Cardán

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Modelo esquemático de una junta cardán

El cardán -universal joint en inglés- es un componente mecánico, descrito por primera vez por Girolamo Cardano, que permite unir dos ejes no coaxiales. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación desde un eje conductor a otro conducido a pesar de su no colinealidad.

Frente a otro tipo de articulaciones tiene la característica de ser una junta no homocinética; es decir, el eje al que se transmite el movimiento no gira a una velocidad angular constante. La relación de transmisión instantánea oscila alrededor de la unidad, generando en el eje conducido una aceleración y un retraso por cada medio giro, cuya intensidad aumenta en función del ángulo formado por los árboles. Esta característica debe ser gestionada adecuadamente pues de lo contrario se producirían vibraciones suceptibles de destruir los sistemas donde se utiicen.

Cuando es necesario proporcionar una velocidad de salida constante se utilizan juntas homocinéticas -constant velocity joints inglés-, cuyo tipo más simple está constituído precisamente por dos juntas cardánicas acopladas a un cuerpo común. Este sistema de doble cardán permite que los cambios instantáneos de la velocidad angular trasmitidos al cuerpo común por uno de los cardanes sean compensados en sentido contrario por el otro, de manera que las velocidades angulares instantáneas de los árboles de entrada y salida sean iguales en todo momento, aunque el eje central estará sometido a constantes aceleraciones y deceleraciones. Las juntas homocinéticas Glaencer-Spicer también utilizan un sistema compacto de doble cardán.


Funcionamiento[editar]

Junta cardán en movimiento.

Las juntas cardánicas son mecanismos simples y robustos. Están constituidas por dos piezas en forma de horquilla -las horquillas- conectadas entre sí por medio de otra pieza en forma de cruz -la cruceta-. Los cuatro extremos de la cruceta están montados sobre cojinetes encajados a presión en unos alojamientos en las horquillas y sujetos mediante bridas. El movimiento del eje conductor se transmite a través de la cruceta al eje conducido, permitiendo diferencias angulares de hasta 25 grados.

Usos en la industria automotriz[editar]

En la actualidad el uso principal de las juntas cardánicas está en el árbol de transmisión, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehículo hacia las ruedas traseras de los vehículos de propulsión trasera, habiendo dejado prácticamente de utilizarse en semiejes por sus desventajas frente a las juntas homocinéticas.

Actualmente la práctica totalidad de los turismos de propulsión trasera utilizan suspensiones independientes o excepcionalmente Eje De Dion. En ambos casos el diferencial está fijado al chasis, por lo que el árbol no está sujeto a requerimientos de grandes desplazamientos angulares ni de variaciones de longitud.

Los árboles en estas transmisiones suelen utilizar juntas cardánicas para asumir los desplazamientos del motor y del diferencial sobre sus silentblocks. En estos sistemas suele emplearse un eje divido en dos tramos para reducir el volumen del túnel de transmisión, siempre con dos juntas cardánicas, generalmente en el segundo tronco y un flector a la salida de la caja de cambios para proporcionar un ligero efecto telescópico y absorber vibraciones.

Un uso secundario muy extendido está en las columnas de dirección colapsables.

Utilización histórica[editar]

Árbol de transmisión Hotchkiss con junta deslizante y dos juntas cardánicas

Las transmisiones Hotchkiss, hoy solo empleadas en vehículos todo-terreno e industriales, utilizan un tipo especial de árbol de transmisión. En este sistema el árbol está sometido a unos requerimientos cinemáticos muy elevados, puesto que debe seguir el movimiento del diferencial integrado en el puente trasero a lo largo del recorrido de la suspensión. Por esta razón estos árboles necesitan juntas muy robustas, que permitan grandes desplazamientos angulares y a la vez se adapten a las variaciones de longitud generadas por el movimiento del puente. La solución vino de la mano del empleo de árboles con dos juntas cardánicas -universal shafts-, una a cada extremo y una junta deslizante intermedia. En este caso una de las horquillas va unida al tubo de la transmisión y la otra lleva la brida de acoplamiento para su unión al grupo propulsor del puente. En el otro lado del tubo, la junta cardán va montada sobre una unión deslizante, formada por un manguito estriado interiormente que forma parte de una de las horquillas, acoplándose al estriado del tubo. El conjunto así formado constituye una unión oscilante y deslizante.

Por el contrario, las transmisiones por tubo de empuje utilizaban una árbol cubierto por un tubo de empuje en prolongación del cárter del diferencial. El árbol de transmisión de estas transmisiones utilizaba una única junta cardánica a la salida de la caja de cambios, cubierta por una rótula a través de la que se transmitía el empuje a la caja de cambios y de ahí al chasis a través de los anclajes del motor.

Los semiejes que conectan el diferencial con las ruedas en los vehículos con suspensión independiente montaron originariamente juntas cardánicas, bien a la salida del diferencial (ejes oscilantes), bien en ambos extremos junto con un mecanismo telescópico en el resto de los sistemas.

Sin embargo, cuando se utilizaron en los primeros vehículos de tracción delantera, las juntas cardánicas se enfrentaron a su característica irregularidad periódica; como dicha irregularidad aumenta con el ángulo formado por los árboles, al ángulo entre el semieje y la rueda se suma el ángulo de giro de la rueda, que puede ser tan elevado que genere una vibración que afecte a semiejes y caja de cambios.

Una primera solución fue emplear un árbol de transmisión con una junta cardánica a la salida de la caja de cambios, junto con una junta delizante y un doble cardán en el lado de la rueda, sistema empleado en los primeros Citroën o BMC de tracción delantera. Estas primeras transmisiones pronto fueron sustituídas por el sistema actual de juntas homocinéticas con la universalización de la disposición Giacosa

Otra alternativa empleada en los primeros vehículos todo terreno fue asumir la irregularidad, empleando un eje con sólo dos juntas cardánicas reforzadas, donde la falta de adherencia permitía el resbalamiento de la rueda sin afectar a la transmisión.

Véase también[editar]

Este vídeo muestra las diferentes partes y la operación de un eje cardán.

Enlaces externos[editar]