Un eje de transmisión , eje de transmisión , eje motriz , eje de cola ( inglés australiano ), eje de hélice ( prop shaft ) o eje cardán (en honor a Girolamo Cardano ) es un componente para transmitir potencia mecánica , torque y rotación, generalmente utilizado para conectar otros componentes de un tren motriz que no se pueden conectar directamente debido a la distancia o la necesidad de permitir un movimiento relativo entre ellos.
Como portadores de par, los ejes de transmisión están sometidos a esfuerzos de torsión y de cizallamiento , equivalentes a la diferencia entre el par de entrada y la carga. Por lo tanto, deben ser lo suficientemente fuertes para soportar el esfuerzo, evitando al mismo tiempo un peso adicional excesivo que, a su vez, aumentaría su inercia .
Para permitir variaciones en la alineación y la distancia entre los componentes impulsores y accionados, los ejes impulsores con frecuencia incorporan una o más juntas universales , acoplamientos de mordaza o juntas de trapo y, a veces, una junta estriada o una junta prismática .
El término eje de transmisión apareció por primera vez a mediados del siglo XIX. En la reedición de la patente de Stover de 1861 para una máquina cepilladora y emparejadora , el término se utiliza para referirse al eje accionado por correa mediante el cual se impulsa la máquina. [1] El término no se utiliza en su patente original. [2] Otro uso temprano del término ocurre en la reedición de la patente de 1861 para la máquina segadora tirada por caballos Watkins y Bryson . [3] Aquí, el término se refiere al eje que transmite potencia desde las ruedas de la máquina al tren de engranajes que hace funcionar el mecanismo de corte.
En la década de 1890, el término comenzó a usarse de una manera más cercana al sentido moderno. En 1891, por ejemplo, Battles se refirió al eje entre la transmisión y los bogies de su locomotora Climax como el eje de transmisión, [4] y Stillman se refirió al eje que une el cigüeñal al eje trasero de su bicicleta impulsada por eje como un eje de transmisión. [5] En 1899, Bukey usó el término para describir el eje que transmite potencia desde la rueda a la maquinaria impulsada por una junta universal en su Horse-Power . [6] En el mismo año, Clark describió su Velocípedo Marino usando el término para referirse al eje impulsado por engranajes que transmite potencia a través de una junta universal al eje de la hélice. [7] Crompton usó el término para referirse al eje entre la transmisión de su Vehículo de motor a vapor de 1903 y el eje impulsado. [8]
La empresa pionera de la industria automovilística, Autocar , fue la primera en utilizar un eje de transmisión en un automóvil propulsado por gasolina. [9] Construido en 1901, hoy este vehículo se encuentra en la colección del Instituto Smithsoniano . [10]
Un automóvil puede utilizar un eje longitudinal para transmitir potencia desde un motor o transmisión al otro extremo del vehículo antes de que llegue a las ruedas. Normalmente se utiliza un par de ejes de transmisión cortos para enviar potencia desde un diferencial central , una transmisión o un transeje a las ruedas.
En los vehículos con motor delantero y tracción trasera , también se necesita un eje de transmisión más largo para enviar la potencia a lo largo del vehículo. Predominan dos formas: el tubo de torsión con una sola junta universal y el sistema de transmisión Hotchkiss, más común, con dos o más juntas. Este sistema se conoció como Système Panhard en honor a la empresa automovilística Panhard et Levassor, que lo patentó.
La mayoría de estos vehículos tienen un embrague y una caja de cambios (o transmisión) montados directamente en el motor, con un eje de transmisión que conduce a una transmisión final en el eje trasero. Cuando el vehículo está parado, el eje de transmisión no gira. Algunos vehículos (generalmente deportivos, como el Chevrolet Corvette C5 / C6 / C7 , Alfa Romeo Alfetta y Porsche 924/944/928 ), buscando un mejor equilibrio de peso entre la parte delantera y trasera, utilizan un transeje montado en la parte trasera . En algunos modelos que no son Porsche, esto coloca el embrague y la transmisión en la parte trasera del automóvil y el eje de transmisión entre ellos y el motor. En este caso, el eje de transmisión gira continuamente con el motor, incluso cuando el automóvil está parado y sin marcha. Sin embargo, los modelos Porsche 924/944/928 tienen el embrague montado en la parte trasera del motor en una carcasa de campana y el eje de transmisión desde la salida del embrague, ubicado dentro de un tubo de torsión protector hueco, transfiere la potencia al transeje montado en la parte trasera (transmisión + diferencial). De este modo, el eje de transmisión de Porsche solo gira cuando giran las ruedas traseras, ya que el embrague montado en el motor puede desacoplar la rotación del cigüeñal del motor del eje de transmisión. Por lo tanto, para Porsche, cuando el conductor utiliza el embrague mientras cambia rápidamente de marcha hacia arriba o hacia abajo (transmisión manual), el motor puede girar libremente con la entrada del pedal del acelerador del conductor, ya que con el embrague desacoplado, la inercia del motor y del volante es relativamente baja y no se ve afectada por la inercia rotacional adicional del eje de transmisión. El tubo de torsión de Porsche está sólidamente fijado tanto a la carcasa de campana del motor como a la caja del transeje, fijando la longitud y la alineación entre la carcasa de campana y el transeje y minimizando en gran medida el par de reacción de la tracción trasera al torcer el transeje en cualquier plano.
El eje de transmisión que conecta un diferencial trasero a una rueda trasera puede denominarse semieje. El nombre deriva del hecho de que se necesitan dos ejes de este tipo para formar un eje trasero .
Los primeros automóviles solían utilizar mecanismos de transmisión por cadena o correa en lugar de un eje de transmisión. Algunos utilizaban generadores y motores eléctricos para transmitir potencia a las ruedas.
En inglés británico , el término eje de transmisión se limita a un eje transversal que transmite potencia a las ruedas, especialmente a las ruedas delanteras. El eje que conecta la caja de cambios a un diferencial trasero se llama "eje de hélice" o "eje de hélice". Un conjunto de eje de hélice consta de un eje de hélice, una junta deslizante y una o más juntas universales. Cuando el motor y los ejes están separados entre sí, como en los vehículos con tracción en las cuatro ruedas y tracción trasera , es el eje de hélice el que sirve para transmitir la fuerza motriz generada por el motor a los ejes.
En la industria automotriz se utilizan varios tipos diferentes de ejes de transmisión:
El eje de transmisión de tubo deslizante es un nuevo tipo que mejora la seguridad en caso de colisión. Puede comprimirse para absorber energía en caso de colisión, por lo que también se lo conoce como "eje de transmisión colapsable".
Estos evolucionaron a partir del diseño de tracción trasera con motor delantero. Se colocó una nueva forma de transmisión llamada caja de transferencia entre la transmisión y las transmisiones finales en ambos ejes. Esto dividió la transmisión a los dos ejes y también puede haber incluido engranajes reductores, un embrague de garras o diferencial. Se utilizaron al menos dos ejes de transmisión, uno desde la caja de transferencia a cada eje. En algunos vehículos más grandes, la caja de transferencia estaba montada centralmente y era impulsada por un eje de transmisión corto. En vehículos del tamaño de un Land Rover , el eje de transmisión al eje delantero es notablemente más corto y está articulado de manera más pronunciada que el eje trasero, lo que hace que sea un problema de ingeniería más difícil construir un eje de transmisión confiable, y que puede implicar una forma más sofisticada de junta universal.
Los automóviles modernos ligeros con tracción en las cuatro ruedas (en particular, Audi o el Fiat Panda ) pueden utilizar un sistema que se asemeja más a un diseño de tracción delantera. La transmisión y la transmisión final para el eje delantero se combinan en una carcasa junto al motor, y un solo eje de transmisión recorre la longitud del automóvil hasta el eje trasero. Este es un diseño preferido cuando el par se desvía hacia las ruedas delanteras para brindar un manejo similar al de un automóvil, o cuando el fabricante desea producir automóviles con tracción en las cuatro ruedas y tracción delantera con muchos componentes compartidos.
La industria automovilística también utiliza ejes de transmisión en plantas de pruebas.
En un banco de pruebas de motores , se utiliza un eje de transmisión para transferir una determinada velocidad o par del motor de combustión interna a un dinamómetro .
En una conexión de eje se utiliza un "protector de eje" para proteger contra el contacto con el eje de transmisión y para detectar una falla del eje.
En un banco de pruebas de transmisiones, un eje de transmisión conecta el motor principal con la transmisión.
Un eje de transmisión de un automóvil puede durar aproximadamente 120.000 kilómetros. Sin embargo, si el vehículo presenta alguno de los síntomas que se indican a continuación, los conductores deben llevarlo a revisión lo antes posible. [11]
Un freno de estacionamiento con eje cardán funciona en el eje de transmisión en lugar de en las ruedas. [12] Estos frenos se utilizan comúnmente en camiones pequeños. Este tipo de freno es propenso a fallar y ha provocado incidentes en los que el camión se ha desbocado en una pendiente, lo que ha provocado que se emitan alertas de seguridad. [13] Los vehículos pesados que tienen este tipo de freno de estacionamiento generalmente tienen una manija de trinquete similar al freno de mano o freno de estacionamiento de un automóvil , a diferencia de un botón o palanca de freno de aire .
Los factores de riesgo para los conductores incluyen estacionar en una pendiente pronunciada cuando se lleva una carga pesada, no aplicar el freno con la fuerza suficiente, cambiar la carga o el equilibrio de la carga mientras se está estacionado en una pendiente o estacionar en un lugar donde un lado del vehículo puede resbalar. El uso de calzos en las ruedas es una forma de evitar que el vehículo se mueva en una pendiente.
Los ejes de transmisión se han utilizado en motocicletas desde antes de la Primera Guerra Mundial, como la motocicleta belga FN de 1903 y la motocicleta Stuart Turner Stellar de 1912. Como alternativa a las transmisiones por cadena y correa , los ejes de transmisión ofrecen un funcionamiento duradero, limpio y relativamente sin mantenimiento. Una desventaja de la transmisión por eje en una motocicleta es que se necesitan engranajes helicoidales , engranajes cónicos en espiral o similares para girar la potencia 90° desde el eje hasta la rueda trasera, perdiendo algo de potencia en el proceso.
BMW ha producido motocicletas con transmisión por eje desde 1923, y Moto Guzzi ha construido motocicletas V-twin con transmisión por eje desde la década de 1960. La empresa británica Triumph y las principales marcas japonesas Honda , Suzuki , Kawasaki y Yamaha han producido motocicletas con transmisión por eje.
Los scooters Lambretta del tipo A al tipo LD tienen transmisión por eje [14], el scooter NSU Prima también tiene transmisión por eje [15]
Los motores de motocicletas con cigüeñal colocado de forma longitudinal y paralela al chasis se utilizan a menudo en motocicletas con transmisión por eje. Esto requiere solo un giro de 90° en la transmisión de potencia, en lugar de dos. Las motos de Moto Guzzi y BMW, además de las series Triumph Rocket III y Honda ST, utilizan este diseño de motor.
Las motos con transmisión por cardán sufren el efecto de eje , que hace que el chasis se eleve cuando se aplica potencia. Este efecto, que es el opuesto al que presentan las motos con transmisión por cadena, se contrarresta con sistemas como el Paralever de BMW, el CARC de Moto Guzzi y el Tetra Lever de Kawasaki .
En un barco de propulsión mecánica, el eje de transmisión, o eje de la hélice, normalmente conecta la hélice en el exterior del barco con la maquinaria motriz en el interior, pasando por al menos un sello de eje o prensaestopas en el lugar donde se cruza con el casco . El empuje, la fuerza axial generada por la hélice, se transmite al barco mediante el bloque de empuje o cojinete de empuje, que, en todos los barcos, salvo en los más pequeños, está incorporado en el motor principal o caja de cambios. Los ejes pueden estar hechos de acero inoxidable [16] o de materiales compuestos [17] según el tipo de barco en el que los instale.
La parte del tren de transmisión que se conecta directamente a la hélice se conoce como eje de cola. [18]
Las locomotoras Shay , Climax y Heisler , todas introducidas a fines del siglo XIX, usaban transmisiones por eje para acoplar la potencia de un motor multicilíndrico montado centralmente a cada uno de los bogies que soportaban el motor. En cada una de estas locomotoras de vapor con engranajes , un extremo de cada eje de transmisión estaba acoplado al bogie impulsado a través de una junta universal , mientras que el otro extremo era impulsado por el cigüeñal , la transmisión u otro bogie a través de una segunda junta universal. Una transmisión por eje también tiene la capacidad de deslizarse longitudinalmente, variando efectivamente su longitud. Esto es necesario para permitir que los bogies giren al pasar una curva.
Los ejes cardán se utilizan en algunas locomotoras diésel (principalmente diésel-hidráulicas, como la British Rail Class 52 ) y algunas locomotoras eléctricas (por ejemplo, la British Rail Class 91 ). También se utilizan ampliamente en unidades múltiples diésel .
El eje de transmisión ha servido como alternativa a la transmisión por cadena en las bicicletas durante el siglo pasado, pero nunca llegó a ser muy popular. Una bicicleta con transmisión por eje (o "Acatène", de un fabricante antiguo) tiene varias ventajas y desventajas:
Los ejes de transmisión son un método para transferir potencia desde un motor y una toma de fuerza a un equipo accesorio montado en el vehículo, como un compresor de aire . Los ejes de transmisión se utilizan cuando no hay suficiente espacio al lado del motor para el accesorio adicional; el eje cubre el espacio entre la toma de fuerza del motor y el accesorio, lo que permite montar el accesorio en otra parte del vehículo. [19]
Hoy en día existen nuevas posibilidades para el proceso de producción de ejes de transmisión. El proceso de producción mediante bobinado de filamentos está ganando popularidad para la creación de ejes de transmisión compuestos . Varias empresas de la industria automotriz están buscando adoptar este conocimiento para su proceso de producción de alto volumen. [ cita requerida ]
