Diferenciales

Cómo funciona el Diferencial Cuando circulamos en línea recta, ambas ruedas de cada eje giran a la misma velocidad, pero, en las curvas, la rueda del interior recorre menos camino, con lo que si el eje fuera rígido, patinaría hacia delante.El Diferencial o "Grupo" es un ingenioso dispositivo mecánico cuyo fin es permitir el giro de las ruedas de un mismo eje a velocidades distintas.

La caja de cambios transmite la fuerza por el cardán (en negro), haciendo girar la corona (en azul oscuro) del Diferencial. La corona hace "orbitar" a los satélites (en azul claro) alrededor de los planetarios de los palieres (en rojo y verde). En amarillo, las zonas de engrane. Si ambas ruedas ofrecen la misma resistencia, los satélites no giran, sólo "orbitan", "empujando" a los planetarios al unísono. En el momento en que una de las ruedas ofrezca resistencia diferencial a la otra, los satélites girarán, distribuyendo el giro entre ambas. La base de este funcionamiento es el par de fuerzas: Cualquier objeto que gira sobre sí mismo lo hace por estar sometido a un par de fuerzas. En el Diferencial, cada rueda es movida por un par de fuerzas, de las cuales una proviene del motor y la otra, de la rueda opuesta.

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La relación de diámetros Piñón/Corona determina la relación del Diferencial, mientras que la relación Satélite/Planetario determina el Factor Diferencial.

El Diferencial distribuye el giro proporcionado por el motor a cada rueda, en función inversa de la carga que cada una presenta. El siguiente esquema es un símil electrónico de la función del Diferencial:

Cuanta más carga ofrezca (R más pequeña) cada rueda, la opuesta recibe más giro (tensión).

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Los diferentes tipos de diferenciales

Diferenciales Abiertos Los diferenciales Abiertos son los más comunes en los vehículos y son estándar en la mayoría de los 4wd. El diferencial abierto es un sistema de engranajes que mantiene la misma cantidad de presión en las caras de los engranajes que operan cada uno de los semiejes (a las ruedas). Cuando una rueda gira más rápido que la otra, como por ejemplo en un viraje, la presión en ella es mantenida (de modo que se aplica más potencia al lado que rueda más rápido). Esta es la mejor aplicación posible de potencia en superficies suaves y secas, y provee el mejor manejo. En condiciones de tracción pobre, como en la arena o el barro, es la peor posible aplicación de potencia. Cuando una de las ruedas pierde tracción, patina. Dado que la presión es la misma en cada uno de los semiejes, poco o ningún torque está disponible en el lado que no está patinando (y que puede tener tracción). Un diferencial abierto típico mantendrá las rpm promedio en cada eje constantes en relación a las rpm del cardán. Por ejemplo, cuando una rueda no está girando (0 rpm). la otra estará girando al doble de rpm a que lo haría si ambas ruedas estuvieran girando a la misma velocidad en relación al cardán. Esta conducta es debida a los "engranajes araña" (textual) y por lo tanto también estará presente en un diferencial de desplazamiento limitado que tiene el mismo tipo de engranaje. En un giro en que no hay ruedas patinando, un diferencial abierto permitirá a la rueda del exterior girar más rápido que en una línea recta y a la rueda interior hacerlo más lento.

Diferenciales Bloqueados En un diferencial bloqueado que no tiene los engranajes araña, al menos una rueda debe girar a la misma velocidad en relación al cardán, mientras que la otra rueda puede girar más rápido (pero no más lento). Lo opuesto a un diferencial abierto es el "spool" (no encontré la traducción correcta para esta palabra). El "spool" reemplaza un diferencial con, efectivamente, un eje sólido entre ambas ruedas. Entonces, la rueda izquierda y la derecha deben girar a la misma velocidad. Para doblar en una curva, una de las ruedas, o ambas, deben patinar en el suelo. Esto pone una enorme carga en los semiejes y gasta los neumáticos rápidamente si se maneja en pavimento seco. Para perder tracción, ambas ruedas deben perder tracción y patinar. Este tipo de diferencial es frecuentemente usado en vehículos para competencias off road. Ciertos compromisos entre estos dos extremos están disponibles. Estos son: Diferenciales tipo spool que pueden ser activados y desactivados manualmente, bloqueadores, diferenciales de deslizamiento limitado accionados por engranajes, y diferenciales de deslizamiento limitado accionados por embragues. Cada uno de ellos tiene ventajas y desventajas.

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De los primeros (tipo spool que pueden ser activados y desactivados manualmente) hay de dos clases. Uno es operado por presión de aire. En ellos, se instala un compresor y un solenoide es controlado por un interruptor operado por el conductor. Al presionar el interruptor se conecta la fuente de aire comprimido y empuja un pistón que mueve un anillo que bloquea el diferencial. Si se presiona el switch nuevamente, se descomprime la manguera al diferencial y un resorte devuelve el diferencial a su condición abierta. El sistema se comercializa con el nombre ARB Air Locker y está disponible para varios tipos de ejes. Su principal desventaja es la confiabilidad, y las principales causas de falla son que se pega el solenoide o se filtra la manguera de aire. Esos problemas son fácilmente reparables en el camino. A veces se reviente el sello en el compresor o del pistón dentro del diferencial. Esto no es tan fácil de reparar pero es mucho menos frecuente. A algunas personas les molesta el ruido del compresor de aire, tanto cuando está en uso como en standby. Este es el diferencial más caro de todos. Currie Enterprises está planeando un bloqueador activado eléctricamente para marzo de 1994. Estará disponible sólo para diferenciales Ford de 9". Tiene las ventajas del ARB pero no hay mangueras que filtren. Los bloqueadores son fabricados por dos compañías. Una marca es Lock-Rite o L.A. Locker. La otra es la Detroit Locker o No-Spin. Estos se usan en forma parecida, pero difieren en detalles internos y para qué ejes están disponibles. Funcionan de modo muy similar. Al manejar en una línea recta el bloqueador está normalmente bloqueado. En pavimento seco, al virar, la mayor velocidad del semi eje externo desconecta el semieje, y se aplica potencia sólo al semieje interno. Esto puede causar una menor reacción al manubrio que es notable. Adicionalmente, si se aplica suficiente potencia mientras se va en la curva, el eje se bloqueará y el vehículo puede desplazarse, patinar o enderezar su rumbo de repente. Estos diferenciales algunas veces hacen un ruido de click al virar, y a algunos les molesta. Este tipo de diferencial no es adecuado para uso en los ejes delanteros en vehículos con ejes que se desconectan adelante, que son ejes que vienen en algunos de los vehículos más nuevos. Algunos los consideran una excelente característica y para otros son indeseables y su función es permitir hacer cambios de 2wd a 4wd en movimiento. En mi Wrangles, este bloqueador separa bloqueo con este sistema. Los problemas es que el cardán será activado y que el especialmente cuando el diferencial está lado del eje en que está el diferencial.

el semieje derecho. No se usan cubos de de usar bloqueadores en este tipo de ejes lado no desconectado producirá arrastre, frío. Esto causa un tiro (¿tirón?) hacia el

Diferenciales de desplazamiento limitado (LSD) Los LSD, en sus tipos por engranajes y por embragues transfieren sólo una fracción del torque disponible al lado que no está patinando. Esto no es tan bueno como un bloqueador, pero puede ser suficiente para salir. Muchos vehículos están disponibles con LSDS como opción de fábrica. Los LSD no son adecuados para usar en ejes delanteros desconectables. El único LSD por engranajes que conozco es fabricado por Dyneer, la compañía que fabrica el Detroit Locker. Funciona haciendo que la diferencia de velocidad entre los ejes active un engranaje que reduce la libertad de movimiento de ese lado. Esto transfiere torque a la otra rueda mientras la diferencia de velocidad de giro sea suficiente para mantener activado el engranaje. Este tipo de diferencial no requiere servicio especial ni lubricantes especiales. Su principal desventaja es la debilidad mecánica. El True-Trak está disponible solamente para vehículos más livianos y es recomendado solamente para off-road liviano a mediano.

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Los LSD activados por embragues son los más comunes dispositivos para incrementar la tracción. Es el más barato pero también el menos capaz. Usa un embrague o conjunto de ellos para unir los ejes cuando la diferencia de velocidad entre ambos semiejes es suficientemente alta. El embrague no transmite todo el torque disponible cuando está nuevo y se vuelve menos efectivo cuando pasa el tiempo, eventualmente perdiendo toda su capacidad. El embrague debe ser reemplazado periódicamente. Se requiere usar lubricantes especiales para incrementar la fricción en el embrague.

En conclusión Todas estas mejoras tienen desventajas. Los más caros tienen las menos serias (excepto por el precio). Pueden ser un gran paso a partir de un diferencial abierto. Ninguno de ellos garantiza tracción siempre, ya que los cuatro neumáticos pueden patinar a la vez. Evitar que una rueda patine no sólo reduce las posibilidades de quedarse pegado e incrementa las posibilidades de subir un cerro. También reduce la posibilidad de romper equipo cuando una rueda que está en el aire, rotando, toca el suelo. Evitar patinar las ruedas también es una contribución a mantener el medio ambiente, ya que se minimiza la erosión y se levanta menos polvo.

Relaciones de corana y caster Paso = Relación de piñón y corona (partes internas de un eje de propulsión o diferencial que se encargan de trasmitir la fuerza o torque a las ruedas en conjunto con la caja de satélites y o carrier y flechas laterales) estos elementos (piñón y corona) son 2 engranes que tienen cierto numero de dientes al valor que sale de dividir el numero de dientes de la corona entre el numero de dientes del piñón se le determina paso o relación mismo este numero representa las vueltas que da el piñón para cuando la corona (o las ruedas sobre una superficie dura)completan una vuelta entera Ejemplos: Piñón de 10 dientes , corona de 41 dientes 41/10 = 4.10 piñón de 9 dientes , corona de 39 dientes 39/9 = 4.33 piñón de 9 dientes , corona de 41 dientes 41/9 = 4.55 (conocido comúnmente como 4.56)

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En los vehículos de doble tracción se deben usar relaciones iguales o muy cercanamente iguales (ojo no me refiero al numero de dientes si no la relación de dividir estos) lo máximo que se permite de diferencia entre el diferencial trasero y delantero no puede ser mayor del 1% Ejemplo : trasero 4.09 y delantero 4.10 Ya que de ser distintos ocasionaría daños en los componentes del tren motriz (barras cardanes, piñón y corona, satélites , planetarios, flechas, transfer o transmisión) Como el termino de positividad se puede referir a 2 conceptos diferentes doy una breve explicación de los dos : El uso de bloqueadores (lockers) y/o posi tracciones o dispositivos de deslizamiento controlado (trac lock , gov lock, true track, por mencionar algunos ) dichos dispositivo sirven para ganar mas tracción al repartir el torque entre ambas ruedas de un diferencial con lo cual se señala que tienes tracción positiva. O podría referirse a la positividad del caster en el diferencial delantero que es la inclinación optima en el eje que forman las rotulas y que sirve para crear el efecto de regreso de la dirección hacia el centro después de dar unas vuelta ,mismo que sirve para mantener la estabilidad de la dirección cuando el vehículo se desplaza a una velocidad de media a alta, para dicho ángulo (caster) citare un ejemplo sencillo: En una Bicicleta siempre encontraremos que la horquilla delantera monta sobre un tubo inclinado, que requiere una inclinación para mantener estabilidad en este tipo de vehículo EL CASTER SE PIERDE A MEDIDA QUE SE LEVANTA UN VEHICULO Y EL PIÑON SE TIENE QUE APUNTAR HACIA ARRIBA PARA EVITAR VIBRACIONES DEL CARDAN

lo que implica que se pierda Positividad en el caster ya que los Mangos o "C" van soldados al eje así que al rotar el diferencial se rotan los mangos o nudillos (por su nombre en Ingles Knuckles ) por lo que se dice que es necesario desmangar y volver a mangar para corregir el caster y así devolver a los grados de inclinación stock (comúnmente 6° a 7° dependiendo el vehículo ) la perdida del caster o caster cerca de 0 o negativo provoca vibraciones o zangoloteos (dead wobble) así como inestabilidad a alta velocidad y en los giros un efecto de no regreso del volante o la línea de conducción.-

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Piñón y corona Después de cambiar a una llanta de mayor tamaño, es recomendable cambiar la relación del piñón y la corona. El cambio de estas piezas compensa el peso y tamaño de la llanta manteniendo al vehículo con la misma aceleración y consumo de combustible. La relación 4.56 se recomienda para Jeep's con llantas de diámetro de 35", esto debido al peso que se agrega al vehículo, esta relación da mucho más torque al vehículo y además por si se llega a jalar algún remolque.

La relación 4.10 es recomendada para Jeep's con llantas de diámetro de 33" con 5 velocidades, y así alcanzar velocidades de 100 km/hr.

Dana 30 paso 4.10 Dana 35 paso 4.10 /4.56 Dana 44 paso 4.10

Otra cosa importante después de cambiar la relación del piñón y la corona es recalibrar el velocímetro. Para esto existen varios métodos, entre los más sencillos son: cambiar el velocímetro ó cambiar el calibrador que existe en la caja.

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Bloqueadores de diferencial: Los ejes de los vehículos llevan mecanismos diferenciales para poder compensar las diferencias de velocidad de los neumáticos al girar. Por su modo de actuar, este mecanismo envía mas fuerza al neumático que se encuentra mas libre. En caso de circular por terrenos resbaladizos, con poca adherencia o terrenos que dejen alguno de nuestros neumáticos en el aire, nos producirá una perdida casi total en la tracción del vehículo. El bloqueo de diferencial anula, a voluntad, el efecto diferencial del que hablamos; dando todo el poder a las dos ruedas por igual. En los vehículos de doble tracción, su utilización aumenta increíblemente el rendimiento y en los de tracción simple les otorga prestaciones casi de un 4x4.

El ARB Air-Locker es el único tipo de diferencial bloqueable, que permite al conductor elegir entre un diferencial abierto o uno bloqueado al 100%. Es por esta posibilidad que el ARB Air-Locker puede instalarse en ambos ejes (delantero y trasero) sin afectar la dirección de nuestro eje delantero cuando se encuentra desconectado. El ARB Air-Locker es lo último en bloqueadores de diferencial.

¿Qué es el diferencial? El diferencial es el encargado de transmitir la fuerza hacia los ejes. Adicionalmente a esto, permite que los ejes pueden girar a distinta velocidad en determinadas situaciones como por ejemplo al emprender un giro. Por su modo de actuar, este mecanismo envía la fuerza al neumático que se encuentra mas libre. En caso de circular por terrenos resbaladizos, con poca adherencia o terrenos que dejen alguno de nuestros neumáticos en el aire, nos producirá una perdida casi total de la tracción del vehículo. El bloqueador de diferencial anula, a voluntad, el efecto diferencial del que hablamos; dando todo el poder a las dos ruedas por igual. En los vehículos de doble tracción, su utilización aumenta increíblemente el rendimiento y en los de tracción simple les otorga prestaciones casi de un 4x4.

¿Qué tipos de diferenciales existen y como funcionan? Existen 4 tipos de diferenciales:

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Diferenciales Abiertos: Son los diferenciales convencionales. Están compuestos por dos planetarias y dos, tres o cuatro satélites. Estas planetarias giran a través de los satélites. Este tipo de diferencial no es adecuado para el 4x4, ya que en el caso de circular por terrenos con poca adherencia o muy trialeros, el diferencial enviara la fuerza al eje con menos o sin adherencia. Este tipo de diferencial se utiliza en vehículos de tracción simple (4x2) y en algunos 4x4 como por ejemplo Land Rover 90 y 110 (99), Pick Up Isuzu (2.8 y 3.1), etc.

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Diferenciales Autoblocantes: Este tipo de diferenciales se utiliza en los vehículos 4x4 o 4x2 modernos. Su funcionamiento se realiza mediante discos de fricción (similares a los discos de embrague). Estos discos tienen una determinada precarga en su posición estática y solo liberan al emprender un giro. Esta precarga es reducida ya que debe liberarse fácilmente en cada giro que realizamos. En caso de circular por caminos con poca adherencia o en el caso de que uno de nuestros neumáticos se encuentre en el aire, la fuerza escapara por el neumático que mas libre se encuentre perdiendo casi la totalidad de la potencia. La precarga de los diferenciales autoblocantes solo puede retener una pequeña porción de la potencia del vehículo.

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Diferenciales Autoblocantes Mecánicos: Actúan mediante un par de engranajes tipo perro. Estos engranajes se encuentran permanentemente bloqueados y solo desacoplan en maniobras de giro. Esto nos da un gran incremento del rendimiento en trayectos fuera de ruta. Se recomienda para vehículos que circulen mayor mente fuera de ruta y solo para ser aplicados en el eje trasero. En el caso de circulas por superficies duras y emprender un giro, el mismo se desacopla emitiendo un cierto ruido y en algunos casos de manera algo brusca. Las marcas mas conocidas de este tipo de bloqueos son Lock Right, Detroit Locker, etc.

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Diferenciales Bloqueables manualmente: Utilizan un diferencial abierto con un mecanismo que bloquea, a voluntad, los satélites logrando de esta forma un eje rígido (ambas ruedas giran a la misma velocidad). En la posición de desbloqueado, no incide en lo mas mínimo en el manejo en ruta, ciudad, etc. Este tipo de bloqueos de diferencial solo estaba disponible en vehículos de guerra, tractores y camiones y su costo es muy elevado.

El ARB Air-Locker posee la última tecnología en este tipo de diferenciales. Actúa mediante un compresor de aire que moviliza una pieza en el núcleo del diferencial que anula el movimiento de los satélites y planetarias, convirtiendo este eje en rígido (bloqueado al 100%). Se puede activar a cualquier velocidad y no requiere lubricantes especiales.

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¿Qué es el bloqueo central? El bloqueo central es un dispositivo que se encuentra en algunos vehículos 4x4 (Ej: Land Rover y Mitsubishi).El mismo se encuentra en la caja de transferencia y se encarga de dividir la fuerza hacia el eje delantero y trasero por igual. Este tipo de bloqueo nos será de gran ayuda mientras tengamos buena adherencia en algunos de nuestros ejes.

¿Qué es el ARB Air-Locker y como funciona? El ARB Air-Locker es un bloqueo de diferencial al 100%. Esta compuesto por un núcleo de diferencial que reemplaza al original y un compresor de aire. Al oprimir la tecla de accionamiento instalada en el tablero, se emite un estimulo eléctrico al solenoide que deja pasar el aire comprimido hasta el núcleo de diferencial. Este aire acciona un pistón anular que anula el movimiento de los satélites, hermanando ambos palieres al movimiento de la corona. De esta forma obtenemos el 100% de la potencia aplicada al suelo.

Cuando desactivamos el bloqueador el aire escapa por la válvula del solenoide y un resorte vuelve el pistón anular a su posición dejando un diferencial abierto.

Principales Ventajas del ARB Air-Locker:   

Fácil de Utilizar: Con solo oprimir un botón desde el interior de la cabina podemos bloquear o desbloquear el diferencial al 100% inclusive mientras estamos en marcha. Robustez: El núcleo del ARB Air-Locker es mas fuerte que los núcleos originales. En muchos de los casos su grado de dureza es mas del 100% superior a la de los núcleos originales. Sin desgaste: Al ser acoplado solo en los momentos de dificultad, no posee casi desgaste y no requiere ningún cuidado especial. Su desgaste es ínfimo respecto de los autoblocantes de cualquier tipo, ya que estos se encuentran en permanente fricción (actúan mediante discos de embrague) o los bloqueos mecánicos, que tienen mucha mayor fricción, desgaste y temperatura.

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¿Cómo se instala el ARB Air-Locker? Su instalación es bastante sencilla. Hay que remplazar el núcleo original por el ARB, hacer un pequeño orificio en la parte superior de la carcasa del diferencial por donde entrara el conducto del aire, instalar el compresor de aire en la cabina o en el motor (el mismo tiene dimensiones pequeñas, de 17 La x 18 Al x12 An), hacer la instalación eléctrica y ubicar la tecla de accionamiento en el tablero. Realizar el cableado de una manguera delgada de aire hasta el diferencial. Todos los materiales ya vienen provistos con el Kit. Dicho trabajo se realiza en 8 Hs por un técnico especializado en diferenciales.

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DANA 25/27 Estos Danas son idénticos en apariencia. El modelo militar 25 tiene una cubierta fundida gruesa, mientras que los 25 y 27 civiles tienen una cubierta más delgada, que acepta engranajes más grandes. Se usan en V6s.

Diferentes diferenciales

DANA 25/27

DANA 28

DANA 30

DANA 35

DANA 41

DANA 44

DANA 44-IF

DANA 60

DANA 70

FORD 7.5-INCH

FORD 8.8INCH

FORD 9-INCH

FORD 10.5INCH

AMC MODEL 20

CHRYSLER 9 1/4-INCH

GM GM GM CORPORATE CORPORATE CORPORATE 10-BOLT 7 1/2 10-BOLT 8 1/2 10-BOLT 12

GM GM CORPORATE CORPORATE 14-BOLT 10 14-BOLT 9 1/2 1/2

DANA 28 El Dana 28, de aleación (alloy), tiene DANA 30 una corona de 6 5/8" de diámetro. Venía en los Bronco II y Ranger en todas las versiones con de motor de 4era litros, El modelo 30, con excepto una corona 7 1/8", el las que venían con Dana 35. diferencial frontal estándar en algunos CJ5s entre 1972

y 1975, y de todos los CJ5s y CJ7s posteriores a 1975. Aún se usa en el diferencial frontal de los Cherokees y Comanches, y probablemente estará en el frente de los Grand Cherokee. (Medio antiguo este artículo. Mb)

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DANA 35 El Dana 35 tiene una corona de 7.56", se usa en el diferencial delantero de las Ford Ranger de 4.0 Litros, y en los Ford Explorer/Mazda Navajo. La versión 35C se usa en atrás en los Cherokees y Comanche.

DANA 41 El 41, tiene una corona similar al Dana 44, apareció en el mercado junto con los CJ-2A. Los "spiders" son los mismos del 44, pero el "carrier" y los engranajes no lo son. Casi todo el mundo lo cambia por un Dana 44.

DANA 44 Todos los fabricantes americanos han usado ejes Dana, y el 44, con su corona de 8,5", es una probable mejora en cualquier vehículo de menos de 1/2 Ton. Un Dana 44 "angosto" podría ser la gran solución para vehículos más pequeños que una C10. Venía estándar al frente de las Blazer y otras GM de 1/2 tonelada anteriores a 1976, en las Ford F150 de eje rígido y Bronco, y en los Jeep J-10/J20 y Grand Wagoneer.

DANA 44-IF La versión para "Dana 44 Twin-Traction-Beam" es similar a los otros 44s (los engranajes de anillo son idénticos), pero no hay tubos para ejes, y la cubierta es en realidad el brazo de suspensión. Viene estándar al frente de todas las Ford equipadas con TTB (¿¿Será Twin Torsion Bars, o sea Doble barra de Torsión?? Mb), excepto la F250HD, que usa Dana 50.

DANA 60 Un Dana 60 parece engañosamente similar a un Dana 44, pero el corona de 9 3/4" que viene en el 60 es un factor principal en su fuerza. Se encuentra en muchos camiones de 3/4 ton, y en el trasero de Vans.

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DANA 70 Casi idéntico en apariencia al Dana 60, el Dana 70 es estándar en las camionetas Dodge grandes y en las GM "duallies" (supongo que se refiere a las que tienen doble rueda en el eje trasero. Mb). Tiene una corona de 10.54" de diámetro, tolera mucho torque y es adecuado para motores diesel y/o neumáticos grandes.

FORD 7.5-INCH Este diferencial a veces usa una cubierta de fibra de vidrio. Se encuentra en Bronco II y Rangers con motor más chico que 4.0L. Cuando se mejora motor y/o neumáticos, usualmente se la cambia por una Ford 9inch.

FORD 8.8-INCH El 8.8-inch debutó en los Bronco and F-150 el año 1983, y ahora se lo encuentra también en las Ranger 4.0L, Explorer y Navajo. Se lo distingue fácilmente del 9-inch porque tiene una cubierta en la parte de atrás.

FORD 9-INCH El venerable Ford 9-inch es muy fuerte, y relativamente fácil de encontrar. Los modelos fabricados recientemente tienen tubos de eje más grandes y y fuertes. Venía estándar en las F150 y Broncos entre 1966 y 1988. También venía en muchos Van y en el Lincoln Versailles (muy popular para intercambio porque la versión del Lincoln viene con un freno de estacionamiento con disco).

FORD 10.25-INCH El diferencial más grande de Ford viene con ejes semi flotantes en las F250 a partir de 1983, y como full flotante en las F250HD y F350. Se usa en las mismas aplicaciones que el GM 14-bolt y el Dana 70.

GM CORPORATE 10-BOLT 7 1/2 El GM 10-bolt se llama así por el número de pernos en la cubierta. El diámetro del corona es 7 1/2". Se encuentran variaciones de este diferencial en las camionetas GM serie S, algunos Isuzu, y al frente de camionetas 4x4 serie S.

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GM CORPORATE 10-BOLT 8 1/2 Este diferencial de 10 pernos, con una corona de 8 1/2" de diámetro, reemplazó el Dana 44 que se usó en algunos GM anteriores a 1977. También se encuentra en el trasero de las camionetas de 1/2 tonelada entre 1983 y 1991 y al frente de las mismas de entre 1983 y 1987.

GM CORPORATE 12-BOLT Este diferencial, más fuerte, con una corona de 8 7/8", se encuentra en los traseros de varios GM de 1/2 y 3/4 Ton de entre 1964 y 1982.

GM CORPORATE 14-BOLT 9 1/2 El "pequeño" GM 14-bolt tiene una corona de 9 1/2". Se instaló en el trasero de las camionetas GM a partir de 1964, y en el trasero de las Suburban de 3/4 ton de entre 1984 y 1991.

GM CORPORATE 14-BOLT 10 ½ Con una corona de 10 1/2", el trasero del más grande de los de 14 pernos de GM -inch-diameter ring gear, the biggest 14bolt GM rearend se parece mucho al Dana 70, y el diámetro de la corona es sólo unas pocas centésimas de pulgada más pequeño. Este eje es comúnmente usado con motores grandes o con neumáticos extremadamente grandes. Se usó en los camiones de 3/4 ton entre 1973 y 1987. AMC MODEL 20 Se usó en los CJs de 1976 y posteriores. El AMC modelo 20 es a la vez fuerte y débil. Su corona de 8 3/4" provee fuerza, en tanto que el casquete (housing) y el sistema de retención eje-hub son débiles. Este diferencial se mejora notablemente convirtiéndolo a ejes de una pieza o full flotantes.

CHRYSLER 9 1/4-INCH Corona de 9 1/4". Chrysler los ha usado desde 1969, en sus vehículos de 1/2 and 3/4 ton.

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TOYOTA 7.8-INCH La corona es de casi 8". . Este diferencial ha sido usado en 4Runners y camionetas a partir de 1976. Los modelos turbo de 4 cilindros y los con motor V6 tienen carriers laterales más grandes y el mismo tamaño de corona adelante.

Calculo de velocidad de un vehículo Muchas veces he recibido en el taller vehículos a los cuales se les había cambiado el motor y/o el tamaño de las cubiertas, sin haber realizado un estudio previo de la performance antes y después del cambio; resultando entonces vehículos que arrancaban en 3a. (caja de 3a.) o en 4a. (caja de 4a.), es decir en directa. Obviamente que en 1a. y 2a. se habían convertido en tractores con un pique fabuloso, pero que en ruta para desarrollar una velocidad de crucero aceptable debían llevar el motor "pasado" de vueltas, con el consiguiente gasto prematuro del mismo y mayor consumo de combustible. A otros en cambio le habían cambiado la relación del diferencial por uno muy largo con lo que perdían pique pero ganaban en velocidad final; y se nos presenta el problema entonces que al querer pasar un vehículo que marcha casi a nuestra misma velocidad de crucero, debemos forzar nuestro motor un poco mas, y a veces ese "poco mas" no se puede lograr, porque viajando detrás de un camión (en la succión del mismo) es una cosa, pero cuando nuestro vehículo se enfrenta a la resistencia del aire quizás no tenga el torque suficiente a ese No. de revoluciones para lograr la fuerza que venza esa resistencia; entonces otra vez a ponerse detrás del camión y a esperar que el mismo reduzca la velocidad.

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Este problema que se presenta porque el vehículo esta "mal relacionado" (léase relación del diferencial) se nota también en circunstancias de viaje libre en una ruta y cuando se quiere pasar de 2a. a 3a. (caja de 3a.) o de 3a. a 4a. (caja de 4a.); encontrándonos que en vez de poder seguir acelerando el motor "se muere" y debemos bajar un cambio, caso este que se magnifica con un poco de viento frontal. A esta altura del desarrollo del tema vemos que en cualquier vehículo están íntimamente ligados: a) la relación del diferencial; b) el diámetro (altura) de las cubiertas y c) las prestaciones del motor (potencia - r.p.m. - par torsor). Para un jeep tipo IKA y con un motor que erogue aproximadamente 120/140 HP a 4000/45000 rpm y 25/35 Kgms. a 2200/2500 rpm es aceptable lograr una velocidad en directa de entre 35 a 40 Kms./h cada 1000 r.p.m. del motor; y para un motor que nos de 70/90 HP a 4000/4500 rpm y 15/25 Kgms a 2200/2500 rpm es aceptable una velocidad en direacta de entre 30 y 35 Kms/h cada 1000 rpm; esta forma permite luego calcular la velocidad que se logra a cualquier No. de revoluciones del motor aplicando el factor correspondiente. Los valores citados son fruto de experiencia personal y logicamente pueden ser adaptados a las necesidades de cada jeep en particular.

Veamos las fórmulas de cálculo: (1) V1000 Dc . P / C

=

3,768 Re . P / C

(3) V1000 = 3,768 Re / Rt Dc / Rt

(5) Fc

(7) T

Fc = N / 1000

Vs =

Vx / Rs

(2)

V1000 = 1,884

(4)

V1000 = 1,884

(6)

(8)

Vx

Vc

= V1000 .

= 3600 . D /

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Donde: V1000

=

velocidad en directa a 1000 rpm

Vx

=

velocidad en directa a x No. de rpm

Vs

=

velocidad en sobremarcha

Vc

=

velocidad cronometrada

Re

=

Radio estático en cm.

Dc

=

Diámetro de la cubierta en cm.

Rt

=

relación del diferencial

P

=

No. De dientes del piñon del diferencial

C

=

No. de dientes de la corona del diferencial

Fc

=

factor de correcciòn de revoluciones

N

=

regimen de rpm de funcionamiento del motor

Rs

=

relaciòn de sobremarcha

D

=

distancia recorida en kilometros

T

=

tiempo cronometrado en segundos

Las formulas 1 y 2 permiten hacer el calculo de la velocidad a 1000 rpm en directa conociendo los Nos. de dientes del piñón y de la corona del diferencial; y las formulas 3 y 4 hacer lo mismo conociendo la relación del mismo. Debido al aplastamiento de la cubierta contra el piso es preferible utilizar las formulas 1 y 3 en las que se considera el radio efectivo (Re), el cual se mide desde el piso hasta el centro de la rueda estando esta inflada a la presión de trabajo; esto es para cuando se tiene un vehículo armado, pero si se quiere hacer una evaluación para una cubierta a instalar se usan las formulas 2 y 4 que tienen en cuanta el diámetro de la cubierta. Si bien es cierto que a altas velocidades, y sobre todo para cubiertas grandes que aumentan de diámetro debido a la fuerza centrifuga, se considera bastante aproximado uso de las formulas mencionadas. Se puede calcular la velocidad de un vehículo armado que tenga tacómetro tomando la lectura de este y utilizando las formulas 1 ò 3 y 6 y 7, con la consiguiente aproximación debido al error propio del tacómetro. La única manera de saber la verdadera velocidad del vehículo es cronometrar el recorrido sobre una trayectoria perfectamente amojonada en la que se pueda mantener la velocidad constante; cuanto más largo el trayecto mejor para disminuir el error de amojonamiento en un tramo muy corto, y peor porque se hace más difícil mantener la velocidad constante durante tramos largos; para esto se utiliza la formula 8.

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EJEMPLOS DE CALCULO: Evaluación para una cubierta a comprar de 80 cms. de diámetro y una relación de diferencial de 4,1 : 1 (41 dientes de corona y 10 de piñón). Ya que no conocemos el radio efectivo de giro (Re) porque se trata de una cubierta que no esa instalada, pero si conocemos su diámetro exterior debemos usar las formulas 2 o 4. (2) V1000 = 1,884 . 80 . 10 /41 = 36,76 kms/ hora (4) V1000 = 1.884 .80 / 4,1

=

36,76 kms/ hora

Esta velocidad es para 1000 revoluciones del motor y en directa (3ª en caja de 3ª y 4ª en caja de 4ª); para una velocidad de crucero a un régimen de 3600 rpm calculamos el factor de corrección de revoluciones con la formula 5:

Fc =

3600 / 1000 =

3,6

Entonces la velocidad a 3600 revoluciones y en directa según utilizando la formula 6 será:

Vx = 36,76 . 3,6 =

132,33 Kms/ hora

Calculo similar haríamos para un vehículo en funcionamiento al que se le pudiera medir el radio efectivo (Re) utilizando las formulas 3 y 4. Todos los cálculos antes mencionados fueron teniendo en cuenta que el vehículo viaja en directa, para los casos de sobremarcha (4ª sobreamarcha o sobremarcha WARN), debemos aplicar la corrección correspondiente con la formula 7; para un factor de sobremarcha de 0,9 tenemos:

Vs = 132,33 / 0,9 =

147 Kms/ hora

Las ruedas y las relaciones de caja Este artículo tiene como intención hablar sobre un tipo de especificación que viene siempre en el manual de nuestro auto y que, quizás, no se le dé la importancia o aplicación que tiene. Me estoy refiriendo a la información sobre las distintas relaciones existentes entre los engranajes de la caja de velocidades, caja de transferencia y diferencial. A la vez, cómo utilizar esta información para poder

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estimar la velocidad del auto con la información que nos muestra el cuenta-vueltas del tablero, es decir, relacionar la velocidad con el Nº de vueltas del motor. Esto último es de mucha importancia cuando nos apartamos del rodado original con el que viene equipado y calculado el auto. Para empezar, recordaremos algunas relaciones básicas que necesitamos para poder seguir adelante. Perímetro de una circunferencia: Una rueda puede aproximarse a una circunferencia perfecta, de la cual podemos encontrar su perímetro, es decir, la medida del contorno externo para conocer así qué distancia recorrerá con cada giro completo.El perímetro de una circunferencia se encuentra del siguiente modo: 

P=pxd

La letra "d" indica el diámetro de la circunferencia, es decir, la mayor medida entre dos puntos cualesquiera de su contorno. La letra griega p (pi) es la cantidad de veces que el diámetro entra en el perímetro y es aproximadamente igual a 3,1416. Esto significa que el perímetro es unas tres veces el diámetro.Esto nos permite ya saber qué distancia recorre una rueda de auto con cada vuelta. Por ejemplo, si tenemos una cubierta (inflada) cuyo diámetro es de unos 70 cm, que es una medida habitual en una camioneta, recorrerá con cada giro: La fórmula nos dice: 

P=pxd

reemplazando tenemos: P = 3,1416 x 70 cm = 220 cm es decir, unos dos metros con 20 centímetros por cada giro.

Especificaciones del manual: Todos los manuales traen como parte de sus especificaciones las relaciones que hay entre las distintas velocidades en la caja de cambios, la caja de transferencia y los diferenciales. Estas relaciones, que se expresan como un número, dos puntos y el número 1, nos informan acerca de cuantas vueltas gira un engranaje por cada giro de su compañero. Por ejemplo si tenemos la siguiente relación: 

 

3,51: 1 significa que por cada giro de uno el otro dará unas tres vueltas y media. La forma de aplicar estos números en a un cálculo es dividiendo el segundo por el primero, es decir: 3,21:1 se utiliza en los cálculos como 1/3,51 = 0.285. A esto se le llama "multiplicación" de una relación de caja, que en inglés se especifica como "Gear ratio" (relación de engranajes).

A continuación muestro la parte del manual que indica estas relaciones en un SsangYong Korando Family: TRANSMISSION

Gear ratio

1st

4.122:1

20

2nd

2.794:1

3rd

1.504:1

4th

1.000:1

5th

0.855:1

Reverse

3.720:1

TRANSFER CASE

Gear ratio

Low (baja) High (alta)

1.870:1 1.000:1

AXLE

Final reduction

Relación en los diferenciales

4.550:1

En el caso de la primera velocidad, por ejemplo, el motor da 4,122 vueltas por cada vuelta del cardan a la salida de la caja. También podemos ver que en cuarta velocidad la relación es uno a uno, es decir, el Nº de vueltas del motor coincide con el del cardan. Por esto se dice que la cuarta es directa. A la vez, vemos como cambia la relación en la caja de transferencia cuando marchamos en baja y en alta. La relación en baja es 1.870:1, lo que significa que por casi dos vueltas en su entrada solo gira una en su salida. En alta, como es de suponer, la relación es 1:1. Las revoluciones del motor: El cuentavueltas de un auto indica el Nº de vueltas del motor en RPM, es decir, revoluciones o vueltas por minuto. Con el propósito de vincular este dato luego con la velocidad en kilómetros por hora, necesitamos expresarlo en "vueltas por hora" o RPH. Como cada hora tiene 60 minutos, solo hay que multiplicar la indicación del cuentavueltas por 60. Entonces tenemos: 

RPH = RPM x 60

Estamos ya en condiciones de poder calcular la velocidad del auto en función de las RPM del motor, que es lo que nos habíamos propuesto en un principio. Para esto y por comodidad, vamos a definir las variables que intervienen en el cálculo con un nombre identificatorio. Esto nos permite expresar la fórmula final de manera que podamos aplicarla a cualquier vehículo.

Definimos entonces:      

P : perímetro de la rueda. RPH : revoluciones por hora. Mv : Relación de caja (relación de la velocidad que se está usando) Mt : Relación en la caja de transferencia (si estamos en alta o en baja) Md : Relación en el diferencial. K = 1/1000 = 0,001 Este índice lo usaremos para adaptar las unidades a Km/h ya que el perímetro lo hemos expresado en metros y no en kilómetros.

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Con estas variables definidas podemos expresar la velocidad con la siguiente fórmula: V = P x RPH x Mv x Md x Mt x K

Veamos un ejemplo: Para el mismo Korando Family, con un rodado 215/75/R15 cuyo diámetro es de unos 0,67 mts. (67 cm), en 5ta velocidad alta y al máximo de vueltas 4.300 RPM tenemos:     

P = 3,1416 x 0,67 = 2,105 mts. RPH = RPM x 60 = 4.300 x 60 = 258.000 rph (revoluciones por hora) Mv = 1/0,855 = 1,1695 Mt = 1/1 = 1 Md = 1/4,55 = 0,2198



K = 1/1000 = 0,001

Reemplazando cada valor en la fórmula: V = 2,105 x 258.000 x 1,1695 x 1 x 0,2198 x 0,001 = 139,6 Km/h Esta es por lo tanto la velocidad máxima que puede alcanzar esta camioneta con el rodado original. Si estuviera en baja la velocidad máxima hubiera sido casi la mitad, exactamente 76,65 Km/h. Esto surge de reemplazar la variable Mt por el valor 1/1,870 que figura en el manual.

Cómo afecta a la velocidad máxima el cambio de rodado?: Algo muy frecuente entre los propietarios de 4x4 es el hecho de colocar cubiertas más grandes que la original para la cual fue calculado el auto. Esto, a parte de otros trastornos en rodamientos y sistemas de frenos, trae aparejado un cambio en el rendimiento. Un rodado mayor recorre más distancia porque su diámetro es también mayor, lo que se traduce en un aumento de la velocidad respecto a la indicación del velocímetro. El velocímetro mide la cantidad de vueltas que da el cardan, las cuales dependen de las revoluciones del motor y de las relaciones en juego, pero no del rodado colocado. Se calcula de forma tal que con el rodado original indique la velocidad con una ecuación parecida a la ya vista por nosotros. Es decir que si he aumentado el rodado respecto al original y leo 120 Km/H en el velocímetro, la velocidad real va a ser mayor en forma proporcional al aumento del rodado. Por supuesto que nada es gratis, este aumento de la velocidad máxima es a costa de una disminución en la capacidad de trepada, esto es, una disminución de la fuerza efectiva que puede realizar el motor. Para poder estimar cómo afecta el cambio de rodado a la velocidad hacemos la siguiente relación:

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Si V1 es la velocidad con el rodado cuyo diámetro es d1 y V2 es la velocidad para el rodado de diámetro d2, podemos escribir lo siguiente:  

V1 = K x RPM x d1 (Esto expresa que la velocidad es proporcional al rodado y a las RPM) V2 = K x RPM x d2

En estas ecuaciones: 

V1 es la velocidad indicada por el velocímetro.

 

d1 es el rodado original de fábrica. K es solo una constante de proporcionalidad arbitraria que no debe confundirse con la anterior. Su valor no nos interesa porque luego va a desaparecer al dividir.

Si dividimos miembro a miembro las dos ecuaciones planteadas obtenemos la siguiente relación, a partir de la cual deducimos la fórmula final: V1/V2 = d1/d2 tanto K como RPM desaparecen al hacer la división. De aquí, con un simple pasaje de términos obtenemos: V2 = V1 x d2/d1 Ejemplo: a la misma Korando Family, que viene con rodado original de 0,67 mts. de alto le cambio las cubiertas por unas cuyo diámetro es de 0,71 mts. (71 cm) Tengo entonces: V2 = 139 Km/H x 0,71/0,67 = 147 Km/H. Esta es teóricamente la velocidad real que desarrollará el auto para el máximo de vueltas del motor y no los 139 que marca. Por supuesto, llegar a esta velocidad en una Korando Family no es nada fácil !

DESMULTIPLICACIONES En algunas categorías esta permitido variar la relación de transmisión. En función de la elección, el comportamiento y la velocidad del coche se adecuarán en mayor o menor medida a las características del circuito. Esta comprobado que solo la experiencia en competición nos puede ayudar a determinar con la mayor aproximación posible la elección correcta. Sin embargo teniendo presente un par de principios podemos tener mas claro que relación es la mas adecuada. Supongamos que la potencia, el diámetro de las ruedas y el nº de revoluciones del motor son constantes, entonces tenemos que: a mayor nº de vueltas de las ruedas menor potencia y mayor velocidad, y a la inversa, a menor nº de vueltas de las ruedas mayor potencia y menor velocidad punta. Desglosándolo en los dos elementos que intervienen directamente en la desmultiplicación tenemos dos posibilidades, variar el tamaño del piñón o variar el tamaño de la corona

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1º Pongámonos en el caso de que la corona no varia y que lo que se modifica es el piñón. Cuanto mayor sea el nº de dientes del piñón (y por tanto su diámetro) menor será la potencia transmitida y mayor la velocidad (el nº de vueltas) que desarrolla. Por el contrario si reducimos el nº de dientes del piñón o diámetro (aumentamos la desmultiplicación) mayor será la potencia transmitida y menor la velocidad desarrollada (el nº de vueltas), es decir, el motor desarrollará menor potencia y mayor velocidad cuanto mas alejado (mayor diámetro = mayor nº de dientes) este el punto de contacto entre el piñón y la corona del centro del eje del motor. 2º Ahora consideremos el caso contrario, es decir que el nº de dientes de el piñón permanece constante y que es la corona la que varia. Dado que la corona es el elemento sobre el que se aplica la fuerza y ya que estamos tratando de un sistema en equilibrio, la fuerza resultante será igual pero de sentido contrario, por tanto las leyes a aplicar se invierten con lo cual tenemos que si aumentamos el nº de dientes de la corona (su diámetro) obtendremos como resultado una mayor potencia y una menor velocidad que si hacemos a la inversa. Si disminuimos el nº de dientes de la corona (y por tanto su diámetro) obtendremos mayor velocidad pero menor potencia. Esto viene determinado por la aplicación de dos formulas sencillas: Para la velocidad aplicaremos la siguiente formula: D * V = D' * V' Donde tenemos que: D = diámetro del piñón V = Velocidad de giro del piñón D' = diámetro de la corona y V' = velocidad de giro de la corona. Despejando cualquiera de las variables y conociendo las otras tres sabremos el efecto de variar el diámetro (nº de dientes) de cualquiera de los dos elementos: Si sabemos que el piñón tiene un diámetro de 5 mm y que gira a 1000 R.P.M y sabemos que la corona tiene 10 mm de diámetro podremos conocer la velocidad de giro de la corona: 5mm * 1000 = 10mm * V' que es la variable que nos interesa. Tendremos por tanto que V' (velocidad de giro de la corona) = (5mm*1000 R.P.M.)/10. Por lo tanto el resultado será V' = 500 R.P.M. Si variamos el diámetro (el nº de dientes) del piñón y lo aumentamos hasta 7 mm tendremos que: 7mm * 1000 =10 mm (diámetro o dientes de la corona que permanece constante) * V' que es la variable que nos interesa.

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El resultado será V' = (7*1000)/10 = 700 R.P.M por tanto mayor velocidad. Sin embargo hay otra variable que influye en el comportamiento del coche que es la potencia que no es otra cosa que la fuerza que ejercen las ruedas para producir movimiento. Para conocer los efectos de variar el nº de dientes en el piñón o la corona tendremos otra formula: D/F =D'/F' Donde tenemos que D es el diámetro del piñón F es la fuerza que ejerce D' es el diámetro de la corona y F' la fuerza resultante sobre esta. En este caso en vez de multiplicar los valores los dividimos por que la fuerza es inversamente proporcional a la longitud del cuerpo sobre el que se produce (ley de la palanca). Al revés que la velocidad que es directamente proporcional a la distancia desde el punto que origina el movimiento. Por tanto, si conocemos que el piñón tiene un diámetro de 5 mm y que ejerce una fuerza de 2 Nw y conocemos el diámetro de la corona que es de 10 mm tendremos que 5/2=10/F' donde tendremos que F' (la fuerza resultante sobre la corona) = (2*10)/ 5 = 4 Nw. Si aumentamos el diámetro (nº de dientes de la corona) hasta 12 mm tendremos que F' = (2*12)/5 = 4.8 Nw, con lo cual al aumentar el tamaño de la corona aumentamos la fuerza resultante y por lo tanto la potencia y lógicamente la aceleración que es al fin y al cabo lo que interesa.

Ejemplos prácticos: Tomemos como constantes las R.P.M. del motor y la potencia de este. R.P.M.=1000 F = P = 2 Nw Relación piñón/corona

Velocidad Potencia resultante resultante (R.P.M.) Nw

8/24

333.3

6.0

9/24

375.0

5.3

10/24

416.7

4.8

8/27

296.3

6.8

9/27

333.3

6.0

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10/27

370.4

5.4

8/30

266.7

7.5

9/30

300.0

6.7

10/30

333.3

6.0

En teoría esto es así pero todos sabemos que en la práctica existen diferencias entre las relaciones que en la tabla ofrecen el mismo resultado (marcadas en azul). Esto es debido, principalmente a la mayor superficie de contacto entre los elementos de la transmisión en aquellas combinaciones con mayor diámetro, lo que origina una mayor y mejor tracción mecánica y por lo tanto una mejor potencia resultante efectiva. También a otros factores que aquí no se han considerado como el rozamiento o la resistencia que ofrecen las ruedas al movimiento sobre la transmisión y que seguirá el mismo principio por el que nos hemos regido para determinar la potencia ejercida por el piñón sobre la corona. Otros factores a considerar son el peso y las características del coche y del circuito, pero como ya dije al principio esto solo sirve como orientación y será nuestra experiencia en carrera la que nos ayude a elegir la relación de transmisión mas adecuada. En resumen, si queremos aceleración lo mejor será utilizar un piñón pequeño y una corona grande (8/30), si lo que buscamos es velocidad punta utilizaremos un piñón grande y una corona pequeña (10/24). Si queremos frenada pondremos una corona grande y un piñón pequeño.

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