Diferenciales

¿PARA QUÉ UN DIFERENCIAL?

Las ruedas de un auto giran a distintas velocidades, especialmente en las curvas. Esto no representa problema para las ruedas conducidas por ser independientes, pero sí para motrices por estar vinculadas. Si un automóvil no tuviera diferencial, las ruedas estarían forzadas a girar a igual velocidad y por lo tanto en las curvas a patinar. Actualmente, con neumáticos modernos y caminos de asfalto, eso significa grandes esfuerzos a ser soportados por los semiejes.
Un diferencial es entonces un dispositivo que divide el torque, permitiendo a cada salida girar a distintas velocidades.

(Figuras de tracción delantera, trasera e integral permanente, de donde, engine=motor, transmission=caja, drive shaft=eje de transmisión, differential=diferencial, front=delantero, center=central, rear=trasero)

DIFERENCIAL CONVENCIONAL

El diferencial recibe la potencia del pinón del eje de transmisión a través de la corona.
Opriman

STRAIGHT para funcionamiento en rectas (same speed=igual velocidad, straight=recto, turn=giro, pinion gears rotate with case=planetarios giran con carcasa)
TURN para curvas (fast=rápido, slow=lento, outer wheel faster=rueda externa más rápida, inner wheel slower=rueda interior más lenta, pinion gears rotate on pinion shaft=planetarios giran con eje de transmisión)

( http://static.howstuffworks.com/flash/differential.swf )

Problema del diferencial convencional
Hay 2 factores que determina el torque a aplicar: el equipamiento y la tracción. En seco, hay mucha tracción y el torque está solamente limitado por el motor y la caja; en condiciones de poco tracción (ejemplo, sobre hielo), el torque debe limitarse para transmitir toda la potencia al piso y que las ruedas no patinen.
Los diferenciales convencionales siempre transmiten el mismo torque a cada rueda; por ello, si parte del coche se encontrara sobre hielo por ejemplo, la rueda con mejor agarre recibirá sólo la cantidad de torque que recibe la rueda con menos tracción.

DIFERENCIAL CON DESLIZAMIENTO LIMITADO TIPO EMBRAGUE

Es probablemente la versión más frecuente de diferencial con deslizamiento limitado. Tiene todos los componentes de un diferencial convencional, pero al que se le agregan un paquete de resortes y un juego de embragues (algunos similares a los sincronizadores de la caja de cambios manual).
Los resortes empujan los engranajes de los palieres contra los embragues, sujetos a la carcasa. Ambos engranajes giran con la carcasa cuando ambas ruedas se mueven a igual velocidad, pero al aparecer una diferencia entre ellas, actúan estos embragues, quienes tienden a volver a uniformizar estas velocidades.
Volviendo a la situación del ejemplo anterior, la rueda con mejor tracción aún recibirá la fuerza necesaria para moverse porque aunque la rueda en el hielo no pueda transmitir torque al piso, será menor este torque que el necesario para vencer al embrague. El vehículo se moverá entonces pero no a plena potencia.

ACOPLAMIENTO VISCOSO
Se lo suele encontrar en el 3° diferencial de los automóviles con tracción integral.
El acoplamiento viscoso contiene 2 juegos de platos dentro de una carcasa sellada con un líquido espeso.
Bajo condiciones normales, ambos juegos y el líquido giran a igual velocidad; cuando una rueda intenta girar más rápido, tal vez por estar patinando, el conjunto de platos correspondiente girará más velozmente, haciendo que el fluído haga lo mismo y transmitiendo así el movimiento al juego más lento. Cuando el auto está doblando, la diferencia de velocidad entre ruedas es menor a la existente cuando una de ellas patina.
Vista interna de un acoplamiento viscoso (presione Open housing=abrir carcasa/Open Plates=abrir platos/Close=cerrar):

( http://static.howstuffworks.com/flash/differential-viscous.swf )
(coupling housing=carcasa, to front wheel=hacia ruedas delanteras, to back wheels=hacia ruedas traseras, inner plates=platos internos, outerplates=platos externos)
Desventaja: No existirá transferencia de torque hasta que la rueda efectivamente patine.

BLOCANTE Y TORSEN
Utilizado en vehículos serios off-road.
Este tipo de diferencial contiene los mismos elementos que el convencional, agregando un mecanismo eléctrico, neumático o hidráulico (en general de activación manual por interruptor) para bloquear los 2 piñones de salida y hacer girar a las ruedas a igual velocidad.

El diferencial Torsen (R) (derivado de Torque Sensing, o sensado de torque) es puramente mecánico y funciona en forma similar al convencional cuando el par transmitido a las ruedas es igual. Tan pronto como una de ellas pierde tracción, este diferencial acopla los engranajes, vinculándolos. El diseño de los engranajes determina la relación de torque. Por ejemplo, si un diferencial tiene una relación de 5:1, es capaz de transferir 5 veces la fuerza a la rueda que tiene mejor tracción.
Desventaja: si una rueda o conjunto pierde totalmente tracción, el Torsen es incapaz de brindar el par necesario a la otra u otras, porque la fuerza por la relación es cero. (Nota: el Hummer utiliza este tipo de diferencial y aconseja a sus usuarios usar el freno cuando una rueda no tenga contacto con el piso. Así el freno se aplicará sobre la rueda en el aire y el torque se transferirá multiplicado a la rueda con mejor tracción)

(R) TORSEN es marca registrada de Zexel Torsen Inc.

(traducido de http://auto.howstuffworks.com/differential.htm/printable )