POLITECNICO DI MILANO
Laboratorio Progettuale di Disegno Assistito da Calcolatore
Che cos'è il differenziale
Il differenziale è un organo meccanico che distribuisce equamente la coppia tra le ruote motrici anche se queste ruotano a differente velocità. Inventato da un ingegnere scozzese più di un secolo e mezzo fa, è tutt' oggi un elemento chiave della trasmissione di ogni veicolo con più di due ruote.
Quando un macchina entra in curva necessariamente le ruote interne devono compiere meno strada di quelle esterne; se questo non è un problema per le ruote non motrici, lo è invece per le ruote che devono scaricare sulla strada la coppia del motore. Qui entra il gioco il differenziale, che permette alla due ruote motrici di girare a velocità diverse quando viene loro richiesto.
Il differenziale è costituito da tre componenti fondamentali:
Il pignone porta il movimento dell’ albero motore alla corona, che è solidale con la scatola del differenziale e il perno dei satelliti ( i quali sono liberi di ruotare attorno al loro asse); i planetari sono invece collegati ai due semiassi, che trasmettono il moto alle ruote.
Quindi, se la macchina è in rettilineo e le ruote girano alla stessa velocità (Figura 1), gli ingranaggi satelliti non ruotano attorno al loro asse; se invece una ruota incontra resistenza o comunque ruota più lentamente, per esempio in curva (Figura 2), i satelliti entrano in rotazione in modo che maggiore velocità angolare venga trasmessa al planetario opposto.
Ballabio Fabio Belgeri Alessandro Bonfanti Matteo
Figura 2
Figura 1
I diversi tipi di differenziale
Il differenziale “open”
Il differenziale sopra descritto rientra nella categoria dei differenziali “open”; questo tipo di differenziale è il più tradizionale, ma non rappresenta certo la soluzione di tutti i problemi.
Come già detto in precedenza, con un differenziale “open” la coppia disponibile agli alberi condotti è sempre la stessa e questa non è una buona cosa in tutte le situazioni. Per esempio, in condizioni di scarsa aderenza su una ruota, possiamo applicare ad essa solo una minima coppia se non vogliamo che la sua velocità di rotazione raggiunga valori tali da creare danni meccanici alla trasmissione, e l’ effetto del differenziale “open” sarà allora quello di trasferire lo stesso minimo valore di coppia alla ruota in condizioni di buona trazione: risultato, la coppia totale applicata non sarà sufficiente a far avanzare il veicolo.
Il differenziale “locked”
Per ovviare a questo inconveniente (di non poco conto per trattori o veicoli fuoristrada) sono stati realizzati differenziali bloccabili (“locked”) nei quali, tramite un comando meccanico (elettrico o pneumatico) viene azionato all’ interno del differenziale un meccanismo che rende solidale la rotazione dei due assi condotti. Quello che succede è che, in caso di perdita di aderenza di una delle due ruote, il differenziale bloccato la obbliga comunque a ruotare alla stessa velocità della ruota che ha ancora aderenza, e la coppia motrice viene applicata alle due ruote e scaricata a terra dalla ruota con più aderenza.
Il differenziale “locked” non è l’ unica via per risolvere il problema: l’ avvento generalizzato dell’ elettronica in campo automobilistico e la diffusione dei sistemi ABS ha permesso l’ introduzione di un altro metodo per ovviare al poco controllo sulla distribuzione della coppia motrice agli assi condotti. Il controllo elettronico della trazione, utilizzando i sensori ABS, applica il freno alla ruota che sta slittando: in questo modo si può dare gas senza problemi e il differenziale “open” manderà una buona quantità di copia motrice alla ruota che slitta (dove però è assorbita dal freno) e alla ruota con trazione, che provvederà a far muovere il veicolo
Il differenziale TorSen
Il differenziale TorSen ha al suo interno una configurazione di ingranaggi più complessa di quella di un differenziale “open”, aventi lo scopo di distribuire la coppia motrice applicata in modo ineguale agli assi condotti nel caso in cui la velocità di rotazione degli assi condotti sia diversa.
In condizioni di scarsa aderenza un TorSen ha un comportamento compreso tra il differenziale “open” e il differenziale “locked” (quest’ ultimo ha ovviamente un coefficiente di bloccaggio del 100%, mentre un “open” ha un coefficiente dello 0%): si può dire dunque che un TorSen è una sorta di compromesso che cerca di mantenere il meglio del differenziale “open”, permettendo agli assi condotti di ruotare a velocità diverse, e un po’ del buono di un differenziale “locked”, trasmettendo più coppia motrice alla ruota con maggiore aderenza, cosa utile nei terreni molto scivolosi.
Il differenziale LSD
La quarta famiglia di differenziali sono gli LSD (Limited Slip Differential, o Differenziali a Slittamento Limitato); questi utilizzano sensori per rilevare una differenza di rotazione tra gli assi. Si tratta di sistemi relativamente semplici ed economici, il cui difetto sta nella continua manutenzione per garantirne il corretto funzionamento.