EL DETALLE IMPORTA: EL DIFERENCIAL

Las "tripas" de un moderno tractor

QUÉ ES Y PARA QUÉ SIRVE

Hace ya muchos años cuando en las tertulias universitarias, ávidos los alumnos por aprender, debatía con un amigo cual era el “invento” más llamativo e ingenioso. Yo apostaba por el diferencial. Su función permite que la transmisión de fuerza a un eje “partido” (o par de ejes) que no giran solidarios consiguiendo que un vehículo, ruedas propulsoras, al tomar una curva puedan describir sus trayectorias sin patinamiento de la rueda con menor recorrido (la interior).

Cualquier “antiguo” agricultor se acordará de los “dibujos” que dejaba la rueda del carro (suela de hierro) en las calles cuando giraba. Pues esto es justo lo que evita el diferencial compensando la diferencia de metros que recorren las ruedas exteriores e interiores al tomar una curva.


Bloque trasero y trompetas

Vista la “maravilla” del invento también se entienden los “inconvenientes”: Si el diferencial reparte el esfuerzo de giro entre los semiejes haciendo repercutir sobre una de las dos ruedas el par que pierde la otra ¿qué pasa si una de ellas pierde la adherencia?, queda claro que hay que poder bloquear, a voluntad o de forma automática, el diferencial, es decir, que en determinadas ocasiones puede interesar que el diferencial deje de actuar como tal.

Bloqueo del diferencial

Por supuesto las técnicas de bloqueo han ido variando según variaba la tecnología (o el precio que el fabricante quiera pagar por el sistema porque como siempre “el detalle importa”)

Los primeros dispositivos para el tractor, y hoy todavía el más usado en tractores de baja especificación y sobre todo para el diferencial trasero, monta un diferencial convencional, de tal forma que si una rueda patina todo el movimiento que llega desde la transmisión se va por la rueda “loca”. Para evitar que el tractor se quedase varado en cualquier mínima contrariedad, se dotó de un sistema para bloquear las ruedas si el tractor patinaba. Estos diferenciales eran, son, “todo o nada”: si no se bloquean funcionan como un convencional; Al pisarlos se bloquean completamente y el eje se vuelve “solidario”. Un bloqueo mecánico significa que sólo intervienen elementos mecánicos en su manejo: un collarín se encarga de mover un manguito que rigidiza ambos palieres. Un muelle devuelve la independencia a ambos palieres en cuanto se deja de pisar el diferencial.


Tractor "abierto" sin bloque trasero

EL PROBLEMA SE COMPLICA

Había, hay, muchos agricultores que desconocen el sistema o incluso tenían miedo a usarlo, por eso vinieron nuevas soluciones incorporando los diferenciales autoblocantes y que, sobre todo, en el eje delantero, son hoy día mayoritarios. Con la llegada masiva de la doble tracción se necesitan dos diferenciales, pero ahí no queda la cosa porque el diferencial trasero y delantero tienen “filosofías” diferentes ya que la tracción trasera en un tractor siempre “está conectada” pero la delantera no.

AUTOBLOQUEO ¿ELECTRÓNICO O MECÁNICO?

Todos los sistemas de autobloqueo se basan en sistema de deslizamiento limitado, por eso, en inglés, se les conoce como LSD (Limited Slip Diferential). Son sistemas que funcionan de modo automático, sin intervención del conductor.

Pueden existir sistemas mecánicos (diferentes sistemas realmente ingeniosos que consigue un efecto de autobloqueo bien por conos de fricción o acople lateral estriad o discos de fricción…; Y sistemas de autobloqueo electrónico en los cuales unos captadores (normalmente del mismo tipo que los montados en los sistemas ASR o ABS) detectan si una rueda patina y el sistema puede ordenar que se frene esa rueda y mandar el exceso de par a la otra.

Autobloqueo mecánico


bloque trasero

El sistema se basa en que si una rueda gira, sensiblemente, a diferente velocidad que la otra del mismo eje, entonces un muelle hace actuar un mecanismo que consigue aumentar el rozamiento interno limitando el efecto diferencial (bloqueando en una proporción)

En el caso de un autobloqueo mecánico se debe elegir sistemas de tarado y, ¡ojo!, la tasa de tarado es un factor crítico de diseño del diferencial, son valores que pueden oscilar entre el 25 y 3l 75 % de valor de bloqueo.

Diferencial autoblocante Thotnton Power-Lok

Al igual que en un diferencial convencional, los piñones satélites planetarios están acoplados sobre bujes estriados que encajan sobre cada una de las dos mitades de la caja diferencial. Sí las ruedas tienen adherencia similar entonces los ejes deslizantes de los satélites están sometidos a un esfuerzo que, por diseño, tiene a hacerlos subir por unas rampas en “V” pero los efectos se contraponen y existe un equilibrio. El equilibrio es “inestable” y si una rueda debe girar más rápido que otra, por ejemplo la rueda exterior en una curva, este diferencial permite cierto resbalamiento. En el caso de que se pierda la adherencia completa de una rueda entonces la posición de equilibrio de los ejes de satélites se rompe. Un eje, el de la rueda con adherencia, sube por la rampa “V” y ejerce un empuje sobre el piñón planetario apretando el embrague de placas de este lado haciéndose el planetario solidario con la caja diferencial y se anula, en parte, el efecto diferencial.


Diferencial convencional

Diferencial viscoso o Ferguson

En este caso también existe una carcasa que es la que gira solidaria al árbol de transmisión. Unos discos también solidarios friccionan contra otros discos que son solidarios al eje de salida. Los discos de ambas series se intercalan. El sistema se completa con un aceite especial siliconado. El efecto de bloqueo se debe a la fricción interna de dos paquetes de discos alojados en el cárter del diferencial. Las distancias son mínimas y la acción del aceite dificulta el giro diferencial.

El par pasa a través del grupo piñón cónico de ataque a la corona hasta el diferencial autoblocante. Este dispone de unos discos de empuje (presión) unidos a los dos ejes portasatélites que a su vez transfieren el movimiento a los satélites, piñones planetarios, palieres y por último a la rueda motriz.

En marcha recta ambas ruedas reciben el mismo par, los paquetes de discos apenas tienen movimiento relativo entre ellos. En línea curva, o al perder una rueda tracción, una rueda gira más que la otra, se genera un deslizamiento entre los discos alternos que hace aumentar la temperatura, y la presión, del aceite, aumenta a su vez las fuerzas de cizalladura y así se arrastran los discos conducidos desde los conductores consiguiéndose, más o menos, un giro solidario.

Diferencial Torsen (Torque Sensitive o sensible al par)

Dif. autoblocante Torsen

Un diferencial convencional o viscoso reparte la fuerza entre los palieres de forma proporcional a la velocidad de giro. Pues en el caso del diferencial Torsen no es así. Su peculiaridad, y su virtud, radica en que reparte la fuerza que procede del motor a las ruedas de forma independiente a la velocidad rotatoria de cada uno de los dos semiejes pudiendo transmitir más par a la rueda que menos gira, es decir reparte la fuerza a cada palier en función de la resistencia que oponga cada rueda al giro aunque también permite que la rueda interior en una curva gire menos que la exterior (que recibe menos par)

Su funcionamiento se basa en la combinación de engranajes rectos y helicoidales, en realidad se sustituyen los satélites cónicos, de un diferencial convencional por tres pares de engranajes helicoidales, engranados dos a dos por piñones de dientes rectos en sus extremos. Los planetarios son ahora los tornillos sinfín donde engranan los piñones helicoidales.

El aumento de fricción se produce porque las ruedas helicoidales funcionan como un mecanismo de tornillo sinfín conjuntándose un movimiento rotaroio proveniente de las ruedas con un movimiento rectilíneo, tornillo sinfín. El grado de resistencia se determina por el ángulo de la hélice de estas ruedas helicoidales.

Es un diferencial “caro” pero muy efectivo. 

Carcasa eje trasero con diferencial y embrague tdf

Sistema Haldex

Aunque en algunos círculos se habla de diferencial Haldex se debería hablar de sistema de conexión de la tracción delantera por embrague Haldex. En realidad el sistema Haldex es un repartidor variable de par entre los ejes trasero y delantero. Es un embrague multidisco, con la mitad de los discos conectados a la transmisión trasera y la otra a la delantera. Se ha desarrollado para coches de lata gama de tracción integral. Una bomba hidráulica que está comandada por una electroválvulas que recibe las señales desde un ordenador central (ECU). La unidad de control decide en función de unos parámetros suministrados por sensores cuando conectar la doble tracción. Una bomba hidráulica manda más o menos presión según detecte patinamiento al comparar las velocidades de ambos ejes.

Auto bloqueo electrónico



Culticiclo (http://farmhack.net/tools/culticycle) ¡también con diferencial!

Quizá los mejores tiempos del diferencial autoblocante mecánico han pasado. Con la llegada de la electrónica se popularizan los controles de tracción electrónicos (ASR, TCS, ASC+T, EDS) los cuales detectan con los captadores de ABS la rueda que patina, frenando la misma y mandando el exceso de par a la otra.

En el caso de autobloqueo electrónico se usan sensores idénticos a los del ABS, ESP para determinar cuando, y en que cantidad, se frena una rueda que pierde adherencia. 

Como corolario me gustaría hacer ver al lector que como siempre “de todo hay en el mundo de los tractores” y que “el detalle importa”