La dirección diferencial es el medio para dirigir un vehículo terrestre aplicando más par motor a un lado del vehículo que al otro. [1] La dirección diferencial es el principal medio para dirigir vehículos de orugas , como tanques y excavadoras , también se utiliza en ciertos vehículos con ruedas comúnmente conocidos como skid-steer , e incluso se implementa en algunos automóviles, donde se llama vectorización de par , para aumentar la dirección cambiando la dirección de las ruedas en relación con el vehículo. La dirección diferencial es distinta de la dirección de par , que generalmente se considera un efecto secundario negativo de las opciones de diseño del tren de transmisión.
Una empresa agrícola británica, Hornsby en Grantham , desarrolló una oruga continua, que fue patentada en 1905. [2] Los tractores Hornsby presentaban un sistema de embrague de dirección de oruga.
Se han desarrollado varios mecanismos para variar el par aplicado a los diferentes lados de un vehículo. Entre ellos se encuentran la dirección con embrague y freno , la dirección con diferencial con freno , la dirección con diferencial controlado , la dirección con engranajes , la dirección con doble diferencial Maybach , la dirección con doble diferencial , la dirección con triple diferencial , [1] hidráulica , [3] y eléctrica. [4]
En la dirección diferencial con embrague y freno, la potencia se desconecta de un lado o del otro con un embrague , y el lado sin potencia también puede tener un freno aplicado para ajustar el giro. [1] Tenga en cuenta que no hay un conjunto de engranajes diferenciales en este diseño. Las orugas de ambos lados del vehículo siempre girarán a la misma velocidad a menos que se desembrague una para la dirección. Este método es simple de implementar pero ineficiente y solo es adecuado para vehículos livianos. Además, al viajar cuesta abajo con el freno del motor, desembragar un lado para girar puede resultar en un giro en la otra dirección. [1] [5]
En la dirección diferencial con freno, la potencia se aplica a ambos lados a través de un diferencial y se aplica un freno a un lado o al otro. La desaceleración de un lado hace que el otro lado acelere, debido al diferencial, y así el vehículo mantiene una velocidad constante. Una desventaja posterior es que los cambios en la resistencia a la rodadura o la tracción de un lado al otro hacen que el vehículo gire automáticamente a menos que el conductor lo contrarreste. [1] La dirección diferencial de este tipo se utilizó en muchos diseños de semiorugas para ayudar a realizar giros cerrados.
En la dirección diferencial controlada, los piñones dentro del diferencial están bloqueados, lo que hace que un lado gire más rápido que el otro. Una ventaja es que no se pierde potencia al frenar. Una desventaja es que solo se puede realizar un radio de giro de manera eficiente. Este método fue desarrollado por la Cleveland Tractor Company en 1921 y se lo llamó Sistema de Dirección Regenerativa Cletrac . [1]
En la dirección diferencial con engranajes, se utilizan dos cajas de cambios completas para proporcionar potencia a cada lado, y se puede derivar un radio de giro distinto de cada combinación de relación de transmisión . La principal desventaja de este sistema es que duplica el tamaño y el peso de la transmisión total y, por lo tanto, solo se ha implementado de manera experimental. [1]
En el sistema de doble diferencial Maybach, la potencia se transmite a través de una única transmisión principal y, a continuación, a través de una transmisión final de engranajes epicicloide en cada lado. La velocidad de transmisión diferente se produce al aplicar el par, desde una transmisión "de dirección" independiente, a una u otra transmisión final mediante un par de embragues. Por lo general, la entrada de la dirección gira a una relación fija en relación con el motor, lo que da como resultado un radio de giro diferente para cada relación de transmisión principal. Este sistema se implementó en los tanques Panther alemanes durante la Segunda Guerra Mundial. [1] El inconveniente de este diseño en comparación con otros diseños de diferencial múltiple es que la aplicación de la entrada de la dirección a una oruga también aumenta la velocidad promedio de las dos orugas, por lo que la velocidad del vehículo no es constante.
En la dirección de doble diferencial, como en el sistema de doble diferencial de Maybach, la potencia de una segunda transmisión se envía a un engranaje epiciclo en la transmisión final de un lado o del otro. En este diseño, sin embargo, la velocidad de transmisión promedio de las orugas se mantiene agregando una rueda loca para aplicar el par opuesto al engranaje epiciclo en el otro lado de la curva. Se utiliza un par de embragues para aplicar la salida de la transmisión de dirección, que solo gira en una dirección, al eje transversal de dirección en cualquier dirección. Este sistema fue desarrollado en 1928 por el Mayor Wilson. [1] Aquí, la entrada de la dirección no se utiliza tanto para aplicar par a cada lado sino más bien para controlar la diferencia de par y velocidad entre los dos lados.
También hay que tener en cuenta que, en cualquiera de los métodos de dirección diferencial doble o triple, los radios de giro eficientes (por ejemplo, sin deslizamiento del embrague o del freno de la dirección) están determinados por la relación entre la velocidad de entrada de la dirección y la velocidad de entrada de la transmisión principal en cada transmisión final epicicloidal. Esto significa que tener múltiples relaciones en la transmisión de la dirección da como resultado múltiples radios de giro para cada relación de transmisión de la transmisión principal. La complejidad adicional en los sistemas mecánicos y los controles de conducción significa que esta capacidad rara vez se implementa. [ cita requerida ]
La dirección con triple diferencial es similar a la dirección con doble diferencial, excepto que, en lugar de utilizar un eje transversal de dirección y un engranaje intermedio, utiliza dos ejes transversales de dirección conectados a un diferencial de dirección. Parte del par motor siempre se aplica a través del diferencial de dirección y los dos diferenciales epicicloidales. Se utilizan frenos, en lugar de embragues, para reducir la velocidad de uno u otro eje transversal de dirección. La dirección funciona de forma muy similar a la dirección diferencial frenada mencionada anteriormente, excepto que la ineficiencia resultante de aplicar los frenos de dirección solo afecta al par que se transmite a través de la entrada de dirección. [ cita requerida ]
La dirección diferencial hidráulica consta de un sistema de accionamiento hidráulico con una bomba hidráulica y dos motores hidráulicos , uno para cada lado. [3] Este sistema se emplea a menudo en cargadoras compactas y segadoras de giro cero .
La dirección diferencial eléctrica consta de dos o más motores eléctricos (uno para cada lado del vehículo o hasta uno por rueda) que se accionan a diferentes velocidades (o direcciones), según las necesidades de dirección. [4] A menudo se implementa en robots con ruedas .
La mayoría de las sillas de ruedas tradicionales se maniobran mediante dirección diferencial cuando son impulsadas por el ocupante.
Dependiendo de la implementación, la fricción entre el mecanismo de transmisión y el suelo, y la potencia disponible, un vehículo con dirección diferencial puede tener un radio de giro cero o un círculo de giro de acera a acera igual a la longitud del vehículo conduciendo cada lado a la misma velocidad pero en direcciones opuestas. Esto también se llama giro neutro . [6] Los vehículos en los que solo una rueda motriz en cada lado está alineada rígidamente y todas las demás son libres de girar, como las sillas de ruedas y los robots con ruedas, requieren la menor potencia para girar. Los vehículos con orugas largas y continuas en cada lado que deben deslizarse sobre el suelo para poder girar requieren más potencia.
