como la mayoría de las cosas en los automóviles modernos, la simple pieza de engranaje conocida como diferencial ha visto un refinamiento y experimentación constantes, lo que lleva a una gama de tipos, cada uno con sus propias ventajas y desventajas.
el concepto de diferencial – es decir, permitir que las ruedas montadas en el mismo eje giren independientemente unas de otras – es un diseño antiguo, con el primer caso conocido de su uso registrado en China durante el 1er milenio antes de Cristo.,
aunque esto fue mucho antes de la invención del automóvil, los carros, vagones y carros todavía sufrían del mismo problema de una rueda resbalando o arrastrándose al tomar curvas, aumentando el desgaste y dañando las carreteras.
el advenimiento de los motores que accionan las ruedas delanteras o traseras para propulsar un vehículo en lugar de simplemente arrastrarlas a través del caballo agregó un nuevo problema a superar: cómo permitir la rotación independiente mientras todavía se puede alimentar ambas ruedas.
los primeros automóviles no se molestaron en intentarlo, simplemente accionaban una sola rueda en un eje independiente., Pero esto estaba lejos de ser ideal, ya que significaba que tenían poca potencia y se enfrentaban a problemas frecuentes de tracción en cualquier cosa que no fuera un terreno firme y nivelado.
Finalmente, esto llevó al desarrollo del diferencial abierto antes de que otros tipos más complicados se desarrollaran para superar condiciones de conducción más complejas.,
vea este video que explica con imágenes 3D cómo funcionan los siguientes tipos de diferencial:
diferencial abierto:
un diferencial en su forma más básica comprende dos mitades de un eje con un engranaje en cada extremo, conectadas entre sí por un tercer engranaje que forma tres lados de un cuadrado. Esto generalmente se complementa con una cuarta marcha para mayor resistencia, completando el cuadrado.,
Esta unidad básica se aumenta aún más con un engranaje anular que se agrega a la caja diferencial que sostiene los engranajes del núcleo básico, y este engranaje anular permite que las ruedas se conecten al eje de transmisión a través de un piñón.
en este ejemplo puede ver los tres lados del engranaje interno que conforman el mecanismo del núcleo, con el engranaje azul más grande que representa el engranaje anular que se conectaría al eje de transmisión., La imagen de la izquierda muestra el diferencial con ambas ruedas girando a la misma velocidad, mientras que la imagen de la derecha ilustra cómo se acoplan los engranajes internos cuando una rueda gira más lentamente que la otra.
esta disposición de engranajes constituye el diferencial de tipo abierto, y es el tipo más común de diferencial automotriz del que se derivan sistemas más complicados.,
el beneficio de este tipo se limita principalmente a la función básica de cualquier diferencial como se describió anteriormente, centrándose principalmente en Permitir que el eje Corne de manera más efectiva al permitir que la rueda en el exterior de la vuelta se mueva a una velocidad más rápida que la rueda interior, ya que cubre más terreno. También se beneficia de que su diseño básico es relativamente barato de producir.,
la desventaja de este tipo es que debido a que el par se divide uniformemente entre ambas ruedas, la cantidad de potencia que se puede transmitir a través de las ruedas está limitada por la rueda con la menor cantidad de agarre.
una vez que se alcanza el límite de tracción de ambas ruedas combinadas, la rueda con la menor cantidad de tracción comenzará a girar, reduciendo ese límite aún más, ya que hay incluso menos resistencia de la rueda que ya está girando.,
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diferencial bloqueado:
El diferencial Bloqueado o de bloqueo es una variante que se encuentra en algunos vehículos, principalmente aquellos que van fuera de la carretera. Es esencialmente un diferencial abierto con la capacidad de estar bloqueado en su lugar para crear un eje fijo en lugar de uno independiente. Esto puede ocurrir de forma manual o electrónica dependiendo de la tecnología del vehículo.
el beneficio de un diferencial bloqueado es que es capaz de ganar una cantidad considerablemente mayor de tracción que un diferencial abierto., Debido a que el par no se divide por igual 50/50, puede canalizar más par a la rueda que tiene la mejor tracción , y no está limitada por la menor tracción de la otra rueda en un momento dado.
debido a que es poco probable que viaje a velocidad y generalmente viaja sobre terreno irregular, el problema de la resistencia y el desgaste de los neumáticos alrededor de las esquinas en un eje fijo es menos problemático.,
una desventaja de los diferenciales bloqueados se llama unión, que ocurre cuando el exceso de energía de rotación (par) se acumula dentro del tren de transmisión y necesita liberarse, lo que generalmente se logra con las ruedas que dejan el suelo para restablecer la posición. O simplemente soltando las cerraduras una vez que ya no son necesarias.
Imagine un largo tubo de cartón sostenido en cada extremo, y luego retorciendo el tubo en direcciones opuestas hasta el punto en que el tubo ya no podía soportar la fuerza y los pliegues y las lágrimas, eso es vinculante., Sucede porque las ruedas se mueven a diferentes velocidades, lo que tuerce los ejes y aumenta la presión sobre los engranajes, pero la carga sobre las ruedas y su mayor tracción es suficiente para evitar que los neumáticos se resbalen y liberen la presión.
diferencial soldado / carrete:
Los diferenciales soldados son esencialmente los mismos que un diferencial bloqueado, solo que se ha soldado permanentemente desde un diferencial abierto a un eje fijo (también conocido como diferencial de carrete.,) Por lo general, esto solo se hace en circunstancias específicas donde las características del diferencial bloqueado/eje fijo, que hace que sea más fácil mantener ambas ruedas girando simultáneamente, son deseables, por ejemplo, en automóviles destinados a la deriva.
normalmente no se recomienda, ya que el calor de la soldadura puede comprometer la resistencia de los componentes y aumentar el riesgo de fallas catastróficas de las piezas, lo que puede incluso provocar que los engranajes diferenciales rotos exploten a través de la carcasa del diff y representen un peligro para otros usuarios de la carretera y peatones.,
diferencial de deslizamiento limitado:
el trabajo de LSD para combinar los beneficios de los diferenciales abiertos y bloqueados a través de un sistema más complicado. Hay dos categorías que utilizan diferentes formas de resistencia para lograr el mismo efecto:
embrague mecánico LSD:
Este tipo de LSD rodea el mismo engranaje del núcleo visto en el diff abierto con un par de anillos de presión, que ejercen fuerza sobre dos juegos de placas de embrague colocadas junto a los engranajes., Esto proporciona resistencia a la rotación independiente de las ruedas cambiando el efecto del diferencial de ABIERTO A bloqueado, y proporcionándole la mayor tracción que este tipo se beneficia de un diferencial abierto.
en este corte, puede ver los anillos de presión (también cortados) que rodean los engranajes del núcleo, que se ven separados por los pasadores centrales del engranaje que empujan contra las superficies angulares bajo rotación., Este movimiento empuja los anillos de presión sobre los paquetes de embrague (amarillo y azul) en ambos lados, generando resistencia y cambiando el comportamiento del eje de un tipo abierto a un tipo fijo de efecto.
Los LSD de embrague mecánico también se dividen en subtipos que se comportan de maneras ligeramente diferentes y se alteran cuando se ejerce la presión sobre las placas de embrague y los anillos de presión:
- en un LSD unidireccional, la presión solo se ejerce bajo aceleración., Esto significa que al tomar curvas y desconectar la potencia, el diff se comporta como un tipo abierto, lo que les permite girar de forma independiente, pero bajo la aceleración, la rotación forzada del diferencial crea fricción en las placas de embrague, bloqueándolas en su lugar para obtener más tracción.
- Un LSD bidireccional lo lleva un paso más allá y ejerce presión sobre las placas de embrague bajo desaceleración también, en un esfuerzo por mejorar la estabilidad al frenar en superficies de carretera variables.,
- The one and half way nuevamente intenta combinar lo mejor de ambos subtipos, ejerciendo una mayor cantidad de presión bajo aceleración y menor cantidad bajo desaceleración.
la desventaja de los LSD mecánicos es que requieren un mantenimiento regular para mantenerse operativos y son propensos a desgastarse por completo, lo que hace que el reemplazo de piezas sea costoso.
LSD viscoso:
el segundo tipo de diferencial de deslizamiento limitado, en su lugar utilizan un líquido espeso en lugar de embragues para crear la resistencia necesaria para alterar el comportamiento de los diferenciales entre abierto y bloqueado., Debido a que tiene menos partes móviles que un LSD mecánico, los VLSD son más simples, pero también tienen una gama más amplia de ventajas y desventajas en comparación.
en su funcionamiento básico, el efecto es más suave en la aplicación que los LSDs mecánicos, ya que la resistencia se acumula al unísono con la velocidad a la que las ruedas viajan en comparación con el caso diferencial, lo que proporciona un aumento muy gradual.
Los Vlsd también pueden dirigir el par de manera más efectiva a la rueda que tiene más tracción., Debido a que el fluido actúa para ser resistente a la velocidad, si una rueda pierde tracción y gira, la diferencia de velocidad entre las dos ruedas dentro del diferencial crea más resistencia en la rueda de movimiento más lento, canalizando más par desde el eje de transmisión hacia ella.
Las Vlsd se vuelven menos efectivas con el uso prolongado, ya que el fluido se calienta y se vuelve menos viscosa y proporciona menos resistencia. Tampoco puede bloquearse tan completamente como un LSD mecánico debido a que un fluido no puede proporcionar una resistencia absoluta dentro de un espacio adecuado.,
una desventaja con los LSD mecánicos y viscosos es que el sistema no siempre canaliza el par de manera efectiva durante las curvas de alta velocidad, ya que puede interpretar que la rueda exterior que se mueve más rápido pierde tracción. Luego dirige el torque a la rueda interna, generando sobrevuelo/subviraje en el momento opuesto a cuando se necesita.
diferencial Torsen:
El diferencial Torsen (Sensor de par) emplea el uso de un engranaje inteligente para producir el mismo efecto que un diferencial de deslizamiento limitado sin la necesidad de embragues o resistencia a fluidos.,
esto se logra mediante la adición de una capa de engranaje de gusano a la configuración de engranaje tradicional de un diferencial abierto. Estos conjuntos de engranajes helicoidales que actúan sobre cada eje proporcionan la resistencia necesaria para permitir la transferencia de par, que luego logra al tener los engranajes helicoidales en malla constante entre sí a través de engranajes rectos conectados.
la primera y segunda imágenes muestran los tres pares de engranajes helicoidales mallados con cada mitad del eje, con los engranajes rectos al final de cada gusano conectando los pares., Es esta conexión la que transfiere el par de una rueda a la otra, una vez que un eje comienza a girar más rápido que el otro. Mientras que la primera y la segunda imágenes son del diseño original de torsen, la tercera imagen es de la segunda versión del diferencial torsen. El nuevo diseño reposicionó los engranajes de worms para que estuvieran en línea con los ejes, pero aún realizan la misma acción mecánica. Cada engranaje helicoidal está todavía en contacto con su par, y solo un lado del eje con espacios en el engranaje eliminando la malla con el otro lado.,
la malla constante entre los dos lados del diferencial tiene el beneficio adicional de transferir el par de torsión inmediatamente, lo que lo hace extremadamente sensible a los cambios en la carretera y las condiciones de conducción.
mientras que un diferencial abierto siempre tiene que dividir su par dividido 50/50 entre cada rueda, el diferencial Torsen es capaz de dirigir un mayor porcentaje de par a través de una rueda dependiendo de las relaciones de los engranajes., Esto elimina la limitación de potencia que sufren los diferenciales abiertos porque la cantidad de par disponible no está limitada por la cantidad de tracción en cualquiera de las ruedas.
Además, el engranaje también se puede mecanizar de tal manera que imparta una relación diferente de resistencia al acelerar y desacelerar de la misma manera que lo hace un diferencial de deslizamiento limitado de un camino y medio.,
todo esto se logró mecánicamente sin el uso de electrónica o cualquier forma de pieza perecedera que se sacrifique por la fricción, y en general el diferencial Torsen es el sistema mecánico superior que combina los principales beneficios de todos los tipos diferenciales anteriores enumerados.,
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diferencial activo:
muy similar a un diferencial de deslizamiento limitado, el diferencial activo todavía emplea mecanismos para proporcionar la resistencia necesaria para transferir el par de un lado a otro, pero en lugar de depender de la fuerza puramente mecánica, estos embragues se pueden activar electrónicamente.
el diferencial activo puede utilizar la electrónica para alterar artificialmente las fuerzas mecánicas que el sistema está experimentando a través de las cambiantes condiciones de conducción., Esto las hace controlables y, por lo tanto, programables, y mediante el empleo de una gama de sensores en todo el vehículo, una computadora puede detectar automáticamente a qué ruedas motrices dirigir la energía y cuándo.
esto mejora drásticamente el rendimiento, especialmente sobre superficies de carreteras imperfectas, y es particularmente favorecido por los pilotos de Rallyes cuyos coches soportan condiciones de conducción rápidamente cambiantes y necesitan un sistema que pueda mantenerse al día con sus ajustes continuos en el vehículo.,
diferencial de vectorización de par:
El TVD lleva este sistema mejorado electrónicamente aún más lejos al usarlo para manipular el ángulo, o vector, del vehículo dentro y fuera de los giros al alentar a ruedas específicas a recibir más par en momentos clave, mejorando el rendimiento en las curvas.
Al activar el embrague opuesto a lo que un LSD impulsado puramente mecánicamente normalmente activaría, puede usar el efecto para ayudar con la dirección al tiempo que reduce la potencia, superando las deficiencias en el sistema de LSD.,
al entrar en la esquina, un LSD de múltiples vías ejerce resistencia a ambas ruedas para bloquear al menos parcialmente el eje y estabilizarlo bajo el frenado, que luego se libera a medida que la velocidad de las ruedas disminuye y el vehículo gira, lo que permite que las ruedas giren a diferentes velocidades .
sin embargo, en lugar de liberar la resistencia en ambas ruedas, un TVD continúa activando el embrague solo en la rueda exterior, lo que aumenta la resistencia experimentada por esa rueda y hace que el sistema canalice más par a través de ella., Este desequilibrio de potencia hacia el exterior anima al vehículo a girar en la esquina más nítido y reducir el subviraje.
al continuar aplicando esta resistencia a través de la esquina, a medida que el vehículo pasa el ápice y comienza a acelerar, continuará anulando un multiway normal-LSD – que nuevamente interpretaría que la rueda exterior que se mueve más rápido se desliza y desvía el par durante la aceleración a la rueda interior, que percibe como que tiene más agarre.,
con el TVD ejerciendo más resistencia en el embrague de las ruedas exteriores, engaña al sistema para desviar más par a través de él, aumentando la cantidad de potencia que se puede aplicar y reduciendo el subviraje experimentado bajo la aceleración desde una esquina.
la flecha amarilla resalta la transferencia de par que ocurre a través de la esquina, generada por la resistencia artificial que ejerce el TVD en la rueda exterior. Esto permite una mayor aceleración fuera de la esquina, mientras que la capacidad de giro del coche se incrementa.,
un diferencial de vectorización de Par es capaz de canalizar el 100% del par disponible a través de una sola rueda cuando sea necesario en las circunstancias más extremas.
la desventaja del sistema es que es muy complicado y muy caro, y por lo general solo se utiliza para aplicaciones de carreras/pista por su potencial de curvas de alta velocidad.
Cada sistema tiene beneficios y desventajas, y aunque los sistemas más complicados son generalmente superiores, tienen un costo adjunto que supera con creces a los sistemas más simples.,
al igual que con todo lo automotriz, la cantidad de beneficios que obtendrá de cada sistema se reduce a lo que hará exactamente con su vehículo y lo que necesita que su diferencial sea capaz de hacer. No vas a tener mucha necesidad de un diferencial de vectorización de par cuando visites el supermercado local, a menos que te apetezca en el próximo WRC y puedas pagar las multas, pero es posible que desees un diferencial de bloqueo si vives en un lugar rural al que se accede mejor con un vehículo todoterreno.