La dirección diferencial es el medio de dirigir un vehículo terrestre aplicando más par motor a un lado del vehículo que al otro. [1] La dirección diferencial es el medio principal para dirigir vehículos sobre orugas , como tanques y excavadoras , también se utiliza en ciertos vehículos de ruedas comúnmente conocidos como minicargadores , e incluso se implementa en algunos automóviles, donde se llama vectorización de par , para aumentar dirección cambiando la dirección de las ruedas en relación con el vehículo. La dirección diferencial es distinta de la dirección de torsión , 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 una disposición de embrague de dirección de oruga.
Hay varios mecanismos que se han desarrollado para variar el par aplicado a diferentes lados de un vehículo. Estos incluyen dirección con freno y embrague , dirección con diferencial frenado , dirección con diferencial controlado , dirección con engranajes , dirección con doble diferencial Maybach , dirección con doble diferencial , dirección con triple diferencial , [1] hidráulica , [3] y eléctrica. [4]
En la dirección diferencial con freno-embrague, la potencia se desconecta a un lado o al otro con un embrague , y el lado sin potencia también puede tener un freno aplicado para apretar el giro. [1] Tenga en cuenta que no hay juego de engranajes diferencial en este diseño. Las orugas a ambos lados del vehículo siempre girarán a la misma velocidad a menos que una esté desembragada para girar. Este método es sencillo de implementar pero ineficaz y sólo apto para vehículos ligeros. Además, al desplazarse cuesta abajo con el freno motor, desembragar un lado para girar puede provocar un giro en la otra dirección. [ 15]
En la dirección con diferencial de 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, por lo que 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 semioruga para ayudar a realizar giros cerrados.
En la dirección con diferencial controlado, 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 sólo se puede realizar de manera eficiente un radio de giro . Este método fue desarrollado por Cleveland Tractor Company en 1921 y 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 sólo se ha implementado de forma experimental. [1]
En el Maybach de doble diferencial, la potencia se transmite a través de una única transmisión principal y luego a través de un mando final con engranaje epiciclo en cada lado. Una velocidad de conducción diferente es causada por la alimentación de par, desde una transmisión de "dirección" separada, a un mando final u otro 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 aplicar la entrada de dirección a una vía también aumenta la velocidad promedio de las dos vías, 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 el mando final de un lado o del otro. Sin embargo, en este diseño, la velocidad de conducción promedio de las orugas se mantiene agregando una rueda guía para aplicar el torque opuesto al engranaje del 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 se utiliza no tanto para aplicar par a cada lado sino para controlar la diferencia de par y velocidad entre los dos lados.
También tenga en cuenta que, en cualquiera de los métodos de dirección con doble o triple diferencial, los radios de giro eficientes (por ejemplo, sin deslizamiento del embrague o del freno) están determinados por la relación entre la velocidad de entrada de la dirección y la velocidad de entrada de la transmisión principal en cada Mando final epicicloidal. Esto significa que tener múltiples relaciones en la transmisión de dirección da como resultado múltiples radios de giro para cada relación de transmisión principal. La complejidad adicional de los sistemas mecánicos y los controles de conducción significa que esta capacidad rara vez se implementa. [ cita necesaria ]
La dirección de triple diferencial es similar a la dirección de doble diferencial excepto que, en lugar de usar un eje transversal de dirección y un engranaje loco, 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 epicíclicos. Los frenos se utilizan, en lugar de embragues, para frenar uno u otro eje transversal de dirección. La dirección funciona de manera muy similar a la dirección diferencial con freno mencionada anteriormente, excepto que la ineficiencia resultante al aplicar los frenos de dirección solo afecta el par que se transmite a través de la entrada de la dirección. [ cita necesaria ]
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 minicargadoras y cortadoras de césped 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 las impulsa 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 al conducir cada lado a la misma velocidad. pero en direcciones opuestas. Esto también se llama giro neutral . [6] Los vehículos en los que sólo una rueda motriz de cada lado está rígidamente alineada y todas las demás pueden girar libremente, como las sillas de ruedas y los robots con ruedas, requieren la menor potencia para girar. Los vehículos con orugas largas y continuas a cada lado que deben deslizarse por el suelo para poder girar requieren más potencia.
