CARDAN Y JUNTA HOMOCINÉTICA

Bomba de pistones movida desde el cigüeñal 
con junta homocinética doble cardán

UNIÓN UNIVERSAL O CARDAN

El cardan o cardán, esta segunda acepción es la que la RAE admite, fue descrito por primera vez, allá por 1550, por el italiano Cardano.

Una unión por cardan sirve para transmitir movimiento ente dos ejes concéntricos, pero también, y ahí reside su interés, con el cardan se permite unir dos ejes que no están en la misma línea, es decir que no son colineales; pueden estar desviados angularmente. Permitiendo incluso desviaciones angulares de hasta 25-30º.

Otra ventaja del cardan es que se trata de una unión simple, a la par que robustos, requieren poco mantenimiento (funcionan bien incluso en condiciones de polvo, barro, agua…)

También se trata de una unión que no tiene excesivo coste.

El cardan está formado por dos horquillas o bisagras que se colocan a 90º. Las dos horquillas se unen a través de una pieza en forma de cruz (cruceta) Los 4 extremos de la cruceta se monta sobre cojinetes alojados en las horquillas. Las horquillas se acoplan a cada uno de los ejes a unir.

El problema: Una unión así debía tener algún inconveniente y efectivamente lo tiene; se trata de que no existe una relación de transmisión “constante” entre los ejes conducido y conductor. La unión por cardan no es homocinética, es decir, el eje conducido no gira a la misma velocidad que el conductor, y además, según el ángulo de giro, puede girar más rápido o más lento…

La relación de transmisión instantánea oscila alrededor de “1” pero como ya he apuntado no es homocinética: el eje conducido tiene aceleración o retraso con respecto al eje de entrada o conductor.

Otro inconveniente, propio de la geometría de la unión cardan, es que la diferencia de velocidad angular entre ambos ejes (entrada o conductor y salida o conducido) es de tipo periódico (se va repitiendo en el tiempo, con cada giro) y además, la diferencia de velocidades, es mayor cuanto mayor es el ángulo formado por ambos ejes o árboles.

Doble cardán columna dirección

Así, que, repitiendo, las velocidades de ambos ejes no serán iguales, y tampoco esa diferencia será constante durante el giro de 360 º.

Y todo ello se traduce en que el eje conducido tendrá un giro vibracional que afectará negativamente a diversos componentes.

SOLVENTANDO EL INCONVENIENTE

Pero si el “invento” es tan simple y barato y práctico, pues lo mejor es encontrar algún sistema para soslayar el “inconveniente”. La solución puede ser tan sencilla como poner un doble cardán, y así compensar las diferencias de velocidad angular consiguiendo que las velocidades de ambos árboles, conductor y conducido, se iguales. El sistema ya lo describió Hooke en el siglo XVII.

Pero, ojo, a pesar de esta sencilla solución, hay que saber que el eje central, el que une ambos cardanes, está sometido a constantes aceleraciones y deceleraciones.

Junta homocinética

Nudo cardán

Para conseguir la unión homocinética, la solución más sencilla es utilizar el doble cardan, pero no vale cualquier posición. Las crucetas se deben configurar para que queden enfrentadas a 90º. Así se compensan los cambios de la velocidad angular de un cardan con el otro.

USOS

El doble cardan (también conocido como junta Glaencer-Spicer) es muy popular en la maquinaria agrícola; algunos ejemplos son las crucetas de los ejes delanteros, en los semipalieres; o bien otro ejemplo aquel en el cual se lleva el movimiento desde la salida de transferencia del tractor al eje delantero cuando no se puede hacer por eje rígido. Pero por supuesto, quizá el uso más popular es el de la toma de potencia desde el eje de toma de fuerza.

También es habitual ver este tipo de unión en las columnas de dirección.

Otros tipos de juntas homocinéticas

Por supuesto que hay otras uniones que también son homocinéticas y que permiten que los ejes conducido y conductor tengan desviación angular. Resulta curioso que en la industria del automóvil no se suele usar la junta de doble cardan en los semiejes delanteros, en vehículos de tracción y motor delanteros. Si es habitual encontrar el mecanismo en automóviles de tracción es trasera, también en camiones. Y es que en realidad hay bastantes sistemas que se catalogan como juntas homocinéticas: Rzeppa; Thompson; Tripoide, Tracta…

Junta homocinética con "bolas"

La más común es la que se suele usar en los turismos de tracción delantera, en los semipalieres y que… en unos canales tallados se colocan bolas de acero que pueden rodar entre 2 pistas … A diferencia de la junta de doble cardan, en este caso el cuidado debe ser más cuidadoso para evitar el desgaste de las bolas.

Glaencer&Rzeppa: Son, junto al doble cardan, las dos homocinéticas más utilizadas. En realidad la Glaencer-Spicer es un doble cardan unidos mediante un eje muy corto. La Rzeppa o “junta de bolas”, patentada hacia 1930, es la homocinética más usada (aunque no en maquinaria agrícola) por su vinculación en turismos de tracción delantera ya que es la que mejor cumple con la transmisión del movimiento para los elevados ángulos de giro de las ruedas, aunque necesita un ambiente de trabajo mucho más limpio que el del cardan.

 Bibliografía: https://www.landsystems.es/walterscheid/

Nudo doble cardán

  By: Catalán Mogorrón, H.

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Velocidad angular del eje de salida  frente al ángulo de rotación (diagrama Wikipedia)