Il differenziale è un ingranaggio che consente di variare la velocità delle ruote sugli assi guidati dei veicoli a due carreggiate in curva.
Perché è necessario?
Nei veicoli a due carreggiate, come automobili, camion o autobus, un differenziale consente alle ruote motrici di ruotare a velocità diverse, ad esempio in curva. Se un veicolo a due carreggiate percorre una curva, la ruota all’esterno della curva deve percorrere una distanza maggiore. Il differenziale consente le diverse velocità delle ruote e garantisce una distribuzione uniforme delle coppie motrici. Senza questo componente, le due ruote girerebbero sempre alla stessa velocità in curva.
Struttura di un cambio differenziale
Nei veicoli a due carreggiate, il differenziale è solitamente installato in un alloggiamento separato tra le ruote motrici di un asse. A seconda del design del veicolo, sono possibili anche altre posizioni di installazione e l’integrazione nel cambio manuale del veicolo.
All’interno dell’alloggiamento si trova la cosiddetta gabbia del differenziale, in cui di solito sono installati quattro ingranaggi conici a coppie, uno di fronte all’altro e montati su cuscinetti in modo da poter ruotare e ingranare l’uno con l’altro. Una coppia di questi ingranaggi conici, denominata coppia conica di equalizzazione, è collegata al cestello del differenziale e ruota con il cestello. La seconda coppia, gli ingranaggi conici del semiasse, costituisce le estremità degli alberi di trasmissione alle ruote. Un ingranaggio conico di grandi dimensioni è montato in modo permanente all’esterno del cestello. Un ingranaggio conico più piccolo si ingrana con questo ingranaggio conico con un angolo di 90 gradi, il cui albero si estende verso l’esterno dell’alloggiamento del differenziale.
Come funziona un differenziale
Quando un veicolo si muove in avanti o indietro in linea retta, la coppia motrice viene trasferita dall’albero cardanico alla piccola ruota conica all’ingresso della scatola del differenziale. Questa ruota conica aziona la ruota conica grande e quindi il cestello del differenziale. Quando si viaggia in linea retta, gli ingranaggi conici collegati al cestello sono fermi all’interno del cestello e fanno ruotare la seconda coppia di ingranaggi che azionano le ruote. Entrambe le ruote del veicolo ruotano alla stessa velocità.
Quando il veicolo percorre una curva, gli ingranaggi conici collegati al cestello del differenziale ruotano l’uno contro l’altro, consentendo così una diversa velocità delle ruote.
Svantaggi dei differenziali tradizionali
Se l’attrito statico è diverso, la coppia viene trasmessa alla ruota con minore aderenza. Questo può portare a far girare questa ruota mentre l’altra rimane ferma. La velocità della ruota che gira è quindi doppia rispetto a quella del cestello del differenziale. Questa situazione estrema può verificarsi, ad esempio, in inverno su una strada parzialmente ghiacciata. Tuttavia, la stessa cosa accade anche in curva con una trazione disuguale sulle due ruote motrici.
Le forme speciali di differenziale, i cosiddetti differenziali a slittamento limitato, compensano questo inconveniente frenando meccanicamente o elettronicamente un improvviso aumento della velocità di una ruota. I differenziali a slittamento limitato sono utilizzati nei veicoli in cui la rotazione delle ruote avrebbe un effetto negativo sulla sicurezza di guida e sul valore di utilità del veicolo, come i fuoristrada o le auto sportive. Un differenziale a slittamento limitato migliora la tenuta in curva, la stabilità direzionale e il comportamento di guida su superfici con diversi gradi di aderenza.
