martes, 1 de septiembre de 2009

PASOS PARA DESARMAR UN DIFERENCIAL.

El poder realizar personalmente las reparaciones a mi vehiculo siempre ha sido uno de mis mayores deseos, dada la dificultad a veces extrema de conseguir un verdadero mecánico en quien depositar nuestra confianza con los ojos cerrados sin tener que poner de por medio cuantiosas cantidades de dinero, sobretodo cuando se trata de reparaciones de peso.

Cuando adquirí mi Land Cruiser serie 40, vi en el, entre muchas otras cosas, la posibilidad de lograr esa aspiración, dada su mecánica relativamente sencilla aunque robusta. De ahí que, superando mi temor a equivocarme, me dedique a buscar la documentación técnica necesaria, además de atreverme a hacer algunas reparaciones menores, mientras que en otras oportunidades, no despegaba los ojos de todos los procedimientos que seguía uno de los pocos mecánicos que he dejado tocar mi 40 al momento de hacer alguna reparación de mayor complejidad.

Sintiéndome ya con más confianza, decidí enfrentar un problema que estaba afectando a mi TLC desde un buen tiempo y que venia acrecentándose aceleradamente en los últimos días, un fuerte juego en el eje diferencial trasero acompañado de un molesto ruido que denotaba un serio problema en alguno de sus componentes.

Manual en mano, espere un fin de semana largo mientras estudiaba todo el procedimiento de desarmado, reparación, ajuste y ensamblado del diferencial, a modo de prever todos los escenarios posibles.

Es importante, antes de emprender cualquier tipo de proyecto, hacer un estudio previo donde notemos con anterioridad que podemos encontrarnos y que necesitaremos para afrontar cualquier problema; de ahí el valor de poseer un soporte técnico suficientemente detallado.

Desarmar un diferencial implica la necesidad de utilizar algunas herramientas de propósito especial, que han sido diseñadas para objetivos específicos, y por lo tanto, difíciles de adquirir, así que es de igual importancia prever como se pueden sortear los obstáculos que esto puede acarrear.

El primer día dedique la mañana para adquirir las herramientas necesarias que no poseía, además de los implementos básicos que obviamente requeriría, como empacaduras, silicona, estoperas y aceite, para posteriormente, dedicar la tarde para desarmar el diferencial.

Antes de desarmar el diferencial, debe drenarse su contenido, esto retirando el tapón de 24mm que se encuentra en su parte inferior, asegurándose de utilizar un recipiente adecuado para luego desechar apropiadamente el aceite usado. Mientras se drena, podemos proceder a desinstalar el cardan trasero.

Drenado el eje, podemos acceder al interior del diferencial retirando la tapa que se encuentra sujeta por diez tornillos 16mm, teniendo especial cuidado con la tubería del líquido de frenos que se encuentra adosada a esta. No todo el aceite puede ser drenado por el tapón, así que parte del resto de este saldrá al momento de retirar la tapa.

De esta manera tendremos acceso al grupo trasero, donde puede percibirse la corona, el porta corona, los engranajes diferenciales o planetarios, el espaciador y los elementos de sujeción.

Posteriormente, debe aflojarse la tuerca del piñón de ataque, de 30mm que debe quedar expuesta cuando se retira el cardan.+

Hecho esto, podemos proceder a retirar el espaciador, la pieza cilíndrica que se encuentra en el centro, entre los engranajes diferenciales, retirando el tornillo que lo retiene y que se encuentra en la parte inferior derecha del porta engranajes que podemos ver en el centro justo a la derecha de la corona.

Al retirar el tornillo, se liberara el pasador del espaciador, que debe retirarse con sumo cuidado, pues sostiene todos los engranajes de esta pieza. Para esto se ha de girar un poco la porta engranajes y presionar el pasador en su parte superior, para retirarlo deslizándolo por la parte inferior.

Se retira el espaciador, junto con los engranajes superior e inferior y sus respectivas arandelas, es importante destacar que cada pieza retirada debe ser colocada en su posición original al momento de ensamblarse el diferencial.

Para continuar, en este punto se debe suspender el eje, colocando el vehiculo sobre soportes adecuados en los puntos apropiados. Se recomienda utilizar soportes tipo “burro” que deben ser colocados bajo los laterales de chasis.

Al suspender el eje, empujando cada caucho hacia el centro, se liberara el reten de cada punta de eje, para luego poder retirar los restantes 2 engranajes y extraer las puntas de eje. Esto permitirá desacoplar completamente el grupo diferencial.

Para desinstalar la corona completa, basta con primero: retirar los tornillos de los cascos que la sostienen por sus laterales, aflojando los 4 tornillos de sujeción, teniendo especial cuidado pues aquí se encuentran los rodamientos de la corona y las tuercas de ajuste.

De esta manera bajamos la corona y obtenemos acceso al piñón de ataque del diferencial.




Una vez que tenemos la corona en el suelo, podemos retirar los ganchos de cierre, que pueden verse justo en el centro de la imagen a la izquierda, para liberar las tuercas de ajuste y los casquillos de los rodamientos.

Para sacar el piñón, basta con retirar completamente la tuerca de sujeción que aflojamos previamente. Para retirar el rodamiento guía del piñón de ataque, debemos remover la estopera que se encuentra en esta área.

En la siguiente imagen, podemos ver el casco del diferencial completamente vaciado de sus elementos.

Reitero la importancia que conlleva mantener el orden original de los componentes para el momento de ensamblar el eje diferencial, por lo que es recomendable que la posición, derecha o izquierda, de cada pieza sea identificada.

Una vez desarmado todo, debe limpiarse y revisarse cada componente a fin de localizar posibles daños o desgastes que ameriten la sustitución de la pieza.

Igualmente, dadas las características de esta reparación, es altamente recomendable, revisar cada componente que quede expuesto, a fin de cambiar cualquier pieza dañada o defectuosa, no solamente en lo referente al diferencial, sino también a los frenos, estoperas de las puntas de eje, crucetas, rodamientos, engranajes, etc.

Para los propósitos de este proyecto personal, las piezas a sustituir fueron la estopera del diferencial, la estopera de la punta de eje derecha, y el rodamiento principal del piñón de ataque.

Las estoperas pueden ser retiradas con un extractor estándar sencillo sin mucha complicación, y para instalar las nuevas, en lo personal me valí de un taco de madera grueso y un martillo de goma. Presentando la estopera en el sitio donde será instalada, se le coloca encima el taco de madera y luego se golpea este suavemente con el martillo de goma, para obtener así un golpe uniforme sobre toda la estopera que permita que entre adecuadamente y no sufra deformaciones que la dañen.

En cuanto al rodamiento del piñón, este debe retirarse con mayor cuidado, puesto que se encuentra fuertemente fijado al eje del piñón. Para esto debemos contar con una prensa de banco y un extractor fuerte. Fijamos los ganchos del extractor a la parte inferior del rodamiento, luego fijamos uno de los ganchos a la mordaza de la prensa y entonces procedemos con la extracción.

También es posible retirar este rodamiento fijando el eje del piñón con la mordaza de la prensa y golpeando suavemente, a pulso, con un cincel y una mandarria pequeña alrededor de todo el rodamiento, pero este método requiere muchísimo mas cuidado, de manera de evitar maltratar el piñón.

Para instalar el nuevo cojinete, podemos utilizar la carcaza del que hemos retirado, colocándolo sobre el nuevo y dando golpes suaves pero concisos alrededor de toda su circunferencia, mientras tenemos el piñón apoyado en una superficie dura, hasta llevarlo al tope de la cabeza del piñón.

En todo caso, si no se tienen las herramientas adecuadas para este procedimiento, es mucho mejor llevar el piñón completo con el recambio a un taller de rodamientos donde puedan hacer el trabajo utilizando un extractor hidráulico, y de esta manera asegurar que el piñón no sufra ningún maltrato que afecte su desempeño futuro.

Una vez que se han completado los pasos anteriores, y se ha chequeado si es necesario atender otras partes del vehiculo, podemos proceder a ensamblar el eje diferencial, pero antes es recomendable limpiar la carcasa del diferencial en su totalidad, para remover restos de aceite usado, posibles pequeñas muescas de metal, escoria, además de restos de silicona, y empacaduras viejas.

El ensamblaje consiste básicamente en seguir todo el procedimiento a la inversa y su mayor complicación radica en el ajuste de los componentes del diferencial, que es lo que garantizara que el trabajo haya valido la pena.

lunes, 24 de agosto de 2009

TIPOS DE ENGRANAJES

Historia

Desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados en madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento. Nadie sabe a ciencia cierta dónde ni cuándo se inventaron los engranajes. La literatura de la antigua China, Grecia, Turquía y Damasco mencionan engranajes pero no aportan muchos detalles de los mismos.

Mecanismo de Anticitera.


El mecanismo de engranajes más antiguo de cuyos restos disponemos es el mecanismo de Anticitera. Se trata de una calculadora astronómica datada entre el 150 y el 100 a. C. y compuesta por al menos 30 engranajes de bronce con dientes triangulares. Presenta características tecnológicas avanzadas como por ejemplo trenes de engranajes epicicloidales que, hasta el descubrimiento de este mecanismo, se creían inventados en el siglo XIX. Por citas de Cicerón se sabe que el de Anticitera no fue un ejemplo aislado sino que existieron al menos otros dos mecanismos similares en esa época, construidos por Arquímedes y por Posidonio. Por otro lado, a Arquímedes se le suele considerar uno de los inventores de los engranajes porque diseñó un tornillo sin fin.
En China también se han conservado ejemplos muy antiguos de máquinas con engranajes. Un ejemplo es el llamado "carro que apunta hacia el Sur" (120-250 d. C.), un ingenioso mecanismo que mantenía el brazo de una figura humana apuntando siempre hacia el Sur gracias al uso de engranajes diferenciales epicicloidales. Algo anteriores, de en torno a 50 d. C., son los engranajes helicoidales tallados en madera y hallados en una tumba real en la ciudad china de Shensi.
No está claro cómo se transmitió la tecnología de los engranajes en los siglos siguientes. Es posible que el conocimiento de la época del mecanismo de Anticitera sobreviviese y, con el florecimiento de la cultura del Islam los siglos XI-XIII y sus trabajos en astronomía, fuera la base que permitió que volvieran a fabricarse calculadoras astronómicas. En los inicios del Renacimiento esta tecnología se utilizó en Europa para el desarrollo de sofisticados relojes, en la mayoría de los casos destinados a edificios públicos como catedrales.

Engranaje helicoidal de Leonardo.


Leonardo da Vinci, muerto en Francia en 1519, dejó numerosos dibujos y esquemas de algunos de los mecanismos utilizados hoy diariamente, incluido varios tipos de engranajes de tipo helicoidal.
Los primeros datos que existen sobre la transmisión de rotación con velocidad angular uniforme por medio de engranajes, corresponden al año 1674, cuando el famoso astrónomo danés Olaf Roemer (1644-1710) propuso la forma o perfil del diente en epicicloide.
Robert Willis (1800-1875), considerado uno de los primeros ingenieros mecánicos, fue el que obtuvo la primera aplicación práctica de la epicicloide al emplearla en la construcción de una serie de engranajes intercambiables. De la misma manera, de los primeros matemáticos fue la idea del empleo de la evolvente de círculo en el perfil del diente, pero también se deben a Willis las realizaciones prácticas. A Willis se le debe la creación del odontógrafo, aparato que sirve para el trazado simplificado del perfil del diente de evolvente.
Es muy posible que fuera el francés Phillipe de Lahire el primero en concebir el diente de perfil en evolvente en 1695, muy poco tiempo después de que Roemer concibiera el epicicloidal. La primera aplicación práctica del diente en evolvente fue debida al suizo Leonhard Euler (1707). En 1856, Christian Schiele descubrió el sistema de fresado de engranajes rectos por medio de la fresa madre, pero el procedimiento no se llevaría a la práctica hasta 1887, a base de la patente Grant.

Transmisión antigua.


En 1874, el norteamericano William Gleason inventó la primera fresadora de engranajes cónicos y gracias a la acción de sus hijos, especialmente su hija Kate Gleason (1865-1933), convirtió a su empresa Gleason Works, radicada en Rochester (Nueva York, EEUU) en una de los fabricantes de máquinas herramientas más importantes del mundo.
En 1897, el inventor alemán Robert Hermann Pfauter (1885-1914), inventó y patentó una máquina universal de dentar engranajes rectos y helicoidales por fresa madre. A raíz de este invento y otras muchos inventos y aplicaciones que realizó sobre el mecanizado de engranajes, fundó la empresa Pfauter Company que, con el paso del tiempo, se ha convertido en una multinacional fabricante de todo tipo de máquinas-herramientas.
En 1906, el ingeniero y empresario alemán Friedrich Wilhelm Lorenz (1842-1924) se especializó en crear maquinaria y equipos de mecanizado de engranajes y en 1906 fabricó una talladora de engranajes capaz de mecanizar los dientes de una rueda de 6 m de diámetro, módulo 100 y una longitud del dentado de 1,5 m.
A finales del siglo XIX, coincidiendo con la época dorada del desarrollo de los engranajes, el inventor y fundador de la empresa Fellows Gear Shaper Company, Edwin R. Fellows (1846-1945), inventó un método revolucionario para mecanizar tornillos sin fin glóbicos tales como los que se montaban en las cajas de dirección de los vehículos antes de que fuesen hidráulicas.
En 1905, M. Chambon, de Lyon (Francia), fue el creador de la máquina para el dentado de engranajes cónicos por procedimiento de fresa madre. Aproximadamente por esas fechas André Citroën inventó los engranajes helicoidales dobles.

Tipos de engranajes.


La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Píñón recto de 18 dientes
Ejes paralelos:

Engranajes especiales. Parque de las Ciencias de Granada.


Cilíndricos de dientes rectos
Cilíndricos de dientes helicoidales
Doble helicoidales
Ejes perpendiculares
Helicoidales cruzados
Cónicos de dientes rectos
Cónicos de dientes helicoidales
Cónicos hipoides
De rueda y tornillo sinfín
Por aplicaciones especiales se pueden citar:
Planetarios
Interiores
De cremallera
Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar:
Transmisión simple
Transmisión con engranaje loco
Transmisión compuesta. Tren de engranajes
Transmisión mediante cadena o polea dentada
Mecanismo piñón cadena
Polea dentada

Características que definen un engranaje de dientes rectos
Elementos de un engranaje.

Representación del desplazamiento del punto de engrane en un engranaje recto.
Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.
Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo.
Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch, que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo.
Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.
Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.
Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.
Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como (Z). Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.
Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.
Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.
Pie del diente: también se conoce con el nombre de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.
Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.
Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.
Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum).
Angulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º ó 25º son los ángulos normalizados).
Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje
Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.
Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:
Velocidad lenta: (Rt=1/10)
Velocidad normal : (Rt=1/7-1/6)
Velocidad elevada:(Rt=1/4-1/2)
Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya altura es más pequeña que el considerado como diente normal. En los engranajes de diente corto, la cabeza del diente vale (), y la altura del pie del diente vale (M) siendo el valor de la altura total del diente ()

Fórmulas constructivas de los engranajes rectos

Diámetro primitivo:
Módulo:
Paso circular:
Número de dientes:
Diámetro exterior:
Espesor del diente:
Diámetro interior: Di = Dp − (2.1,167)
Pie del diente:
Cabeza del diente: M
Altura del diente:
Distancia entre centros:
Ecuación general de transmisión:

Involuta del círculo base
Para el movimiento que se transmite entre un par de engranes, se suponen dos rodillos en contacto, en donde no hay deslizamiento, al diámetro de estos rodillos se les conoce como diámetro primitivo dp y al círculo que se construye con dp se le conoce como círculo primitivo. Con Un diente de engrane se pretende prolongar la acción de los rodillos, y es por esa razón que el perfil que los describe es una involuta. Para el dibujado de la involuta es necesario definir primero el círculo base (ver sig. fig.).
i.- A partir del círculo primitivo Cp, en el cuadrante superior se traza una recta horizontal tangente al círculo obteniéndose el punto A.
ii.- Luego, pasando por el punto A se traza la recta de linea de contacto de ángulo Ψ (de presión).
iii.- Seguidamente se construye el círculo base concéntrico al círculo primitivo tangente a la linea de contacto, la cual fue dibujada empleando el ángulo de presión Ψ, obteniéndose así el punto B y el radio base rb (segmento OB).

Para dibujar la involuta (ver sig. fig.) debe trazarse un radio del círculo base a un ángulo θ respecto al eje x, obteniéndose así el punto B, luego dibujamos una recta tangente a círculo base a partir del punto B y de longitud igual al arco AB, en donde A es el punto de intersección del círculo base con el eje x. obtendremos entonces un punto (x,y) que pertenece al lugar geométrico de la involuta del círculo base. Si repetimos el procedimiento anterior tres veces para distintos θ y unimos los puntos (x,y) obtenidos empleando plantillas curvas, apreciaremos un bosquejo similar al mostrado en la siguiente figura.

Las ecuaciones paramétricas que modelan el lugar geométrico de la involuta del círculo base pueden expresarse como:

Engranajes cilíndricos de dientes helicoidales
Engranaje helicoidal
Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.
Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos.
Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la hélice que forma, siendo considerada la hélice como el avance de una vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice deriva el ángulo β que forma el dentado con el eje axial. Este ángulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión, los datos orientativos de este ángulo son los siguientes:
Velocidad lenta: β = (5º - 10º)
Velocidad normal: β = (15º - 25º)
Velocidad elevada: β = 30º
Las relaciones de transmisión que se aconsejan son más o menos parecidas a las de los engranajes rectos.

Fórmulas constructivas de los engranajes helicoidales cilíndricos Como consecuencia de la hélice que tienen los engranajes helicoidales su proceso de tallado es diferente al de un engranaje recto, porque se necesita de una transmisión cinemática que haga posible conseguir la hélice requerida. Algunos datos dimensionales de estos engranajes son diferentes de los rectos.

Juego de engranajes helicoidales
Diámetro exterior :
Diámetro primitivo :
Módulo normal o real:
Paso normal o real:
Ángulo de la hélice :
Paso de la hélice :
Módulo circular o aparente:
Paso circular aparente:
Paso axial:
Número de dientes:
Los demás datos tales como adendum, dedendum y distancia entre centros, son los mismos valores que los engranajes rectos.

Engranajes helicoidales dobles

Vehículo Citroën con el logotipo de rodadura de engranajes helicoidales dobles
Este tipo de engranajes fueron inventados por el fabricante de automóviles francés André Citroën, y el objetivo que consiguen es eliminar el empuje axial que tienen los engranajes helicoidales simples. Los dientes de los dos engranajes forman una especie de V.
Los engranajes dobles son una combinación de hélice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane helicoidal doble.
Un engrane de doble hélice sufre únicamente la mitad del error de deslizamiento que el de una sola hélice o del engranaje recto. Toda discusión relacionada a los engranes helicoidales sencillos (de ejes paralelos) es aplicable a los engranajes helicoidales dobles, exceptuando que el ángulo de la hélice es generalmente mayor para los helicoidales dobles, puesto que no hay empuje axial.
Con el método inicial de fabricación, los engranajes dobles, conocidos como engranajes de espina, tenían un canal central para separar los dientes opuestos, lo que facilitaba su mecanizado. El desarrollo de las máquinas talladoras mortajadoras por generación, tipo Sykes, hace posible tener dientes continuos, sin el hueco central. Como curiosidad, la empresa Citroën ha adaptado en su logotipo la huella que produce la rodadura de los engranajes helicoidales dobles.

Engranajes cónicos
Engranaje cónico
Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan. Los datos de cálculos de estos engranajes están en prontuarios específicos de mecanizado.


Engranajes cónicos de dientes rectos

Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco.

Engranaje cónico helicoidal
Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.

Engranaje cónico hipoide

Engranaje cónico hipoide
Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales (Gleason)

Tornillo sin fin y corona

Tornillo sin fin de montacargas
Artículo principal: Tornillo sin fin
Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cruzan a 90º. Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Este mecanismo si transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción.
El número de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado.
Tornillo sin fin y corona glóbicos

Tornillo sin fin y corona glóbica
Con el fin de convertir el punto de contacto en una línea de contacto y así distribuir mejor la fuerza a transmitir, se suelen fabricar tornillos sin fin que engranan con una corona glóbica.
Otra forma de distribuir la fuerza a transmitir es utilizar como corona una rueda helicoidal y hacer el tornillo sin fin glóbico, de esta manera se consigue aumentar el número de dientes que están en contacto.
Finalmente también se produce otra forma de acoplamiento donde tanto el tornillo sin fin como la corona tienen forma glóbica consiguiendo mejor contacto entre las superficies.
Mecanizado de coronas y tornillos sin fin
El mecanizado de las coronas de engranaje de tornillo sin fin se puede realizar por medio de fresas normales o por fresas madre. El diámetro de la fresa debe coincidir con el diámetro primitivo del tornillo sin fin con la que engrane si se desea que el contacto sea lineal. El mecanizado del tornillo sin fin se puede hacer por medio de fresas biocónicas o fresas frontales. También se pueden mecanizar en el torno de forma similar al roscado de un tornillo. Para el mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se utiliza el procedimiento de generación que tienen las máquinas Fellows.

Engranajes interiores

Mecanismo de engranajes interiores
Los engranajes interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, un engranaje pequeño con pocos dientes. Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular.[13] El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación.

Mecanismo de cremallera
Artículo principal: cremallera

Cremallera
El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera. Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.
v = (n * z * p) / 60[m / s]
n:velocidad angular. z:número de dientes de la rueda dentada. p:paso.

Engranaje loco o intermedio

Detalle de engranaje intermedio loco
En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje impulsor que se llama eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Esto muchas veces en las máquinas no es conveniente que sea así, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión. Un ejemplo de rueda o piñón intermedio lo constituye el mecanismo de marcha atrás de los vehículos impulsados por motores de combustión interna, también montan engranajes locos los trenes de laminación de acero. Los piñones planetarios de los mecanismos diferenciales también actúan como engranajes locos intermedios.

Mecanismo piñón cadena

Eslabón de una cadena
Este mecanismo es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, que estén bastante separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas cuando lo importante sea evitar el deslizamiento entre la rueda conductora y el mecanismo de transmisión (en este caso una cadena).
El mecanismo consta de una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con ruedas dentadas (piñones) que están unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido.

Juego de piñones de bicicleta
Las cadenas empleadas en esta transmisión suelen tener libertad de movimiento solo en una dirección y tienen que engranar de manera muy precisa con los dientes de los piñones. Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales plásticos).
Para la relación de transmisión valen las ecuaciones de las ruedas dentadas
Ventajas e inconvenientes
Este sistema aporta beneficios sustanciales respecto al sistema correa-polea, pues al emplear cadenas que engranan en los dientes de los piñones se evita el deslizamiento que se producía entre la correa y la polea. Presenta la gran ventaja de mantener la relación de transmisión constante (pues no existe deslizamiento) incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes (caso de motos y bicicletas), lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento). Además, las cadenas no necesitan estar tan tensas como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos de los piñones.
Presenta el inconveniente de ser más costoso, más ruidoso y de funcionamiento menos flexible, al no permitir la inversión del sentido de giro ni la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase) adecuada.

Poleas dentadas


Transmisión por poleas dentadas
Para la transmisión entre dos ejes que estén separados a una distancia donde no sea económico o técnicamente imposible montar una transmisión por engranajes se recurre a un montaje con poleas dentadas que mantienen las mismas propiedades que los engranajes es decir, que evitan el patinamiento y mantienen exactitud en la relación de transmisión.
Los datos más importantes de las poleas dentadas son:
Número de dientes, paso, y ancho de la polea
El paso es la distancia entre los centros de las ranuras y se mide en el círculo de paso de la polea. El círculo de paso de la polea dentada coincide con la línea de paso de la banda correspondiente.
Las poleas dentadas se fabrican en diversos materiales tales como aluminio, acero y fundición.
Las poleas dentadas normalizadas se fabrican en los siguientes pasos en pulgadas: MXL: Mini Extra Ligero (0.080"), XL: Extra Ligero (0.200"), L: Ligero (0.375"), H: Pesado (0.500"), XH: Extra Pesado (0.875") y XXH: Doble Extra Pesado (1.250").
Los pasos métricos son los siguientes:
T2,5 (Paso 2,5 mm), T5 (Paso 5 mm), T10 (Paso 10mm) y T20 (Paso 20 mm).


Ejes estriados

Transmisión por ejes estriados
Se denominan ejes estriados (splined shaft) a los ejes que se les mecaniza unas ranuras en la zona que tiene para acoplarse con un engranaje u otros componentes para dar mayor rigidez al acoplamiento que la que produce un simple chavetero. Estos ejes estriados no son en si un engranaje pero la forma de mecanizarlos es similar a la que se utilizan para mecanizar engranajes y por eso forman parte de este artículo. Los ejes estriados se acoplan a los agujeros de engranajes u otros componentes que han sido mecanizados en brochadoras para que el acoplamiento sea adecuado. Este sistema de fijación es muy robusto. Se utiliza en engranajes de cajas de velocidades y en palieres de transmisión. Hay una norma que regula las dimensiones y formato de los ejes estriados que es la norma DIN-5643.

Aplicaciones de los engranajes

Caja de velocidades
Existe una gran variedad de formas y tamaños de engranajes, desde los más pequeños usados en relojería e instrumentos científicos (se alcanza el módulo 0,05) a los de grandes dimensiones, empleados, por ejemplo, en las reducciones de velocidad de las turbinas de vapor de los buques, en el accionamiento de los hornos y molinos de las fábricas de cemento, etc.
El campo de aplicación de los engranajes es prácticamente ilimitado. Los encontramos en las centrales de producción de energía eléctrica, hidroeléctrica y en los elementos de transporte terrestre: locomotoras, automotores, camiones, automóviles, transporte marítimo en buques de todas clases, aviones, en la industria siderúrgica: laminadores, transportadores, etc., minas y astilleros, fábricas de cemento, grúas, montacargas, máquinas-herramientas, maquinaria textil, de alimentación, de vestir y calzar, industria química y farmacéutica, etc., hasta los más simples movimientos de accionamiento manual.
Toda esta gran variedad de aplicaciones del engranaje puede decirse que tiene por única finalidad la transmisión de la rotación o giro de un eje a otro distinto, reduciendo o aumentando la velocidad del primero.
Incluso, algunos engranes coloridos y hechos de plástico son usados en algunos juguetes educativos.

Bomba hidráulica

Artículo principal: Bomba (hidráulica)

Bomba hidráulica
Una bomba hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica.
Hay un tipo de bomba hidraúlica que lleva en su interior un par de engranajes de igual número de dientes que al girar provocan que se produzca el trasiego de aceites u otros líquidos. Una bomba hidráulica la equipan todas las máquinas que tengan circuitos hidráulicos y todos los motores térmicos para lubricar sus piezas móviles.

Mecanismo diferencial
Artículo principal: Mecanismo diferencial

Mecanismo diferencial


El mecanismo diferencial tiene por objeto permitir que cuando el vehículo dé una curva sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin patinar sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorren un espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas.
El mecanismo diferencial está constituido por una serie de engranajes dispuestos de tal forma que permite a las dos ruedas motrices de los vehículos girar a velocidad distinta cuando circulan por una curva. Así si el vehículo toma una curva a la derecha, las ruedas interiores giran más despacio que las exteriores, y los satélites encuentran mayor dificultad en mover los planetarios de los semiejes de la derecha porque empiezan a rotar alrededor de su eje haciendo girar los planetarios de la izquierda a una velocidad ligeramente superior. De esta forma provocan una rotación más rápida del semieje y de la rueda motriz izquierda. El mecanismo diferencial está constituido por dos piñones cónicos llamados planetarios, unidos a extremos de los palieres de las ruedas y otros dos piñones cónicos llamados satélites montados en los extremos de sus eje porta satélites y que se engranan con los planetarios.
Una variante del diferencial convencional está constituida por el diferencial autoblocante que se instala opcionalmente en los vehículos todo-terreno para viajar sobre hielo o nieve o para tomar las curvas a gran velocidad en caso de los automóviles de competición.[20]

Caja de velocidades
Artículo principal: Caja de cambios

Eje secundario de caja de cambios
En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades es el elemento encargado de acoplar el motor y el sistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción generalmente es la reducción de velocidad de giro e incremento del torque.
Los dientes de los engranajes de las cajas de cambio son helicoidales y sus bordes están redondeados para no producir ruido o rechazo cuando se cambia de velocidad. La fabricación de los dientes de los engranajes es muy cuidada para que sean de gran duración. Los ejes del cambio están soportados por rodamientos de bolas y todo el mecanismo está sumergido en aceite denso para mantenerse continuamente lubricado.

Reductores de velocidad

Mecanismo reductor básico
El problema básico de las máquinas es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por los equipos de las máquinas. Además de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y la potencia mecánica a transmitir.
Para potencias bajas se utilizan moto-reductores que son equipos formados por un motor eléctrico y un conjunto reductor integrado.
Para potencias mayores se utilizan equipos reductores separados del motor. Los reductores consisten en pares de engranajes con gran diferencia de diámetros, de esta forma el engrane de menor diámetro debe dar muchas vueltas para que el de diámetro mayor de una vuelta, de esta forma se reduce la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite este proceso colocando varios pares de engranes conectados uno a continuación del otro.
El reductor básico está formado por mecanismo de tornillo sinfín y corona. En este tipo de mecanismo el efecto del rozamiento en los flancos del diente hace que estos engranajes tengan los rendimientos más bajos de todas las transmisiones; dicho rendimiento se sitúa entre un 40 y un 90% aproximadamente, dependiendo de las características del reductor y del trabajo al que está sometido.

Factores que elevan el rendimiento:
Ángulos de avance elevados en el tornillo.
Rozamiento bajo (buena lubricación) del equipo.
Potencia transmitida elevada.
Relación de transmisión baja (factor más determinante).
Existen otras disposiciones para los engranages en los reductores de velocidad, estas se denominan conforme a la disposición del eje de salida (eje lento) en comparación con el eje de entrada (eje rápido). Así pues serían los llamados reductores de velocidad de engranajes coaxiales, paralelos, ortogonales y mixtos (paralelos + sin fin corona). En los trenes coaxiales, paralelos y ortogonales se considera un rendimiento aproximado del 97-98%, en los mixtos se estima entre un 70% y un 90% de rendimiento.
Además, existen los llamados reductores de velocidad de disposicíon epicicloidal, técnicamente son de ejes coaxiales y se distinguen por su formato compacto, alta capacidad de trasmisión de par y su extrema sensibilidad a la temperatura.
Las cajas reductoras suelen fabricarse en fundición gris dotándola de retenes para que no salga el aceite del interior de la caja.
Características de los reductores
Potencia, en Kw o en Hp, de entrada y de salida.
Velocidad, en RPM, de entrada y de salida.
Velocidad a la salida.(RPM)
Relación de transmisión
Factor de seguridad o de servicio (Fs)
Par transmitido (Mn1- Eje rápido) (Mn2-Eje lento)

Mecanizado de engranajes

Tallado de dientes

Tallado de un engranaje helicoidal con fresa madre.

Fresa para tallar engranajes
Como los engranajes son unos mecanismos que se incorporan en la mayoría de máquinas que se construyen y especialmente en todas las que llevan incorporados motores térmicos o eléctricos, hace necesario que cada día se tengan que mecanizar millones de engranajes diferentes, y por lo tanto el nivel tecnológico que se ha alcanzado para mecanizar engranajes es muy elevado tanto en las máquinas que se utilizan como en las herramientas de corte que los conforman.
Antes de proceder al mecanizado de los dientes los engranajes han pasado por otras máquinas herramientas tales como tornos o fresadoras donde se les ha mecanizado todas sus dimensiones exteriores y agujeros si los tienen, dejando los excedentes necesarios en caso de que tengan que recibir tratamiento térmico y posterior mecanizado de alguna de sus zonas.
El mecanizado de los dientes de los engranajes a nivel industrial se realizan en máquinas talladoras construidas ex-profeso para este fin, llamadas fresas madres.
Características técnicas de la talladora LC-500 LIEBHERR (Ejemplo)
Características técnicas talladora engranajes
Módulo: 12/14
Diámetro engranaje: 500 mm
Recorrido axial: 1000 mm
Curso schift: 220/300 mm
Diámetro fresa de corte: 210 mm
Longitud fresa de corte: 260 mm
Velocidad de giro: 1000 r.p.m.

Fresa modular para tallado de dientes en fresadora universal

Mecanismo divisor para el tallado de engranaje en fresadora universal
El tallado de engranajes en fresadora universal con mecanismo divisor, prácticamente no se utiliza, sin embargo el fresado de ejes estriados con pocas estrías tales como los palieres de las ruedas de camiones, si se puede hacer en fresadora universal pero con un mecanismo divisor automático y estando también automatizado todo el proceso de movimientos de la fresadora.
Los engranajes normales cilíndricos tanto rectos como helicoidales se mecanizan en talladoras de gran producción y precisión, cada talladora tiene sus constantes y sus transmisiones adecuadas para fabricar el engranaje que se programe. Tipo Liebherr, Hurth, Pfauter, etc.
Los engranajes interiores no se pueden mecanizar en la talladoras universales y para ese tipo de mecanizados se utilizan unas talladoras llamadas mortajadoras por generación, tipo Sykes.
Para los engranajes cónicos hipoides se utilizan máquinas talladoras especiales tipo Gleason.[23]
Para el mecanizado de tornillos sinfín glóbicos se pueden utilizar máquinas especiales tipo Fellows.

Chaflanado y redondeado de dientes
Esta operación se realiza especialmente en los engranajes desplazables de las cajas de velocidad para facilitar el engrane cuando se produce el cambio de velocidad. Hay máquinas y herramientas especiales (Hurth) que realizan esta tarea.

Rectificado de los dientes de los engranajes
El rectificado de los dientes cuando es necesario hacerlo, se realiza después de haber sido endurecida la pieza en un proceso de tratamiento térmico adecuado y se puede realizar por rectificación por generación y rectificación de perfiles o con herramientas CBN repasables o con capa galvanizada.
Los rectificados de engranajes con muelas y de perfiles es una tecnología muy avanzada y ha logrado una capacidad notoria con la utilización de modernas herramientas de corindón aglutinado.

Bruñido
El bruñido de los engranajes se aplica a aquellos que están sometidos a grandes resistencias, por ejemplo el grupo piñón-corona hipoide de las transmisiones de los camiones o tractores. El bruñido genera una geometría final de los dientes de alta calidad en los engranajes que han sido endurecidos, al mismo tiempo que mejora el desprendimiento y las estructuras de las superficies.

Afilado de fresas
Las fresas que se utilizan para tallar engranajes son de perfil constante, lo que significa que admiten un número muy elevado de afilados cuando el filo de corte se ha deteriorado. Existe en el mercado una amplia gama de afiladoras para todos los tipos de herramientas que se utilizan en el mecanizado de los engranajes. La vida útil de las herramientas es uno de los asuntos más significativos con respecto a los costos y a la disponibilidad de producción. Las afiladoras modernas están equipadas, por ejemplo, con accionamientos directos, motores lineares y sistemas digitales de medición.

Técnicas de recorrido del material
En las industrias modernas y automatizadas de mecanizados la técnica de recorrido de material comprende la manipulación automática de piezas de trabajo en los sistemas de producción incluso la carga y descarga de máquinas-herramientas así como el almacenamiento de piezas.

Gestión económica del mecanizado de engranajes
Cuando los ingenieros diseñan una máquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado.
La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnológico ha tenido como objetivo conseguir la máxima calidad posible de los componentes así como el precio más bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado.
Para reducir el coste del mecanizado de los engranajes se ha actuado en los siguientes frentes:
Conseguir materiales cada vez mejor mecanizables, materiales que una vez mecanizados en blando son endurecidos mediante tratamientos térmicos que mejoran de forma muy sensible sus prestaciones mecánicas de dureza y resistencia principalmente.
Conseguir herramientas de corte de una calidad extraordinaria que permite aumentar de forma considerable las condiciones tecnológicas del mecanizado, o sea, más revoluciones de la herramienta de corte, más avance de trabajo, y más tiempo de duración de su filo de corte.
Conseguir talladoras de engranajes más robustas, rápidas, precisas y adaptadas a las necesidades de producción que consiguen reducir sensiblemente el tiempo de mecanizado así como conseguir piezas de mayor calidad y tolerancia más estrechas.
Para disminuir el índice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al máximo el trabajo de las talladoras, construyendo talladoras automáticas muy sofisticadas o guiadas por control numérico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.

Cálculo de engranajes
Artículo principal: Cálculo de engranajes
Se llama cálculo de engranajes a las operaciones de diseño y cálculo de la geometría de un engranaje, para su fabricación. Principalmente los diámetros y el perfil del diente. También se consideran los cálculos de las transmisiones cinemáticas que hay que montar en las máquinas talladoras de acuerdo a las características que tenga el engranaje, y que está en función de las características de la máquina talladora que se utilice.

Relaciones de transmisión
Artículo principal: Velocidad de transmisión

Transmisión compuesta
Hay tres tipos de transmisiones posibles que se establecen mediante engranajes:
Transmisión simple
Transmisión con piñón intermedio o loco
Transmisión compuesta por varios engranajes conocido como tren de engranajes.
La transmisión simple la forman dos ruedas dentadas, el sentido de giro del eje conducido es contrario al sentido de giro del eje motor, y el valor de la relación de transmisión es:
Ecuación general de transmisión:
La transmisión con piñón intermedio o loco está constituida por tres ruedas dentadas, donde la rueda dentada intermedia solamente sirve para invertir el sentido de giro del eje conducido y hacer que gire en el mismo sentido del eje motor. La relación de transmisión es la misma que en la transmisión simple.
La transmisión compuesta se utiliza cuando la relación de transmisión final es muy alta, y no se puede conseguir con una transmisión simple, o cuando la distancia entre ejes es muy grande y sería necesario hacer ruedas dentadas de gran diámetro. La transmisión compuesta consiste en ir intercalando pares de ruedas dentadas unidas entre el eje motor y el eje conducido. Estas ruedas dentadas giran de forma libre en el eje que se alojan pero están unidos de forma solidaria los dos ruedas dentadas de forma que uno de ellos actúa de rueda dentada motora y el otro actúa como rueda dentada conducida. La relación de transmisión de transmisiones compuestas es:
Ecuación general de transmisión:

Tratamiento térmico de los engranajes
Artículo principal: Tratamiento térmico
Los engranajes están sometidos a grandes presiones tanto en la superficie de contacto y por eso el tratamiento que la mayoría de ellos recibe consiste en un tratamiento térmico de cementación o nitruración con lo cual se obtiene una gran dureza en la zona de contacto de los dientes y una tenacidad en el núcleo que evite su rotura por un sobreesfuerzo.
La cementación consiste en efectuar un calentamiento prolongado en un horno de atmósfera controlada y suministrarle carbono hasta que se introduzca en la superficie de las piezas a la profundidad que se desee. Una vez cementada la pieza se la somete a temple, con lo cual se obtiene gran dureza en la capa exterior, ideal para soportar los esfuerzos de fricción a que se someten los engranajes.
Los engranajes que se someten a cementación están fabricados de aceros especiales adecuados para la cementación.
Otra veces el tratamiento térmico que se aplica a los engranajes es el de nitruración, que está basado en la acción que ejercen sobre la superficie exterior de las piezas la acción del carbono y del nitrógeno. La nitruración reduce la velocidad crítica de enfriamiento del acero, alcanzando un mayor grado de dureza una pieza nitrurada y templada que cementada y templada, aun para un mismo tipo de material.
En la actualidad, y particularmente en la industria de la automoción, se están supliendo aceros aleados por aceros más sencillos dadas las grandes ventajas técnicas que ofrece la nitruración (elevadas durezas, regularidades de temple, menos deformaciones...). En los procesos de nitruración se puede obtener capas entre 0.1-0.6mm., siendo las durezas en la periferia del orden de los 60-66 HRC.
La nitruración es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el nitrógeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formación de los nitruros que forman el nitrógeno y los elementos presentes en los aceros sometido a tratamiento.
A veces hay engranajes que se les aplica un temple por inducción donde el calentamiento es limitado a la zona a tratar y es producido por corrientes alternativas inducidas. Cuando se coloca un cuerpo conductor dentro del campo de una bobina o de un solenoide con corrientes de media o alta frecuencia, el cuerpo es envuelto por una corriente inducida, la cual produce el calentamiento. Para ello se emplea inductores que tienen la forma apropiada de la dentadura que queremos tratar.
La ausencia de todo contacto entre el inductor y la pieza sometida a calentamiento permite la obtención de concentraciones del orden de los 25.000 W cm-2. La velocidad de calentamiento es casi unas 15 veces más rápida que por soplete. Para templar una pieza por inducción será necesario que tenga un espesor por lo menos unas diez veces superior al espesor que se desea templar. El éxito de un buen temple reside en acertar con la frecuencia de corriente de calentamiento, para que ésta produzca una concentración suficiente de corriente inducida en la zona a templar.
El sistema que se emplea en el calentamiento es en dos ciclos. 10.000 ciclos para el calentamiento de la base de los dientes y 375.000 para el calentamiento de la periferia. Después de efectuados los dos calentamientos el engrane es sumergido en agua o aceite en función del tipo de acero que sea.
Una posibilidad que existe para solucionar los problemas que aparecen en los engranajes ha sido el níquel químico. Los depósitos de níquel le confieren a la pieza tratada una buena resistencia a la corrosión, una gran resistencia a la fricción y una gran dureza con ayuda de unos precipitados concretos. El niquelado químico se consigue que las capas sean uniformes, siempre y cuando todas las partes de la pieza estén en contacto con la solución y la composición de esta se mantenga constante, y el espesor de esta capa varía según el tiempo de tratamiento y la composición. Las piezas antes de ser tratadas deben de pasar por otras fases como pueden ser el decapado, ataque, para garantizar su adhesión, y otra cosa a tener en cuenta es que el niquelado químico reproduce en la superficie la rugosidad de la pieza tratada.

Verificación de engranajes
La verificación de engranajes consiste en poder controlar los distintos parámetros que lo definen.
Para medir el espesor cordal se utilizan pie de rey de doble nonio y micrómetros de platillo.
La medición del espesor de los dientes mediante pie de rey de doble nonio, sólo se utiliza por lo general cuando se trata engranajes de módulo grande y mecanizado de desbaste.
Para medir el espesor de engranajes de precisión se utiliza un micrómetro de platillo y se selecciona el número de dientes a abrazar para que el contacto entre los flancos de los dientes y los platillos se produzca en la circunferencia primitiva.
La medición mediante comparadores se utiliza con patrones de puesta a punto para cada operación de control.
La verificación en proyector de perfiles se utiliza para medir sobre la imagen amplificada o verificar utilizando plantillas adecuadas todas las características del engranaje.
La medición de la excentricidad de un engranaje que es el descentramiento del diámetro primitivo respecto al eje de referencia de la pieza, se puede verificar:
Con comparador y varilla calibrada
Por rodadura contra un perfil patrón.
Los engranajes maestros se clasifican en varias calidades de acuerdo con DIN3790 y 58420. Sus dientes una vez mecanizados pasan por un proceso de súper acabado. Durante la medición según este principio los engranajes a controlar se hacen engranar con engranajes maestros.[30]

Lubricación de engranajes
Artículo principal: Lubricante
Las transmisiones por engranajes principalmente las que están sometidas a un gran esfuerzo y funcionamiento de gran velocidad tienen que tener el lubricante adecuado para poder contribuir a conservar sus propiedades mecánicas durante el uso:
La clasificación de los lubricantes de transmisión de uso industrial se realiza según diferentes criterios:

Especificaciones técnicas de los lubricantes
Las especificaciones de los lubricantes de transmisión difieren ligeramente según el ente que las haya emitido.
En Europa las especificaciones más conocidas son las que la norma DIN 51517 define como LUBRICANTES tipo CLP. A los propósitos de esta norma, LUBRICANTES CLP son aquellos basados en aceite mineral incluyendo aditivos diseñados para aumentar las propiedades anticorrosivas (Símbolo C), aumentar la resistencia al envejecimiento (Símbolo L), y disminuir el desgaste (Símbolo P)". Esta norma define las viscosidades para los grados ISO 68, 100, 150, 220, 380, 460, y 680.

Elección del lubricante y su viscosidad más adecuada
El primer indicador del lubricante a utilizar en un determinado equipo debe ser siempre la recomendación del fabricante que lo ha diseñado y conoce sus necesidades. La elección de la adecuada viscosidad para un sistema de engranajes de dientes rectos o helicoidales es dependiente de
potencia expresada en kW o HP
reducciones múltiples o simples
velocidad expresada en rpm
tipo de lubricación (circulación o salpicado)

Mantenimiento preventivo de las transmisiones
El cambio de lubricantes y el mantenimiento de los niveles en las cajas de transmisiones por engranajes forma parte del mantenimiento preventivo que hay que realizar a todo tipo de máquinas después de un periodo de funcionamiento. Este mantenimiento puede tener una frecuencia en horas de funcionamiento, en kilómetros recorridos o en tiempo cronológico, semanal, mensualmente o anualmente.

Deterioro y fallo de los engranajes

Muestra animada de una rotura por fatiga.
Como todo elemento técnico el primer fallo que puede tener un engranaje es que no haya sido calculado con los parámetros dimensionales y de resistencia adecuada, con lo cual no es capaz de soportar el esfuerzo al que está sometido y se deteriora o rompe con rapidez.
El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con el que ha sido fabricado no reúne las especificaciones técnicas adecuadas principalmente las de resistencia y tenacidad.
También puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se ha fabricado con las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido montado y ajustado en la forma adecuada.
Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje es que no se le haya efectuado el mantenimiento adecuado con los lubricantes que le sean propios de acuerdo a las condiciones de funcionamiento que tenga
Otra causa de deterioro es que por un sobresfuerzo del mecanismo se superen los límites de resistencia del engranaje
La capacidad de transmisión de un engranaje viene limitada:
Por el calor generado, (calentamiento)
Fallo de los dientes por rotura ( sobreesfuerzo súbito y seco)
Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricación deficiente y dureza inadecuada)
Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y cargas fuertes.
Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes están relacionadas con problemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinación de ambos. Las fallas relacionadas con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse a la desalineación o desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos.

jueves, 20 de agosto de 2009

Tarea

Diferencial
El mecanismo diferencial tiene por objeto permitir que cuando el vehículo dé una curva sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin patinamiento sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorren un espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas. El diferencial reparte el esfuerzo de giro de la transmisión entre los semiejes de cada rueda, actuando como un mecanismo de balanza; es decir, haciendo repercutir sobre una de las dos ruedas el par, o bien las vueltas o ángulos de giro que pierda la otra. Esta característica de funcionamiento supone la solución para el adecuado reparto del par motor entre ambas ruedas motrices cuando el vehículo describe una curva, pero a la vez se manifiesta como un serio inconveniente cuando una de las dos ruedas pierde su adherencia con el suelo total o parcialmente.
En estas circunstancias, cuando por ejemplo una de las dos ruedas del eje motriz rueda momentáneamente sobre una superficie deslizante (hielo, barro, etc), o bien se levanta en el aire (a consecuencia de un bache o durante el trazado de una curva a alta velocidad), la característica de balanza del diferencial da a lugar que el par motor se concentre en la rueda cuya adherencia se ha reducido. Esta rueda tiende a embalarse, absorbiendo todo el par, mientras que la opuesta permanece inmóvil, lo que se traduce en pérdida de tracción del coche.
El diferencial autoblocante tiene como objetivo resolver este importante problema de pérdida de tracción
En la actualidad los diferenciales autoblocantes han sido desplazados por los Controles de tracción electrónicos (TCS, ASC+T, ASR, EDS), los cuales detectan con los captadores de ABS la rueda que patina, frenando la misma y mandando el exceso de par a la otra rueda, de igual forma que haría un diferencial autoblocante.El control de tracción reduce la potencia del motor si el efecto de frenar una rueda no es suficiente, para reducir el par que recibe y canalizarlo adecuadamente de esta forma a la rueda adecuada. De este modo la extensión del uso del ABS/EDS a sustituido los diferenciales autoblocantes.
Solo vehículos de altas prestaciones y racing siguen montando diferenciales autoblocantes, ya que se descarga el trabajo de los frenos, e incluso aumenta la capacidad de transmisión de potencia, pero encareciendo el montaje. Por ejemplo el diferencial Torsen se combina muy bien con lo controles de tracción electrónicos, además de descargar de trabajo a estos como hemos dicho antes, consigue la máxima transferencia del par a las ruedas sin que lleguen a deslizarse, consiguiendo aceleraciones muy rápidas y progresivas.

Tipos de diferenciales autoblocantes:

Diferenciales de deslizamiento limitado (viscoso o ferguson y autoblocantes mecánicos)

Diferenciales torsen

Diferenciales de deslizamiento controlado (embragues multidisco)

Diferenciales de deslizamiento limitado (LSD Limited Slip Diferential).

Diferenciales autoblocantes mecánicos.
Estos diferenciales se suelen montar en vehículos de tracción trasera, de gran potencia, ya que son susceptibles de perder adherencia durante aceleraciones fuertes en una de las ruedas, siendo necesario el enclavamiento de este a determinado valor, para evitar un deslizamiento excesivo que generaría un sobreviraje.Mediante la adopción de este, se mejora la transmisión de esfuerzo, a la vez que evita un patinaje continuo de la rueda con menos adherencia y sus consecuencias para la estabilidad.
De entre los diversos tipos de diferenciales autoblocantes que existen (por conos de fricción, por discos de fricción, por acople lateral estriado), sin duda el más utilizado y posiblemente el mas eficaz es el Thotnton Powr-Lok, llamado también “de discos de fricción”. En este diferencial de cruzan uno sobre otro, pero constituyendo dos piezas independientes, a diferencia de los diferenciales corrientes, donde forman una pieza única con cuatro brazos. Los extremos de ambos ejes en la zona de acoplamiento en la caja de satélites van tallados con dos planos formando una “V”. Los alojamientos para cada eje en la caja del diferencial están sobredimensionados, de modo que el eje entre con una considerable holgura. Estos alojamientos presentan además dos rampas talladas formando también una “V” de idéntico ángulo que la existente en los ejes.
Los piñones satélites planetarios son análogos a los de un diferencial convencional. Cada piñón planetario se acopla sobre sendos bujes estriados, que a su vez encajan sobre cada una de las dos mitades de la caja diferencial. Entre cada mitad de la caja y el buje estriado correspondiente existe un embrague compuesto por discos de fricción y arandelas elásticas de acero, o bien (como es el caso del conjunto que aparece el la secuencia fotográfica inferior de montaje y desmontaje) pequeños muelles helicoidales alojados en las carcasas.

Actuación del sistema de bloqueoCuando las dos ruedas gozan de similar adherencia, los ejes deslizantes de los satélites están sometidos a un esfuerzo que tiende a hacerlos subir por las rampas en “V”, pero sin embargo, como ambos se cruzan uno por delante del otro, el efecto de cada uno se contrapone, permaneciendo ambos equilibrados en el fondo de la “V”.
Los embragues de cada planetario están calculados para permitir un cierto resbalamiento mientras no se produzca la total pérdida de adherencia de una de las dos ruedas. Así, cuando el coche da una curva, este pequeño resbalamiento permite que la rueda exterior gire algo mas de prisa que la interior, comportándose el dispositivo como un diferencial convencional. En el momento en que una de las dos ruedas pierde adherencia, los satélites tienden a girar entre los planetarios y la tensión a que estaban sometidos los ejes de los primeros disminuye.
La posición de equilibrio de los ejes de satélites se rompe y entonces el eje del lado de la rueda que todavía tiene adherencia sube por las rampas en “V”, ejerciendo un empuje sobre el piñón planetario que se aplica ahora con fuerza sobre su cubo estriado. Este movimiento aprieta el embrague de placas de este lado y el planetario se hace solidario de la caja diferencial, anulándose en parte, por tanto, el efecto diferencial.
Los diferenciales autoblocantes tienen un valor de diseño a partir del cual este alcanza su blocaje (un diferencial convencional tendría un valor de bloqueo nulo 0% y los autoblocantes a partir de 25% hasta aprox. el 70%). Para establecer el valor a partir del cual se bloquea este mecanismo, se basan no en el exceso de par a cada semieje, sino en la diferencia de revoluciones que este genera. Es decir, los diferenciales autoblocantes, son diferenciales que permiten el reparto de revoluciones a cada semieje, pero se bloquean cuando aumentan las revoluciones de un eje frente al otro en un determinado valor.

Diferencial autoblocante por discos de fricción.
Con estos diferenciales se consiguen mejorar la siguientes condiciones de marcha del vehículo:
Se evita, en gran parte, que una rueda patine al arrancar o durante la marcha con mala adherencia de la calzada.
Se evita igualmente que una rueda patine al saltar por encima de desigualdades de la calzada.
Se elimina el peligro de patinar al conducir a altas velocidades con una adherencia a la calzada distinta en las ruedas motrices, lo que vale, principalmente para vehículos de gran potencia.
Las características de marcha invernal (nieve, hielo, etc.) se han mejorado considerablemente.
El diferencial autoblocante de láminas funciona de modo automático, sin intervención alguna del conductor.
Estos diferenciales tienen un valor de bloqueo, según el tipo de vehículo, entre aprox. 25% y 75%. El efecto de bloqueo se refiere a la fricción interna de los dos paquetes de discos dispuestos en el cárter del diferencial, en régimen de dependencia del par de apriete. El par pasa de piñón cónico de ataque a la corona (grupo piñón-corona), y de ahí al cárter del diferencial autoblocante, a través de los dos discos de empuje (presión) a los dos ejes portasatélites, de estos a los satélites, pasando a los piñones planetarios y de aquí a los palieres (semiejes).
El efecto de bloqueo se produce porque el par que pasa al diferencial no va directamente al eje portasatélites (7) y satélites (8), como en un diferencial normal, sino a través de dos discos de empuje (5) que se encuentran en el cárter del diferencial, apretados de manera que no puedan girar pero sí desplazarse en dirección axial.Puesto que los discos exteriores (3) están unidos, sin poder girar, con el cárter del diferencial (por las ranuras longitudinales) y las laminas interiores con los piñones planetarios (6) o de ataque, se dificulta el giro relativo en dirección al diferencial. Las fuerzas de expansión producen en los acoplamientos de discos de fricción (discos interiores y exteriores) un par de bloqueo dependiente de la carga, que está siempre en relación con el par de impulsión. El efecto de bloqueo se adapta siempre al par motor cambiante y también el aumento de par en las distintas marchas.
Los diferenciales autoblocantes disponen de una o dos arandelas elásticas (9), mediante las cuales se forma un par de bloqueo constante con una antecarga axial de los discos. Estas arandelas elásticas ejercen, en condiciones extremadamente difíciles, un efecto de bloqueo inmediato, que representa una gran ventaja con estado de la calzada extremadamente deficiente y una mala adherencia entre rueda sueloLos diferenciales autoblocantes montados como equipo opcional, o de serie en los vehículos, disponen de un valor de bloqueo de de aprox. 40% hasta el 75%. Constituyen una excepción los diferenciales autoblocantes en vehículos con tracción delantera, en los que el valor de bloqueo es de aprox. 25%.Estos diferenciales no necesitan mantenimiento alguno, aunque en los vehículos que se conducen en condiciones de servicio superiores (policía, taxis, etc.) se recomienda un cambio de aceite del eje trasero cada 30.000 km.

Diferencial viscoso o Ferguson.
Este diferencial autoblocante suele utilizarse como diferencial central en vehículos con tracción a las 4 ruedas. Está constituido por una carcasa solidaria al árbol de transmisión que encierra unos discos, de los cuales, unos están unidos a la carcasa y otros al portadiscos solidario al eje de salida, los discos de ambas series van intercalados y con hendiduras y taladros, a través de los cuales puede pasar el aceite silicona mezclado con un 20% de aire, que llena todo el conjunto.

Una parte del conjunto es solidaria a las ruedas de un eje y la otra a las ruedas de otro eje. En marcha recta las ruedas traseras se ven arrastradas por las del tren que recibe la tracción a través de su contacto con el suelo, generándose una pequeña aportación de par a través del aceite silicona.Cuando uno de los ejes pierde tracción el deslizamiento que se genera entre los discos alternos hace aumentar la temperatura y presión en el aceite silicona que los envuelve, aumentando las fuerzas de cizalladura, arrastrando los discos conductores a los conducidos, consiguiéndose un giro solidario entre ambos.El momento de actuación lo determina el número de discos, los taladros y el aire que tengan mezclado, no recibiendo en funcionamiento normal nada mas que una pequeña parte del par a través de él, apenas un 10%. Este diferencial es el mas usado cuando a un vehículo de tracción delantera se le añade la trasera como complemento ante una perdida de tracción del tren delantero, momento en el que el bloqueo del mismo genera el desvío de par al otro tren.El problema que se presenta con este diferencial es que la tracción a las 4 ruedas no es permanente y hay un cierto retraso desde que empieza a perder tracción uno de los ejes del vehículo y el acoplador viscoso empieza a transmitir el par de tracción al otro eje. Puesto que el líquido viscoso que hay dentro del viscoacoplador no es un medio fijo de transmisión (depende de la temperatura y de la diferencia de velocidad entre discos) la tracción a las 4 ruedas no es fija ni constante.
El uso de estos diferenciales como centrales obliga a utilizar un embrague automático que desembrague la tracción al segundo eje en el momento de frenado cuando el vehículo monte un sistema ABS, ya que como su blocaje se produce por diferencia de giro entre trenes, este bloqueo que deja sin efecto diferencial puede afectar al funcionamiento del sistema ABS que también va a vigilar estas diferencias de giro para actuar.
La introducción de este embrague automático cuando se monta ABS (muy general hoy día) hace que se plantee la tercera solución, que consiste en dotar a este embrague del efecto de reparto de par, sustituyéndose el diferencial por un embrague multidisco controlado (como ejemplo: el Haldex).
El uso del viscoacoplador como diferencial central puede ser que sea menos eficaz que el sistema de Torsen, pero es ciertamente el más barato, así que podemos encontrarlo en muchos coches de serie con tracción total 4WD.
Ventaja: Barato y compacto
Desventaja: es tracción total 4WD solo cuando hay una diferencia de tracción entre ejes debido a suelo deslizante. Se comporta normalmente como un tracción a dos ruedas 2WD.
Este sistema de tracción lo utilizan: VW Syncro, Lamborghini Diablo VT, Porsche 993/996 Carrera 4 y Turbo, Volvo 850 AWD y el Lancia Delta integrale (diferencial central y delantero) etc.

Una alternativa para el viscoacoplador es cuando se utiliza junto con un diferencial convencional (como central) haciendo el primero las veces de diferencial autoblocante es decir bloquear la transmisión a las 4 ruedas cuando hay una diferencia de velocidad entre ambos ejes del vehículo. Con este tipo de transmisión lo que conseguimos es que el vehículo sea tracción a las 4 ruedas (4WD) constantemente y no solo a ratos (perdida de tracción en unos de los ejes) como el anterior.

Otra alternativa al utilizar el viscoacoplador es cuando se utiliza junto con un tren de engranajes epicicloidal como se ve en la siguiente figura. Este sistema lo utiliza el Mitsubishi 3000GT AWD.


El visco-embrague (viscoacoplador) también se puede usar en el diferencial delantero o trasero (eje). Para ello se une el sistema de acoplamiento viscoso a la carcasa de un diferencial convencional.

Conclusión.
Este sistema de transmisión no es constante al 100% tiene un pequeño deslizamiento (diferencia de velocidad entre ejes) y retraso en su acoplamiento, lo que hace que el par no se transmita igual a los dos ejes. Pero este inconveniente es menor y por eso vehículos de grandes prestaciones lo han utilizado por su buen equilibrio entre precio y eficacia.Este sistema de tracción lo utilizan: Lancia Delta Integrale, Ford RS Cosworth, Mitsubishi Lancer GSR, 3000 GT VR4, Subaru Impreza, Toyota Celica GT4.

Diferencial Torsen.
Su nombre procede de las palabras inglesas Torque Sensitive, que en español quieren decir sensible al par, fue inventado por Vernon Gleasman y fabricado por el Gleason Corporation.. Es un tipo de diferencial cuya peculiaridad radica en que reparte la fuerza que procede del motor a las ruedas de forma independiente a la velocidad rotatoria de cada uno de los dos árboles o semiejes de transmisión que parten de él. Su gran virtud es que puede transmitir, en una curva, más par a la rueda que menos gira, en contraposición al resto de diferenciales.
En cualquier diferencial autoblocante, ya sea convencional o viscoso, el reparto de fuerza entre los dos semiejes se realiza siempre de forma proporcional a su velocidad de giro, sin embargo el diferencial Torsen puede repartir la fuerza del motor a cada semieje en función de la resistencia que oponga cada rueda al giro, pero al mismo tiempo permite que la rueda interior en una curva gire menos que la exterior, aunque esta última reciba menos par.

Funcionamiento.
Basa su funcionamiento en la combinación de una serie de engranajes convencionales y helicoidales. En concreto, se utilizan tres pares de ruedas helicoidales que engranan a través de dientes rectos situados en sus extremos. La retención o el aumento de la fricción se produce porque las ruedas helicoidales funcionan como un mecanismo de tornillo sinfín: el punto de contacto entre los dientes se desplaza sobre una línea recta a lo largo del propio diente, lo que supone unir al movimiento de giro de las ruedas un movimiento de deslizamiento que supone fricción. El tarado o grado de resistencia se determina precisamente por el ángulo de la hélice de estas ruedas helicoidales
Si lo comparamos con un diferencial convencional, en un Torsen se sustituyen los satélites convencionales por tres pares de engranajes helicoidales, engranados dos a dos por piñones de dientes rectos en sus extremos. Los planetarios en este caso son tornillos sin fin, con los cuales engrana cada uno de los engranajes helicoidales.
En curva los satélites giran sobre sus ejes acelerándose uno y frenándose otro para permitir la diferente velocidad de cada rueda. Si se genera el deslizamiento de una rueda los satélites helicoidales no pueden hacer girar mas rápido al planetario, dada la disposición de tornillo sin fin. Como los satélites forman parejas , la reacción de uno frente al otro impide el giro del planetario cuando hay deslizamiento.El tarado a partir de cual manda el par a la rueda que tiene mejor agarre se determina con el ángulo de la hélice helicoidal.Esto nos permite, disponer siempre del máximo par en la rueda que mas agarre tiene, sin tener que llegar al deslizamiento en la rueda de menor agarre, y que este propicie el blocaje del diferencial, esto redunda en un mejor comportamiento sin perdidas de tracción en ninguna rueda, mientras hay capacidad de transmitir, lo que favorece las aceleraciones y evita derivas que tengan que ser controladas.
Los diferenciales traseros autoblocantes tipo Torsen y similares no solo actúan en aceleración sino que también lo hacen en retención. En este caso ocurre lo mismo que en aceleración, el diferencial aporta más par de frenado (de retención) a la rueda izquierda o derecha dependiendo de cuál tenga más agarre. Es una característica inherente al diferencial Torsen. Por cierto decir que estos diferenciales se ajustan de forma que cuando el reparto de par a uno u otro lado llega a un cierto límite el diferencial se bloquea por completo... y dicho porcentaje de bloqueo (lo que habitualmente se denomina "tarado" del diferencial) suele ser distinto para aceleración y para retención.

En la figura inferior se ve la utilización de un diferencial Torsen como central y su situación en el conjunto de la transmisión. La marca Audi ha utilizado en sus modelos Quattro (tracción a las 4 ruedas) el diferencial Torsen como central y también en el eje trasero.
Aparte de Audi, pocos fabricantes de coches adoptaron el Torsen, principalmente debido a su alto coste económico. El Toyota, Celica GT4 es una de las pocas excepciones. Utilizó el Torsen en el eje trasero. También Lancia lo utilizo en el Delta integrale que montaba un diferencial viscoso como central y un Torsen como trasero.
Actualmente el A8 se ha sustituido el torsen central por un multidisco ya que en realizaciones con cajas de cambio automáticas, la presencia de una bomba para suministrar presión de aceite en la caja de cambios se usa para el accionamiento del embrague, dejando el torsen para uno de los trenes, donde también sus efecto será beneficioso.

Ejemplo de tracción de un Audi Allroad quattroTambién el allroad quattro dispone de un diferencial intermedio Torsen (reparto básico 50/50), que puede repartir las fuerzas entre los ejes delantero y trasero, en función de las condiciones dadas, a razón del factor 3-4 hacia las ruedas del eje que tienen la mayor adherencia momentánea.Con el cambio automático de 5 relaciones también se combina un diferencial Torsen, cuyo funcionamiento equivale al Torsen de las versiones con cambio manual, pero su diseño es diferente.En virtud de que las ruedas para sin fin cilíndrico van posicionadas paralelamente a los árboles primario y secundario, se le da el nombre de Torsen de ejes paralelos, abreviado en inglés PAT.Ventajas de la utilización del diferencial Torsen:
Altos niveles de confort, porque el efecto blocante del diferencial Torsen se genera de forma netamente mecánica, hallándose continuamente en ataque y reaccionando sin escalonamientos.
Se mantiene siempre la direccionabilidad del vehículo.
Siempre que los pares de fricción de las ruedas sean suficientes, el diferencial Torsen trabaja de modo completamente imperceptible.
No puede haber manejos equivocados, porque el diferencial Torsen trabaja de forma automática.
El diferencial Torsen funciona ampliamente exento de desgaste.
Con el diferencial Torsen, combinado con la función del bloqueo diferencial electrónico EDS en todas las ruedas, que funciona hasta los 80 km/h, el allroad quattro se mantiene traccionable si sólo una rueda sigue teniendo agarre.

Como hemos comentado al principio de este artículo, el diferencial Torsen se complementa perfectamente con lo controles de tracción electrónicos (ABS/TCS), cosa que no ocurre con los diferenciales autoblocantes de deslizamiento limitado (LSD) que permiten un cierto deslizamiento de las ruedas antes de actuar por lo que la tracción total no es momentánea sino que tiene un cierto retraso, hasta que actúan los sistemas de control de tracción tanto el mecánico como el electrónico.

Conclusión.
El diferencial Torsen, nos va a permitir una reparto preciso y exacto del par motor a las 4 ruedas cuando la transmisión está exenta de deslizamiento, pero lo volverá poco ágil, si queremos trabajar con cierto deslizamiento.Puede usarse como diferencial central, delantero o trasero indistintamente. No interfiere en el funcionamiento del ABS. Los vehículos que lo equipan no pueden ser remolcados bajo riesgo de avería de la transmisión
Ventajas: respuesta rápida ante perdidas de tracción, tracción constante a las 4 ruedas.
Inconvenientes: muy caro y muy rígido en su funcionamiento no permite controlarlo.


Sistema Haldex.
Este sistema entra dentro de los llamados embragues o acopladores multidisco se diferencia del viscoacoplador en los materiales de los elementos rozantes, el líquido usado, y el mecanismo de control presentando, por lo demás la constitución es parecida. Consiste también en un paquete de discos conductores y conducidos salvo que ahora los discos transfieren el movimiento entre ellos por fricción , y en un sistema hidráulico que los presiona de igual modo que un embrague convencional.Este sistema frente al viscoacoplador, mejora en el sentido, en que se puede mandar par según la presión ejercida sobre los discos, no requiriendo un deslizamiento entre ellos para que actúe, lo que permite, controlar el reparto no en función de la diferencia de velocidad de giro.Es muy útil, porque se puede generar repartos de par a uno y otro eje en función del uso que pretendamos del vehículo, cambiando este reparto sobre la marcha , pudiendo derivar mas par al tren trasero o delantero en función de cada momento, mediante una gestión electrónica que contempla las exigencias del conductor, así como el deslizamiento en alguno de los ejes.El control del acoplamiento puede ser mas o menos elaborado, encareciendo la realización según se haga este, debiendo ser muy preciso para permitir repartos continuos de par entre ambos ejes.Es de considerar que la presión sobre los discos debe permitir el paso de par desde 0 al 100%, por lo que para la correcta aplicación de la presión debe tenerse en cuenta en cada momento, si la diferencia de giro entre ambos trenes es la normal en una curva o se debe a un deslizamiento de una rueda.
Desde finales de 1998, Volkswagen substituyó el viscoacoplador de sus modelos de vehículos Syncro por un nuevo sistema llamado "Haldex". Primero lo monto en el Audi TT y el Golf 4motion, el nuevo sistema utiliza un diferencial central de embrague multidisco. En este momento, se ofrece solamente para la plataforma transversal transverse-engined del golf IV, pero no hay razón técnica evita que se aplique a los modelos longitudinal longitudinal-engined de Audi.

Funcionamiento.
Si las ruedas deslizan por encima de un cierto límite, se produce una diferencia de giro con relación a las traseras. Esa diferencia de giro acciona una bomba hidráulica que presiona un juego de discos conectado al motor, con otro conectado a las ruedas traseras. A medida que aumenta la presión entre los discos, aumenta la fuerza que reciben las ruedas posteriores. Un calculador electrónico determina la presión que la bomba suministra a los discos. Así pues, en condiciones normales, el sistema de tracción 4-Motion funciona prácticamente como si se tratara de un tracción delantera normal. En condiciones extremas puede suceder que las ruedas traseras sean las únicas que transmitan motricidad
El principio de funcionamiento de este embrague se basa en un conjunto de discos que conectan el árbol de transmisión con el diferencial trasero. Estos discos reciben una presión de aceite, a través del sistema de autobombeo, la cual regula la cantidad de par a transmitir al eje posterior. Si el tren anterior y el posterior giran a la par, no se produce ningún efecto y el coche se comporta como un tracción delantera normal; si ocurre un desfase, se genera una presión de aceite que, conducida hacia pistón de accionamiento , comprime los discos produciendo la conexión entre ambos ejes.
Pero lo fundamental es la válvula reguladora que, controlada por la centralita electrónica, determina el grado de actuación del embrague Haldex una vez que se genera presión en el circuito hidráulico: si la válvula está cerrada, la eficiencia es máxima y el bloqueo, total; si está abierta un tercio, deja refluir parte del aceite hacia el depósito del sistema, permitiendo un resbalamiento limitado y un reparto de par variable entre ambos ejes; si está totalmente abierta, no hay presión sobre el émbolo principal, el aceite refluye directamente y el tren trasero permanece desconectado.
Para decidir el grado de actuación, las condiciones de marcha son registradas por medio de sensores en el motor (régimen, posición del acelerador), en las ruedas (por los sensores del sistema ABS) y en la carrocería (por un detector de aceleración-deceleración) y toda esta información llega a través del CAN-Bus (sistema electrónico de intercomunicación) a un procesador. Los datos son analizados instantáneamente para reaccionar de forma rápida y efectiva en cada situación.
El sistema Haldex no produce efectos de resistencia en maniobras de aparcamiento, admite circular con neumáticos desiguales (con la rueda de emergencia, por ejemplo), permite el remolcado del coche con un eje levantado sin crear tensiones internas y, por si fuera poco, combina su efecto con los demás sistemas de seguridad (ABS, EDS o ESP), lo que significa un control absoluto de los movimientos de las ruedas respecto al suelo.
El caso del Haldex simplifica la realización frente a la de Porsche, por actuar directamente sobre los 7 discos en vez de tener cada disco un actuador independiente, de ahí que suela funcionar con muy poco par al eje trasero modificándose este cuando las ruedas delanteras no pueden soportar el aporte de par.

El sistema Haldex a evolucionado presentando varias versiones como la que utiliza los vehículos de la marca Volvo en sus modelos AWD instant traction.El sistema AWD controlado electrónicamente es inteligente. Detecta en qué condición se encuentra el vehículo y lo que quiere el conductor. Esta información proporciona la base para saber si el sistema tiene que actuar y cómo. En comparación con el anterior sistema de tracción integral de Volvo basado en un diferencial de acoplamiento viscoso, el nuevo sistema AWD es mucho más rápido en su respuesta. Sólo necesita que una de las ruedas delanteras comience a derrapar un séptimo de vuelta para que el sistema desvíe más potencia a las ruedas traseras.Esto significa que el nuevo sistema AWD proporciona una tracción de salida mucho mejor en superficies difíciles, minimizando el riesgo, por ejemplo, de que las ruedas delanteras se hundan en la arena blanda. Cuanto más "pesada" sea la superficie de conducción, por ejemplo, arena mojada o barro, mayor es la diferencia y las ventajas en comparación con el sistema anterior. Normalmente, entre el 5 y el 65 por ciento de la potencia es entregada a las ruedas traseras, dependiendo de las condiciones de conducción. Los cambios en la cantidad de potencia desviada a las ruedas traseras tiene lugar de una manera extremadamente rápida, aunque suavemente, sin que el conductor lo advierta siquiera.Se comunica con otros sistemasEl sistema AWD está conectado al sistema Multiplex del vehículo. Como resultado, se comunica con el resto de sistemas del vehículo para optimizar la tracción a las cuatro ruedas en todo momento para adecuarse a la situación de conducción. Esta comunicación digital implica al Sistema de Control de Tracción (TRACS), por ejemplo. También es posible equipar al Volvo XC70 con DSTC (Control de Tracción y Estabilidad Dinámico). La distribución de potencia entre la derecha y la izquierda es gestionada por el TRACS, el sistema antiderrapaje de Volvo. El TRACS interviene cuando es necesario, frenando una rueda para incrementar la potencia relativa de la rueda con la mejor tracción. Esto significa que el sistema AWD, trabajando en combinación con el TRACS, puede distribuir la potencia a las ruedas que tienen la mejor tracción en un momento dado. Cuando se aparca el XC70, el sistema AWD es controlado para impedir que los ejes delantero y trasero "compitan" por la potencia hasta el bloqueo total, asegurando una fácil maniobrabilidad al conductor.Cuando el vehículo es frenado, se desactiva el sistema de manera que los sistemas de frenado y ABS puedan trabajar de forma efectiva, proporcionando una gran estabilidad unas distancias de frenado cortas. Del mismo modo, el sistema AWD es desactivado por el sistema de Control de Tracción y Estabilidad Dinámico (DSTC) si éste realiza cualquier intervención de frenado para contrarrestar un patinazo.

En el sistema AWD de Volvo, la potencia se distribuye entre las ruedas delanteras y traseras a través de un embrague multidisco húmedo (Haldex). La función de este sistema se divide en tres componentes principales:
Una bomba hidráulica que es accionada por la diferencia de velocidad entre los ejes
Un embrague multidisco húmedo
Una válvula de control con electrónica
La unidad puede ser considerada como una bomba hidráulica donde la carcasa y el pistón con forma de anilla están conectados a un eje, mientras que la unidad de control del pistón está conectada al otro eje. Cuando ambos ejes giran a la misma velocidad no se produce ningún bombeo. Tan pronto surge una diferencia en la velocidad, comienza el bombeo y el flujo de aceite. Dado que es una bomba de pistón, la respuesta es prácticamente instantánea, sin retardo debido a un bombeo lento.
El aceite es suministrado a un pistón de embrague que comprime la prensaestopa del embrague y, en consecuencia, reduce la diferencia de velocidad. El aceite vuelve al depósito a través de una válvula de regulación ajustable que controla la presión del aceite y, por tanto, la presión en el embrague. El control electrónico significa que el embrague puede ser adaptado a diferentes situaciones de conducción. Otra ventaja del sistema AWD controlado electrónicamente es que no necesita una consideración especial en situaciones específicas. El remolcado y el cambio de ruedas, por ejemplo, se pueden realizar de la manera habitual.

El embrague multidisco es utilizado por otras marcas de vehículosEn el porche 959 el reparto de par es permanente (40:60) lo que implica un rozamiento continuo entre los discos para adecuar el reparto de par a cada circunstancia, esto permite que se reparta el par a cada eje considerando la situación del coche, y el desplazamiento de peso que se produce por aceleraciones y frenado del mismo. Para un reparto mas preciso se ha creado 6 pares de discos con accionamiento independiente en cada uno de ellos. El embrague multi-discos tiene 6 pares de discos de fricción, cada par es controlado independientemente por la computadora y actuado por la presión hidráulica. Esto simplemente iguales a 6 embragues independientes.
Salvo en realizaciones muy elaboradas y caras como la de Porsche, este sistema suele usarse en vehículos donde funcionan siempre como tracción a aun eje, permitiendo la conexión automática del otro en circunstancias determinadas. Una construcción mas barata es la de un embrague multidiscos pero accionados todos a la vez, el cual es usado en los mercedes 4 matic, lo que no permite un reparto tan preciso del par entre los ejes de forma continua. Por eso suele montarse en vehículos, donde la tracción será a 2 ruedas normalmente , solo adoptándose la tracción al otro eje cuando se observe una perdida de adherencia en el eje motriz, en el caso del mercedes se comporta como un tracción trasera en situación normal.