14

SISTEMA DE DIFERENCIALSi las ruedas matrices del vehculo (delanteras o traseras) se unieran directamente a la corona del par cnico, el movimiento de rotacin del motor sera transmitido desde el pin de ataque a la corona y de sta a las ruedas, girando ambas a la misma velocidad. Con esta disposicin, en la marcha del vehculo en lnea recta (fig. 3.14), los desplazamientos A y B de ambas ruedas seran idnticos; pero cuando el vehculo describiese una trayectoria curva, en la que la rueda exterior ha de hacer un recorrido mayor que la interior, se producira el arrastre o patinado de una de las ruedas, dado que las dos son impulsadas por la corona a la misma velocidad y deben efectuar recorridos diferentes.

Como la rueda interior de la curva ha de recorrer un camino ms corto, debera dar menos vueltas que la exterior, pero al estar ambas unidas rgidamente a la corona ello no es posible, por lo cual se producir un patinado de la rueda interior, con el consiguiente desgaste anormal del neumtico y los esfuerzos adicionales de torsin a los que queda sometido el conjunto del par cnico.

Por esta razn, es preciso disponer un mecanismo que permita el giro de las dos ruedas matrices a distintas velocidades, al tiempo que transmite al mismo esfuerzo motriz. Ello se consigue mediante la implantacin del mecanismo diferencial, que en las curvas permite dar un mayor nmero de vueltas a la rueda exterior y disminuye las de la interior, ajustando el giro de cada rueda al recorrido que efecta

La figura 3.15 muestra en esquema el principio bsico de funcionamiento del diferencial, en el que se dispone un pin (A) engranado con las cremalleras (B) y (C), una a cada lado de l, las cuales se enlazan a las ruedas (D) y (E), libres en rotacin. Constituido as el mecanismo, cuando se ejerce traccin sobre el eje (O) del pin y ambas ruedas ofrecen la misma resistencia al arrastre, el pin (A) queda enclavado tirando con la misma intensidad de ambas cremalleras, que a su vez arrastran a las ruedas, que efectan idntico recorrido (efecto balanza). Sin embargo, cuando una de las ruedas ofrece menor resistencia al arrastre, el tiro ejercido sobre el eje (O) del pin produce la rotacin del mismo sobre su eje, que a su vez desplaza ms a una de las cremalleras que a la otra, haciendo que su rueda correspondiente realice un mayor recorrido, como se muestra en el detalle.

Principio bsico de funcionamiento del diferencial

Con este dispositivo se ha conseguido un efecto diferencial en el arrastre de las dos ruedas; pero este mecanismo no es utilizable, ya que su funcionamiento est limitado por la longitud de las cremalleras y porque las ruedas no permanecen alineadas sobre un eje (en prolongacin). En la prctica, este conjunto se sustituye por un acoplamiento como el representado en la figura 3.16, donde cada uno de los ejes de rueda se une a un pin cnico llamado planetario, que a su vez engrana con el pin (O) llamado satlite.

Movimiento del diferencial para marcha en lnea rectaCuando se obliga a rodar al satlite, siguiendo una trayectoria circular, como la representada en la figura, los planetarios sern arrastrados por l de manera que cuando las ruedas presenten la misma resistencia a la rodadura, para cada vuelta del satlite siguiendo su trayectoria circular, se obtendr una vuelta en cada rueda. Sin embargo, si bloqueamos una de las ruedas (fig. 3.17) y arrastramos al satlite.

Movimiento del diferencial para una rueda bloqueada

durante una vuelta, veremos que ste, como consecuencia de estar frenado el planetario (P2), se ver obligado a girar sobre su mismo eje, rodando sobre el planetario (P2) en su trayectoria circular y arrastrando al planetario (P1) a girar a doble velocidad. En la realidad esto no ocurre nunca, pero basta con que una de las ruedas quede algo frenada en su giro para que la otra se adelante.

El efecto as conseguido es el mismo que el explicado anteriormente y se cumple siempre que la semisuma de las velocidades angulares de cada planetario es igual a la velocidad angular del satlite en su trayectoria circular. Esta disposicin es la adoptada en la prctica en la construccin del diferencial.

En la figura se ha representado el despiece de un conjunto diferencial, as como una seccin del posicionamiento en el montaje. La corona (2) se une a la caja (3) del diferencial por mediacin de tomillos como el (1), y en su interior se aloja el mecanismo diferencial, formado por los satlites (7, en nmero de dos generalmente) y los planetarios (4) y (9). Los satlites se montan sobre el eje (6) que va alojado en la carcasa (3), de manera que puedan girar libremente en l; pero son volteados por la caja (3) cuando gira la corona (2).

Engranados con los satlites se montan los planetarios, cuyos ejes de giro se alojan en la corona y caja del diferencial respectivamente, pudiendo girar libremente en ellos con interposicin de casquillos de friccin. A los ejes de los planetarios se unen a su vez los palieres, que transmitirn el movimiento a las ruedas.

El conjunto queda ensamblado como muestra el detalle de la figura, apoyado en la carcasa del puente trasero por interposicin de cojinetes de rodillos troncocnicos, situados en ambos lados de la corona y caja de diferencial respectivamente.

Constituido as el mecanismo, cuando la corona empieza a girar impulsada por el pin de ataque arrastra con ella a la caja del diferencial (B), que en su giro voltea a los satlites (C) y (D) que, actuando como cuas, arrastran a su vez a los planetarios (E) y (F), los cuales transmiten el movimiento a las ruedas hacindolas girar en el mismo sentido y con igual velocidad mientras el vehculomarche en lnea recta; pero cuando toma una curva, la rueda interior ofrece ms resistencia al giro que la exterior (al tener que recorrer distancias desiguales) y, por ello, los satlites (C) y (D)rodarn un poco sobre uno de los planetarios(elcorrespondiente a la rueda interior) multiplicando el giro en el otro (el de la rueda exterior). De esta manera, lo que pierde en giro una rueda lo gana la otra, ajustndose automticamente el giro de cada una de ellas al recorrido que le corresponda efectuar en cada curva. Igualmente, las diferencias de trayectoria en lnea recta, debidas a diferencias de la presin de inflado de los neumticos, irregularidades del terreno, etc.,

Diferencial autoblocante

El mecanismo diferencial tiene por objeto permitir que cuando el vehculo trace una curva sus ruedas propulsoras puedan describir sus respectivas trayectorias sin patinamiento sobre el suelo. La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que al dar una curva el coche, las ruedas interiores a la misma recorrenun espacio menor que las situadas en el lado exterior, puesto que las primeras describen una circunferencia de menor radio que las segundas. El diferencial reparte el esfuerzo de giro de la transmisin entre los semiejes de cada rueda, actuando como un mecanismo de balanza; es decir, sumando a una de las dos ruedas el par, las vueltas o ngulo de giro que pierda la otra. Esta caracterstica de funcionamiento supone la solucin para el adecuado reparto del par motor entre ambas ruedas motrices cuando el vehculo describe una curva, pero a la vez se manifiesta como un serio inconveniente cuando una de las dos ruedas pierde su adherencia con el suelo total o parcialmente son absorbidas por el diferencial.11

Cuando por ejemplo una de las dos ruedas del eje motriz rueda momentneamente sobre una superficie deslizante (hielo, barro, etc.), o bien se levanta en el aire (a consecuencia de un bache o durante el trazado de una curva a alta velocidad), la caracterstica de balanza del diferencial da lugar a que el par motor se concentre en la rueda cuya adherencia se ha reducido. Esta rueda tiende a embalarse, absorbiendo todo el par, mientras que la opuesta permanece inmvil, lo que se traduce en prdida de traccin del coche.

El diferencial autoblocante tiene como objetivo resolver este importante problema de prdida de traccin.

En la actualidad los diferenciales autoblocantes han sido desplazados por los controles de traccin electrnicos (TCS, ASC+T, ASR, EDS), los cuales detectan con los captadores de ABS la rueda que patina, frenndola y mandando el exceso de par a la otra rueda, de igual forma que hara un diferencial autoblocante. El control de traccin reduce la potencia del motor si el efecto de frenar una rueda no es suficiente, para reducir el par que recibe y canalizarlo adecuadamente de esta forma a la rueda adecuada. De este modo la extensin del uso del ABS/EDS ha sustituido los diferenciales autoblocantes. Slo vehculos de altas prestaciones y competicin siguen montando diferenciales autoblocantes, ya que se descarga el trabajo de los frenos, e incluso aumenta la capacidad de transmisin de potencia, pero encareciendo el montaje. Por ejemplo, el diferencial Torsen se combina muy bien con los controles de traccin electrnicos, adems de descargar de trabajo a stos como hemos dicho antes, consigue la mxima transferencia de par a las ruedas sin que lleguen a deslizar, consiguiendo aceleraciones muy rpidas y progresivas.

Reparto del par de traccin con suelo deslizante

a) Diferenciales autoblocantes mecnicos

Estos diferenciales se suelen montar en vehculos de traccin trasera de gran potencia, ya que son susceptibles de perder adherencia durante aceleraciones fuertes en una de las ruedas, siendo necesario el enclavamiento de ste a determinado valor, para evitar un deslizamiento excesivo que generara un sobreviraje. Mediante la adopcin de ste, se mejora la transmisin de esfuerzo, a la vez que se evita un patinaje continuo de la rueda con menos adherencia y sus consecuencias para la estabilidad.

De entre los diversos tipos de diferenciales autoblocantes que existen (por conos de friccin, por discos de friccin, por acople lateral estriado), sin duda el ms utilizado y posiblemente el ms eficaz es el Thotnton Powr-Lok, llamado tambin de discos de friccin. En este diferencial se cruzan los ejes uno sobre otro, pero constituyendo dos piezas independientes, a diferencia de los diferenciales corrientes, donde forman una pieza nica con cuatro brazos. Los extremos de ambos ejes en la zona de acoplamiento en la caja de satlites van tallados con dos planos formando una V. Los alojamientos para cada eje en la caja del diferencial estn sobredimensionados, de modo que el eje entre con una considerable holgura. Estos alojamientos presentan adems dos rampas talladas formando tambin una V de idntico ngulo que la existente en los ejes.

Los piones satlites planetarios son anlogos a los de un diferencial convencional. Cada pin planetario se acopla sobre sendos bujes estriados, que a su vez encajan sobre cada una de las dos mitades de la caja diferencial. Entre cada mitad de la caja y el buje estriado correspondiente existe un embrague.Compuesto por discos de friccin y arandelas elsticas de acero, o bien (como es el caso del conjunto que aparece en la figura pequeos muelles helicoidales alojados en las carcasas. Cuando las dos ruedas gozan de similar adherencia, los ejes deslizantes.

Los embragues de cada planetario estn calculados para permitir un cierto resbalamiento mientras no se produzca la total prdida de adherencia de una de las dos ruedas. As, cuando el coche traza una curva, este pequeo resbalamiento permite que la rueda exterior gire algo ms deprisa que la interior, comportndose el dispositivo como un diferencial convencional. En el momento en que una de las dos ruedas pierde adherencia, los satlites tienden a girar entre los planetarios y la tensin a que estaban sometidos los ejes de los primeros disminuye. La posicin de equilibrio de los ejes de satlites se rompe y entonces el eje del lado de la rueda que todava tiene adherencia sube por las rampas en V, ejerciendo un empuje sobre el pin planetario que se aplica ahora con fuerza sobre su cubo estriado. Este movimiento aprieta el embrague de placas de este lado y el planetario se hace solidario a la caja diferencial, anulndose en parte, por tanto, el efecto diferencial.

Detalle del posicionamiento del eje deslizanteL

o

L

Los diferenciales autoblocantes tienen un valor de diseo a partir del cual ste alcanza su blocaje (un diferencial convencional tendra un valor de bloqueo nulo 0% y los autoblocantes a partir de 25% hasta aprox. el 70%). Para establecer el valor a partir del cual se bloquea este mecanismo, se basan no en el exceso de par a cada semieje, sino en la diferencia de revoluciones que este genera. Es decir, los diferenciales autoblocantes, son diferenciales que permiten el reparto de revoluciones a cada semieje, pero se bloquean cuando aumentan las revoluciones de un eje frente al otro en un determinado valor.

A continuacin nos centraremos en el diferencial autoblocante por discos de friccin. Con estos diferenciales se consiguen mejorar las siguientes condiciones de marcha del vehculo:

Se evita, en gran parte, que una rueda patine al arrancar o durante la marcha con mala adherencia de la calzada.

Se evita igualmente que una rueda patine al saltar por encima de desigualdades de la calzada.

Se elimina el peligro de patinar al conducir a altas velocidades con una adherencia a la calzada distinta en las ruedas motrices, lo que vale principalmente para vehculos de gran potencia.

Las caractersticas de marcha invernal (nieve, hielo, etc.) se han mejorado considerablemente. El diferencial autoblocante de lminas funciona de modo automtico,sin intervencin alguna del conductor.

Detalle del diferencial autoblocante por discos de friccin

Estos diferenciales tienen un valor de bloqueo, segn el tipo de vehculo, entre aprox. 25% y 75%. El efecto de bloqueo se refiere a la friccin interna de los dos paquetes de discos dispuestos en el crter del diferencial, en rgimen de dependencia del par de apriete. El par pasa de pin cnico de ataque a la corona (grupo pin-corona), y de ah al crter del diferencial autoblocante, a travs de los dos discos de empuje (presin) a los dos ejes porta satlites, de stos a los satlites, pasando a los piones planetarios y de aqu a los palieres (semiejes).

Estructura interna del diferencial autoblocante por discos de friccin

Diferencial Torsen

Su nombre procede de las palabras inglesas Torque Sensitive, que en espaol quieren decir sensible al par, fue inventado por Vernon Gleasman y fabricado por Gleason Corporation. Es un tipo de diferencial cuya peculiaridad radica en que reparte la fuerza que procede del motor a las ruedas de forma independiente a la velocidad rotatoria de cada uno de los dos rboles o semiejes de transmisin que parten de l. Su gran virtud es que puede transmitir, en una curva, ms par a la rueda que menos gira, en contraposicin al resto de diferenciales.

Vista en corte de un diferencial Torsen

Es el diferencial ms usado cuando a un vehculo de traccin delantera se le aade la trasera como complemento ante una prdida de traccin del tren delantero, momento en el que el bloqueo del mismo genera el desvo de par al otro tren.El problema que se presenta con este diferencial es que la traccin a las 4 ruedas no es permanente y hay un cierto retraso desde que empieza a perder traccin uno de los ejes del vehculo y el acoplador viscoso empieza a transmitir el par de traccin al otro eje. Puesto que el lquido viscoso que hay dentro del viscoacoplador no es un medio fijo de transmisin (depende de la temperatura y de la diferencia de velocidad entre discos) la traccin a las 4 ruedas no es fija ni constante arrastrando los discos conductores a los conducidos, consiguindose un giro solidario entre ambos.

El momento de actuacin lo determina el nmero de discos, los taladros y el aire que tengan mezclado, no recibiendo en funcionamiento normal nada ms que una pequea parte del par a travs de l , apenas un 10%. Este

Posicin del viscoacoplador en la transmisin

El uso de estos diferenciales como centrales obliga a utilizar un embrague automtico que desembrague la traccin al segundo eje en el momento de frenado cuando el vehculo monte un sistema ABS, ya que como su blocajese produce por diferencia de giro entre trenes, este bloqueo que deja sin efecto diferencial puede afectar al funcionamiento del sistema ABS que tambin va a vigilar estas diferencias de giro para actuar. La introduccin de este embrague automtico cuando se monta ABS (muy general hoy da) hace que se plantee la tercera solucin, que consiste en dotar a este embrague del efecto de reparto de par, sustituyndose el diferencial por un embrague multidisco controlado (como ejemplo: el Haldex).

El uso del viscoacoplador como diferencial central puede que sea menos eficaz que el sistema Torsen, pero es ciertamente el ms barato, as que podemos encontrarlo en muchos coches de serie con traccin total 4WD.

Su principal ventaja es que resulta barato y compacto, y su inconveniente es que es traccin total 4WD slo cuando hay una diferencia de traccin entre ejes debido a suelo deslizante; se comporta normalmente como un traccin a dos ruedas 2WD.

Una alternativa para el viscoacoplador es emplearlo junto con un diferencial convencional (como central) haciendo el primero las veces de diferencial autoblocante, es decir, bloquear la transmisin a las 4 ruedas cuando hay una diferencia de velocidad entre ambos ejes del vehculo. Con este tipo de transmisin lo que conseguimos es que el vehculo sea traccin a las 4 ruedas (4WD) constantemente y no slo a ratos (perdida de traccin en uno de los ejes) como el anterior.

Esquema de unin de un diferencial convencional con un visco acoplador

El visco-embrague (viscoacoplador) tambin se puede usar en el diferencial delantero o trasero (eje). Para ello se une el sistema de acoplamiento viscoso a la carcasa de un diferencial convencional.

Esquema interno del diferencial viscoso para eje delantero o traseroEn cualquier diferencial autoblocante, ya sea convencional o viscoso, el reparto de fuerza entre los dos semiejes se realiza siempre de forma proporcional a su velocidad de giro. Sin embargo el diferencial Torsen puede repartir la fuerza del motor a cada semieje en funcin de la resistencia que oponga cada rueda al giro, pero al mismo tiempo permite que la rueda interior en una curva gire menos que la exterior, aunque esta ltima reciba menos par.

Basa su funcionamiento en la combinacin de una serie de engranajes convencionales y helicoidales. En concreto, se utilizan tres pares de ruedas helicoidales que engranan a travs de dientes rectos situados en sus extremos. La retencin o el aumento de la friccin se produce porque las ruedas helicoidales funcionan como un mecanismo de tornillo sinfn: el punto de contacto entre los dientes se desplaza sobre una lnea recta a lo largo del propio diente, lo que supone unir al movimiento de giro de las ruedas un movimiento de deslizamiento que supone friccin. El tarado o grado de resistencia se determina precisamente por el ngulo de la hlice de estas ruedas helicoidales.

Si lo comparamos con un diferencial convencional, en un Torsen se sustituyen los satlites convencionales por tres pares de engranajes helicoidales, engranados dos a dos por piones de dientes rectos en sus extremos. Los planetarios en este caso son tornillos sin fin, con los cuales engrana cada uno de los engranajes helicoidales.

En curva los satlites giran sobre sus ejes acelerndose uno y frenndose otro para permitir la diferente velocidad de cada rueda. Si se genera el deslizamiento de una rueda, los satlites helicoidales no pueden hacer girar ms rpido al planetario,dada la disposicin de tornillo sin fin. Como los satlites forman parejas, la reaccin de uno frente al otro impide el giro del planetario cuando hay deslizamiento. El tarado a partir del cual manda el par a la rueda que tiene mejor agarre se determina con el ngulo de la hlice helicoidal. Esto nos permite, disponer siempre del mximo par en la rueda que ms agarre tiene, sin tener que llegar al deslizamiento en la rueda de menor agarre, y que ste propicie el blocaje del diferencial. Esto redunda en un mejor comportamiento sin prdidas de traccin en ninguna rueda, mientras haya capacidad de transmitir, lo que favorece las aceleraciones y evita derivas que tengan que ser controladas.Los diferenciales traseros autoblocantes tipo Torsen y similares no slo actan en aceleracin sino que tambin lo hacen en retencin. En este caso, ocurre lo mismo que en aceleracin: el diferencial aporta ms par de frenado (de retencin) a la rueda izquierda o derecha dependiendo de cul tenga ms agarre. Es una caracterstica inherente al diferencial Torsen. Estos diferenciales se ajustan de forma que cuando el reparto de par a uno u otro lado llega a un cierto lmite, el diferencial se bloquea por completo, y dicho porcentaje de bloqueo (lo que habitualmente se denomina "tarado" del diferencial) suele ser distinto para aceleracin y para retencin.Hay varias versiones de diferenciales Torsen, su constitucin interna cambia segn el modelo.

Esquema del diferencial Torsen para eje delantero o trasero

Diferentes modelos de diferenciales Torsen

Como hemos comentado, el diferencial Torsen se complementa perfectamente con los controles de traccin electrnicos (ABS/TCS), cosa que no ocurre con los diferenciales autoblocantes de deslizamiento limitado (LSD), que permiten un cierto deslizamiento de las ruedas antes de actuar, por lo que la traccin total no es momentnea sino que tiene un cierto retraso hasta que actan los sistemas decontrol de traccin (tanto el mecnico como el electrnico).

Compenetracin de los diferenciales LSD y Torsen con los controles electrnicos.

Por lo tanto, el diferencial Torsen permite un reparto preciso y exacto del par motor a las 4 ruedas cuando la transmisin est exenta de deslizamiento, pero lo volver poco gil si queremos trabajar con cierto deslizamiento. Puede usarse como diferencial central, delantero o trasero indistintamente y no interfiere en el funcionamiento del ABS. Los vehculos que lo equipan no pueden ser remolcados por riesgo de avera de la transmisin.

Sus ventajas son una respuesta rpida ante prdidas de traccin y traccin constante a las 4 ruedas. Y sus inconvenientes, que resulta muy caro y muy rgido en su funcionamiento (no permite controlarlo).

PARTES DEL DIFERENCIAL

COMENTARIO PERSONAL