El motor térmico genera el par para que se desplace el automóvil, pero en las ruedas el valor del par ha de ser superior al que produce el motor para iniciar la marcha, subir cuestas, llevar peso y recuperar velocidad.
La multiplicación del par se lleva cabo en la caja de cambios, se hace en fases que son las relaciones de transmisión, y se incluye la marcha atrás.
Para iniciar la marcha con la mayor multiplicación de par, 1ª relación de caja de cambios (o marcha atrás) es necesario acoplar progresivamente la salida del par del motor a la caja de cambios, y se realiza con el embrague o convertidor de par en caja automática.
Según el automóvil va ganando velocidad se va cambiando de relación que cada vez multiplican por menos el par motor.
Desde la caja de cambios se ha de llevar el par a las ruedas motrices y se hace de diferentes formas según la implantación técnica del automóvil; con motor en lado opuesto al eje motriz se hace con el árbol de transmisión hasta el diferencial, que distribuye el par y velocidad a cada rueda motriz del eje para permitir las variaciones de velocidad al tomar curvas.
Si el motor está próximo a las ruedas motrices el diferencial suele estar dentro de la caja de cambios, o junto a esta, y habitualmente no hace falta árbol de transmisión.
Las ruedas motrices por efecto de las suspensiones suben y bajan y si son las delanteras además pueden girar por la dirección, lo que hace necesarios integrar juntas de transmisión que puedan transmitir el par motor con variaciones angulares entre la entrada y salida del par, son las juntas de transmisión en ángulo que vamos a ver en este artículo, de las que las juntas homocinéticas son las más versátiles.
En los automóviles de propulsión eléctrica, con baterías o pila de combustible de hidrógeno, se prescinde de la transmisión pues se dispone de todo el par desde el inicio de la marcha, se suele contar con unos engranajes de desmultiplicación hasta el diferencial y las transmisiones o palieres que llegan a las ruedas motrices.
También se podrá prescindir de todo esto si se integran los motores eléctricos directamente en las ruedas motrices, pero esto ya es otro tema que se puede complementar con la historia del par motor … pues actualmente los automóviles tienen juntas de transmisión en ángulo.
Puedes consultar las diferentes implantaciones técnicas en el automóvil en estos tres enlaces; implantaciones técnicas 1, implantaciones técnicas 2 y implantaciones técnicas 3.
¿Porqué se necesitan las juntas homocinéticas de transmisión en ángulo?
Se ve en la imagen un Lamborghini LM002, con implantación técnica de motor longitudinal delantero de 12 cilindros en V y transmisión a las cuatro ruedas, 4×4.
Se identifican los siguientes elementos y detalles:
- El motor genera el par
- El embrague (caja de cambios manual) o convertidor de par (caja automática) pasa el par motor a la caja de cambios
- Caja de cambios; adapta el valor del par motor a las circunstancias y condiciones de marcha manual o automáticamente
- El par adaptado en la caja de cambios sigue hasta la caja de transferencia en este automóvil 4×4, de esta parten dos árboles de transmisión hasta los diferenciales de los ejes trasero y delantero. La caja de transferencia ha de contar con un sistema de reparto de velocidad entre los ejes delantero y trasero, en este coche es un diferencial central
- Los diferenciales de los ejes permiten diferentes velocidades de sus ruedas en curvas y llevan el par a cada una por los palieres o transmisiones
Las cuatro ruedas tienen desplazamientos verticales por la suspensión, y las delanteras también horizontales por la dirección.
Estos son los efectos en este coche en las cuatro ruedas motrices, que podrán ser diferentes en otros según sean las suspensiones por eje rígido o independientes, analicemos los detalles en el coche representado y después vamos a ir viendo más opciones en función de la suspensión del eje o ejes motrices.
- Las ruedas traseras motrices al subir o bajar por la suspensión, cambian de posición angular con relación al diferencial, por lo que tiene que haber juntas en ángulo en los palieres que lo asuman para poder transmitir el giro en diferentes ángulos en el plano vertical (?), son juntas simples
- En las ruedas motrices delanteras por la suspensión pasa lo mismo, se han de incluir juntas simples en ángulo en las salidas de los palieres del diferencial que permitan los movimientos verticales de las ruedas con relación al diferencial (?).
- Las ruedas delanteras también han de girar en el plano horizontal por efecto de la dirección; para poder asumir las variaciones angulares en más de un plano, y ángulos amplios, se utilizan juntas en ángulo dobles en los extremos de los palieres lado ruedas, hace ya años son juntas homocinéticas que además mantienen la velocidad uniforme de entrada y salida durante los movimientos verticales y horizontales de las ruedas (¿?)
Hay varios tipos de caja de cambios, que si bien no afectan habitualmente a las juntas de transmisión, puede ser interesante disponer de información.
Juntas en ángulo simples o dobles y extensibles o telescópicas
Lo vemos sobre el mismo coche con dibujos didácticos que representan las funciones de cada una de estas juntas de transmisión.
Juntas de transmisión simples “crucetas” o “cardan” (Jc) y más …
- Están intercaladas entre las dos partes de un eje de transmisión que va a tener modificaciones angulares de posición, a continuación se indica su implantación
- Transmiten el giro en un plano o más hasta valores angulares medios. Si el giro es en varios planos la velocidad de transmisión entre el eje de entada y salida no es uniforme lo que implica tirones
- La implantación de juntas simples en ángulo, crucetas o cardan, se ve en la imagen del coche de la explicación anterior añadiendo más detalles
- En el eje trasero se utilizan juntas simples (Jc), crucetas, en los dos extremos de los palieres o transmisiones, lado diferencial y lado rueda, pues solamente hay desplazamientos verticales por la suspensión
- En el eje delantero los desplazamientos en los extremos de los palieres o transmisiones son distintos; a la salida del diferencial son verticales por la suspensión y se colocan juntas simples (Jc), crucetas, en el extremo de cada palier o transmisión lado diferencial.
- En el extremo de los palieres o transmisiones delanteras del lado rueda, los desplazamientos son verticales por la suspensión y horizontales por la dirección, lo que requiere juntas en ángulo dobles, juntas homocinéticas (Jh), después se dan más detalles
- Las juntas simples o crucetas pueden tener engrase con mantenimiento, o estar auto lubricadas y protegidas por una funda de goma
Juntas de transmisión simples “flectores” (Jc)
- En estas juntas el efecto de transmisión angular de giro se hace por la deformación de elementos elásticos de goma
- Transmiten el giro en un plano y ángulos pequeños, menos si es también en más planos
- Si el par a transmitir es elevado o el giro es de mayor ángulo se podrán deteriorar prematuramente
Juntas de transmisión dobles “juntas homocinéticas” (Jh)
- El concepto es como si fuesen dos juntas simples, lo que permite transmitir el movimiento de giro en más de un plano, incluso en amplios ángulos manteniendo uniforme velocidad de rotación
- Hay diferentes tipos, los dibujos que utilizamos son conceptuales y didácticos para entender mejor de forma sencilla el funcionamiento
- Estas juntas dobles puede tener engrase que requiera mantenimiento, pero lo más habitual es que estén auto lubricadas y protegidas por una funda de goma, es como se representan en los detalles de estas imágenes
Juntas de transmisión extensibles o telescópicas (Jt)
- Estas juntas no trabajan de forma angular sino axial, su función es permitir la variación de distancia entre dos puntos del eje que transmite el giro, ya sea en árbol de transmisión con suspensión por eje rígido, o en los palieres o transmisiones con suspensión independiente
- En la imagen se representa por un eje, dentado en su interior, en el que se introduce uno o dos ejes dentados por el exterior, este o estos pueden desplazarse longitudinalmente transmitiendo el giro
- En el coche de la imagen podría esta junta extensible o telescópica implantarse en los árboles de transmisión, como se resalta, o en los palieres o transmisiones, según sea la suspensión por eje rígido o independiente, pues al ser un todoterreno son amplios los recorridos verticales de ruedas
En las siguientes imágenes veremos automóviles que equipan las juntas de transmisión que hemos presentado.
4×4 con ejes rígidos delante y detrás
El automóvil que vamos a utilizar para las explicaciones es un todoterreno Land Rover Defender 110, motor longitudinal delantero de 4 cilindros en línea y 4×4, estos son los detalles:
- A continuación del motor está el embrague y la caja de cambios que transmite el par a la caja de transferencia, como en el coche anterior tiene un diferencial central
- Del diferencial central salen los dos árboles de transmisión hasta los diferenciales de cada uno de los ejes
- Los ejes delantero y trasero contienen los diferenciales y los palieres en su interior
- Las suspensiones son por eje rígido delante y detrás. Se aprecia en la imagen en perspectiva como las ruedas se inclinan con respecto al suelo al subir o bajar el eje de un lado, en reposo están perpendiculares
Las juntas de transmisión necesarias son estas:
- Dos juntas simples o crucetas en los extremos de cada árbol de transmisión, pues los ejes tienen desplazamientos verticales por la suspensión
- Al tener las suspensiones amplios recorridos, es un todoterreno, la longitud de los árboles de transmisión varía, por lo que se incorporan en cada uno juntas extensibles o telescópicas
- Al ser la suspensión delantera por eje rígido, la dirección hace que las ruedas giren en el plano horizontal, siendo suficiente con juntas simples en ángulo, crucetas, en cada extremo de rueda de los palieres. Estos están acoplados al diferencial desplazándose conjuntamente con el eje
- Se representan además tres situaciones de lado; altura normal de suspensión, comprimida y extendida, en todos los casos se ven giradas por la dirección las ruedas delanteras y se representan las juntas de transmisión correspondientes
Ruedas traseras motrices con suspensión independiente multibrazo
Hemos seleccionado en este caso un Chevrolet Corvette con suspensión por muelles, también puede ser por ballestas transversales inferiores de material sintético, pero es más didáctico utilizar muelles en las imágenes.
La implantación técnica es transaxle, motor longitudinal delantero de 8 cilindros en V, árbol de transmisión hasta la parte trasera donde está el embrague o convertidor de par y la caja de cambios, en cuyo interior está el diferencial.
Estos son los detalles relacionados con las juntas de transmisión:
- Las ruedas traseras por efecto de la suspensión independiente suben y bajan más o menos verticalmente con relación al diferencial, para asumir los ángulos de giro en ambos extremos de los palieres o transmisiones se colocan en cada uno juntas simples, crucetas
- Para evitar vibraciones se sitúan también dos juntas simples en los extremos del árbol de transmisión, a la salida del motor y entrada del embrague o convertidor
- Al acelerar y retener se producen movimientos del motor sobre sus soportes elásticos que pasarían a la transmisión si no fuesen absorbidos por las juntas intermedias en el árbol
- En la imagen desde atrás se ve la suspensión independiente, representada por dos brazos transversales paralelos, en tres posiciones; altura normal, comprimida y extendida
- Si la distancia en los palieres entre la salida del diferencial y las ruedas varía se intercalan juntas extensibles o telescópicas, que hemos colocado en estas tres imágenes
Ruedas traseras motrices con suspensión independiente por semiejes oscilantes
El coche representado con esta suspensión es el Fiat/Seat 850 Coupé, con motor longitudinal trasero de 4 cilindros en línea por detrás del eje, delante del motor está el embrague, la caja de cambios con el diferencial en su interior y de este salen los palieres o transmisiones a las ruedas:
- Los semiejes son unos tubos que pivotan a la salida del diferencial, suelen identificarse como “trompetas”
- Estos tubos, trompetas en una de sus denominaciones, en este coche están guiados por unos tirantes longitudinales de suspensión que evitan desplazamientos longitudinales
- En el interior de estos tubos o semiejes están los palieres o transmisiones, acoplados cada uno a la rueda motriz de su lado
- A la salida del diferencial los palieres articulan en unos flectores de goma que permiten movimientos verticales de suspensión en ángulos determinados, por la deformación de la goma que hace la función elástica
- Se ven desde atrás tres posiciones de la suspensión trasera, altura normal, comprimida y extendida
- Al funcionar la suspensión por semiejes oscilantes las ruedas varían su perpendicularidad con respecto al suelo, se altera el ángulo de caída
- En posición de altura normal se representan las ruedas perpendiculares al suelo, con suspensión comprimida de inclinan las ruedas separándose en el suelo, caída negativa, al extenderse la suspensión la inclinación es opuesta, caída positiva
- Estas variaciones angulares en los palieres a la salida del diferencial son asumidas por las juntas simples, flectores en este coche
Las ruedas tienen determinadas particularidades de asentamiento en el suelo y en sus diferentes elementos de unión con la carrocería, además de la caída mencionada, es la geometría de dirección y suspensión.
Ruedas delanteras motrices con suspensión independiente
Lo vamos a explicar con un Fiat/Seat 127 con motor delantero transversal de 4 cilindros en línea y ruedas delanteras motrices.
La suspensión independiente es Mc Pherson; solamente hay un brazo inferior y en su extremo exterior un conjunto telescópico asienta por su parte superior en la carrocería.
En este coche el conjunto telescópico lo componen amortiguador y muelle.
Estos son los elementos relacionados con las juntas de transmisión en este coche:
- A las salidas del lado del diferencial de los palieres o transmisiones se colocan juntas simples, crucetas, pues los movimientos angulares son verticales
- Estas juntas simples suelen estar lubricadas por el aceite de la caja de cambios y disponen de protectores estancos de goma
- En el lado de las ruedas los palieres o transmisiones tienen juntas dobles, juntas homocinéticas, pues los desplazamientos son el plano vertical por la suspensión y horizontal por la dirección. En los detalles se ven los protectores de goma con auto lubricación en su interior
- Las imágenes de frente presentan tres posiciones de la suspensión, altura normal, comprimida y extendida, que reflejan las actuaciones de las juntas en ángulo de transmisión; movimientos verticales a la salida del diferencial, juntas simples en ángulo (crucetas), y movimientos verticales y horizontales en las ruedas por suspensión y dirección, juntas dobles en ángulo (juntas homocinéticas)
- La distancia entre las dos juntas en cada palier o transmisión varían al trabajar la suspensión, por lo que es necesario contar con juntas extensibles o telescópicas
- Lo más habitual es que el dentado de acoplamiento en giro del palier o transmisión en uno de sus extremos tenga posibilidad de desplazarse longitudinalmente en su acoplamiento, haciendo esta función extensible
Cuatro ruedas motrices con suspensión independiente por dos brazos paralelos o multibrazo
Para estas explicaciones contamos con un Porsche Cayenne, el motor es longitudinal delantero de 8 cilindros en V y son motrices las cuatro ruedas.
La suspensión es independiente delante y detrás, se representa por dos brazos transversales en cada una.
En este coche, como en los demás 4×4 de este artículo, hay un diferencial central con la particularidad de que el reparto de par es asimétrico, más detrás que delante.
Veamos como repaso sus detalles relacionados con las juntas de transmisión:
- En los palieres o transmisiones traseras hay en cada extremo una junta simple, cruceta, pues los movimientos son exclusivamente verticales
- Hay versiones de este coche con eje trasero directriz, pero como el ángulo de giro no supera los 4º puede ser asumido por las juntas simples del lado rueda
- Delante las juntas a la salida del diferencial en los palieres o transmisiones son simples, movimientos verticales por la suspensión, y en los lados rueda son dobles, juntas homocinéticas, al moverse las ruedas en los planos vertical por suspensión y horizontal por dirección
- Se dispone de juntas extensibles o telescópicas en los palieres o transmisiones, o acoplamiento estriado desplazable en uno o los dos lados
- También cuenta con juntas simples en los extremos de los árboles de transmisión delantero y trasero, para evitar vibraciones y lograr uniformidad de funcionamiento, pues como de ha dicho, al acelerar y retener se producen movimientos parásitos del motor, cuyas vibraciones son absorbidas por los soportes elásticos y afectaría a los árboles de transmisión si no tuviese estas juntas simples
- Se ven dos imágenes más, de frente con las ruedas giradas por la dirección y desde atrás, en ambos casos con baches asimétricos a cada lado y la actuación de las juntas de transmisión; simples en ángulo, dobles en ángulo y telescópicas o extensibles
Como se ha comentado los automóviles con cuatro ruedas motrices de este artículo comparten el sistema de 4×4 permanente con diferencial central, hay bastantes más tipos de 4×4 con complementos específicos en función de los objetivos previstos de utilización, se pueden consultar en estos dos enlaces tecnologías 4×4 1 y tecnologías-4×4 2.
