Ruido diferencial y vibración: he aquí cómo diagnosticar el problema
¿por qué los diferenciales* fallan tan a menudo?
* tenga en cuenta que debido a las diferencias fundamentales entre los diferenciales en los ejes traseros y los diferenciales que se incorporan en las transmisiones FWD, este artículo se centrará únicamente en los diferenciales utilizados en los ejes traseros en los vehículos RWD. Tenga en cuenta que muchos de los problemas y sus soluciones que se aplican a los ejes RWD también se aplican a los diferenciales utilizados en los ejes delanteros de los vehículos 4WD.
contrariamente a la creencia popular, los diferenciales no fallan a menudo., Siempre que la lubricación adecuada esté disponible en todo momento y que el diferencial esté configurado correctamente, la mayoría de los diferenciales duran más que los vehículos en los que están instalados.
sin embargo, ha sido la experiencia de este escritor que en ausencia de trabajos previos de reparación que se han realizado en un diferencial fallido, la mayoría, si no todos los problemas diferenciales comunes están directamente relacionados con los procedimientos de montaje de mala calidad durante el montaje inicial en la fábrica., Considere esto: fuentes reputadas afirman que los fabricantes estadounidenses producen alrededor de 12 millones de diferenciales destinados a su uso en vehículos 4WD y AWD cada año. Esto equivale a 32 876 unidades por día, 1 370 unidades por hora, o más al punto, 22.83 unidades por minuto. Tenga en cuenta que estas cifras excluyen los diferenciales producidos para su uso en turismos de pasajeros o de alta potencia.,
las estadísticas anteriores pueden parecer irrelevantes, pero el punto es este; es simplemente imposible configurar cada uno de los muchos millones de diferenciales correctamente todo el tiempo, incluso con los métodos de producción en masa altamente refinados y los estrictos controles de Garantía/control de calidad de los que los fabricantes se enorgullecen. Por lo tanto, hay una muy buena probabilidad de que un porcentaje significativo de vehículos se vendan y exporten a los mercados internacionales con diferenciales que se construyen para fallar: el infame «Chevy Shake*» es un buen ejemplo.,
* El término «Chevy Shake» se refiere a las vibraciones severas en muchos camiones Chevrolet y SUV que solo se pueden curar reemplazando el diferencial con un reemplazo correctamente configurado.
mientras que Algunos lectores pueden encontrar lo anterior algo interesante, el hecho es que todo se relaciona tanto con cómo y por qué fallan los diferenciales en vehículos relativamente nuevos y/o de bajo kilometraje, lo que plantea esta pregunta-
¿cómo fallan los diferenciales, exactamente?,
mientras que las fallas repentinas y catastróficas de los engranajes son extremadamente raras en aplicaciones estándar que no se abusan, la mayoría de las fallas diferenciales implican ruidos de lloriqueo, rechinar o retumbar, ya sea al acelerar cuando el diferencial está cargado, ruidos similares cuando el vehículo está a vela, o en casos severos, un ruido de retumbar o refunfuñar cuando el vehículo se dirige alrededor de curvas y esquinas.
Todos hemos oído que los diferenciales desgastados o dañados emiten estos ruidos, pero no siempre está claro qué causa las vibraciones que parecen emanar del eje trasero., En algunos casos, las vibraciones se correlacionan con ruidos mecánicos en una o ambas aceleraciones y desaceleraciones, pero los técnicos experimentados estarán de acuerdo en que en muchos casos, los remedios estándar no curan las vibraciones persistentes. Para el beneficio de aquellos que son nuevos en el comercio de reparación de automóviles, los «remedios estándar» incluyen equilibrar o reemplazar las ruedas/neumáticos traseros, reconstruir, reequilibrar o reemplazar el eje de transmisión, y reemplazar los casquillos de grilletes y otros Bujes/componentes de suspensión que a veces incluyen amortiguadores y resortes de hojas.,
los puntos anteriores cubren mucho terreno, y si bien no siempre es fácil distinguir entre causa y efecto cuando se trata de diagnosticar problemas diferenciales, puede eliminar muchas conjeturas de la ecuación si conoce y entiende algunos de los términos básicos que pertenecen a la reparación diferencial., A continuación se muestran algunos términos y palabras-
que necesita entender
fuente de la imagen: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
la imagen de arriba muestra un engranaje anular diferencial típico con algunas etiquetas importantes agregadas. Mientras que «talón» y «Dedo Del Pie» son en gran medida autoexplicativos, los otros dos términos (con más seguidores) pueden no ser claros Si no ha tenido mucha exposición a la reparación/reconstrucción diferencial., Comencemos con –
lado de accionamiento
esto se refiere a la cara (o lateral) de los dientes del engranaje que están en contacto con los dientes del piñón cuando el diferencial se carga al acelerar, o durante condiciones de crucero cuando se requiere una entrada de potencia constante para mantener el impulso del vehículo. En estas condiciones, el engranaje del piñón es el engranaje impulsor, y el engranaje anular es el engranaje impulsado.,
lado de la Costa
esto se refiere al lado (o cara) de los dientes del engranaje anular que están en contacto con el engranaje del piñón cuando la potencia del motor se elimina del diferencial, como cuando el vehículo está a vela. En estas condiciones, el engranaje anular se convierte en el engranaje impulsor, y el engranaje del piñón se convierte en el engranaje impulsado porque, en condiciones de costa, el diferencial se carga por la rotación de las ruedas, en lugar de por el motor a través del eje de transmisión.,
engranajes Hipoides
En un tren de engranajes hipoides, tales como el piñón y el engranaje de anillo situado en un diferencial, los engranajes están configurados de tal manera que sus ejes no se intersecan en ángulos rectos. Esta disposición permite tener dos dientes en el piñón y dos dientes en el engranaje anular en contacto entre sí, a diferencia de los engranajes de corte recto donde solo un diente en cada engranaje puede estar en contacto entre sí.
Backlash
esto se refiere a la cantidad de rotación que puede ocurrir en un engranaje en un conjunto sin que el otro engranaje en el conjunto se gire., Esta distancia es específica de la aplicación* y es de vital importancia en todos los diferenciales porque el juego insuficiente hace que los engranajes se aten, mientras que el juego excesivo causa un desgaste mecánico excesivo. Tenga en cuenta que tanto la reacción inadecuada como la excesiva pueden causar ruidos mecánicos variables.
* tenga en cuenta que esta distancia se mide mejor con un manómetro configurado en ángulo recto con un diente de engranaje anular.
Nota: El contragolpe diferencial es algo análogo a las holguras de las válvulas., Si bien hay una separación significativa entre un lóbulo de la leva y un seguidor de leva o tappet, las diversas resistencias y masas recíprocas en un tren de válvulas evitan que los seguidores de la leva y los lóbulos de la leva se golpeen entre sí para crear el típico ruido de golpeteo que a todos nos encanta odiar.,
mientras que los diferenciales no implican masas recíprocas, las resistencias incorporadas en un diferencial correctamente configurado mantienen una situación en la que un diente en el engranaje del piñón entra en contacto con un diente en el engranaje de anillo en el momento exacto en que un diente en el engranaje del piñón pierde contacto con un diente en el engranaje de anillo. Esto elimina el ruido mecánico y, al mismo tiempo, mantiene los dientes del engranaje en contacto entre sí en la mayor área de contacto posible si el diferencial está configurado correctamente.,
sin embargo, si el contragolpe es excesivo, hay un breve momento durante el cual dos dientes del engranaje pierden contacto entre sí antes de que se establezca el contacto entre los dos dientes del engranaje siguientes. El resultado es que los dientes del engranaje se golpean entre sí en los lados de la unidad o de la costa de los dientes del engranaje anular (dependiendo de las condiciones de funcionamiento), que es lo que crea los ruidos de lloriqueo en los diferenciales que a todos nos encanta odiar.,
precarga del rodamiento
esto se refiere a las cargas que deben aplicarse a los rodamientos para evitar que los componentes giratorios que están soportados por esos rodamientos se muevan en cualquier eje que no sea su eje de rotación. Por lo tanto, si todas las precargas de rodamiento en un diferencial son correctas, todos los componentes giratorios en ese diferencial a), solo girarán alrededor de sus ejes de rotación y b), no podrán orbitar sus ejes de rotación o moverse en ejes longitudinales, radiales o transversales en relación con sus planos de rotación.,
precarga total de Giro (TTP)
Este valor también es específico de la aplicación y se refiere a la cantidad de fuerza (par) que se requiere para girar el engranaje del piñón a través de la tuerca del piñón con una viga de desviación o una llave dinamométrica digital. Esta medición tiene un gran valor de diagnóstico, pero para ser confiable, los valores TTP deben obtenerse con el eje de transmisión, las ruedas y los frenos retirados del diferencial. Mientras que los valores de TTP de aproximadamente 1,7 Nm a aproximadamente 2.,8 Nm son típicos para la mayoría de los vehículos SUV y 4WD, el valor obtenido en cualquier diferencial debe compararse con la información de servicio confiable para esa aplicación específica si se quieren evitar diagnósticos erróneos.
Como cuestión práctica, el TTP de un diferencial se establece mediante una combinación de precargas de rodamientos y juego de retroceso, siendo el juego de retroceso una función de qué tan bien (o no) está configurado el tren de engranajes., Por lo tanto, n valor TTP que excede un valor especificado es indicativo de cargas previas excesivas del rodamiento y/o juego insuficiente, mientras que un valor TTP que es inferior al especificado es indicativo de cargas previas insuficientes del rodamiento y/o juego excesivo.
todos los términos anteriores y sus definiciones tienen que ver directamente con cómo diagnosticar problemas diferenciales, así como con cómo configurar un diferencial durante los procedimientos de reparación/ensamblaje., Sin embargo, un término muy importante, «gear contact pattern» no se ha discutido, así que veamos cómo puede usar este término en-
diagnosticar problemas diferenciales
la imagen de arriba muestra un patrón de contacto casi perfecto*. En este ejemplo, las áreas en los dientes de los engranajes donde la pintura de marcado amarillo se ha desgastado se extienden sobre la longitud total y la profundidad total de los dientes de los engranajes de anillo, que es la condición deseada**.,
* Los patrones de Contacto Se obtienen eliminando todos los rastros de lubricante de los engranajes de anillo y piñón con un solvente adecuado antes de pinchar ambos lados de todos los dientes de los engranajes de anillo con pintura especial de marcado o, en su defecto, una pintura en aerosol de alta calidad. Una vez que la pintura se ha secado, el diferencial se carga ligeramente para garantizar un buen contacto entre los dientes del engranaje, pero tenga en cuenta que los mejores resultados se obtienen cuando el diferencial se gira a través de al menos una revolución completa del engranaje anular a través de la tuerca del piñón., Tenga en cuenta que si el patrón de contacto en el lado de accionamiento del engranaje de anillo dientes es aceptable, es casi seguro que el patrón de contacto en la costa del lado de la corona de los dientes también será aceptable. Sin embargo, no hay garantía de esto, por lo que ambos patrones de contacto deben obtenerse antes de condenar un diferencial o ponerlo en servicio.
* * tenga en cuenta que dado que un engranaje anular dado podría haber sido fabricado de una de dos maneras, a veces no es posible lograr el tipo de patrón de contacto mostrado anteriormente., Un método de fabricación implica cortar cada diente de engranaje por separado, mientras que el otro método implica cortar varios dientes de engranaje simultáneamente. En el primer método, a veces sucede que algunos dientes del engranaje se cortan más profundamente que otros, mientras que en el segundo método todos los dientes del engranaje se cortan a la misma profundidad. Por lo tanto, se deben hacer las asignaciones adecuadas al configurar un diferencial que tenga un engranaje anular con profundidades dentadas desiguales para evitar un juego excesivo o insuficiente entre los engranajes del anillo y el piñón.,
en términos de diagnóstico, sin embargo, el patrón de contacto es la ayuda más valiosa que tendrá porque este patrón es una función directa de cómo se configura el diferencial, así que consideremos la imagen a continuación-
fuente de la imagen: https://www.chevyhardcore.com/tech-stories/drivetrain/rearend-gear-swap/
la imagen anterior muestra algunos ejemplos de contacto patrones que es más probable que vea En diferenciales ruidosos, pero para comprender cómo se producen estos tipos de patrones de contacto, debe comprender cómo se colocan los engranajes del piñón y los anillos uno con respecto al otro., Veamos cómo se hace esto:
piñón
El piñón está soportado por dos rodamientos, cuyas cargas previas se establecen mediante un espaciador aplastable entre ellos. Cuando se configura un diferencial, este espaciador se aplasta apretando la tuerca del piñón; si el espaciador se aplasta demasiado, se obtiene una reacción excesiva. Por el contrario, si el espaciador no se aplasta lo suficiente, se obtiene un juego insuficiente, por lo que al aplastar este espaciador, puede ajustar la posición del engranaje del piñón en relación con el engranaje anular., Sin embargo, tenga en cuenta que tanto la tuerca del piñón como el espaciador son estrictamente de un solo uso; si el ajuste no es correcto en el primer intento, tanto el espaciador como la tuerca deben reemplazarse para cada intento posterior.
anillo de engranaje
el anillo de engranaje es generalmente un componente separado que se atornilla en el portador del anillo de engranaje, que está soportado por dos rodamientos, uno a cada lado del anillo de engranaje., Las precargas de estos rodamientos se establecen mediante cuñas y/o espaciadores a cada lado del engranaje anular, por lo que al quitar las cuñas en un lado para ajustar la posición del engranaje anular, se deben agregar cuñas del mismo grosor al otro lado para mantener las precargas correctas del rodamiento., Tenga en cuenta que en algunos diferenciales, la posición del engranaje anular está controlada por grandes tuercas bloqueables en lugar de por cuñas y/o espaciadores, lo que nos lleva al tema de-
interpretar los patrones de contacto
mientras que el espacio limitado impide una discusión exhaustiva de los patrones de contacto y sus efectos, vale la pena mencionar que-
- Los patrones de contacto que tienden hacia el borde exterior (talón) del engranaje anular tienen varios efectos principales, aparte de causar ruidos llorones., Estos incluyen el hecho de que el juego excesivo resultante hace que el engranaje del piñón se mueva hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje longitudinal de los vehículos durante la alternancia de condiciones de carga y de navegación a vela. Esto, a su vez, causa la destrucción de los cojinetes del eje del piñón, lo que resulta en graves vibraciones similares al eje de transmisión porque los cojinetes destruidos no pueden soportar el eje del piñón., También puede esperar que el lubricante see se escape más allá del sello del eje del piñón dañado
- Los patrones de contacto que tienden hacia el borde interior (dedo del pie) de los dientes del engranaje anular pueden ser el resultado de un desplazamiento del engranaje anular que es insuficiente (demasiado pequeño), o un engranaje del piñón que se ajusta demasiado profundamente., En ambas situaciones, habrá un juego insuficiente y lo más probable es que no, evidencia inconfundible de desgaste mecánico severo en los dientes de ambos engranajes, aparte de los ruidos de lloriqueo, rectificado o retumbar en todas las condiciones de funcionamiento
- Los patrones de contacto que tienden hacia la parte superior de los dientes del engranaje anular indican que el desplazamiento del engranaje anular con respecto al engranaje del piñón es excesivo, lo que resulta en un juego excesivo y ruidos mecánicos como lloriqueo durante las condiciones de carga y de navegación., Tenga en cuenta, sin embargo, que las compensaciones excesivas de engranajes de anillo no suelen producir vibraciones, lo que plantea esta pregunta-
¿debe intentar reparaciones?
Como cuestión práctica, hay dos principios rectores durante el diagnóstico de fallas y los procedimientos de reparación/reconstrucción de diferenciales. El primero es el patrón de contacto, y el segundo es una reacción violenta – o la falta de reacción violenta.,
ambos principios tienen una relación directa entre sí, y si bien es relativamente fácil diagnosticar fallas diferenciales basadas puramente en estos principios, establecer/obtener la cantidad correcta de juego, un buen patrón de contacto y la precarga de giro total especificada al mismo tiempo es otra cuestión en conjunto, y más aún cuando nunca se ha construido un diferencial antes.,
Por supuesto, esto no es lo mismo que decir que no podría hacerlo si lo intentara, pero su empleador casi seguramente no le permitirá aprender a reparar o reconstruir un diferencial en el vehículo de un cliente que paga., Sin embargo, el hecho es que si bien cualquiera puede aprender a reparar o reconstruir diferenciales, realmente realizar estos procedimientos según los estándares de la industria requiere capacitación y práctica dedicada (y mucha práctica, en eso), lo que nos deja con esto-
conclusión
Si no ha tenido la capacitación requerida, este escritor recomendaría no tratar de reparar un diferencial como un experimento solo para ver si puede hacerlo., Sin embargo, podría hacer la siguiente mejor cosa, que es aprender a diagnosticar problemas y problemas relacionados con diferencias con precisión porque hacerlo le daría dos ventajas principales sobre sus colegas.
la primera es que usted sería capaz de identificar vibraciones y otros problemas de la línea motriz que nadie más en el taller podría, y la segunda es que usted sería capaz de proporcionar a los clientes que tienen problemas con los diferenciales en sus vehículos con diagnósticos claros e inequívocos de las causas de sus problemas, que es quizás lo más importante que puede hacer.