giran libres o están detenidas, y el motor puede continuar
girando sin transmitir este giro a las ruedas.
 En posición intermedia restablece progresivamente la transmisión de potencia. Esta
es la razón principal del embrague en los automotores: permite moderar los
choques mecánicos evitando, por ejemplo, que el motor se detenga o que los
componentes de los sistemas se rompan por la brusquedad que se produce entre la
inercia de un componente que se encuentra en reposo y la potencia instantánea
transmitida por el otro.
En algunos países se le suele llamar croche (debido al anglicismo clutch).
Palabras claves: propulsor, resbalamiento, periferia, conmutación,
49
1.
INTRODUCION
El movimiento de giro necesario para poner en movimiento el vehículo es
transmitido a las ruedas por medio de un conjunto de mecanismos hasta el motor.
Es imprescindible acoplar un mecanismo capaz de interrumpir o conectar
suavemente la transmisión de movimiento entre el motor y las ruedas. Este
mecanismo lo constituye el embrague.
El embrague se sitúa entre el volante motor y la caja de cambios y es accionado
por un pedal que maneja el conductor con su pie izquierdo (menos en los
automáticos que el pedal se suprime). Con el pedal suelto el giro del motor se
transmite directamente a las ruedas, es decir, el motor está embragado. Y cuando
el conductor pisa el pedal de embrague el giro del motor no se transmite a las
ruedas, y se dice que el motor está desembragado.
El embrague debe tener la suficiente resistencia como para lograr transmitir todo
el par motor a las ruedas y lo suficientemente rápido y seguro como para realizar
el cambio de velocidad en la caja de cambios sin que la marcha del vehículo sufra
un retraso apreciable. También debe ser progresivo y elástico para evitar que se
produzcan tirones ni brusquedades al poner en movimiento al vehículo, partiendo
desde la situación de parado, ni tampoco cuando se varíe la velocidad del motor
en las aceleraciones y retenciones.
Gráfica Nro. 22. Ubicación del embrague
50
2.
OBJETIVO DEL EMBRAGUE HIDRAULICO
El embrague es el mecanismo encargado de transmitir el par motor que nos
proporciona el grupo propulsor, a la caja de cambios y ésta, a su vez, a las ruedas
a voluntad del conductor (manual) o automáticamente (automático), o dicho de
otra manera, su misión, es desconectar el motor de las ruedas en el momento de
arrancar o realizar un cambio de marcha.
Gráfica Nro. 23. Situación del embrague
El mecanismo de embrague es absolutamente necesario en los vehículos
automóviles dotados de motor térmico, ya que para iniciar la marcha del vehículo
hay que transmitir el par motor a bajo régimen de una forma progresiva por
resbalamiento mecánico o viscoso, hasta conseguir un acoplamiento rígido entre
el motor y las ruedas del vehículo a través del cambio de velocidades. Además, en
los vehículos con cambio de velocidades mecánico es necesario disponer del
mecanismo de embrague para desconectar el movimiento del motor del
movimiento de las ruedas siempre que tengamos que cambiar de velocidad o
deseemos parar el vehículo sin detener el motor. El embrague debe cumplir una
serie de características, debe poseer suficiente fuerza para que no patine con el
51
motor funcionando a pleno rendimiento y a la vez proporcionar una marcha suave.
Tiene que ser resistente, rápido y seguro. Resistente debido a que por él pasa
todo el par motor. Rápido y seguro para poder aprovechar al máximo dicho par, en
todo el abanico de revoluciones del motor.
Gráfica Nro. 24. Funcionamiento de un embrague
El embrague va situado entre el motor y la caja de cambios, y más concretamente
entre el árbol motor o cigüeñal y el eje primario de la caja de cambios.
El principio de funcionamiento es muy simple, une o separa dos árboles; esta
separación debe efectuarse tanto si los dos árboles se hallan en movimiento como
si están parados. Se trata de dos discos que se pueden acercar o alejar entre sí,
de modo que cuando entran en contacto, tras un breve instante inicial de
deslizamiento, quedan unidos firmemente girando solidarios. Normalmente, la
disposición de trabajo del embrague es en la posición de transmisión del
movimiento, en tal circunstancia se dice que el automóvil está embragado, el par
motor pasa al primario de la caja de cambios. En caso contrario, cuando se
interrumpe la transmisión de dicho par, un automóvil está desembragado cuando
no transmite ningún tipo de movimiento.
Gráfica Nro. 25. Posición de embragado
52
Existen diferentes tipos de embrague, que se agrupan básicamente en tres: de
fricción, basados en la unión de dos piezas que al adherirse forman el efecto de
una sola hidráulicos, son los que utilizan como elemento de unión el aceite y son
utilizados generalmente por los vehículos dotados de cambios de velocidades
automáticos, y electromagnéticos, son los menos utilizados, y están basados en el
principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos.
Aunque vamos a describir el principio de funcionamiento de los tres tipos de
embrague, veremos más detenidamente los embragues de fricción, debido a que
actualmente son los más frecuentemente instalados dentro de la industria del
automóvil, tanto en primer equipo como en reposición.
3.
CLASIFICACIÓN DE LOS EMBRAGUES
Existen diferentes tipos de embrague:
 Según el número de discos
•
•
•
•
•
hidráulico. No tiene discos. Se utiliza en vehículos industriales.
monodisco seco.
bidisco seco con mando único;
bidisco con mando separado (doble);
multidisco húmedo o seco.
 Según el tipo de mando
•
•
•
•
mando mecánico;
mando hidráulico;
mando eléctrico asistido electrónicamente.
centrífugo.
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3.1 EL EMBRAGUE HIDRÁULICO
Es un embrague automático que permite que el motor transmita el par
cuando llega a un determinado régimen de giro.
Se basa en la transmisión de energía de una bomba centrífuga a una turbina
por medio de un aceite mineral.
Se pueden suponer dos ventiladores enfrentados; el ventilador activo mueve
el proyecta el aire sobre el otro sin conectar y gira como una turbina.
Está constituido por dos coronas giratorias, que tienen forma de semitoroide,
provistas de unos tabiques planos llamados álabes. La corona motriz va
unida al árbol motor y constituye la bomba centrífuga, la otra, unida al
primario de la caja de cambios constituye la turbina o corona arrastrada.
Ambas coronas van alojadas en una carcasa estanca y están separadas por
un pequeño espacio para que no se produzca rozamiento entre ellas.
Cuando el motor gira, el aceite de la carcasa es impulsado por la bomba,
proyectándose por su periferia hacia la turbina incidiendo en sus álabes
paralelamente al eje. Dicho aceite es arrastrado por la propia rotación de la
bomba corona o motriz, formando un torbellino tórico.
54
La energía cinética del aceite que choca contra los álabes de la turbina
produce un par que tiende a hacerla girar.
En ralentí, la energía cinética del aceite es pequeña y el par transmitido a la
turbina es insuficiente para vencer el par resistente. Hay un resbalamiento
total entre bomba y turbina y esta permanece inmóvil. El aceite resbala por
los álabes de la turbina y es devuelto desde el centro de ésta al centro de la
bomba, en donde es impulsado nuevamente a la periferia para seguir el ciclo.
Al aumentar las revoluciones, el torbellino de aceite incide con más fuerza
sobre los álabes de la turbina, se vence al par resistente y hace la hace girar,
mientras se verifica un resbalamiento de aceite entre bomba y turbina que
supone el acoplamiento progresivo del embrague.
El embrague hidráulico sustituye al embrague de fricción en los vehículos
equipados con caja de cambios automática. Consta de dos partes giratorias:
la bomba, movida por el motor, y la turbina, que transmite el par a la caja de
cambios.
En el funcionamiento de este tipo de embragues se puede distinguir tres
fases distintas, que dependen principalmente del régimen del motor. Cuando
el motor (y por tanto la bomba) gira a pocas revoluciones el aceite por efecto
de la fuerza centrífuga, sale de la bomba y penetra en la turbina golpeando
sus álabes. Sin embargo, la turbina permanece fija, ya que la velocidad del
aceite es tan pequeña que no tiene la fuerza suficiente para hacerla girar.
Cuando el conductor pisa el acelerador para iniciar la marcha suben las
revoluciones de la bomba a la par que las del motor, de modo que el aceite
se mueve ahora con mucha más energía, consiguiendo hacer girar la turbina
y por tanto desplazar el coche. Sin embargo, en esta situación existe un gran
deslizamiento, esto es, la bomba girará mucho más deprisa que la turbina.
A partir de las 3000 r.p.m. aproximadamente se alcanza un deslizamiento
mínimo que está en torno al 3%. Es importante que exista un cierto
deslizamiento, aunque pequeño, puesto que de lo contrario no se transmitiría
ningún esfuerzo.
55
3.2 ELEMENTOS DEL EMBRAGUE HIDRAÚLICO
56
3.3 COMPONENTES
El embrague hidráulico está compuesto por dos piezas enfrentadas entre si,
impulsor o bomba y turbina. Ambas piezas tienen la forma de un semitoroide
o de un(dona) dividido por unos tabiques llamados alabes. Todo ello está
encerrado en una carcasa estanca relleno de aceite, quedando separadas la
bomba y la turbina por un pequeño espacio, de tal modo que en ningún
momento se produce contacto entre ellas.
El número de alabes del impulsor suele ser inferior al de la turbina(bomba 31
alabes ,turbina 29 alabes)Para evitar las vibraciones.
4.
DIFERENCIA DE EMBRAGUES MECANICO Y HIDRAULICO
4.1 EMBRAGUE MECÁNICO
Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague
usando un cable.
4.2 EMBRAGUE HIDRÁULICO
Los movimientos del pedal del embregue son transmitidos al embrague por
presión hidráulica. Una varilla de empuje conectada al pedal de embrague
genera presión hidráulica en el cilindro maestro cuando el pedal es
presionado y esa presión hidráulica desconecta el embrague.
57
Embrague mecánico
Embrague hidráulico
12
5.
FUNCIONAMIENTO
Cuando el motor gira, el aceite contenido en la carcasa es impulsado por la
bomba, proyectándose por su periferia hacia la turbina, en cuyos alabes incide
paralelamente al eje. Dicho aceite es arrastrado por la propia rotación de la bomba
o rotor conductor, formándose así un torbellino tórico.
La energía cinética del aceite que choca contra los alabes de la turbina, produce
en ella una fuerza que tiende a hacerla girar.
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Cuando el motor gira a ralentí, la energía cinética del aceite es pequeña y la
fuerza transmitida a la turbina es insuficiente para vencer el par resistente. En
estas condiciones, hay un resbalamiento total entre bomba y turbina con lo que la
turbina permanece inmóvil. El aceite resbala por los alabes de la turbina y es
devuelto desde el centro de ésta al centro de la bomba, en donde es impulsado
nuevamente a la periferia para seguir el ciclo.
Gráfica Nro. 26. Funcionamiento de embrague
A medida que aumentan las revoluciones del motor, el torbellino de aceite se va
haciendo más consistente, incidiendo con más fuerza sobre los alabes de la
turbina. Esta acción vence al par resistente y hace girar la turbina, mientras se
verifica un resbalamiento de aceite entre bomba y turbina que supone el
acoplamiento progresivo del embrague.
Cuando el motor gira rápidamente desarrollando su par máximo, el aceite es
impulsado con gran fuerza en la turbina y ésta es arrastrada a gran velocidad sin
que exista apenas resbalamiento entre ambas (éste suele ser de un 2 %
aproximadamente con par de transmisión máximo).
El par motor se transmite íntegro a la transmisión de embrague, cualquiera que
sea el par resistente y, de esta forma, aunque se acelere rápidamente desde
ralentí, el movimiento del vehículo se produce progresivamente, existiendo un
59
resbalamiento que disminuye a medida que la fuerza cinética va venciendo al par
resistente.
Al subir una pendiente, la velocidad del vehículo disminuye por aumentar el par
resistente, pero el motor continúa desarrollando su par máximo a costa de un
mayor resbalamiento, con lo que se puede mantener más tiempo la directa sin
peligro de que el motor se cae.
Gráfica Nro. 27. Esquema y funcionamiento de un disco hidraúlico
6.
VENTAJAS DEL EMBRAGUE HIDRAULICO
Los elementos que componen la transmisión (engranajes, ejes etc.)sufren menos
debido a que las cargas se aplican de una manera menos brusca algo ,más
favorable desde el punto de vista de la fatiga de los materiales.
Se ha demostrado en la práctica que este tipo de embrague transmite
íntegramente el par.
60
Por debajo de las 800revoluciones el resbalamiento (diferencia entre las
revoluciones del rotor y el impulsor) es total, de tal manera que sepermite que el
motor gire a ralentí con el coche parado
7.
DESVENTAJAS
Se producen unas pérdidas de rendimiento mayores cuantos más altos es el
resbalamiento debido al calentamiento que se produce en el aceite. Esta pérdida
de rendimiento repercute en un mayor consumo de gasolina que es del orden de
un 5%No es apto para será coplado directamente a una caja de cambios de
funcionamiento general debido a que se produce un cierto empuje axial que
oprime los piñones y hace imposible insertar
61
Gráfica Nro. 28. Corona de una embrague hidraúlico
8.
PRINCIPALES FALLAS DEL EMBRAGUES
1.-
Cojinete trabajó con poca pretensión (debe ser de 80-100 NM).
Causa: Muelle tensor vencido
62
2.-
Cojinete destruido.
Causa: Horquilla descentrada.
Causa: Falto precarga en el cojinete (debe ser de 80-100 NM)
3.-
Tapa -buje del collarín y balero
Causa: Collarín trincado.
Causa: Horquilla y o bujes desgastados o rotos.
4.-
Lengüetas desgastadas.
Causa: Cojinete bloqueado
63
5.-
Estriado de la maza destruido.
Causa: Desalineamiento entre motor y transmisión.
Causa: Estriado de flecha de mando dañado.
Causa: Balero y/o buje piloto desgastado o dañado.
6.-
Amortiguador roto, rondana lateral destruida.
Causa: Manejo inadecuado, bajas RPM y altas velocidades (3ra; 4ta. y 5ta.).
Causa: Flecha de mando descentrada
7.-
Muelle del amortiguador roto.
Causa: Sistema de desembrague defectuoso.
Causa: Desajuste en motor por RPM y tiempo de encendido.
64
8.-
Muelles desgastados por interferencia.
Causa: Fallas de montaje
Disco invertido
Disco y embragues incorrectos
Causa: Excesivo rectificado del volante.
9.
RECOMENDACIONES
Mantenimiento preventivo y controles periódicos
En los embragues hidráulicos, apenas existe desgaste de las láminas si la presión
del equipo
Hidráulico, caudal y temperatura del aceite de lubricación son correctos, por lo que
estas unidades Apenas exigen mantenimiento.
Sin embargo una disminución de la presión del sistema hidráulico o un
calentamiento excesivo de las láminas pueden provocar desgastes de dichas
láminas que se refleja en que patina el embrague.
Mantener limpio la parte más siempre de embragues en lugares adecuado como el
disco
65
10. BIBLIOGRAFIA
http://www.cps.unizar.es/~tren/Home.htm
El Embrague.
http://www.cps.unizar.es/~tren/automoviles/textos/embrague.htm
WWW.AUTOCITY.COM. DOCUMENTOS TECNICOS.
http://www.autocity.com/documentos-tecnicos/
Embrague.
http://www.autocity.com/documentos-tecnicos/index.html?cat=3&codigoDoc=291
EL MUNDO DEL AUTOMOVIL.
http://www.geocities.com/sadocar2/index.html
66
El embrague monodisco en seco.
http://www.geocities.com/sadocar2/embrague.html
TAXI ESPAÑA.
http://www.taxihispano.com/taxiesp/taxihome.htm
El embrague.
http://www.taxihispano.com/taxiesp/de/d00004/a00007.htm
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ANEXOS 2
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ANEXO A2. DISCO DE FRENO
ANEXO B2. ESQUEMA DE FRENO HIDRÁULICO
69
ANEXO C2. PARTES DEL EMBRAGUE HIDRÁULICO
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Reg. 2085 - Dirección Universitaria de Investigación

Transcripción

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