Proyecto Diferencial

MECANICA DE MATERIALES PROYECTO DIFERENCIAL 1

INSTITUTO SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA AUTOMOTRIZ

INGENIERIA MECANICA AUTOMOTRIZ

MATERIA: MECANICA DE MATERIALES

PROYECTO DIFERENCIAL

ALUMNOS: ALIYAIR HERNANDEZ DOMINGUEZ ERICK ALDAIR MORALES RUIZ VICENTE TORRES GENARO

ING. JUAN MANUEL GUERRERO RODRIGUEZ

6° SEMESTRE

GRUPO A

TOLUCA, ESTADO DE MEXICO

INDICE

Introducción_____________________________________3 Objetivo_________________________________________3 Diferencial_______________________________________4 Función_________________________________________5 Funcionalidad___________________________________ 6 Tipos de diferenciales____________________________ 7-8 Mecánica de materiales_________________________ 9-10 Tratamientos térmicos_________________________ 11-12 Tratamientos químicos____________________________ 13 Aplicaciones_________________________________ 14-15 Cálculo de especificaciones______________________ 16-17 Planos______________________________________ 18-19 Evidencias___________________________________ 20-21 Conclusión_____________________________________ 22 Bibliografía_____________________________________ 23

INTRODUCCION ¿A qué se llama Diferencial?, ¿para qué sirve un diferencial?, ¿cómo funciona un diferencial?, ¿cuál es la importancia del diferencial, en el funcionamiento del vehículo? Cuando se trata de describir componentes de un vehículo; tratamos en lo posible de ser escuetos. Pero; en este caso, tomando en cuenta la importancia, para la seguridad de desplazamiento del vehículo; nos extendemos en detalles, con la finalidad, de ubicar el funcionamiento de este componente. De esta manera cuando tenga que manipular, este tipo de componente lo haga con la convicción, que el caso requiere.

EL OBJETIVO Administrar la fuerza motriz, en las ruedas encargadas de la tracción, tomando como base, la diferencia de paso o rotación, entre una rueda, con relación a la otra. Se entiende, que el vehículo al tomar una curva, una rueda recorre más espacio que la otra; igualmente una rueda más grande, recorrerá más espacio que una pequeña El diferencial tiene la función de corregir estas diferencias.

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DIFERENCIAL

Siempre que hablamos de diferencial, todos sabemos para qué sirve, pero no sabemos muy bien el como lo hace. Como hemos dicho el diferencial sirve para que cuando el coche da una curva, compense la diferencia de metros que recorren una rueda con la otra. En los primeros automóviles se probaron diferentes ingenios, un ejemplo fue hacer que una solo rueda estuviese enganchada al motor, algo que pronto quedaría obsoleto por la falta de tracción que se obtenía. ¿Y cómo se solucionó esto? En el año 1886 el ingeniero alemán Karl-Benz creo el primer automóvil con una serie de engranajes (satélites y planetarios) que solucionan este problema, si bien muchas veces recurrió a la industria de la bicicleta, también tuvo que diseñar y fabricar muchos accesorios como por ejemplo el mecanismo de transmisión y el engranaje diferencial. ¿Qué es un diferencial automotriz? El diferencial, es un mecanismo que transmite el movimiento que viene del motor a las ruedas encargadas de la tracción. Este mecanismo permite que cuando un vehículo tome una vuelta, de un giro, etc., sin importar las ruedas del vehículo, derecha e izquierda, como pueden ser traseras o delanteras, dependiendo del caso de la tracción del vehículo, estas giren con diferentes velocidades. Esto se debe a que si están conectadas en un mismo eje, el vehículo al tomar una curva, la rueda exterior tendrá que llevar una mayor velocidad para ir a la par con la rueda interior, y por consecuencia la rueda interior tendrá que derrapar ya que lleva un velocidad menor. Por lo que se inventó el diferencia, para poder brindar un cambio de velocidad a las ruedas para que están puedan ir a su propia velocidad al momento de que el carro de un giro. Los vehículos de doble tracción, traen diferencial adicional. El diferencial, puede ser diferente, en cuanto a diseño, figura, tamaño o ubicación; pero, los principios de funcionamiento y objetivos; siguen siendo los mismos. 4

FUNCION Explicar cómo funciona un diferencial puede sonar como algo muy difícil, pero la realidad es que es muy simple. Un diferencial consta de varios engranajes que están acomodados de tal forma que formen un “U” en el eje de la parte. Cuando un vehículo va en línea recta, ambas ruedas de este recorrerán el mismo camino y el mecanismo se mantiene en estado neutro sin realizar su función principal, pero esto cambia cuando el vehicula intenta dar una curva en su recorrido. Cuando esto pasa, el mecanismo y sus engranajes se desplazarán ligeramente, para que de esta forma se generen distintas velocidades en el giro de ambas ruedas, en simples palabras, mientras una de las ruedas perderá velocidad y dará vueltas más lento (La rueda interior en la dirección a la que se gira), la otra rueda ganara más velocidad y dará vueltas más rápidas (La rueda exterior a la dirección en que se está girando), así se compensan las velocidades de las ruedas al dar un giro.

Como se ve en el dibujo la circunferencia roja recorre menos distancia que la circunferencia azul. Ahora esa misma distancia la recorrerán las ruedas del automóvil, por ende las ruedas de la circunferencia roja irán recorriendo el circuito más lento que las ruedas de la circunferencia azul. Esto se logra gracias a la diferencia de velocidades que ofrece un diferencial. Es importante resaltar la importancia que posee el diferencial en los automóviles. Si no dispusieran de este elemento, las ruedas del eje tractor tendrían que girar las 2 a una misma velocidad, velocidad que vendría impuesta por el eje de transmisión. Esto que inicialmente no parece ningún problema si que lo es, ya que a la hora de circular en curva la rueda que va por el exterior tendría que recorrer una distancia mayor que la que va por dentro de la curva, este efecto haría que la rueda que circula por el exterior de la curva se deslizara, con los consecuentes efectos negativos que causa la de falta de control sobre el automóvil. 5

FUNCIONALIDAD Para poder entender su funcionamiento interno del diferencial tenemos que comenzar conociendo los componentes que lo integran y como es que está formado.

En la imagen vemos el árbol de transmisión que se conecta con la corona mediante un piñón (llamado piñón de ataque), en el centro muestra la caja de satélites y los engranajes planetarios, que por medio de un estriado interior se conectan con los ejes palier que finalmente llevan la fuerza a las masas o ruedas.

El piñón de ataque dispuesto en el extremos del árbol de transmisión hace girar la corona con la cual esta engranado. La rotación de la corona causa el giro de la caja del diferencial, y cuando ésta gira, los dos piñones satélites y su eje se mueven circularmente con la misma. Como los dos piñones planetarios están engranados con los piñones satélites, tienen que girar, siendo ello causa de lo que hagan los semiejes traseros. En consecuencia, las ruedas giran produciendo el desplazamiento del auto. Supongamos que una rueda trasera gira más despacio que la otra mientras el auto toma una curva. Al girar la caja del diferencial, los piñones satélites tienen que hacerlo sobre sus ejes. La razón para que ello ocurra es que los piñones satélites deben moverse alrededor del piñón planetario que gira a menor velocidad. A la velocidad de la caja del diferencial se le asigna el 100%. La acción de rotación de los piñones satélites transfiere el 90% de esta velocidad a la rueda interior cuyo movimiento de rotación debe ser más lento, haciendo, al mismo tiempo, que le llegue el 110% de la velocidad de la rueda exterior, cuyo movimiento de rotación debe ser más rápido. 6

TIPOS DE DIFERENCIALES El problema del diferencial convencional es que cada semieje sirve de apoyo para que el otro haga fuerza (acción-reacción), por lo que en caso de pérdida de adherencia de una rueda, toda la fuerza del motor se escapa por ella sin que el otro semieje pueda hacer nada. Los tipos de diferenciales son los siguientes:  Diferencial autoblocante mecánico. Es un tipo de diferencial bloqueable en el que sólo se anula una parte del efecto diferencial, es decir, limitan la posibilidad de que una rueda gire libre respecto a la otra según un tarado fijo predeterminado. Ese tarado se expresa como una relación entre las dos ruedas en tanto por ciento, de forma que el cero corresponde a un diferencial libre, y el 100 a ruedas que giran solidarias, es decir, con el diferencial completamente bloqueado (como un eje rígido).  Diferencial autoblocante electrónico Actualmente son los más utilizados, funcionan por medio de sensores como el del ABS, frenando la rueda por donde se pierde la potencia. Este tipo de diferenciales suelen tener la ventaja de tener infinitas posibilidades de configuración por medio de su centralita que se puede seleccionar desde un mando dentro del coche incluso en marcha.  Diferencial torsen Es el único capaz de repartir el deslizamiento de forma independiente a la velocidad de giro de los semiejes. Funciona mediante la combinación de tres pares de ruedas helicoidales que engranan a través de dientes rectos situados en sus extremos (engranajes de concatenación). Lo más interesante del torsen es que puede repartir la fuerza del motor a cada semieje en función de la resistencia que oponga cada rueda al giro, pero al mismo tiempo permite que la rueda interior en una curva gire menos que la exterior, aunque esta última reciba menos par. 7

 Diferencial viscoso . Es aquel en el que no existe una unión mecánica entre los semiejes, sino a través de un fluido de alta viscosidad. Este fluido baña un cilindro en el que hay dos juegos de discos intercalados, cada uno de ellos solidario con uno de los semiejes del diferencial. Si la diferencia de giro entre estos dos juegos de discos no es grande, por ejemplo; la que se produce entre las ruedas de cada lado al tomar una curva, se mueven casi independientemente. Ahora bien, a medida que la diferencia de giro aumenta, los que giran más rápido tienden a arrastrar a los otros. El principal inconveniente del sistema viscoso de transmisión es que su funcionamiento está muy condicionado por la temperatura del fluido, que pierde viscosidad a medida que se calienta.  Diferencial de tipo abierto Estos diferenciales son los más comunes en los vehículos y son estándar en la mayoría de los 4wd. El diferencial abierto es un sistema de engranajes que mantiene la misma cantidad de presión en las caras de los engranajes que operan cada uno de los semiejes. Cuando una rueda gira más rápido que la otra como por ejemplo en un viraje, la presión en ella es mantenida, de modo que se aplica más potencia a la rueda que gira más rápido. Esta es la mejor aplicación posible de potencia en superficies suaves y secas y provee el mejor manejo.

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MECANICA DE MATERIALES DEL DIFERENCIAL

COMPOSICION FÍSICO-QUÍMICA

 Para la fabricación de los piñones y corona del diferencial se utiliza el siguiente tipo de acero: ACERO IRAM 8620 Clasificación: Acero aleado al cromo-níquel-molibdeno cementación, de mediana templabilidad.

para

Color de identificación: gris claro – azul – rojo oscuro. Aplicaciones: Piezas cementadas de mediano tamaño solicitadas a la fatiga como por ejemplo, piñones y coronas de diferencial, engranajes de altas revoluciones, pernos de seguridad, etc. Dureza:  Laminado en caliente: 192 Brinell (PRUEBA DE DURESA)  Normalizado: 183 Brinell  Recocido de globalización: 149 Brinell

Composición Química:

Equivalencias:

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 Para la fabricación de los ejes palieres normalmente se utiliza el siguiente tipo de acero: Acero IRAM1045

Clasificación: Acero al carbono de media resistencia. Color de identificación: amarillo – verde. Aplicaciones: Piezas confeccionadas por forjado, como por ejemplo, bielas, cigüeñales, árboles, palieres, etc. Estas piezas se usan en estado templado y revenido o, eventualmente, con temple superficial. Este acero también se aplica para confeccionar rieles de ferrocarriles.

Dureza:    

Laminado en caliente: 197 - 229 Brinell Normalizado (870 ºC): 197 – 229 Brinell Recocido (790 ºC): 180 – 212 Brinell Estirado en frío (reducción 15%): 212 - 248 Brinell

Composición Química:

Equivalencias:

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TRATAMIENTO TERMICOS AL DIFERENCIAL

Los tratamientos térmicos tienen por objeto mejorar las propiedades y características de los aceros, y consisten en calentar y mantener las piezas o herramientas de acero a temperaturas adecuadas, durante un cierto tiempo y enfriarlas luego en condiciones convenientes. De esta forma, se modifica la estructura microscópica de los aceros, se verifican transformaciones físicas y a veces hay también cambios en la composición del metal. A continuación se detallan los tratamientos térmicos comúnmente utilizados en la fabricación de engranajes.  Temple El temple tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior (aproximadamente 900 a 950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente (según la composición y el tamaño de la pieza) en un medio conveniente, agua, aceite, etc.  Revenido Es un tratamiento que se da a las piezas que han sido previamente templadas. Lo que se consigue es disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, quedando además el acero con la dureza o resistencia deseada.  Temple superficial Es un procedimiento mediante el cual se endurece solamente la capa superficial de las piezas. El calentamiento puede realizarse por corrientes inducidas, pudiéndose regular perfectamente la profundidad del calentamiento y con ello la penetración de la dureza. Una vez conseguida la temperatura de temple, se enfría generalmente en agua preparada para tal fin. 11

 Cementación Mediante este tratamiento se producen cambios en la composición química del acero. Además de considerar el tiempo y temperatura como factores fundamentales, hay que tener también en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. Lo que se busca es aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. El espesor de la capa endurecida se logra variando la profundidad de la capa cementad.  La nitruración Es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el nitrógeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formación de los nitruros que forman el nitrógeno y los elementos presentes en los aceros sometidos a tratamiento. Los tratamientos de cementación y nitruración son los más aplicados a los componentes del diferencial.

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TRATAMIENTO QUÍMICO A ENGRANAJES Y CORONA  Tratamiento Fosfatado Es el tratamiento químico que se usa para engranajes y corona del diferencial. Es un procedimiento químico para el tratamiento de la superficie de acero en el que se forman capas de fosfato metálico difícilmente solubles sobre el material base. Las capas producidas son porosas, absorbentes y se adecuan sin un tratamiento subsiguiente como capa de conversión para un recubrimiento de polvo posterior. También se adecuan temporalmente como protección anticorrosiva si se tratan posteriormente con aceite o cera. Finalmente se procede al acabado isotrópico de los engranajes  Acabado isotrópico Elimina capa de asperezas mientras mantiene completamente la capa de tensiones residuales de compresión. El proceso está diseñado para dejar algunos valles de la superficie o mecanizada ya que esto resulta importante para la retención del lubricante. La mejora del acabado superficial permite a la capa de lubricante permanecer coherente, además de reducir la fricción, la temperatura del lubricante y dando como resultado una menor pérdida de potencia, un aumento del rendimiento y la vida útil de la transmisión

VENTAJAS DEL TRATAMIENTO  Protección anticorrosiva temporal del acero para su almacenamiento temporal antes de un tratamiento posterior  Buena transmisión de la adherencia para un recubrimiento con pinturas subsiguiente  Mejora las propiedades de deslizamiento durante la transformación en frío del acero  Aislamiento eléctrico 13

APLICACIONES

El diferencial es un dispositivo que se usa en todo vehículo ya sea automóviles convencionales, vehículos todo terreno 4x4, autos de fórmula 1, o incluso son aplicados en equipos de maquinaria pesada.  FORMULA 1 Se utiliza un diferencial electrónico, pero es mucho más avanzado que el de cualquier otra especialidad. Se puede variar el tarado según el tipo de curva y según el momento de la curva que se encuentra. El volante de un piloto tiene tres mandos con los que puede configurar este mecanismo:  Diferencial en curva: Se efectúa según se quiera que se comporte dentro de una curva, en el momento de giro, donde más actúa el diferencial  Diferencial de entrada: Se regula el diferencial para que actúe cuando el coche está en deceleración en el momento de la frenada antes de entrar en curva.  Diferencial de salida: En este caso el calado se hace para el momento en que el coche está en plena aceleración.  MAQUINARIA PESADA La potencia de la transmisión se envía al diferencial y a la corona antes de ir a las ruedas. Los cargadores de ruedas y los modelos pequeños de camiones articulados tienen diferenciales en las ruedas delanteras y traseras. Los modelos grandes de camiones articulados tienen un tercer diferencial en el eje central. Algunas máquinas como los camiones de obras, solo tienen un diferencial trasero.

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 VEHÍCULOS CON TRACCIÓN EN LAS CUATRO RUEDAS Los vehículos con tracción en las cuatro ruedas se dividen en dos categorías.  Tracción total opcional: Tienen tracción permanente sólo en las ruedas posteriores, no tienen diferencial central y la tracción delantera se engancha con una palanca, quedando bloqueada. Esto quiere decir que permanentemente las 4 ruedas giran a la misma velocidad.  Tracción total permanente: El sistema consiste en un diferencial central que distribuye la tracción a las 4 ruedas y puede tener un control de embrague viscoso que transmite más tracción a uno de los ejes cuando el otro pierde adherencia. Este tipo de tracción se usa más en turismos que circulan por carreteras que por caminos (offroad).

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CALCULO ESPECIFICACIONES DE DIFERENCIAL DE NISSAN PICK UP

Para poder analizar a profundidad las especificaciones técnicas de un diferencial se eligió como ejemplo; el diferencial y cardan de una pick up marca Nissan, el cual genera tracción trasera y es de tipo mecánico.

DIFERENCIAL

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Juegos y Tolerancias Luz entre la abrazadera y la taza del porta engranes pudiendo entrar el calibrador hasta 6.350 mm

-0.000 a 0.076 mm

Juego de los semiejes

-0.025 a 0.127 mm

Juego entre dientes de la corona y piñón (Backlash)

-0.102 a 0.229 mm

Juego lateral de la corona

-0.025 a 0.076 mm

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PLANOS

EVIDENCIA

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CONCLUSION

En la investigación que realizamos, se logró entender de mejor forma lo que es un diferencial en cuanto a su función y funcionamiento. Fue de gran interés descubrir la forma de trabajo que tiene este dispositivo, la antigüedad que registra en la historia de la mecánica, además de la composición físico- química y el tratamiento térmico que se le da al metal para que logre una gran resistencia a altas temperaturas y exigencias de trabajo como lo es en el diferencial. Es sorprenderte como un mecanismo con tantos años de inventarse se siga usando a la fecha, quizás con un poco de mejoras pero bajo el mismo funcionamiento, además de que sin importar el modelo del automóvil todos absolutamente todos cuentan con este sistema, ya que sin él, habría demasiadas dificultades en el uso cotidiano del automóvil además de brindar gran seguridad a los pasajeros. Fue un tanto complejo poder desarrollar este trabajo en cuestión de la maqueta escala, ya que nos encontramos con diversas dificultades que impedían el desarrollo de este. Se tuvo que modificar sucesivamente los engranes, ya que en varias ocasiones llegaban a chocar y producían un amarre de todo el conjunto del engranaje, sin embrago, optamos por la opción de encerar un poco los engranes que correspondían a los planetarios para que fuera más fácil el deslizamiento entre estos, y evitar que la fricción entre ambas piezas de madera llegaran a no realizar correctamente el trabajo. También fue algo complejo el poder desarrollar los engranes con respecto al material que utilizamos que en este caso fue la madera, ya que es difícil de trabajar y no se cuenta con la herramienta adecuada para poder realizar por ejemplo cortes tan finos o cortes que requieren de gran exactitud, pero no fue impedimento para poder seguir con nuestro proyecto. Nos llevamos la satisfacción de lograr lo que hicimos y de todo el aprendizaje que todo esto conllevo, además de aprender a trabajar en equipo y salir un poco de contexto al realizar actividades como de carpintería. 22

BIBLIOGRAFIA          

https://automecanico.com/auto2000/diferencial1.html http://www.mecanicafacil.info/mecanica.php?id=transmisionFundamentos https://es.wikipedia.org/wiki/Engranaje#Tratamiento_t.C3.A9rmico_de_los_engra najes https://talleractual.com/tecnica/suspension-y-direccion/1127-el-mecanismodiferencial https://ingelibreblog.wordpress.com/2014/12/02/diferencial-en-un-vehiculofuncionamiento-y-relacion-de-velocidades/ https://drive.google.com/file/d/0B_vOBUOWJUUgSjczZjY3dXhrSU0/view https://www.curvasenlazadas.com/2012/01/03/funcionamiento-de-un-diferencial2/ file:///C:/Users/usuario/Downloads/DEXT2DCVS46460%20SpecGuideUpdate2014 %20SP%20REV%20(1).pdf http://www.highmotor.com/funcionamiento-diferencial-clases.html

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