Il Differenziale Autobloccante, Un po di informazioni....

Piccola guida che avevo trovato su un altro forum!!

Introduzione

Il differenziale e’ uno strumento meccanico il cui scopo e’ di permettere la rotazione a velocità diverse delle ruote ad esso connesse e allo stesso tempo distribuire ad esse il momento torcente (coppia) creato dal motore.
Durante le curve le ruote esterne girano piu' velocemente di quelle interne in quanto percorrono un tragitto piu lungo di quelle interne, se il differenziale non fosse interposto tra l’albero di trasmissione e i semiassi (come succede nei gokart), entrambe le ruote tenderebbero a girare alla stessa velocita’.
Cio' causa o il pattinamneto della ruota interna, o il trascinamneto della ruota esterna mentre il veicolo tenderà a mantenere il moto rettilineo.
Entrambe queste situazioni provacano uno stress della trasmissione, delle gomme e della superfice stradale.
Per ovviare a queste condizioni sull’ asse di trazione viene installato il differenziale.

Il primo differenzile moderno fu inventato nel 1827 dall’orologiaio francese Onésiphore Pecqueur (1792-1852) per essere utilizzato su una macchina a vapore.
Con il passare degli anni il sistema si evolve tecnologicamente sino ad arrivare ai differenzili a controllo elettronico impiegati ai giorni d’oggi sulle Foruma 1 e la Ferrari 430.


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Il Funzionamento

Esistono molti tipi di differenziali che si distinguono per il modo in cui ripartiscono la coppia motrice alle ruote, ma lo scopo rimane lo stesso, permettere alle ruote ad esso connesse di girare a diverse velocità durante le curve.

La coppia viene trasmessa al differenziale attraverso un albero di trasmissione collegato al cambio, un pignone alla fine dell’albero e’ connesso alla corona del differenzile tramite ingranaggi a denti diagonali. Il rapporto tra i denti delle corona e quelli del pignone determinano il cosi detto “rapporto al ponte”, cioe’ il rapporto tra i giri dell' albero di
trasmissione e quelli delle ruote.
La corona stessa e’ solidale al corpo del differenzile, detto gabbia, che contiene 1 o 2 ingranaggi detti satelliti, altri 2 ingranaggi detti planetari sono connessi ai semiassi e ricevono la coppia dai satelliti. Questa disposizione degli ingranaggi fa si che i planetari connessi ai semiassi possano girare a velocita diverse ed i satelliti in direzzione opposta tra di loro.

Ad esempio, assumiamo che un veicolo stia percorrendo una curva a destra, la corona del differenziale ruota X volte durante la percorrenza della curva, allo stesso tempo il rapporto tra le velocità della ruote interna e quella esterna cambia (sul dritto I=E, in curva I<e), quindi i planetari corripondenti ai semiassi gireranno a velocita diverse, mentre i satelliti connessi al corpo del differenziale gireranno in direzione opposta.

In rettilineo ,assumendo che entrambe le ruote abbiano la stessa trazione, non c’e’ movimento nei satelliti,
essi si limitano a trasmettere la coppia del motore ad entrambe le ruote in maniera eguale. Esaminiamo adesso il caso in cui le due ruote abbiano diversa trazione sul fondo stradale, ad esempio se una ruota si trova sul ghiaccio ed un altra sull’asfalto.
Quando applichiamo coppia alle ruote quella sul ghiaccio iniziera’ a slittare mentre quella sull’asfalto rimarra’ ferma.
In questo caso il differenziale sta’ trasmettendo alla ruota sull’asfalto la stessa coppia che trasmette a quella sul ghiaccio (ovvero l’ammontare di coppia necessaria per far pattinare la ruota sul ghiaccio), e quindi la macchina non si muove. Se proviamo a dare più potenza tutto ciò che si ottiene e’ un aumento della velocità della ruota che sta slittando. Questa e’ la limitazione principale dei cosi detti differenziali “aperti”, cioe’ l’impossibilità di controllare il rapporto tra la velocita’ di rotazione delle due ruote.



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Slittamento Limitato (L.S.D)

Per ovviare al problema che abbiamo appena esposto sono stati inventati una serie di differenziali a slittamanto limitato. Lo scopo del differenziale a slittamento limitato o LSD dall’acronimo inglese di Limited Slip Differential, e’ quello di gestire la differenza di momento angolare (coppia e velocità) tra le due ruote ad esso connesse.



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I differenziali a slittamento limitato si divisoni in due categorie principali:

1)Sensibili alla Coppia
2)Sensibili alla Velocita'

Differenziali Autobloccanti Sensibili alla Coppia

I differenziali autobloccanti sensibili alla coppia basano il loro funzionamaneto su un meccanismo capace di autoregolarsi in base alla quantita’ si coppia ad esso trasmessa.
Esistono due tipi di differenziali autoblocanti sensibili alla coppia, quelli a frizione e quelli a ingranaggi.

I differenziali autobloccanti sensibili alla coppia che usano un sistema a frizione sono i piu’ diffusi nelle auto da competizione. Essi sono costosi, rumorosi e richiedono frequente manutenzione, per questo il loro uso e' limitato. Il loro funzionamento e’ basato su una serie di piattelli in contatto tra di loro e interposti tra i semiassi. Questo sistema reagisce alla differenza di coppia che si crea tra i semiassi durante una curva. Maggiore e' la differenza di coppia, maggiore e' la pressione esercitata sui dischi della frizione e quindi maggiore e' la forza che che blocca i due semiassi.

Anche senza una differenza di coppia (come in rettilineo) le ruote sono bloccate dal contatto tra i piattelli della frizione, la forza con cui esse sono bloccate dipende da come sono regolati i piattelli e dalla loro usura.
Esistono 3 tipologie di differenziali a slittamento limitato a frizione detti:
1 Way
1.5 Ways
2 Ways

Il cosidetto "1 Way" si comporta da autobloccante solamente in accelerazione, mentre in decelerazione si comporta da differenziale aperto. Questo tipo di LSD e' utilizzato spesso sulle trazioni anteriori perchè al contrario degli altri due non comporta un aumento del sottosterzo.

Il differenziale a 2 vie (2 Ways) invece si comporta da autobloccante sia in accelerazione sia in decelerazione, ovvero sia quando si usa la coppia del motore per accelerare , sia quando si usa il motore come freno.
Molti drifters preferiscono questo tipo di differenziale perche' permette di dare e togliere gas durante una curva e allo stesso tempo mantenere il drift.

L'autobloccante 1.5 Ways e' una via di mezzo, esso blocca con tutta la sua forza in accelerazione ma con forza minore in decelerazione. Questo lo rende piu' facilmete contollabile dai meno esperti e piu adatto ad uso stradale.

Da tenere in considerazione e' anche il fatto che i differenziali a frizione devono essere rodati per un periodo di circa 30 minuti guidando in un "8" e alternando accelerazioni a decelerazioni.
Questo periodo di rodaggio e' necessario per non rovinare irreparabilmente i dischi della frizione.

I differenziali autobloccanti sensibili alla coppia che usano un sistema a ingranaggi invece sono molto diffusi su veicoli stradali. Essi usano un sistema a “vite infinita” per distribuire la coppia del motore.
Alcuni esempi sono il Torsen usato sulle Audi Quattro come differenziale centrale e il Quaife.

Un vantaggio del sistema a ingranaggi rispetto a quello a frizione e’ il minor costo e la minore usura dell’apparato, ma il suo svantaggio principale e’ rappresentato dal fatto che entrambe le ruote devono avere aderenza perche’ esso funzioni. Se una ruota e’ sul ghiaccio, ad esempio, il sistema ad ingranaggi si comporta come un differenziale aperto e non trasmette la coppia alla ruota sull’asfalto.

Differenziali Autobloccanti Sensibili alla Velocita’

I differenziali autobloccanti sensibili alla velocita’ basano il loro funzionamento sulla differenza di velocita’ tra le due ruote. Ne esistono due tipi principali, quelli viscosi e quelli a pompa Gerotor.

I differenziali autobloccanti sensibili alla velocità che usano un sistema viscoso (come quello orginale della Nissan 200SX) funzionano utilizzando il principio dei fluidi che aumentano di viscosita’ quando sono sottoposti ad uno stress meccanico, molto spesso essi sono oli a base di silicone. Una serie di cilindri perforati e concentrici sono immersi nell’olio siliconico, meta’ dei cilindri sono collegati ad un semiasse e meta’ ad un altro. Se essi ruotano alla stessa velocita’ la resistenza dell’olio e’ quasi nulla, ma più la differenza di velocità di rotazione aumenta e piu’
la resistenza del fluido aumenta.

Il difetto principale dei sistemi viscosi e’ il deterioramento dell’olio all' interno del sistema.
Dopo molti Km o a causa di un uso estremo il differenziale perde la sua capacità di slittamanto limitato e si comporta come un differenziale aperto, un problema molto comune sulle prime Mazda MX5. La cartuccia con l’olio siliconico e’ separata dall’olio che lubrifica gli ingranaggi e non può essere cambiata senza sostituire tutta la parte centrale del differenziale.

I differenziali autobloccanti sensibili alla velocità detti a Pompa Gerotor utilizzano una pompa idraulica per comprimere una frizione collegata ai semiassi. La pompa e’ collegata da una parte alla gabbia del differenziale e dall’altra ad uno dei semiassi. Quando esiste una differenza nelle velocita di rotazione della gabbia e del semiasse la pompa, attraverso un fluido idraulico, comprime il pacco della frizione provocando una redistribuzione della coppia verso la ruota con piu’ aderenza.



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