El diferencial

LA TRANSFORMACION DE LA ENERGIA QUIMICA DENTRO DE LOS PISTONES EN FUERZA DE TRACCION EN LAS RUEDAS ENVUELVE UNA SERIE DE MECANISMOS COMPLICADOS E INGENIOSOS DENTRO DEL CUAL, ESTE ELEMENTO, JUEGA UN ROL IMPORTANTE.

la nota que sigue, nos proponemos describir el funcionamiento del mecanismo diferencial de un vehículo. Si bien los principios de funcionamiento son similares para autos, utilitarios, y
comerciales pesados, centraremos nuestro análisis en estos últimos.

El grupo motopropulsor (ver Fig. 2), es el encargado de transformar el giro del motor producido por la reacción química entre el oxígeno del aire y el combustible dentro de los cilindros, en trabajo mecánico en las ruedas motrices. Básicamente está compuesto por el motor, el embrague, la caja de velocidades, el árbol de transmisión o cardán (puede haber más de uno), las juntas cardánicas, el mecanismo diferencial, los palieres, los reductores en los cubos de las ruedas (cuando los hubiere), y las ruedas. Dicho de esta manera, el concepto parece bastante simple, sin embargo envuelve una serie de mecanismos bastante complicados e ingeniosos que han ido perfeccionándose a lo largo de muchas décadas hasta llegar al presente.
El movimiento rectilíneo alternativo de los pistones es transformado primeramente en circular (giro) del cigüeñal. A través del embrague, pasa a la caja de velocidades que mediante la selección de un cambio permite ir hacia adelante o, invirtiendo el sentido de giro, hacia atrás. Asimismo permite transmitir al árbol de transmisión distintas velocidades de giro (1ª, 2ª, 3ª. Etc.).
En la figura 3 se puede apreciar un esquema de funcionamiento simplificado del grupo motopropulsor.

El cardán transmite el movimiento al piñón de ataque y éste hace girar a la corona. A su vez la corona transmite su giro a los palieres y éstos finalmente a las ruedas. Un aspecto importante a tener en cuenta, es que el par piñón y corona permite que la rotación del cardán se transmita a los palieres que forman un ángulo de 90° con respecto al cardán. Asimismo, la relación entre el número de dientes del
piñón y la corona, por ejemplo 10 a 50, permite reducir la velocidad de giro del cardán a los palieres 5 veces. Con lo que hasta aquí explicamos, vimos que no solamente conseguimos cambiar la dirección del movimiento de rotación, sino que también redujimos la velocidad y, consecuentemente, aumentamos el torque. A una determinada velocidad de giro del motor, en cada paso de reducción aumentamos el torque en la misma proporción. Cuando el vehículo toma una curva, la rueda exterior a la misma, recorre una trayectoria mayor que la interior. Si los palieres, impulsados por la corona, giraran a la misma velocidad, el móvil de todos modos viraría, sin embargo se produciría un resbalamiento de ambas ruedas (o pares de ruedas en caso de rodados duales)sobre el suelo. Esto provocaría el desgaste de las cubiertas y la falta de precisión en el viraje del vehículo. El ingenioso mecanismo diferencial permite compensar la diferencia de recorrido de cada rueda haciendo que cada una gire de tal manera de que no derrape sobre el suelo.

Tanto la corona como el piñón son engranajes cónicos (técnicamente troncocónicos). Corrientemente, los dientes del piñón y la corona no son rectos sino que están tallados en forma helicoidal para asegurar un funcionamiento libre de ruidos, mejorar el contacto entre los dientes, aumentar su duración y mejorar las dimensiones del conjunto. En la figura 4, se aprecia el esquema de funcionamiento
del mecanismo diferencial. El piñón de ataque impulsa a la corona haciéndola girar, ésta mediante una horquilla gira junto con un par de engranajes llamados satélites, éstos engranan con cada uno de los planetarios de los palieres. Cuando uno de los palieres, junto con la rueda respectiva, gira a una velocidad diferente del otro, los satélites girarán sobre sus ejes, compensando automáticamente la diferencia de velocidad. Cuando el vehículo se desplaza en línea recta, los satélites no giran sobre sus ejes, en cambio cuando toma una curva ambos giran.
A pesar de que el vehículo circule en línea recta, durante la marcha se producen pequeñas desviaciones y movimientos debido a la geometría del terreno que son compensadas por este maravilloso mecanismo.
En la figura 5 podemos apreciar un corte real del mecanismo diferencial. El conjunto formado por el piñón, la corona, la horquilla o caja de satélites, los planetarios y los dos palieres están alojados en el puente trasero, que no solamente sirve para permitir el funcionamiento de las ruedas mediante los sistemas descriptos, sino también es el conjunto resistente que soporta la carga del camión sobre el eje trasero que se transmite al suelo mediante las ruedas. La parte central del mismo es la carcasa de diferencial (¨bocha”) y las laterales dentro de las cuales giran los palieres son las cañoneras.
Existen diversos tipos de diferenciales: De una velocidad: cuando la relación del piñón y la corona es sólo una. De dos velocidades: en caso de cargas muy pesadas, en este caso se cuenta con dos relaciónes de transmisión que reducen la velocidad. De simple o doble reducción: cuando entre el cardán y la corona existe uno o dos pasos de reducción. La doble reducción permite aumentar más el torque transmitido y, normalmente, se usa para casos donde se requiera mucha fuerza de tracción en las ruedas.

Bloqueables: mediante un mecanismo electro neumático accionado por el conductor desde un pulsador ubicado en el tablero del vehículo que permite fijar la corona a uno de los palieres, se produce la anulación del diferencial y que ambas ruedas giren a la misma velocidad independientemente de la condición de marcha.
Esto permite al vehículo salir de situaciones de terreno embarrado o de baja consistencia de arrastre. Una vez sorteada esta situación debe volverse inmediatamente a la situación normal. Autoblocantes: cuando el bloqueo del diferencial se produce automáticamente, sin intervención del conductor. En la figura 6 podemos apreciar una vista del robusto
puente trasero del camión Ford Cargo 1932.

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