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Mecanica automotriz

Mecanica de autos

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MECÁNICA AUTOMOTRIZ Y SU APLICACIÓN

Un automóvil está compuesto de un bastidor, sobre el se montan varios elementos como son: el motor, el embrague, la caja de cambios, la transmisión, la dirección, la suspensión delantera, la suspensión posterior con su respectivo puente, el escape y los frenos. Sobre este va montada la carrocería y sus accesorios.

Chasis


Está formado por dos largueros y varios travesaños, hechos con chapa gruesa de acero,doblada en forma de U, y unidos entre sí por medio de remaches, soldaduras o pernos; adoptando formas diversas que le dan la suficiente resistencia para soportar los esfuerzos, deformaciones y vibraciones al que está sometido. En la mayoría de los autos de turismo modernos se refuerza la carrocería para que se asuma la misión del bastidor (compactos).

MOTOR


Es el que suministra la energía que, mediante el conjunto de transmisión, hace llegar su giro a las ruedas para el desplazamiento del vehículo. El motor de los automóviles es de
combustión interna, ya que el combustible es quemado dentro de el. El motor necesita de un sistema de alimentación que haga llegar el combustible a su interior para ser quemado. Los motores de gasolina disponen, además, de un sistema de encendido para iniciar la combustión. El motor está compuesto por gran cantidad de piezas metálicas que giran o se deslizan entre si. Para que no haya contacto entre metal y metal, se interpone una película de aceite entre ellas. El encargado de mantener esta película es el sistema de lubricación.

EMBRAGUE


Es un dispositivo de desacoplamiento, mediante un disco de fricción, mandado por un pedal. Cuando el conductor acciona el pedal, libera de la presión al disco y queda interrumpida la transmisión del movimiento entre el motor y la caja de cambios.

CAJA DE CAMBIOS

Va adosada al motor con la interposición del embrague. Es un mecanismo que modifica, con mando manual o automático, el movimiento que llega a las ruedas, es decir, la velocidad de giro. Consiste en unos trenes de engranajes que proporcionan unas reducciones llamadas velocidades o marchas, para poder adaptar la potencia del motor a las dificultades del terreno. Para una misma potencia y revoluciones del motor, si las
ruedas giran muy rápido, lo hacen con menos fuerza que si giran despacio. Las marchas cortas proporcionan poca velocidad pero más fuerza; las más largas, más velocidad pero
menos capacidad para superar pendientes.

TRANSMISIÓN


La transmisión es una barra o tubo que transmite el movimiento de la caja de cambios al eje trasero, en la disposición clásica. Está dotada de juntas universales para adaptarse a las diferencias de alineación del eje con caja de cambios, y de un estriado deslizante para absorber las variaciones de longitud que ocasionan las oscilaciones. La
transmisión puede se de tracción delantera y tracción posterior. La primera esta a un costado del motor y desde la caja de cambios sale directamente los ejes que dan
propulsión a las ruedas delanteras ; y la segunda esta detrás del motor la cual necesita un árbol de transmisión para poder mover las ruedas posteriores.

EL DIFERENCIAL


Se conoce como diferencial al componente encargado, de trasladar la rotación, que viene del motor/transmisión, hacia las ruedas encargadas de la tracción.
Si un vehículo es chico o grande, si es de tracción trasera o delantera; si trae motor de 4, 5, 6, o más cilindros; todos los vehículos, de uso regular, traen instalado un componente llamado diferencial. 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.

El objetivo es: 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 mas espacio que una pequeña. El diferencial tiene la función de corregir estas diferencias.
La función primara de un diferencial es, derivar la rotación recibida de la caja de velocidades; transmisión en un ángulo de 90 grados. Esto quiere decir que la transmisión; por medio de un piñón hace girar la corona, en la parte central del vehículo; y la corona al rotar traslada el giro hacia las ruedas encargadas de la tracción, fuerza que mueve el vehículo.

SISTEMA DE FRENOS


El sistema de frenos está diseñado para que a través del funcionamiento de sus componentes se pueda detener el vehículo a voluntad del conductor. La base del funcionamiento del sistema principal de frenos es la transmisión de fuerza a través de un
fluido que amplía la presión ejercida por el conductor, para conseguir detener el coche con el mínimo esfuerzo posible.

El sistema de frenos se constituye por tres
sistemas:


1.- El sistema que se encarga de frenar el vehículo durante su funcionamiento normal (funcionamiento hidráulico).

2.-El sistema auxiliar o de emergencia que se utilizará en caso de inmovilización o de fallo del sistema principal (funcionamiento mecánico).

3.- El sistema de frenos antibloqueo (ABS) evita que las ruedas se bloqueen y patinen al frenar, con lo que el vehículo no solamente decelera de manera óptima, sino que permanece estable y manejable durante la frenada (podemos girar mientras frenamos). Este tipo de sistema no viene equipado en todos los vehículos.

Componentes del sistema de frenado


Pedal de freno: Pieza metálica que transmite la fuerza ejercida por el conductor al sistema hidráulico. Con el pedal conseguimos hacer menos esfuerzo a la hora de transmitir dicha fuerza. El pedal de freno forma parte del conjunto “pedalera”.

BOMBA DE FRENO

Es la encargada de crear la fuerza necesaria para que los elementos de fricción frenen el vehículo convenientemente. Al presionar el pedal de freno, desplazamos los elementos interiores de la bomba, generando la fuerza necesaria para frenar el vehículo. Básicamente, la bomba es un cilindro con diversas aperturas donde se desplaza un émbolo en su interior, los orificios que posee la bomba son para que sus elementos interiores admitan o expulsen el líquido hidráulico a presión.

CAÑERÍAS


Las cañerías se encargan de llevar la presión generada por la bomba a los diferentes receptores, se caracterizan por que son tuberías rígidas y metálicas, que se convierten en flexibles cuando pasan del bastidor a los elementos receptores de presión. Estas partes flexibles se llaman latiguillos o mangueras y absorben las oscilaciones de las ruedas durante el funcionamiento del vehículo.

BOMBINES (FRENOS DE EXPANSIÓN INTERNA)

Es un conjunto compuesto por un cilindro por el que pueden desplazarse dos pistones que se desplazan de forma opuesta hacia el exterior del cilindro. Los bombines receptores de la presión que genera la bomba se pueden montar en cualquiera de los sistemas de frenos que existen en la actualidad.

MORDAZA, CALIPER O PINZA DE FRENOS
La mordaza, caliper o pinzas de Freno es el soporte de las pastillas y los pistones de freno y es la encargada de permitir la desaceleración del vehículo. Los pistones están generalmente hechos de Hierro dulce y luego son recubiertos por un cromado.

Tipos de Frenos


En la actualidad, los dos grandes sistemas que se utilizan en los conjuntos de frenado son:
frenos de disco (contracción externa) y frenos de tambor (expansión interna).

FRENOS DE DISCO

Utilizado normalmente en las ruedas delanteras y en muchos casos también
en las traseras. Se compone de:
• El disco de freno, pueden ser ventilados, normales y de compuestos
especiales.
• Mordazas de freno s, en cuyo interior se aloja el pistón o pistones que
empujan a las pastillas de freno para que entren en contacto con los discos de freno.
• Las pastillas de freno las cuales son la que entran en contacto directo con
el disco y permite el frenado.

CARACTERISTICAS DEL FRENO DE DISCO
• Mayor refrigeración.
• Montaje y funcionamiento sencillo.
• Piezas de menor tamaño para la misma eficacia.

FRENOS DE TAMBOR

Este tipo de frenos se utiliza en las ruedas traseras de algunos vehículos. Presenta la ventaja de poseer una gran superficie de frenado; sin embargo, disipa mal el calor generado por la frenada. Los frenos de tambor están constituidos por los siguientes elementos:
• Tambor, el cual esta en movimiento en relación a las zapatas.
• Plato porta freno donde se alojan las zapatas que rozan con dicho tambor para frenar la rueda.
• Sistema de ajuste automático.
• Actuador hidráulico.
• Muelles de recuperación de las zapatas.

ASISTENCIA AL FRENO(SERVOFRENO)
Estos elementos se montan en el sistema de frenado para reducir el esfuerzo del conductor al realizar la frenada. La asistencia al freno que funciona por depresión y que se monta en la mayoría de los vehículos se sitúa entre el pedal del freno y la bomba. Es un receptáculo en cuyo interior se encuentra una membrana que separa dos cámaras. La cámara delantera (más próxima a la bomba) está sometida a la depresión que se genera
en el colector de admisión.

FRENO DE MANO O DE ESTACIONAMIENTO
Son los conjuntos que bloquean el vehículo cuando esta parado o que permiten una frenada de emergencia en caso de fallo en el sistema de frenado normal. Su funcionamiento es habitualmente mecánico, teniendo que realizan un esfuerzo sobre una palanca para el tensado del cable que bloquea las ruedas.

SISTEMA DE DIRECCIÓN


La función básica de un sistema de dirección es poder cambiar la dirección y trayectoria del automóvil, como norma general esta maniobra se realiza con el volante, mando que se encarga de controlar la orientación de las ruedas delanteras. En principio su configuración está formada por el volante, una columna de dirección, las articulaciones y el engranaje de dirección, todo trabaja al unisonó pero para que funcione correctamente deben establecerse algunas condiciones necesarias, contar con un agarre estable, fuerza de operación, seguridad y capacidad o esfuerzo.

TIPOS DE DIRECCION


La dirección es un mecanismo que nos permite dirigir o direccionar las ruedas del vehículo de acuerdo con la intención del conductor. Todos los sistemas de dirección automotrices utilizan una caja de engranajes (también conocida como “caja o cajetín de dirección”); según el diseño de este sistema se puede clasificar como: tipo “Piñón y Cremallera” y “tipo integral” (también llamado “Tornillo Sin Fin” entre muchos otros nombres).

Ambos sistemas de dirección son sumamente eficientes de acuerdo con su aplicación, el primero es recomendado para vehículos livianos por sus características de precisión, poco
peso y diseño de fácil ubicación en compartimientos de motor con poco espacio; el segundo es más recomendado para vehículos pesados así como camiones ya que su
construcción es más robusta. Existen muchos factores que intervienen en la resistencia al
giro del volante, entre otras la presión de inflado del neumático, área de contacto con el suelo, tipo de neumático, tipo de pavimento, velocidad de desplazamiento del vehículo, etc; sin embargo, el factor más determinante es el propio peso del vehículo.

Uno de los retos del desarrollo automotriz ha sido el de aliviar el esfuerzo requerido para el giro del volante, en pro de la seguridad y comodidad del conductor; inicialmente los sistemas de engranaje utilizaban relaciones altas, sin embargo, como consecuencia se requería dar gran número de vueltas al volante para realizar maniobras como las de una “vuelta en U”, complicando sobre todo la recuperación del control del vehículo en el momento de acelerar al finalizar la maniobra. En su oportunidad, la ingeniería acudió para
resolver este problema a través de un sistema de “Asistencia Hidráulica”, mal llamada en nuestro argot popular como “Dirección Hidráulica” ya que su principio de funcionamiento sigue siendo mecánico, delimitando al sistema hidráulico sólo para asistir al primero.
No podemos catalogar los sistemas de Asistencia Hidráulica a la dirección como un invento reciente, sin embargo, se han hecho muy comunes en nuestros días y continúan evolucionando. Entre las últimas modificaciones o mejoras al sistema, encontramos el control electrónico de la presión, lo que permite controlar efectivamente el esfuerzo del conductor en forma variable de acuerdo con los diferentes regímenes de velocidad del automóvil. Aunque aún son pocos los vehículos que controlan la dirección de forma electrónica, debemos suponer que aumentarán de acuerdo con la evolución de los costos
a medida que sean incorporados en volumen a los mercados.

DIRECCION HIDRAULICA

La dirección hidráulica es uno de los avances tecnológicos más sustanciales que han ocurrido en la historia automotriz. Su principal virtud es que el conductor no debe realizar una fuerza exagerada sobre el volante, lo que permite reaccionar frente a imprevistos y efectuar con facilidad maniobras a bajas velocidades.
El sistema de dirección hidráulica funciona a través de un bomba, que presuriza un fluido líquido y es enviado por tubos y mangueras a la caja de dirección.
Las direcciones hidráulicas comunes poseen mejor control a la hora de estacionarse ya que no demandan esfuerzo alguno, en cambio a altas velocidades requiere un control mayor del volante. Son las más habituales en toda clase de vehículos aunque están siendo sustituidas por las electro-hidráulicas y eléctricas. De forma que apenas se montan en los nuevos modelos. La dirección hidráulica utiliza energía hidráulica para generar la asistencia. Para ello utiliza una bomba hidráulica conectada al motor. Lo habitual es que esté acoplada directamente mediante una correa. El funcionamiento puede variar dependiendo del fabricante, pero el modelo más general aprovecha la propia cremallera como pistón hidráulico para generar la asistencia. De esta forma, cuando el conductor gira el volante el sistema hidráulico permite el paso del fluido hacia uno de los lados del pistón, aumentando la presión en ese lado y haciendo que la cremallera se desplace
axialmente hacia el lado al que el conductor gira el volante. Una vez que el conductor deja de girar el volante la presión se iguala y la cremallera queda en su posición original.

ELECTRO-HIDRÁULICA


La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered Steering) es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica. Su principal ventaja es que al no estar conectada al motor del vehículo evita los problemas mecánicos asociados a una transmisión por correa. Además reduce el consumo de combustible. En este caso la bomba hidráulica sólo funciona al ritmo que se necesita para operar la dirección. La alimentación del motor que mueve la bomba eléctrica se hace a través de la batería. Estas ventajas frente a las hidráulicas ha hecho que las direcciones electro-hidráulicas hayan ido sustituyendo a las hidráulicas progresivamente. El funcionamiento de una dirección electro-hidráulica es similar al de una hidráulica.

ELÉCTRICA


Las direcciones eléctricas o EPS (Electrical Powered Steering) son el tipo más reciente de
dirección asistida. Su nombre se debe a que utilizan un motor eléctrico para generar la
asistencia en la dirección. Su ventaja frente a las hidráulicas y electro-hidráulicas es que, al no utilizar energía hidráulica son más ligeras y simples al eliminar la instalación y bomba hidráulica.

SISTEMA DE SUSPENSIÓN


Principios de la suspensión.
En tiempos de los carruajes una preocupación fue tratar de hacer más cómodos los vehículos. Los caminos empedrados eran una tortura para los ocupantes, pues cada hoyo o piedra que las ruedas pasaran se registraba esa irregularidad con la misma magnitud a los ocupantes. Se acolcharon los asientos, se pusieron unos resortes, para reducir esos impactos, pero el problema aún no se resolvía. Con el desarrollo del motor de combustión interna aplicado a los vehículos, las ruedas evolucionaron, de la rueda de radios pasaron a la de metal estampado y a la de aleación ligera; de la llanta de hierro a la de hule macizo, después al neumático de cuerdas o tiras diagonales y finalmente al radial.

Función de la suspensión.

Su función es la de suspender y absorber los movimientos bruscos que se producen en la carrocería, por efecto de las irregularidades que presenta el camino, proporcionando una marcha suave, estable y segura. Para lograr dicha finalidad estos componentes deben ir entre el bastidor (carrocería) y los ejes donde van las ruedas. Denominamos suspensión al conjunto de elementos que se interponen entre los órganos suspendidos y no suspendidos. Existen otros elementos con misión amortiguadora, como los neumáticos y los asientos. Los elementos de la suspensión han de ser lo suficientemente resistentes y elásticos para aguantar las cargas a que se ven sometidos sin que se produzcan deformaciones permanentes ni roturas y también para que el vehículo no pierda adherencia con el suelo.

ELEMENTOS DE LA SUSPENSIÓN

Principales elementos:

Resortes o Muelles: Son elementos colocados entre el bastidor y lo más próximo a las ruedas, que recogen directamente las irregularidades del terreno,absorbiéndolas en forma de deformación. Tienen buenas propiedades elásticas y absorben la energía mecánica evitando deformaciones indefinidas. Cuando debido a una carga o una irregularidad del terreno el muelle se deforma, y cesa la acción que produce la deformación, el muelle tenderá a oscilar, creando un balanceo en el vehículo que se reduce por medio de los amortiguadores.

Existen de 3 tipos de resortes:
• Ballestas: Están compuestas por una serie de láminas de acero resistente y elástico, de
diferente longitud, superpuestas de menor a mayor, y sujetas por un pasador central llamado “perno-capuchino”.

Muelles helicoidales: Con el diámetro variable se consigue una flexibilidad progresiva, también se puede conseguir con otro muelle interior adicional. La flexibilidad del muelle será función del número de espiras, del diámetro del resorte, del espesor o diámetro
del hilo, y de las características elásticas del material. Las espiras de los extremos son planas, para favorecer el acoplamiento del muelle en su apoyo. Los muelles reciben esfuerzos de compresión, pero debido a su disposición helicoidal trabajan a torsión.

Barra de torsión: Medio elástico, muy empleadas, en suspensiones independientes traseras en algunos modelos de vehículos. También son empleadas en la parte delantera. Su funcionamiento se basa en que si a una barra de acero elástica se la fija por un extremo y al extremo libre le someto a un esfuerzo de torsión (giro), la barra se retorcerá, pero una vez finalizado el esfuerzo recuperará su forma primitiva. El esfuerzo aplicado no debe sobrepasar el límite de elasticidad del material de la barra, para evitar la deformación permanente. La sección puede ser cuadrada o cilíndrica, siendo esta última la más
común. Su fijación se realiza mediante un cubo estriado.

2.- Amortiguadores: La deformación del medio elástico (muelles), como consecuencia de las irregularidades del terreno, da lugar a unas oscilaciones de todo el conjunto. Cuando desaparece la irregularidad que produce la deformación y, de no frenarse, las oscilaciones, haría balancear toda la carrocería. Ese freno, se realiza por medio de los
amortiguadores.

FUNCIONAMIENTO:


Al flexarse la ballesta o comprimirse el muelle, baja el bastidor comprimiendo el líquido en la cámara inferior, que es obligado a pasar por los orificios del émbolo a la cámara superior, Cuando ha pasado el obstáculo, el bastidor tira del vástago, sube el pistón y el líquido se ve forzado a recorrer el mismo camino, pero a la inversa, dificultado por
la acción de las válvulas, con lo que se frena la acción rebote. La acción de este amortiguador es en ambos sentidos, por lo que se le denomina “de doble efecto. Este paso obligado del líquido a una y otra cámara, frena el movimiento oscilante, amortiguando la acción de ballestas y muelles de suspensión. Su colocación no es vertical, sino algo
inclinados, más separados los extremos inferiores que los superiores, para dar más estabilidad al vehículo.

3.- Barra estabilizadora: Al tomar las curvas con rapidez el coche se inclina, hacia el lado exterior, obligado por la fuerza centrífuga. Para contener esa tendencia a inclinarse se emplean los estabilizadores, que están formados por una barra de acero doblada abiertamente. Por el centro, se une al bastidor mediante unos puntos de apoyo sobre los que puede girar; por sus extremos se une a cada uno de los brazos inferiores de las mesas de suspensión o trapecios. La elasticidad del material trata de mantener los tres lados en el
mismo plano. Al tomar una curva, uno de los lados recibe más peso que el otro y trata de aproximarse a la rueda; la barra se torsiona por este peso y ese mismo esfuerzo se transmite al otro brazo, tratando de mantener ambos lados de la carrocería a la misma distancia de las ruedas, con lo que se disminuye la inclinación al tomar las curvas.

OTROS ELEMENTOS:
1- Topes de gomas: tiene como finalidad evitar los golpes directos de metal con metal, cuando las oscilaciones pasan de los rangos normales.
2- Rótulas: tiene por finalidad permitir libremente los movimientos verticales de las ruedas, como también los movimientos angulares de la dirección.
3- Tensor o barra tensora: su finalidad es la de controlar los movimientos longitudinales, cuando en lugar de bandeja traen brazo de suspensión.
4.- Mesas de suspensión: son las encargadas de soportar todo el peso proveniente de la suspensión y la carrocería y ser la base para el giro de la rueda a través de la rótula.

SUSPENSIÓN MACPHERSON

La suspensión MacPherson es un tipo de suspensión habitualmente utilizada en los
automóviles modernos
. Toma su nombre de Earl S. MacPherson, un ingeniero que la desarrolló para su uso en 1951, en el modelo Ford Consul y después en el Zephyr. Puede ser utilizada tanto en el eje delantero como en el trasero, si bien habitualmente se utiliza en el delantero, donde proporciona un punto de apoyo a la dirección y actúa como eje de
giro de la rueda. Tiene una gran proyección en el mercado actual ya que el 87.5% de los autos tienen esta suspensión.

Neumaticos

También denominado cubierta o llanta en algunas regiones, es una pieza de caucho que se coloca en las ruedas de diversos vehículos y máquinas. Su función principal es permitir un contacto adecuado por adherencia y fricción con el pavimento, posibilitando el arranque, el frenado y la guía. Los neumáticos generalmente tienen hilos que los refuerzan. Dependiendo de la orientación de estos hilos, se clasifican en diagonales o radiales. Los de tipo radial son el estándar para casi todos los automóviles modernos.

TIPOS DE NEUMÁTICOS


Por su construcción existen tres tipos de neumáticos:

Diagonales: En su construcción las distintas capas de material se colocan de forma diagonal, unas sobre otras.
Radiales o con radios: En esta construcción las capas de material se colocan unas sobre otras en línea recta, sin sesgo. Este sistema permite dotar de mayor estabilidad y resistencia a la cubierta.
Autoportante: En esta construcción las capas de material se colocan unas sobre otras en
línea recta, sin sesgo, también en los flancos. Este sistema permite dotar de mayor resistencia a la cubierta aunque es menos confortable por ser más rígida, se usa en vehículos deportivos y tiene la ventaja de poder rodar sin presión de aire a una velocidad limitada, sin perder su forma.

Igualmente y según su uso de cámara tenemos:
• Neumáticos tubetype (TT): aquellos que usan cámara y una llanta específica para ello. No pueden montarse sin cámara. Se usan en algunos 4×4, y vehículos agrícolas.
• Neumáticos tubeless (TL) o sin cámara: estos neumáticos no emplean cámara. Para evitar la pérdida de aire tienen una parte en el interior del neumático llamada talón que, como tiene unos aros de acero en su interior, evitan que se salga de la llanta. La llanta debe ser específica para estos neumáticos. Se emplea prácticamente en todos los vehículos.