Diferencial en un vehículo: Funcionamiento y relación de velocidades

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En entradas anteriores, explicábamos algunos conceptos básicos de los engranajes y la relación de transmisión en trenes de engranajes. A continuación vamos a estudiar una aplicación directa de este tipo de mecanismos, como es el diferencial.

El mecanismo diferencial no es de los más conocidos en un vehículo, pero como vamos a ver, es de vital importancia. Podemos definirlo como una pieza mecánica que reparte el par motor entre las ruedas motrices, permitiendo que una de ellas gire a velocidad distinta de la otra.

Vamos a intentar entender de forma lógica su principio de funcionamiento:

Imaginemos un vehículo circulando en línea recta. En este caso, tanto la rueda derecha como la izquierda recorren la misma distancia, por lo tanto, la velocidad de ambas será la misma.

Ahora imaginemos el vehículo tomando una curva. La rueda exterior a la curva recorre más distancia, por lo que necesitará mayor velocidad para compensar esa diferencia de distancia recorrida por la interior, que a su vez disminuirá su velocidad.

diferencial3Por tanto, cuando un automóvil toma una curva, las ruedas exteriores giran a mayor velocidad. Esto es posible gracias al mecanismo diferencial, ya que si no se utilizase, los neumáticos patinarían. El diferencial hace dar mayor número de vueltas a la rueda exterior a la curva y disminuye las de la interior.

Entendido el funcionamiento general, vamos a estudiar el diferencial desde un punto de vista mecánico.

diferencial2

diferencial1Un piñón planetario (K) es solidario al árbol (C), y otro planetario (J) del árbol (B); cada una de las ruedas motrices va montada en el otro extremo de dichos árboles, llamados semiejes o palieres. Entre los piñones K y J van situados los satélites (G), que pueden girar libremente alrededor de sus ejes (H).

Al girar la corona E mueve consigo el marco o caja de satélites F, unido rígidamente a ella, con lo que los satélites G son arrastrados y, como engranan a modo de cuña con los planetarios K y J, éstos y los palieres girarán en el sentido de la corona, y ambos a igual velocidad mientras el vehículo marche en línea recta.

Si se supone ahora que se inmoviliza una rueda, por ejemplo la del palier C, en el giro de la corona los satélites G ya no arrastran al planetario K, que está inmóvil, sino que ruedan sobre él poniéndose a girar sobre su propio eje H, y entonces al planetario J llega el giro de la corona acumulado con el que los satélites efectúan alrededor de sí mismos, por lo que el semieje correspondiente B dará doble número de vueltas que las que dé la corona.

Para finalizar, veamos la relación de velocidades entre las ruedas para una curva de radio r:

                                                            ω2=ω1*(2*r-a / 2*r)

Donde:

ω2=Velocidad angular de la rueda interior a la curva
ω1=Velocidad angular de la rueda exterior a la curva
a=Distancia entre ambas ruedas
r=radio de la curva

Bibliografía:

Arias-Paz Guitian, M. Manual de automóviles. Editoriales Dossat 2000. 55ª Edición, 2004
Apuntes de Mecánica y Teoría de Mecanismos
http://www.highmotor.com/funcionamiento-diferencial-clases.html
http://www.automotriz.net/tecnica/conocimientos-basicos-35.html

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