Puente motriz
| Para que el automóvil
se mueva necesita hacer llegar a las ruedas la
fuerza motriz generada en el motor. Durante muchos años del
desarrollo
del vehículo, esta función estaba a cargo de un
dispositivo monolítico,
colocado en la parte trasera del automóvil, y en cuyos extremos
se
encontraban las ruedas (Figura 1). Este dispositivo recibía la
rotación desde la caja
de velocidades,
a través de la barra de
trasmisión
colocada a lo
largo del vehículo, y lo transformaba a un movimiento
transversal,
dividido a cada lado del vehículo para mover los neumáticos y
así
garantizar la tracción. Como era un cuerpo rígido que iba
de un lado al
otro del automóvil y en donde se apoyaba este a través de
la suspensión, se
le denominó puente, pero como
además era el
responsable de la tracción, se le puso el apellido de motriz
para
diferenciarlo del otro puente rígido que soportaba las ruedas
delanteras y que era el directriz. |
Figura 1
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El desarrollo posterior de
la tracción delantera hizo que este "puente"
virtualmente desapareciera de los vehículos ligeros, y solo
quedara
reservado para los camiones y vehículos mas pesados, no
obstante,
aunque ya la pieza monolítica no exista, el nombre de puente
motriz se
conserva para todos los automóviles. Observe en la figura 2 un
esquema de este tipo de puente motriz.
No existe cuerpo rígido ente las ruedas, y estas, están
directamente unidas al vehículo por un mecanismo de
suspensión independiente. En este tipo de puente van a parar a
las ruedas solo dos árboles de trasmisión del movimiento
que salen directamente del mecanismo de la trasmisión.
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Figura 2
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Estructura básica del mecanismo motriz
El torque generado en el motor
y transformado en la caja de velocidades
aun no es del valor adecuado para las necesidades óptimas del
vehículo y debe ser amplificado aun mas, esta última
etapa de amplificación se hace en el puente motriz en una o
varias etapas de amplificación; generalmente una, en los
automóviles ligeros, y dos o mas, en los pesados y muy pesados.
Esta necesidad genera la primera condición que debe cumplir el
puente motriz:
Condición 1: El
puente motriz debe amplificar el torque que recibe de la caja de
velocidades.
En muchos casos la colocación del motor y la caja de velocidades
es longitudinal al vehículo, en estos casos el puente motriz
debe convertir el movimiento de entrada a un movimiento transversal
para hacerlo llegar a las ruedas. De aquí la segunda
condición:
Condición 2: Cuando el movimiento de entrada es
longitudinal al vehículo, el puente motriz debe convertirlo en
un movimiento transversal al de entada.
Es casi universalmente utilizado que la salida de la caja de
velocidades sea única, es decir un solo árbol en
movimiento, por lo tanto el puente motriz debe convertir esa
rotación de árbol único, a la de dos
árboles
alineados y hacerlo llegar a cada una de las ruedas. De aquí la
tercera condición:
Condición3: El puente motriz debe convertir el movimiento
del único del árbol de entrada, al de dos árboles
alineados y opuestos uno para cada rueda.
Cuando el vehículo se mueve en una curva, ambas ruedas recorren
un espacio diferente, la rueda interior a la curva se mueve por un arco
de círculo de menor diámetro que la rueda exterior, por
tal motivo ambas velocidades de rotación son diferentes. Si no
se provee al puente motriz de un mecanismo que permita esta
diferenciación, necesariamente alguna de las ruedas, o ambas,
tendrán que deslizarse en contradicción una con la otra
en
las curvas.
Esta necesidad establece la cuarta condición que se debe cumplir:
Condición 4: El puente motriz debe permitir la
diferenciación de la velocidad de rotación de las ruedas
en las curvas sin dejar de trasmitir la fuerza motriz.
Veamos ahora como se pueden cumplir todas estas condiciones.
En la figura 3 se muestra
un esquema del mecanismo básico del puente motriz, la entrada
del movimiento se hace por árbol de trasmisión, en cuyo
extremo interior tiene un piñón dentado de pequeño
diámetro. Este piñón engrana con una corona
de mayor diámetro cuyo eje está a 90o con
respecto al eje del piñón. Este par engranado hace
que se cumplan las condiciones anteriores 1 y 2, es decir el torque de
entrada se amplifica, debido a la diferencia de diámetros, y
además se transforma en un movimiento transversal al de entrada.
Montado rígidamente y solidario a esta corona, existe una suerte
de horquilla con ejes en los que se montan dos engranes cónicos
conocidos como satélites. Estos satélites a su vez
engranan con los planetarios, otro par de engranes cónicos
empotrados en los extremos de dos árboles independientes que van
a las ruedas, conocidos como palieres.
Este mecanismo de planetarios y satélites se conoce como
diferencial, y es el que permite el cumplimiento de las condiciones 3 y
4, es decir, divide el movimiento del árbol único de
entrada, al de dos árboles opuestos y alineados que van a parar
a las ruedas, y permite el movimiento relativo de una de las ruedas con
respecto a la otra.
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Figura 3
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En las figuras 4 y 5 se
presentan esquemas que sirven para ilustrar como el diferencial permite
la diferencia de velocidad entre las ruedas durante las curvas.
Observe la figura 4, en este caso el automóvil marcha en linea
recta, los satélites no giran sobre sus ejes y solo sirven como
elemento de arrastre entre la corona y los planetarios, aquí,
los
planetarios y con ellos los palieres y las ruedas, giran a la misma
velocidad.
Cuando el automóvil entra en una curva, la diferente velocidad
de rotación de las ruedas se permite (Figura 5) debido a que los
satélites pueden girar sobre sus ejes, con ello se establece una
independencia de giro entre ambos palieres y la velocidad de cada uno
se adapta automáticamente a la necesidad del giro.
En la figura 6 aparece una vista de un difererencial real, observe que
los dientes de la corona y el piñón son dientes
inclinados del tipo helicoidales mientras que los de satélites y
planetarios son dientes rectos. Todo el mecanismo está confinado
a un cárter cerrado donde hay aceite de lubricación hasta
cierto nivel. Este aceite es especialmente formulado para soportar la
alta presión que se produce en el contacto entre los dientes de
los engranes.
Con el objetivo de bajar la posición del piñón con
respecto a la corona y con ello bajar también la altura de la
barra de trasmisión acoplada a este, la unión engranada
entre piñón y corona en los vehículos ligeros que
aun tienen tracción trasera es del tipo hipoidal.
La figura 7 muestra
una vista de este tipo de engranajes hipoidales, observe que el
eje del piñón no coincide con el centro de la
corona, si no, que está mas abajo, de esta forma la entrada de
la barra de trasmisión al puente motriz es mas baja y puede
bajarse el nivel del piso del vehículo. La figura 8 es otro
ejemplo de engrane hipoidal utilizado en la maquinaria en general.
Estos engranajes helicoidales, tienen la ventaja de que su
funcionamiento es muy silencioso, y que además participa mas de
un diente a la vez en la trasmisión de la fuerza (solape), que
los hace muy robustos, pero su geometría tiene el inconveniente;
especialmente los hipoidales, de que la posición relativa de
ambos sea muy exacta para el funcionamiento silencioso y eficiente, por
este motivo, todos los puentes motrices de este tipo, requieren de un
montaje cuidadoso y todos tienen la posibilidad de regular la
posición tanto de la corona como del piñón para
lograrlo.
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Figura 7
Figura 8
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Figura 4
Figura 5
Figura 6
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Para el caso de los puentes motrices de tracción delantera que
no son del tipo rígido, la construcción es diferente, en
ellos la corona y el diferencial en general, están dentro del
mismo cárter que los engranajes de la caja de cambios, y solo
los palieres salen al exterior a acoplarse con las ruedas (vea la
figura 2 arriba).
En el esquema de la figura
9 se ha representado uno de esto puentes motrices, observe como el
movimiento procedente del motor se transmite a través de los
engranes de la caja de cambios y pasa directamente a un engranaje
cilíndrico de dientes helicoidales que funciona como la corona
del diferencial. El movimiento entonces, sale directamente a las ruedas
a ambos lados desde el mecanismo de satélites y planetarios
embebido en el interior.
En este caso, cada uno de los palieres funciona como si fuera una barra
de trasmisión, por lo que deben estar dotados de uniones que
permitan el ángulo de inclinación variable de ellos
cuando las ruedas se mueven arriba-abajo en las irregularidades del
camino, y además la posibilidad de permitir el ángulo de
giro de las ruedas que son a la vez directrices.
Aunque en algunos casos se utilizan uniones del tipo cardán, en
la mayoría se usan una uniónes especiales denominadas
juntas
homocinéticas.
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Figura 9
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