Especialidad Mecánica Automotriz Profesor: Sr. Carlos Villalobos M. Curso o Nivel: 4º. Transmisión Manual 1

Transcripción

1 Transmisión Manual 1

2 Índice Página Finalidad de las Transmisiones 3 Transmisión por Engranajes 4 Mecanismo de Cambios 5 Sincronizador 7 Flujo de Potencia 8 Tipos de Embrague 9 Diferentes Sistemas de Embrague 10 Cilindro Esclavo Concéntrico 11 Embrague Auto Ajustable 12 Volante de Doble Masa 14 Revisión y Reemplazo del Embrague 15 Esquemas de Conjuntos de Transmisión 16 Transmisión Trasera 17 Diferenciales 18 Bloqueo de Diferencial 20 Diferenciales de Bloqueo tipo Multi Placa 21 Diferenciales de Bloqueo tipo Helicoidal 22 Transmisión Delantera 23 Mantención y Servicio 24 Transmisiones KIA 24 Tabla de Aplicación de las Transmisiones 26 MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 2

3 Finalidad de las Transmisiones Con el propósito de hacer que un vehículo se mueva, este debe sobreponerse a varias resistencias. Las tres resistencias principales para el movimiento de un vehículo son: Resistencia al rodado, siendo baja en superficie asfaltada y alta en condiciones de camino off-road. Resistencia al aire: es menor a bajas velocidades y mayor a altas velocidades. Esta no aumenta en forma lineal con la velocidad, sino que en relación de dos veces con la velocidad: al doble de velocidad, la resistencia del aire es cuatro veces mayor, etc. La resistencia al aire de un vehículo depende también de su diseño, expresado por el valor Cw. Este valor se mide en un túnel de viento. Resistencia a la gradiente en caminos inclinados; mientras más inclinado el camino, más alta es la resistencia. La capacidad máxima de trepar puede verse restringida en el caso de remolcar un carro. La suma de todas las resistencias necesita de un desempeño del tren de potencia de acuerdo a la condición dinámica del vehículo. Como el motor tiene un rango limitado de potencia y torque, como también una velocidad máxima de motor, se necesita un sistema para adoptar el ajuste de torque y velocidad a los requerimientos. Este dispositivo se llama transmisión que cambia la velocidad del motor y el torque a los valores requeridos. Para superar la fuerza de inercia del vehículo desde la condición de detención al inicio del movimiento. Se necesita alto torque con baja velocidad de las ruedas. La transmisión cambia la relación alta velocidad / bajo torque del motor a baja velocidad / alto torque. Una vez que el vehículo esta en movimiento y en aceleración, se necesita menos torque pero mayor velocidad, por lo tanto, una transmisión tiene varios piñones con diferente relación de engranajes para cumplir con estos requerimientos. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 3

4 Transmisión por Engranajes El torque/velocidad es cambiado por la transmisión por engranajes. Demos una mirada primero a una combinación simple: la potencia de entrada es realizada por Z1 (15 dientes), la salida por Z2 (30 dientes). Con esta configuración la velocidad de salida es la mitad de la velocidad de entrada, al mismo tiempo, el torque cambia de manera opuesta: el torque de salida es el doble del torque de entrada. La relación entre los dos engranajes se llama relación de engranaje y se define como sigue: I = Z2xZ3 / Z1xZ4 por ejemplo: 30x28 / 15x14 = 840 / 210 = 4. Como en un vehículo de pasajeros una relación de engranajes no es suficiente para todo el rango de velocidad del vehículo, se han instalados varios juegos de engranajes con diferente cantidad de dientes. La imagen inferior muestra el principio para una transmisión de tres velocidades. Los engranajes en el eje de entrada y en el eje inferior están todos fijos directamente a los ejes, mientras que los engranajes en el eje de salida pueden girar libres en el eje. Con el fin de conectarlos al eje en forma individual, se usa un mecanismo especial como el que se muestra en el lado superior derecho. La parte móvil conecta el engranaje relacionado a lo que se llama cubo, el que esta conectado con el eje, resultando en la conexión del engranaje seleccionado con el eje. Ahora, este eje seleccionado puede transmitir torque. Con la finalidad de obtener un cambio en reversa, se implementa un tercer engranaje. Debido a esto la dirección de giro se invierte en comparación con la dirección de giro de entrada. El engranaje inversor no tiene efecto en la relación de los engranajes. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 4

5 Mecanismo de Cambios La figura muestra el esquema de construcción y funcionamiento, que es similar al esquema previo. Se puede observar que un cubo puede conectar/desconectar un máximo de dos engranajes. Dependiendo de la posición individual de los cubos, se puede obtener diferentes marchas. Para conseguir la condición neutral (no hay engranajes de salida conectados al eje, todos pueden girar libremente), todos los cubos están en la posición central. Para cambiar una marcha, se debe mover la palanca de cambios. Este movimiento se transmite a la horquilla selectora de marcha a través del riel de cambio relacionado, como se indica en el esquema de cambio del lado derecho. Al mover la palanca de derecha a izquierda, se selecciona el riel/horquilla que debe moverse, el movimiento hacia adelante o hacia atrás de la palanca acopla el engranaje del lado derecho o izquierdo con el eje de salida: el cambio de marcha esta entonces seleccionado. En la parte inferior se puede ver una muestra real de este principio de funcionamiento. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 5

6 Para conseguir una mejor sensación de cambio y un mejor acople de los engranajes, los rieles de cambio frecuentemente están equipados con mecanismos especiales de detención. Además, para evitar errores de operación del conductor, el mecanismo de cambio puede contener mecanismos de interbloqueo especialmente instalados. En algunos casos se aplica lo que se llama protección contra un cambio accidental a reversa, lo que permite seleccionar el cambio de reversa solamente desde la posición de neutro, y no desde alguna otra marcha directamente. Dependiendo del vehículo actual y de la transmisión, la palanca de cambio puede estar conectada directamente a la transmisión, o mediante una varilla o frecuentemente utilizando cables al mecanismo selector en la transmisión. En muchos casos se incorpora una masa al mecanismo selector: esta se instala para una mejor sensación de cambios debido a la fuerza de inercia creada por el peso durante el cambio de marchas. Los cables de cambios están fijos al cuerpo de la transmisión mediante un soporte y al mecanismo selector mediante una conexión de pasador y buje. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 6

7 Sincronizador En el principio el mecanismo de cambio era tan simple como el que se mostró previamente, pero debido a su construcción, el cambio de marchas no era muy fácil. El acople de las marchas requería de la misma velocidad del cubo y el engranaje para poder conectarse. Por lo tanto, el cambio de marcha requería el uso de doble embrague, lo que no era fácil para conductores sin experiencia. Para mejorar el cambio de marcha, se desarrollo el mecanismo con sincronizador, con el fin de llevar el engranaje y el cubo a la misma velocidad sin tener que usar el procedimiento de doble embrague. El lado derecho muestra el principio de funcionamiento, para el acople de la marcha, el diente del collar debe estar en contacto con el diente del engranaje. El engranaje y el cubo están equipados con un área cónica. Antes que los dientes se toquen uno con otro, primero deben entrar en contacto los conos. Debido a la fuerza de fricción creada por esto, el engranaje será frenado o acelerado hasta tener la misma velocidad que el cubo, entonces los dientes engranaran fácilmente unos con otros. Para lograr esto, el área cónica debe ser móvil con relación al collar. En la sección inferior se puede ver la construcción real y apariencia de un sistema sincronizador. Para mayor eficiencia, hay disponibles sistemas con más de un cono sincronizador. Los detalles se verán en la sección 2. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 7

8 Flujo de Potencia Esta es una transmisión típica de un vehículo con tracción delantera. La figura del lado izquierdo muestra la transmisión en posición neutral, con la indicación de los diferentes pares de engranajes para las marchas individuales. Todos los cubos sincronizadores están la posición central, de modo que no se puede transmitir torque. En el lado derecho, se ha seleccionado la primera marcha, esto se puede apreciar con el movimiento del cubo hacia adelante en el lado derecho, conectando de esta forma el engranaje del eje de salida, de modo que el flujo de potencia se produce de acuerdo a lo indicado por la línea amarilla. Aquí se puede ver las otras marchas, desde 2ª a 5ª velocidad. Obsérvese los diferentes cubos y sus diferentes posiciones para acoplar los cambios de marchas individuales. Observar también los diferentes tamaños de los juegos de engranajes involucrados para cada marcha en forma individual. El flujo de potencia para cada marcha esta indicado por la línea marcada. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 8

9 Sistema de Embrague Para permitir el arranque y cambio de marcha, la transmisión debe estar desconectada del motor. Esto se logra con el embrague. El embrague conecta el motor y la transmisión mediante el disco de embrague, el que es conducido por el motor cuando el embrague esta conectado. El disco de embrague esta conectado al eje de la transmisión mediante estrías, de modo que el eje de entrada gira unido al disco de embrague. El volante está conectado al motor mediante pernos, de modo que el volante gira en conjunto con el motor. El conjunto de embrague esta conectado al volante con pernos, de modo que este también gira junto al motor. El conjunto de embrague esta compuesto por varios elementos, los más importantes son, la prensa y el resorte de tensión de la cubierta del embrague. Cuando se acopla el embrague, el disco de embrague es presionado contra el volante por la prensa. La fuerza de fricción es lo suficientemente fuerte para que el disco no pueda moverse con relación al volante y la prensa, de forma que estos giran juntos con el volante, conduciendo de esa manera el eje de entrada de la transmisión. Para desacoplar el embrague, el resorte del embrague es presionado por el rodamiento de empuje, el que esta acoplado a la palanca. La imagen muestra un sistema de embrague hidráulico, donde la palanca es movida por un cilindro hidráulico a través de un vástago de empuje. La presión necesaria es producida por el cilindro maestro del embrague, cuando el conductor presiona el pedal de embrague. Esta condición se crea una separación entre la prensa de embrague, el disco de embrague y el volante. Como el disco de embrague ya no esta presionado contra el volante, la fuerza de fricción es pequeña, por lo que no transmite la potencia del motor. Los resortes visibles en el disco de embrague, en la figura del lado derecho, están instalados para amortiguar las vibraciones durante el acople del embrague y para reducir las fuerzas de torsión que actúan en el eje de entrada. Existe una gran variedad de discos de embrague, los que varían no sólo en el tamaño, sino que también en la construcción. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 9

10 Diferentes Sistemas de Embrague Especialidad Mecánica Automotriz La figura se muestra la disponibilidad de los diferentes esquemas de sistemas de embragues y sus componentes individuales. Existen diferentes métodos para accionar la palanca de embrague, por ejemplo hidráulicamente o mecánicamente a través de un cable de embrague. Están disponibles prensas de embragues del tipo de empuje o del tipo de tracción. En el caso del tipo de tracción debe tenerse especial cuidado debido a que se requiere un procedimiento especial para remover la transmisión. Referirse al Manual de Servicio correspondiente al vehículo. Asegurarse de las precauciones acerca de los ajustes requeridos para los sistemas individuales de embrague, tales como el juego libre del pedal de embrague, la altura del pedal de embrague, etc. Exceso de juego libre puede producir que el embrague no se libere completamente, lo que causara un cambio de marcha duro o imposible. Muy poco juego libre puede causar que el embrague este parcialmente desenganchado conduciendo a deslizamiento del embrague. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 10

11 Cilindro Esclavo Concéntrico Especialidad Mecánica Automotriz Recientemente, hay un nuevo mecanismo de embrague. En el nuevo sistema CSC, para mejorar la eficiencia (5 a 10%) del control de sistema de embrague, se eliminan el cojinete de desembrague y la horquilla, de esta forma se reduce el peso y el número de componentes (aproximadamente 0.8kg). El CSC se suministra como conjunto con el cojinete de desembrague. Se incorpora un conector rápido para un desmontaje rápido de la transmisión. Cuando se presiona el pedal de embrague, la presión hidráulica del cilindro maestro se aplica al pistón. Por lo tanto el pistón y el cojinete de desembrague se mueven y presionan al resorte de diafragma de la prensa de embrague => liberando el embrague. Precauciones durante la mantención: instalar una manguera en la tubería de conexión para evitar contaminación. Prestar atención para evitar salpicadura de líquido de freno durante la instalación de la transmisión. No dañar el anillo de sello en el conectado rápido. No forzar la tubería del conjunto CSC, esto puede causar deflexión. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 11

12 Embrague Auto Ajustable Para el caso del embrague convencional, la fuerza de activación de la prensa es mayor si el disco de embrague esta desgastado. Esto ocurre debido al cambio de ángulo del resorte de diafragma y sus características, para evitar este problema, se ha desarrollado el sistema de embrague auto ajustable, donde la fuerza necesaria permanece constante durante toda su vida útil. Además, la vida útil total del embrague puede aumentar debido a la condición de auto ajuste, lo que evita el deslizamiento del embrague causado por el desgaste. En el caso del SAC, el desgaste del disco de embrague no causa un movimiento del resorte de diafragma, pero si un movimiento en el anillo de ajuste de la prensa. Como la prensa se ajusta automáticamente dependiendo de la cantidad de desgaste, esta debe reemplazarse junto con el disco! Por lo tanto la prensa y el disco se suministran como conjunto. Para evitar la interferencia con los pernos del volante, el disco debe instalarse con la marca hacia el lado de la transmisión. Esta marca ( T/M side ) se aplica no sólo en el KM (Sportage), otros modelos adoptan el sistema de embrague de LUK (parte KD). Aplicación de SAC: D2.0VGT, VQ, BL. Nótese que el disco de embrague de un sistema SAC es diferente al de un embrague convencional debido a sus requerimientos específicos. Solamente debe usarse componentes originales. Información adicional: LUK recomienda cambiar el volante de doble maza cuando se cambia el disco de embrague por segunda vez. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 12

13 Embrague Auto Ajustable En el caso de la prensa de embrague convencional, el resorte de diafragma esta fijo a la prensa mediante un remache especial con un punto de apoyo fijo para el resorte. Cuando se presiona el embrague, el resorte de diafragma gira alrededor de este punto, de forma que el extremo interior del resorte se levanta, liberando de esa manera el embrague. Cuando la placa del embrague se adelgaza debido al desgaste, el extremo exterior del resorte se moverá hacia arriba en la condición de embrague no presionado. Esto cambia la palanca efectiva, de forma que el desacople del embrague se hace mas pesado. En el caso del embrague SAC, el punto de apoyo del resorte no esta completamente fijo, sino que esta diseñado con un mecanismo especial de resorte movible bajo ciertas condiciones. En la figura central no hay desgaste en la placa, por lo que el funcionamiento del embrague es el mismo que en el caso convencional. Pero si la placa tiene algún desgaste la fuerza necesaria para presionar aumentará como ya se explico para el caso del embrague normal, esta fuerza adicional requerida sobrepasa la fuerza de presión del resorte del punto de apoyo, el que se moverá una cierta cantidad, antes de liberar el embrague. Por lo tanto se produce una separación que permite girar al anillo de ajuste. Como el anillo de ajuste tiene inclinación, la separación disminuirá por el movimiento del anillo. Esto restaura la altura original y mediante esto también la fuerza de presión del resorte de diafragma. Ahora esta posición se mantiene hasta que el espesor de la placa se reduce nuevamente, de forma que el ciclo se repite. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 13

14 Volante de Doble Masa En muchos modelos se usa el volante de doble masa para reducir las fluctuaciones de torque que actúan sobre la transmisión. Este no sólo reduce las fuerzas máximas que actúan sobre la transmisión, sino que también reduce la vibración. La característica principal de construcción de un volante de doble masa es que divide la masa del volante en dos partes. Estas dos piezas pueden moverse una contra otra por una cierta cantidad de dirección radial. Una parte esta fija al volante mediante pernos como en el caso del volante convencional. En caso de acoplar el embrague la segunda parte esta conectada a la transmisión mediante el disco de embrague (por fuerza de fricción). Cuando la velocidad entre el motor y la transmisión es diferente (debido a las fluctuaciones de velocidad naturales del motor), las dos piezas se moverán una contra la otra. Este movimiento está restringido por la fuerza de un resorte para igualar el torque que esta actuando en el eje de entrada de la transmisión. Dependiendo del fabricante, la disposición de los resortes difieren como se muestra en la figura, pero permanece el mismo principio de funcionamiento. La igualación del torque y la fluctuación de velocidad se muestra en las imágenes del lado derecho: cuando tiene lugar la combustión y el motor se acelera con relación a la transmisión, la parte del volante conectada al motor se mueve mas rápido que la conectada a la transmisión, por lo tanto las dos piezas se mueven una contra otra y el resorte se comprime. Durante la carrera de compresión, la velocidad de la transmisión puede ser más alta que la velocidad del motor, de modo que el resorte se extiende. Mediante esto, las fluctuaciones de velocidad que actúan sobre la transmisión se reducen. En la imagen inferior se puede ver la distancia entre las partes del volante que pueden moverse manualmente. Esta cantidad de juego libre es normal y no es signo de desgaste. No existen límites efectivos dados para esto, pero si es excesivo, el volante debe ser reemplazado. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 14

15 Revisión y Reemplazo del Embrague Especialidad Mecánica Automotriz Como el embrague transmite el torque del motor mediante un plato de fricción, este necesita estar en condición de deslizamiento durante el acople del embrague, especialmente durante el arranque, por lo que el embrague esta sujeto a desgaste. Cuando el disco del embrague esta desgastado, el embrague empieza deslizar durante la aceleración y aún durante la conducción normal. Esto ocurre porque la prensa de embrague ya no puede generar la precarga suficiente sobre el disco de embrague, debido a la reducción del espesor. En este caso el material de fricción, la prensa y el volante se calentaran demasiado. Esta condición se muestra en las imágenes del lado superior derecho, mientras que las del lado izquierdo muestran un disco de embrague y una prensa nuevos. El material de fricción esta fijo a los discos de embrague mediante remaches, por lo tanto la distancia entre la superficie del material de fricción a los remaches es un indicador de desgaste del embrague. Como en otros sistemas, se debe revisar el desgaste o distorsión de todos los componentes, y la desviación del volante y disco de embrague. Durante el reemplazo, debe utilizarse una herramienta especial para alinear el disco de embrague, de forma que quede en línea con el eje de entrada de la transmisión. Si esto no se efectúa, la transmisión no puede instalarse, o puede ser instalada solamente usando fuerza excesiva produciendo daño de las estrías en el disco de embrague y/o la transmisión. En el peor de los casos, el cuerpo de la transmisión puede agrietarse. Por lo tanto es necesario seguir estrictamente las instrucciones dadas en el Manual de Servicio. (En la sección Mecánica del Motor 1 se incluye información acerca del volante en condición normal). MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 15

16 Esquemas de Conjuntos de Transmisión Las descripciones dadas aplican por lejos a todos los esquemas de conjunto de transmisión. Pero dependiendo del esquema actual de la transmisión, pueden producirse algunas leves diferencias en la construcción y apariencia. Por ejemplo, la ubicación del diferencial y por lo tanto su diseño difieren dependiendo del esquema de transmisión delantera o transmisión trasera. El primer ejemplo muestra el esquema normal para un vehículo con tracción trasera: motor frontal y tracción trasera. Generalmente, en este tipo de vehículos la transmisión esta ubicada también en la parte delantera del vehículo, pero el diferencial esta ubicado en el eje trasero. La conexión entre la transmisión y el diferencial se logra mediante un eje de propulsión. Para la tracción delantera existen dos posibilidades, la disposición transversal y la longitudinal, pero en ambos casos el diferencial esta ubicado dentro de la transmisión. El último ejemplo muestra un vehículo con transmisión trasera y motor montado en la parte trasera, también en este caso, el diferencial esta ubicado dentro de la transmisión. Estos son los esquemas más comunes, existen otros disponibles, tales como el esquema de ejes de transmisión, etc. En los vehículos KIA se aplican los dos sistemas superiores. M: Motor, D: Diferencial, G: Caja de cambios MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 16

17 Transmisión Trasera Estos son los componentes de un tren de potencia de un vehículo con transmisión trasera normal: la transmisión, el eje de propulsión para transmitir la potencia al diferencial y el eje de mando para conducir las ruedas. La transmisión en este ejemplo tiene un esquema típico, donde la entrada y la salida están en el mismo eje. La palanca de cambios esta montada directamente sobre la transmisión, pero esto no es mandatorio, dependiendo del vehículo, la base de una misma transmisión puede existir con control directo o por cable. El eje propulsor en el ejemplo tiene un cojinete simple en la parte central, un extremo esta conectado al eje de salida de la transmisión y el otro extremo a la brida de entrada del diferencial. Las crucetas de cardan son necesarias para igualar las diferencias en la posición del diferencial (principalmente la altura) causadas por el movimiento del eje trasero debido las condiciones del camino. Dependiendo del tipo de eje, el eje de mando puede ser rígido o estar equipado con una unión flexible. Como la masa y la velocidad del eje propulsor son relativamente altas, es necesario un balanceo apropiado del eje. Si el balanceo no es correcto o las uniones y cojinetes no están bien, pueden ocurrir problemas como vibración o resonancia. Si la resonancia/vibración es leve, puede resultar útil el montaje del eje propulsor en una posición diferente. También puede ayudar la revisión de la instalación apropiada y lubricación de los cojinetes de aguja. Como el diferencial es independiente de la transmisión, este tiene su propio cuerpo, como se muestra en la figura. Debido a que la salida del diferencial requiere de un cambio de dirección de 90 grados con relación a la dirección de entrada, el diferencial usa un piñón cónico y un engranaje de corona. MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE TRANSMISION Y FRENADO 17