Puente motriz (viene de tren de fuerza)

Para que el automóvil se mueva necesita hacer llegar a las ruedas la fuerza motriz generada en el motor. Durante muchos años del desarrollo del vehículo, esta función estaba a cargo de un dispositivo monolítico, colocado en la parte trasera del automóvil, y en cuyos extremos se encontraban las ruedas (Figura 1). Este dispositivo recibía la rotación desde la caja de velocidades, a través de la barra de trasmisión colocada a lo largo del vehículo, y lo transformaba a un movimiento transversal, dividido a cada lado del vehículo para mover los neumáticos y así garantizar la tracción. Como era un cuerpo rígido que iba de un lado al otro del automóvil y en donde se apoyaba este a través de la suspensión, se le denominó puente, pero como además era el responsable de la tracción, se le puso el apellido de motriz para diferenciarlo del otro puente rígido que soportaba las ruedas delanteras y que era el directriz.

Figura 1

El desarrollo posterior de la tracción delantera hizo que este "puente" virtualmente desapareciera de los vehículos ligeros, y solo quedara reservado para los camiones y vehículos mas pesados, no obstante, aunque ya la pieza monolítica no exista, el nombre de puente motriz se conserva para todos los automóviles. Observe en la figura 2 un esquema de este tipo de puente motriz.
No existe cuerpo rígido ente las ruedas, y estas, están directamente unidas al vehículo por un mecanismo de suspensión independiente. En este tipo de puente van a parar a las ruedas solo dos árboles de trasmisión del movimiento que salen directamente del mecanismo de la trasmisión.

Figura 2

Estructura básica del mecanismo motriz

El torque generado en el motor y transformado en la caja de velocidades aun no es del valor adecuado para las necesidades óptimas del vehículo y debe ser amplificado aun mas, esta última etapa de amplificación se hace en el puente motriz en una o varias etapas de amplificación; generalmente una, en los automóviles ligeros, y dos o mas, en los pesados y muy pesados. Esta necesidad genera la primera condición que debe cumplir el puente motriz:

Condición 1: El puente motriz debe amplificar el torque que recibe de la caja de velocidades.

En muchos casos la colocación del motor y la caja de velocidades es longitudinal al vehículo, en estos casos el puente motriz debe convertir el movimiento de entrada a un movimiento transversal para hacerlo llegar a las ruedas. De aquí la segunda condición:

Condición 2: Cuando el movimiento de entrada es longitudinal al vehículo, el puente motriz debe convertirlo en un movimiento transversal al de entada.

Es casi universalmente utilizado que la salida de la caja de velocidades sea única, es decir un solo árbol en movimiento, por lo tanto el puente motriz debe convertir esa rotación de árbol único, a la de dos árboles alineados y hacerlo llegar a cada una de las ruedas. De aquí la tercera condición:

Condición3: El puente motriz debe convertir el movimiento del único del árbol de entrada, al de dos árboles alineados y opuestos uno para cada rueda.

Cuando el vehículo se mueve en una curva, ambas ruedas recorren un espacio diferente, la rueda interior a la curva se mueve por un arco de círculo de menor diámetro que la rueda exterior, por tal motivo ambas velocidades de rotación son diferentes. Si no se provee al puente motriz de un mecanismo que permita esta diferenciación, necesariamente alguna de las ruedas, o ambas, tendrán que deslizarse en contradicción una con la otra en las curvas.
Esta necesidad establece la cuarta condición que se debe cumplir:

Condición 4: El puente motriz debe permitir la diferenciación de la velocidad de rotación de las ruedas en las curvas sin dejar de trasmitir la fuerza motriz.
Veamos ahora como se pueden cumplir todas estas condiciones.

En la figura 3 se muestra un esquema del mecanismo básico del puente motriz, la entrada del movimiento se hace por árbol de trasmisión, en cuyo extremo interior tiene un piñón dentado de pequeño diámetro. Este piñón engrana con una corona de mayor diámetro cuyo eje está a 90^o con respecto al eje del piñón. Este par engranado hace que se cumplan las condiciones anteriores 1 y 2, es decir el torque de entrada se amplifica, debido a la diferencia de diámetros, y además se transforma en un movimiento transversal al de entrada.
Montado rígidamente y solidario a esta corona, existe una suerte de horquilla con ejes en los que se montan dos engranes cónicos conocidos como satélites. Estos satélites a su vez engranan con los planetarios, otro par de engranes cónicos empotrados en los extremos de dos árboles independientes que van a las ruedas, conocidos como palieres.
Este mecanismo de planetarios y satélites se conoce como diferencial, y es el que permite el cumplimiento de las condiciones 3 y 4, es decir, divide el movimiento del árbol único de entrada, al de dos árboles opuestos y alineados que van a parar a las ruedas, y permite el movimiento relativo de una de las ruedas con respecto a la otra.

Figura 3

En las figuras 4 y 5 se presentan esquemas que sirven para ilustrar como el diferencial permite la diferencia de velocidad entre las ruedas durante las curvas.
Observe la figura 4, en este caso el automóvil marcha en linea recta, los satélites no giran sobre sus ejes y solo sirven como elemento de arrastre entre la corona y los planetarios, aquí, los planetarios y con ellos los palieres y las ruedas, giran a la misma velocidad.
Cuando el automóvil entra en una curva, la diferente velocidad de rotación de las ruedas se permite (Figura 5) debido a que los satélites pueden girar sobre sus ejes, con ello se establece una independencia de giro entre ambos palieres y la velocidad de cada uno se adapta automáticamente a la necesidad del giro.
En la figura 6 aparece una vista de un difererencial real, observe que los dientes de la corona y el piñón son dientes inclinados del tipo helicoidales mientras que los de satélites y planetarios son dientes rectos. Todo el mecanismo está confinado a un cárter cerrado donde hay aceite de lubricación hasta cierto nivel. Este aceite es especialmente formulado para soportar la alta presión que se produce en el contacto entre los dientes de los engranes.
Con el objetivo de bajar la posición del piñón con respecto a la corona y con ello bajar también la altura de la barra de trasmisión acoplada a este, la unión engranada entre piñón y corona en los vehículos ligeros que aun tienen tracción trasera es del tipo hipoidal.

La figura 7 muestra una vista de este tipo de engranajes hipoidales, observe que el eje del piñón no coincide con el centro de la corona, si no, que está mas abajo, de esta forma la entrada de la barra de trasmisión al puente motriz es mas baja y puede bajarse el nivel del piso del vehículo. La figura 8 es otro ejemplo de engrane hipoidal utilizado en la maquinaria en general.
Estos engranajes helicoidales, tienen la ventaja de que su funcionamiento es muy silencioso, y que además participa mas de un diente a la vez en la trasmisión de la fuerza (solape), que los hace muy robustos, pero su geometría tiene el inconveniente; especialmente los hipoidales, de que la posición relativa de ambos sea muy exacta para el funcionamiento silencioso y eficiente, por este motivo, todos los puentes motrices de este tipo, requieren de un montaje cuidadoso y todos tienen la posibilidad de regular la posición tanto de la corona como del piñón para lograrlo.

Figura 7

Figura 8

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Para el caso de los puentes motrices de tracción delantera que no son del tipo rígido, la construcción es diferente, en ellos la corona y el diferencial en general, están dentro del mismo cárter que los engranajes de la caja de cambios, y solo los palieres salen al exterior a acoplarse con las ruedas (vea la figura 2 arriba).

En el esquema de la figura 9 se ha representado uno de esto puentes motrices, observe como el movimiento procedente del motor se transmite a través de los engranes de la caja de cambios y pasa directamente a un engranaje cilíndrico de dientes helicoidales que funciona como la corona del diferencial. El movimiento entonces, sale directamente a las ruedas a ambos lados desde el mecanismo de satélites y planetarios embebido en el interior.
En este caso, cada uno de los palieres funciona como si fuera una barra de trasmisión, por lo que deben estar dotados de uniones que permitan el ángulo de inclinación variable de ellos cuando las ruedas se mueven arriba-abajo en las irregularidades del camino, y además la posibilidad de permitir el ángulo de giro de las ruedas que son a la vez directrices.
Aunque en algunos casos se utilizan uniones del tipo cardán, en la mayoría se usan una uniónes especiales denominadas juntas homocinéticas.

Figura 9