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CochesRC – Coches radiocontrol

Los secretos de los diferenciales rc

Os presentamos una reedición de uno de los artículos que mas éxito han tenido en CochesRc: Todo sobre los diferenciales v1.1. En este caso lo actualizamos a la versión 2.0. Se trata del articulo sobre funcionamientotiposcaracterísticas de los diferenciales, Tratando de explicar en primer lugar cómo funcionan, cual es su objetivo, y que problemas acarrea su uso en algunas circunstancias y las formas de solucionarlo.

Los diferenciales son una parte muy importante de la transmisión de la potencia que genera el motor, hasta llegar al suelo a través de las ruedas. A lo largo de este artículo me voy a referir a los diferenciales en general (es decir no sólo de coches de radiocontrol, sino también el de los coches de calle, de carreras,…).

¿Qué es un diferencial de un coche rc?

Partimos de la base de que tenemos ya hechas las reducciones (con cambio de marchas, marcha única, …), es decir tenemos la potencia a transmitir a las ruedas una vez ha pasado por la caja de cambios, … y tenemos que llevar el par que obtenemos en el eje hasta las ruedas.

Como veremos, también en este paso se va a producir otra reducción de revoluciones, en función del numero de dientes del piñón de la transmisión y de la corona de la caja del diferencial (o de los carretes en el caso de transmisión por correas).

Como vamos a ver a continuación hay muchas y muy diferentes soluciones para realizar esta labor. En función del uso que se vaya a dar al vehículo, tendremos que optar por una u otra solución, aunque muchas veces no está muy claro cual escoger porque varias son válidas cada una con sus pros y sus contras. Por tanto el tema que vamos a tratar es como hacer llegar esa potencia al suelo a través de las ruedas. De ahí la importancia de los diferenciales, ya que por mucha fuerza que nos dé el motor, si no somos capaces de llevarla a las ruedas de forma controlada, no valdrá de nada.

La necesidad del uso de los diferenciales surge del planteamiento del problema que ocurre cuando un coche toma una curva. En el momento que está dando la curva cada rueda del coche gira a una velocidad diferente ya que recorre una distancia diferente en el mismo tiempo. En el eje o los ejes que no tienen tracción esto no tiene importancia ya que las ruedas giran locas (libres), y por tanto tienen movimientos totalmente independientes. Pero en el eje o ejes que tienen tracción es donde se plantea un problema.

La tracción tiene que llegar a las dos ruedas, con lo que podríamos pensar que con un eje que una las dos ruedas y dar el par a ese eje ya valdría pues mandaría el movimiento a las dos ruedas. Esta solución conocida como eje rígido esta muy bien en recta, pero cuando llega una curva y las ruedas recorren diferentes distancias este eje no lo permite, por lo que una de las dos ruedas agarra (la exterior) mientras que la otra desliza (debería girar menos que la exterior porque recorre menos distancia, pero al estar unidas por el eje rígido giran lo mismo y por lo tanto va derrapando sobre el terreno), con lo que esto supone de cara al desgaste de las ruedas y a la perdida de agarre. Para solucionar este problema surgen los diferenciales.

En primer lugar voy a explicar como funcionan los diferenciales de planetarios y satélites, que son los más comunes, y nos servirán para ver la forma de permitir diferentes movimientos en las ruedas del tren motriz.

Diferencial libre de satélite y planetarios

Consta de una caja que gira. A esa caja llega el movimiento del árbol del motor, a través de un engranaje (en los coches 1/1 como se ve en las imágenes siguientes, o a través de una correa o palieres (últimamente están saliendo modelos con este tipo de transmisión) en los coches de radiocontrol. En primer lugar vamos a explicar las partes de las que consta este tipo de diferencial:

– Árbol motor o eje de transmisión: eje que trae la potencia del motor (habiendo pasado por reducciones, caja de cambio, embrague,…). En la figura es el eje superior.

– Caja del diferencial: En los 1/1 es como en la imagen una rueda dentada que engrana con el árbol motor. En los coches de r/c con palieres es de la misma manera y en los de correas es una caja que en su exterior está dentada y una correa dentada es la que trae el movimiento del motor.

 Planetarios: Son los dos piñones solidarios con los ejes que van a las ruedas.

– Satélites: Pueden ser dos o cuatro en general. Con cuatro se consigue mejor reparto de fuerzas, más estabilidad. Pueden girar locos sobre sus ejes. Dichos ejes a su vez van unidos a la caja exterior. En el dibujo hay dos, en el caso de haber cuatro irían colocados a 90º, es decir formando una cruz (el funcionamiento sería totalmente análogo). si el coche va recto, no giran sobre si mismos, sino únicamente con la caja del diferencial, y cuando hay diferencia de giro entre los ejes de las ruedas, entonces además del movimiento de la caja, absorben esa diferencia de giro de los planetarios girando sobre su propio eje. Creo que con esto ha quedado más o menos claro cómo funciona el diferencial, y cuál es su función. Siempre van en los ejes motrices (delantero si es tracción delantera, trasero si es tracción trasera, o en los dos si es 4×4, y en este ultimo caso puede haber un tercer diferencial central para compensar el diferente giro de los ejes delantero y trasero.

Ahora toca ver los problemas que presentan este tipo de diferenciales:

El par aplicado a cada rueda siempre es el mismo. Esto es un problema por lo siguiente. En el caso de mismo agarre de las dos ruedas no hay problema, mismo par, mismo agarre, todo perfecto.

Pero ahora vamos a imaginar que ponemos una rueda sobre hielo y la otra en asfalto. Al dar el mismo par a las dos ruedas la que está sobre hielo enseguida empieza a deslizar sobre el hielo con muy poco par (mientras que la otra no se mueve). Por lo tanto toda la fuerza del motor se está escapando por esa rueda.

Para entender esto mejor vamos a ver ahora el diferencial como un sistema con tres grados de libertad. Estos tres grados de libertad serán el giro de cada rueda y el giro del árbol motor. Bien, para un sistema con tres grados de libertad habrá que definir dos para que el tercero quede fijado. Para el caso que estamos viendo ahora, estamos metiendo fuerza por el árbol motor, y una de las ruedas tiene mucho rozamiento en comparación con la otra, por lo que lógicamente la fuerza se va por donde menos resistencia encuentra, es decir por la rueda que está sobre el hielo. Conclusión: en esta situación un coche se quedaría tirado sin poder andar, ya que al acelerar, la rueda sobre el hielo giraría y la otra no se movería.
Lo mismo que este caso sucede en los vehículos todo terreno, cuando por la forma del terreno una de las ruedas se queda en el aire, pues toda la fuerza se iría por ella si llevase un diferencial convencional como los que hemos visto, y el todo terreno no se podría mover del sitio. Por supuesto, algo había que inventar para solucionar este problema, que si bien en un coche de calle no es del todo critico, en un todo terreno no se puede admitir esta situación.

Ahora, una vez vistos los inconvenientes del diferencial convencional, vamos a estudiar algunas de las soluciones a estos problemas. En primer lugar vamos a ver las evoluciones del sistema de satélites y planetarios, y posteriormente veremos otros sistemas diferentes que tratan de solucionar también estos problemas.

Diferencial de deslizamiento limitado

Es decir, como lo que hemos visto, pero con un margen de diferencia de giro entre los planetarios. Tienen un muelle que trabaja en función de la diferencia de giro de los planetarios. Cuanto mayor es la diferencia de giro de los planetarios entre si, mas carga tiene el muelle y por lo tanto más fuerza manda a la rueda que mayor agarre tiene. Este sistema no acaba de poner en contacto los dos planetarios al 100% (como unión rígido), pero permite salir de situaciones como la de antes del hielo. Por el efecto conseguido se asemeja a los diferenciales de los coches de r/c cuando metemos silicona de alta viscosidad (50000 por ejemplo). Luego explicaremos que ocurre en este caso al hablar de diferenciales de acoplamiento viscoso, aunque la de los coches r/c está a medias entre las dos (coge los satélites y planetarios de una y el fluido viscoso de la otra).

Diferencial autoblocante

En este caso si que se va a hacer que los dos planetarios giren exactamente a las mismas revoluciones. Normalmente se suelen emplear sistemas hidráulicos para conseguir esto. Al igual que antes cuando se detecta una excesiva diferencia de giro entre los planetarios, lo que se hace es a través de un embrague (como en la figura, aunque existen otros sistemas) se pone en contacto la caja con uno de los planetarios, con lo que se consigue que los dos planetarios giren solidariamente. Pensad un poco en ello y veréis cómo con fijar uno de los dos planetarios con la caja es suficiente para que no giren los satélites y por lo tanto para que el otro planetario gire solidario como en el caso de ir en una recta que vimos en la pagina anterior. A continuación podéis ver las fotos de un diferencial de un BMW M3, donde se aprecia un disco de embrague que va activado hidráulicamente (un sistema electrónico detecta a que velocidad gira cada rueda) para poner en contacto uno de los planetarios con la caja del diferencial. Además se puede ver cómo lleva cuatro satélites, pues van a 90º.

En la foto de la derecha en los agujeros que se ven es donde iría atornillada la corona que engrana con el árbol motor. Ahora toca una curiosidad: ¿Cómo saber si mi coche tiene diferencial común o es autoblocante?

Pues bien, es tan fácil como levantar del suelo el eje en el que queremos ver que tipo de diferencial tiene. Giramos una de las ruedas y vemos hacia donde gira la otra. Si gira en sentido contrario el diferencial es común, y si gira en el mismo sentido es diferencial autoblocante.

Para que se entienda por que sucede esto volvemos al caso en que considerábamos tres grados de libertad. Bien las dos ruedas en el aire (sin rozamiento, luego dos grados de libertad libres), el árbol motor parado, hace mas resistencia que las ruedas en el aire (da igual si hay una marcha hará todavía mas fuerza y si está en punto muerto sigue haciendo mas resistencia que una rueda en el aire), luego al mover una rueda la fuerza se irá por la otra y por el mecanismo de satélites, como la suma de la mitad de las velocidades angulares de los dos semiejes ha de ser igual a la de la caja del diferencial, pues al girar una hacia un lado a una velocidad, la otra gira a la misma velocidad con signo negativo (para que la suma sea cero), lo que quiere decir en sentido contrario. Pero si el diferencial es autoblocante las dos ruedas giraran en el mismo sentido a la misma velocidad, y por lo tanto moverán la caja del diferencial, por lo que tenemos que dejar en punto muerto el coche para poder moverlo, ya que si está en 1ª nos resultará bastante difícil porque deberíamos arrastrar todo el motor, engranajes de la caja de cambio,…

Ahora vamos a ver otras soluciones diferentes de diferenciales para conseguir efectos similares a los que ya hemos visto:

Diferencial de acoplamiento viscoso

Este diferencial está formado por unos discos paralelos entre si unidos a un semieje, y la caja del diferencial en este caso es el otro semieje. Mirad la foto para ver mas o menos como va:

La cavidad va llena de un fluido viscoso, que es el encargado de arrastrar por rozamiento el semieje que gira mas despacio cuando el otro empieza a girar muy rápido (porque está deslizando).

Como dijimos antes al ver el de deslizamiento limitado este caso tiene un efecto similar al de los coches de r/c con silicona de alta viscosidad. Por el mismo efecto de rozamiento (entendido como oposición al movimiento), nosotros con la viscosidad de la silicona que echamos a los diferenciales jugamos con el deslizamiento que permitimos a una rueda antes de que pase fuerza a la otra. Es decir, si echamos silicona muy viscosa, las dos ruedas irán bastante solidarias en el giro (estará bastante duro al girar una la otra girará pero al tacto estará duro), y si una rueda desliza llegará fuerza a la que no desliza por el rozamiento de la silicona que hemos comentado, mientras que si solo engrasamos el diferencial, estará muy «suelto», es decir si una rueda desliza casi no llegará nada de fuerza a la otra, con lo que se pierde capacidad de tracción.

Diferencial Torsen

Este es uno de los diferenciales más efectivos, sobre todo para ser utilizado como diferencial central. Consta de unos piñones con dientes helicoidales, y compensa de una forma puramente mecánica (sin embragues, ni fluidos viscosos) el diferente giro de los semiejes. En función del ángulo de la hélice de los dientes se puede hacer que un eje de hasta n veces más par que el otro. Es decir relación 4:1, uno de los ejes (el de mayor adherencia) puede dar hasta 4 veces más de par que el otro. En los coches escala 1:1, Audi es la marca que más utiliza este tipo de diferenciales. En las categorías de rc se utiliza principalmente en escala 1/5 en competición.

Diferencial rc bloqueable

Este diferencial es propio de los todo terreno, y mediante un sistema (puede ser de diferentes tipos) lo que hace es anular el efecto diferencial, y es como si tuviese eje rígido. Esto es muy ventajoso cuando se anda en todo terreno, ya que muchas veces una rueda está en el aire, o una metida en un charco que no tiene nada de adherencia, etc, y si tenemos bloqueados los diferenciales, lo que logramos es que siempre estén traccionando las ruedas de apoyo perfectamente. Es importante por ejemplo en los crawlers de r/c, de hecho casi todos los punteros tienen la opción de bloqueo de diferenciales.

Top Diferenciales coches radiocontrol

Ahora vamos a hablar de los diferenciales propios del r/c aparte de los que ya hemos visto:

Diferencial ajustable

Se trata de un diferencial que tiene dos piezas (o cuatro) uniendo los planetarios (que ya no son con engranajes), sino con la parte interior plana en contacto con las piezas centrales, y el efecto diferencial se produce por rozamiento entre planetarios y las piezas centrales, que se pueden apretar o aflojar con un tornillo, y con ello se consigue más o menos presión sobre los planetarios regulando de esta manera el deslizamiento relativo entre los semiejes.

Diferencial rc autoblocante trasero kawahara

Se trata de un diferencial de satélites y planetarios común, al que en uno de los semiejes se le ha acoplado un embrague centrífugo, con el fin de provocar el efecto autoblocante. Si bien como dijimos, con bloquear uno de los semiejes con la caja (es la función que realiza este embrague centrifugo al coger vueltas) se conseguía el efecto autoblocante pues los satélites no podían girar, esto es perfecto en un sistema como el del BMW M3 que vimos antes, porque es una centralita la que se encarga de detectar el deslizamiento de una de las ruedas y por un sistema hidráulico bloquea a través de un disco de embrague un semieje con la caja del diferencial con lo que este queda bloqueado.

Y a altas vueltas en recta por ejemplo, se comporta como un eje rígido pues el diferencial va bloqueado, lo cual combinado con one-way delantero puede hacer un coche muy efectivo sobre todo en circuitos rápidos. A continuación podéis ver los componentes del diferencial, así como su plano de montaje y el detalle del embrague.

Diferencial rc de bolas

Consiste en unas bolas que giran con la caja del diferencial y a los lados dos pistas en contacto con ellas, y una solidaria a cada semieje. Pues bien en función de la presión a que se sometan las bolas, será mayor o menor el efecto diferencial. De los diferenciales a bolas la mejor evolución es el FPS. Lo utiliza serpent como diferencial trasero, y permite regular el efecto de diferencial, así como el deslizamiento de la corona (o caja del diferencial donde llega la fuerza a través de la correa) respecto a lo que van a girar las ruedas. El clásico diferencial de bolas tenia el problema de que ambos efectos iban mezclados en una única regulación.

Eje rígido

Se trata sin más de unir en el mismo eje las dos ruedas motrices, por lo que siempre girarán solidarias. Tiene la ventaja de que en pérdidas de tracción de una rueda, la que apoya siempre recibe todo el par del motor, mientras que la desventaja es el mayor desgaste de las ruedas pues en las curvas desliza la interior (porque recorre menos distancia que la exterior pero gira las mismas vueltas). En circuitos de curvas lentas (cerradas) esta mas penalizado, por la mayor diferencia de giro de las ruedas.

One-way

Es un elemento que tiene un papel protagonista en la categoría 1/8 pista gas 4×4 montándolo en el tren delantero (si bien en 1/10 touring también se ha usado). Al acelerar se comporta como un eje rígido, mientras que cuando no está tirando del coche su comportamiento es el de diferencial muy suelto (ruedas desacopladas completamente o independientes). Tiene la ventaja de permitir acelerar antes en curvas, mientras que la desventaja es que se pierde el freno en el tren delantero, es decir solo tendremos freno en las ruedas posteriores, por lo que este sistema es indicado para circuitos en los que no haya que abusar de freno con bruscas frenadas,… Consiste en una pieza metálica normalmente que lleva la corona en el exterior (donde engrana la correa que trae la fuerza a transmitir), y en su interior lleva dos rodamientos one-way (uno para cada semieje), que son unos rodamientos que hacen que en un sentido el eje gira libre, y en el otro sentido se pone solidario el eje con el rodamiento y giran a la vez la parte interior del rodamiento (eje) y la parte exterior (corona). Estos rodamientos no son como los normales de bolas, sino que constan en su interior de un montón de rodillos pequeñitos que son los que están en contacto con cada semieje y en un sentido se bloquean en su giro y por tanto bloquean el movimiento semieje-rodamiento, y en el otro sentido los rodillitos giran sobre su propio eje, dejando libres eje y rodamiento. En la siguiente imagen podéis observar los rodillitos,…

Consejos ajuste diferenciales Rc para empezar

Y finalmente vamos a ver cómo ajustar los diferenciales en un coche de r/c para una persona que empieza en el hobby. Es decir, que sea facil de conducir. Mi recomendación es que pongáis la siguiente configuración para asfalto:

Eje delantero: diferencial bastante duro. Esto es, con grasa de 50000 en el caso de que tenga dos satélites (thunder tiger,…), o 30000 en el caso de que tenga cuatro satélites (mugen, serpent, xray,… ). Con esto tenéis un poco menos de entrada en curva, pero os facilita acelerar mucho antes a la salida de las curvas. La pérdida de entrada se contrarresta tocando un poco la amortiguación delantera o bien con ruedas un poco mas blandas.

Eje trasero: Diferencial bastante suelto. Bien con simple grasa de litio que hace la función de engrasar nada mas, o bien con silicona de muy baja viscosidad (1000 por ej) que hará un poco de efecto de diferencial de deslizamiento limitado, pero siempre bastante inferior al delantero, que va «mas durito».

Una vez que vayáis haciendo manos y seáis capaces de ir rápido por el sitio, podéis ir poniendo silicona mas viscosa detrás (10000 por ejemplo) para ganar en eficacia.

Las siliconas para diferenciales de coches rc

A continuación os explicamos como se denominan y diferencian las siliconas utilizadas en el radiocontrol. Principalmente son utilizadas en los amortiguadores y en los diferenciales. Despues de leer este apartado resolverás todas tus dudas de las siliconas y aceites de rc.

Las unidades de medida de las siliconas, más comúnmente empleadas son los WT (ó «W»), los CST y los CPS.

¿Qué significan estos nombres en las siliconas y aceites de rc?

WT = weight
CST = centistoke
CPS = centipoise

Como vemos, CST significa centistoke (o lo que es lo mismo 0,01 stokes) y CPS significa centipoise (0,01 poises). Como norma, el prefijo “centi” quiere decir que dividimos entre 100 la unidad principal de medida; igual que para pasar de metros a centímetros (1 centímetro = 0,01 metros).

¿Qué miden estas unidades de las siliconas de radiocontrol?

Estas unidades se utilizan para medir valores pequeños de la viscosidad de un fluido. La viscosidad es una característica del fluido, que refleja la resistencia interna que ofrecen las moléculas que componen ese fluido al movimiento (la resistencia a moverse o deslizarse unas sobre otras cuando sobre ellas actúan fuerzas). Existen dos tipos de medida para la viscosidad: la viscosidad dinámica y la viscosidad cinemática. La viscosidad dinámica por definición, es el tiempo que tarda un fluido en recorrer un tubo capilar a una determinada temperatura, y se mide en Poises (gr/cm*seg). Este parámetro depende de cada líquido en particular, ya que depende de su masa (densidad).

La viscosidad cinemática también viene a representar la oposición al movimiento que presenta un fluido, pero sin tener en cuenta las fuerzas que están originando este movimiento. Este parámetro se calcula dividiendo la viscosidad dinámica por la densidad del fluido; por lo tanto, ya no depende del fluido en particular, en este parámetro no importan las características propias del fluido, o su densidad. Se expresa en cm2/seg o Stokes. De todo lo anterior se desprende, que dos fluidos pueden presentar el mismo valor de viscosidad cinemática siendo diferente su viscosidad dinámica (dependerá del valor de sus densidades); y también podemos ver que sólo en el caso de que el fluido tenga densidad igual a 1, el valor de la viscosidad dinámica y la cinemática serán iguales para este fluido.

En el caso de las siliconas que se utilizan habitualmente en el hobby, el valor de la densidad suele rondar alrededor de 0.9875, valor que es prácticamente 1.0, y por lo tanto, se toma como valor de densidad la unidad y ambos valores de viscosidades se presuponen iguales. Este es el motivo por el que solemos decir que las unidades CST y CPS son equivalentes, es decir, 1CST = 1CPS; aunque como estamos viendo, físicamente representan conceptos diferentes, y sólo los consideramos iguales porque estamos suponiendo una densidad de valor 1 para el fluido.

¿Qué equivalencia hay entre estas unidades de siliconas rc?

La unidad de medida internacional más aceptada es generalmente la CST; aunque también estamos acostumbrados a ver como unidades las WT. Ya hemos comentado, que suponemos las CST equivalentes a las CPS, por lo tanto, aquí vamos a ver la equivalencia entre estas y la WT. Gracias a un post anterior de nuestro amigo Viper 4×4, podemos partir de una fórmula matemática que nos ayudará a calcular la WT partiendo de la CPS como dato, para obtener su equivalencia. Es la siguiente:

WT = 0.2156*CPS^0.8436

Por otra parte, aquí os mostramos una tabla ilustrativa con algunas equivalencias como ejemplo:

CPSCSTWT
10010010
15015015
20020020
27527525
35035030
40040033,75
42542535
45045036,25
50050040
55055043,75
60060046,25
65065050
70070053,75
75075056,25
80080060
85085063,75
90090066,25
95095070
1000100073,75