Differenziale

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Classico differenziale Land Rover a 2 satelliti
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Classico differenziale Land Rover a 2 satelliti

Nelle automobili e nei Land Rover il differenziale è l'organo meccanico che distribuisce equamente il momento torcente tra gli assi motrici anche se questi 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.

L'utilità del differenziale appare chiara se pensiamo per esempio all'asse posteriore di un automobile che per percorrere una curva, la ruota interna dovrà percorrere meno strada di quella esterna. Ecco perchè se le ruote fossero direttamente vincolate l'un aall'altra almeno una delle due sarebbe costretta a rasentare il terreno strisciando. Essendo tutti i Land Rover veicoli a quattro ruote motrici è necessario un secondo differenziale anche per il ponte anteriore. Addirittura tutti i Land Rover a trazione integrale necessitano di un terzo differenziale, questo perchè in curva il ponte posteriore percorre un arco inferiore rispetto all'anteriore. Questo terzo differenziale, noto come differenziale centrale, è incluso nel riduttore.


Contents

Struttura e Funzionamento

In questo differenziale la rotazione è applicata alla corona (blu) e i planetari (rosso e giallo) trasmettono la coppia ai semiassi (e quindi alle due ruote). Se le ruote girano alla stessa velocità, l'ingranaggio satellite (verde) non ruota sul suo asse
In questo differenziale la rotazione è applicata alla corona (blu) e i planetari (rosso e giallo) trasmettono la coppia ai semiassi (e quindi alle due ruote). Se le ruote girano alla stessa velocità, l'ingranaggio satellite (verde) non ruota sul suo asse
Se la ruota di sinistra (planetario rosso) è frenata o bloccata, il satellite (verde) rotola sul pignone di sinistra fornendo una velocità di rotazione maggiore al planetario di destra
Se la ruota di sinistra (planetario rosso) è frenata o bloccata, il satellite (verde) rotola sul pignone di sinistra fornendo una velocità di rotazione maggiore al planetario di destra

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.

Differenziali centrali Land Rover

Il differenziale centrale tipico delle Land Rover moderne è LT230. Esso ha sia la funzione di riduttore sia quella di differenziale centrale centrale bloccabile a 4 satelliti. Ha equipaggiato: 90, 110, Discovery, Discovery II, Range Rover e la Defender sino all'ultimo modello attualmente in produzione con motore ford.

Per alcuni periodi di produzione il Discovery II monta l'LT230 ma senza il rinvio per l'attuazione del bloccaccio, questa grossa limitazione in fuoristrada è superabile montando l'apposito attuatore. Altri Discovery II sono invece privi del sistema di bloccaggio all'interno del differenziale.

L'altro differenziale centrale utilizzato dalla Land Rover questa volta esclusivamente su alcuni modelli di Range Rover è il Borg Warmer, un differenziale a bloccaggio automatico a catena al 100%.


Differenziali Land Rover per ponti

Differenziale Rover montato nella pera pronto a essere montato nel ponte
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Differenziale Rover montato nella pera pronto a essere montato nel ponte
Particolare del pigone nella "pera" che contiene il differenziale Rover
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Particolare del pigone nella "pera" che contiene il differenziale Rover


La Land Rover negli anni ha adottato vari tipi di differenziali nei suoi modelli. Le Series I e II sono dotate di differenziale a due satelliti con flange per semiassi a 10 cave. Con l'introduzione del Series III la versione della Land Rover a passo lungo (109") adotta al posteriore un robustissimo ponte Dana 44 a 4 satelliti noto come Salisbury.

Col passaggio alla produzione prima del Range Rover e poi di 90 e 110 Land Rover mantiene il classico differenziale a 2 satelliti in tutti i modelli eccetto per il posteriore del 110 che monta nuovamente il Salisbury; i differenziali sono quindi sostanzialmente invariati ma cambia il rapporto di riduzione della coppia conica, essendo il pignone più grande il differenziale è meno soggetto a sgranare la corona, problema riscontrabile nei differenziali a 2 satelliti dei Series.

L'arrivo del 90 motorizzato V8 porta all'introduzione del differenziale posteriore a 4 satelliti, questo differenziale ha le dimensioni del classico 2 satelliti e quindi può essere alloggiato nella busta anteriore o posteriore di tutti i ponti non Salisbury. Questo differenziale verrà adottato solo al posteriore nelle 90 motorizzate V8 e in alcune applicazioni militari della 90.

L'introduzione della serie Defender non porta alcun cambiamento ai differenziali, solo col cambio di motorizzazione da 200TDI a 300TDI i differenziali vengono dotati di flangia a 24 cave per accogliere i nuovi semiassi.

Dal 2000 i Defender 110 non sono più dotati di ponte Salisbury al posteriore, lo sostituisce il comunque robusto ponte Wolf, un ponte a 4 satelliti prodotto da Land Rover dotato di semiassi di pari diametro ma con una corona dallo sviluppo inferiore.

Rotture tipiche differenziale Rover a 2 satelliti

Il differenziale Rover a 2 satelliti non gode di fama di indistruttibilità, in caso di uso gravoso la sua rottura non è infrequente ed è provocata generalmente da problemi sul singolo perno che regge i due satelliti. Generalmente si va in contro a 2 problematiche

  • Rottura del perno. In questo caso il perno cede per l'eccessiva coppia e viene tranciato.
Perno differenziale rotto affianco a satelliti e planetari
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Perno differenziale rotto affianco a satelliti e planetari
  • Alesamento della sede del perno sulla cassa

Questa è una tipica rottura da usura, il perno alesando la cassa prende gioco sin tanto che il Seiger che lo tiene in sede non è più in grado di compiere il suo lavoro. Il perno viene quindi espulso provocando gravi danni all'ingranaggistica e alla busta del differenziale.

Perno del differenziale parzialmente fuoriuscito
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Perno del differenziale parzialmente fuoriuscito


Smontaggio e Rimontaggio

Differenziale posteriore

Lo smontaggio del differenziale rover posteriore è abbastanza semplice:

  1. Separare l'albero di trasmissione dalla flangia sul differenziale utilizzando una 9/16
  2. Scaricare l'olio dal ponte tramite il tappo di scarico (chiave quadrata da 1/2 pollice)
    B - Particolare tappi boccia ponte ant
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    B - Particolare tappi boccia ponte ant
  3. Estrarre i semiassi rimuovendo i dadi delle flange con la 9/16"
  4. Svitare i dadi che fissano la pera differenziale al ponte con la 9/16"
    B - Dadi pera differenziale ponte
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    B - Dadi pera differenziale ponte
  5. Estrarre la pera differenziale
    B - Estrazione pera differenziale rover
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    B - Estrazione pera differenziale rover

ATTENZIONE: La pera differenziale è molto pesante, utilizzare le dovute precauzioni nell'estrazione e nel rimontaggio.

Per il rimontaggio eseguire la procedura precedente in ordine inverso.

Marcia con differenziale rotto

Nel caso in cui si incorra in una qualunque rottura all'interno del differenziale è categoricamente necessario arrestarsi per evitare danni ben più gravi. E' possibile però continuare la marcia facendo affidamento sul differenziale ancora funzionanante. E' necessario isolare il differenziale rotto, nel caso esso sia il differenziale posteriore (caso più comune)

  1. Smontare l'albero di trasmissione del ponte posteriore utilizzando una 9/16.
  2. Estrarre i semiassi smontando le flange centro ruota.

In questa configurazione bloccando il centrale o per i Series inserendo la trazione integrale è possibile avanzare con la sola trazione anteriore.

ATTENZIONE: verificate con attenzione il fissaggio della ritenuta del tamburo del freno a mano, nel caso in cui la vite o il dado di ritegno sia lasco o non presente in assenza dell'albero di trasmissione il tamburo può facilmente staccarsi durante la marcia. In questo caso è possibile rimuovere preventivamente il tamburo o garantirne il fissaggio rimettendo i dadi dell'albero senza quest'ultimo.

Particolare della vite di ritenuta del tamburo e dei quattro prigionieri su cui sono avvitati i dadi di ritenuta dell'albero di trasmissione
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Particolare della vite di ritenuta del tamburo e dei quattro prigionieri su cui sono avvitati i dadi di ritenuta dell'albero di trasmissione


Nel caso in cui il differenziale rotto sia quello anteriore

  1. Smontare l'albero di trasmissione del ponte anteriore utilizzando una 9/16.
  2. Estrarre le flangie esterne dei semiassi delle ruote anteriori.


In questa configurazione bloccando il differenziale centrale è possibile avanzare con la sola trazione posteriore.

In entrambi i casi, su vetture con trazione integrale permanente, si noterà un aumento del gioco di trasmissione, il che è normale ed è dovuto all' eliminazione di uno dei due alberi che porta il differenziale centrale a lavorare sbilanciato.


ATTENZIONE: in ogni caso questa configurazione di marcia è da considerarsi d'emmergenza, sia per le maggiori sollecitazioni alla trasmissione, sia per la riduzione di guidabilità che si ottiene. Si raccomanda di utilizzarla per lo stretto indispensabile e avendo l'accortezza di guidare adottando uno stile conservativo.

Differenziali Aftermarket

Per migliorare affidabilità e aumentare le prestazioni in off road esitono varie soluzioni aftermarket per differenziali dotati di blocco o meno.


ARB

L'australiana ARB propone un differenziale classico a 4 satelliti bloccabile manualmente al 100% attuato pneumaticamente. Esso è disponibile sia per ponti normali sia per Salisbury.

Tale differenziale con il 2008 ha avuto una totale reingegnerizzazione rispetto al modello precedente. Il differenziale si presenta ora con un robusta cassa in acciaio e un sistema di bloccaggio nuovo che comporta tra l'altro l'ingresso dell'aria dal lato corona. Questo nuovo sistema ha permesso di risparmiare spazio per adottare satelliti di dimensioni maggiori rispetto alla vecchia versione.

Cassa differenziale ARB
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Cassa differenziale ARB
Cassa differenziale ARB, i grossi fori servono per permettere la lubrificazione interna
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Cassa differenziale ARB, i grossi fori servono per permettere la lubrificazione interna

All'interno della cassa si notano i 4 satelliti di dimensioni maggiori rispetto al differenziale rover e i 3 perni anch'essi di generose dimensioni.


Interno della cassa e particolare dei 4 satelliti
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Interno della cassa e particolare dei 4 satelliti
Il planetario su cui si innesterà il semiasse è posato e va a lavorare sui satelliti
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Il planetario su cui si innesterà il semiasse è posato e va a lavorare sui satelliti

Il sistema di bloccaggio è così concepito: solamente uno dei due planetari viene reso solidale alla cassa del differenziale, tramite i satelliti automanticamente anche il planetario opposto diventa solidale con la cassa.

Nella serie di foto successiva il satellite è posato sul coperchio della cassa che contiene il meccanismo di bloccaggio in modo da renderne evidente il funzionamento.

Differenziale in configurazione OPEN, il planetario è libero di ruotare rispetto alla cassa
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Differenziale in configurazione OPEN, il planetario è libero di ruotare rispetto alla cassa
Differenziale in configurazione LOCKED, il sistema di bloccaggio alza il manicotto che va a lavorare sui denti esterni el planetario rendendolo solidale alla cassa.
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Differenziale in configurazione LOCKED, il sistema di bloccaggio alza il manicotto che va a lavorare sui denti esterni el planetario rendendolo solidale alla cassa.

Detroit Soft Locker

L'americana Detroit ha recentemente reso disponibile per Land Rover il Soft Locker, questo differenziale autosbloccante è l'erede del classico Detroit Locker col quale condivide il principio di funzionamento affinandone però la silenziosità di funzionamento e la progressività di intervento.

Un Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) paragonato a un differenziale Rover
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Un Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) paragonato a un differenziale Rover

Questo tipo di differenziale in uso normale è bloccato rendendo i due semiassi solidali, in curva sgancia completamente il semiasse interno curva (nel caso si stia acelerando) o quello esterno curva (nel caso si stia usando il freno motore).

Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) vista lato corona
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Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) vista lato corona
Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) vista lato opposto
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Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) vista lato opposto
Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) montato nella pera e pronto a essere inserito nella busta del ponte
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Detroit Soft Locker (187 SL 173 A) montato nella pera e pronto a essere inserito nella busta del ponte

Collegamenti esterni

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