Soggetti:
- Generale
- Pignone corona
- Funzionamento del differenziale
- Svantaggi di un differenziale
- Regolazione del pignone corona
- LSD (differenziale sferico limitato)
- Differenziale Torsen
- Manutenzione e difetti di un differenziale
- Regolare il precarico del cuscinetto del differenziale
nel complesso:
Il differenziale, chiamato anche cardano, rende possibile una differenza di velocità nella trasmissione. In questa pagina viene utilizzato solo il termine differenziale.
In curva, una ruota fa più giri dell'altra ruota. Pertanto, quando un'auto svolta a sinistra (come nell'immagine sotto), le ruote di destra faranno più giri delle ruote di sinistra (r1 > r2). Quindi c'è una differenza di velocità. Un differenziale garantisce che ciò sia possibile.
Nelle auto a trazione anteriore, il differenziale è nel cambio. Nelle vetture a trazione posteriore si trova sull'asse posteriore, tra le ruote posteriori. Un albero cardanico corre poi dal cambio al posteriore, al differenziale.
L'immagine sotto è di un'auto a trazione posteriore. L'albero tra il cambio e il differenziale (cardano) è chiamato albero cardanico o albero intermedio. Questo è descritto separatamente nella pagina albero cardanico. Ci sono due alberi di trasmissione montati sul differenziale che azionano le ruote posteriori.
Pignone corona:
Il pignone coronato nel differenziale viene menzionato a parte, poiché queste parti devono essere regolate con molta precisione dopo il lavoro. Il pignone è fissato all'albero dell'elica. Il motore e la scatola del cambio azionano l'albero dell'elica e il pignone aziona la corona dentata. La regolazione tra corona e pignone è un lavoro molto specialistico. Gli ingranaggi devono essere regolati tra loro utilizzando i dati di fabbrica e gli strumenti di misurazione/regolazione. Una corretta regolazione garantisce il minimo sviluppo di rumore e la massima durata.
Funzionamento del differenziale:
La corona dentata 1 viene azionata dal pignone del motore/cambio. Durante la guida in rettilineo, gli alberi motore 2 e 3 ruoteranno alla stessa velocità e la ruota satellite 4 non ruoterà sul proprio asse.
Nella situazione di questa immagine, l'albero motore sinistro è fermo. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che la ruota sinistra si trova sull'asfalto e la ruota destra su una strada non asfaltata. In questo caso, la ruota sulla strada sterrata girerà.
La ruota satellitare ora gira sul proprio asse e tutta la forza motrice viene trasferita sull'albero motore destro. Quello di sinistra ora è fermo. Una situazione simile si verifica anche durante la guida in curva, la pressione dei pneumatici su un lato è più bassa, i profili dei pneumatici differiscono notevolmente e la superficie stradale non è completamente piana.
Svantaggi di un differenziale:
Anche il fatto che il differenziale consenta differenze di velocità tra le ruote è in determinate circostanze un grosso svantaggio. Quando una delle ruote motrici perde aderenza, tutta la trazione viene persa. Quando un'auto si ferma con 1 ruota sull'asfalto e 1 ruota nel fango, la ruota nel fango verrà guidata al 1% e la ruota sull'asfalto (con maggiore aderenza) rimarrà ferma. Questo perché la ruota satellitare girerà velocemente e la ruota con la minore resistenza guiderà di più.
Regolazione del pignone della corona:
È possibile regolare l'altezza e la distanza delle superfici di contatto della corona e del pignone. Le immagini mostrano le conseguenze di una regolazione errata.
Lubrificando la corona dentata per un quarto di giro con grasso speciale (che si scioglie nell'olio), è possibile determinare la superficie di appoggio tra corona dentata e pignone. Facendo compiere alcuni giri avanti e indietro al pignone, la superficie di appoggio diventa libera (vedi immagini). Regolando e ruotando più volte è possibile regolare il tutto sulla superficie di appoggio ideale.
È necessario tenere presente che il carico sull'azionamento provoca anche lo spostamento della superficie di appoggio. All'aumentare del carico, la superficie del cuscinetto si sposta maggiormente verso l'esterno della corona dentata (immagine in alto a destra). Sotto carichi leggeri, la superficie portante si sposta maggiormente verso l'interno. Durante la regolazione la superficie di appoggio deve trovarsi al centro. Consultare sempre i dati di fabbrica per le taglie.
Una regolazione errata provoca (a volte estremamente) molto rumore nell'azionamento, come un fischio o uno stridore. Aumenterà anche l’usura. Ad esempio, il differenziale può guastarsi dopo poche migliaia di chilometri a causa di una regolazione negligente (o mancata). Naturalmente, questo è stato preceduto da un forte rumore.
LSD (differenziale a slittamento limitato)
Per evitare la situazione sopra descritta, in alcuni casi è utile disabilitare (parzialmente) il funzionamento del differenziale. Questo si chiama blocco. Quando un differenziale è bloccato, la trasmissione su entrambi gli assi è la stessa. La ruota satellitare è ferma oppure entrambe le ruote solari sono accoppiate insieme. Esistono vari sviluppi con giunti multipiastra, giunti viscosi e giunti a artiglio.
L'immagine sotto mostra un LSD (differenziale a slittamento limitato). Questo è un differenziale con maggiore attrito interno. Le frizioni multidisco sono posizionate tra le superfici diritte esterne delle ruote centrali coniche dei semiassi e la scatola del differenziale.
Gli anelli di pressione nell'LSD da un lato sono collegati alla scatola del differenziale e dall'altro possono essere spostati assialmente. A causa della forma convessa delle ruote satellitari, gli anelli di pressione all'interno hanno una forma a cuneo. Le lamelle interne (di colore scuro nell'immagine sopra) si innestano nei denti interni dei semiassi. I denti esterni delle lamelle esterne si innestano nelle scanalature longitudinali della scatola del differenziale. Ciò significa che le lamelle esterne non possono ruotare.
Quando si guida in rettilineo, la corona dentata e l'albero motore ruotano alla stessa velocità, quindi non c'è attrito. Quando una delle ruote ha poca aderenza e quindi gira più velocemente dell'altra ruota, si verifica una differenza di velocità tra le superfici coniche dell'anello di pressione. L'anello di pressione viene premuto contro le lamelle e si crea un momento di attrito dipendente dal carico tra le lamelle esterne (bloccate dalla scatola del differenziale) e le lamelle interne a rotazione rapida collegate all'albero motore.
I più moderni sistemi a controllo elettronico sono stati ulteriormente sviluppati sui sistemi autobloccanti. Gli anelli di pressione precedentemente descritti presenti nei sistemi autobloccanti vengono poi sostituiti da cilindri ad anelli a funzionamento idraulico. Le frizioni multidisco vengono azionate tramite elettronica.
Differenziale Torsen
Il differenziale Torsen ("torsen" è un'abbreviazione di "rilevamento della coppia", tradotto liberamente: "sensazione di coppia") è in linea di principio un differenziale simmetrico. Quando entrambi gli alberi di uscita ruotano alla stessa frequenza di rotazione, le coppie motrici in questi alberi sono uguali. Se per qualsiasi motivo si verifica un'azione differenziale, la coppia motrice sull'albero di uscita a rotazione più veloce diminuisce e quella sull'albero a rotazione più lenta diminuisce. Anche in questo caso si crea in linea di principio un momento di attrito interno che da un lato riduce la coppia di uscita e dall'altro la aumenta. Il funzionamento si basa sul comportamento autobloccante della trasmissione a vite senza fine, che si ottiene scegliendo il corretto angolo di passo di questi ingranaggi.
Il differenziale dell'asse nella foto sotto è imbullonato alla corona dentata. Gli alberi degli ingranaggi a vite senza fine sono montati nella scatola del differenziale. Gli ingranaggi a vite senza fine, collegati a due a due da ingranaggi cilindrici, possono ruotare liberamente attorno ai propri assi.
Sono installati tre set di due ingranaggi a vite senza fine ciascuno. Un ingranaggio a vite senza fine di ciascun set si innesta con la vite senza fine che è caleata sull'albero di trasmissione della ruota destra; l'altro ingranaggio a vite senza fine si innesta con la vite senza fine sull'albero di trasmissione della ruota sinistra.
Durante la guida in rettilineo (avanti o indietro), quando non c'è azione differenziale, entrambi gli assi ruotano alla stessa velocità. L'alloggiamento del differenziale trasporta gli ingranaggi a vite senza fine, che a loro volta azionano le viti senza fine con gli alberi di trasmissione delle ruote. Entrambi gli ingranaggi a vite senza fine vogliono ruotare nella stessa direzione a causa del loro passo, cosa che non è possibile a causa dell'accoppiamento con ingranaggi cilindrici. Il differenziale ora ruota come un blocco unico e garantisce una distribuzione simmetrica della coppia (50% – 50%).
Se si verifica un effetto differenziale, ad esempio durante la guida in curva, o se una ruota slitta, una vite senza fine girerà più velocemente e l'altra vite senza fine più lentamente rispetto alla scatola del differenziale. Alla ruota che gira più lentamente viene ora fornita una coppia maggiore rispetto a quella che gira più velocemente. La vite senza fine che ruota più velocemente aziona l'ingranaggio a vite senza fine corrispondente e quindi l'ingranaggio a vite senza fine che guida la vite senza fine verso la ruota a rotazione più lenta. La coppia sulla ruota che gira più lentamente viene ulteriormente aumentata dall'effetto parzialmente autobloccante dell'azionamento attraverso la ruota a vite senza fine in direzione della vite senza fine. Scegliendo l'angolo di inclinazione corretto sulla vite senza fine, è possibile ottenere la distribuzione della coppia desiderata, in questo caso il valore di bloccaggio.
Il differenziale Torsen non ha alcuna influenza su alcuna funzione dell'ABS, poiché l'effetto di bloccaggio avviene solo sotto carico, cioè quando si accelera l'acceleratore.
Soprattutto nelle corse, con le derapate, il differenziale è bloccato. Se su alcune vetture ciò non è tecnicamente possibile, la ruota satellite viene saldata alle ruote centrali. In questo modo economico il differenziale è sempre bloccato. Lo svantaggio è che difficilmente si potrà più circolare sulle strade pubbliche, perché la ruota che ha la velocità più bassa in curva inizierà a slittare. Anche la possibilità di difetti sugli alberi di trasmissione e sui giunti omocinetici è maggiore.
Un altro modo è far intervenire l'ESP (Electronic Stability Program). Questo sistema frena la ruota che slitta azionando brevemente la pinza del freno. Frenando la ruota che slitta, più potenza verrà automaticamente trasferita all'altra ruota attraverso il funzionamento del differenziale. In questo modo anche questo svantaggio è stato eliminato. Questo a volte viene anche chiamato funzionamento del differenziale elettronico a slittamento limitato.
Manutenzione e difetti di un differenziale:
Al giorno d'oggi un differenziale spesso contiene "olio a vita". Il produttore indica che non è necessario cambiare periodicamente l'olio. Alcuni produttori indicano un intervallo di drenaggio in un certo numero di chilometri. Questo periodo non può essere superato. È bene cambiare occasionalmente l'olio anche per i differenziali con olio a vita. Ogni olio entra in contatto con l'ossigeno e subisce un processo di ossidazione. L'effetto lubrificante diminuisce. Ecco perché è bene cambiare questo olio ad un certo chilometraggio (es. 150.000 km).
I differenziali difettosi, dove i cuscinetti sono difettosi o lo spazio sulla corona-pignone non è in ordine, produrranno molto rumore nella trasmissione. I differenziali solitamente possono essere revisionati. Durante la revisione vengono misurate le superfici dei denti della corona e del pignone e vengono sostituiti i cuscinetti. Se le superfici dei denti sono troppo usurate, le parti dovranno essere sostituite. La sostituzione della corona dentata è spesso molto costosa.
Regolazione del precarico del cuscinetto del differenziale:
I cuscinetti del differenziale devono essere montati con un certo precarico. Questo valore è determinato dal produttore del differenziale. Se il precarico è troppo basso o troppo alto, il cuscinetto può cedere nel tempo. Considerare un carico assiale troppo elevato, che potrebbe causare un surriscaldamento eccessivo del cuscinetto. Quando si revisiona il differenziale o si sostituiscono i cuscinetti, il precarico deve essere sempre controllato ed eventualmente regolato. Effettuando le misurazioni è possibile determinare quale spessore dovrà avere l'anello di riempimento (tra il cuscinetto e il supporto della guarnizione).
Di seguito sono riportati alcuni esempi delle misurazioni da eseguire.
La distanza tra l'esterno della scatola del cambio e il cuscinetto deve essere misurata con un misuratore di profondità. Il valore misurato nella foto è 12 mm.
Con questo misuratore di profondità è possibile misurare anche l'altezza dello spallamento del porta paraolio. Il valore misurato nella foto è 10,0 mm.
Durante l'installazione, lo spallamento del supporto del paraolio viene montato nell'alloggiamento del differenziale. Sottraendo i due valori appena misurati si determina la distanza tra il cuscinetto differenziale e lo spallamento del porta guarnizione: Profondità – altezza = 12,0 0mm – 10,00 mm = 2 mm.
Se tra il cuscinetto del differenziale e il supporto della guarnizione venisse posizionato uno spessore di 2 mm, il cuscinetto verrebbe montato senza tensione.
Ovviamente non è questa l'intenzione; sarà necessario posizionare uno spessore più spesso per montare il cuscinetto sotto tensione. Il precarico è prescritto dal produttore. Questo può essere, ad esempio, 0,25 mm.
Lo spessore da posizionare in questo caso è la distanza misurata + il precarico, quindi; 2 mm + 0,25 mm = 2,25 mm. Quando viene posizionato lo spessore di 2,25 mm, il precarico è impostato correttamente. L'anello di spessore adatto deve essere reperito in un contenitore con anelli di spessore di diverse dimensioni. La rondella corretta può essere trovata con un calibro a vite.
Nell'immagine sotto potete vedere che lo spessore ha uno spessore di 2,25 mm. Quindi questo è lo spessore corretto. Maggiori informazioni sulla misurazione con il micrometro si trovano alla pagina “Strumenti di misura meccanici".
Le misurazioni della profondità dell'appoggio e dell'altezza della spalla del portaguarnizione nelle immagini soprastanti sono state effettuate con un profondimetro. Tuttavia, queste misurazioni possono essere eseguite anche con un comparatore. La spiegazione sulla misurazione con il comparatore è fornita anche alla pagina “Strumenti di misura meccanici".
Le letture nelle immagini sottostanti non corrispondono alle misurazioni sopra. Anche le foto sono molto sfocate. Queste verranno presto sostituite da nuove immagini che visualizzeranno correttamente le misurazioni.
I valori del comparatore e del profondimetro devono corrispondere. In linea di principio non ha importanza quale strumento viene utilizzato per effettuare la misurazione, a condizione che siano disponibili entrambi gli strumenti di misurazione. Durante un esame pratico, ad esempio, può succedere che venga messo a disposizione un solo tipo di strumento di misura. È quindi importante saper utilizzare tutti gli strumenti di misura; il calibro, il micrometro e il comparatore.
