Tribología y Comportamiento de Fricción

1. Principales características del comportamiento tribológico

• Alto coeficiente de fricción (minimizar presión para transmitir par).
• Adecuada capacidad de resistencia.
• Resistencia a las condiciones normales de uso (humedad, presión, contaminación…).
• Buenas propiedades térmicas.
• Capacidad para soportar elevadas presiones de contacto.
• Resistencia a los esfuerzos cortantes.
• Elevada durabilidad.
• Respetuoso con el medio ambiente.

El Embrague Monodisco de Fricción

2. Partes del embrague monodisco de fricción

• Volante de inercia.
• Disco de embrague.
• Maza de embrague o plato de presión.
• Collarín.
• Sistema de accionamiento.

3. Materiales de fabricación de los elementos estructurales del embrague

Se suelen fabricar convencionalmente de fundición de hierro, aluminio (volante) o acero, y de aleaciones especiales de acero, titanio o carbono (carcasa) en aplicaciones deportivas.

4. Tipos de amortiguación del revestimiento del disco de fricción

• De segmento simple: El revestimiento se remacha a ambos lados, sobre segmentos delgados y bombeados, que se remachan a su vez con el disco de arrastre.
• De segmento doble: Los revestimientos se remachan sobre dos segmentos situados uno encima del otro y que actúan en sentido contrario, y también están remachados al disco de arrastre.
• De láminas (el más utilizado): La chapa portante de los revestimientos se encuentra ranurada y ondulada en el borde exterior, donde apoya el revestimiento. Actúa como el segmento simple, pero se utiliza allí donde no hay espacio para remachar el elemento simple a la chapa portante.

5. Principales funciones del embrague

Las funciones del embrague son reducir las variaciones de par del motor y permitir cambios suaves y sin tirones.

6. Esfuerzos a los que se ve sometido el disco de embrague

Están sometidos a una carga muy alta y deben soportar tensiones de tracción, cizallamiento y de torsión. Asimismo, se ven sometidos también a las elevadas fuerzas centrífugas debido a las altas revoluciones a las que gira el disco. Otro gran condicionante es la elevada resistencia a las altas temperaturas.

7. Tipos de materiales para el forro de fricción del disco de embrague

• Material orgánico de metal/fibra tejida: Es el más habitual, ya que permite una transmisión suave y uniforme, aunque con el uso intensivo puede llegar a sobrecalentarse.
• Kevlar: Es un material muy duradero y resistente al uso intensivo, con mayor resistencia a tracción y cizalladura.
• Material carbo-cerámico: Puede encontrarse por separado formando forros o segmentos cerámicos o de carbono, o en forma combinada. Resiste un alto par motor.
• Materiales metálicos sinterizados: Resisten temperaturas extremadamente altas porque presentan mejor coeficiente de fricción a dichas temperaturas.
• Híbridos: En una de las caras utiliza materiales orgánicos, mientras que por la otra puede utilizar Kevlar, carbono o material cerámico. La cara orgánica suaviza el cambio.

8. ¿Qué es el Nomex?

Es una fibra que consiste en un material ignífugo que permite aumentar la resistencia a temperaturas más elevadas. En este sentido, los metales sinterizados permiten soportar temperaturas muy elevadas, pero son poco progresivos.

9. Diferencias entre maza de embrague con resortes o con diafragma

En los sistemas con diafragma, a medida que el disco se va desgastando, la presión sobre el disco va aumentando y sigue transmitiendo correctamente el par. Por otro lado, en las mazas con muelles, a medida que el disco se desgasta, la presión va disminuyendo porque los muelles se estiran.

10. Funciones de las láminas tangenciales

• Asistir en la carrera de retroceso del plato de presión al desembragar.
• Transmitir el par motor de la carcasa al plato de presión.
• Centrar el plato de presión.

11. Cualidades que debe reunir el mecanismo del embrague

• Resistente y con gran poder de adherencia para transmitir todo el par motor.
• Capaz de transmitir la energía motriz de forma elástica y progresiva.
• Rápido para que la marcha del vehículo no se vea muy afectada.
• Elástico para que el inicio del movimiento del vehículo no sea muy brusco.
• Su accionamiento no debe requerir un gran esfuerzo por parte del conductor.

12. Funciones y características del embrague bimasa

El volante bimasa evita que las oscilaciones torsionales del cigüeñal sean transmitidas directamente a la transmisión. En el interior del volante, un sistema de amortiguación por muelles separa la masa de inercia primaria respecto a la secundaria, de modo que las oscilaciones torsionales del motor no sean transmitidas al cambio.

13. Ventajas del embrague con volante bimasa

• Aumento del confort de marcha.
• Absorción total de vibraciones.
• Aislamiento de ruidos.
• Ahorro de combustible, mediante la conducción a menos RPM.
• Elevada precisión y rapidez de los cambios.
• Menor desgaste de la sincronización.
• Protección contra sobrecargas de la cadena cinemática.

La Caja de Cambios Manual

14. ¿Qué es el módulo?

El módulo (m) se define como la relación entre el diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. El valor del módulo está normalizado y se indica por números.

$$m = \frac{D_p (diámetro\ primitivo)}{Z (número\ de\ dientes)}$$

15. Definición de árbol primario, intermediario y secundario

• El árbol primario: Recibe movimiento del disco de embrague y se lo transmite al eje intermediario. En ocasiones, ambos árboles forman una única pieza; en otras, suelen estar unidos por un pasador.
• El árbol intermediario: Está compuesto por piñones solidarios, formando así una única pieza. Dispone de tantos piñones como marchas tenga el coche. Cada piñón engrana con un piñón loco del secundario.
• El árbol secundario: Es un eje que recibe el movimiento del árbol intermediario o del árbol primario (en el caso de la marcha directa) y lo transmite al árbol de transmisión o al diferencial, si se encuentra dentro de la caja de cambios.

16. Definición de cubo dentado, piñones locos, corona desplazable y conjunto de sincronización

• El cubo dentado: Es un manguito metálico que se encuentra anclado al eje secundario por unas estrías en el diámetro interior, que gira a la vez que el eje secundario. El eje suele tener varios cubos dentados, uno por cada dos marchas normalmente. Por su diámetro exterior tiene unas estrías por las que se desplaza la corona.
• Los piñones locos: Son unos engranajes que giran libremente sobre el eje secundario. Hay tantos como marchas tenga el cambio y están constantemente engranados con el árbol intermediario. En su interior tiene un rodamiento, y también consta de un cono de acoplamiento y un dentado de acoplamiento.
• La corona desplazable: También se le conoce como carrete desplazable. Es la encargada de anclar el cubo dentado con el piñón loco, ayudado por el sincronizador. Por su interior tiene unas ranuras por las que se desplaza en el cubo dentado. Y en su interior tiene una acanaladura para la horquilla. A veces también cuenta con el engranaje para conectar la marcha atrás.
• El conjunto de sincronización: Su misión es igualar las revoluciones de los piñones de la marcha que se va a engranar sin que esta rasque cuando se introduzca. Pueden ser simples, dobles o triples.

17. Materiales de fabricación de los piñones de las cajas de cambios

Se fabrican con aceros de muy alto límite elástico.

18. Sistema de mando y eje de marcha atrás

Sistema de mando

El sistema de mando está compuesto por los siguientes elementos:

• La horquilla: Desplaza la corona para que engrane con el piñón loco a través del conjunto sincronizador.
• La barra desplazable: Mueve la horquilla y se mueve según las órdenes del dedo selector.
• El dedo selector: Desplaza axialmente la barra desplazable, seleccionando la marcha según lo que desee el conductor.
• La palanca de cambios y el varillaje: Permiten la transmisión de las opciones de marcha desde el habitáculo hasta la caja de cambios.
• Los sistemas de enclavamiento y seguridad: Una vez conectada la marcha, evitan que esta salte o que se lleguen a introducir dos al mismo tiempo.

Eje de marcha atrás

El eje de marcha atrás se trata de un tercer piñón que hace la inversión del giro y se introduce entre ambos piñones de dentado recto. No tiene conjunto de sincronización. Monta un sistema para evitar que la marcha atrás se pueda introducir con el vehículo en movimiento; esta solo se puede introducir cuando esté parado.

19. Caja de cambios de doble secundario

Utilizan dos árboles secundarios, técnica conocida como flujo de fuerzas cruzado. De esta manera, se consigue repartir los piñones de las marchas en ambos y reducir así la longitud de la caja de cambios.

20. Señal del velocímetro en la caja de cambios

Existen diferentes tipos:

• Mecanismo mecánico: Se compone por dos engranajes denominados piñón sinfín y piñón de ataque, que suelen ser de plástico y están continuamente en contacto, indicando al velocímetro las vueltas de la salida del secundario.
• Mecanismo electrónico: Funciona a base de un sensor que se instala junto a una rueda que tiene unos determinados dientes. Al girar, produce una señal que varía proporcionalmente en amplitud y en frecuencia con la velocidad del automóvil. La unidad transforma la señal, y el sensor y la rueda se suelen montar en el secundario o en el diferencial.

Cajas de Cambios Automáticas

21. Sistemas de engranajes, tipos y partes

En las cajas automáticas de la actualidad se ofrecen grandes prestaciones que proporcionan una conducción más cómoda y un menor gasto de combustible. Para esto se desarrollaron distintos acoplamientos de los trenes de engranajes que se encuentran entrelazados, ofreciendo una gran variedad de desmultiplicaciones. Los más utilizados son los siguientes:

• Simpson: Consiste en acoplar dos trenes de planetarios iguales que comparten los planetarios y un árbol de salida. Este tipo se utilizó frecuentemente en el tiempo de los cambios automáticos de 3 marchas.
• Ravigneaux: Es un sistema de engranajes planetarios más moderno y consiste en acoplar dos trenes planetarios en un solo conjunto, disponiendo de una sola corona o de un solo planetario. Está compuesto por:
  • Satélites cortos
  • Satélites largos
  • Porta-satélites
  • Planetario
  • Corona de dentado interior grande
  • Corona de dentado interior pequeña

22. Accionamiento, funciones y material de embragues y frenos

Para la retención de una pieza en rotación se utilizan los discos de freno, que son accionados hidráulicamente y unen una pieza en rotación con otra que está fija. Se componen de:

• Portadisco exterior
• Disco de dentado exterior
• Portadisco interior
• Disco de dentado interior
• Émbolo de presión
• Resorte de retroceso de émbolo

Los discos de dentado exterior se apoyan en la caja de cambios y se desplazan en sentido axial. Los de dentado interior se unen a las piezas de transmisión y contienen el forro de fricción (papel, carbono, compuestos orgánicos, cerámicos o compuestos de fibra de vidrio y cobre). En reposo, todos los discos están separados gracias a la acción del resorte de retroceso del émbolo. Cuando se acciona, el émbolo supera la fuerza del resorte y une los discos, frenando el elemento.

El funcionamiento y composición de los embragues es similar al de los frenos de discos.

23. Definición de rueda libre, bloqueo de estacionamiento y palanca selectora

• La rueda libre: Es un dispositivo que mejora el comportamiento del cambio de marcha. Permite que una pieza de transmisión gire en un sentido, pero se bloquee en el sentido contrario. Existen 2 tipos:
  • De rodillos
  • De cuerpo de presión
• El bloqueo de estacionamiento: Proporciona un seguro adicional al freno de mano cuando se aparca el vehículo, de forma que deja bloqueado el sistema de transmisión. Se compone por una rueda dentada y una palanca con un trinquete. Se activa con la palanca en posición P.
• La palanca selectora: Es la encargada de seleccionar las distintas opciones de marcha elegida por el conductor. La transmisión de la opción se puede hacer mediante un cable Bowden o a través de impulsos eléctricos. Las posiciones más habituales son: P, R, N, D (D+ o D-). Algunos modelos también incorporan las siguientes funciones (C, S, M).

24. Tipos de válvulas de control de un cambio automático

• Válvulas electromecánicas de mando: Realizan conexiones, desconexiones o conmutaciones de la presión de aceite. Suelen ser de asiento esférico y controladas por una bobina y un inducido que se une a la válvula. En reposo se encuentra cerrada por la acción del muelle.
• Válvulas electromecánicas de regulación: Son controladas electrónicamente y se emplean para ajustar y mantener una determinada presión. Existen 2 modelos:
  • De regulación con curva ascendente: La presión aumenta a medida que aumenta la corriente de excitación.
  • De regulación con curva descendente: La presión disminuye a medida que aumenta la corriente de excitación.

25. Definición de correderas de mando y regulación, y selectora de gama de marchas

• Las correderas de mando y regulación: Funcionan a modo de relé y son capaces de dar el caudal y presión adecuada para accionar el mando. Con la presión de la bomba, cuando esta le llega a la corredera ya viene limitada por una reguladora de presión, pero no sigue su camino porque se lo impide el émbolo. Al recibir la presión de mando, el émbolo se desplaza a la izquierda y acciona el elemento correspondiente. Cuando desaparece la presión de mando, el muelle retorna el émbolo a la posición de reposo.
• La selectora de gama de marchas: Tiene tantas posiciones como la palanca selectora (P, R, N, D). Su misión es activar las funciones básicas de los elementos de mando. Se puede activar mediante una varilla, un cable Bowden o un servomotor activado electrónicamente.

26. Gestión electrónica del cambio

Son gestionadas por la centralita electrónica que recibe distintos nombres (en Mercedes, EGS). Se puede ubicar en diferentes sitios como el habitáculo, el compartimento motor o incluso dentro de la caja de cambios (lo más frecuente actualmente), que se llama VGS.

Su función es recibir las señales de los sensores del cambio y del vehículo, y tras procesarlas, activa los elementos de mando correspondientes. Utilizamos las siguientes señales:

• Sensor RPM motor.
• Sensor temperatura.
• Sensor contacto bloqueo de arranque.
• Sensor lineal de desplazamiento.
• Palanca selectora.
• Centralita de gestión del motor.
• Centralita de estabilidad.

El Diferencial y Juntas de Transmisión

27. Diferencial convencional

Se compone de un eje que recibe el movimiento de la caja de cambios o árbol de transmisión y termina en un piñón de ataque, que es el piñón conductor. Y también por una rueda dentada que engrana constantemente con el piñón de ataque, que es el piñón conducido y se denomina corona dentada. Juntos forman el grupo reductor.

En el interior de la corona dentada tenemos los planetarios a los que se unen los palieres o semiejes de transmisión y otros dos piñones que son los satélites.

El grupo reductor puede ser helicoidal (motor delantero transversal y propulsión delantera) o grupo reductor de transmisión angular para motores longitudinales de tracción delantera o trasera, y pueden ser cónicos o por tornillo sinfín.

El diferencial se puede montar en el interior de la caja de cambios, en el interior de un puente motriz rígido, en una caja de transferencia a la salida de la caja o en una carcasa suspendida de la carrocería (De Dion).

28. Ajuste (Juego) entre piñón cónico y corona: Gleason, Klingelnberg, Hipoide y Espiral

Es silencioso y reparte bien la transmisión de los esfuerzos. En función del tallado de los dientes tenemos 2 tipos:

• Gleason: El ancho de la cabeza del diente es constante.
• Klingelnberg (dentado americano): El piñón en su cabeza termina en punta.

Además, en función de la ubicación del piñón de ataque en los grupos cónicos podemos diferenciar entre:

• Dentado espiral: El eje del piñón de ataque y el de la corona se encuentran en el mismo eje.
• Dentado hipoide: Su principal característica es que el eje del piñón de ataque se encuentra por debajo del centro del eje de la corona.

29. Diferencial de láminas de fricción

También es conocido como diferencial Track-Lock. Se montan unos discos solidarios a la carcasa del diferencial y otros con un estriado que está unido al eje del palier y se mueve axialmente por este. Los discos se montan intercalados entre sí y cada paquete de discos está sometido a una presión gracias a la arandela de Belleville, que evita las pérdidas de precarga.

Cuando circulamos por una curva, se comporta igual que el convencional, pero cuando una rueda se acelera porque está patinando, provoca el desplazamiento axial del planetario que consigue presionar los paquetes de disco. Esto los presiona entre ellos, haciendo que se frene el planetario y transmitiendo par de nuevo, consiguiendo que la otra rueda también transmita y desplace el vehículo.

30. Juntas homocinéticas Rzeppa y Lobro

Ambas forman parte de las juntas homocinéticas de bolas que están compuestas por una unión de dos pistas separadas por unas bolas. La pista interior engrana con el eje de transmisión y la pista exterior engrana con el diferencial o el buje. El sistema permite transmitir el giro y un desplazamiento axial, sobre todo la junta del lado que engrana con el diferencial. La junta homocinética que engrana con el buje tiene menos desplazamiento axial. Este tipo de juntas no van a golpes y están continuamente transmitiendo par y giro.

La junta Rzeppa es el diseño clásico de bola homocinética. La Lobro es una familia de juntas basada en el principio Rzeppa, pero modernizada y optimizada por GKN, con mejoras en ruido, durabilidad y, en algunos modelos, capacidad de deslizamiento axial.

Neumáticos y Bandas de Rodadura

31. ¿Qué es y cuáles son las características de la banda de rodadura?

La banda de rodadura es la única parte de la cubierta que está en contacto con el suelo. Está formada por una gruesa capa de goma en todo su perímetro en la que se practican una serie de ranuras que dan lugar a la escultura del neumático. Esta ranura tiene unos resaltes que sirven como indicadores de desgaste máximo (1,6 mm). Se fabrican con caucho natural y sintético, negro de humo, sustancias de vulcanización y protección contra el envejecimiento.

Las funciones son las siguientes:

• Adherencia al suelo tanto longitudinal como transversal, tanto en seco como en mojado.
• Resistencia al choque y desgaste.
• Contribuir al confort de marcha y disminución de la sonoridad.
• Garantizar una buena direccionalidad.

32. Aplicación, ventajas e inconvenientes de la banda de rodadura LUG

Las principales aplicaciones para este tipo de bandas de rodadura son en carreteras irregulares o carreteras sin pavimentar. Se utiliza en la mayoría de vehículos industriales, agrícolas y de obra pública.

Ventajas:

• Buen poder de conducción y frenada.
• Bueno para carreteras sin pavimentar.

Inconvenientes:

• Resistencia a la rodadura alta.
• Menor resistencia al resbalamiento lateral.

33. Características del neumático con banda de rodadura nervada (convencional) o asimétrica

Banda de rodadura nervada

Se suele utilizar en carreteras pavimentadas y altas velocidades. Se monta sobre todo en turismos y autobuses, así como camiones ligeros.

Ventajas:

• Baja resistencia a la rodadura y generación de calor.
• Alta resistencia al resbalamiento lateral, buena frenada y seguridad.
• Menor vibración y buena marcha.

Inconvenientes:

• Poder de frenada y conducción más bajo.
• Las ranuras son sensibles a la fatiga.

Neumático asimétrico

Se utiliza para uso con pasajeros (alta velocidad) e incluso en algunos camiones.

Ventajas:

• Área de contacto uniforme.
• Buen desgaste y frenada.
• Sin necesidad de rotar los neumáticos.

Inconvenientes:

• No es muy usado.
• Baja compatibilidad con otros tamaños.

34. Cubiertas radiales y cubiertas diagonales

• Cubiertas diagonales: Están formadas por una carcasa con múltiples lonas cruzadas entre sí. Los flancos son solidarios entre sí y ante irregularidades del terreno son transmitidas a la banda de rodadura, originando desplazamientos en las lonas, consiguiendo así un mayor desgaste, temperatura y menor adherencia. Pueden ser reforzadas y llevan la letra B.
• Cubiertas radiales: Las flexiones no se transmiten a la banda de rodadura. Sus ventajas frente a las diagonales son:
  • Mayor duración de la cubierta y menor consumo.
  • Mejor estabilidad al mejorar la adherencia.
  • Menor ángulo de deriva.
  • Aumento del confort de marcha y disminución de la temperatura.

Etiquetas: Caja de cambios, diferencial, embrague, Transmisión