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Tracción 4x4

Con este artículo queremos dar una visión del funcionamiento de la transmisión de los vehículos con tracción a las 4 ruedas, y mas en concreto, a la utilizada en los turismos. No queremos entrar en el funcionamiento de los todoterreno (offroad), aunque en algún momento haremos referencia a ellos.

Los vehículos con tracción a las 4 ruedas se dividen en dos categorías:

La gran diferencia entre los vehículos de tracción permanente y los enganchables es que estos últimos no se pueden mantener en carretera con tracción en las 4 ruedas porque se calientan. Sólo debe usarse cuando las condiciones del camino lo exigen. Los permanentes están diseñados para funcionar todo el tiempo y, si bien la distribución de tracción puede variar de acuerdo al terreno, nunca se desenganchan.

 

Tracción total permanente
Mas utilizada en los turismos, tiene la particularidad de utilizar un diferencial central, este diferencial es independiente del diferencial que tiene cada uno de los ejes (delantero y trasero).

 

El la figura inferior tenemos un esquema del sistema de transmisión del Audi 100 Quattro. Este vehículo tiene un sistema de tracción permanente a las 4 ruedas, cuenta con un diferencial central que reparte el par motor a las ruedas de los dos ejes, dependiendo del la adherencia que tengan las ruedas al suelo en ese momento. El diferencial que se aplica al eje delantero es convencional y sufre los inconvenientes que tiene este tipo de diferenciales, que son la perdida de tracción en el eje cuando una de las ruedas entra en una zona de suelo deslizante.

 

El eje trasero cuenta con un diferencial de bloqueo manual es decir no es "autoblocante". Esto nos sirve para que en caso de que una rueda entre en una zona de suelo deslizante, tenemos la posibilidad de bloquear el diferencial para suprimir precisamente el efecto "diferencial" y convertir el eje trasero en un eje rígido que reparte el par de tracción a las ruedas por igual.
El accionamiento del bloqueo puede ser mecánico ("manual" mediante palanca-cable), eléctrico e incluso neumático.

El funcionamiento de este sistema (también llamado diferencial bloqueable o controlado) consiste en enclavar uno de los planetarios (1) a la corona (2) del grupo piñón-corona, haciendolo solidario con ella por medio del acoplamiento de un manguito de enclavamiento (4) que esta unido por un estriado al palier que se une al planetario. De esta forma, al accionar el enclavamiento, se obliga a este planetario (1) a girar solidario con la corona (2), con lo cual el otro planetario no puede adelantarse ni atrasarse, quedando anulado el sistema diferencial y quedando el eje trasero como un eje rígido que hace girar a la misma velocidad a las dos ruedas.
Se utiliza en los vehículos con tracción total, en todoterrenos, en vehículos industriales y agrícolas. Este tipo de bloqueo solamente puede utilizarse a bajas velocidades y en terreno con poca adherencia. En caso contrario la transmisión se resiente pudiendo incluso llegar a la rotura de algún palier.

 

Para estudiar el funcionamiento del "diferencial central" tenemos la figura inferior donde se ve la caja de cambios, que es igual a la utilizada en cualquier automóvil sin tracción a las 4 ruedas, la diferencia esta en la incorporación del diferencial central y la forma de como reparte el par de tracción a cada uno de los ejes (ruedas delanteras y ruedas traseras).
Vemos que el árbol secundario de la caja de cambios se divide en dos arboles (si lo comparamos con una caja de cambios para vehículos sin tracción a las 4 ruedas). Uno seria un árbol en forma de manguito que gira solidario con los piñones de las marchas 3ª, 4ª y 5ª y el sincronizador de 1ª y 2ª, ademas mueve la carcasa del diferencial central que a su vez mueve sus satélites. El segundo árbol secundario seria el que empujado por un planetario del diferencial central transmite el par de tracción al piñón del grupo piñón-corona del diferencial delantero. Así se transmitiría la tracción a las ruedas delanteras pero para la ruedas traseras necesitamos de otro árbol, este partiría del otro planetario del diferencial central, para sacar el movimiento fuera de la caja de cambios y de aquí por medio de una junta elástica al árbol de transmisión que lleva el movimiento al diferencial trasero.

 

El accionamiento del bloqueo del diferencial central en este caso es manual como vemos en la figura inferior, pero como hemos comentado antes: el accionamiento podría ser eléctrico, neumático, hidráulico.
Este tipo de bloqueo solamente puede utilizarse a bajas velocidades y en terreno con poca adherencia y se recomienda desconectarlo una vez que hemos pasado la zona de mala adherencia para las ruedas.

 

¿Por qué se utiliza un diferencial central?. Al tomar una curva las ruedas del tren delantero giraran con radio diferente al las del trasero, por llegar estas al cambio de dirección con antelación, si no dispusiéramos de un diferencial que reduzca la velocidad en el puente trasero para aumentarla en el puente delantero y así evitar que se genere una deslizamiento entre los neumáticos, y una marcada tendencia a seguir recto por parte del vehículo.

El diferencial central tiene un sistema de bloqueo igual que el diferencial trasero, de accionamiento manual. Este diferencial sirve como hemos dichos anteriormente para repartir el par motor al 50% a cada uno de los ejes (delantero y trasero), pero se adapta a las pequeñas diferencias de velocidad que puede haber entre ambos ejes, debido a las curvas, aceleraciones o deceleraciones fuertes.
¿Que ocurre cuando uno de los ejes entra en una zona de la calzada muy deslizante?. Lo que ocurre es que todo el par del motor se nos va a ese eje, acelerandose sus ruedas, mientras que las ruedas del otro eje se quedan paradas (no tienen tracción) por lo que el vehículo no se mueve o perdemos el control sobre él, lo mismo que nos pasaba con el diferencial trasero. Para solucionar este problema tenemos el bloqueo del diferencial que convierte la transmisión en un solo eje, mandando el 50% del para motor a cada eje (delantero, trasero) independientemente del estado de adherencia de la carretera.

 

Diferencial central asimétrico
Este diferencial tiene la particularidad de hacer un reparto asimétrico de par entre los dos ejes (delantero y trasero). Entregando mas porcentaje al eje que normalmente consideramos como "motriz". Para conseguir este efecto se le da un diametro diferente a los planetarios que forman el diferencial.

 

Existen otros tipos de diferenciales centrales
Otros diferenciales centrales son el: Ferguson o viscoacoplador, el embrague multidisco o Haldex y el diferencial Torsen que se puede situar tambien como central.

En la figura inferior tenemos una caja de cambios manual montada en un vehículo de la marca Subaru. La caja de cambios cuenta con un diferencial central autoblocante por acoplamiento viscoso. Cuando varia la velocidad en uno de los ejes (delantero o trasero) entra en funcionamiento el acoplamiento viscoso. En el funcionamiento normal la transmisión de par es de 50/50 a cada eje, cuando uno de los ejes no tiene buena adherencia y empieza a patinar el reparto de par seria 80/20 o 20/80.

Si quieres saber mas sobre diferenciales centrales y tracción a las 4 ruedas visita la sección de diferenciales autoblocantes.

Tracción permanente en vehículos de altas prestaciones
La tracción 4x4 en vehiculos de altas prestaciones, se utiliza principalmente para poder transmitir toda la potencia que desarrolla el motor a las 4 ruedas, buscando siempre las maximas prestaciones del vehículo, asi como la seguridad. Estas características se consiguen con la ayuda de una buena gestión electrónica. El embrague mutidisco Haldex es uno de los sistemas que gestionado electronicamente permite la tracción permanente del vehículo.

En la figura inferior tenemos la transmisión de un Mercedes-Benz Clase S con tracción total permanente «4Matic». La disposición de la tracción total es la más frecuente entre coches que inicialmente son de tracción trasera con motor delantero (siempre longitudinal). Junto al cambio automático hay una caja de transferencia de la que sale un semieje que transmite fuerza al diferencial delantero. Este semieje y el diferencial están a un lado del motor.
A diferencia de otros modelos con tracción total, las variantes «4Matic» del Clase S no tienen diferenciales autoblocantes o bloqueables. En lugar de los tres bloqueos convencionales (que condicionan la capacidad direccional y maniobrabilidad) lleva una evolución del control de tracción que puede frenar individualmente cada rueda. En caso de que alguna rueda tenga un deslizamiento excesivo en aceleración, dicho control de tracción (que Mercedes-Benz llama 4ETS) la frena. De esa manera, aumenta la fuerza que pueden hacer las ruedas que tienen más agarre.

 

 

Tracción total opcional
Este tipo de tracción mas utilizada en vehículos todoterreno (offroad) que les permite circular por terrenos accidentados; si la ruedas de uno de los ejes pierde tracción, se puede trasladar la fuerza impulsora al otro eje de forma manual mediante una palanca.
Hasta hace poco tiempo, este tipo de vehículos utilizaban en exclusiva la propulsión del tren trasero con conexión manual del tren delantero; pero actualmente se emplea tambien la transmisión integral permantente con diferencial central o con viscoacoplador. Sin embargo, lo que es común a cualquier vehículo todoterreno es la caja de transferencia o reductora.
La reductora va acoplada a la caja de cambios, con salida para doble transmisión a ambos trenes. Esta caja es accionada por una palanca adicional situada al lado de la palanca de cambios y puede transmitir, según su posición, el movimiento a los dos ejes o solamente al trasero. La relación de marchas mas larga es la de "normal" o de carretera y la "corta" o reductora selecciona una desmultiplicación que oscila generalmente entre 2 y 3 a 1.


Los piñones de la caja reductora van dispuestos en pares de engranajes de forma que, cuando se utiliza la transmisión total, se reduce el giro de las ruedas para obtener un mayor par de tracción en las mismas. La función de la caja reductora o de transferencia es los vehículos todo-terreno es multiplicar el par de salida de la caja de cambios, para coronar fuertes pendientes, avanzar lentamente por terrenos muy accidentados y vadear rios con seguridad. De la caja de transferencia sale el par a las transmisiones delantera y trasera. Esta transmisión puede hacerse a través de piñones o cadena.

La caja reductora esta compuesta por 5 piñones de los cuales 2 están montados en el eje intermedio y los otros 3 son intervenidos por los sincronizadores que funcionan igual que los utilizados en la caja de cambios. La misión de la reductora es la de transmitir al vehículo una marcha normal a la que se le denomina "larga" y otra reducida a la que se le denomina "corta", su otra misión es la de dar tracción a 2 ruedas o a las 4 según el deseo del conductor, accionando la palanca de transfer.

Funcionamiento
En el funcionamiento de la caja de transferencia adopta las siguiente posiciones:

Alguien se puede preguntar el porque no hemos hablado de la posición 2L, esta posibilidad no se contempla debido a que una marcha corta para 2 ruedas, con el aumento de par tan importante que se produce, puede provocar averías en el grupo cónico y diferencial así como la rotura de palieres. Para evitar esto, los vehículos que lleven reductora y tracción a las 4 ruedas, llevan una dispositivo mecánico, que no permite meter la reductora sin antes meter la tracción total.

Otra disposición de caja reductora es la que se ve en la figura inferior, este sistema es mas sencillo que el anterior ya que solo nos permite dos posibilidades, propulsión al eje trasero con una marcha directa (larga), y tracción a las 4 ruedas con una marcha reducida (corta) que aumenta el par. La reductora es como una caja de cambios de dos velocidades, directa (larga) y reducida (corta), en esta divide por dos aproximadamente el giro que sale de la caja de cambios, con lo que el par se multiplica por el mismo factor que se divide la velocidad. La reductora cuenta también con un dispositivo para transmitir o no el giro al puente delantero, con lo que la fuerza se divide entre los dos ejes en lugar de uno.

 

 

Cubos de rueda
A diferencia que en los automóviles los todoterrenos tienen una particularidad que los hace diferentes. Hasta hace algún tiempo, en muchos vehículos conectar la doble tracción significaba dos pasos: conectar la doble tracción desde el interior del vehículo, con una palanca, y bajarse y conectar los cubos de las ruedas delanteras, para así enganchar las mazas de las ruedas a los palieres o semiejes. Este sistema luego fue reemplazado en muchos vehículos, aunque de maneras no siempre satisfactorias.
Los cubos de bloqueo, también conocidos como cubos de rueda libre, son un accesorio que permite que las ruedas delanteras sean desconectadas de los palieres delanteros.
El u
so de cubos de rueda libre permite que ambas ruedas delanteras giren sin que todo el mecanismo interno de la transmision (ejes, diferencial, cardan...) se mueva, es decir, las ruedas giran y lo demas se queda quieto. Los beneficios aportados por los cubos de bloqueo incluyen un menor consumo, ruido, vibración y desgaste.

En los vehículos más antiguos se usaban cubos de bloqueo manual para desconectar las ruedas delanteras. Esto requiere bajarse del vehículo para conectar o desconectar las ruedas delanteras. Si las condiciones de la carretera son irregulares, estos vehículos pueden ser usados en modo de tracción en dos ruedas con los bloqueadores conectados (desconectando la tracción a las cuatro ruedas con el interruptor o la palanca interna) y la tracción en las 4 ruedas necesitaría ser conectada cuando las condiciones de la carretera lo demanden.

 

En vehículos de tracción en las cuatro ruedas más modernos, los cubos de bloqueo automático son usados habitualmente y, como su propio nombre indica, se conectan automáticamente cuando se activa la tracción en las cuatro ruedas desde el interior del vehículo. La ventaja principal es que el conductor no necesita abandonar el vehículo para activar la tracción en las 4 ruedas o conducir el vehículo con tracción en 2 ruedas con el eje delantero conectado. La desventaja con este sistema es que la mayoría de los diseños requieren que el vehículo avance cierta distancia (normalmente un giro completo de rueda, y normalmente en una dirección concreta) para que así los cubos se conecten o desconecten (en muchos casos la tracción en las cuatro ruedas puede ser conectada con el vehículo en movimiento). Esto no se podría realizar si el vehículo se quedara completamente atascado antes de conectar la tracción en las cuatro ruedas, por lo que los cubos automáticos precisan de más precaución por parte del conductor.

 

 

Funcionamiento
Como hemos comentado anteriormente el bloqueo de los cubos puede ser manual o automático, ahora vamos a ver como se hace el bloqueo según sea el sistema:

Este mecanismo es muy frecuente que pueda fallar ya que los estriados que llevan las piezas de engrane son muy pequeños ya que el acople se hace en marcha. Al final se desgastan los estriados y saltan de un diente a otro. Sabemos que nos están fallando los cubos de rueda por que al conectar el 4x4 se oye un ruido de carraca y al tocar los cubos de rueda estos están demasiado calientes.

 


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