Organi di trasmissione: il differenziale

Ben ritrovati a tutti!

Oggi concludiamo la sezione relativa agli organi di trasmissione con l’ultimo ed importante componente, ovvero il differenziale.

Trattasi di un dispositivo meccanico che riceve il moto da un albero, quello in uscita dal cambio, e lo ripartisce su altri due. Il differenziale classico in particolare tramite i semiassi trasmette il moto alle ruote. Prima di procedere occorre spendere due parole sui semiassi o semialberi per poter comprendere bene le funzioni del differenziale. L’asse fa riferimento alla trazione che come sappiamo in un’ automobile può essere anteriore, posteriore o integrale. Considerata un’auto a trazione anteriore, l’asse diventa appunto quello anteriore ed il semiasse la parte di esso che porta dal differenziale stesso alle ruote motrici. Di conseguenza un’auto a trazione anteriore ha due semiassi, quella integrale ne ha quattro.

Sebbene esistano diverse tipologie di differenziali, noi ci limiteremo ad analizzarne solo due categorie: il differenziale open e quello locked (autobloccanti), con particolare riferimento alla variante TorSen.

Cominciando con quello open, esso è meccanicamente e concettualmente semplice  non che il più diffuso sulle auto non a trazione integrale. Esso è costituito da un albero di entrata (conduttore) e da uno di uscita (condotto) collegati tra di loro da un complesso di ingranaggi tale da distribuire la coppia generata dal motore in modo equo ai due alberi condotti indipendente dalla velocità di rotazione di questi ultimi.

Il suo utilizzo è fondamentale per permettere alle ruote motrici di non slittare percorrendo una curva per esempio; durante una traiettoria curvilinea, infatti, le ruote percorrono traiettorie diverse: quella interna compie un tragitto minore di quella esterna. Vi è, di conseguenza, una ruota che necessita di velocità maggiore rispetto all’altra e viceversa; senza il differenziale le ruote riceverebbero dalla trasmissione la stessa coppia ed avrebbero la stessa velocità con grave danno per durata degli pneumatici e per la tenuta di strada.

Per come è stato concepito, il differenziale open ha il grande pregio appena descritto, ma ha anche un grande difetto che chiunque di noi abbia guidato una macchina a trazione anteriore sulla neve ha potuto notare: quando una ruota finita in una cunetta su strada innevata ha meno trazione dell’altra, inizia a slittare. Tutto ciò dovuto proprio al fatto che il differenziale distribuisce sempre la stessa quantità di coppia ad entrambe le ruote. Entrambe dunque ricevono la stessa coppia, ma in questo caso a farla da padrona è l’aderenza che nel caso di ruota nella cunetta è minore e non permette all’automobile di ripartire. Da non trascurare sono anche i danni che le componenti meccaniche possono subire quando la ruota che gira velocemente riacquista all’improvviso molta trazione con conseguente brusca riduzione di velocità.

In figura è possibile vedere uno schema di un differenziale open:

Differenziale Open

Per superare queste difficoltà, sono stati creati i differenziali locked o autobloccanti. In caso di perdita di aderenza di una delle due ruote, il differenziale bloccato la obbliga a ruotare alla stessa velocità della ruota che ha aderenza e la coppia motrice applicata alla due ruote viene scaricata a terra dalla ruota che ha maggiore aderenza. Si evince facilmente i differenziali autobloccanti trovano maggiore applicazione nei veicoli a trazione integrale che per loro natura hanno maggiore facilità a percorrere fondi nevosi o in genere con poca aderenza.

Nella immagine sottostante compare un differenziale locked:

Differenziale locked

Un differenziale che merita attenzione è il TorSen, acronimo di Torque Sensing , diciamo sensibile alla coppia.

La configurazione di ingranaggi è più complessa di quella dei differenziali open e prevedeva nella sua prima configurazione risalente a circa venti anni fa due o tre coppie di ingranaggi trasversali rispetto agli assi condotti presenti nella scatola dal differenziale. Questa soluzione, però di difficile e costosa realizzazione, è spesso sostituita da configurazioni più semplici con numero di ingranaggi orientati come gli assi condotti.

Il TorSen permette alle ruote di un medesimo asse di variare la loro velocità relativa a patto che una aumenti nella stessa misura in cui l’altra diminuisce (come quando si percorre una curva con un auto dotato di differenziale open).

Se, invece, una delle due ruote tende ad accelerare come quando sta per pattinare e l’altra non riduce la propria velocità il sistema risulta bloccato e di conseguenza la coppia si si indirizza verso la ruota che fa presa.

In condizione di scarsa aderenza un TorSen ha un comportamento compreso tra il differenziale open e il locked, comportamento valutabile attraverso un rapporto di bloccaggio; nella condizione di minimo bloccaggio il rapporto di bloccaggio è dello 0%, mentre nella condizione di massimo bloccaggio in ogni caso questo rapporto non raggiunge mai il 100%.

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 pò del buono di un differenziale locked, trasmettendo più coppia motrice alla ruota con maggiore trazione, cosa utile sui terreni con poca aderenza.

L’altra faccia della medaglia del TorSen è rappresentata da due limiti, il primo dei quali è una distribuzione non uniforme della coppia tra i due assi nelle curve, poiché nelle curve una ruota gira più velocemente dell’altra; l’effetto è che il guidatore percepisce una sensazione di auto-raddrizzamento delle ruote, modesta ma avvertibile.

L’altro difetto è che il TorSen non è completamente bloccante, e quindi quando per esempio una ruota è completamente sollevata risulta, a differenza di un locked, inefficace.

Nelle auto a trazione integrale si è soliti avere un differenziale centrale tra i due assi di trazione e possiamo trovare il TorSen impiegato in questo senso sulle automobili Audi nelle versioni Quattro e sulle Alfa Romeo nelle versioni Q4. Di recente la casa del biscione  ha utilizzato un TorSen sulle vetture a trazione anteriore denominate Q2 con un miglioramento delle prestazioni delle vetture in curva ed in condizione di precaria aderenza.

Di seguito compare un'immagine di un differenziale TorSen:

Differenziale TorSen