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Funciones del diferencial DF
Imagen 17.4
En curvas, las ruedas exteriores recorren más distancia que las interiores; en el eje no motriz no hay problema pues las ruedas son arrastradas por el automóvil, pero las motrices han de adaptar su velocidad al recorrido, más rápida la exterior y en la misma proporción más lenta la interior, como se ve en la imagen de un automóvil con propulsión (tracción trasera) y recorridos diferentes en las ruedas motrices.
Lograr este objetivo es la función del diferencial que funciona así (detalle en las imágenes inferiores); el movimiento llega desde el motor a través de la caja de cambios CC por el árbol de transmisión al piñón de ataque PA del diferencial DF, cónico en este caso, que engrana con la corona CRD del diferencial DF, que es también cónica.
En la corona hay un soporte asociado sobre el que giran en sus ejes los satélites ST.
La corona y los satélites, son dos en este caso, giran con el soporte y forman un conjunto.
Los satélites ST, cónicos también, engranan con los planetarios, cónicos, PL a los que están acoplados los palieres que llegan a las ruedas motrices.
En recta el diferencial gira como un conjunto llegando la misma velocidad a las ruedas motrices.
En curva a la derecha, como el automóvil de la imagen sucede esto; la rueda interior (derecha trasera) se frena al recorrer menos distancia, pero la corona sigue girando a la misma velocidad haciendo que los satélites giren sobre sus ejes transmitiendo la velocidad que pierde el planetario derecho al izquierdo, que suma a la velocidad de la corona la que recibe del otro planetario a través de los satélites.
En curva a la izquierda funcionaria a la inversa.
De esta forma se consigue que cada rueda gire a la velocidad correspondiente.
En pisos deslizantes asimétricos la rueda con baja adherencia puede llegar a patinar, girando sobre si misma al sumar a su velocidad la de la rueda en piso adherente que se detiene.
Esto se debe a que el diferencial distribuye la velocidad no el par motor.
Se evita esta situación con los diferenciales autoblocantes o de deslizamiento limitado, que se ven después.
También se controla con una función del ABS, es el control de tracción en aceleración que se explica en el capítulo 25.
La relación entre el piñón de ataque y la corona implica otra multiplicación del par motor después de la caja de cambios, en este caso constante.
El valor medio suele estar entre 2,5 y 4, que es la relación entre el número de dientes de la corona y del piñón de ataque.
Desarrollos de transmisión
Imagen 17.5.1
Los desarrollos de transmisión indican la velocidad del automóvil en cada relación con el motor a 1.000 RPM.
Con este dato se pueden calcular a las RPM que se desee, los puntos de referencia más indicativos son las RPM de par y potencia máximos, así como el mínimo régimen del motor utilizable, capítulo 19.
Los desarrollos de transmisión se calculan con la siguiente fórmula:
DT = CR x 60 : RM x RDF
- DT desarrollos de transmisión en Km/h a 1.000 RPM de motor en cada relación.
- CR circunferencia dinámica de la rueda motriz en metros, es un dato facilitado en la ficha de los neumáticos que se ve en el detalle de la rueda, se explica en el capítulo 20.
- RM relación entre el número de dientes de los piñones de la relación.
- RDF relación del diferencial, entre los dientes de la corona y piñón de ataque.
La caja de cambios de la imagen es transversal y contiene el diferencial, tiene seis velocidades hacia adelante (no se representa la marcha atrás).
El cálculo de cada relación se hace dividiendo el número de dientes del piñón motor entre el de ruedas RM y la relación del diferencial dividiendo los dientes de la corona entre los del piñón de ataque RDF.
En el cuadro se ven los resultados de los desarrollos de transmisión DT a 1.000 RPM, par máximo (2.750 RPM) y potencia máxima (5.500 RPM).
Imagen 17.5.2
Aplicando la fórmula se llega a los desarrollos de transmisión de los ejemplos de las imágenes.
En el cuadro del coche A se indica la relación de cada marcha y del diferencial y después los desarrollos de transmisión DT, en los demás directamente los desarrollos, es decir las velocidades en km/h en cada relación a 1.000 RPM.
- La primera relación más corta es la del coche B; 6,9 (+ C) y la más larga la del coche D; 9,3 (+ L).
- La última relación más larga es la del D; 51,1 (+ L en 7ª) casi igual que el coche C; 50,9 (+ L en 6ª) y la más corta la del coche B; 32,6 (+ C en 5ª).
- Se observa como la relación de marcha atrás es similar a la 1ª, en general un poco más larga.
- El coche D tiene las ruedas distintas delante y detrás, para calcular los desarrollos se toman las traseras motrices.
Con más número de relaciones se puede hacer funcionar al motor en el mejor entorno de RPM, lo que beneficia el consumo y las prestaciones.
Tipos de desarrollos de transmisión y de relación
A continuación, se exponen dos valoraciones de los desarrollos de transmisión; tipos de desarrollos y tipos de relación o salto entre las marchas, que se apoyan en los cinco ejemplos de la imagen 17.6.
Tipos de desarrollos de transmisión
Se comparan las RPM a velocidad máxima en la última (o últimas) marcha(s) con las de potencia máxima y hay tres opciones:
- Si las RPM de velocidad máxima son superiores a las de potencia, el desarrollo es corto y es el caso de los coches A y D en 6ª.
- Cuando las RPM de velocidad y potencia máxima son similares el desarrollo es neutro, es lo que sucede en los coches C y E.
- En el caso de ser las RPM de velocidad máxima menores que las de potencia el desarrollo es largo, como se ve en los coches B y D en 7ª.
Tipos de relaciones de transmisión
Es la diferencia en km/h a 1.000 RPM entre cada relación y la anterior.
Cuanta más diferencia haya, más caída de RPM al cambiar y a la inversa.
Comparando saltos entre marchas, es más corto cuanta menos diferencia en km/h hay (relación cerrada) y a la inversa (relación abierta).
En los cinco coches se resalta en cada uno en rojo el salto más pequeño (corto/cerrado), en verde el más grande (largo/abierto) y en morado el valor medio M (al lado de la 1ª pues no hay relación anterior).
Es una relación cerrada cuando los saltos entre marchas son pequeños (cortos), lo que favorece la respuesta del motor, es el caso de coches de rallye y en menor medida deportivos.
Cuando los saltos son grandes (largos) es una relación abierta y busca reducir consumos, pero como hay bastante caída de RPM al cambiar se precisa un motor con buen par a bajas/medias RPM.
Se observa que en el coche D con enfoque deportivo las primeras 6 marchas tienen relación cerrada y la 7ª es muy abierta, para reducir el consumo y ruido en autopista a elevada velocidad.
Sincronizadores y piñones helicoidales
En la caja de cambios de la imagen 17.7 con tres velocidades adelante más marcha atrás la 3ª es directa tanto de relación como técnicamente, después se ve esta caja de nuevo con las diferentes relaciones.
El par motor desde el embrague llega al primario de la caja de cambios donde hay un piñón.
Este piñón engrana con otro debajo de él que contiene los piñones de entrada de las demás relaciones, 1ª, 2ª y MA, es el árbol intermediario.
Las líneas amarillas indican el paso de movimiento desde el primario al árbol intermediario.
El árbol secundario está a continuación del piñón del árbol primario con las relaciones de salida, pero no está unido a este por lo que no hay transmisión de giro, lo indica la flecha negra.
Los piñones de 1ª y 2ª del árbol secundario giran libres sobre este, para asociarlos se han de acoplar al desplazable, con un dentado interior sobre el dentado exterior del piñón, pero previamente un elemento cónico va sincronizando la velocidad del piñón friccionando sobre una superficie cónica antes del dentado del piñón, así cuando los dentados del desplazable y piñón engranen están girando a la misma velocidad.
El elemento de fricción es el sincronizador.
Se ven estos elementos en el detalle a la izquierda de la caja de cambios; desplazable con dentado interior DID y apoyo del sincronizador, el sincronizador y el piñón con la superficie cónica de fricción donde acopla el sincronizador y el dentado exterior del piñón que acopla con el dentado interior del desplazable DID.
En el interior de la caja se identifica, además de lo explicado los sincronizadores de 1ª SCR1ª, 2ª SCR2ª y 3ª SCR3ª.
Se aprecia como los piñones de las marchas hacia adelante son helicoidales, hacen bastante menos ruido al funcionar, y los de la marcha atrás son rectos, pues al no estar sincronizada han de engranar directamente los piñones al insertar esta relación y con piñones helicoidales no es posible.
Actualmente prácticamente todos los automóviles tienen sincronizadas todas las relaciones, incluida habitualmente marcha atrás y los piñones son helicoidales.
En este sistema están permanentemente engranados los piñones de las relaciones, pero no se transmite el par que corresponde hasta que los sincronizadores los acoplan al eje de giro.
Estos piñones son en toma constante.
