Árbol de Transmisión Del Vehiculo. Concepto, Función, Instalación Y Mantenimiento

árbol de transmisión

En los vehículos de hoy en día, con motor delantero y tracción trasera, podemos decir que el árbol de transmisión es el órgano que transmite el movimiento del cambio al diferencial o del motor al cambio en el caso de que la caja de cambio, esté colocada en la parte posterior. En los vehículos de tracción delantera y en los de motor trasero, el árbol de transmisión no existe y sus funciones son desarrolladas por el árbol secundario del cambio.

Ahora pero que es un árbol de transmisión ? Cuales son su funciones básicas y como influye este funcionamientos en tu vehículo ? Estas y otras interrogantes las desarrollaremos más ampliamente en este artículo que hemos traído para ti.

Índice de contenidos

Árbol de Transmisión 

Se trata de un tubo de acero, con una junta cardan a cada lado que transmite el par de la salida de la caja de transmisión hacia los puentes.

Existen muchas sutilezas en la instalación y buen funcionamiento de un árbol de transmisión. Estas sutilezas pueden tener un impacto importante sobre la vida útil del árbol transmisor, y de los componentes que le rodean, sobre las vibraciones y sobre su aptitud para cumplir con el pliego de condiciones que tiene previsto.

En este artículo, vamos a estudiar estas sutilezas, y los diferentes tipos de árbol de transmisión, y vamos a ayudarte a optimizar la instalación del mismo.

árbol de transmisión y sus partes

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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.

Funciones del Árbol de Transmisión 

La principal función de un árbol de transmisión es la de transmitir potencia entre la caja de cambios y el puente (delantero o trasero). Con un buen rendimiento (del orden de un 98%).

La elección de esta solución de transmisión de potencia en lugar de otras, obedece al hecho de que el emisor (la caja de transmisión) y el receptor (el puente), son dos elementos móviles, uno con relación al otro.

Dependiendo del sistema de guiado de los puentes (ballestas o tirantes + muelles), el eje de la nariz del puente cambiará de distancia axial, así como de ángulo con el eje de salida de la caja de transmisión.

Algunas Funciones a considerar.. 

  • Para evitar vibraciones nefastas y desagradables (carga de fatiga) sobre los árboles y los palieres, la transmisión debe ser homocinética. Lo que significa que la velocidad de rotación entre la caja de transmisión y el puente debe ser la misma. Y esto a pesar de los movimientos relativos.
  • La transmisión también debe poder transmitir el par.
  • En un 4x4 de serie, todo está dimensionado en función del vehículo (para bien o para mal según el constructor, pero en general, aguanta).
  • Con nuestros bólidos transformados, el pliego de condiciones cambia:

O bien se modifica el par a transmitir (neumáticos más grandes, más anchos, pares cónicos reducidos o reducción de la caja de transmisión, chip electrónico o presión del turbo...)

O entonces se modifica la geometría (sólo elevación de la suspensión, ya que la elevación de caja no modifica la geometría de cara al chasis "body-lift").

  • Menos mal que hay soluciones, pero para tener un vehículo coherente, que agarre bien en carretera (en los 2 sentidos de la palabra), hay que tener en cuenta las consecuencias de la transformación sin perder de vista los 2 objetivos: eficacia y seguridad.
  • En cuanto al tema del par únicamente, a menudo los coeficientes de seguridad de los constructores son más que suficientes, de lo contrario... ¡colocamos algo más gordo!
  • El problema geométrico es algo más delicado.

árbol de transmisión y sus funciones

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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.

Soluciones técnicas existentes:

  • Disminuir el ángulo aumentando la distancia entre el puente y la caja de transmisión. O bien aumentando el empate, o entonces Slip-Yoke Eliminator (SYE) en jeep (conversión del palier ranuras-brida en brida-brida).
  • Bajar la caja de transmisión, pero esto conlleva una pérdida del ángulo ventral y la caja queda mucho más expuesta.
  • Colocar calzas de espesor entre la brida del puente y el palier (lo cual aumenta el largo pero sin disminuir el ángulo).
  • Instalar un árbol de transmisión a doble cardan por un lado o por ambos lados.
  • Instalar un árbol de transmisión de gran angularidad. Esto sólo funciona para velocidades de rotación muy bajas. Este valor sólo es aprovechable, sin estropear nada, a 50 revoluciones/min (¡¡lo cual, desde luego, es bien poco!!).

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.

árbol de transmisión en tu vehículo

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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.

árbol de transmisión

¿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...

Para Finalizar 

Los inconvenientes que se pueden presentar en el árbol de transmisión obedecen en general a ruido y vibraciones. Al formarse juegos en los manguitos estriados, en las juntas cardánicas o en las flexibles. La falta de lubricación en los cojinetes de agujas o en las juntas deslizantes crea condiciones de funcionamiento peligrosas. Para la integridad del árbol mismo.

En la actualidad con la introducción de juntas y articulaciones for Ufe (permanentes). O sea autolubricantes, estos inconvenientes han sido casi totalmente eliminados.

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