LIMITED SLIP DIFFERENTIAL O DIFERENCIAL AUTOBLOCANTE
Diferencias entre diferencial abierto y autoblocado. Buscamos un diferencial que no exhiba el subviraje que es una de las características de un diferencial soldado. El diferencial abierto resuelve ésta característica, pero tiene desventajas: el problema de la diferencia de tracción acentuada en las curbas. Existe otra opción entre un diferencial bloqueado y un diferencial abierto: el diferencial de deslizamiento limitado (LSD)
El LSD fue diseñado para abordar el problema de la diferencia de tracción al girar, al limitar la diferencia de velocidad de una rueda respecto a la otra, o enviando par de tracción a la rueda que pierde tracción: la interior en los giros.
Placa de embrague (Salisbury) Diferencial de deslizamiento limitado
El Drexler LSD que utilizamos es un diferencial de tipo discos de embrague. En su núcleo, adapta el mecanismo diferencial abierto con la adición de ángulos de rampa y discos de embrague.
Vista despiezada de Drexler 2010 FSAE LSD (Imagen cortesía de Drexler)
Tras la aceleración, el eje de la araña se encaja en las rampas de los anillos de presión, con un componente de la fuerza resultante que los empuja hacia afuera y comprime las placas del embrague. La presión creciente y, por lo tanto, la mayor fricción en las placas del embrague se unen cada vez más a las ruedas motrices a medida que se aplica más aceleración, lo que hace que sea cada vez más difícil girar a diferentes velocidades. Por lo tanto, cuanto menor sea el ángulo de la rampa, más agresivo será el factor de bloqueo.
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Los ángulos de rampa determinan cuánta presión se aplica a la placa del embrague para unir cada vez más las ruedas. El par se transfiere desde la corona a la carcasa del diferencial. A medida que la carcasa se acelera en relación con el eje de la araña, el eje de la araña se encaja entre las rampas de los anillos de presión; obligándolos a salir.
Opciones de ángulo de rampa incorporado de Drexler (Imagen cortesía de Drexler)
Los ángulos de la rampa dictan la división del par entre las ruedas traseras. Por ejemplo, un ángulo de rampa de 30 grados bloqueará más de un ángulo de rampa de 45 grados, mientras que un ángulo de rampa de 90 grados no comprimirá las placas del embrague en absoluto. Se pueden seleccionar varias combinaciones en el Drexler colocando los ejes de araña con el conjunto correspondiente de ángulos de rampa.
Nota: El bloqueo en el diferencial de la placa del embrague es progresivo en el sentido de que la fricción de las placas del embrague aumenta de manera tal que se hace cada vez más difícil que las ruedas giren independientemente a medida que aumenta la aceleración, no necesariamente que sea completamente en forma de carrete.
El diferencial Drexler FSAE es un diferencial de 1.5 vías. Para un diferencial de 1.5 vías, el ángulo de la rampa en el lado de aceleración es diferente al del frenado (o lado de la costa); a diferencia de un diferencial de 1 vía que solo bloquea la aceleración, o una de 2 vías que se bloquea igualmente bajo aceleración o frenado.
Diferencial de 1.5 vías: a medida que el diferencial se acelera en la dirección de conducción, el eje de la araña se ve forzado a los ángulos de la rampa de aceleración (40 °). Al frenar se fuerza en el lado opuesto de la costa (50 °). (Imagen cortesía de Drexler)
Es deseable tener un ángulo de rampa más bajo (ángulo más pequeño, más parecido a un carrete) en el lado de aceleración para vehículos de mayor potencia, limitando el deslizamiento en mayor grado y enviando potencia a la rueda con mayor tracción. Sin embargo, el automóvil experimenta más subviraje. Los automóviles de baja potencia pueden salirse con una configuración de ángulo de rampa más pronunciada (ángulo más grande, más abierto) ya que el par producido no es suficiente para superar el límite de tracción de los neumáticos.
En el lado de la costa, un mayor bloqueo induce una mejor estabilidad de frenado, pero nuevamente tiene el costo de subviraje durante el frenado.
Con ángulos de rampa más bajos, también debemos tener cuidado con el sobreviraje rápido. El sobreviraje rápido ocurre cuando el automóvil está en las curvas y la aplicación repentina de la mariposa acelera el diferencial hacia arriba. Este aumento repentino de torque a la rueda interior mientras el automóvil está girando puede empujar la cola del automóvil hacia afuera, potencialmente girando el automóvil.
Sobreviraje: la parte trasera empuja
Es clave encontrar el punto óptimo para la aceleración y los ángulos de rampa. Es una combinación compleja de una gran variedad de factores, pero en última instancia, el conductor debe sentirse cómodo al predecir el comportamiento del automóvil. De esa manera, se pueden lograr tiempos de vuelta generales consistentes y, por lo tanto, más rápidos.
MUR 2015 y 2016 corrieron con ángulos de rampa de 30/45, pero no han experimentado mucho con las otras combinaciones. Este año, esperamos comparar la configuración 30/45 y la configuración 40/50 y cuantificar si una configuración más "abierta" aumentará la capacidad de conducción hasta el punto en que pueda mejorar los tiempos de vuelta.
Nuestros conductores este año tendrán menos experiencia en la conducción de automóviles FSAE que en años anteriores, por lo que la teoría es que hacer que el diferencial sea más "abierto" ayudará a la maniobrabilidad a la velocidad y, por lo tanto, será más fácil de conducir. Un diferencial más "abierto" también tiene como objetivo contrarrestar los efectos negativos sobre la maniobrabilidad debido a un aumento de 20 mm en el ancho de la pista este año y el aumento de 30 mm en la distancia entre ejes en comparación con los autos de 2015 y 2016.
Uno de los atractivos que ofrece el diferencial de la placa del embrague es que las características de bloqueo se pueden ajustar de muchas maneras diferentes, ya sea variando el número de placas de embrague activas, la precarga proporcionada por el resorte del disco o los ángulos de la rampa como se discutió. Cualquier combinación de las variables puede hacer que el diferencial se comporte como un carrete en un extremo, a un diferencial abierto en el otro extremo, a cualquier cosa intermedia. Esta es una característica muy útil para un diferencial utilizado en aplicaciones de carreras. Especialmente uno que necesita trabajar en diferentes configuraciones a medida que se transmite de año en año.
Precarga
La precarga es otro parámetro que se puede ajustar. Puede considerarse como un grado basal de bloqueo. Se logra mediante el uso de un resorte de disco para aplicar una presión mínima a las placas de embrague, por lo que las ruedas siempre se acoplan por fricción hasta cierto punto.
La diferencia de par en las ruedas debe superar esta resistencia de referencia antes de poder girar a diferentes velocidades. Esto se denomina par de arranque y se cuantifica midiendo el par requerido para girar una rueda mientras la otra se mantiene estacionaria. Dinámicamente, el ajuste para la precarga ideal ayuda a mantener la estabilidad del automóvil durante la transición entre el acelerador y el frenado.
Con el tiempo, esta precarga disminuirá a medida que las placas del embrague se desgasten y se vuelvan más delgadas, por lo que si se desean características consistentes del diferencial de la placa del embrague, debe mantenerse regularmente agregando cuñas (espaciadores) para mantener el espacio, cambiar la rigidez del resorte o renovando las placas de embrague desgastadas.
Placas de embrague
Los discos de fricción están ranurados a los engranajes cónicos laterales, mientras que las placas de embrague están ranuradas a la carcasa del diferencial. Cuando se aplica presión al paquete de embrague, la fricción "une" cada vez más los ejes y la carcasa para que giren como uno solo.
El orden entre la placa del embrague y los discos de fricción se puede variar para alterar el número de interfaces de embrague activas. Cuantas más interfaces, más fricción se proporciona para acoplar las ruedas. Por lo general, las placas de embrague y los discos de fricción se alternan: 0101, pero también es posible 0011, lo que reduce las placas de embrague activas y, por lo tanto, disminuye la resistencia, haciéndolo aún más "abierto". Dado nuestro apretado cronograma este año, es poco probable que probemos este parámetro de manera controlada, pero la esperanza es que esto pueda ser una tarea para MUR 2018.
Configuración de la suspensión
El ajuste diferencial seleccionado influirá mucho en nuestra configuración de suspensión. A diferencia de la configuración de suspensión más rígida para un carrete que alienta a la rueda interior a levantarse del suelo durante las curvas para reducir el subviraje, es más beneficioso que un diferencial abierto o LSD sea más suave en el rollo. (Roll es la tendencia de un automóvil a inclinarse hacia afuera durante una curva). Nuestro diseño de suspensión 2017 nos permite ajustar la activación a través de velocidades de resorte, amortiguadores, configuraciones de barra antivuelco y una gran cantidad de magia de suspensión. Se pretende que una configuración de barra estabilizadora menos agresiva en las ruedas traseras en relación con la delantera garantice que los neumáticos traseros sigan de cerca los contornos de la carretera manteniendo la tracción, dándonos la mejor oportunidad de empujar el automóvil lo más fuerte y rápido posible .
Entonces, ¿valió la pena la transición a un Drexler? ¡Eso creemos!
El Drexler LSD nos brinda amplias capacidades de ajuste para adaptarnos a nuestras plataformas de diseño en evolución y necesidades dinámicas. Es confiable y seguramente estará con nosotros por más años.
Esperemos que este blog le haya dado una pequeña idea de nuestra configuración para el diferencial Drexler y un poco de información sobre por qué estamos usando un LSD.
Brendan Giang
Lead Brakes & Drivetrain Engineer, 2017
Junior Brakes & Drivetrain Engineer, 2016
Junior Brakes & Drivetrain Engineer, 2015
Artículo obtenido en: https://murmotorsports.eng.unimelb.edu. ... e-part-two
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