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Nelle automobili e altri veicoli il differenziale è un organo meccanico che distribuisce equamente il momento torcente tra le due ruote motrici anche se queste ruotano a differente velocità. Nell'ingegneria meccanica viene considerato un tipo particolare di rotismo epicicloidale, analogamente allo schema meccanico impiegato nella maggiorparte dei cambi automatici.
In alcuni veicoli, come ad esempio i veicoli ferroviari, alcune macchine operatrici ed i kart, non esistono differenziali e quindi il momento torcente risulta applicato nella stessa misura alle due ruote motrici solidali all'asse, che ruotano sempre alla stessa velocità. Tale soluzione non presenta particolari problemi nella marcia su percorsi rettilinei, al contrario di quando si deve effettuare una curva, dove la ruota esterna dovrebbe ruotare più velocemente della ruota interna poiché deve percorrere una traiettoria curva di lunghezza maggiore rispetto alla seconda. In assenza di differenziale una delle due ruote (o entrambe) deve slittare rispetto al piano di rotolamento, provocando notevole usura dello stesso e della ruota stessa e il veicolo tenderà a mantenere la direzione rettilinea.
Struttura e Funzionamento [modifica]
Il differenziale è tipicamente costituito da una ruota ad anello, detta corona, che riceve il movimento rotatorio dal cambio attraverso un sistema di ingranaggi conici o a corona ipoide chiamato coppia conica. Il rapporto fra il diametro dell'ingranaggio solidale all' albero di trasmissione (pignone) e quello della corona, determina un ulteriore aumento del rapporto di rotazione fra il motore e le ruote motrici. All'interno della corona sono presenti due pignoni collegati attraverso due alberi alle corrispondenti ruote. I pignoni sono montati in una gabbia solidale con la corona e in cui sono presenti due o più ingranaggi detti satelliti liberi di ruotare. Normalmente la rivoluzione dei satelliti trascinati dalla corona trascina i pignoni facendo ruotare egualmente le ruote.
Se una ruota incontra resistenza o comunque ruota più lentamente, per esempio in curva, i satelliti entrano in rotazione in modo che maggiore velocità angolare venga trasmessa al pignone opposto.
Il semplice differenziale descritto presenta il grave problema che se una ruota slitta mentre l'altra rimane in trazione, la prima riceve la maggior parte della potenza rendendo inefficace la potenza del motore. Questo comporta che se in un'automobile una ruota si trova sul ghiaccio, tentare di accelerare provoca semplicemente una rotazione più veloce di questa ruota, senza ottenere una spinta utile dall'altra. La stessa cosa si verifica se una ruota rimane sollevata da terra, situazione che può capitare nei veicoli fuoristrada.
Una soluzione a questo problema è l'impiego di frizioni tra i due pignoni che, in caso di superamento di una certa differenza di velocità mette in collegamento gli alberi delle due ruote riducendo la differenza di coppia.
Un'altra soluzione è il differenziale autobloccante, in cui un meccanismo percepisce la differenza di coppia e interviene bloccando i satelliti, eliminando in pratica l'effetto del differenziale e facendo girare le ruote alla stessa velocità.
Vi sono altri tipi di differenziali. Il no spin o autosbloccante che esegue il lavoro contrario dell'autobloccante. Nel differenziale no spin le ruote motrici sono normalmente solidali, il differenziale è bloccato. Esso si sblocca quando le ruote raggiungono una determinata differenza di coppia. Questo tipo di differenziale non molto diffuso è utilizzato su alcuni particolari veicoli non stradali da lavoro. Vi è poi il differenziale bloccabile a comando. Questo particolare tipo di differenziale lavora allo stesso modo di quello aperto ma presenta la particolare capacità di essere bloccato dal conducente del veicolo tramite un comando , che può essere sia ti tipo idraulico che di tipo meccanico, che agisce all'interno del differenziale bloccando la rotazione dei satelliti. E' molto utile, per esempio, nel caso precedentemente descritto dei veicoli fuoristrada quando una delle ruote dello stesso assale rimane sollevata annullando la potenza del motore su quella che rimane in trazione. Bloccando il differenziale si rendono solidali entrambe le ruote motrici.
Un veicolo a quattro ruote motrici deve avere almeno due differenziali (uno anteriore ed uno posteriore) più eventualmente un terzo al centro per distribuire la potenza tra gli assi anteriori e posteriori. Un veicolo senza differenziale intermedio non può circolare su strade asfaltate, poiché una minima differenza di velocità tra le ruote anteriori e posteriori causa una torsione sulla trasmissione che può causare danni. In questo caso un apposito comando permette di disinserire la trazione integrale. Su strada sterrata le differenze di velocità sono assorbite da slittamenti delle ruote. Un'alternativa al differenziale centrale è rappresentata dal giunto viscoso, utilizzato principalmente nelle auto a trazione integrale di tipo stradale e nei SUV.
Differenziale attivo [modifica]
L'evoluzione della tecnologia ha permesso la realizzazione di differenziali attivi, in cui un computer analizza i dati forniti da diversi sensori, tra cui sensori di deriva, angolo di sterzata e accelerazione laterale, e regolano la distribuzione della coppia per ridurre effetti indesiderati come il sottosterzo. I differenziali attivi sono comunemente usati nei campionati di rally, anche se potrebbero essere eliminati in futuro.
Il primo impiego del differenziale attivo su una automobile fu l'Active Torque Transfer System sulla Honda Prelude SH nel 1997. Si trattava però di un sistema aggiuntivo ad un differenziale normale. Un differenziale semi-attivo completamente integrato è stato usato per la prima volta nel 2005 sulla Ferrari F430 e su tutti i modelli a quattro ruote motrici Acura RL.
Storia [modifica]
- 2634 a.C. - secondo una leggenda, l'imperatore cinese Huang Di utilizzò un carro con uno speciale dispositivo differenziale collegato alle ruote che faceva sì che una statua puntasse sempre nella stessa direzione nonostante le curve compiute dal veicolo.
- II secolo a.C. - La Macchina di Anticitera usava un sistema di ingranaggi per calcolare la differenza tra due rotazioni in ingresso, una relativa alla posizione del Sole e l'altra alla posizione della Luna nello zodiaco, fornendo in uscita indicazioni sulle fasi lunari.
- 1810 - Rudolph Ackerman inventore di un sistema a quattro ruote sterzanti, fu erroneamente citato come inventore del differenziale.
- 1827 - Il differenziale moderno viene brevettato dall'orologiaio francese Onésiphore Pecqueur (1792-1852) per l'uso in un veicolo a vapore.
- 1832 - L' inglese Richard Roberts brevetta l'ingranaggio di compensazione, un sistema differenziale per locomotive stradali.
- 1876 - James Starley inventò un differenziale basato su catene da usarsi su biciclette, impiegato più tardi da Carl Benz sulle sue automobili.
- 1897 - Primo uso del differenziale su un veicolo a vapore australiano da parte di David Shearer.
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