UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE LOS ESFUERZOS A LOS QUE
SE ENCUENTRA SOMETIDA LA PUNTA DEL SEMIEJE DE
TRACCIÓN AL MODIFICAR EL TIPO DE AROS Y
NEUMÁTICOS DE UN VEHÍCULO.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
ESTEBAN ALEJANDRO ARTEAGA CRIOLLO
DIRECTOR: ING. ALEXANDER PERALVO MSc.
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1718166778
APELLIDO Y NOMBRES: ESTEBAN ALEJANDRO ARTEAGA
CRIOLLO
DIRECCIÓN: STA. TERESA N70-144 Y ALFONSO DEL
HIERRO (EL CONDADO)
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2-499-404
TELÉFONO MOVIL: 0984623791
DATOS DE LA OBRA
TITULO: “ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE LOS
ESFUERZOS A LOS QUE SE ENCUENTRA SOMETIDA LA PUNTA DEL SEMIEJE DE TRACCIÓN AL MODIFICAR EL TIPO DE AROS Y NEUMÁTICOS DE UN VEHÍCULO.”
AUTOR O AUTORES: ESTEBAN ARTEAGA
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
JUNIO, 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
ING. ALEXANDER PERALVO MSc.
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO AUTOMOTRIZ
RESUMEN: Mínimo 250 palabras El proyecto presentado, fue pensado en las personas que gustan de modificar los aros de sus vehículos, para que tengan un conocimiento basto sobre los daños que puede causar el realizar este cambio sin cumplir o saliéndose de los límites señalados por el fabricante, de esta manera se busca que se tenga en cuenta que las modificaciones que se realizan en el vehículo, van mucho más allá del gusto visual que el mismo provoca, sino que también repercutirá directamente en el desgaste de algunos de
sus sistemas y por tanto en elevar el costo de mantenimiento del vehículo; por estas razones se realizó este análisis con los materiales y medias reales de un sistema de transmisión de Suzuki Forza 1 año 90, para de esta forma obtener un resultado real y óptimo del estudio en cuestión; para realizar el presente proyecto, se escogió el programa simulador de SolidWorks, no solo por ser amigable en el momento de realizar los dibujos del sistema, sino que también nos facilita los valores reales de las propiedades características de los materiales utilizados en la fabricación de las piezas, en el caso del eje principal de transmisión, se utilizó el acero recocido AISI 4340, ya que al realizar la investigación se encontró que este acero es el que se utiliza de forma general para la fabricación de estos ejes. Una vez realizada la parte operativa de la construcción del sistema en el programa simulador, se procedió a realizar los cálculos pertinentes, con los datos que nos arrojó el programa y también se demostró la validez del mismo mediante fórmulas físicas aplicadas en el análisis en cuestión, para llegar así a la conclusión de que al existir un peso mayor por parte de la rueda (aro y neumático), se obtiene un mayor desgaste principalmente por flexión en el eje de transmisión.
PALABRAS CLAVES: Análisis y simulación
Punta del semieje de tracción
ABSTRACT: This Project was designed, thinking in people
for, is to realize that, the modifications goes for than visual likes, and it will go directly in the damage of their system and it will rise the cost of the car maintenance, for the reason I analyze with real measures and materials of the Suzuki Forza 1 transmition system year 90 to obtain a real and optimal results of these study; to realize this project I choose SolidWorks simulator program, not just to be friendly at the moment to realize the drawing of the system, and give us a real values of the properties, characteristics of the materials used in the fabrication of the pieces in case of the mains axis transmition I used, steel AISI 4340 because this is the material uses most to make this pieces, ones we realize the operative part of constructions with the simulator program I proceed to make calculations with the results which gives me the program, and demonstrate the efficiency of the same, with physical farers applies in this analysis to arrive the conditions to have a major weight (rings, glues), I realize we have a major damage principally for flexion in the axis transmition.
KEYWORDS Analysis and Simulation
tractive axle shaft tip
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, ARTEAGA CRIOLLO ESTEBAN ALEJANDRO, CI 1718166778 autor/a del proyecto titulado: “análisis y simulación de los esfuerzos a los que se encuentra sometida la
punta del semieje de tracción al modificar el tipo de aros y neumáticos de un vehículo.” previo a la obtención del título de GRADO ACADÉMICO COMO APRECE EN EL CERTIFICADO DE EGRESAMIENTO en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 16 de mayo de 2016
DECLARACIÓN
Yo ESTEBAN ALEJANDRO ARTEAGA CRIOLLO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Análisis y simulación
de los esfuerzos a los que se encuentra sometida la punta del semieje de tracción al modificar el tipo de aros y neumáticos de un vehículo.”,
que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por
Esteban Arteaga, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27, 28.
Ing. Alexander Peralvo MSc. DIRECTOR DEL TRABAJO
AGRADECIMIENTO
Agradezco principalmente a Dios por haberme dado sabiduría, fortaleza y por haber estado a mi lado en cada paso de mi vida.
A mi familia que con paciencia y amor supieron guiarme en el camino correcto haciéndome fuerte y regalándome una sonrisa cuando más lo necesité, facilitándome el afrontar los obstáculos no solo en la vida universitaria, sino en mi vida diaria.
DEDICATORIA
Se lo dedico a mis padres que son mi fuente de inspiración en todos los aspectos de mi vida, por su esfuerzo, perseverancia y sobre todo amor; por haber estado incondicionalmente a mi lado en todo momento sin exigir nada a cambio y demostrarme que aunque la vida no siempre es lo que uno espera la paz que Dios nos brinda es lo que nos permite avanzar cada día sin importar nada más.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN xiii
ABSTRACT xiv
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 3
2.1. TRANSMISIÓN 3
2.2. MATERIALES 3
2.3. TIPOS DE EJES DE TRANSMISIÓN PARA VEHÍCULOS CON
TRACCIÓN DELANTERA Y JUNTAS A USARSE 4
2.3.1. SEMIÁRBOLES PARA VEHÍCULOS CON TRACCIÓN
DELANTERA (PALIERES) 4
2.3.2. JUNTA HOMOCINÉTICA RZEPPA 8
2.3.3. JUNTA HOMOCINÉTICA GLAENZER-SPICER 14
2.3.4. JUNTA HOMOCINÉTICA TRACTA 18
2.3.5. JUNTA HOMOCINÉTICA BENDIX-WEISS 19
2.3.6. PRINCIPALES DAÑOS EN LOS SISTEMAS DE
TRANSMISIÓN DELANTERA 22
2.3.7. SERVICIO DE MANTENIMIENTO QUE SE REALIZA
SOBRE EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DELANTERA 23
2.3.8. REEMPLAZO DE UNA JUNTA TRIPIÉ 25
ii PÁGINA
2.3.10. MATERIALES DE LOS AROS 35
2.3.11. ESFUERZOS EN LOS ÁRBOLES DE TRANSMISIÓN 37
2.3.12. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE 38
2.3.13. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE ESFUERZOS
EN ÁRBOLES Y EJES 39
2.3.13.1. Esfuerzo cortante torsional 40
2.3.13.2. Esfuerzo de cargas aplicadas por flexión 40
2.3.13.3. Esfuerzo de cargas aplicadas por rigidez torsional 41
2.3.13.4. Cálculo de flexión según Von Mises 41
2.3.13.5. Relaciones de transmisión 42
2.3.13.6. Relaciones de transmisión 43
3. METODOLOGÍA 44
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 47
4.1. DIGITALIZACIÓN DE LA FLECHA DE TRANSMISIÓN EN
EL PROGRAMA SOLIDWORKS 47
4.1.1. COPA TRIPIE 47
4.1.2. TRIPIÉ O TRICETA 53
4.1.3. PUNTA DE EJE 59
4.1.4. JAULA EXTERIOR PISTA DE BOLAS 69
4.1.5. JAULA INTERIOR PISTA DE BOLAS 72
4.1.6. EJE PRINCIPAL DE TRANSMISIÓN 76
iii PÁGINA
4.1.8. ENSAMBLAJES 83
4.2. CÁLCULO DE ESFUERZOS DEL SEMIEJE DE TRANSMISIÓN 88
4.2.1. CÁLCULO DE ESFUERZOS SOBRE EL EJE CON
AROS R14 98
4.2.2. CÁLCULO DE ESFUERZOS SOBRE EL EJE CON
AROS R15 106
4.2.3. CÁLCULO DE ESFUERZOS SOBRE EL EJE CON
AROS R17 112
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 118
5.1. CONCLUSIONES 118
5.2. RECOMENDACIONES 118
BIBLIOGRAFÍA 119
iv
INDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Relaciones de Transmisión 93
Tabla 2. Relaciones de Transmisión 98
Tabla 3. Propiedades características del eje 99
Tabla 4. Propiedades del acero AISI 4340 100
Tabla 5. Sujeciones del eje de transmisión 101
Tabla 6. Cargas aplicadas sobre el eje de transmisión 101
Tabla 7. Deformación por tensión Von Mises 102
Tabla 8. Fuerzas resultantes 102
Tabla 9. Deformaciones unitarias 103
Tabla 10. Desplazamiento angular en el eje Y 105 Tabla 11. Cargas aplicadas sobre el eje de transmisión 107
Tabla 12. Deformación por tensión Von Mises 108
Tabla 13. Fuerzas resultantes 108
Tabla 14. Deformaciones unitarias 109
Tabla 15. Ángulo de desplazamiento en el eje Y 111 Tabla 16. Cargas aplicadas sobre el eje de transmisión 113
Tabla 17. Deformación por tensión Von Mises 114
Tabla 18. Fuerzas resultantes 114
Tabla 19. Deformaciones unitarias 115
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA Figura 1. Esquema de un vehículo con motor delantero transversal y
transmisión a las ruedas delanteras 4
Figura 2. Ejes de tracción delantera y como se conectan con el
diferencial del transeje, y las masas de las ruedas delanteras 6
Figura 3. Componentes del eje de tracción delantera 7 Figura 4. Diferentes diseños del eje motor, que se utilizaban en los
vehículos con seguro antibloqueo 7
Figura 5. Eje de tracción delantera 8
Figura 6. Junta homocinética Rzeppa 9
Figura 7. Despiece de una junta homocinética Rzeppa (cortesía de
Chrysler) 10
Figura 8. Representación de movimiento de la junta Rzeppa 10 Figura 9. Fotografía real de la junta Rzeppa 11 Figura 10. Conjunto de transmisión para suspensión delantera y
ensamblaje del palier o eje 12
Figura 11. Despiece completo de la transmisión delantera 12 Figura 12. Representación realista de un sistema de transmisión
delantera independiente 13
Figura 13. Fotografía de guardapolvos de Suzuki Forza 1 14 Figura 14. Junta homocinética del tipo Glaenzer-Spicer 15 Figura 15. Despiece de una junta trípode deslizante tipo Glaenzer 16
Figura 16. Esquema interno simulando el movimiento deslizante de
la junta 16
vi PÁGINA Figura 18. Esquema de un semiárbol de transmisión para
suspensión independiente 17
Figura 19. Despiece y funcionamiento de una junta Tracta 18
Figura 20. Junta homocinética Bendix-Weiss 19
Figura 21. Sistema de transmisión de longitud igual y longitud
desigual respectivamente (cortesía de Chrysler) 21
Figura 22. Componentes de la flecha intermedia (cortesía de
Chrysler) 21
Figura 23. Imagen real de desgaste en los guardapolvos o bota de
hule 22
Figura 24. Extracción de la maza de la rueda 24 Figura 25. Como empujar el eje motor fuera de la masa de la rueda
(cortesía de Chrysler) 26
Figura 26. Procedimiento de desarmado de una junta tripié (cortesía
de Chrysler) 27
Figura 27. Procedimiento de desarmado de una junta tripié (cortesía
de Chrysler) 27
Figura 28. Comprobación de que la bota está bien colocada
(cortesía de Chrysler) 28
Figura 29. Dos tipos de abrazaderas de botas de eje (cortesía de
Chrysler) 29
Figura 30. Procedimiento de ensamblado de una junta tripié
(cortesía de Chrysler) 29
Figura 31. Herramienta especial para la instalación de la cinta de la
junta homocinética (cortesía de Chrysler) 30
vii PÁGINA Figura 33. Proceso para quitar la jaula de balas de la carcasa
(cortesía de Chrysler) 32
Figura 34. Proceso para quitar la jaula de balas de la carcasa 32 Figura 35. Proceso de ensamblado de la junta tipo Rzeppa (cortesía
de Chrysler) 33
Figura 36. Elementos limpios y listos para el montaje 33
Figura 37. Ensamblaje de junta tipo Rzeppa 34
Figura 38. Ensamblaje de junta tipo Rzeppa, colocación de grasa
especial y guardapolvos 34
Figura 39. Fuerzas aplicadas en los árboles de transmisión (flexión,
torsión, cortante y carga axial) 37
Figura 40. Cargas internas en una sección de un árbol (flexión,
torsión, cortante y carga axial) 38
Figura 41. Diagrama de pares de torsión un eje de transmisión 38 Figura 42. Diagrama de pares de torsión un eje de transmisión 39 Figura 43. Gráfico final de la copa tripié (lateral) 47 Figura 44. Gráfico final de la copa tripié (diagonal-frontal) 47 Figura 45. Gráfico final de la copa tripié (diagonal-posterior) 48 Figura 46. Primer paso para realizar la copa tripié 48 Figura 47. Vista lateral del eje ya extruido 49
Figura 48. Vista Frontal Dientes del eje 49
Figura 49. Vista de Alzado de Dientes del eje 50 Figura 50. Vista de Alzado de Dientes del eje y Trazado para la
Copa 50
Figura 51. Vista de Alzado de Dientes del eje y la Copa 51
viii PÁGINA Figura 53. Vista Lateral de la Copa, con un corte medio 52
Figura 54. Vista posterior de la Copa 52
Figura 55. Vista frontal de los círculos concéntricos 53 Figura 56. Vista frontal de los círculos concéntricos extruidos 53 Figura 57. Plano alzado con trazado circunferencial 54 Figura 58. Curvatura circunferencial revolucionada y plano de corte 54
Figura 59. Plano de corte matrizado 55
Figura 60. Plano frontal de croquis para saliente 55
Figura 61. Plano de planta figura extruida y croquis de redondeo 56
Figura 62. Croquis para perforación 56
Figura 63. Perforación 57
Figura 64. Matriz de tripié 57
Figura 65. Croquis de los dientes 58
Figura 66. Operación matriz de los dientes 58
Figura 67. Circulo para extrucción del eje de la junta de bolas 59 Figura 68. Círculo extruido con chaflán y perforaciones para pasador 59 Figura 69. Círculo para matriz, utilizado para pasador de rueda 60
Figura 70. Croquis punto de apoyo 60
Figura 71. Croquis eje dentado 61
Figura 72. Extrucción del eje 61
Figura 73. Croquis del dentado del eje 62
Figura 74. Extrucción por corte 62
Figura 75. Chaflán del dentado del eje 63
ix PÁGINA
Figura 77. Matriz del dentado del eje 64
Figura 78. Croquis para primera parte de la copa 64 Figura 79. Croquis para parte superior de la copa 65 Figura 80. Copa después de realizar la operación de revolución 65
Figura 81. Copa corte de sección y croquis 66
Figura 82. Croquis para pista de bolas 66
Figura 83. Corte por profundidad y por revolución 67 Figura 84. Matriz circular del gráfico anterior 67
Figura 85. Semicírculo para ingreso de pista 68 Figura 86. Matriz circular de semicírculo para ingreso de pista 68
Figura 87. Junta finalizada 69
Figura 88. Croquis de jaula 69
Figura 89. Croquis de jaula realizada la revolución 70 Figura 90. Croquis de corte para ingreso de esferas 70
Figura 91. Matriz circular 71
Figura 92: Figura finalizada 71
Figura 93. Croquis inicial para la jaula interna 72
Figura 94. Croquis de pieza externa 72
Figura 95. Croquis de corte 73
Figura 96. Matriz circular 73
Figura 97. Croquis del diente para realizar matriz 74 Figura 98. Dientes después de realizar la matriz circular 74 Figura 99. Dibujo del destaje para ingreso de arandela de presión 75
x PÁGINA Figura 101. Primer círculo a extruirse para el eje de transmisión 76
Figura 102. Chaflán en el eje 76
Figura 103. Croquis del diente 77
Figura 104. Matriz circular de croquis de dientes 77 Figura 105. Croquis para destaje de ingreso para arandela 78 Figura 106. Croquis para destaje redondeado del eje 78 Figura 107. Revolución realizada en el eje y extrucción posterior 79
Figura 108. Croquis a extruir 79
Figura 109. Croquis a extruido 80
Figura 110. Operación simetría 80
Figura 111. Croquis para guardapolvo 81
Figura 112. Operación revolución guardapolvo 81
Figura 113. Operación vaciado a distancia de 1.5mm 82 Figura 114. Operación vaciado a distancia de 1.5mm 82
Figura 115. Guardapolvo finalizado 83
Figura 116. Ensamblaje de esferas y pistas 83
Figura 117. Ensamblaje de esferas, pistas y junta 84 Figura 118. Ensamblaje de tripié y rodamientos 84 Figura 119. Ensamblaje de tripié y copa de junta 85
Figura 120. Ensamblaje final 85
Figura 121. Ensamblaje final (vista explosionada de componentes) 86
Figura 122. Ensamblaje con aro y neumático 86
Figura 123. Ensamblaje con aro y neumático 87
Figura 124. Material de los componentes y sus valores
xi PÁGINA
Figura 125. Corte transversal del sistema 88
Figura 126. Diagrama de esfuerzos sobre el semieje 89 Figura 127: Representación gráfica de distribución de peso 90 Figura 128. Colocación de carga de torsión efectuada por la fricción
a vencer sobre los dientes del eje de transmisión 99
Figura 129. Diagrama de esfuerzos sobre el semieje 100
Figura 130. Deformación angular 105
Figura 131. Colocación de carga de torsión efectuada por la fricción
a vencer sobre los dientes del eje de transmisión 106
Figura 132. Ángulo de deformación del eje por fuerza de torsión
aplicada 111
Figura 133. Colocación de carga de torsión efectuada por la fricción
xii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO I. FICHA TÉCNICA DEL SUZUKI FORZA 1 121
ANEXO II. DATOS DE PESO Y MEDIDAS DEL SUZUKI FORZA 1 122 ANEXO III. DATOS DE PESO Y MEDIDAS DE LOS AROS Y
xiii
RESUMEN
El proyecto presentado, fue pensado en las personas que gustan de modificar los aros de sus vehículos, para que tengan un conocimiento basto sobre los daños que puede causar el realizar este cambio sin cumplir o saliéndose de los límites señalados por el fabricante, de esta manera se busca que se tenga en cuenta que las modificaciones que se realizan en el vehículo, van mucho más allá del gusto visual que el mismo provoca, sino que también repercutirá directamente en el desgaste de algunos de sus sistemas y por tanto en elevar el costo de mantenimiento del vehículo; por estas razones se realizó este análisis con los materiales y medias reales de un sistema de transmisión de Suzuki Forza 1 año 90, para de esta forma obtener un resultado real y óptimo del estudio en cuestión; para realizar el presente proyecto, se escogió el programa simulador de SolidWorks, no solo por ser amigable en el momento de realizar los dibujos del sistema, sino que también nos facilita los valores reales de las propiedades características de los materiales utilizados en la fabricación de las piezas, en el caso del eje principal de transmisión, se utilizó el acero recocido AISI 4340, ya que al realizar la investigación se encontró que este acero es el que se utiliza de forma general para la fabricación de estos ejes. Una vez realizada la parte operativa de la construcción del sistema en el programa simulador, se procedió a realizar los cálculos pertinentes, con los datos que nos arrojó el programa y también se demostró la validez del mismo mediante fórmulas físicas aplicadas en el análisis en cuestión, para llegar así a la conclusión de que al existir un peso mayor por parte de la rueda (aro y neumático), se obtiene un mayor desgaste principalmente por flexión en el eje de transmisión.
PALABRAS CLAVE:
Análisis y simulación
xiv
ABSTRACT
This Project was designed, thinking in people who like to modify their car ring, to know the damage can cause to realize these changes without any knowing, going out the limits made by the manufactured, what we looking for, is to realize that, the modifications goes for than visual likes, and it will go directly in the damage of their system and it will rise the cost of the car maintenance, for the reason I analyze with real measures and materials of the Suzuki Forza 1 transmition system year 90 to obtain a real and optimal results of these study; to realize this project I choose SolidWorks simulator program, not just to be friendly at the moment to realize the drawing of the system, and give us a real values of the properties, characteristics of the materials used in the fabrication of the pieces in case of the mains axis transmition I used, steel AISI 4340 because this is the material uses most to make this pieces, ones we realize the operative part of constructions with the simulator program I proceed to make calculations with the results which gives me the program, and demonstrate the efficiency of the same, with physical farers applies in this analysis to arrive the conditions to have a major weight (rings, glues), I realize we have a major damage principally for flexion in the axis transmition.
KEY WORDS:
Analysis and Simulation
1
1. INTRODUCCIÓN
¿Por qué la punta de eje de tracción se encuentra sometida a diferentes tipos de esfuerzos al modificar el tipo de aro y neumático?
Estos esfuerzos se presentan porque al variar la altura del aro aumenta la distancia a la que se encuentra la punta del semieje de tracción, produciéndose un desgaste variable por flexión, torsión y tracción teniendo en cuenta que la torsión se presenta al multiplicar la fuerza por la distancia. Existen esfuerzos sobre el semieje de tracción provocados en un uso normal según las especificaciones de los fabricantes, produciendo de esta manera un desgaste normal de los mismos, pero al cambiar el tamaño de los aros y neumáticos, fuera de los estándares indicados por el fabricante, se forzará de esta manera su trabajo normal, produciendo un desgaste mayor en las juntas de transmisión, por aplicarse un esfuerzo torsional a mayor presión y peso sobre las mismas.
Históricamente los propietarios de vehículos realizan el cambio del radio de sus aros y neumáticos, buscando obtener una apariencia distinta y más agradable a su vista en los vehículos, sin medir el riesgo de desgaste que sufren las puntas de eje de tracción al realizar dicha variación; científicamente el cambio de aros y neumáticos producen una variación de altura y rotación de las puntas de eje ocasionando un desgaste mayor y prematuro, por el hecho de cambiar su centro de giro, al igual que el tipo de material utilizado en su construcción y diferentes radios y alturas, entre otros, desarrollando un desgaste anormal de las mismas; tecnológicamente existen distintos tipos de constituciones químicas de los materiales utilizados para la fabricación de las puntas de eje de transmisión provocando una variación en el desgaste de las mismas, al igual que del tipo de material utilizado en la construcción de aros y neumáticos, indistintamente de las medidas que los mismos posean.
2 ocularmente, pero mecánica y técnicamente se puede causar un daño en su sistema de transmisión por falta de un análisis más profundo en cuanto a la modificación mencionada.
3
2. MARCO TEÓRICO
2.1. TRANSMISIÓN
Los denominados ejes de transmisión son los encargados de realizar la
transmisión de torque y potencia desde la caja de velocidades hacia las
ruedas motrices (Egas, 2011) .
El tipo de materiales utilizados en los ejes de transmisión, pueden variar
dependiendo de las necesidades que se presenten para el vehículo en
cuestión, a continuación se detallan las principales:
Disposición del motor que posea el vehículo
El torque que se ha de transmitir
La velocidad de rotación
El tipo de suspensión con que cuenta el vehículo
Según la disposición del motor con la que cuenta el vehículo se puede
separar dos grupos principales que son:
Vehículos que tienen motor y tracción delanteros y otros vehículos que
tienen motor y transmisión traseros: el piñón de ataque, es el encargado de
dar el movimiento a la corona, el cual se encuentra conectado al eje de
salida, mientras la corona, por medio de los semiejes, transmite el
movimiento directamente a las ruedas motrices (Egas, 2011).
2.2. MATERIALES
El material más utilizado para la fabricación de los ejes o árboles de
transmisión, es el acero, para la selección del mismo es recomendable
utilizar un acero de bajo o medio contenido de carbono, y de bajo costo
(Egas, 2011).
Para el diseño y construcción del árbol de transmisión, se debe tener en
cuenta si las condiciones de resistencia son o no mayores a las de rigidez,
variando de esta manera el cómo escoger el tipo de acero a utilizarse, es
4 material para la fabricación del eje, deberá poseer aceros de mayor
resistencia (Egas, 2011).
Puntualmente el material utilizado para ejes de transmisión como el que se
pondrá en estudio, es el acero AISI 4340 (American Iron and Steel Institute)
(Instituto americano del hierro y el acero), ya que este se utiliza
generalmente para la fabricación de piezas que requieren tenacidad y
dureza, gracias a su composición química de (Cr, Ni, Mo) tiene un gran rendimiento en piezas sometidas a grandes ciclos de trabajo. (Thyssenkrupp S.A., 2013)
2.3. TIPOS DE EJES DE TRANSMISIÓN PARA VEHÍCULOS CON
TRACCIÓN DELANTERA Y JUNTAS A USARSE
2.3.1. SEMIÁRBOLES PARA VEHÍCULOS CON TRACCIÓN DELANTERA (PALIERES)
Los vehículos con motor y tracción delanteras, equipados con un transeje, poseen un sistema de transmisión con juntas que permiten el movimiento de la suspensión de forma oscilante como el movimiento de dirección de las ruedas, ya que además de ser motrices (transmiten la tracción), son también directrices; utilizando dos ejes motores descubiertos, como se muestra a continuación en la figura 1.
Figura 1. Esquema de un vehículo con motor delantero transversal y transmisión a las ruedas delanteras
5 En las transmisiones delanteras, no se puede utilizar un tipo de juntas cardán, dado que cuando los ejes se encuentran formando un ángulo, las velocidades de los dos árboles no son las mismas, es decir, a pesar de que la caja de velocidades entrega la misma velocidad de giro a los dos árboles, cada junta aumenta o disminuye dos veces cada vuelta entregada por la caja de cambios; este fenómeno se obtiene cuando el vehículo se encuentra tomando una curva (Thiessen, 1996).
Según la página Aficionados a la Mecánica (Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014), los ángulos de trabajo normales de los ejes de tracción serían los siguientes:
En una tracción delantera hay que tener presente que el árbol intermedio alcanza fácilmente ángulos del orden de 20º con el árbol de salida del diferencial como consecuencia de los desplazamientos de la suspensión. Por otra parte, el árbol conducido, que ataca a la rueda motriz y directriz, alcanza ángulos de unos 40º con el árbol intermedio como consecuencia del giro de orientación de las ruedas.
Al producirse el movimiento en los palieres provocados por los ángulos de trabajo, como se menciona en el párrafo anterior, los ejes de transmisión sufrirán una flexión determinada por el mismo ángulo de trabajo, haciendo de esta manera que el eje de transmisión tenga un desgaste, el cual varía según la fuerza que se le aplique.
Las funciones que debe cumplir el sistema de tracción delantera son básicamente dos, que son la de transmitir el par motor del diferencial del transeje hacia las ruedas delanteras y la de transmitir el par motor según sea la dirección en la que se encuentra la rueda, siendo estas arriba, abajo, izquierda o derecha (Thiessen, 1996).
Una ventaja a tenerse en cuenta cuando se habla de los ejes de transmisión delantera, es que estos giran a aproximadamente a un tercio de velocidad de los ejes de transmisión trasera, además estos no producen vibración durante su trabajo habitual (Thiessen, 1996).
6 transmisión, tanto izquierdo como derecho, se debe tener en cuenta que dependiendo de la posición en la que se encuentra el motor, se tendrá un eje o un palier de transmisión más largo que el otro, dado que uno de los dos conectará directamente con la caja y la rueda mientras el otro necesitará de una junta extra que una la caja y el eje de transmisión (Thiessen, 1996). A continuación se puede apreciar, que el eje de transmisión del lado
izquierdo es de una longitud menor al del lado derecho, la cual al ser grande
se puede visualizar fácilmente, de esta manera al momento de realizar un
ensamble de los mismos, se puede utilizar este particular como medio para
no cometer errores en el armado de los mismos.
Figura 2. Ejes de tracción delantera y como se conectan con el diferencial del transeje, y las masas de las ruedas delanteras
(Thiessen, 1996)
En la figura 3, a continuación se muestra un despiece de los componentes
7 Figura 3. Componentes del eje de tracción delantera
(Thiessen, 1996)
En la figura 4, se muestran los diferentes diseños del eje de transmisión,
utilizados en vehículos antibloqueo.
Figura 4. Diferentes diseños del eje motor, que se utilizaban en los vehículos con seguro antibloqueo
(Thiessen, 1996)
En la figura 5 se muestra una fotografía real de un eje de tracción delantero
8 Figura 5. Eje de tracción delantera
2.3.2. JUNTA HOMOCINÉTICA RZEPPA
Suele utilizarse junto con la Glaenzer trípode deslizante, la cual se encuentra montada en el lado de la caja de cambios y la junta homocinética de bolas se encuentra en el lado de la rueda, ya que esta trabaja bajo diferentes posiciones angulares (Thiessen, 1996).
La junta de tipo Rzeppa, más conocida como junta homocinética de bolas contiene 6 bolas dentro de una jaula especial denominada caja de bolas, quienes se mueven solidarias al árbol conductor y al conducido, dicho acoplamiento se produce ya que las bolas se encuentran en las gargantas, las cuales están espaciadas a lo largo de dos piezas, una interior y una exterior (Thiessen, 1996).
A la pieza interior se le puede denominar como el núcleo del eje conductor, el cual se encuentra unido a la junta homocinética que sale de la caja de cambios; mientras la pieza exterior tiene forma de campana y se encuentra unida al árbol conducida del lado de la rueda (Thiessen, 1996).
Según la disposición de las bolas y las gargantas, en este tipo de junta son apenas dos bolas las cuales se encargan de transmitir el par, mientras las otras cuatro se encuentran en el plano bisector; es por esto que tras una pequeña rotación, son las dos otras bolas las que transmitirán ahora el par, mientras las anteriores ingresan al lado bisector (Thiessen, 1996).
9 por perdida de la grasa que se encuentra en el interior de los guardapolvos produciendo una avería en la junta homocinética, la grasa mencionada, se encuentra en toda la junta homocinética llenando por completo la misma y también el guardapolvos, de esta manera se deberá siempre tener en cuenta que los guardapolvos no se encuentren rotos o en mal estado para evitar la degradación de la misma. (Meganeboy, Aficionados a la Mecánica, 2014) En la figura 6 a continuación, se muestra una junta homocinética Rzeppa, en un despiece real, con sus pistas internas y externas por separado, no se presenta la copa en la que ingresa el sistema, más, se presenta el sistema interno de la misma con sus 6 esferas las cuales permiten el movimiento interno del eje de transmisión.
Figura 6. Junta homocinética Rzeppa
(Ayra Servicio, 2009)
10 Figura 7. Despiece de una junta homocinética Rzeppa (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
En la figura 8, se muestra un corte de la junta, en donde se representa el movimiento que realiza el eje de transmisión dentro de la misma.
Figura 8. Representación de movimiento de la junta Rzeppa
(Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014)
11 en su totalidad a excepción de los guardapolvos y de la grasa especial que se debe aplicar en la misma para su correcto funcionamiento.
Figura 9. Fotografía real de la junta Rzeppa
Como se puede ver en la descripción y en los gráficos representativos, tanto de funcionamiento como de despiece la junta homocinética Rzeppa es un componente bastante complejo, pero que juega un papel muy importante y preciso en cuanto a la dirección de las ruedas y a la tracción del automóvil, por tanto la fabricación de las mismas debe contar con una precisión bastante alta, teniendo muy en cuenta las medidas de fallo que se puedan presentar en las mismas y realizando trabajos que se encuentren estrictamente dentro de los límites de tolerancia de fallo, dado que estas piezas forman componentes no solo muy utilizados, sino que cumplen una parte principal en el movimiento del vehículo, ya que son las encargadas de transmitir el movimiento tanto de par y de torque que el motor provee a la caja y esta a los ejes o palieres de transmisión hacia las ruedas.
12 Figura 10. Conjunto de transmisión para suspensión delantera y ensamblaje del palier o eje
(Meganeboy, Aficionados a la Mecánica, 2014)
A continuación, en la figura 11 se muestra el despiece completo de la transmisión delantera, mostrando lo ejes de transmisión tanto derecho como izquierdo, respectivamente, junto a todos los elementos que componen este sistema, como las juntas, los guardapolvos, arandelas de presión, entre otros.
Figura 11. Despiece completo de la transmisión delantera
(Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014)
En la figura 12, se tiene una representación realista del ensamble completo
13 Figura 12. Representación realista de un sistema de transmisión delantera independiente
(Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014)
14 dichos guardapolvos del palier entre los 100.000 a 150.000 km de uso, para poder evitar una avería de mayor magnitud en el vehículo (Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014).
A pesar de los daños y los mantenimientos descritos anteriormente, una de las grandes ventajas que posee la junta Rzeppa es que tienden a tener una gran duración de vida, la cual con un buen mantenimiento a los guardapolvos podría ser mayor que la de mismo automóvil; en la figura 13 se muestra una fotografía real del guardapolvos de un Suzuki Forza 1.
Figura 13. Fotografía de guardapolvos de Suzuki Forza 1
Con el desarrollo de tecnologías, se han ido creando estos tipos de juntas, y otras han quedado de lado, a continuación se detallan juntas que ya no se usan hoy en día.
2.3.3. JUNTA HOMOCINÉTICA GLAENZER-SPICER
15 pequeña esfera, de manera que pueden deslizar a lo largo del árbol conducido (Luque, 2004).
En la figura 14 se muestra una junta Glaencer-Spicer, indicando su ángulo de transmisión o de trabajo y su aspecto real.
Figura 14.Junta homocinética del tipo Glaenzer-Spicer
(Meganeboy, Aficionados a la Mecánica, 2014)
En la unión al diferencial, en el extremo opuesto del palier, se encuentra acoplada otra junta cardán deslizante o se puede disponer de una junta tipo Glaenzer, la cual se encuentra constituida por un trípode, que es en donde están acoplados los rodillos, localizados en las ranuras del manguito en donde pueden deslizarse; dentro del trípode, se aloja el palier y dentro del casquillo se encuentra el planetario, de esta forma se tiene una junta homocinética deslizante, mientras que el casquillo y el guardapolvos sirven para cerrar el conjunto (Thiessen, 1996).
16 Figura 15. Despiece de una junta trípode deslizante tipo Glaenzer
(Meganeboy, Aficionados a la mecánica, 2014)
En la figura 16, se tiene un esquema de representación de funcionamiento interno de la junta con el trípode deslizante.
Figura 16. Esquema interno simulando el movimiento deslizante de la junta
(Meganeboy, Aficionados a la Mecánica, 2014)
17 En la figura 17, se tiene una representación gráfica del semiárbol completo de transmisión para tracción delantera.
Figura 17.Semiárbol de transmisión para tracción delantera
(Meganeboy, Aficionados a la Mecánica, 2014)
La junta detallada anteriormente, en los vehículos que cuentan con transmisión delantera, suelen estar acompañadas con una junta homocinética Glaenzer-Spicer o con una junta homocinética de bolas denominada Rzeppa, como se muestra en la figura 18, representando un semieje de transmisión delantera real (Abad, 2010).
Figura 18. Esquema de un semiárbol de transmisión para suspensión independiente
18 2.3.4. JUNTA HOMOCINÉTICA TRACTA
Este tipo de juntas tienen ángulos de trabajo bastante significantes, pero al llegar a valores cercanos a los 45°, no permiten una transmisión de pares de un valor tan elevado, siendo su capacidad limitada en dicho ángulo de trabajo por la geometría de la resistencia, produciéndose en estos casos una fuerza de fricción elevada que provoca incrementos de temperatura, esto limitará la vida útil de la junta por lo que los pares a transmitir bajo ángulos fuertes tienen que ser más bajos (Meganeboy, Aficionados a la Mecánica, 2014).
Son un tipo de junta sencilla y fácil de fabricar, en donde los árboles de entrada y los árboles de salida incorporan unas horquillas que están acopladas a dos piezas centrales, que hacen el efecto de árboles entre ambas juntas a las cuales se les denominan "nueces". Las nueces son macho y hembra, y se acoplan entre sí de manera que los elementos que transmiten el movimiento están siempre en el plano bisector (Thiessen, 1996).
En la figura 19 se muestra el despiece y funcionamiento de una junta tracta.
Figura 19. Despiece y funcionamiento de una junta Tracta
19 2.3.5. JUNTA HOMOCINÉTICA BENDIX-WEISS
Este tipo de junta posee bolas que proporcionan los puntos de contacto que transmiten la tracción, las cuales van perfectamente ajustadas en sus pistas entre las dos mitades del acoplamiento, pero no poseen una jaula que
controlen las bolas, como menciona (Sanjuán, 2000) “Los ejes están
provistos de unos bulbos con canales para albergar las bolas que, finalmente, transmiten el par como fuerza de contacto”; por tanto las cuatro
bolas deslizantes se encuentran fijadas por una bola interior la cual gira sobre un pasador alojado en el semieje exterior.
También indica (Sanjuán, 2000), que “La proyección de la velocidad angular
sobre la normal a este plano es constante y, por tanto, la relación de
velocidades, entre ejes también lo es. Las velocidades de entrada y de salida son iguales en todo instante”
En la figura 20, a continuación se muestra el sistema de la junta homocinética Bendix-Weiss, tanto en ensamble como en despiece con vista explosionada para una mejor presentación y visualización de la misma.
Figura 20. Junta homocinética Bendix-Weiss
20 Los árboles de transmisión y las piezas que se encuentran armadas en conjunto, por su mismo funcionamiento tienden a vibrar excesivamente al encontrarse bajo velocidades muy altas o críticas, por esta razón se debe realizar un diseño el cual permita que las vibraciones disminuyan y se produzca una estabilidad mayor en los árboles de transmisión, evitando de esta forma desgastes prematuros y sobre todo daños por flexión (Egas, 2011).
También deben tener un índice suficiente de rigidez con el fin de evitar deformaciones que pueden causar que el par en las ruedas dentadas no sea permanente, transmitiendo un par motor o un torque que no es el adecuado ni es el que se debería transmitir, produciéndose un trabajo deficiente y haciendo que exista un desgaste prematuro sobre los dientes del mismo eje, ya que al no estar en contacto superficial permanente existirán vibraciones excesivas, por tanto el buen funcionamiento del árbol de transmisión depende de muchos factores como una buena resistencia y rigidez, una correcta fijación de las piezas, una adecuada alineación y lubricación de sus elementos (Egas, 2011).
Por estas razones, se debe tener muy en cuenta cada uno de los factores antes mencionados para la elaboración del diseño de los árboles o ejes de transmisión.
En la figura 21, que se encuentran a continuación de este párrafo, se muestra como se encuentra constituido un sistema de transmisión delantera en sus dos variaciones.
21 Figura 21. Sistema de transmisión de longitud igual y longitud desigual respectivamente
(cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
En la figura 22, se presenta el despiece de una flecha o un eje de transmisión completo, siendo este el eje intermedio y mostrando un desglose completo de todas las piezas de las que consta el mismo en su conjunto.
Figura 22. Componentes de la flecha intermedia (cortesía de Chrysler)
22 2.3.6. PRINCIPALES DAÑOS EN LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DELANTERA
Los protectores de caucho que recubren las juntas homocinéticas, suelen
romperse o dañarse al estar expuestos a la intemperie, es decir al agua, al
sol, al viento o cualquier tipo de piedras que puedan saltar y golpear con el
mismo, produciendo cualquier tipo de roturas en los mismos, haciendo que
exista una deficiencia de lubricación en las juntas homocinéticas generando
un tipo de desgaste apresurado y sonidos al realizar su trabajo normal
(Thiessen, 1996).
Si al realizar un viraje, se obtiene un sonido similar a un clic o un tipo de
ruido abrasivo, se podría detectar que el daño del sistema se encuentra en la
junta universal exterior; por otro lado si lo que se obtiene es un sonido similar
a un clunck durante una aceleración o desaceleración, normalmente se
encontrará el daño en las juntas homocinéticas internas (Thiessen, 1996).
Por estas razones si se tiene una bota o guardapolvos, que se encuentre
agrietado, desgarrado o desgastado, la misma debe ser reemplazada
inmediatamente, con el fin de evitar un daño mayor interno en las juntas
homocinéticas provocando un costo mayor de reparación; de la misma
manera si se tiene un daño en las juntas homocinéticas, las mismas deben
ser sustituidas con el fin de obtener un buen funcionamiento del sistema y
evitar otro tipo de daño en la transmisión del vehículo, como se representa
en la imagen de la figura 23 a continuación.
Figura 23. Imagen real de desgaste en los guardapolvos o bota de hule
23 2.3.7. SERVICIO DE MANTENIMIENTO QUE SE REALIZA SOBRE EL SISTEMA DE
TRANSMISIÓN DELANTERA
Lo primero a realizar en el servicio de mantenimiento sobre la transmisión,
es identificar el tipo de daño que se tiene sobre la misma y analizar cuál es
el posible fallo por el cual se produjo el daño.
Después de haber verificado que el daño del vehículo se encuentra dentro
del sistema en cuestión se debe proceder a identificar qué tipo de sistema de
transmisión se tiene en el vehículo en el que se encuentra trabajando el
operario, es decir, si el sistema en el que se realiza el trabajo, debe ser
desensamblado primero por el lado derecho o por el lado izquierdo o dado el
caso, que no afecte en su desensamble el desarmado del mismo; siempre
teniendo en cuenta, que lo principal para identificar el desarmado correcto es
saber en qué modo se deben sacar las flechas de transmisión (Thiessen,
1996).
En tercer lugar, se debe proceder a desmontar la maza de la rueda motriz,
que puede estar clavada o con una chaveta que ayuda a la sujeción de la
misma.
Al haber retirado la maza de rueda, se debe retirar la articulación del sistema
de dirección del vehículo y se procede a posicionar el semieje de tracción en
un lugar en donde el mismo se encuentre firme, por seguridad y facilidad del operador se puede “amarrar” el mismo con un alambre en un lugar firme
para que este no tenga opción de movimiento variable, evitando de esta
manera accidentes laborales y manteniendo el eje de una forma correcta
para realizar cualquier trabajo e incluso cualquier sustitución que pueda ser
requerida dentro del sistema de transmisión que se encuentra en
cuestionamiento (Thiessen, 1996).
Se debe proseguir con la extracción de la maza de la rueda, retirando
también la articulación del sistema de dirección del muñón exterior, teniendo
pendiente y con cuidado de no estirar demasiado la cañería del sistema de
frenos, ya que la misma al ser una cañería flexible corre el riesgo de
24 misma, presentando al usuario del vehículo, problemas futuros no solo de
fugas sino de falta de presión en el sistema íntegro, de esta manera al
percatarse de que no se está forzando al límite esta cañería se pueden
evitar problemas futuros y de costes mayores.
Como se indica en la figura 24 a continuación, se debe realizar la extracción
de la maza de la rueda del automóvil en el que se desarrolla el trabajo.
Figura 24. Extracción de la maza de la rueda
(Tutobuild, 2014)
Según el tipo de diseño del sistema de transmisión del vehículo en el que se
vaya a realizar el mantenimiento, se debe escoger entre los siguientes
procedimientos:
25
Retirar la tapa de acceso del transeje, después se debe empujar la flecha
muñón y se retira la chaveta del retén y por último se retira la flecha
muñón.
Pudiera ser necesario utilizar herramientas especiales para poder retirar la
punta del transeje, además se debe tener en cuenta que se pierde lubricante
al revisar o al cambiar las mismas (Thiessen, 1996).
2.3.8. REEMPLAZO DE UNA JUNTA TRIPIÉ
En caso de tener una junta de tipo tripié, como se indicó anteriormente,
primero se debe localizar el daño, identificar el sistema en el que se está
realizando el trabao y después proceder a verificar cual fue la causa del
mismo, con el fin de poder evitar daños futuros en las mismas, a paso
seguido empezaremos a tomar el siguiente procedimiento, como lo indica
(Thiessen, 1996):
Después de retirar la punta o flecha de tracción del automóvil, se la debe
colocar en una prensa en donde se pueda sujetarla, de tal forma en que la
misma no tenga movimiento, pero teniendo en cuenta que no esté lo
suficientemente ajustada como para causar un daño en la misma, ya que si
se llegará a producir, tendríamos un desbalance en la misma provocando
vibración y un mal funcionamiento de la misma.
Al terminar con los pasos previos, se debe retirar los anillos de retén de la
bota y cortar cualquiera que fuese la cinta que lo sujeta o de ser el caso
quitar el resorte; si se fuera a volver a utilizar la misma carcaza, esta debe
ser marcada al igual que la araña y la punta de eje de tracción, con el fin de
evitar errores en el ensamble al haber corregido la falla existente en el
sistema, de esta manera facilitaremos el poder armarlo de una forma
correcta (Thiessen, 1996).
De ser el caso en el que se vayan a volver a utilizar, se debe retirar con
cuidado la carcasa, manteniendo los cojinetes en su lugar, también se debe
retirar el anillo del retén de la araña y posteriormente con un punzón se debe
26 bota de hule; cuando se retira la bota de hule y se desarma el sistema, se
debe tener en cuenta que la grasa al estar en contacto con el ambiente,
pierde sus propiedades y de igual forma debe ser sustituida por otra grasa
especial que se encuentre en condiciones óptimas de trabajo, para evitar
que la grasa contaminada entre en contacto con las piezas nuevas
colocadas en el sistema de transmisión (Thiessen, 1996).
En la figura 25, se muestra como se debe retirar el eje motor del sistema de
la masa de la rueda.
Figura 25. Como empujar el eje motor fuera de la masa de la rueda (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
Como se mencionó con anterioridad, este proceso debe realizarse con el
cuidado pertinente dado el caso de que se necesite volver a utilizar los
cojinetes, para evitar daños en los mismos y que al momento de realizar el
ensamble los mismos funcionen sin ningún tipo de problema.
En la figura 26 y 27 se muestra el procedimiento de desarmado de junta
27 para poder realizar un trabajo óptimo y facilitando el uso de herramientas
para el despiece y sustitución de la misma.
Figura 26. Procedimiento de desarmado de una junta tripié (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
Figura 27. Procedimiento de desarmado de una junta tripié (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
Para el proceso de ensamble del nuevo repuesto en el sistema se debe
seguir el procedimiento que se muestra a continuación:
Primero, se debe limpiar todo el sistema, lavando y secando cada uno de los
componentes o piezas que vayan a utilizarse nuevamente en el ensamble
28 A paso siguiente, se debe deslizar la bota o guardapolvos de caucho en la
punta del eje y después se coloca el ensamble de araña y el cojinete en la
flecha del eje; en algunos casos una de las caras puede tener un bisel, al
momento de colocar el mismo hay que tener en cuenta que el lado sea el
correcto, continuamos colocando el anillo del retén de la araña teniendo en
cuenta que el mismo quede bien asentado, después colocamos el resorte y
el asiento de la carcasa (Thiessen, 1996).
Por último, engrasamos el tripié, (normalmente en los kits de reparación de
este tipo de juntas suele venir una grasa especial con la que realizaremos
este procedimiento) después de esto deslizamos el tripié en la carcasa y
colocamos la grasa en la bota e instalamos las abrazaderas o cintas de la
bota, verificando que la misma se encuentra bien colocada como se muestra
en la figura 28.
Figura 28. Comprobación de que la bota está bien colocada (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
29 Figura 29. Dos tipos de abrazaderas de botas de eje (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
En la figura 30, está representado gráficamente el procedimiento de
ensamblado de una junta tripié, mostrando las herramientas correctas a
utilizarse.
Figura 30. Procedimiento de ensamblado de una junta tripié (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
30 Figura 31. Herramienta especial para la instalación de la cinta de la junta homocinética
(cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
Todos estos procesos son verificados y son los mayormente realizados,
como lo indican los escritores Frank J. Thiessen y Davis N. Dales, en su libro
de Manual Técnico Automotriz de operación, mantenimiento y servicio tomo
IV (Thiessen, 1996).
2.3.9. REEMPLAZO DE LA JUNTA HOMOCINÉTICA RZEPPA
Para realizar la sustitución de este tipo de juntas, se debe:
Sacar las abrazaderas del retén de la junta, se retira el anillo del retén de la
jaula utilizando las pinzas necesarias para este procedimiento; previo a esto
se debe empujar la bota o guardapolvos hacia atrás para poder visualizar
31 Figura 32. Extracción de guardapolvos
Deslizar la junta fuera de la flecha, inclinando la jaula y la pista interna en la
carcasa, después se debe retirar las balas que queden expuestas y para las
demás se debe seguir el mismo procedimiento y por último se debe quitar el
ensamble de la jaula (Thiessen, 1996).
Para realizar el ensamblaje de las juntas homocinéticas tipo Rzeppa, se
debe invertir el proceso anterior, es decir, previo a una limpieza y secado
correctamente realizado, se debe utilizar la grasa que nos provee el
fabricante del repuesto, siendo la misma una grasa especial, en la pista
interna y en la jaula, posteriormente se debe colocar la pista y la jaula dentro
de la carcasa y se procede a instalar las bolas motrices realizando los
movimientos necesarios de la pista y jaula para que las mismas puedan
encajar correctamente (Thiessen, 1996).
Después se debe deslizar la junta en la ranura y se instala el anillo de retén
de la jaula, debiendo asegurase de que todo esté correctamente
ensamblado; por último se coloca el resto de la grasa, se desliza la bota de
hule y finalmente se debe colocar la cinta o abrazaderas del retén de la bota.
En las figuras 33, 34 y 35 que se encuentran a continuación, se observa el
procedimiento para retirar la jaula y las esferas del sistema de la junta en
32 Figura 33. Proceso para quitar la jaula de balas de la carcasa (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
Figura 34. Proceso para quitar la jaula de balas de la carcasa
33 Figura 35. Proceso de ensamblado de la junta tipo Rzeppa (cortesía de Chrysler)
(Thiessen, 1996)
En la figura 36, se presentan los elementos en despiece de la junta Rzeppa
limpios y listos para su engrase y ensamble.
Figura 36. Elementos limpios y listos para el montaje
34 En la figura 37 a continuación se tiene el sistema de la junta tipo Rzeppa ensamblado y listo para su engrase y colocación en el vehículo.
Figura 37. Ensamblaje de junta tipo Rzeppa
En la figura 38 se tiene la grasa colocada en el sistema, previo a su
ensamble con el eje y se obtiene el guardapolvo listo para colocarse junto
con la arandela de ajuste.
35 2.3.10. MATERIALES DE LOS AROS
En la realización del presente estudio, se mencionan los rines utilizados en
el vehículo, para lo cual, al momento de realizar el cálculo de esfuerzos y
cargas sobre el eje de tracción, es necesario tener en cuenta los materiales
de los cuales se encuentran fabricados los mismos; los aros se realizan
empleando los aceros no aleados, o aceros al carbono son los más
utilizados, y son aquellos en el que, a parte del carbono, contienen una parte
aleante según convenga como por ejemplo, están el manganeso (Mn), el
cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti).
Por otro lado, en función del contenido de carbono presente en el acero, se
tienen los siguientes grupos:
Aceros de bajo carbono (%C < 0.25)
Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55)
Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55)
Como lo indica (Consumer, 2006) en su página, los materiales con los que
se fabrica una llanta pueden ser:
Aleación de acero (también conocidas como "llantas de
chapa"): éstas son las llantas más utilizadas, especialmente en
vehículos de gama baja y media gracias a sus buenas cualidades
mecánicas y su bajo coste. Son muy macizas, ya que la resistencia
del material no permite un diseño con radios. De aquí deriva su
principal inconveniente: su elevado peso.
Aluminio: cada vez más frecuentes, permiten diseños muy variados
ya que el material es más resistente. Por tanto, son más aptas para
vehículos deportivos. Su peso es más ligero, aunque el precio es
más elevado.
Magnesio: se utilizan en la competición (Fórmula 1, Nascar,
rallyes...), aunque ya hay llantas de magnesio disponibles para el
mercado de consumo. El material, así como su costoso y exigente
proceso de fabricación convierten a estas llantas en un capricho al
36 resistencia y ligereza extremas: el magnesio es el más liviano de
todos los materiales estructurales.
Aleaciones: son combinaciones diversas entre estos metales.
Los múltiples procesos de fabricación se pueden resumir,
principalmente, en cuatro:
Fabricación en molde por gravedad: se introduce el metal fundido
en un molde y se deja enfriar.
Por inyección: en un molde completamente cerrado al vacío se
inyecta el metal fundido a presión. Así se consigue un mejor
compactado del material y, por tanto, una llanta más rígida y
resistente.
Tratamientos térmicos: la fabricación en molde o por inyección se
puede combinar con tratamientos térmicos como el recocido a 260
grados o el bonificado, que puede ser por temple (mantener el
material 18 horas a 415 grados) o maduración (15 horas a 170
grados). Mejoran la resistencia y la dureza del material.
Forjadas: fabricadas y acabadas a mano. Se hacen por encargo de
clientes que quieren decorar su automóvil con unas llantas únicas y
exclusivas, sin importar el elevado precio, que puede alcanzar los
1.000 euros.
Todas las llantas se pueden fabricar en un solo bloque o en dos, tres
y hasta cuatro piezas separadas. Las distintas piezas se unen
mediante multitud de pequeños tornillos de titanio.
Dos piezas: núcleo (la "estrella" que se atornilla al chasis) y llanta
(el cilindro de metal sobre el que se monta el neumático).
Tres piezas: núcleo, semillanta interior (la parte de la llanta que se
introduce sobre el eje de la suspensión) y aro exterior (la parte de la
37
Cuatro piezas: doble núcleo que permite varias combinaciones de
posición relativa de uno respecto a otro, semillanta interior y aro
exterior.
(Consumer, 2006)
Para realizar los cálculos de deformación y desgaste del eje de transmisión se necesita conocer el peso de los aros, según la página guía de BMW, los aros que muestran a continuación con las medidas de neumáticos igualmente presentadas, poseen los pesos detallados en las siguientes nomenclaturas, siendo el material de los aros el aluminio, (BMW, 2014):
Aros 14: (195/65 R14) Peso: 6.35kg
Aros 15: (205/55 R15) Peso: 7.68kg
Aros 17: (205/50 R17) Peso: 9.36kg
2.3.11. ESFUERZOS EN LOS ÁRBOLES DE TRANSMISIÓN
En el sistema de transmisión, los elementos encargados de realizar el trabajo, generan grandes esfuerzos sobre el árbol de tracción como por ejemplo: flexión, torsión, carga axial y cortante; los elementos de transmisión como ruedas dentadas, poleas y estrellas producen fuerzas de carga radiales, axiales y tangenciales como se muestra en la figura 39, la cual representa dichas cargas y esfuerzos (Egas, 2011).
Figura 39. Fuerzas aplicadas en los árboles de transmisión (flexión, torsión, cortante y carga axial)
38 Como se representa en la figura 40 a continuación, el árbol de transmisión posee diferentes cargas a lo largo del mismo, siendo estas un par de torsión, una carga axial, una fuerza cortante y un momento flector.
Figura 40. Cargas internas en una sección de un árbol (flexión, torsión, cortante y carga axial)
(Egas, 2011)
2.3.12. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
Al realizar un análisis de esfuerzos siempre es importante realizar un esquema representativo del cuerpo libre, en donde se le apliquen las fuerzas en cuestión para facilitar el estudio del mismo, es decir, realizar diagramas individuales, para los pares de torsión, otro para las fuerzas axiales y otros dos para las cargas transversales y momentos flectores, como se muestra en la figura 41 a continuación (Egas, 2011).
Figura 41.Diagrama de pares de torsión un eje de transmisión
(Egas, 2011)
39 se debe usar un elemento, normalmente bidimensional, el cual servirá de base para indicar estos esfuerzos, como se muestra en la figura 42 (Mott, 1995).
Figura 42.Diagrama de pares de torsión un eje de transmisión
(Mott, 1995)
2.3.13. FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE ESFUERZOS EN ÁRBOLES Y EJES
Para el análisis físico de los árboles de transmisión de potencia por torsión se debe tener en cuenta que estos se clasifican en dos tipos, que son los árboles de transmisión y los árboles de maquinaria. Siendo los árboles de transmisión los que se usan para trasmitir la potencia entre la fuente y las máquinas que la absorben (Árboles de contramarcha, árboles principales y árboles secundarios) (A.R.Odetto).
Los árboles pueden estar bajo distintos tipos de esfuerzos, los cuales
dependen de las cargas aplicadas, es decir, como lo indica (A.R.Odetto), si