Árbol de Transmisión Del Vehiculo: Que es, función, Instalación

El árbol de transmisión es un componente presente en vehículos que se encarga de transmitir la potencia del motor a las ruedas. Está compuesto por engranajes, un eje de transmisión, cardanes, juntas elásticas, soportes y un manguito deslizante.

Su correcto equilibrio y mantenimiento son fundamentales para evitar vibraciones y desgastes. En vehículos 4x4 con suspensión elevada, se deben considerar los ángulos de inclinación para evitar problemas en la transmisión del par motor.

Este artículo explorará más en detalle las funciones, componentes y funcionamiento del árbol de transmisión.

¿Qué es el árbol de transmisión?

Funciones y características

El árbol de transmisión también conocido  como "Eje cardán" o "Eje de transmisión" es un componente vital en los vehículos, encargado de transmitir la potencia generada por el motor hacia las ruedas. Su principal función es transportar el par motor desde el tren de potencia hasta el sistema de tracción.

Está compuesto por una serie de engranajes, ejes, cardanes, juntas elásticas, soportes y un manguito deslizante. Estos elementos trabajan en conjunto para garantizar una transferencia eficiente de la potencia, manteniendo la rigidez y resistencia necesaria para soportar las fuerzas a las que se ve sometido.

Importancia en los vehículos y su relación con el motor

El árbol de transmisión es fundamental en los vehículos, ya que desempeña un rol clave en la transmisión del movimiento generado por el motor hacia las ruedas. Sin él, la potencia no llegaría correctamente a las ruedas y el vehículo no podría moverse.

Es precisamente gracias al árbol de transmisión que se logra una distribución adecuada de la fuerza generada, permitiendo acelerar, frenar y mantener una velocidad constante.

Además, su correcto funcionamiento contribuye a evitar vibraciones y ruidos indeseados durante el desplazamiento.

Funcionamiento del árbol de transmisión

El funcionamiento del árbol de transmisión es crucial para garantizar la correcta distribución de la potencia del motor a las ruedas del vehículo de manera eficiente y segura.

Transmisión de la potencia del motor a las ruedas

El árbol de transmisión cumple la importante función de transmitir la potencia generada por el motor hacia las ruedas del vehículo. A medida que el motor gira, dicho movimiento se transmite a través del árbol de transmisión, permitiendo que las ruedas también se pongan en movimiento.

Transmisión por cardán frente a cadena o correa

En algunos vehículos, el árbol de transmisión utiliza una transmisión por cardán en lugar de una cadena o correa. Esta opción se utiliza principalmente en modelos de motocicletas y proporciona una mayor rigidez y soporte en comparación con las cadenas o correas.

Equilibrio y mantenimiento para evitar vibraciones y desgastes

Es fundamental que el árbol de transmisión esté equilibrado de manera adecuada para evitar vibraciones y ruidos molestos durante el funcionamiento del vehículo. Además, requiere un mantenimiento periódico para detectar desgastes o posibles daños, asegurándose de que esté bien lubricado y realizando los ajustes necesarios si es necesario.

Consideraciones en vehículos 4x4 con suspensión elevada

En el caso de los vehículos 4x4 con suspensión elevada, es esencial tener en cuenta el ángulo de inclinación del árbol de transmisión debido a la elevación. Esto se debe a que un ángulo de inclinación inadecuado puede generar problemas en la transmisión del par motor, afectando el rendimiento y la durabilidad del sistema.

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Otras Definiciones 

La unión entre el diferencial y las ruedas, ya sea con tracción delantera o trasera, se realiza por medio de dos semiejes denominados palieres.

El árbol de transmisión gira con un número de vueltas siempre más elevado que el de las ruedas (de tres a cinco veces), pero es más lento que el cigüeñal en I, II y III marchas; en IV y en directa es cuando el número de vueltas es igual al del cigüeñal (esta condición se produce siempre y cuando el cambio esté acoplado al diferencial).

Con la IV o la V sobremultiplicada el árbol de transmisión gira en un número de vueltas mayor que el correspondiente al cigüeñal.

Por consiguiente, el árbol siempre deberá estar perfectamente equilibrado, para evitar vibraciones y ruidos, ha de ser capaz de transmitir el par motor y a la vez ligero, para reducir la inercia, así como las solicitaciones derivadas de las aceleraciones y de las sacudidas.

A tal fin, el árbol se construye con tubo laminado y soldado eléctricamente. Cuando las dimensiones del tubo son capaces de impedir que se produzcan vibraciones por flexión, son también más que suficientes para transmitir el par motor.

El árbol puede estar formado por una sola pieza o bien por dos según la longitud y posición del cambio respecto al diferencial. En los extremos del tubo o de los tubos se encuentran las horquillas de fijación de la cruceta a las juntas cardánicas o las bridas de unión a las juntas elásticas, o bien un simple perno estriado para el acoplamiento con un manguito, que permite pequeños movimientos axiles.

3 Ejes 

Los automóviles veloces o con distancia entre ejes bastante larga tienen casi siempre el árbol construido en dos piezas: esta solución, además de reducir el peso de las masas oscilantes, es indispensable para impedir que se produzcan vibraciones por flexión peligrosas, y evitan los árboles de una sola pieza, que requerirían un diámetro demasiado grande. El soporte intermedio del árbol va anclado a la carrocería por medio de un sistema elástico.

Tiempo atrás, sobre el árbol de transmisión iba colocado un freno que actuaba a la vez sobre los frenos de las ruedas, mientras que a finales de 1955 era común el freno de mano de cinta, que actuaba siempre sobre el árbol de transmisión.

Hoy las disposiciones legales, no permiten la adopción del freno de mano sobre la transmisión.

En algunos vehículos con cambio acoplado al diferencial y motor delantero, han sido introducidos los árboles de transmisión de barras de torsión, hasta el grado de poder soportar elevados regímenes sin vibraciones.

En este caso la unión se realiza sin la interposición de juntas elásticas.

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La Homocinética 

La junta cardan simple no es homocinética. Efectivamente, si el ángulo es diferente a 0°, vemos en el esquema que la velocidad instantánea de salida fluctúa en función de la velocidad instantánea de entrada.

Pero entonces...

Nuestro árbol de transmisión no está compuesto por un solo cardan, ¡sino por dos! Y si el conjunto está bien montado, la aceleración de uno compensa instantáneamente la desaceleración del otro, y viceversa.

Vida útil 

En función de una velocidad indicada, cuanto más importante sea el ángulo, más corta será la vida útil (un 60% de longevidad menos para un cardan a 8º en relación a uno que funcione bajo un ángulo de 3°). Además, cuanto más importante sea el ángulo, más bajo será el par transmisible.

Condiciones de instalación de un Árbol de Transmisión con 2 juntas cardan

1: Ángulos de entrada y salida iguales (±0.5°).

2: Baja angulación (normal del orden de 3°)

Este valor concierne el ángulo estático ya que a la hora de los movimientos (saltos, cruces de puente...), la distancia vertical entre el puente y la caja se verá modificada. Y por lo tanto el ángulo también.

Para vehículos con ballestas, la aceleración y el frenado también modificarán, y mucho, este ángulo medio. El posicionamiento correcto de los amortiguadores y la instalación de una barra antipar permite atenuar este hecho

3: Horquillas igualadas (si tuvieran un desfase de 90º, un cuarto de vuelta, las consecuencias cinemáticas serían aún peores que con un cardan simple).

4: Equilibrado.

Equilibrado

Efectivamente, a la hora de volver a instalar un árbol de transmisión que se ha separado a la altura de las ranuras, hay en teoría 2 posiciones para poder tener las horquillas igualadas, (lo cual no siempre es cierto, ya que en función del número de ranuras, puede haber un desfase en la posición simétrica en relación con la que creemos es la correcta).

Respetar una posición adecuada permite conservar el equilibrado del constructor, lo cual evita vibraciones, como en las ruedas.

Por ello es por lo que no se puede hacer un nuevo árbol de transmisión con 2 semi-árboles distintos: el indicador puede no coincidir, y el equilibrado saldrá mal, a la fuerza. Los semi-árboles son complementarios.

Esto es lo que convierte en misión casi imposible cualquier tentativa de fabricar uno mismo su propio árbol de transmisión casero, para el proto del fondo del taller: ya que resulta muy complicado, sobre todo por las molestias y las deformaciones a la hora de soldar, respetar las tolerancias angulares y coaxiales entre los diferentes elementos, aunque podamos prescindir del equilibrado para el trial o el rockrawling.

El equilibrado permite evitar las masas mal repartidas y alejar las frecuencias propias del árbol de transmisión de las del resto del vehículo, esto para evitar efectos de resonancias.

A menudo hay un indicador de fases de igualado previsto por el constructor, muchas veces camuflado bajo la grasa. Hay que leer los manuales a fondo para encontrarlo, por lo que resulta de gran ayuda poner un indicador propio antes de desacoplar las 2 partes.

El Manguito 

Las ranuras permiten una variación de distancia entre el puente y la caja de transmisión.

Existen 2 sistemas principales de instalación:

• Fijación mediante brida a cada lado con deslizamiento sobre el palier (Land, Samourai, Patrol, Toyota...)

• Fijación mediante un enlace de deslizamiento sobre las ranuras por el lado de las cajas de transmisión (Jeep, Vitara...)

 Y con brida por el otro lado. Esta solución no se puede justificar demasiado a nivel técnico, pero sí a nivel económico. Uno de los inconvenientes principales es que si se rompe el árbol de transmisión, no se puede desmontar sin más y seguir con las 2 ruedas motrices, ya que una vez desmontado el árbol, el aceite de la caja de transmisión se saldrá por el hueco de paso de las ranuras.

La Elevación del 4x4 

Una elevación importante conlleva:

• Ángulos de funcionamiento demasiado importantes en los cardanes.
• Aumentar el largo útil del palier

Componentes (partes) del árbol de transmisión

El árbol de transmisión está compuesto por diversos componentes que desempeñan un papel fundamental en su funcionamiento. A continuación, se detallan los principales elementos que conforman el árbol de transmisión de un vehículo.

1.Engranajes y eje de transmisión

Los engranajes son uno de los componentes clave del árbol de transmisión. Estos mecanismos rotatorios permiten la transferencia de energía desde el motor a las ruedas, amplificando la potencia generada. El eje de transmisión, por su parte, es el elemento que une los diferentes engranajes y se encarga de transmitir el movimiento desde el motor hasta las ruedas del vehículo.

2.Cardanes y su papel en la transmisión del giro

Los cardanes son elementos cruciales en la transmisión del giro entre dos ejes no alineados, como el del motor y el de las ruedas del vehículo. Estas juntas flexibles permiten que, a pesar de las distintas posiciones y movimientos de los ejes, la transmisión del movimiento siga siendo eficiente y continua.

3.Juntas elásticas y su función de movilidad entre piezas

Las juntas elásticas son elementos flexibles que permiten una cierta movilidad entre las diferentes piezas del árbol de transmisión. Gracias a ellas, las variaciones y desalineaciones de los componentes se ven compensadas, evitando tensiones innecesarias y asegurando un funcionamiento fluido y eficiente.

4.Soportes y su sujeción al chasis del vehículo

Los soportes son los encargados de fijar el árbol de transmisión al chasis del vehículo. Estas estructuras proporcionan estabilidad y rigidez, manteniendo el árbol de transmisión en su posición adecuada y evitando movimientos indeseados durante su funcionamiento.

5.Manguito deslizante y su ajuste de longitud

El manguito deslizante es un componente ajustable que permite variar la longitud del árbol de transmisión. Esta característica es especialmente relevante para compensar las diferencias de distancia entre la caja de cambios y el diferencial. Gracias al manguito deslizante, se mantiene la integridad del sistema de transmisión y se asegura una correcta transferencia de potencia.

Instalación de un Árbol Transmisión con doble junta cardan 

La doble junta es homocinética (como si hubiera 2 cardanes simples)

Hay como una rótula de centrado entre las 2 crucetas (por lo tanto no se puede chanchullear una instalación a doble cardan con las viejas juntas cardan que andan sueltas por el taller, no funciona...).

Tal y como hemos visto anteriormente, la junta simple no es homocinética.

En un árbol de transmisión doble-simple, no hay un 2º simple para compensar las variaciones de velocidad del primero, por lo tanto el cardan simple funciona a un ángulo de 0°.

Tras una prueba sobre un puente de ballestas. No es necesario un ángulo de 0º en estático. Ya que bajo el efecto del par en relación a las ruedas, la nariz de puente se eleva ligeramente.

Se posiciona por tanto de 1 a 2° para conseguir 0° en dinámico.

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Girar los puentes, según el nivel de modificación 

• Utilizar los balancines o colocar tirantes alargados/descentrados para los 4x4 que tengan esta tecnología.

• Colocar calzas o bien desoldar/volver a soldar las fijaciones del puente, o jugar con el largo de las gemelas.

• Vamos ahora con las modificaciones que pueden resultar peligrosas si están mal hechas.

• No hay que aflojar demasiado los balancines (tienen un largo de penetración mínimo).

• No hay que cortar/volver a soldar un tirante: estará de todas formas debilitado por el tratamiento térmico al soldarlo. Sólo alguien muy cualificado y muy competente en la materia puede permitirse tocar esto.
• Si se emplea una calza angular, jamás se deben apilar las calzas. ¡El puente ya no quedaría sujeto!. Sólo se necesita una buena calza en el ángulo correcto.

• Este concepto funciona bien para los puentes traseros rígidos... ¡pero no para los delanteros!

• Efectivamente, si inclinamos la nariz de puente. Los ángulos de dirección se modifican y lo único que conseguimos es desplazar el problema.

En este caso, tenemos nuevamente 2 soluciones: 

• Cortar el puente por cada lado. Inclinar la nariz de puente sin modificar la dirección (es mucho trabajo, se necesita una bancada y buenos conocimientos)

• Instalar un árbol de transmisión doble-doble (nos quitamos de encima el problema de tener que colocar una junta simple a 0° ya que ambos lados del árbol son homocinéticos)

• El árbol de transmisión doble también permite recuperar diferencias laterales. Entre el eje de la nariz de puente y el eje de salida de la caja de transmisión. Por ejemplo para la instalación de puentes más grandes en protos (puente de GR Suz, puente de Unimog sobre GR...).

• Un pequeño truco para medir los ángulos de los árboles de transmisión, puentes y de las cajas. Es tener a la mano o tomar prestado un teléfono estilo IPhone. Descargar el programa o aplicación gratuita de medida de ángulos. Excepto si ya tenemos un nivel digital, ¡pero no todo el mundo tiene algo así en su taller!

Mantenimiento 

La cruceta interna del cardan se considera como una pieza fusible. Es relativamente fácil de cambiar. Y a nivel económico, ¡es mejor cambiar una cruceta que un árbol de transmisión entero!

• También sirve como pieza de desgaste.
• Hay modelos con y sin engrasadores.

¿Cuáles son los mejores? 

¡Ambos!

El modelo con engrasador es algo más frágil (ya que está agujereado por dentro para que circule la grasa), pero se supone que debe funcionar de manera permanente sin agua, y sin polvo gracias a estos engrases frecuentes.

• A utilizar si realmente piensa engrasarlo con frecuencia.
• El modelo sin engrasador es algo más robusto cuando está nuevo.
• No requiere ningún tipo de mantenimiento. Pero como la hermeticidad nunca es perfecta, se desgastará rápidamente en cuanto le entre agua o arena.
• Por experiencia, aquí también es mejor colocarse sobre una superficie limpia para instalar las crucetas. Más que nada para evitar buscar las agujas en la arena.