Come funziona il differenziale

Nelle automobili, ed in altri veicoli, il differenziale è un organo meccanico che distribuisce la coppia motrice tra le ruote e permette una loro differente velocità in curva.

Quando nasce il differenziale?

Nasce il tempi molto antichi, nel 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.
Successivamente nel 1478 Leonardo da Vinci progetta il carro semovente, progetto di un complesso automa meccanico che viene considerato l’antenato dell’automobile moderna. Analizzando gli schizzi possiamo osservare come Leonardo avesse dotato il carro di un rudimentale differenziale permettendo così di impostare l’angolo di svolta dell’automa.

Ma il brevetto risale solo al 1827 ad opera dell’orologiaio francese Onésiphore Pecqueur per l’uso in un veicolo a vapore. Qualche anno dopo James Starley inventa un differenziale basato su catene da usarsi su biciclette, impiegato più tardi da Carl Benz sulle sue automobili.

A cosa serve il differenziale?

Il differenziale serve, oltre che a trasformare il moto longitudinale dell’albero motore (per motori longitudinali) in moto trasversale delle ruote, ad impedire che le ruote motrici slittino in curva, adeguando la loro velocità alla lunghezza della traiettoria. Infatti percorrendo raggi differenti la ruota esterna alla curva gira più velocemente di quella interna e senza tale dispositivo si avrebbe un saltellamento con perdita di aderenza di uno dei due pneumatici.

Come funziona il differenziale?

Il differenziale è un rotismo interposto tra gli assi motori di un veicolo allo scopo di attribuire, a ciascuno di essi, la velocità che gli compete in funzione della propria traiettoria.

Infatti il differenziale in rettilineo trasmette alle ruote uguale numero di giri, mentre in curva la ruota interna può diminuire di giri e trasferirli a quella esterna.

Il differenziale è solitamente costituito da una gabbia portasatelliti cui sono vincolati due perni. Su entrambi i perni sono installati due satelliti liberi di ruotare, in presa con due planetari (ingranaggi conici) solidali con i semialberi. Nelle curve il planetario interno rallenta, ed i satelliti iniziano a girare su se stessi trasferendo giri al planetario esterno.

In alcune auto a trazione integrale (come la Subaru STI da noi provata) permanente  viene impiegato un differenziale centrale per distribuire la coppia tra le ruote anteriori e quelle posteriori e poi uno anteriore e uno posteriore per suddividere il moto tra ruote di sinistra e ruote di destra. Generalmente non è presente il “centrale” nelle auto dove la trazione integrale è inseribile o nelle moderne vetture con ripartitore di coppia o giunto viscoso.

In caso di ridotta aderenza, a veicolo fermo, utilizzando un normale differenziale aperto, la ruota priva di aderenza slitterebbe sottraendo coppia alla ruota in presa, che così rimarrebbe ferma. Per questo, in veicoli ad uso fuoristradistico, vengono utilizzati differenziali bloccabili, che permettono di escludere l’azione del differenziale stesso distribuendo uniformemente la coppia sui due semialberi, o a slittamento limitato. Nelle auto da competizione o comunque in veicoli particolarmente prestanti, vengono invece utilizzati dei differenziali autobloccanti (torsen, lamelle), per evitare lo slittamento delle ruote su fondi scivolosi o per incrementare la motricità con coppie motore molto elevate.

Per ottenere questi effetti, oltre ai differenziali bloccabili o a slittamento limitato si può simulare un “autobloccante” con il controllo elettronico dell’ESP (il Q2 elettronico Alfa Romeo o il TCT Abarth per indenderci). La logica di controllo permette di frenare (tramite l’impianto frenante) la ruota interna che slitta e ottenere un comportamento paragonabile a quello dei differenziali a slittamento limitato.
Altre soluzioni sono quelle di adoperare un freno lamellare a controllo elettronico e disposto dentro al differenziale, che permette di regolare lo slittamento del differenziale in modo molto elastico, ampio e versatile.

Se non ci fosse il differenziale?

In alcuni veicoli come ad esempio la maggior parte dei veicoli tranviari, alcune macchine operatrici e nei kart, non esistono tali sistemi e le due ruote motrici sono solidali all’asse, esse dunque ruotano necessariamente sempre alla stessa velocità. Tale soluzione non presenta problemi nella marcia su percorsi rettilinei, ma nella percorrenza di una curva la ruota esterna si trova a dover seguire una traiettoria di lunghezza maggiore di quella della ruota interna: in assenza di differenziale una delle due ruote deve slittare rispetto al piano di rotazione, provocando notevole usura del battistrada ed una minor capacità di affrontare curve strette, ma anche vistoste sbandate controllate o drift, difficilmente praticabili con un sistema “aperto”.