Transmisión Manual 1

Especialidad Mecánica Automotriz
Profesor: Sr. Carlos Villalobos M.
Curso o Nivel: 4º
Transmisión Manual 1
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diferentes Sistemas de Embrague
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.
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Cilindro Esclavo Concéntrico
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.
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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.
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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.
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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.
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Revisión y Reemplazo del Embrague
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).
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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
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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.
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