Equazioni differenziali – Tecnica differenziale

Formula di Eaton per una migliore trazione

Vedi tutte le 10 fotoRon CeridonowriterOct 27, 2006

Si dice spesso che non è mai troppo tardi per imparare, e questo è fantastico, ma anche la curiosità giovanile è una cosa meravigliosa. Per fare un esempio, quanti giovani in erba hanno scoperto presto che era possibile far andare in fumo un solo pneumatico posteriore di una macchina qualsiasi ogni volta che si girava l’angolo? Se questo suona come un’attività vagamente familiare dei vostri anni formativi, le congratulazioni sono d’obbligo; avete imparato presto la debolezza di base di un differenziale.

Mentre i differenziali standard (o aperti, come spesso vengono chiamati) presentano alcune carenze, il fatto è che sono una componente necessaria, e nella maggior parte dei casi le loro prestazioni sono perfettamente accettabili. Infatti, guidare un’auto per strada senza differenziale sarebbe difficile, nella migliore delle ipotesi. La ragione di ciò è abbastanza semplice: immaginate di guardare dall’alto, mentre l’asta della vostra strada gira in cerchio. Le ruote esterne viaggiano in un cerchio più grande di quelle interne e, di conseguenza, devono girare più velocemente. Le ruote anteriori non sono collegate, quindi girano in modo indipendente, ma nella parte posteriore è l’asse differenziale che permette questo.

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Anche se il differenziale svolge una funzione necessaria, c’è un grosso inconveniente. Nel funzionamento normale, un differenziale aperto equalizzerà la potenza erogata attraverso entrambe le ruote, ma se uno pneumatico perde la trazione, il differenziale trasferirà tutta la potenza a quella ruota. Ricordate quel pneumatico fumante del vostro passato?

Mentre un differenziale è ovviamente una necessità in un’auto stradale, in un ambiente prestazionale può essere un fastidio se tutta la potenza fa andare in fumo un pneumatico. Come si può intuire, non ci è voluto molto tempo per capire che l’eliminazione del differenziale ha permesso di applicare la stessa potenza ad entrambe le ruote, e il risultato è stato una migliore trazione. Alcuni dei primi appassionati hanno adottato l’approccio diretto e hanno semplicemente saldato le parti interne del differenziale in una massa solida; il risultato è stato un rend bloccato che ha legato insieme entrambe le ruote posteriori.

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Certo, saldare insieme gli ingranaggi del differenziale era grezzo, ma è stato efficace. Esiste però un mezzo più sofisticato per eliminare il differenziale, con una cosa chiamata bobina. Le bobine sono usate in molte auto da corsa a trascinamento; sostituiscono il gruppo del differenziale e montano l’ingranaggio ad anello, collegando solidamente tra loro i due assi. E mentre funzionano benissimo in linea retta, fare il giro delle curve è un’altra questione. Immaginate cosa accadrebbe nel nostro scenario di vista dall’alto della vostra auto che gira in cerchio se entrambe le ruote motrici fossero bloccate insieme. La ruota interna girerebbe veloce come la ruota esterna e questo significherebbe che qualcosa dovrebbe dare – la ruota interna dovrebbe girare sul marciapiede, l’auto cercherebbe di andare in linea retta piuttosto che girare, o più che probabilmente ci sarebbe una combinazione di entrambe le cose. Una Sprint Car che scivola su una pista sterrata, o una drag race che va per lo più in linea retta non avrà problemi con una bobina, ma le auto da strada sì.

Differenziali aperti Il rearend di un’auto serve una serie di funzioni in una configurazione con motore anteriore e trazione posteriore. Fornisce la riduzione finale del cambio con l’anello e il pignone, fa girare la potenza di 90 gradi dall’albero motore agli assi e contiene il differenziale.

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In un differenziale standard il pignone fa ruotare la corona dentata, che è montata sulla cassa del differenziale. Le estremità di entrambi gli assi scorrono nella cassa e si innestano su quelli che vengono chiamati ingranaggi laterali. Ora è qui che le cose si fanno interessanti. Gli assi e gli ingranaggi laterali non sono fissati alla cassa. Un’altra serie di ingranaggi, comunemente chiamati ragni, è agganciata alla cassa da un albero; sono questi ingranaggi che innestano gli ingranaggi laterali sugli assi.

Quando l’auto sta percorrendo la strada in linea retta, l’energia dall’ingranaggio ad anello viene erogata attraverso la cassa e gli ingranaggi a ragno agli ingranaggi laterali sugli assi. Quando gli ingranaggi laterali girano entrambi alla stessa velocità, i ragni rimangono fermi sul loro albero. Ma quando la macchina gira dietro un angolo, o una ruota perde la trazione, gli assi, e di conseguenza le marce laterali, iniziano a girare a velocità diverse. A quel punto i ragni compensano facendo girare il loro albero. È così che una ruota può girare più velocemente dell’altra e anche il motivo per cui tutta la potenza va alla ruota senza trazione.

Differenziali di trazione-controllo Fondamentalmente ci sono due tipi di differenziali che migliorano la trazione – slittamento limitato e bloccaggio. Lo slittamento limitato risponde alla quantità di coppia applicata e il bloccaggio risponde alla differenza di velocità della ruota.

Nel corso degli anni ci sono state diverse aziende che hanno prodotto varianti di entrambi i tipi. I rearends Eaton a slittamento limitato sono stati introdotti per la prima volta nel 1961 su pickup GM da mezza tonnellata, e le auto poco dopo, e quasi tutti i rodder hanno sentito parlare del Detroit Locker. Recentemente la Eaton Corporation ha acquisito la società madre che produce il Detroit Locker e il Detroit Truetrac. Insieme al differenziale a slittamento limitato Eaton Posi e al differenziale di chiusura elettronica Eaton Elocker, la Eaton ha praticamente coperto tutte le basi.

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Differenziali a slittamento limitato I differenziali a slittamento limitato sono disponibili in vari design, ma tutti reagiscono alla quantità di coppia applicata ad essi.

All’interno della custodia Eaton Posi si trovano i pacchi frizione e le molle. Quando la coppia viene applicata al differenziale ed entrambe le ruote hanno la superficie di trazione, i pacchi frizione bloccano gli ingranaggi laterali alla cassa del differenziale. Questa azione di bloccaggio è direttamente correlata alla coppia applicata – più coppia significa una forza di bloccaggio più elevata (l’Eaton Posi impedisce essenzialmente lo slittamento delle ruote prima che avvenga). Tuttavia, quando un pneumatico inizia a girare, la forza di bloccaggio viene ridotta; di conseguenza, la coppia a quella ruota si riduce. Quando arriva il momento di girare un angolo, i dischi della frizione permettono lo slittamento necessario per permettere agli assali / ruote di girare a velocità diverse.

Una variazione sul tema dello slittamento limitato è la Truetrac. Questi sono unici nel loro genere in quanto sono a ingranaggi a slittamento limitato, senza frizione o dischi di frizione, quindi non c’è nulla da logorare.

Durante il funzionamento, gli ingranaggi laterali di Truetrac e gli ingranaggi a vite senza fine del differenziale vengono allontanati l’uno dall’altro. Simile all’unità di tipo frizione, questa azione blocca l’asse alla cassa del differenziale. Così, se uno dei pneumatici perde la trazione, l’attrito tra gli ingranaggi a vite senza fine e la cassa si riduce, e la potenza a quella ruota si riduce.

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I rearend a slittamento limitato funzionano in modo relativamente fluido; sono silenziosi e lisci e non vi accorgerete mai della loro presenza fino a quando non ne avrete bisogno. Tuttavia, sappiate che la maggior parte dei differenziali a slittamento limitato tipo frizione richiedono un olio speciale per ingranaggi o un additivo. Controllate sempre con il produttore per le loro raccomandazioni sulla lubrificazione.

Differenziali di bloccaggio Quando si tratta del massimo della trazione, gli armadietti sono difficili da battere. Questo tipo di differenziale è sensibile alla velocità; cioè, entrambe le ruote sono bloccate insieme fino a quando una ruota non ruota più velocemente dell’altra.

Il venerabile Detroit Locker usa quella che viene chiamata frizione a cane per fornire potenza ad ogni ruota. Quando una ruota va più veloce dell’altra, come quando si gira una curva, l’unità sgancia la ruota esterna (o quella senza trazione) e invia tutta la potenza alla ruota interna (o a quella con trazione).

Anche se gli armadietti di Detroit sono davvero efficaci, possono essere un po’ sconcertanti da vivere. Mentre si dice che un armadietto si sganci durante le curve, l’azione di una frizione del cane può essere improvvisa e brusca. Gli armadietti possono essere rumorosi e emettono suoni metallici quando si applica e si rilascia l’acceleratore, o quando si rilasciano e si bloccano durante la curva. Infine, i conducenti di auto a passo corto possono notare qualche leggero contraccolpo in curva quando l’unità si blocca e si sblocca. Alcuni lo trovano sgradevole, altri no.

Per coloro che vogliono i vantaggi di un armadietto senza alcuni degli spigoli vivi, Eaton offre anche il SofLocker di Detroit, che utilizza quelle che vengono chiamate molle di precarico per smorzare gran parte del rumore operativo.

Detroit Gearless Simile al Detroit Locker, il Gearless guida entrambe le ruote, a meno che non ci sia una differenza di velocità delle ruote. Ma, mentre il Detroit Locker e il Gearless hanno prestazioni simili, i loro componenti interni sono molto diversi.

Il Gearless utilizza quello che viene chiamato il progetto di rampa Tunkenel-V. Il cuore del sistema è un albero a croce situato tra due rampe a V. Le rampe a V sono forzatamente separate quando la cassa del differenziale fa ruotare l’albero, il che fa sì che le frizioni a frizione blocchino gli ingranaggi laterali alla cassa e trasferiscano la coppia alle ruote. Se una qualsiasi forza fa sì che una ruota vada più veloce dell’ingranaggio ad anello che la guida, come quando si gira un angolo, la forza sulla V diminuisce e le frizioni si disinnestano. Fidatevi, è più semplice di quanto sembri.

Eaton E-Locker Pensate a questo come ad un armadietto che potete accendere e spegnere con un semplice tocco di un interruttore. Quando il sistema è inserito, un’armatura e un elettromagnete applicano forza a quello che viene chiamato meccanismo a rampa a sfera. Le sfere sono forzate su una rampa, che spingono i perni di bloccaggio nei fori corrispondenti situati sul retro dell’ingranaggio laterale. Questo blocca l’asse e trasmette la coppia ad entrambe le ruote. Questa azione, a sua volta, spinge i perni di bloccaggio del sistema nei fori corrispondenti situati sul retro dell’ingranaggio laterale. Questo blocca l’asse e trasmette la coppia ad entrambe le ruote.

Ci sono certamente dei vantaggi per un armadietto che può essere acceso o spento, ma poi non sempre si sa quando si avrà bisogno di una trazione extra fino a quando non sarà troppo tardi.

Allora, qual è quella per te? Un differenziale aperto è perfettamente accettabile per alcune rodders stradali, ma se un motore e una trasmissione ad alte prestazioni fanno parte del pacchetto, come spesso accade, anche un differenziale che aumenta la trazione dovrebbe far parte del pacchetto.

Allora, qual è quella giusta per te? Dipende dalle vostre aspettative. Se l’obiettivo è la trazione finale, un armadietto è la strada da percorrere. Nel caso di un design convenzionale, ci sono alcuni rumori e stranezze in curva con cui fare i conti; e con un armadietto elettrico, ovviamente, devi accenderlo quando hai bisogno di più trazione, il che può essere ottimo quando decidi di andare a fare drag racing, ma un po’ poco pratico per l’uso quotidiano. D’altra parte, se si vuole una trazione migliore senza scompiglio e senza problemi, si può fare uno slittamento limitato di qualche tipo. In entrambi i casi, i vantaggi in termini di prestazioni sono evidenti, ma poi l’hai imparato da bambino.

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