Mecanismo diferencial

El conocido diferencial es un dispositivo mecánico, que recibe el movimiento de un árbol o eje de transmisión, y lo reparte sobre otros dos ejes. El diferencial clásico, recibe el movimiento de un eje, desde la caja de velocidades y a través de los semiejes lo transmite a las ruedas, permitiendo a las ruedas girar a velocidades diferentes para recorrer trayectorias de diferentes longitudes.

Su importancia es evidente, si se considera qué pasaría si las ruedas motrices estuvieran unidas rígidamente, lo que obligaría a tener la misma velocidad en ambas ruedas, ya que en una curva la rueda interior realiza una trayectoria más corta que la externa. Una de las ruedas, o ambas derraparon en la superficie o el suelo, con un daño importante para los neumáticos y con la tenida en ruta afectada.

Los diferenciales normales, reparten la “cupla motriz” o el par motor entre las dos ruedas igualmente, es decir si una rueda patina por falta de adherencia, tampoco la otra alcanza a transmitir potencia. Lo mismo ocurre, si los valores son levemente diferentes a causa de las fricciones internas entre los distintos engranajes. Los diferenciales, son usados por ejemplo, para repartir la potencia entre el tren delantero y el tren trasero de un automóvil con tracción integral, cuando es necesario el uso de un valor de “cupla motriz” preferentemente en uno de los dos ejes.

Existen automóviles con dispositivos que bloquean el diferencial completamente, o hasta un cierto límite, debido a que la rueda que posee buenas condiciones de adherencia, está en grado de traccionar al auto, aunque la otra rueda se encuentra sobre un suelo que genera patinamiento

Necesidad diferencial

Podríamos decir que el mecanismo diferencial es uno de los conjuntos del automóvil, mecánicamente más robusto y menos expuesto a las complicaciones. Su uso, como sabemos, es para permitir que cuando un vehículo toma una curva, sus ruedas tractoras o propulsoras puedan describir sus correspondientes trayectorias, sin que se produzca el derrape o patinamiento sobre el suelo de ninguna. Sin duda la necesidad del diferencial se explica, porque al tomar una curva, las ruedas internas a la misma recorren un espacio menor que las ruedas externas, ya que para un mismo giro en grados, las externas recorre una circunferencia de mayor radio que las internas.

Supongamos en un vehículo que careciera de diferencial, y cuyas ruedas fueran solidarias (rígidas una con la otra), se produciría en las curvas forzosamente un deslizamiento en las ruedas con respecto al suelo, debido a que ambas girarán la misma cantidad de vueltas, y la exterior debería recorrer un espacio mayor que el que le corresponde a la interior. El diferencial trabaja como un mecanismo de balanceo, repartiendo el esfuerzo de giro entre ambas ruedas, y permitiendo que las vueltas que deba perder la rueda que recorre la circunferencia interna, las gane la opuesta. El mecanismo diferencial, está constituido por el conjunto reductor “piñón-corona” y por el mecanismo propiamente dicho.

El mismo está compuesto por un juego de engranajes cónicos denominados “planetarios”, y otros dos denominados satélites, todo está dentro de una carcasa fija a la corona del conjunto reductor. Los engranajes denominados planetarios, van unidos rígidamente a los extremos de los semiejes correspondientes a cada rueda propulsora, en tanto que los “satélites” giran locos sobre un eje perpendicular, al de los planetarios. Sabemos que ambos pares de engranajes cónicos, son montados -engranados entre si- en el interior de una carcasa, que a su vez está unida a la corona. El movimiento proveniente de la transmisión, se comunica directamente a la corona del diferencial a través de un engranaje denominado “piñón de ataque”.

Respecto al funcionamiento, cuando el vehículo se desplaza en línea recta, la carcasa del grupo diferencial, gira con la corona, al mismo tiempo que los satélites - sin girar sobre sus ejes- arrastran a los planetarios, y con ellos a los semiejes, y a ambas ruedas propulsoras que giran por lo tanto al mismo número de vueltas.

Digamos que el mecanismo diferencial, entra en acción cuando el automóvil describe una curva. Debido a que la rueda interior a la curva, recorre un camino más corto (un arco de menor diámetro), que la exterior, la primera da en el mismo tiempo un número de vueltas menor que la segunda. Los planetarios fijos a los semiejes de transmisión, no van a girar el mismo número de vueltas, y el de la rueda interior girará más despacio que el de la rueda exterior. La diferencia de velocidades de giro, es absorbida por los satélites, girando en sentido contrario uno del otro.

Como conclusión, puede decirse que el diferencial permite que cada rueda motriz gire independientemente de la otra. Estuvimos considerando al conjunto diferencial, es decir al mecanismo reductor piñón-corona y al dispositivo diferencial propiamente dicho. Lo hemos descrito básicamente, como funciona y cómo está compuesto. La necesidad del diferencial, debido a que en las curvas las ruedas internas a la misma, recorren un espacio menor que las ruedas externas. Es decir que, si el par motor o la cupla motriz que proviene del motor del vehículo, a través del eje o árbol de transmisión, llega al conjunto diferencial, cuando éste lo recibe lo debe repartir y enviar, si la tracción es trasera, a las ruedas posteriores.

En las curvas, la diferencia de velocidad, perdida por una rueda, es recuperada por la otra rueda en forma automática, de allí su nombre “diferencial”. El mecanismo piñón corona, deberá realizar lo siguiente; - Reducir la velocidad del eje de transmisión, hasta alcanzar la velocidad más adecuada para las ruedas motrices. - Permitir que la rueda motriz interior, gire en una curva, a menos velocidad que la exterior. - En los vehículos con motor posicionado longitudinalmente, deberá transformar el par motor del eje longitudinal de transmisión, en dos de noventa grados que se transmiten a las ruedas. También se describió al diferencial autobloqueante o de control de deslizamiento, y sabemos que un diferencial con bloqueo, ya sea este manual o automático, no permite la pérdida del par. Los más actualizados son: de acoplamiento viscoso (tipo Ferguson), los denominados Torsen. En los autos producidos en serie, el diferencial autoblocante, es un mecanismo menos común, pero en autos deportivos y de competición es muy necesario, por estas ventajas; mayor estabilidad, y funcionamiento con adherencia limitada.

Nos ocupamos también del diferencial llamado Torsen. Al respecto hemos dicho, que el diferencial Torsen es definido como un dispositivo de “distribución de cupla”, de tipo mecánico producto de la sociedad estadounidense Gleason. Se trata de permitir a las dos ruedas de un mismo eje, de variar su velocidad relativa, es decir que una aumente en la misma manera que la otra disminuye (como en un diferencial normal). En vez, si una de las dos ruedas tiende a acelerarse, como cuando está por patinar, y la otra no tiende a reducir la propia velocidad, el sistema resulta casi bloqueado, y en consecuencia la culpa se orienta hacia la rueda quieta. El diferencial Torsen, aprovecha las acciones que se crean entre un engranaje helicoidal y un tornillo sinfín. El tornillo sinfín hace girar al engranaje helicoidal, pero en cambio el engranaje helicoidal no puede hacer girar al tornillo sinfín.

Este diferencial está compuesto por lo siguiente; • Un cárter externo, que toma el movimiento del eje de transmisión por medio de la corona cónica. • Dos planetarios que están constituidos por dos tornillos, acoplados cada uno de ellos a los palieres que mueven las ruedas. Este sistema, tiene su ventaja y es que no entra en acción bloqueando el diferencial, por el contrario ya que va transmitiendo el par motor o la cupla motriz, de acuerdo a la necesidad de cada rueda, sin que haya pérdida de tracción en ningún momento.

Existe un diferencial de acoplamiento viscoso o conjunto viscoacoplador, también denominado diferencial Ferguson, que funciona de una manera bastante diferente al diferencial Torsen. Dentro de un cárter giran dos grupos de discos, unos unidos al tren delantero, y los otros al tren trasero, dentro de un baño de aceite siliconado de alta viscosidad. Cuando el vehículo se desplaza en línea recta, y giran a la misma velocidad las ruedas delanteras y las traseras, el conjunto viscoacoplador no trabaja. En el momento en que se produce un deslizamiento de discos, generado por una diferencia de velocidades entre los dos trenes, el aceite siliconado de alta viscosidad existente entre los discos, limita un posible deslizamiento o patinamiento, debido a la resistencia que opone dicho fluido, a que patinen entre ambos.

Esta alta viscosidad del aceite, hace que los discos de uno de los trenes actúen de freno de los otros, recibiendo al mismo tiempo un aumento de cupla, que es enviado a las ruedas que tienen mayor adherencia.

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Autor: Carlos Bugatti