CAJAS DE VELOCIDAD

TIPOS Y SU FUNCIONAMIENTO.

DEFINICIÓN DE CAJA DE VELOCIDAD.

Son una serie de ruedas dentadas montadas en tres o más árboles, que van encerradas en una caja y tienen un mecanismo selector, con el cual podemos escoger una determinada relación de engranajes, que se ajuste a las necesidades de variación de las revoluciones de una máquina.

La caja recibe el movimiento del motor a través de una transmisión por correa, cadena o un embrague y reduce o aumenta la velocidad según la relación seleccionada y la transmite al árbol de trabajo.

El número de velocidades de una caja está de acuerdo con la necesidad de trabajo, por eso encontramos máquinas de: 4, 6, 8 y más relaciones de velocidad.

PAR MOTOR.

No es sólo la relación de velocidad lo que cambia con el número relativo de dientes de los piñones engranados, sino que también cambia el par motor. El par motor es el esfuerzo de torsión o de giro. Cuando usted afloja la tapa de un frasco, desarrolla una fuerza de torsión, es decir, una par de torsión. El par se mide en libras-pie o en kilogramos.

Cualquier eje o engranaje al que se hace girar tiene un par aplicado. El cigüeñal aplica el par motor a los piñones de la transmisión o los hace girar. Este esfuerzo de giro o par motor es transmitido a través del tren de potencia, a las ruedas posteriores para que giren.

A. Par motor en los piñones:

El par aplicado a los ejes o piñones se mide como una fuerza que se desplaza en línea recta a una cierta distancia desde el centro del eje o del piñón. Si pudiésemos enganchar un dinamómetro a los dientes de’ piñón y obtener una medida del esfuerzo de tiro (Figura 2), podríamos determinar el par motor. Supongamos que los dientes del piñón conductor están ejerciendo una fuerza de 25 libras contra los dientes del piñón conducido; esta fuerza a distancia de 1 pie (30, 48 cm), significa un par de 25 libras-pie producidas por el piñón conductor.

Observe que el empuje de 25 libras es aplicado desde los dientes de este piñón a uno más grande, pero a distancia de dos pies (61 cm), desde el centro, entonces el par será el doble, o sea 50 libras-pie. La misma fuerza (50 libras-pie) actúa sobre los dientes del piñón mayor, pero a doble distancia desde el centro del eje.

B. Par motor y relación de engranaje:

En la Figura 3 el piñón pequeño conduce al grande y la relación es 2:1. Pero la relación par es 1:2. El piñón grande gira a la mitad de velocidad del pequeño; por lo tanto el par será el doble. La reducción de velocidad significa aumento del par.

CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LAS CAJAS DE VELOCIDADES CON
PIÑONES DESPLAZABLES:

(Ejemplo: Cajas de velocidades de un automóvil):

Una de las primeras cajas de velocidades que se usaron fueron las cajas con piñones desplazables; ésta es muy sencilla, y es la base de las cajas modernas; por lo tanto haremos un breve estudio de ella y así comprenderemos con facilidad los sistemas actuales.

La caja con piñones desplazables (Ver Figura 4), está constituida por un eje (1) unido por un extremo al disco de embrague y por lo tanto recibe movimiento del motor; este movimiento lo transmite a través de los engranajes 2 y 3, al eje intermedio (4).  El eje intermedio tiene engranajes de diferentes tamaños, por lo que también recibe el nombre de torre. El eje de salida de la caja o secundario (5), es acanalado en toda su extensión y sobre él se desplazan otros engranajes (6 y 7). Estos engranajes interiormente tienen labradas unas acanaladuras similares a las del eje, de manera que cuando gira el eje también giran los piñones, pero a la vez estos últimos se pueden desplazar a lo largo del eje, propiedad por la cual se les llama desplazables. Estos piñones desplazables reciben el impulso de unas horquillas, no representadas en la figura. Este impulso permite que los piñones desplazables entren en contacto o no con los piñones fijos de la torre; de esta manera se selecciona la velocidad requerida.

1 - EJE PRIMARIO O DEMANDO
2 - ENGRANAJE DE MANDO
3 - ENGRANAJE DE ACOPLE DE LA TORRE
4 - TORRE O EJE INTERMEDIO
5 - EJE SECUNDARIO (CORREDIZO)
6 - ENGRANAJE DE 2a.
7 - ENGRANAJE DE la. Y RETROCESO
8 - PIÑÓN DE la. VELOCIDAD
9 - PIÑÓN DE 2a. VELOCIDAD
10 - PIÑÓN LOCO O INVERSIÓN DE MARCHA
11 - PIÑÓN DE RETROCESO
12 - ACOPLAMIENTO DE DIRECTA O DE 3 a.

Todos los ejes van montados en rodamientos o bujes; el conjunto se encierra en una caja parcialmente llena de aceite. El comando de los piñones desplazables se lleva a efecto por medio de una palanca que se sitúa al alcance del operario.

A. Neutro.

Cuando la palanca de cambio es colocada en neutro, tal como aparece en la Figura 5, el eje o árbol secundario, eje corredizo, no gira. El eje secundario está conectado mecánicamente al árbol transmisor. Los dos piñones del eje, piñón de segunda y primera velocidad, también se encuentran detenidos.

Como puede apreciarse, la fuerza del motor que llega por el eje de entrada se pierde haciendo girar la torre y el piñón loco de retroceso.
Las flechas indican el sentido de giro de los piñones. Para facilitar las explicaciones de las cajas con piñones desplazables, se ha utilizado el sistema de cambios con palanca en el piso.

Primera velocidad:

Cuando se mueve la palanca de cambios a la posición de primera velocidad (Figura 6), la horquilla del engranaje de primera obliga a éste a desplazarse en el eje corredizo hasta que engrana con el piñón de primera velocidad del eje intermedio o torre.

Para lograr esto es necesario que previamente se haya desacoplado el embrague, de modo que el eje de entrada y la torre dejen de girar. Cuando se acopla nuevamente el embrague, el eje de mando comienza a girar y transmite este movimiento a la torre.

Como el engranaje de acople de la torre es más grande que el engranaje del eje de entrada y como el piñón de primera de la torre es más pequeño que el piñón de primera del eje corredizo se obtiene una relación de engranaje, que en la mayoría de los casos, es de 3:1. Esto es, que por cada tres revoluciones del eje de mando, da una revolución el eje de salida.

En la Figura 6 los piñones engranados indican el recorrido de la fuerza, y las flechas el sentido de giro de los piñones.

Segunda velocidad:

Para pasar de primera a segunda velocidad, una vez desacoplado el embrague, se desplaza la palanca de cambios a la posición de segunda; Figura 7, y el cambio se efectúa de la manera siguiente: El piñón de primera impulsado por su horquilla se desengrana de la torre y queda en su posición neutral.
El desplazamiento de la palanca hacia la posición de segunda hace que la horquilla de segunda y tercera impulse al piñón de segunda para que engrane con el piñón de segunda velocidad de la
torre. Al acoplar nuevamente el embrague, se obtendrá una reducción de engranaje moderado.

Los piñones engranados indican el recorrido de la fuerza y las flechas el sentido de giro de los piñones.

Como podemos observar en la Figura 7, el piñón de primera gira con el eje corredizo, pero sin utilidad alguna por no estar engranado.

Tercera velocidad:

Para efectuar el cambio a directa, igual que en las velocidades anteriores, se desacopla el embrague y se desplaza la palanca de la posición de segunda a tercera. (Ver figura No. 8). Al efectuar esta operación la horquilla de segunda y tercera hace que el piñón de segunda y tercera se desengrane de su rueda correspondiente en la torre y sea empujado longitudinalmente contra el piñón de mando.

Unos dientes existentes en las caras de ambos piñones permiten que el acoplamiento se sincronice y el eje secundario gira a igual velocidad que el eje primario por tal razón se llama velocidad directa.

Después de analizar las 3 velocidades de una caja sencilla, utilizada en la industria automotriz, estamos en capacidad para identificar el funcionamiento de una caja con piñones desplazables, de un mayor número de cambios de velocidad, y son las cajas utilizadas en la mayoría de las máquinas herramientas.

En la siguiente gráfica observamos los elementos que conforman la caja de velocidades de un torno universal (fig. 9).

La mayor relación de velocidad entre el árbol motriz A y el árbol conducido B es de 4,64/1, el par motor es de 1/4,64; en cada uno de los 12 cambios, podemos calcular la relación de velocidad.

FLECHAS CARDAN

Las flechas cardan son aquellas encargadas para transmitir la potencia de la transmisión hacia la parte posterior del vehículo. Las flechas cardan están conectadas de la transmisión por medio de flecha intermedia hacia la junta, dependiendo de la sincronización que tenga la transmisión será la velocidad a la que gire la flecha y será la potencia con la que se mueve el vehículo. En la parte posterior del vehículo, la flecha cardan esta conectada con el eje trasero. La conexión está hecha en el tercer miembro o calabazo. Gracias a esta conexión que tiene la flecha con el eje, se transmite la potencia o el movimiento hacia las ruedas traseras.

TIPOS DE FLECHAS CARDAN.

Las flechas cardan se pueden dividir en los siguientes grupos:

• Simples.
• Dobles.
• Compuestas.

El uso de cada tipo de flecha depende de la función para la que se requiera, el tipo de trabajo para el cual se usará, la cantidad de fuerza necesaria.

Las flechas cardan son portadores de torque, están sujetas a torsión, estrés que representa una diferencia entre la entrada de fuerza y la carga. Por esto necesitan ser resistentes pero ligeros ya que estas partes son las encargadas de la transmisión de torque a las partes necesarias del vehículo, en la figura 1 que se muestra a continuación representa una flecha cardan, donde se pueden observar en el fondo de la junta universal, seguido por el slip yoke y el tubo serrado.

                                               Figura 1. Flecha Cardan con Junta universal

Las flechas cardan se componen de juntas, yugos, tubos. Los yugos pueden ser aserrados o lisos, la diferencia entre un yugo aserrado y un yugo liso es que para el primer caso es más fácil realizar el ensamble ya que posee una única posición en el cual tiene que ser ensamblado, los dientes poseen una posición que permite el ensamble rápido y sencillo al operador. Por otro lado con los yugos lisos, los cuales fueron de los primeros que surgieron en la industria, son mas complejos para su ensamble, por lo mismo se deben de utilizar guías para poder tener un mismo sentido en el ensamble.

La junta es la que permite cierto grado de movimiento a la flecha, permite que la dirección varíe en un determinado grado. Las juntas pueden ser simples, es decir una sola unión o pueden contener dos juntas. Estas juntas pueden ser simples, es decir una sola unión o pueden contener dos juntas. Estas juntas se encuentran orientadas a 90°. En el caso de las flechas con doble junta pueden dividir la cantidad entre ambas juntas permitiendo que la flecha no tenga el mismo desgaste.

                                       Figura 2. Junta Universal.

En la figura 2 se observa una junta universal, esta junta permite que la flecha cardan tenga un cierto grado de liberta, estos grados de libertad afectan de manera directa la vida de la junta y de la flecha. Como se mencionó anteriormente mientras mas esfuerzo y mayor grado de libertad existan, el desgaste será mayor y la vida de la parte se verá reducida.

Por último los tubos de los cardanes son aquellos que transmiten en conjunto la potencia de la transmisión hacia las partes necesarias del vehículo. Debido a que los tubos deben ser flexibles no sólidos, es decir son huecos. El único material que llevan en el interior es cartón que sirve para evitar vibraciones que se puedan dar y éstas se reflejen como ruido el cual puede ser declarado como falla vehicular y se tiene que realizar un estudio para saber la razón por la cual se produce esta falla.

Debido a que las flechas cardan son importante para la transmisión de la potencia hacia el vehículo, es necesario hacer estudios para saber que se encuentran en buen estado las flechas y al estar realizando su trabajo no haya fallas. Las fallas que se pueden dar son vibraciones extremas en el vehículo, ruptura de soldaduras, ruptura  de botas.

Las pruebas que se realizan a las flechas cardan son fuerza, balanceos, alineación de tubo. En todas estas pruebas, la flecha debe estar dentro de ciertos rangos y tolerancias para poder aceptar el producto final. Si la flecha falla en alguna de estas pruebas se puede re-trabajar hasta cierto nivel o se escrapea, lo cual significa pérdidas para el proveedor. Estas pruebas están muy controladas, se tienen maquinas y sistemas que permiten a los operadores saber en que momento una flecha ya no funciona o en que momento una flecha se encuentra en óptimas condiciones para su funcionamiento.

TIPS PARA EL MANTENIMIENTO DE LOS FRENOS DE AIRE DEL CAMION

Para que un camión funcione bien siempre es esencial estarle dando mantenimiento cada que lo requiere. Es así como hoy estaremos dándoles unos tips para el mantenimiento de sus frenos de aire.

1. Verifica los forros y las mangueras de los frenos

Los forros de freno a menudo son la primera parte de las piezas de freno que deben reemplazarse. Los revestimientos no deben estar sueltos ni manchados con aceite o grasa, y deben reemplazarse si su grosor es menor a 0.50 cm. Además, controla las mangueras de aire conectadas a las áreas de los frenos para asegurar un montaje correcto y verificar si hay problemas de desgaste.

Los camiones que han estado expuestos a elementos meteorológicos pueden sufrir corrosión. La entrada de humedad en el sistema de frenos impactará en los forros y puede provocar que los frenos se malogren.

2. Reemplaza las zapatas de freno constantemente.

Muchas zapatas de frenos de camión vienen con indicadores de reemplazo que advierten a los conductores y técnicos cuando las piezas ya comienzan a desgastarse y necesitan ser cambiadas. Una buena práctica es reemplazar todas las piezas de freno necesarias al mismo tiempo cuando programes el mantenimiento. De esta manera, garantizarás que la vida útil de las piezas sea similar. Si reemplazas las zapatas de freno, también cambia las otras partes interrelacionadas como los tambores, casquillos, pasadores y muelles.

3. Revisa los neumáticos y las cámaras de freno.

Los neumáticos deben inspeccionarse en intervalos regulares para garantizar un rendimiento adecuado y seguro de los frenos. Examina todas las áreas expuestas con frecuencia. Límpialos y busca señales de grietas, corrosión, desgaste u otros daños.

Inspecciona visualmente las cámaras de aire para asegurarte de que no estén dañadas, sueltas o que las varillas de empuje no estén rotas. La fractura de resortes de compresión es la causa principal de todas las fallas de los frenos de resortes. El agua, la sal, el aceite y otros contaminantes atacan y debilitan el resorte, causando corrosión y, en última instancia, fallas. Por último, las cámaras deben reemplazarse en pares para mantener un buen equilibrio de los frenos en el eje.

4. Aprende cuando reemplazar los cojinetes.

El mantenimiento del cojinete es un componente importante para el mantenimiento de los frenos. La detección temprana de problemas en el extremo del neumático puede evitar que tu camión entre en un tiempo de inactividad innecesario y que se produzcan costosas reparaciones de emergencia en el camino.

Puede haber daño del cojinete si notas lo siguiente con tu camión:

• Desgaste anormal o desigual de los neumáticos
• Fuga del sello del neumático
• Vibración, bamboleo o ruido en los neumáticos
• Aumento de la distancia de frenado o disminución de la potencia de frenado
• Tirón lateral anormal cuando se aplican los frenos
• Bloqueo o derrape de los neumáticos

Si tu camión sufre estos problemas, llévalo a una revisión inmediata para ver si los cojinetes necesitan ser reemplazados.

5. Mantén los niveles correctos de presión de aire.

La presión de aire correcta asegura el uso adecuado del freno. Si el indicador de tu camión está funcionando a menos de 60 psi antes de comenzar a conducir, debes revisar los frenos o el indicador para asegurarte de que todo esté en orden. No se debe conducir un camión si la presión de aire es tan baja. La presión debe funcionar entre 100 psi y 125 psi.

6. Lubrica los ajustadores de holgura y las cámaras S.

La lubricación adecuada hace una gran diferencia para la vida útil de los ajustadores de holgura y las cámaras S (que empujan la zapata dentro del tambor para detener el movimiento). Este consejo de mantenimiento mantiene los frenos en alineación y admite frenos ajustados tanto automáticos como manuales.

El engrase correcto de los ajustadores de tensión automáticos y manuales garantiza que los frenos no se atasquen ni provoquen fallas.

7. Inspecciona el sistema de frenos anti-bloqueo.

Aunque algunos sistemas de frenos anti-bloqueo (ABS) generalmente no requieren mantenimiento de rutina, se deben revisar periódicamente. Algunos de los problemas más comunes que desencadenan fallas en este sistema incluyen:

• Alambres desgastados o cortados cerca de las abrazaderas de marco
• Pestillos conectores dañados
• Terminales no asegurados en los conectores
• Espacio excesivo de aire del sensor o un juego axial excesivo de la rueda
• Daño en los cables expuestos de la tubería de alambre
• Sensor o modulador desgastado, astillado o dañado

8. Controla los secadores de aire todos los meses.

El secador de aire recoge y elimina contaminantes sólidos, líquidos y en aerosol, como agua y aceite, antes de que ingresen al sistema de frenos de aire y pongan en peligro el funcionamiento eficiente del camión. Es por ello que es importante que los protejas de la contaminación.

Los requisitos de intervalo dependen de la edad del vehículo, la condición del compresor, el entorno operativo, y el uso. Las flotas pueden determinar la funcionalidad correcta del filtro verificando la humedad en el sistema de frenos mensualmente. Si hay humedad presente, el cartucho del secador de aire requerirá de un cambio. El uso correcto y funcional de un secador de aire y un cartucho ayuda a los propietarios de flotas a reducir los costos operativos.