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EXPLICACIÓN DEL MECANISMO DIFERENCIAL EN LOS AUTOMÓVILES, CON LA AYUDA DE VIDEOS VIRTUALES La transformación del movimiento rectilíneo alternativo en circular (pistón-biela-cigüeñal), y el mecanismo diferencial, (sistema planetario) son para mi dos de los inventos más importantes en la mecánica del automóvil, son dos ideas tan sencillas que perdurarán a través del tiempo. Nadie ha podido simplificarlos hasta la fecha. Con estos mecanismos se hacen múltiples combinaciones, sin variar en nada la idea original siguiente

El diferencial de un automóvil es un mecanismo tan sencillo como difícil de explicar utilizando solo la palabra. Las siguientes imágenes en tres dimensiones, movimientos, colores distintivos e información al margen, se facilita su comprensión. En las representaciones, como pueden ver, los satélites y planetas tienen muchos dientes y muy son pequeños. En la realidad, el número de dientes es muy pequeño (desde tres en adelante) y son muy robustos, ya que son los que transmiten toda la potencia del motor, a las ruedas

Lo principal para su correcto funcionamiento es el estado de la carretera (el asfalto puede estar seco, con placas de hielo, etc) y la geometría (tramos rectos, curvas de radios abiertos o cerrados) así como el reglaje de las cotas de dirección, el estado de los neumáticos y su correcta presión. Fue la carretera la que creó la necesidad de un mecanismo que impidiera a los vehículos derrapar al tomar las curvas a elevadas velocidades saliéndose de esta, creando graves accidentes. siguiente

Para simplificar la explicación del funcionamiento del mecanismo diferencial, se han tomado cuatro casos reales, tres de los cuales dependen del estado y geometría de la carretera y uno en el propio taller. En los tres primeros casos se supone que el vehículo se va a poner en marcha y que los demás elementos mecánicos que influyen en la dirección están en buenas condiciones de funcionamiento. En el 4ª caso el coche está en el taller con las ruedas motrices separadas del suelo, el motor parado y una marcha metida. La reiteración del montaje de los componentes del mecanismo diferencial ayudan a la retención memorística.

Descripción de los datos: Vamos a aplicar las siguientes fórmulas a los cuatro casos que se presentan, para demostrar lo visualizado matemáticamente. Descripción de los datos: Número de revoluciones de la rueda derecha = D Número de revoluciones de la rueda izquierda = I Número de revoluciones de la corona = C Fórmula (1) C=(I + D)/2, de donde: Fórmula (2) 2C=I+D, y de aquí: Fórmula (3) I =(2 C) – D Como veremos más adelante, se cumplen todas las condiciones en los cinco problemas propuestos. siguiente

DIFERENCIAL: NOMENCLATURA En este video se aplica una somera nomenclatura a los diversos componentes. El soporte del mecanismo diferencial, va atornillado a la corona dentada. Se le ha dado un poco de transparencia, para que se vea mejor el planeta en su alojamiento. Los planetas están ranurados en su interior, para el arrastre de los palieres o semiejes (como se ve en el aumentado de tamaño) En cuanto a los satélites, son lisos en su interior. Click aquí siguiente

Diferencial: Primer caso Las ruedas y el sistema diferencial ruedan al unísono. En las figs. 1 y 2, se ve como todo el conjunto gira como un bloque compacto. La corona arrastra al eje (verde), y éste a todo el mecanismo diferencial. El buen estado del asfalto y de los neumáticos impide que una rueda pueda girar más que la otra. Cuando el vehículo se encuentra en una carretera de trazo recto y en buenas condiciones de rodadura, el conjunto se mueve como un único bloque, y se desplaza en línea recta. Cada rueda gira independientemente su vuelta Problema: Un vehículo circula por una carretera recta, la corona (C) gira 100 vueltas y la rueda izquierda (I) también da 100 vueltas ¿Cuántas vueltas da la rueda derecha (D)? Formula (3) D = (2C) - I = (2 x 100) – 100 Solución = 200 – 100 = 100 vueltas Las dos ruedas dan el mismo número de vueltas sobre la carretera, el vehículo se desplaza en línea resta. Click aquí siguiente

Diferencial: Segundo caso Una de las ruedas motrices está sobre asfalto seco, la otra ha quedado sobre una placa de hielo - mancha de aceite.. etc. La rueda situada sobre la placa de hielo patina, el vehículo no se mueve. Mientras el conjunto del diferencial da una vuelta, la rueda que gira da dos vueltas En la fg. 1, se ve como la corona da una vuelta (punto rojo). En la fg. 2, el planetario está fijo, el eje (verde) gira una vuelta arrastrando a los satélites, que giran engranados con el planeta. En la fg. 3, el giro del eje (verde) arrastra una vuelta al planetario. La rotación de los satélites sobre el eje (verde) hace girar otra vuelta al mismo planetario. Por lo tanto cuando la corona da una vuelta y una de las ruedas está parada, la otra da el doble de vueltas. El vehículo no se mueve. Problema: Un vehículo está parado en la carretera, la corona (C) gira 100 vueltas, la rueda izquierda (I) está frenada, la rueda derecha (D) patina ¿Cuántas vueltas dan la rueda derecha (D)? Formula (3) D = (2C) – I D = (2C) - I = (2 x 100) – 0 = 200 Solución: = 200 vueltas Como decimos más arriba, la rueda que patina da el doble de vueltas que las que gira la corona del sistema diferencial. Click aquí siguiente

Diferencial: Tercer caso Las dos ruedas giran, el vehículo se mueve siguiendo la curva de la carretera, la rueda interior recorre una distancia menor que la rueda exterior. Los dos recorridos se suman hasta completar dos vueltas, por una vuelta de la corona o eje verde. En la fg.1, se ve como la corona da una da una vuelta (punto rojo). En la fg. 2, el planeta gira media vuelta (ver punto rojo) mientras que el eje verde da una vuelta completa. En la fg. 3, el planeta gira una vuelta arrastrado por el eje verde, y media vuelta más, por el engranaje de los satélites. En los tres casos tenemos que los giros de las ruedas, dan como resultado, 1 + 1 igual a una vuelta de la corona y por ende el eje (verde) unido a ella. En la fg. 4, se ve como se producen estos movimientos. La curvatura de la carretera obliga a que una de las ruedas gire más rápida que la otra, el mecanismo diferencial adecua automáticamente estas diferencias de recorrido para que el vehículo se desplace sin derrapar.(deslizamientos extraños) Problema: Un vehículo circula por una carretera curva, la corona (C) gira 100 vueltas y la rueda izquierda (I) da 80 vueltas ¿Cuántas vueltas da la rueda derecha (D)? Formula (3) D = (2C) - I D = (2C) – I = (2 x 100) – 80 = 200 – 80= 120 Solución: 120 vueltas La semisuma de los números de vueltas de cada rueda sobre la carretera, (80+120) /2 = 100, es igual al número de vueltas de la corona. El vehículo se desplaza en la curva sin derrapar. Click aquí siguiente

Diferencial: Cuarto caso Las ruedas motrices están levantadas, el motor parado y una velocidad metida. La transmisión está bloqueada, Con las manos hacemos girar una vuelta a una rueda, la otra automáticamente da una vuelta, pero en sentido contrario. En los tres casos anteriores, las ruedas y la corona daban una vuelta en el mismo sentido y decíamos que 1 +1 = una vuelta de la corona. Aquí una rueda en sentido positivo y la otra en sentido negativo, los giros se anulan. 1 – 1 = 0. Este resultado indica que la transmisión está bloqueada. En la fg. 1, se observa como giran los planetas y satélites, mientras que el eje (verde) permanece inactivo, pues como se sabe, gira con la corona. Problema 1º: Un vehículo se encuentra en el taller, en las condiciones que se indican más arriba, si a mano hacemos girar la rueda izquierda (I), 10 vueltas ¿cuantas vueltas dará la otra? Formula (3) D = (2C) – I = (2 x 0) – 10 Solución: = - 10 vueltas La rueda derecha da 10 vueltas en sentido contrario. Problema 2º: Un vehículo se encuentra en el taller, en las condiciones que se indican más arriba, la rueda izquierda (I), gira10 vueltas en sentido positivo, la rueda derecha (D) gira 10 vueltas en sentido negativo ¿cuantas vueltas dará la corona? I +(- D) 10 – 10 0 Formula (1) C = --------- = -------- = ------ 2 2 2 Solución; = 0 vueltas La corona está bloqueada Click aquí siguiente

EL DIFERENCIAL PASO A PASO Aquí se ve como los planetas y demás componentes (1), (2) y (3), giran locos en sus respectivos alojamientos. Faltan el eje clave y los satélites, para que el sistema funcione de forma correcta. El eje clave (cilindro verde, en las representaciones) puede tener diferentes formas, por ejemplo: i griega (Y), o cruz (+), por lo cual, en estos casos, habría más satélites y más dientes actuando, para transmitir el mismo esfuerzo sobre los planetas. Click aquí siguiente

MONTAJE DE LOS COMPONENTES Al final del montaje, se unen unas carcasas en forma de trompeta que cierra de forma hermética las piezas de todo el mecanismo diferencial, impidiendo la entrada de polvo y las perdidas de aceite. A las “trompetas” se les ha dado algo de transparencia para que se siga viendo el contenido interno. Click aquí siguiente

RESUMEN DE LOS CUATRO EJEMPLOS El eje (verde), es la llave que pone en movimiento, el mecanismo diferencial. En (1), se ve como el eje (verde) es arrastrado por la carcasa unida a la corona y gira con el mecanismo diferencial. En (2), se ve (una vez más) el montaje de los componentes. En (3), se ve como todo el conjunto gira como un solo bloque compacto. En (4), se ve como un planeta gira más que el otro. En (5), se ve como un planeta gira y el otro está parado. En (6), se ve como el eje (verde) está parado y los planetas giran en sentido contrario. En (7), (8), (9) y (10), se ven los movimientos del eje (verde) y de los satélites, en cada uno de los ejemplos explicados. Click aquí siguiente

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PREGUNTAS Y SUGERENCIAS FIN Melilla, Mayo de 2006