Juntas homocinéticasCuando es necesario trasmitir movimiento entre dos árboles concéntricos pero desviados angularmente se utilizan acoplamientos especiales, uno de ellos, utilizado con mucha frecuencia, es el cardán, no obstante, los cardanes tienen el inconveniente de que la velocidad angular del árbol arrastrado no es constante aunque lo sea la del árbol transmisor, por lo que la trasmisión no es homocinética; que significa de igual velocidad.Para lograr la igualdad entre las velocidades instantáneas de los árboles arrastrado y transmisor se acude a otros tipos de acoplamiento que si son homocinéticos.La primera posibilidad de lograr una junta homocinética es utilizando un cardán doble como se muestra en la figura 1. En este caso, los cambios instantáneos de la velocidad angular de uno de los cardanes y trasmitidos al cuerpo común, son compensados en sentido contrario por el otro, de manera que las velocidades angulares instantáneas de los árboles de entrada y salida son iguales en todo momento.Este acoplamiento simple, robusto y durable se usa en ocasiones para la trasmisión de la potencia en los puentes motrices de palieres desnudos en los automóviles, pero tienen el inconveniente de que su longitud es relativamente grande y cuando el espacio es muy reducido no son utilizables.También otro inconveniente de este tipo de unión es que no permiten movimiento axial relativo entre los árboles transmisor y trasmitido, por lo que si esta condición es necesaria en el trabajo, hay que dotar al sistema con algún acoplamiento desplazable intermedio que permita el cambio de longitud.

Figura 1

Otra junta homocinética es la que se muestra en el esquema típico de la figura 2, este tipo de junta es la más universalmente utilizada en los vehículos ligeros de tracción delantera y palieres desnudos.Observe que está constituida por un núcleo interno acoplado a uno de los árboles de la unión al que se han tallado unas pistas acanaladas con perfil especial, al otro árbol se acopla otro cuerpo exterior en cuyo interior están talladas también un número igual de pistas acanaladas. Ocupando el espacio de manera precisa entre las canales talladas de los cuerpos interior y exterior, están unas bolas de acero que pueden rodar apoyadas en ambas pistas y embebidas en un lubricante sólido. Todas estas partes están construidas de acero endurecido para aumentar su durabilidad.Con esta construcción los árboles pueden adquirir una posición angular tal y como se muestra mientras la transmisión es de igual velocidad, es decir homocinética.Este diseño puede soportar grandes ángulos de inclinación, tales como los necesarios en las ruedas directrices de los vehículos y son de dimensiones reducidas, además permiten cierta cantidad de movimiento axial entre los árboles, por lo que encuentran gran aplicación en este campo.Cabe aclarar aquí, que este no es el único diseño de juntas homocinéticas, pero esta es la "mas típica".Su principal inconveniente es que deben estar aislados del exterior, para evitar la pérdida del necesario lubricante y la entrada a la unión de materias abrasivas o agua desde el exterior. Estas materias extrañas aumentan notablemente el desgaste de bolas y pistas produciendo holguras inadmisibles en poco tiempo. Como la inclinación de los dos árboles es variable la cubierta de la junta homocinética no puede ser rígida, y se acude para ello, a una suerte de acordeón de goma, cuya durabilidad en una parte de los casos es relativamente corta.En la figura 3 se muestra una vista real seccionada de una de estas uniones para apreciar el interior, y en la figura 4, otra con mas detalle: observe el estriado interior de uno de los cuerpos para introducir uno de los árboles, y el exterior en el otro para acoplar la carga. Por último, en la figura 5 una vista real de un

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

palier de automóvil, note el protector de goma de ambas uniones homocinéticas.

- Junta Glaencer-Spicer

- Junta Rzeppa, (leido "cepa") o "de bolas"

- Junta Tracta o "de nueces"

- Junta Bendix-Weiss

NOTAS:

Tirando de la etimología de "homocinética", "homo" quiere decir "igual", y "cinética" se refiere al movimiento, por lo que "homocinético/a" apunta a un movimiento igual, uniforme, estable. Y esto no es así en una junta cardan. Una junta homocinética o un cárdan es un conjunto de elementos mecánicos dispuestos de forma que puedan variar el movimiento transmitido por un árbol en un cierto ángulo entre los árboles de entrada y salida. De esta manera, un cárdan es exactamente esto:

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/cardan-despiece.jpg http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/arbol-despiece.jpg

Dada su construcción y tirando de manual, tienen la particularidad de que "cuando los ejes giran desalineados quedan sometidos a variaciones de velocidad angular y, por tanto, a esfuerzos alternos que aumentan la fatiga de los materiales de los que están construidos", así como una transmisión del movimiento no lineal sino pulsatorio, de la siguiente manera:

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/grafica-velocidad-u-joint.jpg

Cuanto mayor es el ángulo, más se aprecia la variación de la velocidad de transmisión del árbol. Para evitar este efecto hemos de montar otro cárdan de manera invertida, exactamente de la siguiente manera, con la condición por tanto de que el eje inicial y final de una transmisión donde hay dos cárdan deberán ser paralelos:

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/angulo-arbol-transmision.jpg

Por esto un cárdan normalmente sólo se usa como eje de transmisión cuando los ángulos con que se trabaja son muy pequeños, porque como hemos visto según aumentamos su ángulo de trabajo comienza a aparecer esa oscilación inherente a sus características constructivas, ¿Ajá?

¿Qué soluciones tenemos entonces? Las juntas homocinéticas, que las hay muchas y de muchos tipos :D

- Junta Glaencer-Spicer: "Consiste en dos juntas cardan unidas por una pieza de doble horquilla, de forma que el giro alterado por una de ellas es rectificado por la otra, transmitiendose así un movimiento uniforme a las ruedas. Esta junta se puede decir que se compone de dos juntas cardan simples que se acoplan entre sí mediante un árbol muy corto. Además posee un dispositivo de centrado constituido por una rótula y una pequeña esfera, de manera que pueden deslizar a lo largo del árbol conducido"

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/palier-glaencer-spicer.jpg http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/junta-glaencer.jpg

"Esta junta es de engrase permanente y se caracteriza por su reducido volumen. Tiene un rendimiento muy elevado y muy poca resistencia al deslizamiento, la junta trípode deslizante Glaencer se comporta homocineticamente bajo cualquier ángulo, con una gran capacidad para la transmisión de pares y un elevado rendimiento mecánico"

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/junta-tripode-funcion.jpg

- Junta Rzeppa (leído "cepa") o "de bolas": de las más utilizadas hoy en día. "Suele utilizarse combinada con la Glaenzer de trípode deslizante, esta ultima montada en el lado caja de cambios y la junta Rzeppa en el lado rueda, pues trabaja perfectamente bajo condiciones de gran angularidad. Debido a su complejidad constructiva no se ha impuesto su utilización hasta no hace muchos años. Consta de seis bolas que se alojan en una jaula especial o caja de bolas. A su vez, las bolas son solidarias del árbol conductor y del conducido; este acoplamiento se produce debido a que las bolas también se alojan en unas gargantas tóricas, que están espaciadas uniformemente a lo largo de dos piezas interior y exterior. La pieza exterior, en forma de campana, esta unida al árbol conducido, en el lado rueda. La pieza interior es el núcleo del eje conductor, eje que, a su vez, se une a la junta homocinética que sale de la caja de cambios. La disposición de las bolas y las gargantas hace que sean dos bolas las que transmiten el par, mientras que las otras cuatro aseguran el plano bisector. Tras una pequeña rotación, otras dos bolas son las que pasan a transmitir el par, mientras que las dos bolas que acaban de trabajar pasan al lado bisector. Una de las ventajas de la junta Rzeppa es su larga vida, superior generalmente a la del automóvil (esto es en teoría, por que en la practica vemos muchos automóviles tirados en la carretera debido a la perdida de la grasa que esta en el interior del

guardapolvos y que provoca una avería en la junta homocinética)"

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/junta-rzeppa-funcion.jpg

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/palier-rzeppa-despiece.jpg

- Junta Tracta o "de nueces": "Desarrollada en los años 20 del siglo pasado, se trata de una junta sencilla y relativamente fácil de fabricar. Los árboles de entrada y salida incorporan unas horquillas que se acoplan a dos piezas centrales, que hacen el efecto del árbol intermedio de las juntas. Estas dos piezas centrales, que se denominan "nueces". Las nueces son macho y hembra, y se acoplan entre sí de manera que los elementos que transmiten el movimiento están siempre en el plano bisector. Los ángulos a los que puede trabajar esta junta son importantes; no obstante, cuando alcanzan valores del orden de 45º no permiten la transmisión de pares de elevado valor. La angularidad de la junta viene limitada por la geometría y la resistencia; en esas condiciones surgen movimientos relativos entre las piezas que dan lugar a rozamientos intensos que producen incrementos de temperatura. Ello limitara la vida de la junta, por lo que los pares a transmitir bajo ángulos fuertes tienen que ser mas bajos que los que podría transmitir con los arboles conductor y conducido en prolongación uno del otro"

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/palier-tracta.jpg

- Junta Bendix-Weiss: "Esta junta, como la Rzeppa, utiliza bolas que proporcionan los puntos de contacto propulsores. En ésta no hay jaula que controle las bolas, las cuales van perfectamente ajustadas en sus pistas entre las dos mitades del acoplamiento. Las cuatro bolas deslizantes son fijadas por una bola interior taladrada que gira sobre un pasador alojado en el semieje exterior. El plano de los puntos de contacto se mantiene en la bisectriz del ángulo de los dos semiejes, pero la posición de las bolas se consigue por el "roce del rodamiento" entre las cuatro bolas y sus pistas"

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/palier-bendix.jpg

En cualquier caso, para su aplicación en el coche lo más normal es combinarlas, como en el siguiente ejemplo:

http://www.mecanicavirtual.org/images-transmision/tren-delantero-audi.jpg