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Ciao a tutti ragazzi,
senza introdurre formule matematiche da cervelloni della NASA volevo raccontarvi un paio di cose (ma giusto 2) sul differenziale e le sue evoluzioni.
Partiamo dal dire a cosa serve e perché le macchine lo usano.
Quando con la nostre golfette facciamo una curva ci troviamo nella condizione, facendo riferimento al centro della curva, di far girare la ruota esterna curva più velocemente di quella interna perché la carreggiata dell'auto introduce un raggio di curvatura diverso tra le due ruote. Per mantenerle allineate la ruota esterna deve compiere più strada (raggio maggiore) di quella interna nello stesso tempo e quindi gira più veloce.
Questa premessa è fondamentale perché il compito del differenziale è consentire tra la ruota interna e quella esterna un differenza di velocità di rotazione.
A questo punto come funziona e come è fatto?
Esternamente si presenta come una scatola su cui è montato un ingranaggio esterno che riceve il moto dal cambio. In marcia normale questa scatola gira con i giri determinati dal rapporto al ponte o rapporto finale. Da questa scatola cilindrica escono i due semiassi. La magia avviene all'interno. Infatti su ogni semi-asse internamente al differenziale sono montati due ingranaggi che sono collegati da un terzo ingranaggio a 90° (planetario) folle ma fissato alla scatola del differenziale secondo questo schema.
In marcia rettilinea i due semiassi girano alla stessa velocità ed il planetario centrale è "fermo". In curva invece la ruota interna gira più lentamente di quella esterna e metterà in rotazione il planetario centrale che a sua volta trasmetterà una velocità aggiuntiva al semi-asse esterno.
Mi spiego meglio con alcuni numeri semplici:
- il differenziale gira a 100rpm in rettilineo;
- in curva il semi-asse interno gira a 95 rpm;
il semi-asse esterno girerà a 105 rpm perché sentirà i 100 rpm della scatola del differenziale e i 5 rpm più lenti del semi-asse interno cambiano di senso di rotazione e si aggiungono ai 100 già presenti sul semi-asse interno.
In realtà i planetari interni al differenziale sono 2 e non 1 solo, ma il concetto non cambia.
Tutto questo funziona quando ho una perfetta aderenza. Purtroppo il sistema va in crisi quando ho una perdita di aderenza, ossia quando una ruota sgomma.
La meccanica del differenziale è tale che in caso di una ruota interna che slitta, la differenza di velocita generata da una forza applicata maggiore di quella che la ruota è in grado di mettere a terra (normalmente è sempre la ruota interna a sgommare perché meno gravata di peso che si sposta su quella esterna per il fenomeno del rollio, di cui forse ve ne parlerò un'altra volta) richiama una maggiore forza che essendo limitata viene sottratta alla ruota esterna che invece sarebbe in grado di scaricarla a terra.
Da questo nasce l'esigenza di un sistema, prima manuale, poi meccanico ed adesso elettronico di poter rallentare la ruota in sgommata per consentire alla ruota in presa di poter scaricare a terra la cavalleria.
La prime applicazioni, per esempio in campo agricolo o fuoristrada estremo, sono state dei dispositivi a bloccaggio manuale che in qualche modo blocca il planetario centrale e rende la trasmissione sostanzialmente rigida. Logica evoluzione sono stati i differenziali autobloccanti o meglio a slittamento limitato.
In questi sistemi sono presenti dei dispositivi meccanici (massette ad espansione con molle tipo variatore di fase dei cinquantini o frizioni) che bloccano automaticamente e senza intervento dal pilota il differenziale in caso di bisogno.
I dispostivi comunemente usati sono:
- differenziali tipo TorSen (Torque Sensing)
- giunti viscosi tipo Ferguson
- differenziali a slittamento limitato
- differenziale autobloccante
A parte il differenziale auto-bloccante, i vari dispostivi sopra detti non sono veramente degli autobloccanti al 100 % ma sono dei diffrenziali che limitano meccanicamente o con frizioni il differenziale di velocità tra le ruote spostando la coppia motrice dalla ruota che slitta a quella che non slitta.
In generale tutti questi dispositivi vanno ad agire su planetario/i folli rallentandolo fino a bloccarlo.
L'unico dispositivo non meccanico utilizzato è il giunto viscoso. Si tratta sostanzialmente di una frizione multidisco con i dischi pari collegati alla parte esterna del dispositivo e quelli pari alla parte interna a contatto con un fluido magico. Questo fluido è magico perché a differenza degli altri fluidi normalmente utilizzati con la temperatura aumenta la viscosità diventando più denso. Quando intatti la ruota collegata alla parte interna slitta rispetto a quella collegata alla parte esterna la differenza di velocità si trasforma in calore che tende ad indurire il liquidi che funzionerà da freno.
Ma dove si montano?
Si montano normalmente sull'asse motore anteriore o posteriore a seconda della macchina e facilitano molto la conduzione della curva perché contrastano la perdita di trazione con il rischio di testacoda se trazione posteriore o sottosterzo eccessivo se trazione anteriore tendendo a raddrizzare la macchina.
Discorso particolare meritano le trazioni integrali permanenti. Essendo dotate di due assi motori devono poter montare un terzo differenziale centrale per ripartire la coppia tra asse anteriore e posteriore. La dinamica di comportamento è la stessa solo che qui è un asse intero a sgommare (entrambe le ruote) e non solo quella interna.
Nelle competizioni o nei fuoristrada normalmente questo differenziale è abbinato ad un sistema di bloccaggio meccanico (fuoristrada) o un dispositivo a slittamento limitato per avere sempre e comunque una buona motricità o far sgommare tutte e 4 le ruote.
Per queste applicazioni si sono utilizzati giunti viscosi montati a valle del differenziale o sistemi Torsen sull'asse centrale. Tipica applicazione sono i sistemi 4 di audi o la delta integrale che aveva il differenziale centrale autobloccante con giunto viscoso.
I sistemi detti sopra sono tutti sistemi "meccanici". Adesso anche su differenziale è entrata l'elettronica per gestire più velocemente il bloccaggio o la sostituzione di torsen o giunti con frizioni haldex gestite elettronicamente.
Applicazione molto interessante è alfa con giulia dove sull'uscita del differenziale sono installate delle frizioni a comando elettronico simili a giunti viscosi per modulare la coppia e gestire un controllo vettoriale della coppia.
senza introdurre formule matematiche da cervelloni della NASA volevo raccontarvi un paio di cose (ma giusto 2) sul differenziale e le sue evoluzioni.
Partiamo dal dire a cosa serve e perché le macchine lo usano.
Quando con la nostre golfette facciamo una curva ci troviamo nella condizione, facendo riferimento al centro della curva, di far girare la ruota esterna curva più velocemente di quella interna perché la carreggiata dell'auto introduce un raggio di curvatura diverso tra le due ruote. Per mantenerle allineate la ruota esterna deve compiere più strada (raggio maggiore) di quella interna nello stesso tempo e quindi gira più veloce.
Questa premessa è fondamentale perché il compito del differenziale è consentire tra la ruota interna e quella esterna un differenza di velocità di rotazione.
A questo punto come funziona e come è fatto?
Esternamente si presenta come una scatola su cui è montato un ingranaggio esterno che riceve il moto dal cambio. In marcia normale questa scatola gira con i giri determinati dal rapporto al ponte o rapporto finale. Da questa scatola cilindrica escono i due semiassi. La magia avviene all'interno. Infatti su ogni semi-asse internamente al differenziale sono montati due ingranaggi che sono collegati da un terzo ingranaggio a 90° (planetario) folle ma fissato alla scatola del differenziale secondo questo schema.
In marcia rettilinea i due semiassi girano alla stessa velocità ed il planetario centrale è "fermo". In curva invece la ruota interna gira più lentamente di quella esterna e metterà in rotazione il planetario centrale che a sua volta trasmetterà una velocità aggiuntiva al semi-asse esterno.
Mi spiego meglio con alcuni numeri semplici:
- il differenziale gira a 100rpm in rettilineo;
- in curva il semi-asse interno gira a 95 rpm;
il semi-asse esterno girerà a 105 rpm perché sentirà i 100 rpm della scatola del differenziale e i 5 rpm più lenti del semi-asse interno cambiano di senso di rotazione e si aggiungono ai 100 già presenti sul semi-asse interno.
In realtà i planetari interni al differenziale sono 2 e non 1 solo, ma il concetto non cambia.
Tutto questo funziona quando ho una perfetta aderenza. Purtroppo il sistema va in crisi quando ho una perdita di aderenza, ossia quando una ruota sgomma.
La meccanica del differenziale è tale che in caso di una ruota interna che slitta, la differenza di velocita generata da una forza applicata maggiore di quella che la ruota è in grado di mettere a terra (normalmente è sempre la ruota interna a sgommare perché meno gravata di peso che si sposta su quella esterna per il fenomeno del rollio, di cui forse ve ne parlerò un'altra volta) richiama una maggiore forza che essendo limitata viene sottratta alla ruota esterna che invece sarebbe in grado di scaricarla a terra.
Da questo nasce l'esigenza di un sistema, prima manuale, poi meccanico ed adesso elettronico di poter rallentare la ruota in sgommata per consentire alla ruota in presa di poter scaricare a terra la cavalleria.
La prime applicazioni, per esempio in campo agricolo o fuoristrada estremo, sono state dei dispositivi a bloccaggio manuale che in qualche modo blocca il planetario centrale e rende la trasmissione sostanzialmente rigida. Logica evoluzione sono stati i differenziali autobloccanti o meglio a slittamento limitato.
In questi sistemi sono presenti dei dispositivi meccanici (massette ad espansione con molle tipo variatore di fase dei cinquantini o frizioni) che bloccano automaticamente e senza intervento dal pilota il differenziale in caso di bisogno.
I dispostivi comunemente usati sono:
- differenziali tipo TorSen (Torque Sensing)
- giunti viscosi tipo Ferguson
- differenziali a slittamento limitato
- differenziale autobloccante
A parte il differenziale auto-bloccante, i vari dispostivi sopra detti non sono veramente degli autobloccanti al 100 % ma sono dei diffrenziali che limitano meccanicamente o con frizioni il differenziale di velocità tra le ruote spostando la coppia motrice dalla ruota che slitta a quella che non slitta.
In generale tutti questi dispositivi vanno ad agire su planetario/i folli rallentandolo fino a bloccarlo.
L'unico dispositivo non meccanico utilizzato è il giunto viscoso. Si tratta sostanzialmente di una frizione multidisco con i dischi pari collegati alla parte esterna del dispositivo e quelli pari alla parte interna a contatto con un fluido magico. Questo fluido è magico perché a differenza degli altri fluidi normalmente utilizzati con la temperatura aumenta la viscosità diventando più denso. Quando intatti la ruota collegata alla parte interna slitta rispetto a quella collegata alla parte esterna la differenza di velocità si trasforma in calore che tende ad indurire il liquidi che funzionerà da freno.
Ma dove si montano?
Si montano normalmente sull'asse motore anteriore o posteriore a seconda della macchina e facilitano molto la conduzione della curva perché contrastano la perdita di trazione con il rischio di testacoda se trazione posteriore o sottosterzo eccessivo se trazione anteriore tendendo a raddrizzare la macchina.
Discorso particolare meritano le trazioni integrali permanenti. Essendo dotate di due assi motori devono poter montare un terzo differenziale centrale per ripartire la coppia tra asse anteriore e posteriore. La dinamica di comportamento è la stessa solo che qui è un asse intero a sgommare (entrambe le ruote) e non solo quella interna.
Nelle competizioni o nei fuoristrada normalmente questo differenziale è abbinato ad un sistema di bloccaggio meccanico (fuoristrada) o un dispositivo a slittamento limitato per avere sempre e comunque una buona motricità o far sgommare tutte e 4 le ruote.
Per queste applicazioni si sono utilizzati giunti viscosi montati a valle del differenziale o sistemi Torsen sull'asse centrale. Tipica applicazione sono i sistemi 4 di audi o la delta integrale che aveva il differenziale centrale autobloccante con giunto viscoso.
I sistemi detti sopra sono tutti sistemi "meccanici". Adesso anche su differenziale è entrata l'elettronica per gestire più velocemente il bloccaggio o la sostituzione di torsen o giunti con frizioni haldex gestite elettronicamente.
Applicazione molto interessante è alfa con giulia dove sull'uscita del differenziale sono installate delle frizioni a comando elettronico simili a giunti viscosi per modulare la coppia e gestire un controllo vettoriale della coppia.
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