meccanica di base delle trasmissioni

MECCANICA DI BASE DELLE TRASMISSIONI
INDICE
LA TRASMISSIONE DEL MOTO DAL MOTORE ALLE RUOTE ............................................................................ 4
SPINTA MOTRICE DEL VEICOLO ...................................................................................................................... 6
CARATTERISTICHE DEL MOTORE ................................................................................................................... 6
FUNZIONAMENTO DEL MOTORE ..................................................................................................................... 8
TRASMISSIONE DELLA POTENZA ALLE RUOTE ............................................................................................ 9
RESISTENZA AL MOTO DELL‟AUTOVEICOLO................................................................................................... 10
FORZA DI INERZIA E MOMENTI DI INERZIA .................................................................................................. 10
RESISTENZA AL ROTOLAMENTO ................................................................................................................... 11
RESISTENZA DEGLI ATTRITI INTERNI ........................................................................................................... 12
RESISTENZA AERODINAMICA ........................................................................................................................ 13
RESISTENZA ALLA MARCIA IN SALITA .......................................................................................................... 14
RENDIMENTO DELLA TRASMISSIONE ........................................................................................................... 15
POTENZA NECESSARIA AL MOTO ................................................................................................................. 16
CARATTERISTICHE DELLE RUOTE DENTATE .............................................................................................. 17
RUOTE DENTATE CILINDRICHE A DENTI ELICOIDALI ................................................................................. 19
TIPOLOGIA DI TRASMISSIONI AD INGRANAGGI ........................................................................................... 20
FORZE SCAMBIATE TRA I DENTI .................................................................................................................... 23
CICLO DI LAVORAZIONE INGRANAGGI ......................................................................................................... 24
ROTISMI ............................................................................................................................................................. 26
ROTISMI EPICICLOIDALI .................................................................................................................................. 28
RAPPORTO DI TRASMISSIONE ....................................................................................................................... 28
CUSCINETTI .......................................................................................................................................................... 29
CRITERI DI SCELTA DEI CUSCINETTI ............................................................................................................ 32
ALTRI TIPI DI CARICHI...................................................................................................................................... 36
GIOCHI ............................................................................................................................................................... 38
BLOCCAGGIO DEI CUSCINETTI ...................................................................................................................... 39
MONTAGGIO DEI CUSCINETTI RADIALI – ASSIALI ....................................................................................... 40
LUBRIFICAZIONE DEI CUSCINETTI ................................................................................................................ 42
TIPOLOGIE DI GRASSI ..................................................................................................................................... 44
SCELTA DEL GRASSO ..................................................................................................................................... 45
VOLANO................................................................................................................................................................. 48
FRIZIONE ............................................................................................................................................................... 48
CAMBIO ................................................................................................................................................................. 49
ALBERO DI TRASMISSIONE ................................................................................................................................ 50
GIUNTI ................................................................................................................................................................... 50
PONTE ANTERIORE ............................................................................................................................................. 54
COMPONENTI DEL PONTE ANTERIORE ........................................................................................................... 55
PONTE POSTERIORE .......................................................................................................................................... 58
I DIFFERENZIALI BLOCCABILI............................................................................................................................. 71
Giunto viscoso (Ferguson).................................................................................................................................. 73
Differenziale Torsen Q2 ...................................................................................................................................... 76
LA TRAZIONE INTEGRALE: CENNI STORICI ..................................................................................................... 87
TRAZIONE ANTERIORE, POSTERIORE, INTEGRALE ....................................................................................... 89
Trazione anteriore ............................................................................................................................................... 90
Trazione posteriore ............................................................................................................................................. 92
Trazione integrale ............................................................................................................................................... 94
Trazione integrale inseribile e permanente ........................................................................................................ 96
DIFFERENZIALI APERTI ....................................................................................................................................... 97
Differenziale aperto (open) ................................................................................................................................. 97
Marcia rettilinea con uguali condizioni di aderenza .......................................................................................... 100
UTILIZZO DEI DIFFERENZIALI BLOCCABILI .................................................................................................... 103
DIFFERENZIALI TORSEN ................................................................................................................................... 110
Torsen A ........................................................................................................................................................... 111
Torsen B ........................................................................................................................................................... 116
Torsen C ........................................................................................................................................................... 117
APPLICAZIONE DELL‟ELETTRONICA ............................................................................................................... 122
Applicazione dell‟elettronica ............................................................................................................................. 122
Frizioni Haldex .................................................................................................................................................. 123
SCHEMI DI TRAZIONI INTEGRALI ...................................................................................................................... 124
NUOVA PANDA 4X4............................................................................................................................................. 134
Generalita‟ ........................................................................................................................................................ 134
Coppia motrice ed aderenza ......................................................................................................................... 135
La trazione integrale ....................................................................................................................................... 138
Trazione integrale permanente ..................................................................................................................... 140
Trazione integrale inseribile .......................................................................................................................... 140
Trasmissione del moto ................................................................................................................................... 140
Presa di forza e gruppo di rinvio ........................................................................................................................ 141
Albero di trasmissione .................................................................................................................................... 142
Giunto viscoso ................................................................................................................................................... 142
Differenziale posteriore .................................................................................................................................. 145
Sistema antibloccaggio in decelerazione (MSR) ............................................................................................... 146
Complessivo trazione integrale panda 4x4 ....................................................................................................... 146
Descrizione ........................................................................................................................................................ 146
Complessivo differenziale anteriore e coppia conica ( PTU) ............................................................................ 147
FIAT SEDICI ......................................................................................................................................................... 148
Cambio .............................................................................................................................................................. 149
Gruppo di rinvio ................................................................................................................................................. 149
Albero di trasmissione ....................................................................................................................................... 150
Giunto elettromagnetico .................................................................................................................................... 150
Differenziale posteriore ..................................................................................................................................... 151
Dinamica della vettura ....................................................................................................................................... 151
FIAT SEDICI GESTIONE ELETTRONICA 4WD .................................................................................................. 152
Descrizione generale ......................................................................................................................................... 152
Schema del circuito ........................................................................................................................................... 154
Connettore della centralina elettronica del Nodo 4WD ..................................................................................... 155
Accesso al deviatore (interruttore) di comando ................................................................................................. 156
Controllo funzionamento verifica Interruttore 2WD/4WD .................................................................................. 156
Controllo funzionamento del sensore temperatura interna del giunto .............................................................. 156
Funzionamento dell‟interruttore 2WD/4WD ....................................................................................................... 157
Modalità di trazione ........................................................................................................................................... 158
Funzionamento dell‟indicatore AUTO/LOCK ..................................................................................................... 158
Funzionamento dell‟EMCD ................................................................................................................................ 159
Segnali di ingresso e di uscita ........................................................................................................................... 160
Caratteristiche dell‟EMCD ................................................................................................................................. 161
Regolazione della corrente massima ................................................................................................................ 161
Diagnosi strumentale. ........................................................................................................................................ 162
TRAZIONE INTEGRALE ALFA 156 CROSSWAGON Q4 E ALFA 156 SPORTWAGON Q4.............................. 163
Descrizione ........................................................................................................................................................ 164
Percentuale di bloccaggio e ripartizione della coppia asse anteriore / posteriore .......................................... 168
Tiro .................................................................................................................................................................... 169
Rilascio .............................................................................................................................................................. 170
Funzionamento del differenziale epicicloidale Torsen tipo C ............................................................................ 171
Gruppo differenziale anteriore e coppia conica (PTU, Power Trasmission Unit) .............................................. 172
Revisione del gruppo differenziale anteriore e coppia conica (PTU, Power Trasmission Unit ) ..................... 173
Torque tube ....................................................................................................................................................... 175
Gruppo coppia conica e differenziale posteriore ( RDA, Rear Differential Axel) ............................................. 175
Revisione gruppo coppia conica e differenziale posteriore (RDA, Rear Differential Axel) ............................ 176
DIAGNOSI DEGLI INCONVENIENTI ................................................................................................................... 177
PNEUMATICI ED ASSETTO RUOTE .................................................................................................................. 182
LA RUOTA ......................................................................................................................................................... 182
IL PNEUMATICO............................................................................................................................................... 183
LA TRASMISSIONE DEL MOTO DAL MOTORE ALLE RUOTE
PREMESSA: il moto dell‟autoveicolo si basa sulla spinta all‟asse delle ruote motrici generata per
aderenza delle medesime al suolo.
Tale spinta, in marcia avanti o in retromarcia, secondo il verso della coppia motrice alle ruote, è la
risultante delle azioni che si sviluppano tra ruota e strada.
Nel caso delle automobili le ruote motrici appartengono allo stesso asse e sono disposte in modo
simmetrico rispetto al piano simmetrico del veicolo.
La spinta risultante sul veicolo deve risultare applicata nel piano di mezzeria, altrimenti si
richiederebbero al conducente delle azioni correttive di guida.
L‟azione motrice deve essere egualmente ripartita su entrambe le ruote motrici dello stesso asse.
LA “TRASMISSIONE”: il concetto di trasmissione rappresenta l‟insieme degli organi e dei sistemi
che hanno lo scopo di trasmettere dal motore alle ruote la coppia motrice necessaria al
movimento dell‟autoveicolo.
In pratica si tratta di organi, collegati tra loro, in grado di trasmettere alle ruote la coppia motrice
in funzione delle condizioni di marcia e delle caratteristiche del motore.
Nel caso di un veicolo con motore anteriore e trazione anteriore, gli organi della trasmissione a
partire dal motore sono:

innesto a frizione;

cambio di velocità;

differenziale;

semiassi (o semialberi);

mozzi ruote.
Nel caso di un veicolo con motore anteriore e trazione posteriore, gli organi della trasmissione a
partire dal motore sono:

innesto a frizione;

cambio di velocità;

giunti elastici o cardanici;

albero di trasmissione;

coppia conica di riduzione;

differenziale;

semiassi (o semialberi);

mozzi ruote.
SPINTA MOTRICE DEL VEICOLO
Per realizzare il moto del veicolo è necessario vincere un insieme di resistenze variabili nella
tipologia e nell‟intensità. In pratica considerando di mettere in movimento un autoveicolo,
partendo dal suo stato di fermo, si incontreranno le seguenti principali resistenze al moto:

FORZE E MOMENTI DI INERZIA;

RESISTENZA AL ROTOLAMENTO;

RESISTENZA DEGLI ATTRITI INTERNI;

RESISTENZA AERODINAMICA;

RESISTENZA DOVUTA ALLE PENDENZE STRADALI.
Il marcato carattere di variabilità di queste resistenze durante il moto di un autoveicolo, si traduce
nell‟esigenza di trasmettere alle ruote una coppia motrice di intensità variabile nel tempo,
secondo i bisogni dell‟insieme delle forze resistenti.
Le condizioni limiti della spinta motrice di un veicolo dipendono principalmente dal coefficiente di
aderenza delle ruote motrici. Naturalmente il sistema motore – trasmissione deve essere in grado
di utilizzare l‟aderenza disponibile alle ruote.
CARATTERISTICHE DEL MOTORE
Le prestazioni del motore vengono rilevate mediante prove al banco con funzionamento nel suo
intero campo di utilizzo. I risultati di tali prove sono rappresentati dalle curve caratteristiche,
ottenute a pieno carico in funzione del numero di giri, della coppia motrice, della potenza e del
consumo specifico.
Le curve di potenza e di coppia illustrate sono ottenute a motore rodato (50 ore di funzionamento)
senza ventilatore con silenziatore di scarico e filtro aria, a livello del mare.
FUNZIONAMENTO DEL MOTORE
A. area positiva
della
potenza
motrice;
B. area
negativa
della
potenza
frenante.
Nelle curve caratteristiche del motore si distinguono quattro particolari condizioni:
1. il funzionamento al minimo, ossia quando il motore eroga la potenza sufficiente per
comandare gli accessori;
2. funzionamento con coppia massima, generalmente questa condizione corrisponde al
campo di funzionamento con maggior rendimento energetico;
3. funzionamento con massima potenza, corrisponde alle migliori prestazioni complessive
ed in particolare di velocità;
4. funzionamento al massimo numero di giri, è caratterizzato dall‟inizio della caduta delle
prestazioni in termini di potenza e soprattutto di rendimento, per cui oltre tale limite è
sconveniente.
TRASMISSIONE DELLA POTENZA ALLE RUOTE
i rappresenta in % la pendenza della strada;
D rappresenta la massima velocità prevista, con pendenza della strada 0%.
Il principale metodo di regolazione della potenza trasmessa alle ruote si ottiene mediante la
variazione di carico al motore, intervenendo sulla posizione dell‟acceleratore.
La trasmissione a sua volta, mediante il cambio di velocità, consente di avere la potenza
massima disponibile alle ruote motrici per diversi valori di velocità del veicolo.
A tale scopo sono determinanti il numero delle marce ed i rispettivi rapporti di trasmissione.
Nella figura sopra riportata vengono messe a confronto le diverse curve di potenza trasmissibili
ottenute alle diverse marce in avanti del cambio di velocità.
RESISTENZA AL MOTO DELL’AUTOVEICOLO
FORZA DI INERZIA E MOMENTI DI INERZIA
Partecipano alla determinazione delle forze d‟inerzia durante il moto di accelerazione o
decelerazione, tutte le masse traslate del veicolo, secondo la relazione:
Fi = - m a [ N ]
Le masse che subiscono un‟accelerazione (positiva o negativa) durante il loro moto di rotazione
intorno ad un‟asse, generano una coppia resistente data dal prodotto del momento di inerzia I per
l‟accelerazione angolare  :
Mi = - I  [ N m ]
In figura viene illustrato l‟accelerazione massima in funzione della velocità di un veicolo dotato di
un cambio di velocità a quattro marce in avanti.
RESISTENZA AL ROTOLAMENTO
Considerando il veicolo in condizioni di moto uniforme, il rotolamento del pneumatico sulla strada
comporta una complessiva resistenza al moto che dipende principalmente dal pneumatico e dalle
condizioni dinamiche agenti su di esso.
Tale resistenza assume la denominazione di “resistenza al rotolamento”; essa è dovuta
maggiormente all‟isteresi del materiale costituente il pneumatico ed in piccola parte alle
resistenze di tipo aerodinamiche sulla ruota, agli strisciamenti (piccoli) che si verificano nella zona
di aderenza tra pneumatico e strada ed all‟attrito del perno.
Questo tipo di resistenza è presente su tutte le ruote ed aumenta col crescere della deformazione
della ruota sulla strada sotto l‟azione statica del carico. Quindi aumentando il carico sugli assi
delle ruote aumenta sia l‟aderenza sia la resistenza al rotolamento, come è facile verificare per il
traino di un asse (carico / scarico) con le ruote folli.
In pratica la resistenza al rotolamento si può rappresentare mediante la relazione:
FR = - f Pi [ N ];
dove:
f è analogo al coefficiente di attrito ed è ricavato per via sperimentale, dipende dalla pressione di
gonfiaggio, dalla velocità, dal raggio della ruota, dall‟area di contatto con il suolo, dal peso sulla
ruota, dal tipo di struttura del pneumatico dal materiale che la costituisce, dalla natura e dalle
condizioni della strada ecc. In particolare f cresce con la velocità, all‟inizio molto lentamente ma,
raggiunti determinati valori di velocità, cresce molto rapidamente al punto da rendere
sconveniente e naturalmente anche pericoloso il suo utilizzo in questo campo.
Pi è il la forza agente sull‟asse della ruota.
RESISTENZA DEGLI ATTRITI INTERNI
Si considerano come resistenze dovute agli attriti quelle interne ai gruppi o componenti
contenenti gli organi mobili o comunque in moto relativo tra loro:

ingranaggi;

perni;

cuscinetti;

ecc.
Queste resistenze sono particolarmente presenti nei gruppi della trasmissione (cambio,
differenziale ecc.). Naturalmente una corretta lubrificazione di questi organi riduce ma non
elimina tali resistenze. Esse dipendono direttamente dai carichi trasmessi, dalle geometrie dei
componenti, dalle tolleranze di accoppiamento, dal montaggio, dallo stato di usura, dai materiali,
dalla lubrificazione.
Alcune soluzioni tecniche tendono a ridurre i valori delle resistenze di attrito, per esempio
l‟adozione di cuscinetti volventi in luogo di quelli a strisciamento.
Principalmente il modo per ridurre le resistenze di attrito è adottare e mantenere le idonee
condizioni di lubrificazione, con la scelta della tipologia degli oli, con regolari e periodici controlli;
inoltre sono importanti i controlli delle condizioni di usura dei componenti per poter applicare una
manutenzione preventiva o a condizione.
In pratica si cerca di mantenere al minimo i valori dei coefficienti di attrito evitando il contatto
diretto e lo strisciamento dei vari organi meccanici.
Un importante fattore di influenza sullo stato di lubrificazione è la temperatura del lubrificante che
a sua volta dipende dalla potenza trasmessa, dal sistema di lubrificazione, dal sistema di
raffreddamento, dalle quantità di lubrificante impiegate, ecc.
RESISTENZA AERODINAMICA
Un‟importante influenza sulla determinazione delle caratteristiche della trasmissione è la
resistenza aerodinamica dell‟autoveicolo.
In pratica essa è la forza diretta secondo la velocità relativa del fluido rispetto al corpo
dell‟autoveicolo e si oppone al moto. Dipende dall‟attrito del fluido, dalla superficie d‟ingombro e
dalla forma esterna dell‟involucro immerso nel fluido.
La viscosità del fluido consente ad uno strato molto piccolo di aderire all‟involucro del corpo; gli
altri strati a poca distanza hanno velocità rapidamente crescenti. Le maggiori resistenze derivano
dai cosiddetti vortici di scia; veri e propri moti turbolenti di fluido.
L‟influenza della velocità relativa del fluido rispetto alla vettura segue la legge del quadrato, cioè
raddoppiando la velocità la resistenza aumenta di ben quattro volte.
Ciò è importante, quando per l‟autoveicolo sono previste velocità elevate con superficie di forma
frontale significativa.
RESISTENZA ALLA MARCIA IN SALITA
Le strade destinate alla circolazione degli autoveicoli non superano la pendenza del 10%. Nella
figura illustrata si rappresenta la resistenza alla marcia in salita applicata nel baricentro G
dell‟autoveicolo.
l è l‟interasse;
mg la forza peso;
 l‟angolo che determina la pendenza della strada (i = tg ).
La forza resistente al moto attribuibile alla salita è rappresentata dalla componente della forza
peso lungo la direzione del piano inclinato:
FR = - m g sen  [ N ]
Essa dipende direttamente dalla massa e dalla pendenza stradale, inoltre le condizioni di
aderenza alle ruote motrici devono garantire l‟applicazione di una forza di spinta ben maggiore
della resistenza di salita. Da ciò deriva il limite di pendenza massima superabile che caratterizza
ciascun autoveicolo omologato.
RENDIMENTO DELLA TRASMISSIONE
Il rendimento della trasmissione dipenderà in primo luogo dal tipo di trasmissione, per esempio
secondo il tipo di cambio di velocità di cui è dotata, es. meccanico, semiautomatico, automatico.
Nel caso di una trasmissione meccanica con cambio ad ingranaggi si può affermare che il
rendimento della stessa sarà molto alto ed il suo valore dipenderà principalmente dal tipo di ruote
dentate, dal sistema e dalle condizioni di lubrificazione, dal montaggio e dalla velocità di
rotazione.
I valori del rendimento per i tipi di trasmissioni più comuni possono essere indicativamente distinti
nei seguenti:

nel caso di veicoli con motore e trazione anteriore, trasmissione con cambio con presa diretta, 
= 92%; con le altre marce  = 87%;

nel caso di veicoli con motore anteriore e trazione posteriore, trasmissione con cambio con presa
diretta,  = 93%;
Nel caso di una trasmissione con cambio automatico con convertitore di coppia idraulico il
rendimento è difficilmente valutabile, infatti dipende principalmente dai valori di scorrimento tra
pompa e turbina del convertitore.
Un‟applicazione con lo scopo di aumentare il rendimento della trasmissione è quella di bloccare,
in corrispondenza di bassi valori di scorrimento, il convertitore di coppia trasformandolo in pratica
in un giunto rigido.
Nel caso di una trasmissione con cambio automatico con cinghie su pulegge a diametro variabile
il rendimento è difficilmente rilevabile, in termini di confronto si può affermare che esso è più
elevato in presenza di una singola cinghia.
POTENZA NECESSARIA AL MOTO
La potenza disponibile alle ruote motrici deve essere la somma delle potenze dissipate dalle
singole resistenze al moto del veicolo.
In termini di prestazioni diventa fondamentale l‟insieme delle caratteristiche del sistema motore –
trasmissione – aderenza ruote, determinando la curva di potenza disponibile alle ruote in
funzione della rotazione del motore e della marcia innestata.
Nelle figure illustrate sono rappresentate nell‟ordine:
o
la potenza del motore Pm e la potenza disponibile alle ruote Pd in funzione della velocità
di rotazione del motore m ;
o
la determinazione del rapporto di trasmissione che permette di raggiungere la velocità
massima Vmax, mediante la curva della potenza necessaria al moto P n in corrispondenza di una
determinata pendenza i;
o
la determinazione della massima pendenza superabile i, con un determinato rapporto di
trasmissione.
INGRANAGGI
I gruppi della trasmissione, quali il cambio di velocità e il differenziale, sono composti da
ingranaggi, quindi ruote dentate. Le caratteristiche di queste ultime determinano in modo univoco
il comportamento di trasmissione del gruppo cui appartengono. Per tale ragione è necessario
approfondire la conoscenza delle principali tipologie e caratteristiche delle ruote dentate.
L‟ingranamento di due ruote dentate deve avvenire tra denti che hanno le stesse caratteristiche
geometriche, di resistenza meccanica e di durezza superficiale per avere un‟ usura uniforme. E‟
invece diverso il numero dei denti delle due ruote, ciò per consentire la variazione dei parametri
della potenza trasmessa.
CARATTERISTICHE DELLE RUOTE DENTATE
Il profilo del dente può essere di diversi tipi e realizzato con diversi gradi di precisione nel suo
processo di fabbricazione. Questa caratteristica influisce sulla durata, sulla rumorosità, sul
rendimento della trasmissione, ecc.
Il numero minimo dei denti della ruota più piccola rappresenta il limite al di sotto del quale non
è più garantita la regolarità della trasmissione (almeno due denti in presa).
La dimensione del dente, è determinata dalla massima forza scambiata tra i denti in presa e dal
materiale che lo costituisce.
La scelta dei materiali è determinata dai carichi sui denti e dall‟importanza della riduzione degli
ingombri e dal numero di ore di funzionamento previste per l‟ingranaggio.
Il rendimento delle ruote dentate è il rapporto tra la potenza trasmessa alla ruota condotta e la
potenza della ruota conduttrice.
RAPPORTO DI TRASMISSIONE
Il rapporto di trasmissione tra due ruote dentate coniugate è dato dal rapporto del numero dei
denti delle due ruote da cui consegue il rapporto dei numeri di giri dei due rispettivi alberi
(n condotto / n conduttore).
In questo modo ad una riduzione del numero di giri trasmesso si ha un aumento inversamente
proporzionale della coppia trasmessa, in virtù del principio che la potenza trasmessa rimane al
più costante.
RUOTE DENTATE CILINDRICHE A DENTI ELICOIDALI
Il modo per aumentare il numero di denti contemporaneamente in presa è quello di avere ruote
dentate cilindriche con i denti elicoidali.
Questa condizione migliora la distribuzione delle forze scambiate tra i denti delle ruote coniugate,
ciò significa che a parità di carichi si possono utilizzare ruote più piccole con guadagno sugli
ingombri e sui pesi, inoltre si hanno minori urti tra i denti a causa di un più regolare accesso dei
denti nella zona d‟ingranamento, a tutto vantaggio della silenziosità e della durata.
Ai fini del rapporto di trasmissione, dei materiali, ecc. vale quanto già detto per le ruote cilindriche
a denti dritti.
TIPOLOGIA DI TRASMISSIONI AD INGRANAGGI
Ruote
cilindriche
Ruote
coniche
INGRANAGGI
Vite
fine
senza
Cremagliera
DENTE E SUO
PROFILO
Diritto
Elicoidale
Bielicoidale
Spiroidale
Ipoidale
Paralleli
DISPOSIZIONE
DEGLI ASSI
Perpendicolari
Sghembi
FORZE SCAMBIATE TRA I DENTI
La forza scambiata tra due denti lungo l‟arco di ingranamento mantiene costante la retta d‟azione
grazie al particolare profilo del dente.
RUOTE CILINDRICHE A DENTI DIRITTI
Nel caso delle ruote dentate
cilindriche a denti dritti, la retta
d‟azione (a) forma un angolo di
pressione () costante. La forza F
scambiata tra i denti è la risultante
di due componenti: radiale e
tangenziale.
La coppia della ruota è data dalla
componente tangenziale Fu
moltiplicata per il raggio della
circonferenza primitiva (rp1).
Sui supporti dell‟albero della ruota
si scaricano entrambe le
componenti.
RUOTE CILINDRICHE A DENTI ELICOIDALI
Nel caso delle ruote dentate
cilindriche a denti elicoidali le
componenti della forza F
sono tre: tangenziale Fu,
assiale Fa, radiale Fr; la
coppia si ricava nello stesso
modo del caso precedente.
Diverso è il carico sui
supporti dell‟albero i quali, in
questo caso, devono
bilanciare anche la forza
assiale, richiedendo allo
scopo appositi cuscinetti in
grado di reagire ai carichi
assiali.
RUOTE CILINDRICHE BIELICOIDALI
La ruota dentata cilindrica bielicoidale nasce allo scopo di
bilanciare sulla stessa ruota le componenti assiali
generate dalle forze scambiate tra i denti.
Quindi ai fini dei carichi sui supporti si avranno solo
carichi radiali.
RUOTE CONICHE
Nella trasmissione pignone-corone della coppia
conica, pur nel caso più semplice dei denti
dritti, la forza scambiata tra i denti P,
scomposta da luogo:

alla componente tangenziale F che determina
con i raggi delle primitive le coppie sui due
alberi;

alla componente S che a sua volta genera le
componenti radiale e tangenziale che si
scaricano sui supporti degli alberi.
Quindi qualunque sia il tipo di dente delle ruote
coniche della coppia i cuscinetti dovranno
resistere anche alle spinte assiali.
VITE SENZA FINE
Nella trasmissione tra vite senza fine –
ruota adenti elicoidali la forza risultante
R da luogo A:

Ft (tangenziale per la vite e assiale per la
ruota);

Fa (assiale per la vite e tangenziale per
la ruota);

S (componente radiale per entrambi gli
alberi).
L‟entità della componente assiale per la
vite senza fine richiede ai supporti
l‟applicazione di cuscinetti reggispinta o
robusti cuscinetti assial-radiali.
CICLO DI LAVORAZIONE INGRANAGGI
STAMPAGGIO: gli ingranaggi sono stampati a caldo e successivamente subiscono un
trattamento di ricottura isotermica.
TORNITURA: operazione necessaria per determinare le dimensioni di circonferenza e
spallamento dell‟ingranaggio. Sul foro interno verrà lasciato un sovrametallo per permettere la
rettifica dello stesso foro dopo trattamento.
DENTATURA: una apposita macchina (dentatrice) crea il taglio con il creatore della ruota sia per
ingranaggi a denti diritti sia a quelli elicoidali. Verrà lasciato un sovrametallo per la finizione del
dente.
SMUSSATURA: operazione effettuata con (smussatrice) e necessaria ad eliminare le bavature di
lavorazione del dente, nonché creare lo smusso sul profilo.
FRESATURA E FORATURA: su tutti gli ingranaggi ove necessita la lubrificazione.
RASATURA SBARBATURA: lavorazione necessaria alla finizione del dente. Ove necessita il
dente viene rettificato.
PIANTAGGIO: sotto pressa dell‟anello dentato sincronizzatore sull‟ingranaggio.
SALDATURA: effettuata con saldatrice laser o fascio elettronico.
FILETTATURA: sulla superficie conica del cono accoppiatore ove richiesta.
TEMPRA SUPERFICIALE: trattamento di cementazione e tempra.
RETTIFICA: foro, rasamenti e cono.
a
a
SMERIGLIATURA: operazione che si effettua su ingranaggi di 1 e 2 velocità.
LAVAGGI: nel ciclo di lavorazione i lavaggi sono un‟operazione essenziale in lavorazione per
evitare che esistano incompatibilità di refrigeranti, in saldatura per evitare che durante
l‟operazione si formino cricche ecc., in trattamento termico per garantire omogeneità di
penetrazione del trattamento stesso. Completato il ciclo di lavorazione il lavaggio finale
garantisce una buona pulizia al montaggio interno del cambio.
ROTISMI
I rotismi sono meccanismi costituiti da due o più ruote dentate ingranante tra loro allo scopo di
trasmettere la potenza meccanica dell‟albero d‟ingresso all‟albero di uscita del sistema,
variandone i valori dei suoi parametri (coppia e numero di giri).
Il rotismo si denominerà riduttore quando il numero di giri dell‟albero di uscita del moto è minore
rispetto a quello dell‟albero d‟ingresso, in questo caso si ottiene una moltiplicazione della coppia
di uscita rispetto a quella entrante. Nel caso opposto si denominerà moltiplicatore.
Il rapporto di trasmissione del rotismo è dato dal numero di giri dell‟albero d‟ingresso rispetto a
quello di uscita.
 = ni / nu
Quando il sistema rotismo, mediante opportuni organi di comando, è in grado di variare il
rapporto di trasmissione del complessivo (n rapporti di trasmissione) prende il nome di cambio di
velocità.
I rotismi si suddividono in:

rotismi ordinari (gli assi di tutte le ruote dentate sono fissi);

rotismi epicicloidali (le cui ruote dentate si distinguono in planetari cioè quelli ad asse fisso e
satelliti cioè quelli aventi gli assi in rotazione intorno ad un altro asse del rotismo).
RAPPORTO DI TRASMISSIONE
Il rotismo in figura è composto di:
n. 4 alberi (albero motore in ingresso, a e b intermedi, albero mosso in uscita);
n. 6 ruote dentate, tutte solidali ai rispettivi alberi.
Il rapporto di trasmissione globale del rotismo è dato dal prodotto dei rapporti di trasmissione
delle coppie di ruote dentate ingrananti.
 = (n1 / n2) (n2 / n3) (n3 / n4) = n1 / n4
 = (Z1 / z1) (Z2 / z2) (Z3 / z3);
;
ROTISMI EPICICLOIDALI
Questi rotismi sono caratterizzati dalla presenza di alcune ruote dentate (satelliti) che sono
trasportate con i loro assi da un equipaggio mobile (portatreno), mentre le altre ruote a dentatura
esterna o interna sono ad asse fisso (planetari).
In figura sono illustrati due rotismi semplici di questo tipo di uso molto comune, nel primo i due
planetari sono entrambi a dentatura interna; nel secondo i due planetari sono uno a dentatura
interna e l‟altro a dentatura esterna.
P: portatreno;
A: planetario (pignone);
B: planetario (corona a dentatura esterna);
a: satellite;
b: satellite;
RAPPORTO DI TRASMISSIONE
Con questo meccanismo sono possibili diverse condizioni:
1. un albero motore, uno condotto ed uno fisso;
2. un albero motore e due condotti;
A: velocità angolare ruota A;
B: velocità angolare ruota A;
: velocità angolare del portatreno;
3. due alberi motori ed uno condotto.
Considerando il caso 1), a seconda dell‟albero che si blocca si ha un diverso rapporto di
trasmissione tra i due rimanenti.
Nella figura seguente è rappresentato il caso più comune, nel quale risulta bloccato il planetario
B.
Immaginando di dare al portatreno una velocità angolare di -  il rotismo diventerà ordinario. In
questo caso sarebbe fermo ed i planetari avrebbero le velocità angolari (A - ) e (B - ) .
In seguito a questa considerazione risulta facile comprendere la formula di Willis:
ordinario = (A - ) / (A - ) ;
che consente di determinare il rapporto di trasmissione del rotismo
 = (A - ) = 1 + (ZB - ZA) ;
CUSCINETTI
I cuscinetti impiegati per supportare agli alberi e i mozzi degli organi della trasmissione sono del
tipo volvente.
Ciascun tipo di cuscinetto sarà più o meno adatto ad una particolare applicazione in funzione
della sua conformazione.
Quindi la scelta dei cuscinetti viene impostata in base ai bisogni applicativi: entità dei carichi,
tipologia dei carichi, precisione di funzionamento, silenziosità, orientabilità, dilatazioni assiali ecc.
La funzione principale dei cuscinetti è di consentire la rotazione degli organi in movimento e
scaricare sui supporti i carichi sia statici, sia dinamici del sistema meccanico.
Il montaggio del cuscinetto per un albero di trasmissione e la sua sistemazione sul supporto
rappresenta la realizzazione di un vincolo.
TIPOLOGIE DI CUSCINETTI
IMMAGINE
TIPOLOGIA
APPLICAZIONE
CUSCINETTI
RADIALI
SFERE
A
CUSCINETTI
RADIALI
RULLI
A
CUSCINETTI
ASSIALI
SFERE
A
CUSCINETTI
ASSIALI
RULLI
A
CUSCINETTI
RADIALI
–
ASSIALI
A
RULLI A BOTTE
CUSCINETTI
ORIENTABILI A
RULLI CONICI
CRITERI DI SCELTA DEI CUSCINETTI
SPAZIO DISPONIBILE
Generalmente il diametro del foro del cuscinetto
(nominale dell‟albero) è un valore prefissato e
dipendente solo dalle caratteristiche meccaniche del
gruppo.
Il diametro esterno del cuscinetto dipende quindi dal
tipo di cuscinetto, in particolare da:
tipo e dimensione del volvente;
classe del cuscinetto;
presenza dell‟anello esterno.
Naturalmente l‟aumento dell‟entità di carico induce alla
scelta di cuscinetti di dimensione maggiore, quindi le
due esigenze: maggior resistenza e minor ingombri
risultano contrastanti.
Quando lo spazio in senso radiale è limitato si
utilizzano i cuscinetti a rullini.
Quando lo spazio è limitato in senso assiale si possono
usare alcune tipologie di cuscinetti ad una corona di
volventi.
Lo stesso criterio si adotta per i cuscinetti per carichi
puramente assiali.
CARICHI RADIALI ED ASSIALI
ENTITÁ DEL CARICO
Il limite di resistenza degli elementi resistenti
del cuscinetto è alla pressione specifica
dovuta allo schiacciamento dei corpi. Per
questa ragione è molto importante il valore
della durezza degli elementi a contatto
(volventi e piste degli anelli).
A parità di limite di pressione specifica e di
diametro del volvente, si verifica che i rulli
resistono a carichi più elevati rispetto alle
sfere
DIREZIONE DEL CARICO
Un fattore importante nella scelta del tipo di
cuscinetto è la direzione del carico
scomposto secondo le direzioni radiale e
assiale.
Quindi la distinzione dei cuscinetti in:
radiali;
assial-radiali;
assiali.
CARICO ASSIALE
Il carico assiale può essere controbilanciato
da appositi cuscinetti secondo il verso del
carico o da cuscinetti assiali, in grado di
rispondere in entrambi i versi.
Per esempio a questo scopo risulta molto
interessante, per alcuni cambi di velocità,
l‟applicazione dei cuscinetti a quattro
contatti a sfere.
Per i carichi assiali moderati ad alte velocità
si impiegano i cuscinetti assiali a sfere
obliqui a semplice effetto o combinati.
In certi casi si rende necessaria
l‟applicazione di cuscinetti assiali orientabili
a rulli orientabili
Per i carichi assiali moderati agenti in un
solo senso, sono adatti i tipi assiali a rullini.
Per forti carichi assiali alternatisi possono
montare l‟uno accanto all‟altro, due
cuscinetti assiali a rulli cilindrici o due assiali
orientabili a rulli.
CARICHI COMBINATI
Il carico combinato è costituito da una
componente radiale e da una componente
assiale agenti contemporaneamente.
La capacità di un cuscinetto di reggere alla
parte assiale del carico è determinata dal
suo angolo di contatto .
La capacità di resistere ai carichi assiali
dei cuscinetti radiali a sfere dipende dal
loro giuoco interno.
I cuscinetti a rulli cilindrici possono reggere
anche i carichi assiali quando presentano
l‟anello di spalleggiamento.
Quando predominano i carichi assiali,
trovano migliore applicazione i cuscinetti
obliqui a quattro contatti, quelli assiali
orientabili a rulli e quelli a rulli cilindrici o
conici incrociati.
ALTRI TIPI DI CARICHI
CARICO DA MOMENTO RIBALTANTE
In presenza di carico eccentrico rispetto al
cuscinetto, nasce un momento ribaltante.
I cuscinetti in grado di resistere a questo
pericoloso tipo di carico sono quelli a doppia
corona ( radiali od obliqui a sfere) per entità di
carico moderate, quelli a rulli conici contrapposti
con montaggio ad X o ad O, per entità di carico
elevati.
DISALLINEAMENTO
In caso di alberi lunghi soggetti a flessione si
genera tra l‟albero e l‟alloggiamento un
disallineamento che, se ostacolato dal
cuscinetto, genera un imprevisto sovraccarico
per lo stesso.
In questi casi si adottano cuscinetti atti a
consentire piccole variazioni di inclinazione
dell‟asse dell‟albero rispetto a quello della sede.
ALTRI REQUISITI PER LA SCELTA DEI CUSCINETTI
PRECISIONE
I cuscinetti di precisione superiore trovano applicazione dove è
richiesta una elevata precisione di lavorazione, per esempio i
mandrini delle macchine utensili.
VELOCITA‟
L‟elevata velocità di rotazione porta ad un aumento della
potenza di attrito dissipata in calore, quindi ad un aumento delle
temperature dei componenti.
Risultano quindi idonei allo scopo i cuscinetti con volventi a
sfere per presentano il minimo attrito.
SILENZIOSITA‟
La rumorosità è causata dai microurti di rotolamento dei
volventi, quindi la silenziosità sarà una caratteristica dei
cuscinetti a sfere ed in generale i cuscinetti di maggior
precisione.
RIGIDEZZA
La rigidezza di un cuscinetto è la sua capacità di resistere a
lasciarsi deformare elasticamente sotto carico.
Dove previsto la rigidezza viene aumentata al montaggio col
precarico sul cuscinetto.
SPOSTAMENTO ASSIALE
Una delle principali cause che producono l‟allungamento
dell‟albero rispetto alle sedi è di natura termica.
Per questi casi si realizzano con i cuscinetti dei vincoli che
consentono piccoli spostamenti assiali.
La condizione di libertà di movimento può appartenere al
cuscinetto o può essere realizzata tra il cuscinetto e la sua sede.
GIOCHI
GIUOCO PRIMA E DOPO IL MONTAGGIO
È importante distinguere tra il giuoco interno di un
cuscinetto prima del montaggio e quello di un cuscinetto
montato e funzionante.
Il giuoco durante il funzionamento è minore di quello
prima del montaggio in quanto gli anelli si espandono o
si comprimono per effetto dei forzamenti e a causa della
dilatazione termica.
VALORE DEI GIUOCHI
Per i cuscinetti obliqui appaiati ad una corona di sfere, per quelli appaiati a rulli conici e per i cuscinetti obliqui a
doppia corona di sfere viene riportato il giuoco interno assiale in quanto è più facile da misurare e da tenere
sotto controllo di quello radiale.
Espansione
interno
dell‟anello Come regola generale, il giuoco interno in funzionamento
Compressione dell‟anello
è leggermente maggiore di zero.
esterno
Per i cuscinetti a rulli cilindrici ed orientabili a rulli, in
funzionamento deve essere previsto un certo giuoco
interno, seppur leggero; per i cuscinetti a rulli conici è di
solito consigliabile.
I cuscinetti obliqui a sfere e a rulli conici per
sistemazione che richiedono rigidezza, come nei
pignoni conici o nei mandrini delle macchine utensili,
sono montati con un certo precarico.
BLOCCAGGIO DEI CUSCINETTI
BLOCCAGGIO RADIALE DEI CUSCINETTI
In certe condizioni di carico gli anelli devono essere bloccati radicalmente per impedire che ruotino sulla sede.
CARICO ROTANTE
Montare con interferenza
l‟anello fermo in cui, in un giro,
tutti i punti della sua pista sono
soggetti a carico.
CARICO FERMO
Montare con interferenza l‟anello
che ruota.
Quando la direzione del carico è indeterminata, ad esempio nelle
applicazioni vibranti, montare con interferenza entrambi gli anelli.
ANCORAGGIO ASSIALE DEI CUSCINETTI
Per l‟ancoraggio assiale appropriato degli anelli non basta l‟interferenza, ma sono necessari altri sistemi.
Ancoraggio assiale
del cuscinetto di
vincolo.
Disposizione del cuscinetto non di
vincolo con l‟anello interno vincolato
assialmente.
Ancoraggio assiale di cuscinetti “in opposizione”
con ancoraggio assiale da un solo lato.
MONTAGGIO DEI CUSCINETTI RADIALI – ASSIALI
Il comparatore deve essere impiegato per misurare il
giuoco assiale interno.
Una volta montato il comparatore, per rilevare il giuoco
bisogna spingere completamente in un senso e nell‟altro.
La sistemazione ad O, rispetto a quella ad X, comporta
una maggiore resistenza al carico da momento ribaltante,
ma nel contempo una maggiore difficoltà di montaggio.
La registrazione con coperchio e spessori è un metodo
valido per le disposizioni ad X.
I piccoli cuscinetti possono essere registrati con una
ghiera ed una chiave a settore.
Con i grossi cuscinetti può essere necessario usare
l‟iniezione d‟olio.
LUBRIFICAZIONE DEI CUSCINETTI
LUBRIFICAZIONE
La funzione principale di un lubrificante è quella di formare un film in grado di separare tra loro le parti in
movimento dei cuscinetti, per ridurre l‟attrito e l‟usura.
Alcune delle proprietà importanti di un lubrificante sono la viscosità, la capacità a formare il film e, per il grasso,
la consistenza.
VISCOSITÁ
La viscosità è la facilità con cui un liquido fluisce. Tecnicamente è la
misura dell‟attrito interno esistente tra i vari strati molecolari di tale
liquido quando questo viene messo in moto.
CONSISTENZA
La consistenza è il grado di “rigidezza” di un grasso. Viene
classificata in gradazione NLGI (National Lubricanting Grease
Institute, USA), secondo una scala universalmente accettata.
ESEMPIO
L‟acqua ha una bassa viscosità, il miele ha una viscosità elevata.
NOTE
(A)
Grasso morbido: bassa consistenza, basso
indice NLGI.
(B)
Grasso duro: alta consistenza, alto indice
NLGI.
LUBRIFICAZIONE A STRATO LIMITE
Si ha una lubrificazione a strato limite quando lo spessore del
film è troppo piccolo per separare adeguatamente le superfici in
contatto.
È una condizione presente quando la quantità di lubrificante è
insufficiente o quando il moto relativo tra le due superfici è
troppo lento per la formazione di un film.
Questo si verifica anche quando la viscosità del fluido è troppo
bassa o fin dall‟inizio oppure per una temperatura elevata di
funzionamento.
In questa condizione di lubrificazione avvengono contatti diretti metallo contro metallo, che provocano saldature
localizzate dei picchi di rugosità. Alla fine si ha attrito ed usura elevati e affaticamento superficiale.
LUBRIFICAZIONE IDRODINAMICA
In questa condizione si ha la separazione completa delle
superfici in moto relativo da parte del film lubrificante.
L‟attrito è assai minore che nel caso della lubrificazione a strato
limite e non ci sono contatti intermetallici.
GRASSI AL CALCIO
La maggioranza dei grassi al calcio si può usare solo a temperature fino a
60°C, anche se taluni grassi di qualità sono efficaci fino a 120°C.
Impieghi dei grassi al calcio sono le macchine da carta e le macchine che
operano in ambiente marino.
TIPOLOGIE DI GRASSI
GRASSI AL SODIO
I grassi al sodio si possono usare in un ampio campo
di temperature e si hanno dei grassi sintetici al sodio
che arrivano fino a 120°C.
GRASSI AL LITIO
I grassi al litio offrono un‟eccellente resistenza al calore
e si possono utilizzare in un‟ampia gamma di
temperature. Di questa tipologia sono i grassi utilizzati
da SKF.
MISCIBILITÁ DEI GRASSI
Non bisogna mai mescolare grassi che non siano compatibili,
in quanto possono dare luogo ad una miscela che di solito ha
una
minore
consistenza
e
che
può
provocare
successivamente dei cedimenti a causa del trafilamento.
Se non si conosce il tipo di grasso immesso all‟origine, prima
di lubrificare bisogna toglierlo dal suo cuscinetto e dal suo
intorno.
SCELTA DEL GRASSO
I fattori più importanti da considerare quando si sceglie un grasso lubrificante sono:

Tipo di macchina

Tipo e dimensione del cuscinetto

Temperatura di lavoro

Condizioni di carico

Campo di velocità

Condizioni di funzionamento, come la vibrazione e la posizione dell‟albero, orizzontale o verticale

Raffreddamento

Efficacia delle guarnizioni di tenuta

Ambiente esterno
GRASSI PER ALTE TEMPERATURE (HT)
Si usa un grasso HT in generale quando la temperatura di funzionamento supera gli 80°C o
quando non sono accettabili intervalli di lubrificazione per cuscinetti che lavorano nell‟intervallo di
70-85°C.
GRASSI PER BASSE TEMPERATURE (LT)
Si usa un grasso LT quando la temperatura ambiente e quella di funzionamento sono al di sotto
di 0°C oppure per cuscinetti sottoposti a carichi leggeri, rotanti ad alte velocità, in applicazioni in
cui non si possono tollerare aumenti nelle temperature di funzionamento.
COMPONENTI DELLA CATENA CINEMATICA
Trazione anteriore

innesto a frizione;

cambio di velocità;

differenziale;

semiassi (o semialberi);

mozzi ruote.
Trazione anteriore
VOLANO
RUOTE
Trazione posteriore

innesto a frizione;

cambio di velocità;

giunti elastici o cardanici;

albero di trasmissione;

coppia conica di riduzione;

differenziale;

semiassi (o semialberi);
FRIZIONE
PONTE
ANTERIORE
CAMBIO
DIFFERENZIALE

mozzi ruote.
Trazione posteriore
VOLANO
PONTE
POSTERIORE
RUOTE
FRIZIONE
CAMBIO
COPPIA CONICA
E
DIFFERENZIALE
ALBERO DI
TRASMISSIONE
CON GIUNTI
VOLANO
E' l'organo che rende uniforme la rotazione del motore, accumulando energia durante le fasi
attive (espansioni) e restituendola durante le fasi passive.
Il volano è dimensionato per consentire al motore di girare al minimo senza arrestarsi e vincere il
lavoro di attrito da questo sviluppato durante il funzionamento a vuoto.
FRIZIONE
La frizione è il primo organo della trasmissione dell‟autoveicolo ed ha la funzione di collegare il
volano motore al cambio di velocità.
L‟innesto a frizione ha la proprietà di innestare e disinnestare il collegamento della trasmissione
al motore durante il moto, con un semplice comando proveniente dal pedale della frizione o da un
servocomando. Ciò consente al motore di funzionare al regime di minimo alimentando di energia
solo gli organi ausiliari senza rischiare lo spegnimento.
In fase di avviamento del veicolo la frizione ha il compito di collegare dolcemente e
progressivamente il motore alla trasmissione in modo da trasmettere il moto senza contraccolpi o
strappi.
CAMBIO
Il cambio di velocità è l‟organo che inserito fra il motore e le ruote consente di variare la coppia
motrice alle ruote per equilibrare la coppia resistente, mantenendo costante il campo di
funzionamento ottimale del motore (compreso tra il punto di coppia massima ed il punto di
potenza massima).
ALBERO DI TRASMISSIONE
1. Tronco
anteriore
2. Giunti
cardanici
3. Cuscinetto
4. Supporto
elastico
5. Staffa
6. Tronco
posteriore
Negli autoveicoli con gruppo motore/cambio anteriore e ruote motrici posteriori, o negli autoveicoli
a trazione integrale o 4x4, trasmissione del moto dal cambio di velocità al ponte posteriore
avviene per mezzo dell‟albero di trasmissione disposto lungo l‟asse longitudinale dell‟autoveicolo.
L‟albero di trasmissione, perfettamente equilibrato, deve soddisfare le seguenti condizioni:

Leggerezza; per evitare le sollecitazioni composte causa di vibrazioni.
 Robustezza per trasmettere la coppia motrice alle ruote.
Queste condizioni risultano soddisfatte con l‟adozione di alberi tubolari ottenuti da laminati di
acciaio saldati elettricamente.
L‟albero di trasmissione può essere in uno o più pezzi, a seconda della lunghezza e della
posizione del cambio di velocità rispetto al ponte; alle estremità si trovano le flange e le forcelle di
attacco ai giunti di collegamento (in alternativa alle forcelle sono usati giunti assiali).
Negli autoveicoli da turismo e di media cilindrata l‟albero di trasmissione è costruito in un sol
pezzo e, attraverso i giunti, resta collegato direttamente al cambio di velocità ed al ponte.
Negli autoveicoli veloci o con telaio molto lungo, l‟albero di trasmissione e costruito in due o tre
tronchi onde evitare ampie oscillazioni: il primo tronco è collegato mediante un giunto
(normalmente flessibile) al manicotto a forcella o giunto assiale calettato sull‟albero del cambio di
velocità, mentre il secondo tronco è collegato al primo ed al ponte mediante altri giunti. Un
supporto centrale elastico fissa l‟albero al telaio od alla carrozzeria.
In alcuni veicoli con motore anteriore e cambio collegato al ponte si sono avute delle applicazioni
di un albero di trasmissione flessibile costituito da un tondino di acciaio del diametro di circa 20
mm. Quest‟albero consente di raggiungere una deformazione elastica di circa 30° per assorbire
le vibrazioni che si verificheranno fra motore e propulsore. In questa trasmissione con albero
flessibile mancano i giunti elastici in quanto i due gruppi vengono collegati rigidamente mediante
un tubo entro il quale passa, guidato da cuscinetti, l‟albero di trasmissione.
GIUNTI
I giunti, posti alle estremità dell‟albero di trasmissione, sono elementi deformabili che consentono
all‟albero di trasmettere il moto dal cambio al ponte, vincolato elasticamente al telaio od alla
carrozzeria.
I giunti deformabili, a seconda dell‟inclinazione dell‟albero, dell‟entità e della variazione della
coppia motrice, possono essere così classificati:
 Giunti elastici


Giunti cardanici
Giunti assiali.
Giunti elastici
I giunti elastici hanno lo scopo di rendere più morbida e graduale la trasmissione della coppia
motrice all‟albero di trasmissione e sono impiegati per collegare alberi i cui assi formano angoli
da 3° a 10°.
Albero 1
3°÷10°
Albero 2
Un giunto elastico impiegato per angoli di inclinazione non superiori a 3° e il giunto Dinaflex.
1. disco di gomma
2. anelli metallici
3. bussola di acciaio
Esso è costituito da un disco di gomma vulcanizzata in cui sono annegati delle maglie flessibili,
costruite con trefolo metallico o con trefolo di fibre molto resistenti, che collegano a due a due le
boccole metalliche poste ai vertici di un esagono regolare ai quali fanno capo le forcelle degli
alberi. In corrispondenza delle boccole, il disco di gomma è rinforzato da piastrine metalliche che
ripartiscono più uniformemente sul disco la pressione di serraggio dei bulloni.
Un altro tipo di giunto elastico è il giunto “GIUBO”.
Esso ha forma poligonale ed i suoi lati sono costituiti da elementi cilindrici in gomma. In ogni
vertice, apposite boccole metalliche incorporate nella gomma portano un foro passante per
collegare le forcelle degli alberi.
Catteristiche di questo giunto sono:
a) Notevole deformazione angolare, in quanto la gomma consente grandi sollecitazioni a
taglio ed a torsione; può essere impiegato per collegare alberi i cui assi formano un
angolo superiore a 10°.
b) Notevole deformazione torsionale (3°÷10°), per cui il giunto può funzionare ottimamente
da parastrappi tra parte motrice e parte trascinata.
c) Notevole deformazione assiale, permettendo di sopportare movimenti assiali di parecchi
millimetri (2÷10) senza necessità di alberi scanalati.
Giunto cardanico
1. forcella
2. crociera
3. forcella
Il giunto cardanico permette il moto fra due alberi formando angoli d‟inclinazione maggiori di quelli
consenti dai giunti elastici.
Esso è costituito da una crociera sui cui perni si articolano, tramite cuscinetti a rullini, le estremità
delle forcelle solidali rispettivamente all‟albero conduttore ed a quello condotto.
Oscillazione periodica del giunto cardanico
Se i due alberi risultano perfettamente allineati non vi sarà variazione di velocità angolare.
Se invece gli assi dei due alberi formano fra loro un certo angolo, a parità di velocità angolare ω1
dell‟albero conduttore, quella ω2 dell‟albero condotto risulterà variabile periodicamente
(oscillante) come è rappresentato nella figura sottostante, cioè ad ogni giro si avranno due
accelerazioni e due decelerazioni tanto maggiori quanto più grande è l‟angolo formato tra i due
alberi.
Poiché dopo 180° il giunto riprende la configurazione iniziale, la frequenza delle oscillazioni è
doppia del numero di giri e quindi si avranno quattro sollecitazioni per giro alternate nei due
sensi, causa di vibrazioni e di usura del complesso.
ω1= velocità angolare albero conduttore
ω2= velocità angolare albero condotto
Poiché il comportamento del giunto è irreversibile, negli autoveicoli si adotta la disposizione della
figura sottostante disponendo nello stesso piano le forcelle collegate all‟albero di trasmissione (2)
1. Albero del cambio di velocità
2. Albero di trasmissione
3. Manicotto del pignone conico.
Con questa soluzione pur risultando oscillante la velocità angolare dell‟albero di trasmissione, le
variazioni determinate dai due giunti cardanici si compensano a vicenda così che se l‟albero del
cambio girerà a velocità angolare costante anche il manicotto del pignone girerà a velocità
angolare costante.
Giunti assiali
Questi giunti permettono la variazione di lunghezza dei due tronchi d‟albero collegati durante le
oscillazioni del ponte posteriore dovute, come precedentemente detto, alle diverse condizioni di
carico dell‟autoveicolo ed alle diverse accidentalità della strada.
Giunto assiale
1. Giunto cardanico
2. Giunto cardanico
3. Giunto assiale
L‟albero di trasmissione, in vicinanza di uno dei giunti, è diviso in due parti: una termina con
scanalature interne longitudinali, l‟altra con scanalature esterne che s‟innestano con le prime.
Se l‟albero di trasmissione è in due tronchi, il giunto assiale si trova generalmente sul secondo
tronco in vicinanza di un giunto cardanico essendo questo assialmente rigido.
PONTE ANTERIORE
FUNZIONE: il sottogruppo ponte ha la funzione di trasmettere alle ruote motrici la coppia fornita
dal motore, convenientemente moltiplicata sia dal cambio che dalla coppia conica. Ovviamente il
ponte è presente dove è necessario trasmettere il moto alle ruote motrici, perciò normalmente si
indica il ponte anteriore; diversamente, nel caso di vettura a trazione posteriore o integrale si ha
anche un ponte posteriore.
COSTITUZIONE: i componenti principali di un ponte sono i semiliberi, l‟albero intermedio, ove
presente, i giunti omocinetici che hanno la funzione di consentire una certa libertà di oscillazione
delle ruote rispetto alla scocca, pur continuando a trasmettere la potenza, e da una massa
equilibratrice che ha la funzione di smorzare le oscillazioni indotte dalla rotazione dei semialberi.
CARATTERISTICHE: i componenti del ponte ed, in particolare, i semiliberi lavorano a torsione o
a torsione – flessione, sono spesso assoggettati a brusche variazioni di sforzo. Per la
realizzazione di tali componenti vengono perciò utilizzati acciai ad alta resistenza meccanica al
fine di sopportare le sollecitazioni indotte dal funzionamento. Inoltre l‟entità delle coppie
trasmesse è tale che durante il funzionamento i semialberi sono soggetti a notevoli deformazioni
angolari (a causa dello sforzo di torsione), a causa della posizione non simmetrica del
differenziale rispetto alla mezzeria del veicolo, che imporrebbe l‟utilizzo di un semialbero più
lungo dell‟altro, se le coppie trasmesse sono molto alte, si adotta un semialbero intermedio che
consente utilizzare due semiliberi uguali ottenendo una maggiore regolarità della coppia
trasmessa; la figura riportata sopra mostra come per la stessa vettura siano utilizzate tre diverse
soluzioni di ponte secondo la coppia trasmessa dal motore.
COMPONENTI DEL PONTE ANTERIORE
SEMIALBERI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
semialberi
giunti omocinetici
nucleo interno
guscio esterno
sfere
gabbia di
contenimento
7. albero intermedio
MATERIALE: i semialberi e l‟albero intermedio sono realizzati in acciaio con spiccate doti di
resistenza meccanica, dovendo resistere a sforzi di torsione e di flessione; inoltre sono spesso
sottoposti a trattamenti termici volti a migliorare le caratteristiche di resistenza.
CARATTERISTICHE: i semialberi e l‟albero intermedio sono a sezione cilindrica e sono dotati
alle estremità di scanalature che hanno la funzione di permettere un agevole collegamento con i
giunti. L‟esecuzione di tali scanalature richiede particolare cura dovendosi mantenere il gioco di
accoppiamento col giunto entro limiti tali da non generare battiti fastidiosi e anche pericolosi
perché assoggettano il semialbero a sollecitazioni anormali che hanno il carattere dell‟urto; in
sede di revisione sarà opportuno controllare lo stato di queste scanalature operando la
sostituzione del semialbero, quando si notano segni di usura o fenomeni di “vaiolatura” (presenza
di piccole buche) dei denti dello scanalato.
CRITICITA‟:
quando il veicolo marcia alle alte velocità (con rapporti di trasmissione del cambio uguali od
inferiori all‟unità), se il semialbero non è ben proporzionato ed equilibrato, staticamente e
dinamicamente, si possono manifestare oscillazioni e vibrazioni che si ripercuotono sulla
trasmissione originando rumorosità fastidiose. L‟entità di tali vibrazioni aumenta con la lunghezza
del semialbero, perché alla sollecitazione di torsione provoca, oltre alla deformazione angolare,
anche una freccia nel semialbero che ruota non più equilibrato. Per evitare l‟instaurarsi di questa
condizione sul semialbero più lungo, la lunghezza di tale semialbero viene limitata adottando un
albero intermedio vincolato alla scocca del veicolo; in questo modo lo sforzo di torsione sollecita i
due semialberi in maniera uniforme evitando squilibri e vibrazioni indesiderate.
GIUNTI OMOCINETICI
Schema di un giunto R-Zeppa
Particolare del giunto R-Zeppa
Giunto a tripode (scorrevole)
FUNZIONE: durante la marcia del veicolo, per la presenza del cinematismo delle sospensioni
interposte fra il mozzo ruota e la scocca della vettura, il ponte stesso oscilla continuamente
rispetto al cambio di velocità a causa delle asperità stradali. Per consentire al ponte di adattarsi
alle oscillazioni delle ruote, sono interposti dei giunti omocinetici che consentono la trasmissione
del moto tra alberi i cui assi non sono incidenti (come avviene tra l‟asse del mozzo ruota e l‟asse
del semialbero).
TIPOLOGIE: nelle autovetture sono solitamente impiegati giunti omocinetici tipo R-ZEPPA o
giunti scorrevoli o a tripode.
GIUNTO OMOCINETICO
R-ZEPPA
1. corona esterna condotta
2. elemento interno conduttore
3. sfera di trasmissione
GIUNTO OMOCINETICO
SCORREVOLE
4. anello elastico di ancoraggio
5. cuffia di protezione
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO: i giunti di trasmissione sono detti omocinetici perché
permettono la trasmissione del moto senza variazioni di velocità angolare istantanea; nei giunti
articolati tipo Cardano la trasmissione del moto tra due alberi i cui assi sono concorrenti avviene
con una oscillazione della velocità angolare istantanea dovuta al funzionamento stesso del
giunto; nei giunti omocinetici questa trasmissione avviene senza oscillazioni, grazie alla
conformazione del giunto stesso; nel caso dell‟ R-ZEPPA, il giunto è costituito da un nucleo
interno conduttore dotato di gole che trascina in rotazione una serie di sfere a loro volta
impegnate nelle scanalature presenti in un guscio esterno condotto; il nucleo interno viene
mantenuto in posizione sul semialbero al quale è collegato grazie alla presenza di una anello
elastico, mentre le sfere sono vincolate nella loro posizione da una gabbia; il giunto è simile ad un
cuscinetto a sfere nel quale però le piste esterne ed interne sono dotate di scanalature assiali che
non consentono rotazioni relative di un anello rispetto all‟altro; questa caratteristica si mantiene
anche quando un anello (l‟interno o l‟esterno) si inclina rispetto all‟altro.
GIUNTO SCORREVOLE: il funzionamento del giunto scorrevole è del tutto simile al
funzionamento dell‟R-ZEPPA appena spiegato, ma possiede una minore capacità di
articolazione.
GIUNTO A TRIPODE: anche il giunto tripode funziona nello stesso modo degli altri giunti
omocinetici, ma si differenzia dall‟R-ZEPPA per una diversa costruzione: infatti come elemento di
collegamento tra nucleo interno e guscio esterno non sono più utilizzate sfere ma dischetti.
CUFFIE DI PROTEZIONE
1. giunto omocinetico
lato ruota
2. fascetta ritegno
cuffia
3. semialbero
4. cuffia per giunto
omocinetico
5. flangia per giunto
omocinetico
6. giunto omocinetico
lato cambio
7. semialbero
intermedio
PROTEZIONI: le cuffie di protezione hanno la funzione di evitare le perdite di olio dai giunti e,
soprattutto, di impedire le infiltrazioni di impurezze dall‟esterno per potrebbero portare al
grippaggio dei giunti stessi.
MASSA SMORZATRICE
1. flangia di collegamento del
semilibero al cambio
2. boccola
3. vite di fissaggio massa smorzatrice
4. massa smorzatrice
FUNZIONE: la massa smorzatrice ha la funzione di smorzare le oscillazioni indotte sul
semialbero al fine di migliorare il comfort di guida, specialmente alle alte velocità.
FUNZIONAMENTO: lo smorzamento delle oscillazioni avviene grazie alla inerzia rotazionale
della massa stessa, che si comporta esattamente come un volano opponendosi alle variazioni di
velocità angolare; in questo modo il regime di rotazione del semialbero è più regolare.
PONTE POSTERIORE
Col nome di ponte posteriore s‟intende un involucro metallico, in fusione di ghisa o di acciaio o in
lamiera stampata o in alluminio. Esso contiene il gruppo di comando (coppia conica) ed i due
semi-alberi che trasmettono il moto alle ruote.
Complessivo ponte posteriore
Il ponte posteriore può essere:



rigido
sospeso
sterzante.
In campo automobilistico il ponte sterzante non è utilizzato.
PONTE RIGIDO
Si ha il ponte rigido, quando il ponte contiene oltre al gruppo di comando anche i due semi-alberi
che trasmettono il moto alle ruote realizzando così un collegamento rigido fra loro.
In questo tipo di ponte i semi-alberi sono generalmente montati secondo due soluzioni:
a) Alberi flottanti
Il semi-albero flottante porta esternamente una flangia che viene fissata al mozzo della ruota,
sopportato all‟estremità del ponte da due cuscinetti.
Il semi-albero flottante durante il movimento risulta sollecitato soltanto a torsione.
1.
2.
3.
4.
5.
a)
flangia di trascinamento
ghiera di fissaggio
distanziale
cuscinetto a rulli
mozzo ruota
6.
7.
8.
9.
10.
cuscinetto a rulli
distanziale
semi-albero
scatola ponte
guarnizione per flangia
Alberi semi-flottante
L‟estremità del ponte sopporta il semi-albero tramite un cuscinetto; il mozzo della ruota è avvitato
o calettato con chiavetta e tenuto in sito da un dado.
Il semi-albero essendo anche portante risulta sollecitato a torsione ed anche a flessione.
1.
2.
3.
4.
ponte
guarnizione
flangia per mozzo ruota
chiavetta
5.
6.
7.
8.
9.
semi-albero
piastra ritegno cuscinetto
disco porta freno
cuscinetto
guarnizione
1.
2.
3.
4.
coppa raccogli olio
disco porta freno
cuscinetto a sfere
guarnizione interna tenuta
olio
5. semi-albero
6. scatola ponte
7. ghiera ritegno cuscinetto
8. anello in gomma di tenuta
cuscinetto
9. piastra ritegno cuscinetto
10. flangia per mozzo ruota
PONTE SOSPESO
Si ha il ponte sospeso, quando la scatola, contenente il gruppo di comando, è collegata al telaio
od alla carrozzeria portante ed i semialberi sono articolati in modo da rendere indipendenti le due
ruote motrici.
In questo modo si diminuisce il peso del ponte e si migliora la tenuta di strada.
Si riportano le seguenti due soluzioni caratteristiche di ponte sospeso:
 Sistema De Dion
 Sistema a semi-alberi oscillanti
Sistema De Dion
Schema De Dion
1. Scatola differenziale
2. Semi-albero
3. Flangia per mozzo
4. Giunti
Fra differenziale e ruota è inserito un semi-albero portante alle estremità due articolazioni
costituite da giunti cardanici. Le due ruote inoltre sono collegate da un asse rigido.
Esempio di applicazione ( Lancia delta 4WD )
Sistema a semi-alberi oscillanti
Schema a semi-alberi oscillanti
1. Giunto a pattino o a tripode
2. Semi-albero
3. Giunto
4. Planetario
5. Scatola differenziale
6. Flangia per mozzo
Il semi-albero è accoppiato al differenziale mediante giunto a pattini, il quale gli consente di
scorrere ed oscillare nella scanalatura del planetario.
L‟altra estremità del semi-albero porta un manicotto che, tramite un giunto elastico, si accoppia
con l‟alberino della ruota. ( sistema adottato su vecchie fiat 500, 600 e 850 )
DIFFERENZIALE
Il differenziale è un ruotismo epicicloidale che, interposto fra i due semi-alberi sui quali sono
montate le ruote motrici, consente di trasmettere alle ruote un differente numero di giri in funzione
delle condizioni del percorso stradale.
Quindi consente di svolgere due compiti fondamentali per la marcia del veicolo:


ripartire equamente la coppia motrice, proveniente dalla trasmissione attraverso una presa di
moto, tra i due alberi in uscita dal differenziale, i quali possono essere o i due semiassi solidali
alle ruote oppure gli assi per la trasmissione del moto verso l‟avantreno/retrotreno nel caso in cui
il differenziale sia posizionato centralmente (applicazione tipica delle trazioni integrali);
consentire alle ruote di uno stesso assale oppure alle ruote di due assali diversi di assumere un
regime di rotazione differente.
Quest‟ultimo aspetto è particolarmente importante: infatti, in curva le ruote di un asse sono
costrette a percorrere traiettorie diverse; in particolar modo quella seguita dalla ruota esterna ha
un raggio più ampio rispetto a quella interna.
COSTITUZIONE
2
1.
8
2.
1
3.
4.
4
5.
6.
7.
6
pignone
conico
corona
conica
satelliti
perno
portasatelli
ti
planetari
scatola
semiasse
destro
8. semiasse
3
sinistro
7
5
Un differenziale per autoveicoli nella sua versione più semplice è costituito da una scatola,
solidale alla corona della coppia conica (per trazioni posteriori) o cilindrica (per trazioni anteriori).
Contiene al suo interno due ruote dentate coniche (5) (planetari) fissate sui semiassi (7 ed 8) e
due ruote coniche (3) (satelliti) montate folli sul perno (4) fissato alla scatola (6) ed ingranate con i
planetari (5).
Coppia conica
Il gruppo di comando ( dove si trova alloggiato il differenziale) è realizzato mediante un
accoppiamento dentato conico, necessario per trasmettere il moto fra assi concorrenti.
(Vedi figura)
La ruota più piccola, detta pignone, è collegata all‟estremità posteriore dell‟albero di trasmissione;
la ruota più grande, detta corona, è fissata alla scatola del differenziale potendo così realizzare
rapporti di demoltiplicazione al ponte Rrp = 3,2 ÷ 7,8 in modo che, quando il cambio di velocità è
in presa diretta, le ruote motrici girino ad una velocità minore.
La coppia conica può essere costruita con dentatura a spirale oppure con dentatura ad ipoide.
Dentatura spiroidale.
Dentatura ipoidale.
Il pignone ipoide, per essere montato disassato rispetto alla corona, presenta in confronto ad un
analogo pignone conico a dentatura spiroidale un diametro maggiore a parità di rapporto e di
diametro della corona.
In conseguenza risultando i denti del pignone più robusti consentono di sopportare sollecitazioni
maggiori e quindi possono essere impiegati per trasmettere coppie motrici più elevate.
Il pignone ipoide, a causa della maggiore inclinazione dei denti, è sollecito da una notevole spinta
assiale che dovrà essere contrastata da supporti di notevoli dimensioni che rendono più stabile il
pignone e più silenziosa la marcia.
Coppia cilindrica
Negli autoveicoli con trazione anteriore ed i complessivi motore/cambio montati trasversalmente,
il gruppo di comando è realizzato mediante un accoppiamento dentato cilindrico che consente di
trasmettere il moto fra assi paralleli.
Vedi figura
Riduzione al ponte
Il pignone, durante la trasmissione del moto, imprime alla corona una forza Fr (dovuta alla spinta
che si esercita fra i denti) che dà luogo ad una coppia motrice:
Mr = Fr x b
la quale, tramite il differenziale, viene ripartita ai semi-assi e quindi alle ruote.
Una reazione uguale e contraria viene impressa dalla corona al pignone questa, trasmettendosi
al ponte, dà luogo ad una coppia di reazione ( uguale e contraria alla Mr ) la quale non potendo
far ruotare il ponte attorno al suo asse cerca di far impennare l‟autoveicolo che si oppone col
proprio peso.
Indicando con:
Mu la coppia motrice sull‟albero di trasmissione.
Nu la potenza sull‟albero di trasmissione.
nu il numero dei giri al minuto dell‟albero di trasmissione.
ηp il rendimento del ponte.
rrp il rapporto di riduzione al ponte.
Si può calcolare la coppia motrice Mr al ponte:
Mr = Mu x ηp x rrp
Analogamente per la potenza Nr:
Nr = Nu x ηp
Conseguentemente il numero di giri (nr) della scatola del differenziale e quindi delle ruote sarà:
nr = nu : rrp
CARATTERISTICHE DEL DIFFERENZIALE
Funzionamento
Il moto proveniente tramite la coppia conica o cilindrica arriva al differenziale e quindi ai satelliti
che esercitando con i loro denti uno sforzo uguale sui due planetari li trascinano in rotazione.
Indicando con:

n1p il numero dei giri al minuto di un planetario

n2p il numero dei giri al minuto del secondo planetario

nr il numero dei giri al minuto della scatola ( quindi della corona )
e considerando il porta satelliti ( scatola ) fisso, essendo uguali i due planetari il rapporto di
demoltiplicazione sarà:
rrd = 1
tenendo presente che col porta-satellite fisso i due planetari girano in senso contrario, si ha:
( n1p- nr ):( n2p-nr ) = 1
e risolvendo si ha:
n1p + n2p = 2 x nr
relazione che deve essere sempre soddisfatta per ogni condizione di marcia.
Equivale a dire che il numero di giri della scatola del differenziale è sempre la media della somma
dei numeri di giri dei due planetari ( quindi delle ruote ).
C1: coppia del pignone;
C2: coppia della corona, quindi
della scatola del differenziale
(portatreno);
A e B: planetari collegati ai
semiassi;
a, b: satelliti;
 = (A - ) / 2 ;
La velocità della scatola del differenziale è la media di quelle dei semiassi.
CA = CB = - CP / 2 ;
In ogni condizione il differenziale ripartisce equamente la coppia in ingresso C P tra le due coppie
in uscita CA e CB.
Marcia in rettilineo con uguali condizioni di aderenza.
Quando l‟autoveicolo marcia su strada rettilinea e le ruote compiono ugual numero di giri, i
satelliti non potendo ruotare attorno ai loro assi funzionano da chiavette trascinando i planetari
che trasmettono infine la coppia ai semiassi e quindi alle ruote, le quali (in questi particolari
condizioni di marcia) compiono lo stesso numero di giri.
La coppia “C” è equamente ripartita (50%-50%).
C,n
Cd , nd
Cs , ns
marcia rettilinea con uguali condizioni di aderenza
con Cs = Cd
ns = nd
C = 2 x Cs = 2 x C d
n = 2 x ns = 2 x nd
dove: C = coppia motrice sulla scatola
n = numero di giri scatola
Cs = coppia sulla ruota sinistra
ns = numero di giri ruota sinistra
Cd = coppia sulla ruota destra
nd = numero di giri ruota destra
Marcia in curva o su fondo stradale sconnesso.
In curva la distribuzione della coppia non cambia, tuttavia il differenziale deve consentire alle
ruote collegate di ruotare diversamente. Questa funzione è svolta attraverso l‟azione dei satelliti: i
due planetari (collegati alle ruote), per i motivi già visti, ruotano a velocità differenti; i satelliti, oltre
al moto di rivoluzione fornito attraverso la scatola, sono soggetti ad una rotazione intorno al
proprio asse per effetto della differenza di velocità tra i due planetari. E‟ proprio questo moto dei
satelliti a consentire alla ruota esterna di accelerare e alla ruota interna di rallentare.
C,n
Cs
ns
nd
Cd
in curva con uguali condizioni di aderenza
con ns > n e nd < n
Cs = Cd = C/2
In differenti condizioni di aderenza
Nel caso di mancata aderenza di una ruota motrice dovuta ad una causa qualsiasi ( neve, sabbia,
fango ecc. ) non è più possibile far avanzare l‟autoveicolo per mezzo del motore in quanto il
differenziale imprimerà alla ruota priva di aderenza una velocità angolare doppia di quella della
scatola, mentre l‟altra rimarrà ferma.
Infatti, se per esempio il numero di giri np1 di un planetario e uguale a zero (e quindi anche
quello della ruota corrispondente) , il numero di giri np2 del secondo planetario e della relativa
ruota sarà:
n2p = 2 x nr
inoltre essendo la ruota priva di resistenza, tenderà ad accelerare all‟aumentare della coppia
motrice e la coppia motrice totale trasmessa sarà doppia di quella applicata alla ruota a bassa
aderenza.
In questo caso, infatti, sulla ruota in questione non è applicata coppia resistente, quindi la
potenza che le arriva si trasforma tutta in velocità di rotazione:
P = C x 
Dall‟espressione della potenza è chiaro che se la coppia (resistente) è molto bassa, deve
necessariamente crescere la velocità di rotazione per mantenere la potenza costante. La ruota
senza aderenza slitta quindi a velocità elevata, mentre l‟altra resta ferma in quanto non gli arriva
coppia sufficiente ad avviare la marcia del veicolo.
C,n
Cs
Cd
nd
ruota destra su fondo a scarsa aderenza
con
ns = 0 (non visualizzato in figura)
nd = 2 x n
Cd ≈ 0
Cs = Cd
La ruota sinistra quindi resta ferma, di conseguenza anche il suo planetario; i satelliti invece, già
soggetti al moto di rivoluzione impresso dalla scatola, ruotano su se stessi consentendo alla
destra di accelerare liberamente fino alla velocità massima consentitale dal differenziale, che è
doppia rispetto alla scatola. In formule:
n = (ns + nd) / 2
n d = 2 x n + ns
Da queste espressioni è immediato osservare che il regime della scatola è dato dalla semisomma
dei regimi delle due ruote che, come già visto, possono anche non coincidere (es. in curva).
Supponendo che sia la ruota destra a slittare e quella sinistra a star ferma, si osserva subito
ribaltando l‟espressione che ns è due volte n (ns = 0).
Per ovviare a tale inconveniente sono stati studiati “differenziali autobloccanti” che permettono di
trasmettere un‟adeguata coppia motrice alle due ruote, tale da avere una forza di trazione
maggiore alla ruota con maggiore aderenza.
Con il differenziale autobloccante può quindi verificarsi la condizione di trasferire tutta la coppia
motrice sulla ruota che ha la maggiore aderenza. Per questo motivo i semi-alberi devono essere
necessariamente più robusti.
I DIFFERENZIALI BLOCCABILI
DIFFERENZIALI
BLOCCABILI
A BLOCCAGGIO
MANUALE
AUTOBLOCCANTI
1. con dispositivo meccanico
2. elettropneumatico
3. a depressione
1. con dischi di frizione
2. con fluido viscoso
3. Torsen
I differenziali autobloccanti saranno trattati in modo più approfondito nel capitolo “ La trazione
integrale”
In questo capitolo tratteremo i due sistemi di autobloccaggio per trazioni anteriori usati sulle
vetture del gruppo Fiat Auto:


Giunto ferguson
Torsen B
Giunto viscoso (Ferguson)
Il giunto viscoso o giunto „Ferguson‟ è un dispositivo impiegato per collegare due alberi, pur
lasciandoli liberi di avere piccoli slittamenti relativi, in modo che possano ruotare a velocità
leggermente differenti.
E‟ costituito da una serie di dischi, forati o alettati, immersi in un liquido viscoso dalle proprietà
particolari. Questi dischi sono disposti in modo da essere alternativamente solidali uno all‟albero
che riceve il moto e uno all‟albero a cui deve essere fornito il moto.
2
3
4
1
1
1.
2.
3.
4.
alberi in/out
scatola
dischi forati
dischi alettati
composizione di un giunto viscoso
In figura è possibile osservare i dischi alettati (4) solidali all‟albero in ingresso (1) attraverso un
profilo scanalato e quelli forati (3) solidali invece alla scatola esterna (2), la quale trasmette il
moto all‟albero in uscita.
La peculiarità è rappresentata dal fluido viscoso, la cui viscosità aumenta all‟aumentare della
temperatura, al contrario di quanto accade normalmente negli olii.
Quando i due alberi hanno lo stesso regime, il giunto si comporta come un collegamento rigido.
Quando invece i due alberi manifestano velocità di rotazione differenti, anche i dischi ruoteranno
a velocità diverse rimescolando perciò il fluido, facendone aumentare la temperatura. Non
appena la temperatura aumenta, il fluido diventa più viscoso,quindi più gelatinoso, costringendo i
dischi dei due alberi ad assumere la stessa velocità. Infatti, i dischi, che tenderebbero ad
accelerare, sono frenati dal fluido; per effetto della viscosità e della differenza di velocità si
genera una coppia che è così trasmessa ai dischi più lenti. La coppia passa così dalle ruote che
slittano a causa della scarsa aderenza verso le altre che invece fanno presa a terra. Il
collegamento diventa rigido e le ruote devono ruotare alla stessa velocità. La differenza di
velocità tende quindi ad annullarsi e il fluido si raffredda, pronto a correggere una nuova
condizione di slittamento. Il fluido quindi agisce come „sensore‟ per rilevare la differenza di
velocità e come attuatore. Si può arrivare al bloccaggio quasi totale del giunto, con il
trasferimento di quasi tutta la coppia verso le ruote a maggiore aderenza.
Il seguente grafico evidenzia, a titolo qualitativo, il comportamento del giunto, evidenziando che
all‟aumentare della differenza di velocità tra ingresso e uscita del giunto (n) aumenta la coppia
di bloccaggio (T)
comportamento qualitativo di un giunto viscoso
Il giunto Ferguson può essere impiegato in due differenti configurazioni:
 come dispositivo di bloccaggio anteriore
 come differenziale centrale
Ferguson come dispositivo di bloccaggio anteriore
Il Ferguson viene montato in serie ad un differenziale (per es. quello anteriore) o ad un ripartitore di
coppia epicicloidale (per ripartire tra avantreno/retrotreno), consentendo così, come qualsiasi altro
dispositivo di bloccaggio, di distribuire la coppia in funzione delle effettive condizioni di aderenza delle
ruote (es. Fiat Coupè 2.0 20v turbo).
Generalità
Il giunto viscoso “viscodrive” è montato all‟uscita destra del differenziale.
E‟ costituito da:
1. Scatola esterna
2. Mozzo interno
3. Serie di dischi calettati sul mozzo interno
4. Serie di dischi calettati sulla scatola esterna
5. Innesto frontale
La parte esterna (1) è solidale alla scatola differenziale (6) tramite un innesto frontale (5), mentre
la parte interna è solidale all‟albero intermedio (7) mediante uno scanalato interno.
Il compito del giunto viscoso è quello di ripartire la coppia sulle ruote motrici, quando una di loro
tende a perdere aderenza.
Questa azione è esercitata dall‟attrito del liquido siliconico contenuto nel giunto, che limita la
possibilità di pattinare della ruota anteriore meno in presa provocando in modo progressivo e
graduale il trasferimento sull‟altra ruota di una parte della coppia motrice.
L‟adozione del Viscodrive:
 Migliora la guidabilità della vettura in curva, riducendo la naturale tendenza al sottosterzo
propria della trazione anteriore.
 Stabilizza la traiettoria nelle curve veloci, consentendo anche in queste condizioni il pieno
sfruttamento della coppia motrice.
 Incrementa sensibilmente la sicurezza attiva non soltanto in curva, ma in tutte le
principali condizioni critiche ( acquaplanning, piogge, macchie d‟olio, strade innevate con
aderenza differenziata ).

Migliora le prestazione in accelerazione brillante, impedendo i serpeggiamenti
dell‟avantreno causati da micropattinamenti alterni delle ruote motrici.
 Conferisce alla vettura capacità di disimpegno su fondi a scarsa aderenza.
 È compatibile con l‟ABS
Il giunto viscoso ha il vantaggio di essere sempre in funzione, senza interventi manuali, e di non
trasmettere anomale sollecitazioni ai vari componenti della trasmissione.
Tale giunto non ha bisogno di alcuna manutenzione e non è revisionabile; pertanto in caso
di anomalia deve essere sostituito.
FUNZIONAMENTO
La scatola (1 vedere disegno precedente) e i relativi dischi (4), su di essa calettati, ricevono il
moto, tramite l‟innesto a denti dritti (5), dalla scatola differenziale (6).
Il mozzo (2) ed i relativi dischi (3), su di esso calettati, ricevono il moto dell‟albero intermedio (7).
Quando le due ruote hanno uguale velocità, all‟interno del giunto viscoso tutto ruota alla stessa
velocità.
All‟insorgere di una diversa velocità di rotazione fra le due ruote (differenza di aderenza), anche i
relativi dischi (3e4) tendono ad assumere velocità diverse, ma sono frenati dal liquido viscoso che
limita lo scorrimento fra essi e, di conseguenza, fra le ruote. In conseguenza alla diversa velocità
fra i dischi (3 e 4), il liquido viscoso è sottoposto ad una forza di taglio. Tale forza aumenta con
l‟aumentare della differenza di velocità delle ruote.
La forza di taglio, agente sui dischi affacciati, crea un sensibile aumento della coppia sulla ruota
con migliore aderenza, che tende a ruotare, con benefici in termini di trazione e stabilità. Data la
caratteristica del differenziale di trasferire la coppia motrice in modo uguale attraverso le ruote
pur ruotando a velocità diverse, la coppia resistente del giunto Viscodrive si somma a quella della
ruota a minore aderenza, incrementando così la coppia trasferita a quella con più aderenza.
Il giunto viscoso si comporta di conseguenza come un freno che tende ad “irrigidire” il
differenziale, permettendo a quest‟ultimo di trasferire alla ruota con maggiore aderenza la coppia
della ruota a bassa aderenza e quella resistente del giunto stesso.
In curva dove la differenza di velocità di rotazione tra le due ruote è relativamente bassa, il giunto
permette il relativo scorrimento dei suoi dischi interni, non influenzando il normale funzionamente
del differenziale.
Il riscaldamento del fluido presente nel giunto viscoso, provocato dallo scorrimento relativo dei
dischi, modifica le caratteristiche fisiche del fluido stesso, incrementando la coppia resistente del
giunto e consentendo, di fatto, un parziale bloccaggio del differenziale; questo fenomeno,
sfruttabile per particolari condizioni (per esempio impantanamento di una ruota), non deve essere
protratto per un tempo superiore a 10 ÷ 15 secondi, in quanto un eccessivo riscaldamento
potrebbe danneggiare irrimediabilmente il giunto viscoso.
Nota: l’equilibratura delle ruote su vettura deve essere effettuata sollevando entrambe le
ruote da terra, onde non danneggiare il giunto viscoso “Viscodrive”.
Differenziale Torsen Q2
GENERALITA’
Il differenziale epicicloidale TorSen B sale a bordo di Alfa 147 e Alfa GT 1.9 JTD M 150 CV.
Progettato per consentire di poter avere i vantaggi sia della trazione posteriore sia di quella
anteriore, limitando al massimo le penalizzazioni.
In generale si può dire che la trazione anteriore è decisamente più semplice e immediata nella
guida, con una buona motricità anche su fondi viscidi a patto che le potenze in gioco non siano
eccessive (intorno ai 200 CV massimi).
Oltre questi limiti, però, l‟influenza della coppia motrice sulla direzione di marcia e sulle reazioni
dello sterzo comincia ad essere eccessivamente rilevante.
Con la sgradevole sensazione di dover rinunciare ad aprire il gas in percorrenza di curva,
soprattutto alla presenza di fondi stradali sdrucciolevoli.
Per ridurre questo effetto si è lavorato sia sulla sospensione anteriore, che su un nuovo
differenziale a slittamento limitato denominato “Q2”,ricercando quell‟equilibrio ideale tra trazione e
precisione di guida che solo la trazione integrale, in certe situazioni, è in grado di dare.
Differenziali TorSen
Il Torsen è un differenziale autobloccante sensibile alle differenze di coppia (Tor = torque ; sen =
sensing) che utilizza una complessa geometria degli ingranaggi al fine di:
differenziare la velocità delle ruote o dei due assi in curva, a seconda che sia montato
rispettivamente su un asse oppure in posizione centrale;
evitare lo slittamento di una ruota o entrambe (in caso di TorSen centrale) in condizioni di scarsa
aderenza, forzando la coppia ad andare verso la ruota o l‟asse a maggiore aderenza.
COMPONENTI DIFFERENZIALE TORSEN B
Nella figura sottostante è illustrato l‟esploso del differenziale TorSen B del sistema Q2.
Legenda:
1. Coperchio scatola differenziale
2. Scatola differenziale
3. Anelli d‟attrito inferiori
4. Anelli d‟attrito centrali
5. Anelli d‟attrito superiori
6. Solare
7. Solare
8. Planetario
9. Uscita semiasse
10. Uscita semiasse
11. Ingresso coppia motrice mediante corona dentata
12. Vite
FUNZIONAMENTO DEL DIFFERENZIALE TORSEN B
Generalità
L‟avvento dell‟elettronica in campo automobilistico e la diffusione dei sistemi ABS, ha permesso
l‟introduzione di un‟altro metodo per ovviare al problema del controllo sulla distribuzione della
coppia motrice agli assi condotti tipico del differenziale "aperto".
Il controllo elettronico della trazione, utilizzando i sensori ABS, attiva il freno della ruota che gira
molto più velocemente sullo stesso asse, cioè a quella con minore aderenza.
In questo modo, si può dare gas senza problemi, il differenziale "aperto" manderà una quantità di
coppia motrice minore alla ruota che slitta (dove però è assorbita dal freno) e maggiore alla ruota
con trazione, che provvederà a far muovere il veicolo.
Questo sistema adottato ha la necessità per intervenire che una ruota slitti; questo comporta
comunque una perdita di aderenza e di trazione prima che il sistema intervenga, con
conseguente riduzione della velocità del veicolo.
Inoltre l‟applicazione del freno sulla ruota con poca aderenza assorbe coppia motrice,
riducendone la quantità disponibile per far avanzare il veicolo.
Infine, su terreni molto scivolosi, il continuo intervento del sistema può sollecitare pesantemente i
freni.



Il differenziale TorSen “meccanico” anticipa gli slittamenti della ruota.
La configurazione del differenziale TorSen è più complessa di quella di un differenziale "aperto",
permettendo di distribuire la coppia motrice applicata in modo ineguale agli assi condotti nel caso
in cui la velocità di rotazione degli assi condotti sia diversa.
Prima di iniziare la descrizione del funzionamento del differenziale, occorre introdurre il concetto
di “TBR” o “Rapporto di Sbilanciamento di Coppia” che vuol dire:
Torque (coppia)
Bias (deviazione)
Ratio (rapporto)
che indica il rapporto tra la coppia applicata alla ruota che gira più lentamente rispetto alla coppia
applicata alla ruota che gira più velocemente.
Ad esempio: TBR = 3 (talvolta il TBR è espresso “1 : 3”) applicando sull‟albero conduttore del
differenziale una coppia di 2000Nm, quest‟ultimo trasmetterà 500Nm alla ruota che slitta e
1500Nm alla ruota che ha maggiore trazione.



Il vantaggio rispetto un differenziale "aperto" è evidente, la ruota che non slitta riceve una coppia
motrice sostanzialmente maggiore a tutto beneficio della trazione.
Le “Leggi” che descrivono il differenziale TorSen sono:
I° Legge: La velocità di rotazione dell‟albero conduttore è sempre il valore medio delle
velocità degli alberi condotti (come in un differenziale ""aperto"")
II° Legge: La somma delle coppie disponibili sugli alberi condotti è sempre uguale a
quella applicata all‟albero condotto, ma l‟albero che ruota più lentamente riceve TBR volte più
coppia dell‟albero che ruota più velocemente.
% bloccaggio = (TBR - 1) / (TBR + 1) x100
Si può dire dunque che un TorSen è una sorta di compromesso, che cerca di mantenere il meglio
del differenziale "aperto", permettendo agli assi condotti di ruotare a velocità diverse, e un po‟ del
buono di un differenziale "bloccato", trasmettendo più coppia motrice alla ruota con maggiore
trazione, cosa utile sui terreni con poca aderenza.
Il TorSen non distribuisce uniformemente la coppia tra i due assi nelle curve, poiché nelle curve
una ruota gira più velocemente dell‟altra, e il TorSen agisce comunque rispettando la II° Legge.
L‟effetto è che il guidatore percepisce una sensazione di auto-raddrizzamento delle ruote,
modesta ma avvertibile.
In generale, per minimizzare le reazioni al volante sarà conveniente adottare un TorSen con un
TBR basso che influenza di meno la guida in curva.
Il differenziale TorSen, in poche parole, garantisce una ripartizione dinamica (tra le due ruote
anteriori motrici) della trazione in accelerazione ed in rilascio, coerentemente con l‟aderenza a
terra, ottimizzando la stabilità e massimizzando il piacere di guida.
In effetti guidando una vettura con sistema Q2, il conducente avverte una maggiore sicurezza
che può essere tradotta in sintesi :





più tenuta di strada
più trazione
più stabilità in rilascio
meno sottosterzo in accelerazione
meno interventi dei controlli elettronici di trazione e stabilità è più piacere di guida.
Funzionamento del Torsen B
Il differenziale TorSen B è posizionato nel cambio di velocità nella stessa posizione che ha il
differenziale anteriore tradizionale.
La coppia motrice proveniente dal motore/cambio (11) viene trasmessa alla corona del
differenziale la quale è solidale alle due semiscatole (1) e (2).
All‟interno della scatola del differenziale (2) sono ricavate n°5 sedi dove sono alloggiate 5 coppie
di planetari (8) con dentatura elicoidale; essi possono ruotare sul proprio asse all‟interno della
loro sede che li contiene.
La scatola del differenziale mette in rotazione attorno all‟asse trasversale del differenziale i
planetari (8) che a sua volta trasmettono una coppia di rotazione ai Solari (6 e 7) ingranati per
mezzo di una dentatura elicoidali. In cascata i Solari (6 e 7) trasmettono il moto ai semi-assi delle
ruote motrici anteriori (9,10).
Nel caso in cui la coppia resistente a terra trasmessa dal terreno alla ruote motrici non sia
omogenea, ( esempio percorrenza su terreni con aderenza variabile o in curva ), il solare
collegato al semiasse della ruota (9 o10) con minore aderenza “tenderebbe” a ruotare più
velocemente dell‟altro; in queste condizioni sulla dentatura di contatto (solare-planetario) si
generano delle spinte assiali ( vedi figura seguente) che si scaricano sugli anelli d‟attrito,
impedendo al solare relativo alla ruota con minore aderenza di girare più velocemente.
Legenda:
P1a: Planetario
P1b: Planetario
Sd : scatola differenziale
S1: Solare 1
S2: Solare 2
Tr: Coppia motrice applicata
In questo modo la coppia erogata dal motore non viene scaricata interamente sulla ruota con
minore aderenza ( Differenziale aperto) ma trasferita in buona parte sulla ruota con le migliori
condizioni di aderenza ( effetto autobloccante).
A seconda delle condizioni ambientali d‟utilizzo del veicolo “TIRO” o “RILASCIO” su terreni con
aderenza variabile o in curva, entrano in gioco un numero differente di anelli d‟attrito ( 3,4,5), i
quali sono responsabili della ripartizione differenziata della coppia motrice verso i semi-assi delle
ruote motrici anteriori (9,10).
Oltre certi valori di bloccaggio il differenziale si apre e permette rotazioni diverse tra i due semiassi delle ruote motrici anteriori (9,10).
Schema Funzionale del gruppo epicicloidale ( velocità o giri ingresso cambio = zero )
Nella sottostante figura è illustrato il funzionamento del gruppo epicicloidale nelle condizioni:

Motore spento

Velocità ingresso cambio zero ( cambio in folle )
 Ruote anteriori alzate dal terreno
In queste condizioni ruotando la ruota ( esempio destra ) collegata al semiasse “R2” ,si impone
una rotazione anche al Solare “S2”. Quest‟ultimo collegato, mediante una dentatura elicoidale,
trasferisce il moto al planetario “P1a” e a sua volta al planetario “P1b” ( i planetari “P1a” e “P1b”
sono collegati tra di loro mediante dentatura elicoidale). Il planetario P1b è collegato al solare
“S2”, mediante una dentatura elicoidale, quest‟ultimo trasferisce il moto al semiasse “R1”
collegato alla ruota ( esempio sinistra ) invertito rispetto al semiasse “R2”.
Nota: nella figura è illustrato il collegamento di un solo gruppo planetario di cinque presenti. Per
esigenze illustrative il planetario “P1b” è stato disegnato due volte per evidenziare il collegamento
con il solare “S1”, ma in realtà e accoppiato al planetario “P1a”.
Legenda:
A1: Anelli di attrito inferiori
A2: Anelli di attrito centrali
A3: Anelli di attrito superiori
P1a: Planetario a
P1b: Planetario b
R1: Semiasse ( esempio sinistro )
R2: Semiasse ( esempio destra )
S1: Solare 1
S2: Solare 2
Di seguito si può vedere il dettaglio dell‟accoppiamento tra i cinque coppie di planetari e i due
solari:
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- 82 -
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Legenda:
1. Coperchio scatola differenziale
2. Scatola differenziale
3. Anelli d‟attrito inferiori
4. Anelli d‟attrito centrali
5. Anelli d‟attrito superiori
6. Solare destro
7. Solare sinistro
PE ALFA 2007
8. Planetario
9. Uscita semiasse destro
10. Uscita semiasse sinistro
11. Ingresso coppia motrice mediante
corona dentata
12. Vite
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 83 TRASMISSIONI
Training Academy
Schema Funzionale del gruppo epicicloidale ( in tiro e rilascio)
Il gruppo epicicloidale ha un comportamento autobloccante diverso in base alla condizioni di
guida e ambientali diverse.
In tiro
Il gruppo epicicloidale del differenziale Torsen B in condizioni di guida in “Tiro” (accelerazione) del
veicolo, i solari S1 e S2 attivano gli anelli di attrito (A1) e (A3). In queste condizioni si ha un
effetto autobloccante del 25% ( TBR = 1.690 ).
Nota: in tiro l‟asse che vorrebbe girare più veloce è l‟asse con meno attrito
In rilascio
Il gruppo epicicloidale del differenziale Torsen B in condizioni di guida in “Rilascio”
(decelerazione) del veicolo, i solari (S1) e (S2) attivano gli anelli di attrito (A2). In queste
condizioni si ha un effetto autobloccante del 28% ( TBR = 1.785 ).
Nota: In rilascio l‟asse che vorrebbe girare più veloce è l‟asse con più attrito
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Comportamento dinamico in curva senza Sistema Q2
Percorrendo una curva in condizioni di scarsa aderenza (strada bagnata, innevata, fango, ecc.)
spesso ci si trova nella condizione di perdita di aderenza della ruota interna, dovuta al fatto che il
differenziale ripartisce la coppia alla ruota più “scarica” sottraendola a quella esterna che,
essendo gravata dal peso aggiuntivo del rollio della vettura, potrebbe sfruttare un attrito
complessivo più elevato.
In questa situazione si possono avere due risposte diverse a seconda dell‟equipaggiamento della
vettura:
Caso1- ABS senza ASR - VDC, il risultato percepito è un pattinamento della ruota interna, una
perdita di controllo del veicolo (forte sottosterzo) e la mancanza di accelerazione all‟uscita della
curva.
Caso2- ABS dotata di ASR - VDC, l‟intervento dei sistemi di assistenza alla guida tolgono
potenza al motore, intervenendo sulla valvola a farfalla, rendendo di fatto impossibile la
modulazione dell‟acceleratore e dando una sensazione di calo di potenza e interazione con la
vettura.
In entrambi i casi il risultato è che all‟uscita di una curva si ha la sensazione di essere “fermi”.
Comportamento dinamico in curva con Sistema Q2
Caso1 - trazione in curva
Nel momento in cui la ruota interna inizia a perdere aderenza, il differenziale trasferisce parte
della coppia disponibile verso la ruota esterna, prevenendo lo slittamento della ruota interna e
generando un momento imbardante che contribuisce a ridurre il sottosterzo.
Il sistema Q2 ottimizzando l‟aderenza contribuisce ad una maggiore stabilità, una più alta velocità
di percorrenza della curva, un intervento dei sistemi di controllo del veicolo meno frequenti e
invasivi. A tutto vantaggio dei piacere di guida e del pieno controllo del veicolo.
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Caso2 - rilascio in curva
Nel rilascio in curva, lo squilibrio di coppia va a favore della ruota esterna, contribuendo a ridurre
il sovrasterzo.
Comportamento su terreni a scarsa aderenza
Comportamento dinamico senza Sistema Q2
Nella marcia su terreni con condizioni di bassa aderenza, spesso succede di avere le ruote
motrici in condizioni di diversa motricità. Per esempio, percorrendo una strada dopo una nevicata
o una pioggia intensa, una ruota si trova sul margine della carreggiata, a diretto contatto con la
neve residua, mentre l‟altra si trova in una zona già pulita o asciutta.
In queste particolari condizioni, una partenza o una forte accelerata porta ad avere uno
slittamento della ruota con condizioni critiche di attrito, con forti reazioni sul volante, uno spunto
inadeguato e la necessità di effettuare continue correzioni con il volante per mantenere la
traiettoria.
Comportamento dinamico con Sistema Q2
Gli effetti negativi vengono contrastati grazie al trasferimento progressivo di coppia verso la ruota
che può sfruttare il maggiore coefficiente di attrito, rendendo più semplice, ad esempio, una
partenza in salita su una strada di montagna e più sicura e confortevole la marcia su tratti di
strada con mutevoli condizioni del manto stradale.
Insomma, il sofisticato sistema Q2 è l‟ennesima dimostrazione dell‟eccellenza Alfa Romeo nella
ricerca di soluzioni tecniche orientate alla sicurezza e al piacere di guida.
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LA TRAZIONE INTEGRALE
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 87 TRASMISSIONI
Training Academy
LA TRAZIONE INTEGRALE: CENNI STORICI
In questo capitolo viene offerta una breve trattazione storica della trazione integrale: dalla sua
comparsa ai giorni nostri.
Prima della seconda guerra mondiale le applicazioni della trazione integrale sulle auto
rappresentarono solo sporadici esperimenti. Infatti il vero capostipite in questo senso si ebbe
durante la seconda guerra mondiale, quando il governo americano emanò un bando di concorso
per la realizzazione di una vettura agile, robusta ed in grado di disimpegnarsi facilmente in tutte le
condizioni, in special modo quelle di scarsa aderenza come terreni fangosi o innevati: il veicolo,
la cui vita media era stimata in novanta giorni, era per lo più impiegato in operazioni di
ricognizione e perlustrazione. Il concorso fu vinto dalla Bantam, una società di dimensioni
modeste, ragione che portò il governo statunitense ad affidare il grosso della produzione alla
Willys e al colosso Ford. Particolare fortuna ebbe il modello della Willys che presentava uno
schema di trasmissione con trazione permanente sull‟asse posteriore ed inseribile su quello
anteriore.
Fig.1: Modello Bantam
Fig.2: Modello Willys
Fig.3: Modello Ford
Il trend iniziato dalla Willys, con la trazione integrale prerogativa della guida off-road continuò
nell‟immediato dopoguerra quando il governo italiano commissionò un veicolo analogo alle Jeep
americane: nacquero così le AR 51, acronimo che sta per Autoveicolo da Ricognizione seguito
dalla sigla dell‟anno di costruzione (1951). Tale veicolo venne quindi prodotto da Fiat e Alfa
Romeo che in seguito destinarono il veicolo a fini civili cambiandone il nome in Fiat Campagnola
e Alfa Romeo Matta.
Fig.4: Fiat Campagola: modello del 1959
Fig.5: Alfa Romeo Matta in versione civile e militare
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 88 TRASMISSIONI
Training Academy
A partire dagli anni ‟80 poi la trazione integrale cominciò a non essere più adottata solo per
finalità off-road, ma anche per il raggiungimento di standard di sicurezza e prestazioni superiori,
in particolar modo in caso di bassa aderenza; questa soluzione prevede generalmente l‟utilizzo di
tre differenziali, di cui uno “centrale” per garantire una predeterminata ripartizione di coppia sulle
ruote motrici.
In questa direzione si svilupparono i successivi modelli a trazione integrale fino ad arrivare ai
giorni nostri dove l‟impiego dell‟elettronica permette di ottenere livelli di efficienza e affidabilità
superiori.
Qui di seguito sono riportati i più significativi autoveicoli a trazione integrale prodotti dal gruppo
Fiat:
FIAT
Fiat CAMPAGNOLA (1951)
Fiat PANDA 4x4 (1983)
Fiat TEMPRA 4WD (1992)
ALFA ROMEO
Alfa Romeo MATTA (1951)
Alfa Romeo 33 4WD (1983)
Alfa Romeo 155 Q4 (1992)
Alfa Romeo 164 Q4 (1994)
LANCIA
Lancia Y10 4WD (1986)
Lancia PRISMA 4WD (1986)
Lancia DELTA S4
(1986)
Lancia DELTA HF 4WD* (1987)
Lancia DEDRA 4WD
(1989)
* 6 volte consecutive campione del mondo di Rally
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 89 TRASMISSIONI
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TRAZIONE ANTERIORE, POSTERIORE, INTEGRALE
In questo capitolo vengono analizzate le tre tipologie di trazione, mettendone in luce vantaggi e
svantaggi. Il capitolo si conclude con un confronto tra le due tipologie di trazione integrale:
inseribile e permanente.
Trazione anteriore, posteriore, integrale
Le automobili sono veicoli spinti da motori a combustione interna che trasformano l‟energia
termica in potenza meccanica, la quale viene trasferita alle ruote. In relazione alle modalità di
trasferimento si distinguono veicoli a trazione anteriore, nei quali la potenza viene fornita alle
ruote anteriori, veicoli a trazione posteriore, nei quali viene fornita alle ruote posteriori e veicoli a
trazione integrale (o quattro ruote motrici o 4x4) in cui tutte e quattro le ruote sono motrici.
Per esser più precisi esistono ancora due grandi gruppi nei quali si possono ulteriormente
suddividere le auto 4x4: quelle a trazione integrale permanente, che hanno quindi sempre tutte e
quattro le ruote motrici, e quelle a trazione integrale inseribile in cui è possibile collegare tutte e
quattro le ruote al motore. Riassumendo:
Storicamente lo schema che ha incontrato maggior diffusione prevedeva il motore anteriore
disposto longitudinalmente e la trazione posteriore: questo perché, a causa dell‟assenza dei
giunti omocinetici, la trazione anteriore presentava il problema di ottenere la sterzata con angoli
anche di 45°. Inoltre i primi veicoli a trazione anteriore avevano grossi problemi di instabilità
dovuti alla forte concentrazione del peso sull‟anteriore. Oggi lo schema più diffuso, è quello del
motore e trazione anteriore in quanto è caratterizzato da indiscutibili vantaggi.
Prima di tutto occorre evidenziare la differenza del comportamento stradale dei tre tipi di trazione:
per far ciò si introduce il concetto di angolo di deriva, definito come l‟angolo compreso tra il piano
di mezzeria della ruota e la tangente alla traiettoria. L‟angolo di deriva è dovuto alla deformazione
del pneumatico ed è proporzionale alla forza laterale, se questa è inferiore al limite di aderenza;
oltre questo limite, il pneumatico inizia a strisciare, cosa che aumenta notevolmente gli angoli di
deriva.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 90 TRASMISSIONI
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Trazione anteriore
Con una vettura a trazione anteriore in curva può succedere, in special modo se si esagera con
l'acceleratore o su fondi viscidi, che le ruote anteriori perdano aderenza e il veicolo tenda a
descrivere una traiettoria più ampia(il cosiddetto sottosterzo). Ciò accade perché gli angoli di
deriva dell‟avantreno sono superiori rispetto a quelli del retrotreno e quindi le condizioni limite
vengono raggiunte prima all‟avantreno. Il comportamento da adottare per ovviare al problema è
quello più naturale, ossia alzare leggermente il piede dall'acceleratore.
Fig.8: Sottosterzo rispetto alla traiettoria ideale
La funzione matematica che esprime il valore dell‟angolo di sterzo  in funzione della velocità del
veicolo V è:
 = p*(1+KV )/R
2
essendo p il passo della vettura, V la velocità del veicolo, R il raggio di curvatura e K, fattore
dipendente dal tipo di trazione: K>0 per veicolo sottosterzante; K=0 per veicolo neutro e K<0 per
veicolo sovrasterzante.
Il grafico seguente esprime il valore dell‟angolo di sterzo  al variare della velocità V e avendo
ipotizzato un raggio di curvatura R costante (si vuole mantenere la traiettoria).
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- 91 TRASMISSIONI
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R=cost
Max
Angolo volante
iniziale
Sottosterzo
Vu
0
5
10
15
20
25
30
35
Min
Velocità
Dal grafico possono essere tratte le seguenti conclusioni:

min e max sono gli angoli minimo e massimo consentiti dal sistema di sterzo e iniziale
rappresenta l‟angolo volante a inizio traiettoria;

in un veicolo sottosterzante per mantenere la traiettoria all‟aumentare della velocità
bisogna aumentare l‟angolo di sterzo nel verso della curva: in tal caso il veicolo può raggiungere
una velocità massima pari a Vu oltre la quale allarga la traiettoria perché l‟angolo volante ha
raggiunto il suo valore massimo.
Come accennato in precedenza i veicoli a trazione anteriore presentano vantaggi che possono
essere riassunti come segue:

migliore utilizzo dello spazio destinato all‟abitacolo e al bagagliaio a causa dell‟assenza
dell‟albero di trasmissione e del differenziale posteriore, cosa che permette una semplificazione
della sospensione posteriore con i relativi vantaggi di peso e di costo;

il pavimento e, conseguentemente, il baricentro del veicolo, sono più bassi;

rispetto alla trazione posteriore si ha maggior motricità su bassa aderenza: infatti le ruote
anteriori traenti consentono il superamento di avvallamenti e buche, sabbia, neve e terreno
fangoso al contrario della trazione posteriore che tende, durante la spinta in avanti, a far crescere
l‟ostacolo davanti alle ruote anteriori e ad affondare quelle posteriori, nel tentativo di far superare
l‟ostacolo all‟assale anteriore.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 92 TRASMISSIONI
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Trazione posteriore
Sulle vetture a trazione posteriore il problema in curva è l'opposto della trazione anteriore: se si
esagera nell'accelerare può accadere che il retrotreno del veicolo tenda a sbandare,
comportamento noto con il nome di “sovrasterzo”. Ciò accade perché gli angoli di deriva del
retrotreno sono superiori rispetto a quelli dell‟avantreno e quindi le condizioni limite vengono
raggiunte prima al retrotreno. In questo caso la manovra da fare è molto delicata: occorre togliere
potenza al motore, stando però attenti a non toglierne molta, pena aumentare la sbandata del
posteriore a causa del trasferimento di carico verso l‟avantreno, e ridurre l‟angolo di sterzo, fino a
sterzare dalla parte opposta alla curva (controsterzo). E' chiaro che tale manovra richiede
maggior sensibilità di guida ed è meno intuitiva di quella delle trazioni anteriori.
Fig.9: Sovrasterzo in confronto con la traiettoria ideale
I vantaggi del veicolo con trazione posteriore possono essere riassunti come segue:
migliore manovrabilità in spazio ristretto e in parcheggio grazie alla possibilità di avere maggiori
angoli di sterzo delle ruote anteriori, a causa dei minori ingombri del vano motore: ciò permette
inoltre un dimensionamento generoso dei pneumatici anteriori;
usura più equilibrata tra i pneumatici anteriori e posteriori in quanto le ruote motrici, non essendo
sterzanti, sopportano inferiori forze trasversali;
nei confronti della trazione anteriore, la trazione posteriore presenta il vantaggio della motricità su
alta aderenza, soprattutto su terreni in salita o durante le forti accelerazioni, a causa del parziale
trasferimento di carico dall‟asse anteriore a quello posteriore: ciò permette di poter sfruttare e,
quindi, installare alte potenze motore.
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- 93 TRASMISSIONI
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Poiché i veicoli sovrasterzanti hanno un fattore di stabilità negativo (K< 0) il grafico relativo sarà
del seguente tipo:
R=cost
Max
Angolo volante
iniziale
Vcr
0
5
10
15
20
25
30
35
Sottosterzo
Sovrasterzo
Vo
Min
Velocità
Dal grafico possono essere tratte le seguenti conclusioni:

min e max sono gli angoli minimo e massimo consentiti dal sistema di sterzo e iniziale
rappresenta l‟angolo volante a inizio traiettoria;

in un veicolo sovrasterzante, all‟aumentare della velocità, l‟angolo di sterzo diminuisce fino ad
annullarsi in corrispondenza della velocità critica VCR, oltre la quale è necessario sterzare in
direzione opposta. Qualora la velocità venisse ulteriormente aumentata, si arriverebbe alla
velocità Vo, corrispondente al limite fisico dell‟angolo di sterzata, oltre il quale il veicolo non
può più seguire la curva.
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- 94 TRASMISSIONI
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Trazione integrale
Le vetture a trazione integrale tendono ad avere un comportamento neutro, cioè a descrivere la
stessa traiettoria a bassa ed alta velocità e con lo stesso angolo di sterzo. A tal proposito si
consideri però che molti costruttori utilizzano un differenziale centrale per ripartire la coppia "in
tempo reale" tra assale anteriore e posteriore: cosa che, se da un lato assicura maggior
aderenza, ha come rovescio della medaglia un comportamento del
veicolo a volte
sottosterzante, altre sovrasterzante.
Il grafico seguente è riferito ad ognuna delle tre tipologie di veicolo (sottosterzante,
sovrasterzante e neutro).
R=cost
Max
Angolo volante
iniziale
Vu
0
5
10
Vcr
15
20
Vo
25
30
35
Sottosterzo
Neutro
Sovrasterzo
Min
Velocità
Dal grafico possono essere tratte le seguenti conclusioni:

min e max sono gli angoli minimo e massimo consentiti dal sistema di sterzo e iniziale
rappresenta l‟angolo volante a inizio traiettoria;

un veicolo neutro mantiene idealmente sempre lo stesso angolo di sterzata
indipendentemente dalla velocità cui affronta la curva.
E‟ ovvio che sia preferibile ottenere, per la sicurezza di marcia e l‟istintività della correzione,
comportamenti di tipo neutro o sottosterzante.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 95 TRASMISSIONI
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I vantaggi della trazione integrale possono essere riassunti come segue:
ripartendo le forze di trazione sulle quattro ruote, si hanno le migliori caratteristiche di motricità,
soprattutto nelle situazioni con fondo stradale particolarmente scivoloso. Infatti, nel caso di
trazione su un solo asse su, le ruote motrici potrebbero non avere sufficiente trazione per vincere
la resistenza delle ruote folli, rendendo impossibile l‟avviamento del veicolo (es. ruote folli
affondate nel fango/sabbia);
più ruote che scaricano potenza a terra significa maggior aderenza e soprattutto migliore
guidabilità.
Si approfondiscono di seguito i principi fisici che giustificano la migliore motricità e la migliore
aderenza degli autoveicoli a trazione integrale.
Fig.10:veicolo a trazione anteriore
Nell‟ipotesi che la forza peso di un veicolo si distribuisca uniformemente sulle quattro ruote, su
un‟autovettura con trazione su un solo assale la massima forza tangenziale che le ruote di un
asse possono scambiare con il terreno è:
F=f*G/2
essendo f il coefficiente d‟attrito e G la forza peso.
Fig.11: veicolo a trazione integrale
Nelle stesse condizioni un‟autovettura a trazione integrale, poiché esercita la forza sul terreno
attraverso quattro ruote, potrà scambiare una forza complessiva pari a:
F=f*G
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 96 TRASMISSIONI
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Il fatto che le quattro ruote motrici garantiscano una migliore aderenza può essere spiegato come
segue:
 avere 4 ruote motrici anziché 2 permette di ridurre di circa il 50% la forza longitudinale traente
sulla singola ruota (a seconda della ripartizione di coppia ricercata);

il modello del pneumatico prevede un‟ellisse limite di aderenza oltre il quale il pneumatico
slitta.
L‟ellisse rappresenta l‟aderenza del pneumatico ed è giustificato dal fatto che l‟aderenza
longitudinale massima è superiore rispetto a quella trasversale.
Longitudinale
O
N
G
I
T
u
Trasversale
a)2 ruote motrici
b)4 ruote motrici
Come si può intuire dai due grafici sopra riportati, riducendo la componente longitudinale, il limite
di aderenza (bordo ellisse) viene raggiunto applicando una forza trasversale superiore (freccia
nera): ciò permette di avere una maggiore “disponibilità” del pneumatico in curva.
Sostanzialmente, poi, i veicoli a trazione integrale presentano tutti i vantaggi, ma anche tutti gli
inconvenienti delle trazioni anteriori e di quelle posteriori; si aggiunge il fatto che un'auto a
trazione integrale consuma di più di una con trazione su un solo asse, soprattutto per il maggior
attrito derivante da più masse meccaniche in movimento.
Trazione integrale inseribile e permanente
Come già accennato in precedenza, la trazione integrale può essere del tipo inseribile o
permanente. Nel primo caso si ha una soluzione di tipo utilitario, adatta ad operare in condizioni
di bassa aderenza e su strade accidentate, mantenendo il comportamento della vettura a
trazione anteriore (o posteriore) da cui deriva. L‟inserimento della trazione integrale è affidata al
conducente. Il vantaggio principale di questa soluzione risiede nella semplicità e, di
conseguenza, nel costo poiché non vi è la necessità del differenziale centrale e, non richiedendo
prestazioni spinte, si adotta un ponte posteriore rigido. Si osserva che, a causa dell‟assenza del
differenziale centrale, l‟innesto della trazione integrale in condizioni di marcia su strada, anche
bagnata, comporta vibrazioni, sollecitazioni, slittamenti e instabilità in frenata.
La soluzione permanente consente di ottenere le migliori caratteristiche di handling e di sfruttare
al meglio potenze elevate. In questo caso si ha una maggiore complessità della trasmissione con
relativi costi aggiuntivi: infatti il differenziale posteriore è sospeso alla scocca tramite telaio e la
sospensione posteriore segue criteri di impostazione tipici delle trazioni posteriori.
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DIFFERENZIALI APERTI
In questo capitolo vengono illustrate le funzioni svolte dal differenziale e il suo funzionamento
nelle varie condizioni di marcia.
Differenziale aperto (open)
Il primo differenziale fu realizzato dal francese Pecquer oltre un secolo e mezzo fa. E‟ un
dispositivo meccanico che consente di svolgere due compiti fondamentali per la marcia del
veicolo:

Ripartire equamente la coppia motrice, proveniente dalla trasmissione attraverso una presa di
moto, tra i due alberi in uscita dal differenziale, i quali possono essere o i due semiassi
solidali alle ruote oppure gli assi per la trasmissione del moto verso l‟avantreno/retrotreno nel
caso in cui il differenziale sia posizionato centralmente;

Consentire alle ruote di uno stesso assale oppure alle ruote di due assali diversi di assumere
un regime di rotazione differente.
Quest‟ultimo aspetto è particolarmente importante: in curva, infatti, le ruote di un asse sono
costrette a percorrere traiettorie diverse; in particolar modo quella seguita dalla ruota esterna ha
un raggio più ampio rispetto a quella interna.
Fig.12: sterzatura del veicolo rispetto al centro di curvatura C
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La velocità periferica assunta dalla ruota esterna è pertanto superiore, essendo direttamente
proporzionale al raggio di curvatura (r2>r1). Poiché l‟espressione di questa velocità dal punto di
vista della ruota è
V=*r

r
v
con
r = raggio ruota
  = velocità angolare ruota
ed essendo  direttamente proporzionale al numero di giri della singola ruota, allora la ruota
esterna dovrà girare più rapidamente per avere una v maggiore, essendo ovviamente uguale tra
le due ruote il raggio r. Il discorso è analogo quando col differenziale si collegano i due assi di
una trazione integrale, in quanto le ruote posteriori tendono a tagliare la curva.
Il differenziale classico è costituito dai seguenti elementi:

presa di moto, ottenuta con pignone (1) e corona conica (2) dentati, per ricevere la coppia
proveniente dall‟albero di uscita del cambio;

incastellatura (6) vincolata nel moto alla corona;

planetari (5) solidali ai due semiassi ruota;

satelliti (3), vincolati nel moto all‟incastellatura attraverso il perno portasatelliti (4) e ingranati
con i planetari.
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2
8
1
4
6
3
7
5
pignone conico
corona conica
satelliti
perno portasatelliti
planetari
scatola
semiasse destro
semiasse sinistro
Fig.13: sezione di un differenziale aperto
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Per descriverne il funzionamento verranno ora analizzate dIfferenti condizioni di marcia.
Marcia rettilinea con uguali condizioni di aderenza
In marcia rettilinea e con eguali condizioni di aderenza per le ruote motrici la coppia viene
equamente ripartita (50%-50%) tra i due semiassi nel seguente modo: la coppia giunge alla presa
di moto, la corona la trasmette all‟incastellatura, solidale al perno portasatelliti, costringendo così
ad un moto di rivoluzione i satelliti stessi; questi ultimi perciò ruotano non intorno al proprio asse
ma intorno all‟asse ruota, trascinando i planetari che trasmettono infine la coppia ai semiassi e
quindi alle ruote, le quali (in queste particolari condizioni di marcia) compiono lo stesso numero di
giri.
C,n
Cs , ns
Cd , nd
Fig.14: marcia rettilinea con uguali condizioni di aderenza
con Cs = Cd
ns = nd
C = 2 * Cs = 2 * C d
n = 2 * n s = 2 * nd
dove C = coppia motrice sulla scatola
n = numero di giri scatola
Cs = coppia sulla ruota sinistra
ns = numero di giri ruota sinistra
Cd = coppia sulla ruota destra
nd = numero di giri ruota destra
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IN CURVA CON UGUALI CONDIZIONI DI ADERENZA
In curva la distribuzione della coppia non cambia, tuttavia il differenziale deve consentire alle
ruote collegate di ruotare diversamente. Questa funzione viene svolta attraverso l‟azione dei
satelliti: i due planetari (collegati alle ruote), per i motivi già visti, ruotano a velocità differenti; i
satelliti, oltre al moto di rivoluzione fornito attraverso la scatola, sono soggetti ad una rotazione
intorno al proprio asse per effetto della differenza di velocità tra i due planetari. E‟ proprio questo
moto dei satelliti a consentire alla ruota esterna di accelerare e all‟interna di rallentare.
C,n
nd
Cs
Cd
ns
Fig.15: in curva con uguali condizioni di aderenza
con ns > n e nd < n
Cs = Cd = C/2
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DIFFERENTI CONDIZIONI DI ADERENZA
Il differenziale aperto ha un grosso limite: la sua azione non consente di avviare il veicolo se
anche solo una delle ruote motrici si trova in condizione di scarsa aderenza o sia sollevata da
terra. In questo caso infatti, sulla ruota in questione non è applicata coppia resistente, quindi la
potenza che le arriva si trasforma tutta in velocità di rotazione:
P = C x 
Dall‟espressione della potenza è chiaro che se la coppia è molto bassa, deve necessariamente
crescere per mantenere la potenza costante. La ruota senza aderenza slitta quindi a velocità
elevata, mentre l‟altra resta ferma in quanto non gli arriva coppia sufficiente ad avviare la marcia
del veicolo. Per come costruito infatti, il differenziale ripartisce equamente la coppia: se da un lato
non ne arriva allora non ne arriva neanche dall‟altra parte.
C,n
Cs
con
Cd
nd
Fig.16: ruota destra su fondo a scarsa aderenza
ns = 0 (non visualizzato in figura)
nd = 2 * n
Cd ≈ 0
Cs = Cd
La ruota sinistra quindi resta ferma, di conseguenza anche il suo planetario; i satelliti invece, già
soggetti al moto di rivoluzione impresso dalla scatola, ruotano su se stessi consentendo alla
destra di accelerare liberamente fino alla velocità massima consentitale dal differenziale, che è
doppia rispetto alla scatola. In formule:
n = (ns + nd) / 2
n d = 2 * n + ns
Da queste espressioni è immediato osservare che il regime della scatola è dato dalla semisomma
dei regimi delle due ruote che, come già visto, possono anche non coincidere (es. in curva).
Supponendo che sia la ruota destra a slittare e quella sinistra a star ferma, si osserva subito
ribaltando l‟espressione che ns è due volte n (ns = 0).
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- 103 TRASMISSIONI
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UTILIZZO DEI DIFFERENZIALI BLOCCABILI
Questo capitolo tratta del bloccaggio del differenziale illustrando il concetto di bloccaggio e il suo
scopo. Vengono poi prese in esame tutte le tipologie per ottenere il bloccaggio.
Differenziali bloccabili (locked)
Questi differenziali sono bloccabili e permettono di superare il limite manifestato da quelli aperti.
Quando per una ruota sussistono condizioni di scarsa aderenza, con i locked la coppia viene
scaricata sulla ruota che fa presa, consentendo così l‟avviamento del veicolo. Bloccare il
differenziale significa rendere in qualche modo solidali i semiassi collegati alle ruote (e quindi i
rispettivi planetari) con la scatola del differenziale. In questo modo il differenziale perde parte
della sua funzionalità, non consentendo alle ruote di girare a velocità diverse. Una volta bloccato,
il differenziale è come se non esistesse: i due semiassi si comportano come se fossero un
elemento unico, su cui è disponibile tutta la coppia motrice, e le due ruote devono girare allo
stesso numero di giri. Questa coppia si distribuisce alle ruote automaticamente in funzione delle
condizioni di aderenza: la ruota che slitta ha una coppia resistente molto bassa e gira veloce;
l‟altra ruota, essendo ormai rigido il collegamento, gira alla stessa velocità, ma avendo aderenza
col terreno richiede una coppia motrice elevata per vincere le resistenze al moto. Quindi tutta la
coppia motrice, meno la quota molto piccola che si scarica sulla ruota che slitta, viene indirizzata
sulla ruota che ha trazione.
C,n
Cd
Cs
ns
nd
Fig.17: ruota destra su fondo a scarsa aderenza; comportamento con differenziale bloccabile
dove C = coppia motrice sulla scatola
n = numero di giri scatola
Cs = coppia sulla ruota sinistra
ns = numero di giri ruota sinistra
Cd = coppia sulla ruota destra
nd = numero di giri ruota destra
con ns = nd = n (i due semiassi sono solidali e hanno pari velocità)
Cs > Cd
Cs + Cd = C
I differenziali bloccabili sono caratterizzati dalla cosiddetta percentuale di bloccaggio, che
rappresenta la percentuale di coppia in più che arriva alla ruota che ha trazione rispetto a quanta
ne arriverebbe se avessimo il differenziale sbloccato.
Se per esempio avessimo un bloccaggio del 40%, la coppia tenderebbe a distribuirsi come
segue:
50% + 0,4 * 50% = 70% sulla ruota con aderenza
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 104 TRASMISSIONI
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100% - 70% = 30% sulla ruota che non ha aderenza
Questa espressione è valida solo partendo da una ripartizione equa di coppia tra le due ruote
(50%), e si verifica esclusivamente, quando la ruota con minore aderenza ne ha comunque a
sufficienza per scaricare a terra una coppia pari al 30% di quella entrante nel differenziale. Idem
per l‟altra ruota. Se l‟aderenza non è invece sufficiente, sulla ruota che ha trazione arriva una
coppia pari a quella della ruota che slitta (quasi nulla) più il 40% di quella entrante nel
differenziale. Se la ripartizione iniziale della coppia fosse diversa dal 50%, bisognerebbe
impiegare formule dedicate un po‟ più complesse, per tener conto della ripartizione di coppia
indotta dal differenziale centrale, anche se per avere un ordine di grandezza l‟espressione
adoperata in precedenza può essere comunque utilizzata, specialmente se la ripartizione iniziale
è vicina al 50%.
I differenziali bloccabili possono essere ad azionamento manuale o automatico, presentando
molteplici soluzioni per il bloccaggio.
DIFFERENZIALI
BLOCCABILI
A BLOCCAGGIO
MANUALE
1. con dispositivo meccanico
2. elettropneumatico
3. a depressione
AUTOBLOCCANTI
1. con dischi di frizione
2. con fluido viscoso
3. Torsen
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 105 TRASMISSIONI
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Bloccaggio manuale
Il bloccaggio del differenziale è attuato direttamente dal pilota attraverso una leva o un
interruttore dall‟interno della vettura. Il bloccaggio può verificarsi grazie all‟azione di un manicotto
scorrevole che rende solidale un semiasse con la scatola del differenziale
L‟azionamento può essere meccanico o elettropneumatico: nel primo caso si adotta un sistema di
leve, nel secondo si agisce attraverso pistoncini pneumatici comandati da un compressore
elettrico. Particolare soluzione è quella in cui si utilizza sempre un cilindro pneumatico, azionato
però dalla depressione generata dal moto dell‟asta di guida del manicotto di bloccaggio: in questo
modo si ottiene maggiore semplicità costruttiva, riduzione di dimensioni e costi grazie
all‟eliminazione di tubazioni e centraline elettropneumatiche.
Questi differenziali portano ad un bloccaggio del 100%, cioè il 100% della forza di trazione può
andare sulla ruota nelle migliori condizioni di aderenza. In questo modo viene aumentata la
motricità, consentendo al veicolo di disimpegnarsi dalle situazioni in cui una delle due ruote di un
asse tenda a slittare a causa della scarsa aderenza del fondo. Il bloccaggio è inoltre applicato
frequentemente sul differenziale/ripartitore di coppia centrale nel caso di un veicolo a trazione
integrale: la coppia viene rigidamente ripartita ma stavolta tra asse anteriore e posteriore. Il
vantaggio di questa soluzione è appunto l‟aumentata motricità, ma il bloccaggio deve essere
effettuato solo, quando effettivamente la situazione lo richieda, per brevi tratti, a bassa velocità e
non in curva. La dinamica del veicolo cambia completamente: le due ruote di uno stesso asse e/o
le ruote dei due assali sono costrette a girare alla stessa velocità, rendendo pericolosa la guida
del veicolo in curva (il differenziale è stato creato apposta per questo motivo!!). Inoltre gli organi
della trasmissione vengono fortemente sollecitati. Basti pensare al semiasse della ruota che ha
trazione, il quale deve esser dimensionato per sopportare una coppia doppia rispetto a quella di
un differenziale aperto, nel caso in cui tutta o quasi tutta la coppia venisse trasferita alla ruota con
aderenza. Il bloccaggio manuale è pertanto presente solitamente sulle trazioni integrali più
esasperate.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 106 TRASMISSIONI
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Fig.18: differenziale a bloccaggio pneumatico (Fiat TEMPRA 4x4)
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 107 TRASMISSIONI
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Autobloccanti
Il bloccaggio del differenziale avviene automaticamente, senza cioè che sia legato
all‟azionamento del conducente. L‟obiettivo è sempre lo stesso, consentire la ripartizione della
coppia verso l‟asse o la ruota aventi maggiore aderenza, favorendo così il miglioramento della
motricità anche nelle più impegnative condizioni di marcia.
La coppia motrice viene ripartita sulla base della differenza di velocità (speed sensing) o di
coppia (torque sensing) tra le ruote/assi connessi al differenziale, differenza rilevata
automaticamente dal differenziale stesso. Nel primo caso il differenziale si blocca quando rileva
una differenza di velocità tra gli alberi di ingresso/uscita; nel secondo caso invece quando viene
rilevata una differenza di coppia resistente. Il discorso è analogo, in quanto la differenza di
velocità si manifesta, quando c‟è una differenza di coppia resistente e quindi di aderenza, ma il
differenziale si accorge dell‟uno o dell‟altro in base alle proprie caratteristiche costruttive.
Le differenze rispetto al bloccaggio manuale sono notevoli. Il vantaggio principale offerto da un
autobloccante è il seguente:

è sempre attivo, non solo quando lo decide il conducente, migliorando quindi la motricità del
veicolo grazie ad un‟opportuna distribuzione di coppia in qualsiasi istante, soprattutto quando
gli slittamenti e le perdite di aderenza sono limitate e sarebbe eccessivo il bloccaggio
manuale.
Tuttavia presenta anche dei limiti, legati proprio al fatto che è sempre attivo:

poiché agisce sempre, non è possibile raggiungere percentuali di bloccaggio molto elevate (di
norma tra il 25% e il 40%).
Se così fosse il comportamento del veicolo diventerebbe imprevedibile. Con percentuali di
bloccaggio elevate si possono presentare queste condizioni:

DIFFERENZIALE AUTOBLOCCANTE MONTATO SU UN ASSE
le ruote girerebbero alla stessa velocità in tutte le curve, anche in quelle percorse più
veicolo tenderebbe ad andare dritto.
velocemente, e il

DIFFERENZIALE AUTOBLOCCANTE IN POSIZIONE CENTRALE
il veicolo manifesta comportamenti a tratti sottosterzanti e a tratti sovrasterzanti: la coppia,
distribuita dal differenziale verso l‟asse a maggiore aderenza, potrebbe andare prevalentemente
al retrotreno (sovrasterzante) piuttosto che all‟avantreno (sottosterzante), modificando
nettamente e improvvisamente il comportamento del veicolo, cogliendo impreparati i piloti meno
esperti. Un autobloccante provoca sempre questi salti di coppia da un asse all‟altro, anche per
bloccaggi limitati, ma più la percentuale di bloccaggio è elevata più questo aspetto diventa
ingestibile.
E‟ opportuno osservare che oltre alle condizioni del terreno, è sufficiente il trasferimento di carico
in curva o in accelerazione/decelerazione, o ancora più semplicemente un pneumatico sgonfio,
per modificare le condizioni di aderenza di assali/ruote, facendo così entrare in azione
l‟autobloccante. E‟ per questi motivi che è necessario limitare la percentuale di bloccaggio, in
maniera tale che oltre certi limiti l‟azione di bloccaggio si esaurisca, permettendo al differenziale
di svolgere la sua funzione primaria, cioè di consentire alle ruote di girare a regimi differenti.
Questo è ovviamente fondamentale in curva, dove il bloccaggio automatico facilita l‟inserimento
della vettura, mentre quando le forze in gioco superano i limiti previsti, il differenziale si sblocca e
agisce come un aperto.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 108 TRASMISSIONI
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Autobloccante con dischi di frizione
Con questa soluzione, vengono introdotti dei dischi di frizione solidali alla scatola e posti a
contatto con i planetari: quando una ruota slitta, il planetario ruoterebbe più veloce della scatola,
ma (entro certi limiti) viene rallentato proprio dall‟azione di questi dischi, che portano quindi le due
ruote ad avere la stessa velocità di rotazione. Di nuovo, come per il bloccaggio manuale, il
differenziale perde la propria funzione, e collega rigidamente le due ruote. La coppia viene
ripartita in base alle condizioni di aderenza dei pneumatici.









scatola
risalti interni
spingidisco
disco frizione
perno satelliti
satelliti
planetari
disco frizione
molla a tazza
Fig.19: Esploso di un autobloccante, in cui è possibile notare la presenza dei dischetti di frizione
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 109 TRASMISSIONI
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Ferguson come differenziale centrale
In questo caso il giunto viene utilizzato come organo di collegamento tra gli assi
anteriori/posteriori, senza l‟aggiunta di altri differenziali o riduttori. Al massimo è possibile
l‟introduzione di un riduttore epicicloidale tra giunto e ponte posteriore, non con funzione di
ripartitore ma esclusivamente di amplificatore della differenza di velocità tra ingresso e uscita del
giunto, al fine di rendere più rapido e sensibile il suo intervento. Con questa configurazione è
possibile realizzare una trazione integrale non proprio permanente, ma inseribile
automaticamente. In condizioni ideali, in cui asse anteriore e posteriore si trovino nelle stesse
condizioni di aderenza, la trazione è al 100% su un solo asse, ad esempio quello anteriore. Nel
momento in cui si genera una minima differenza di velocità tra i due assi interviene
automaticamente il giunto, ripartendo parte della coppia sull‟asse posteriore. In questo modo la
trazione è integrale solo quando effettivamente necessario, e la coppia viene distribuita in
percentuali opportune tra i due assi proprio in funzione delle reali condizioni di aderenza, rilevate
attraverso la differenza di velocità tra gli alberi. In realtà, anche in condizioni di marcia ideali parte
della coppia va a finire sull‟asse posteriore, seppur in percentuali molto piccole (circa 2-3%).
Questo perché a freddo il fluido del giunto possiede comunque un minimo valore di viscosità tale
da trasferire coppia.
Vista la semplicità applicativa, la flessibilità d‟impiego e i costi decisamente ridotti rispetto a
differenziali locked di altro tipo, il giunto viscoso è un dispositivo particolarmente diffuso sia come
dispositivo di bloccaggio che come differenziale centrale per una trazione integrale inseribile
automaticamente. Naturalmente presenta anche dei limiti, che sono intrinsecamente legati al suo
principio di funzionamento. Per poter intervenire è necessario raggiungere le condizioni di
slittamento, perciò agisce solo dopo che è stata persa aderenza. Inoltre deve trascorrere il tempo
sufficiente a riscaldare il fluido. Naturalmente questo tempo è limitato, ma rende comunque lenta
la risposta del giunto, soprattutto in relazione ai dispositivi meccanici di bloccaggio dei
differenziali, che invece agiscono in tempo reale. Inoltre un uso prolungato del veicolo nella guida
off-road, con continui interventi del giunto, rende difficile il raffreddamento dell‟olio, con una
conseguente riduzione di sensibilità e precisione della risposta.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 110 TRASMISSIONI
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DIFFERENZIALI TORSEN
In questo capitolo si illustrano le varie tipologie di differenziali Torsen analizzandone il
funzionamento nelle diverse condizioni di marcia ed evidenziandone i vantaggi e gli svantaggi
reciproci.
Differenziali torsen
Il Torsen è un differenziale autobloccante sensibile alle differenze di coppia (Tor = torque ; sen =
sensing) che utilizza una complessa geometria degli ingranaggi al fine di:
 differenziare la velocità delle ruote o dei due assi in curva, a seconda che sia montato
rispettivamente su un asse oppure in posizione centrale;
 evitare lo slittamento di una ruota o entrambe (in caso di Torsen centrale) in condizioni di
scarsa aderenza, forzando la coppia ad andare verso la ruota o l‟asse a maggiore aderenza.
Esistono tre diverse tipologie di Torsen, classificati come A, B o C. Differiscono l‟uno dall‟altro per
la diversa geometria degli ingranaggi, ma il principio di funzionamento per ottenere il bloccaggio è
lo stesso nelle tre configurazioni.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 111 TRASMISSIONI
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Torsen A
Il principio di funzionamento del Torsen A è legato alla geometria degli ingranaggi, e in particolar
modo all‟accoppiamento vite senza fine/ruota a dentatura elicoidale. Questo accoppiamento, in
particolari condizioni, consente il moto in una sola direzione: la vite senza fine può far ruotare
l‟ingranaggio elicoidale, ma non può avvenire il contrario. La ruota a denti elicoidali, che nel
Torsen è rappresentata dai satelliti, non può quindi mai trasmettere il moto, attraverso la sua
rotazione, alla vite senza fine, rappresentata dai planetari. La condizione di irreversibilità si
realizza solo per il moto di rotazione dei satelliti intorno al proprio asse; nel moto di rivoluzione
invece, ovvero quando i satelliti ruotano intorno all‟asse dei planetari, i satelliti possono portare in
rotazione i planetari. E‟ proprio attraverso questa irreversibilità del moto, ottenibile con
determinate condizioni di attrito interno e angolo d‟inclinazione dell‟elica dei denti, che si realizza
il bloccaggio automatico del differenziale.
Facendo riferimento alla figura sottostante, gli elementi che costituiscono il Torsen A sono:
 una scatola esterna (1), che riceve il moto dalla trasmissione attraverso una corona conica
(non presente in figura ma solidale alla scatola)
 due planetari (5), montati coassiali e affacciati frontalmente, costituiti da due viti senza fine,
solidali ai semiassi ruota (2) oppure, nel caso di Torsen centrale, solidali agli alberi per
trasmettere il moto ad avantreno/retrotreno
 tre coppie di satelliti (3), costituiti da ingranaggi elicoidali, imperniati alla scatola da cui
vengono trascinati nel moto di rivoluzione, ingranati coi planetari (accoppiamento vite senza
fine/ingranaggio elicoidale) e ingranati tra di loro attraverso le dentature di concatenamento
(4) alle estremità.
4
2
3
2
1
5
Fig.22: Torsen A
1.
2.
3.
4.
scatola
semiassi
satelliti
ingranaggi di
concatenamento
5. planetari
E‟ necessario analizzare il funzionamento del differenziale nelle differenti condizioni di marcia.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 112 TRASMISSIONI
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Marcia rettilinea con aderenza uguale sulle ruote
La coppia motrice proveniente dalla trasmissione viene trasmessa alla scatola attraverso la
corona conica. La scatola costringe le tre coppie di satelliti a ruotare intorno ai planetari (moto di
rivoluzione), senza ruotare su se stessi. I satelliti trascinano quindi i planetari con i quali sono
ingranati, portandoli in rotazione. In queste condizioni di marcia, le ruote hanno lo stesso numero
di giri e la coppia motrice viene equamente ripartita: il Torsen si comporta come un normale
differenziale aperto. I satelliti, non ruotando su se stessi, agiscono come chiavette rendendo
rigido il collegamento. Questo avviene perché, anche se i satelliti tendessero a ruotare su se
stessi, il moto sarebbe automaticamente impedito dalla geometria dell‟accoppiamento: per
costruzione, i satelliti dovrebbero ruotare nello stesso verso, ma essendo tra loro connessi
attraverso gli ingranaggi di concatenamento, restano bloccati. Come noto infatti due ruote dentate
per poter ingranare tra loro devono avere versi di rotazione differenti.
Fig.23: ingranaggi di concatenamento dei satelliti
I satelliti agiscono da chiavette perché, come visualizzato in figura, tenderebbero a ruotare nello
stesso verso quindi, essendo ingranati attraverso gli ingranaggi di concatenamento, restano
bloccati.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 113 TRASMISSIONI
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Fig.24: marcia rettilinea con uguali condizioni di aderenza con differenziale Torsen
con Cs = Cd
ns = nd
C = 2 * Cs = 2 * C d
n = 2 * ns = 2 * nd
dove C = coppia motrice sulla scatola
n = numero di giri scatola
Cs = coppia sulla ruota sinistra
ns = numero di giri ruota sinistra
Cd = coppia sulla ruota destra
nd = numero di giri ruota destra
In curva con uguali condizioni di aderenza
La coppia motrice arriva alla scatola, da qui ai satelliti e infine ai planetari. A differenza di prima
ora la traiettoria curvilinea impone alle ruote, quindi ai planetari, di ruotare a velocità diverse.
Questo è consentito dalla presenza dei satelliti. In marcia rettilinea essi sono bloccati perché
ruoterebbero nello stesso verso e alla stessa velocità. Qui invece si verifica questa situazione: il
planetario che accelera (ruota esterna) ruota più velocemente della scatola; conseguentemente il
satellite corrispondente è costretto a ruotare su se stesso per compensare la differenza di
velocità e consentire al planetario di accelerare. All‟altra estremità il planetario rallenta rispetto
alla scatola (ruota interna); il satellite corrispondente compensa la differenza di velocità girando
su se stesso, ma questa volta in senso contrario rispetto all‟altro perché deve consentire al
planetario di rallentare e non di accelerare. Rispetto alla marcia rettilinea, ora i due satelliti
possono ruotare su se stessi, perché possiedono uguale velocità ma versi di rotazione opposti. Di
nuovo il Torsen si comporta come un differenziale aperto.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 114 TRASMISSIONI
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Fig.25: ingranaggi di concatenamento dei satelliti
Fig.26: in curva con uguali condizioni di aderenza con differenziale Torsen
con ns > n e nd < n
Cs = Cd = C/2
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 115 TRASMISSIONI
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Differenti condizioni di aderenza
Le proprietà di questo differenziale sono messe in luce quando una ruota si trova su un terreno a
scarsa aderenza, condizione per cui con un open la ruota slitterebbe senza consentire
l‟avviamento del veicolo. Nel Torsen questo non si verifica, grazie all‟irreversibilità del moto
dovuta alle condizioni di accoppiamento planetario/satellite. La coppia motrice arriva alla scatola,
da qui ai satelliti e infine ai planetari. Uno dei due planetari, quello solidale alla ruota dotata di
scarsa aderenza, tenderebbe ad accelerare rispetto alla scatola (la ruota slitta). Il satellite
ingranato col planetario dovrebbe allora ruotare su se stesso per consentire alla ruota di slittare,
ma essendo ingranato con l‟altro satellite, questa rotazione non può verificarsi. Infatti quest‟ultimo
dovrebbe, essendo ingranati, ruotare alla stessa velocità ma in verso opposto; ma per ruotare in
questo modo, dovrebbe forzare la rotazione del planetario corrispondente. Essendo però il moto
irreversibile, questo satellite non può portare in rotazione il suo planetario, quindi si blocca. Di
nuovo, come nella marcia rettilinea, i satelliti sono bloccati rendendo rigido il collegamento: le
ruote sono costrette a girare alla stessa velocità e la coppia viene distribuita in proporzioni
differenti in funzione delle effettive condizioni di aderenza al contatto strada-pneumatico.
Fig.27: ingranaggi di concatenamento dei satelliti
In figura si osserva che, supponendo che sia la ruota di sinistra a perdere aderenza, il satellite di
destra dovrebbe mettersi in rotazione alla stessa velocità, spinto dal satellite adiacente. Per
ruotare, il satellite destro dovrebbe far girare il suo planetario che invece è fermo o comunque più
lento, ma questo non è possibile per la condizione di irreversibilità del moto. Il Torsen si blocca.
Fig.28: ruota destra su fondo a scarsa aderenza; comportamento con differenziale Torsen
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 116 TRASMISSIONI
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Torsen B
3
2
1
2
4
1. scatola
2. semiassi
3. satelliti ad assi
paralleli
4. planetari
Fig.29: Torsen B
Il principio di funzionamento è analogo a quello del Torsen A. La differenza sostanziale è
rappresentata dalla geometria dei satelliti, che non sono più costituiti da coppie di ingranaggi
elicoidali concatenati tra loro, ma sono realizzati in un unico elemento sviluppato assialmente: gli
assi dei due satelliti sono quindi coincidenti.
Questa soluzione permette di limitare le forze scambiate tra gli ingranaggi, aumentando la durata
del differenziale, limitando le vibrazioni e garantendo un funzionamento più dolce. Inoltre la
maggior lunghezza degli ingranaggi dovuta allo sviluppo longitudinale dei satelliti assicura una
maggiore flessibilità d‟impiego, consentendone l‟applicazione anche sull‟asse anteriore, cosa non
possibile con il Torsen A.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 117 TRASMISSIONI
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Training Academy
Torsen C
1
4
3
2
1
2
4
Scatola
Planetari
Satelliti
Anelli di frizione
Fig.30: esploso di un Torsen C
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 118 TRASMISSIONI
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Fig.31: sezione di un Torsen C
Il Torsen C è un differenziale i cui ingranaggi presentano una configurazione epicicloidale. I
principali elementi che costituiscono il differenziale sono:

planetario connesso all‟albero in ingresso attraverso profilo scanalato, costituito da una corona
dentata esternamente con denti elicoidali (2);

planetario connesso all‟albero in uscita attraverso profilo scanalato, costituito da una corona
dentata internamente con denti elicoidali (2);

satelliti (3), costituiti da viti senza fine e imperniati sulla scatola, da cui ricevono il moto di
rivoluzione;

elementi di frizione (4), costituiti da dischetti metallici con superfici ad alto coefficiente d‟attrito;

scatola esterna (1) che riceve il moto attraverso corona dentata.
Per costruzione il Torsen C non può ripartire la coppia equamente sui due alberi, in quanto le
corone dei due planetari hanno diametro diverso essendo concentriche e per poter ingranare le
dimensioni dei denti devono coincidere; quindi i due planetari dovranno necessariamente
possedere un diverso numero di denti, realizzando così un riduttore/moltiplicatore epicicloidale.
Per questo motivo il Torsen C trova applicazione esclusivamente come ripartitore centrale di
coppia.
Di nuovo si analizza il funzionamento nelle diverse condizioni di marcia.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 119 TRASMISSIONI
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Marcia rettilinea con uguali condizioni di aderenza
Le ruote dell‟asse anteriore e posteriore viaggiano alla stessa velocità e con uguali condizioni di
aderenza, quindi senza slittamenti relativi. La coppia motrice giunge alla scatola, che ruotando
costringe i satelliti ad un moto di rivoluzione intorno all‟asse longitudinale del differenziale. I
satelliti non ruotano su se stessi, in quanto non esiste differenza di velocità tra asse posteriore e
anteriore. Attraverso il moto di rivoluzione, i satelliti trascinano i due planetari, e la coppia viene
ripartita tra i due assi in base al rapporto tra i numeri di denti degli stessi planetari.
In curva con uguali condizioni di aderenza
In curva le ruote dei due assi percorrono traiettorie differenti: in particolar modo quelle posteriori
seguono una traiettoria più stretta, quindi girano a velocità inferiore di quelle anteriori. Il Torsen C
deve consentire ai due assi di differenziare le velocità. Questa funzione è raggiunta attraverso
l‟azione dei satelliti che, oltre a mantenere il moto di rivoluzione per trasmettere la coppia ai
planetari, ruotano su se stessi compensando la differenza di velocità tra i due planetari. La
coppia, se le condizioni di aderenza restano uguali sui due assi, viene ripartita come nella marcia
rettilinea.
Differenti condizioni di aderenza
I due assi si trovano in differenti condizioni di aderenza: il differenziale è progettato per fare in
modo che la coppia venga ripartita in modo da fluire prevalentemente verso le ruote che fanno
presa sul terreno, in quantità proporzionale alle condizioni stesse di aderenza. Questo è possibile
grazie agli elementi di frizione presenti all‟interno del differenziale. Quando le ruote di un asse
perdono aderenza la coppia scapperebbe in quella direzione, facendole accelerare, e facendo
accelerare il corrispondente planetario rispetto alla scatola. Per poter accelerare, il planetario
dovrebbe portare in rotazione anche i satelliti, per compensare la differenza di velocità rispetto
alla scatola. Ma non appena i denti del planetario spingono quelli dei satelliti, per effetto
dell‟angolo di inclinazione dell‟elica dei denti, si genera una forza assiale, che spinge per
reazione lo stesso planetario contro le superfici d‟attrito. In questo modo il planetario viene
frenato e costretto a ruotare alla stessa velocità della scatola. Il differenziale si blocca, i due assi
sono costretti a ruotare alla stessa velocità e la coppia quindi si indirizza verso l‟asse con
maggior coppia resistente, ovvero dove c‟è la maggiore aderenza.
Essendo sempre attivo, il Torsen C deve, come tutti gli autobloccanti, avere una percentuale di
bloccaggio limitata e ben lontana dal 100%, per i motivi già osservati. Oltre certi valori di
differenza di velocità ben definiti, le superfici d‟attrito non sono più in grado di mantenere bloccato
il differenziale: il differenziale si apre consentendo agli assi di ruotare a velocità differenti.
Nonostante il differenziale si apra, la coppia viene comunque ancora ripartita verso l‟asse a
maggiore aderenza, in quanto è vero che ora lo slittamento del planetario è consentito perché
l‟attrito degli elementi di frizione non è sufficiente a bloccarlo completamente, ma è anche vero
che comunque il planetario viene frenato per quanto possibile dall‟elemento di attrito. Quindi la
coppia viene ancora distribuita, per effetto degli elevati attriti interni, come se fosse bloccato con
le proporzioni corrispondenti alla massima percentuale di bloccaggio raggiungibile dal
differenziale, pur consentendo agli assi di avere velocità diverse: questa condizione è voluta per
migliorare la dinamica del veicolo in curva, in quanto il differenziale si blocca inizialmente,
garantendo la corretta distribuzione di coppia se le condizioni di aderenza sono differenti, ma si
sblocca quando, percorrendo la curva, le sollecitazioni diventano elevate, permettendo la
differenziazione corretta delle velocità dei due assi.
Inoltre il Torsen C può manifestare un differente comportamento in tiro (accelerazione) e in
rilascio (decelerazione): nelle due condizioni infatti le forze assiali sono orientate in maniera
opposta, provocando un diverso impacchettamento degli elementi di frizione, disposti
volutamente in modo asimmetrico rispetto al piano di simmetria del differenziale. E‟ così possibile
per esempio ottenere un bloccaggio più alto nel caso in cui, in rilascio, la coppia frenante del
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 120 TRASMISSIONI
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propulsore debba essere trasferita all‟asse anteriore, essendo questo l‟asse a maggiore
aderenza, migliorando così il comportamento in frenata del veicolo.
Indipendentemente dalla configurazione (A, B o C), i Torsen sono confrontabili tra loro attraverso
il cosiddetto TBR (Torque Bias Ratio = rapporto di sbilanciamento di coppia), che indica il
rapporto tra la coppia che arriva alla ruota che ha aderenza rispetto alla coppia che arriva
all‟altra. Per esempio:
TBR 1 : 3
¾ della coppia motrice disponibile andranno sulla ruota
che ha aderenza e ¼ sull‟altra
A titolo di esempio, sono qui esposti alcuni valori di TBR per Torsen A e B prodotti dalla Toyoda,
in relazione all‟applicazione su assi anteriori/posteriori o in posizione centrale:
TBR – Torsen A
TBR – Torsen B
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 121 TRASMISSIONI
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Il TBR è ovviamente dipendente dalle caratteristiche costruttive del differenziale, ed è
direttamente legato alla percentuale di bloccaggio massima. La relazione che li lega è:
%bloccaggio = (TBR – 1) / (TBR + 1)
I differenziali Torsen presentano le stesse opportunità e limiti offerti dai comuni autobloccanti. Il
sistema di bloccaggio di tipo meccanico offre maggiori vantaggi in termini di sensibilità, tempismo
e precisione nell‟intervento rispetto agli altri dispositivi di bloccaggio. La differenza è
particolarmente evidente se si confronta il Torsen con un giunto Ferguson: il Torsen è „attivo‟,
intervenendo addirittura in anticipo rispetto al raggiungimento delle condizioni di slittamento,
essendo il funzionamento esclusivamente di tipo meccanico. Ciò non avviene nel Ferguson, il cui
funzionamento è legato proprio al manifestarsi delle condizioni di slittamento, con conseguente
perdita di coppia e motricità. Il Torsen ha tuttavia costi superiori: per questi motivi è facile trovare i
Ferguson applicati su vetture senza troppe pretese in termini di prestazioni off-road.
In sintesi, dal confronto tra i Torsen A, B e C, risulta che:
VANTAGGI
Torsen A
Tempestività d‟intervento
Torsen B
Tempestività d‟intervento
Compattezza
Minori sforzi sugli ingranaggi
Tempestività d‟intervento
Compattezza
Possibilità
di
differenziare
comportamento in tiro e rilascio
Torsen C
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SVANTAGGI
Ingombro
Costo
Costo
Applicazione
limitata
posizione centrale
alla
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APPLICAZIONE DELL’ELETTRONICA
In questo capitolo si illustrano le nuove soluzioni di trazione integrale rese possibili dall‟avvento
dell‟elettronica cercando di coglierne i relativi vantaggi e svantaggi. Il capitolo si chiude con una
breve analisi della frizione Haldex, controllata elettronicamente, largamente diffusa sui veicoli
della concorrenza.
Applicazione dell’elettronica
L‟elettronica ha consentito l‟introduzione di nuove soluzioni per l‟ottenimento di veicoli a trazione
integrale. Non a caso oggi si parla di AWD (All Wheel Drive), sigla con cui si identificano i nuovi
sistemi di trazione integrale a gestione elettronica applicati su una gamma sempre più vasta di
modelli. La gestione elettronica ha reso possibile un miglioramento delle vetture quattro ruote
motrici, rendendole più facili da guidare e conseguentemente più sicure. Fin dall‟inizio si è
pensato di unire l‟azione dell‟ABS (Antilock Braking System) a quella dei normali differenziali:
attraverso l‟ASR (Anti Slip Regulation), che costituisce una funzione dell‟ABS, è possibile frenare
ogni singola ruota, limitando lo slittamento di quella che perde aderenza consentendo così,
attraverso un semplice differenziale aperto, di trasferire coppia sull‟altro lato. Infatti, frenando una
ruota, le viene data coppia resistente: l‟ASR agisce in modo analogo ad un sistema di bloccaggio
di un locked, consentono l‟impiego di più semplici ed economici differenziali aperti. Inoltre i
sensori dell‟ASR permettono di rilevare le condizioni di slittamento e di correggerle attraverso i
freni in tempi estremamente ridotti, quasi prevedendole, intervenendo più rapidamente di
qualsiasi altro dispositivo di bloccaggio e ripartendo istante per istante la coppia in base alle
condizioni di aderenza. L‟affinamento dell‟elettronica negli ultimi anni ha permesso l‟introduzione
di schemi del seguente tipo:

tre differenziali aperti con gestione totalmente elettronica della trazione (es. BMW X5)

differenziale centrale bloccabile e controllo elettronico della trazione sugli assi (es. Land
Rover Defender)

differenziale centrale autobloccante e controllo elettronico sugli assi (es. Range Rover dal ‟94
in poi)
La gestione elettronica offre i seguenti vantaggi:

guida del veicolo più semplice e sicura, con interventi rapidi e precisi del sistema per il
controllo della trazione sulle quattro ruote;

costi inferiori rispetto a complessi dispositivi di bloccaggio di tipo meccanico.
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I limiti invece sono:
 il malfunzionamento di un sensore o il surriscaldamento di qualche componente elettronico è
sufficiente per escludere automaticamente il sistema, lasciando magari la vettura in panne;

i continui interventi correttivi esercitati sui freni ne accelerano molto l‟usura, provocando
continue perdite di coppia motrice (problema evidente specialmente nella guida off-road
particolarmente esasperata).
Frizioni Haldex
L‟elettronica ha infine permesso l‟introduzione di dispositivi innovativi per il passaggio da trazione
semplice a trazione integrale, come le frizioni di tipo Haldex (trazione integrale elettroidraulica).
Questa frizione sostituisce il differenziale centrale ed è costituita da una serie di dischi a bagno
d‟olio compattati, con regolazione elettronica, in base a velocità motore, posizione del pedale
dell‟acceleratore, dati provenienti dai sensori ABS, ASR e ESP. L‟Haldex consente di mantenere
scollegati avantreno e retrotreno quando le condizioni di aderenza sono uguali sui due assi
(trazione su un solo asse, es. anteriore). Quando invece un asse ha più aderenza di un altro, la
frizione li rende solidali, consentendo alla coppia di ripartirsi in funzione delle condizioni
aderenza. L‟Haldex può arrivare anche al bloccaggio totale, consentendo un trasferimento di
coppia del 100% su un asse. Agisce insomma in maniera simile ad un Ferguson, ma con una
rapidità e precisione decisamente superiori (es. 4motion della Volkswagen). La percentuale di
bloccaggio della frizione è legata all‟azione di un pistoncino regolato elettronicamente attraverso
elettrovalvole: più è elevata la pressione esercitata, più vengono compattati i dischi e cresce la
coppia trasmessa.
Oltre alle frizioni elettroidrauliche, esistono anche frizioni elettromagnetiche (es. trazione integrale
Honda), le quali risultano essere ancora più rapide. Il funzionamento è analogo, cambia solo la
modalità di azionamento.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 124 TRASMISSIONI
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SCHEMI DI TRAZIONI INTEGRALI
In questo capitolo si illustrano i vari schemi di trazione integrale sviluppati dal gruppo Fiat per
tutte le principali auto prodotte in serie. Il capitolo si chiude con un breve accenno sugli schemi di
trazione integrale che trovano applicazione attualmente sulle vetture della concorrenza.
Schemi di trazioni integrali
Si procede adesso ad una rapida analisi degli schemi di trasmissione adottati dalle vetture a
trazione integrale prodotte dal gruppo Fiat.
Fiat Campagnola
La Fiat Campagnola era a trazione posteriore con l‟integrale inseribile: lo schema prevedeva
l‟utilizzo di due differenziali, uno per ogni asse.
Fiat Campagnola
La Fiat Campagnola riprendeva dunque il modello della Jeep Willys.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 125 TRASMISSIONI
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Alfa Romeo Matta
L‟Alfa Romeo Matta aveva uno schema con motore anteriore longitudinale ,
e due differenziali con
ripartitore centrale. La trazione era permanente sul posteriore e inseribile anteriormente.
Alfa Romeo Matta
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 126 TRASMISSIONI
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Fiat Panda 4x4
La Fiat Panda presentava una trazione integrale inseribile meccanicamente, permanente
sull‟anteriore: anche in questo caso vi erano solo due differenziali, uno all‟anteriore e uno al
posteriore.
Fiat Panda
Su alcune versioni, nella marcia con trazione integrale disinserita, vi era la possibilità di
scollegare le ruote posteriori dal gruppo differenziale, evitando di trascinare gli elementi della
trasmissione: ciò permetteva consumi ridotti e minori vibrazioni.
Lancia Y10 4WD
La Y10 4WD adottava lo stesso schema della Fiat Panda con l‟unica differenza che l‟inserimento
manuale della trazione integrale era affidato ad un dispositivo elettro-pneumatico.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 127 TRASMISSIONI
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Alfa Romeo 33 4WD
Lo schema adottato sull‟Alfa Romeo 33 prevedeva l'inserimento della trazione alle ruote
posteriori tramite una leva in abitacolo; un differenziale centrale provvedeva a contenere
eventuali slittamenti tra i due assi. Sulla gamma del 1991 il differenziale centrale era costituito da
un giunto viscoso gestito elettronicamente.
Alfa Romeo 33
Grazie anche alla maggiore altezza da terra rispetto alla versione a trazione anteriore, la 33 4x4
era in grado di disimpegnarsi in molte situazioni critiche, passando agevolmente dai fondi innevati
a percorsi sterrati.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 128 TRASMISSIONI
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Lancia Delta S4
La Lancia Delta S4 aveva una trazione integrale permanente con tre differenziali con ripartizione
di coppia 30-70% anteriore/posteriore.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 129 TRASMISSIONI
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Lancia Prisma 4WD
La Lancia Prisma 4WD era una trazione integrale del tipo permanente e presentava dunque uno
schema con tre differenziali: l‟anteriore (2) era del tipo aperto e il posteriore bloccabile
manualmente con dispositivo pneumatico. Il differenziale centrale (1), del tipo epicicloidale,
ripartiva la coppia motrice in modo asimmetrico: 56% all‟anteriore e 44% al posteriore. Al
differenziale centrale era abbinato un giunto Ferguson (A) con funzione di bloccaggio, al fine di
modificare la precedente ripartizione in funzione delle condizioni di aderenza dei due assi.
2
A
1
3
5
4
A
1
2
3
4
5
Giunto viscoso
Differenziale epicicloidale
Differenziale aperto
Coppia conica moltiplicatrice
Albero di trasmissione
Coppia conica riduttrice
. Lancia Prisma: schema di trasmissione
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 130 TRASMISSIONI
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Lancia Delta HF 4WD
La Lancia Delta HF 4WD era una trazione integrale del tipo permanente con tre differenziali:
l‟anteriore (2) era del tipo aperto e il posteriore (6) era un differenziale Torsen A. Al differenziale
centrale (1), del tipo epicicloidale, era abbinato un giunto Ferguson (5) con funzione di
bloccaggio, al fine di modificare la precedente ripartizione in funzione delle condizioni di aderenza
dei due assi. Sulla gamma del 1991 è stata cambiata la ripartizione di coppia ripartendola al 47%
all‟anteriore e al 53% al posteriore.
2
5
3
1
4
6
1
2
3
4
5
6
Differenziale epicicloidale
Differenziale aperto
Coppia conica moltiplicatrice
Albero di trasmissione
Giunto viscoso
Differenziale Torsen A
. Lancia Delta 4WD
L‟unica differenza rispetto allo schema della Lancia Prisma 4WD era rappresentata dall‟adozione
di un differenziale posteriore del tipo Torsen A.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 131 TRASMISSIONI
Training Academy
Fiat Tempra 4WD
La Fiat Tempra 4WD era una trazione integrale del tipo permanente con tre differenziali:
l‟anteriore (3) era del tipo aperto e il posteriore (8) bloccabile manualmente con dispositivo
pneumatico. Il differenziale centrale (2), del tipo epicicloidale, ripartiva la coppia motrice in modo
asimmetrico: 56% all‟anteriore e 44% al posteriore. Al differenziale centrale era abbinato un
giunto Ferguson (5) con funzione di bloccaggio, al fine di modificare la precedente ripartizione in
funzione delle condizioni di aderenza dei due assi.
. Fiat Tempra
A. Corona del sistema epicicloidale H. Corona conica
B. Albero della corona
I. Pignone comando
C e D. 1°e 2° satellite
albero di
trasmissione
E. Pignone solare
L. Differenziale
F.Treno portasatelliti
anteriore
Albero cavo
treno portasatelliti
M. Pignone
giunto G.
viscoso
posizionati
anteriormente
per cambio
.Fiat Tempra: gruppo con differenziale, ripartitore e
motivi d’ingombro.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 132 TRASMISSIONI
Training Academy
Alfa Romeo 155 Q4
L‟Alfa Romeo 155 Q4 adottava tre differenziali: uno anteriore (3) aperto; uno centrale
epicicloidale (2) con un giunto viscoso Ferguson (5); uno posteriore (8) di tipo Torsen A. In
condizioni di normalità, la coppia motrice veniva ripartita dal differenziale centrale nella misura del
47% sull'assale anteriore e del 53% sull'assale posteriore.
Alfa Romeo 155
Alfa Romeo 155: schema di trasmissione
Questo schema di trasmissione si sposava con un impianto ABS particolarmente raffinato.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 133 TRASMISSIONI
Training Academy
Alfa Romeo 164 Q4
Il cuore del sistema era il giunto viscoso centrale Viscomatic, gestito da una centralina elettronica
che rilevava ed elaborava dati relativi a coppia motrice richiesta, velocità, angolo di sterzo e
differenza di scorrimento tra gli assi. Istante per istante il sistema provvedeva a ripartire la coppia
tra i due assi, garantendo le migliori condizioni di motricità in qualsiasi situazione. Per modulare
l‟azione del giunto veniva impiegato un pistoncino comandato elettronicamente. Compattando di
più o di meno i dischi interni al giunto se ne modificava il comportamento e la capacità di
bloccaggio. Da notare che tra giunto e differenziale posteriore (di tipo Torsen A) era stato inserito
un gruppo epicicloidale avente la funzione di amplificare la differenza di velocità tra ingresso e
uscita del giunto, sia al fine di rendere più rapido il suo intervento sia al fine di ridurre la coppia
gestita dal giunto stesso.
Viscomatic adottato per l’Alfa Romeo 164 Q4
La 164 Q4 è stata, prima della 156 Crosswagon, l‟ultima realizzazione di vettura a trazione
integrale targata Alfa Romeo. Lo schema di trasmissione adottato rappresentava una netta
evoluzione rispetto alle precedenti soluzioni soprattutto per il largo impiego dell‟elettronica.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 134 TRASMISSIONI
Training Academy
NUOVA PANDA 4X4
Generalita’
La trasmissione della Panda 4x4 si avvale di due differenziali e un giunto viscoso. E‟ una trazione
integrale permanente, non richiede alcuna manovra di inserimento da parte del conducente ma
consente una distribuzione di coppia motrice ottimale tra asse anteriore e asse posteriore
secondo le condizioni di aderenza del fondo stradale.
Su un percorso con aderenza normale (asfalto asciutto ecc.) la coppia motrice è indirizzata al
98% alle ruote anteriori consentendo un comportamento della vettura assimilabile ad una
trazione anteriore ed evitando, inoltre, consumi eccessivi dei pneumatici e di carburante dovuti a
lievi differenze di velocità di rotazione tra ruote anteriori e posteriori.
Su un percorso con bassa aderenza (strada innevata, ghiacciata, fangosa ecc.) le ruote motrici
anteriori tendono a pattinare ma il giunto viscoso corregge immediatamente questa tendenza
“irrigidendosi” e trasmettendo progressivamente al retrotreno una percentuale di coppia motrice
crescente (nella percentuale necessaria) annullando il pattinamento e distribuendo in modo
ottimale la trazione sulle quattro ruote. Tale trasferimento di coppia non è avvertibile dal
conducente se non come eccellente capacità di disimpegno della vettura.
Legenda:
1 - Cambio C514R M.T.
2 - Differenziale anteriore
3 - Presa di forza
4 - Albero di trasmissione (in due pezzi)
5 - Giunto viscoso
6 - Differenziale posteriore
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 135 TRASMISSIONI
Training Academy
Coppia motrice ed aderenza
Sulle ruote motrici di un veicolo (figura A) agiscono una coppia di forze, riconducibili alle
S (forza di trazione o propulsione) e St (forza tangenziale di trazione), di pari entità, il cui
valore è determinato dal rapporto tra la coppia motrice Mt, applicata alle ruote motrici, ed
il raggio r delle ruote stesse:
S = St = Mt / r
Figura A
Affinché un veicolo si sposti (figura B) (spunto da fermo) o acceleri, occorre che la forza
di trazione S sia superiore alla resistenza totale dell'avanzamento R, ed inferiore
all'aderenza. Più precisamente che la forza tangenziale St, di intensità uguale alla forza
di trazione S, sia inferiore al valore dell'aderenza disponibile A.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 136 TRASMISSIONI
Training Academy
Figura B
In condizioni di equilibrio, l'avanzamento del veicolo a velocità uniforme è assicurato
quando la forza S è uguale alla resistenza R.
Il valore della resistenza totale all'avanzamento R è determinato dalla somma delle
resistenze dovute al rotolamento, alla penetrazione dell'aria, all'inerzia del mezzo ed alle
pendenze.
Il valore dell'aderenza disponibile A, è determinato dal prodotto del coefficiente d'attrito (o
di aderenza) "μ" in atto fra i corpi a contatto (in questo caso pneumatico e suolo) per il
peso "P" del veicolo agente sulla ruota: A = μ x P
L'aderenza è disponibile in tutte le direzioni, come si è detto, quindi sia sull'asse
longitudinale del pneumatico, sul quale agiscono la forza di trazione S e quella
tangenziale St, sia sull'asse trasversale sul quale agiscono le forze perturbatrici esterne
Fe (vento laterale) e/o quelle centrifughe Fc (veicolo in curva). Quando una forza esterna
(motrice o perturbatrice) con la sua intensità raggiunge il valore dell'aderenza A, questa
non è più disponibile in alcun'altra direzione.
Indicando con μx il coefficiente di attrito (o di aderenza) longitudinale e con μy il
coefficiente di attrito (o di aderenza) trasversale, si può ritenere che tra la forza di
aderenza longitudinale X e la forza di aderenza trasversale Y esiste la relazione
rappresentata dal diagramma seguente:
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 137 TRASMISSIONI
Training Academy
dove:
X= μx x P
Y= μy x P
e Xo e Yo sono rispettivamente i valori massimi delle forze longitudinali e trasversali
sviluppabili tra pneumatico e suolo pari a:
Xo = μxmax x P
(μxmax: coefficiente di aderenza longitudinale massimo)
Yo = μymax x P
(μymax: coefficiente di aderenza trasversale massimo)
Quando la forza di trazione tangenziale St applicata risulta superiore all'aderenza
disponibile A (neve, ghiaccio, fango) le ruote motrici tendono a slittare e il veicolo nel
caso di partenza da fermo non si sposta (figura D).
Figura D
A parità di coppia motrice erogata dal motore, una ripartizione della stessa su quattro
ruote anziché su due (S1 e S2) riduce il valore delle forze tangenziali di trazione St1 e
St2 applicate ad ogni ruota motrice (figura E).
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 138 TRASMISSIONI
Training Academy
Figura E
Per ciascuna di queste, essendo diminuito il valore della coppia motrice, aumenta di
conseguenza la frazione di aderenza disponibile A prima che si verifichi lo slittamento
della ruota.
Trazione integrale significa disporre di quattro ruote motrici su di un veicolo con il
vantaggio di ripartire la coppia motrice su quattro ruote invece che su due.
Trova naturalmente applicazione in tutte le situazioni in cui occorre disporre di una
maggiore coppia motrice per superare dislivelli notevoli, terreni sconnessi; oppure
quando l'aderenza disponibile è insufficiente e due sole ruote motrici possono rivelarsi
inidonee a far avanzare il veicolo: neve, ghiaccio, fango, sabbia, ecc.
La trazione integrale
La trazione integrale, oltre ai vantaggi in termini di motricità (pieno utilizzo della coppia
disponibile) presenta ulteriori fondamentali vantaggi in termini di sicurezza, stabilità e
comportamento neutro del veicolo.
La sicurezza è migliorata poiché un'eventuale mancanza di aderenza su di una ruota
motrice dovuta ad irregolarità della strada (acqua planing, zone ghiacciate, macchie
d'olio) è equilibrata dalle altre tre ruote motrici.
La stabilità aumenta poiché si ha una maggior riserva di direzionalità dovuta ad un minor
impegno di motricità. Su un veicolo a due ruote motrici, che sta percorrendo una curva
(figura F) per semplicità rappresentativa consideriamo la forza S anziché la St di pari
intensità. La forza di trazione S impegna totalmente il campo di aderenza disponibile; con
l‟aggiunta della forza centrifuga Fc si genera una risultante T che non può più essere
bilanciata dall‟aderenza sviluppabile dal pneumatico e il veicolo perde la sua direzionalità
e quindi la sua stabilità.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 139 TRASMISSIONI
Training Academy
Figura F
Le ruote posteriori risultano poco sfruttate poiché la Fc agente lascia aderenza
disponibile utilizzabile per la motricità. Su un veicolo a quattro ruote motrici a parità di
coppia motrice erogata dal motore (figura G), la forza sulle ruote S risulta dimezzata; la
risultante T, rimanendo all'interno del limiti di aderenza disponibile, assicura una buona
stabilità ed un margine di riserva. In questa situazione è possibile trasmettere a terra
coppie motrici maggiori utilizzando anche le ruote posteriori.
Figura G
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 140 TRASMISSIONI
Training Academy
Trazione integrale permanente
Un veicolo con trazione integrale permanente dispone di quattro ruote motrici in
permanenza. Una soluzione di trazione integrale permanente è realizzata mediante una
presa di forza, applicata alla corona del differenziale anteriore, un rinvio, un giunto
viscoso posto sull‟albero di trasmissione con il compito di modulare permanentemente la
motricità delle ruote anteriori e posteriori, un differenziale posteriore.
Trazione integrale inseribile
La trazione integrale inseribile consente all'utente di comandare direttamente l'innesto
della trazione integrale, secondo necessità (bassa aderenza, salite ripide) su veicoli che
viaggiano normalmente con due ruote motrici. Tali veicoli sono dotati in genere di una
presa di forza dal cambio o dal differenziale, di un albero di trasmissione, che
normalmente gira in folle, da un differenziale posteriore e da un meccanismo per l'innesto
della trazione. Tale meccanismo può essere una frizione, un manicotto scanalato o un
innesto a denti frontali, inseribile manualmente o automaticamente.
L'utilizzo della trazione integrale inseribile è da prevedersi solo in presenza di bassa
aderenza (neve, ghiaccio) o ripide salite; offre pertanto, rispetto a una trazione a due
ruote motrici, vantaggi in termini di funzionalità quali motricità e disimpegno.
Trasmissione del moto
Nell'attuale versione della Panda 4x4 il moto proveniente dall'albero secondario (1) del
cambio, mantenendo invariati i rapporti, attraverso la corona (2) del differenziale anteriore
(3), perviene alle ruote anteriori.
Nello stesso tempo, per mezzo della presa di forza (4), del gruppo rinvio (5), dell'albero di
trasmissione (6), del giunto viscoso (7), il moto giunge attraverso il gruppo differenziale
posteriore (8) ed i semiassi oscillanti (9) alle ruote posteriori.
Legenda:
1 - Albero secondario
2 - Corona
3 - Differenziale anteriore
4 - Presa di forza
5 - Gruppo di rinvio
6 - Albero di trasmissione (in due pezzi)
7 - Giunto viscoso
8 - Differenziale posteriore
9 - Semiassi
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 141 TRASMISSIONI
Training Academy
Presa di forza e gruppo di rinvio
La presa di forza è costituita da un pignone (1) ingranante con la corona (2) del
differenziale anteriore.
Il gruppo di rinvio è composto da una coppia di ingranaggi conici (3) collegati
rispettivamente alla presa di forza (1) ed all'albero di trasmissione tramite un
collegamento a flangia (4).
La presa di forza e iI gruppo di rinvio sono alloggiati in una nuova semiscatola
differenziale accoppiata alla scatola cambio originale.
Qualsiasi anomalia ad uno dei componenti del carter (campana, corpo centrale,
semiscatola con presa di forza e gruppo di rinvio), richiede la sostituzione della scatola
cambio completa.
La lubrificazione della presa di forza e del gruppo di rinvio è assicurata dallo stesso olio
del cambio.
NOTA: Nel caso di sostituzione della corona differenziale, utilizzare esclusivamente il particolare
di ricambio specifico per la versione 4x4.
Legenda
1 - Pignone
2 - Corona
3 - Ingranaggi conici
4 - Flangia
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 142 TRASMISSIONI
Training Academy
Albero di trasmissione
L'albero di trasmissione è suddiviso in due tronchi.
Il tronco anteriore (1) è collegato da un lato al gruppo rinvio, dall'altro al tronco posteriore
(6) tramite giunti cardanici (2) ed è supportato da un cuscinetto (3) protetto da un
supporto elastico (4) e fissato alla scocca tramite una staffa (5).
Il tronco posteriore (6) è collegato da un lato al tronco anteriore tramite giunti cardanici,
dall'altro al giunto viscoso.
Legenda
1 - Tronco anteriore
2 - Giunti cardanici
3 - Cuscinetto
4 - Supporto elastico
5 - Staffa
6 - Tronco posteriore
Giunto viscoso
Il giunto viscoso collega l‟albero di trasmissione all‟albero del differenziale posteriore lasciandoli
liberi di avere piccoli slittamenti relativi, in modo che possano ruotare a velocità leggermente
differenti. Il giunto viscoso, detto anche Ferguson, è costituito da una scatola riempita con uno
speciale liquido siliconico che ha la proprietà di diventare sempre più denso man mano che la
sua temperatura aumenta.
Questa caratteristica è utilizzata per limitare, fino a impedire del tutto, lo slittamento reciproco fra
due serie di dischi metallici che si fronteggiano a brevissima distanza e che sono collegati uno
all‟albero di trasmissione e uno all‟albero del differenziale posteriore. Quando lo slittamento
termina, la temperatura del liquido siliconico diminuisce e si riduce la sua densità ritornando alle
condizioni normali e consentendo nuovamente piccoli movimenti relativi fra gli alberi.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 143 TRASMISSIONI
Training Academy
Legenda:
1 - Giunto viscoso
2 - Differenziale posteriore
Funzionamento
Il giunto viscoso “lavora” ogni qualvolta si crea una differenza di velocità tra le due parti principali
(tra le due serie di dischi metallici) di cui è composto; la parte più veloce trascina la più lenta fino a
quando si ristabilisce la condizione di equilibro in cui le due parti girano alla stessa velocità.- La
coppia di trascinamento varia al variare della differenza di velocità relativa tra le parti. Maggiore è
la differenza di giri, maggiore la coppia trasmessa (figura H).
Durante la marcia su strada di una normale vettura a due ruote motrici le ruote posteriori sono
trascinate da quelle anteriori e costrette a ruotare ad una velocità che dipende dal loro raggio di
rotolamento.- Durante la guida su strada di Panda 4x4 il trascinamento delle ruote posteriori e la
differente rapportatura del ponte posteriore fa girare la parte interna del giunto viscoso ad una
velocità più elevata rispetto alla parte esterna messa in rotazione dal motore attraverso il rapporto
alla PTU. Questo fa sì che si crei la differenza di giri necessaria affinchè ci sia ripartizione di
coppia. Possiamo quindi affermare che Panda 4x4 è un sistema di trasmissione permanente. La
coppia che è trasferita alle ruote posteriori dipende da tutti i vari fattori che possono influenzare la
velocità di rotazione reciproca tra ruote anteriori e posteriori (consumo dei pneumatici, variazione
di carico tra anteriore e posteriore, percorso stradale in salita o discesa, pattinamento
dell‟avantreno per neve o ghiaccio).ATTENZIONE: Rimorchiare la vettura sollevata solamente
sulle ruote anteriori non libere di girare può portare al danneggiamento del giunto e/o al consumo
dei pneumatici.- La coppia trasmissibile dal giunto viscoso varia fino ad un massimo di 850 Nm
circa.
Considerando la vettura su strada piana, da un calcolo teorico il valore di coppia trasmesso al
posteriore si aggira intorno allo 0,3%.
ni = no : nessuna coppia è trasferita al posteriore
ni > no : si trasferisce coppia al posteriore
ni >> no : molta coppia trasferita al posteriore
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 144 TRASMISSIONI

Figura H
Legenda
ni : numero di giri in ingresso al giunto viscoso

no : numero di giri in uscita dal giunto viscoso
Training Academy
Lo slittamento delle ruote anteriori produce l‟aumento della velocità di rotazione dell‟albero di
trasmissione e di conseguenza della scatola esterna del giunto viscoso. La differenza di rotazione
tra la scatola esterna e il pignone del differenziale posteriore (e le due serie di dischi metallici)
crea un innalzamento della temperatura e della viscosità del liquido siliconico all‟interno del
giunto viscoso. Ciò determina l‟annullamento della rotazione relativa tra i dischi metallici e la
conseguente trasmissione del moto al differenziale posteriore, ottenendo una ripartizione della
trazione tra le ruote anteriori e quelle posteriori.
Legenda:
1 - Scatola esterna del giunto viscoso (flangiata all‟albero di trasmissione)
2 - Albero scanalato (per il collegamento pignone del differenziale posteriore)
3 - Serie di dischi metallici
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 145 TRASMISSIONI
Training Academy
Quando cessa lo slittamento delle ruote anteriori e la velocità dell‟albero di trasmissione si riduce,
si ha un abbassamento della temperatura del liquido siliconico, la diminuzione della sua viscosità
e la conseguente riduzione della trasmissione del moto al differenziale posteriore.
Differenziale posteriore
Il complessivo differenziale posteriore è costituito da un pignone (1) ingranante con la
corona (2) fissata alla gruppo differenziale (3). Sul perno (4), solidale al gruppo
differenziale, sono fissati i satelliti (5) che ingranano con i planetari (6) a loro volta solidali
con i giunti (7).
NOTA: Il pignone (1) riceve dal giunto viscoso (8) la coppia motrice trasmessa dall‟albero
di trasmissione.
La coppia motrice è ripartita ugualmente su ciascuna ruota; se una ruota viene a trovarsi
su una superficie scivolosa, la scarsa aderenza farà sì che la reazione da essa opposta
alla trazione sia minima; in queste condizioni, il differenziale provoca lo slittamento della
ruota che prende a girare velocemente e contemporaneamente riduce la coppia
trasmessa all'altra. In condizione limite se una ruota ha aderenza nulla, il differenziale
trasmetterà coppia nulla all'altra ruota che rimarrà quindi ferma pregiudicando
l'avanzamento del veicolo.
Legenda:
1 - Pignone
2 - Corona
3 - Gruppo differenziale
4 - Perno
5 - Satelliti
6 - Planetari
7 - Giunti
8 - Giunto viscoso
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 146 TRASMISSIONI
Training Academy
Sistema antibloccaggio in decelerazione (MSR)
La Panda 4x4 è dotata di un sistema antislittamento in decelerazione che sfrutta le potenzialità
del sistema ABS (sensori giri ruote) e del controllo elettronico motore per impedire che, in
condizioni di bassa aderenza in discesa o in curva, la coppia frenante motore e la presenza del
giunto viscoso causino il bloccaggio del retrotreno durante le decelerazioni improvvise. Tale
sistema, unitamente alla trazione integrale garantisce una elevata sicurezza di guida sui fondi a
bassa e bassissima aderenza.
Complessivo trazione integrale panda 4x4
Descrizione
Trazione integrale ad inserimento automatico
A - Cambio di velocità
B - Gruppo differenziale asse anteriore di tipo “aperto” ad ingranaggi conici e coppia conica per
rinvio del moto all‟albero di trasmissione (PTU)Power Transmission Unit/ Unità di trasmissione
della potenza.
C - Albero di trasmissione
D - Complessivo giunto viscoso , coppia conica e differenziale asse posteriore di tipo “aperto” ad
ingranaggi conici (RDA) Rear Differential Axel/Differenziale asse posteriore.
Sulla Panda 4x4 la trazione integrale si inserisce automaticamente (senza nessun comando da
parte del guidatore) grazie al giunto viscoso che svolge anche la funzione di differenziale tra
l‟asse anteriore e l‟asse posteriore.
La soluzione con giunto viscoso consente una certa semplicità costruttiva e permette una relativa
immediatezza automaticità di inserimento ed una distribuzione di coppia motrice ottimale tra
asse anteriore e asse posteriore a seconda del fondo stradale e quindi delle necessità di
disimpegno della vettura. Su strade con aderenza normale
(asfalto etc.) la coppia motrice viene indirizzata al 98% alle ruote anteriori consentendo un
comportamento della vettura assimilabile ad una trazione anteriore con un piacevole handling di
guida. Si evitano inoltre così consumi eccessivi dei pneumatici e di carburante dovuti a piccole
differenze di velocità di rotazione tra ruote anteriori e posteriori. Se il fondo stradale diventa
scivoloso (ovvero si riduce l‟aderenza) le ruote motrici anteriori tendono a pattinare ma il giunto
viscoso corregge immediatamente questa tendenza irrigidendosi e trasmettendo
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 147 TRASMISSIONI
Training Academy
progressivamente al retrotreno una percentuale di coppia motrice crescente (nella percentuale
necessaria) annullando il pattinamento. Tale trasferimento di coppia non è avvertibile dal
conducente se non come eccellente capacità di disimpegno della vettura (per esempio su fondi
innevati, ghiacciati o fangosi).
Complessivo differenziale anteriore e coppia conica ( PTU)
A - Cambio C 514
B - Differenziale anteriore
C - Corona differenziale
C1 – Corona coppia cilindrica PTU
D - Pignone cilindrico
E - Ruota conica
F - Pignone conico
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 148 TRASMISSIONI
Training Academy
FIAT SEDICI
La trasmissione utilizzata da FIAT SEDICI si avvale di due differenziali, un gruppo di rinvio e un
giunto elettromagnetico posizionato nel gruppo differenziale posteriore, é una trazione integrale,
gestita da una centralina con funzioni inseribili da parte del conducente tramite un pulsante
posizionato nel tunnel centrale. Le possibilità di inserimento sono: 2WD,4WD-AUTO,4WD-LOCK.
La coppia erogata dal motore entra nel cambio avente rapporti specifici per ottimizzare lo
sfruttamento della potenza e della coppia del motore e massimizzare l‟efficienza al sistema di
trasmissione integrale.
All‟uscita del cambio mediante una coppia cilindrica di riduzione a denti elicoidali la coppia arriva
al gruppo di rinvio che provvede ad inviare la coppia tramite l‟albero di trasmissione all‟asse
posteriore; la coppia distribuita all‟asse anteriore entra nel differenziale anteriore di tipo aperto
per essere ripartita tra le due ruote dell‟asse anteriore.
La coppia distribuita all‟asse posteriore in uscita dalla presa di forza, tramite l‟albero di
trasmissione, viene inviata nel giunto elettromagnetico per poi entrare nel differenziale posteriore
anch‟esso di tipo aperto, dove avviene la distribuzione della coppia tra le due ruote dell‟asse
posteriore.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 149 TRASMISSIONI
Training Academy
Cambio
CARATTERISTICHE: cambio a 5 marce manuale le cui caratteristiche sono descritte di seguito.
La struttura del cambio adottata è costituita:
da una scatola ruotismi che contiene e supporta l''albero primario e secondario, da aste e
forcelle di innesto marce ed il dispositivo di selezione ed innesto;
coperchio posteriore che contiene gli ingranaggi della 5a velocità e la piastra di ritegno cuscinetti
posteriori degli alberi primario e secondario;
da una scatola “campana” di unione cambio al motore che contiene la frizione, il cuscinetto
reggispinta integrato all‟attuatore di comando idraulico frizione;
un differenziale per la trasmissione del moto agli assi anteriori;
una presa di forza per la trasmissione del moto agli assi posteriori.
Gruppo di rinvio
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 150 TRASMISSIONI
Training Academy
CARATTERISTICHE:la forza motrice viene trasmessa dal gruppo cambio–differenziale alle ruote
posteriori tramite il gruppo di rinvio e quindi all‟albero di trasmissione.La scatola del gruppo di
rinvio contiene una coppia di ingranaggi di riduzione con dentatura ad evolvente ed una coppia di
ingranaggi “ipoidi”, con la funzione di rinviare la direzione della coppia motrice di 90 gradi.
Per la lubrificazione del gruppo di rinvio è presente un tappo di riempimento/livello.
Albero di trasmissione
CARATTERISTICHE: l‟albero di trasmissione è suddiviso in due, il tronco anteriore è collegato da
un lato al gruppo di rinvio, dall‟altra al tronco posteriore tramite giunti cardanici, è supportato da
un cuscinetto protetto da un supporto elastico ed è fissato alla scocca tramite una staffa. Il tronco
posteriore è collegato da un lato al tronco anteriore tramite giunti cardanici, dall‟altro al giunto
elettromagnetico.
Giunto elettromagnetico
FUNZIONE: il giunto elettromagnetico, posto nella scatola differenziale posteriore, riceve la
coppia dall‟albero di trasmissione e la trasmette al pignone differenziale posteriore.
Gli elementi evidenziati in colore scuro sono posti in rotazione dalla forza trasmessa dall‟asse
anteriore, collegato alla scatola.
Gli elementi evidenziati in colore chiaro ruotano trascinati dall‟asse posteriore. L‟accoppiamento
tra i due elementi viene attuato mediante l‟intervento di due gruppi frizione: frizione di controllo e
frizione principale. L‟accoppiamento, tra gli elementi di ingresso e di uscita dal dispositivo, è
attuato e modulato dalla centralina di controllo trazione che alimenta opportunamente la bobina
interna. Inoltre è presente un sensore che informa la centralina 4WD della temperatura all‟interno
della scatola del differenziale; con temperature elevate il sistema di trazione viene commutato se
in 4WD in 2WD per preservare l‟integrità del giunto.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 151 TRASMISSIONI
Training Academy
Con l‟interruttore posto sul tunnel centrale il conducente può scegliere fra tre opzioni di trazione:
2WD; 4WD-Auto; 4WD-Lock. La funzione 4WD-Lock è inseribile solo con velocità inferiori a 60
Km/h, e se inserita si disinserisce al superamento di 60 Km/h.
Differenziale posteriore
CARATTERISTICHE: il complessivo differenziale posteriore è costituito da un pignone ingranante
con la corona fissata al gruppo differenziale. Sul perno solidale al gruppo differenziale, sono
fissatii satelliti che ingranano con i planetari a loro volta solidali con i giunti dei semiassi. Il
pignome riceve dal giunto elettromagnetico pilotato dalla centralina che governa il sistema, la
coppia trasmessa dall‟albero di trasmissione.
La coppia motrice è ripartita ugualmente su ciascuna ruota dell‟assale posteriore. Se una ruota
viene a trovarsi su una superficie scivolosa, la scarsa aderenza farà si che la reazione da essa
opposta alla trazione sia minima; in queste condizioni il differenziale provoca lo slittamento della
ruota che prende a girare velocemente e contemporaneamente riduce la coppia trasmessa
all‟altra. In condizioni limite se una ruota ha aderenza nulla, il differenziale ( aperto) trasmetterà
coppia nulla all‟altra ruota che rimarrà quindi ferma pregiudicando l‟avanzamento del veicolo con
opzione 2 WD.
Dinamica della vettura
Marcia in rettilineo con 4WD inserito
In marcia rettilinea se le condizioni di aderenza sono uniformi, il veicolo viaggia con una
ripartizione di coppia tra gli assi che si attesta attorno 100% all‟anteriore; piccole variazioni
rispetto alla ripartizione nominale sono dovute a variazioni della circonferenza di rotolamento tra i
pneumatici dei due assi; quando le condizioni di aderenza tra i due assi non sono più le stesse
come si nota in figura, la coppia viene spostata dalla centralina tramite il giunto elettromagnetico
dall‟asse anteriore, avente minor aderenza a quello posteriore con più aderenza fino a un
massimo di 50% per contrastare il pattinamento dell‟asse anteriore che si trova con aderenza più
bassa. Con funzione 4WD-Lock inserito la ripartizione di coppia è di 50% anteriore e 50%
posteriore, se selezionato superati i 60 km/h passa automaticamente in 4WD.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 152 TRASMISSIONI
Training Academy
FIAT SEDICI GESTIONE ELETTRONICA 4WD
Descrizione generale
1, Nodo Controllo Motore.
2, Gruppo trasmissione e differenziale anteriore.
3, Gruppo di rinvio.
4. Motore.
5. Nodo Freni (Gruppo ABS).
6. Gruppo EMCD (dispositivo elettromagnetico di controllo).
7. Gruppo differenziale posteriore.
8. Nodo Controllo 4WD.
9. Gruppo interruttori.
10. Modalità di trazione 4WD-auto.
11. Modalità di trazione 4WD-lock.
La centralina 4WD (8), in funzione delle informazioni ricevute sulla rete C-CAN, modifica la
distribuzione della forza di trazione delle ruote anteriori e posteriori comandando la corrente
applicata al giunto elettromagnetico (6)(EMCD® Electro Magnetic Control Device (dispositivo
elettromagnetico di controllo). Registrato dalla ditta “Diamond Active” 4WD). montato di fronte al
differenziale posteriore.
La centralina di gestione 4WD riceve e trasmette i messaggi informativi sulla rete C-CAN, quindi
è il Nodo 4WD.
Il sensore di temperatura dell‟aria all‟interno del giunto è montato sulla scatola del giunto stesso.
In funzione della selezione, fatta dall‟utente, sul gruppo interruttori (9) posto sulla rivestimento del
tunnel. Il sistema di controllo 4WD offre tre modalità di trazione 2WD, 4WD-auto e 4WD-lock.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 153 TRASMISSIONI
Training Academy
COMPONENTI DEL SISTEMA
1, Spia indicatore 4WD LOCK su NQS.
2, Spia indicatore 4WD AUTO su NQS.
3, Centralina 4WD
4, Gruppo interruttori 2WD/4WD
5, Sensore temperatura aria del giunto
6, Gruppo EMCD.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 154 TRASMISSIONI
Training Academy
Schema del circuito
1.
Giunto
elettromagnetico
(EMCD).
2. Sensore temperatura aria giunto.
3. Nodo Quadro Strumenti.
4. Nodo Body Computer.
5. Nodo Centralina ABS.
6. Nodo Controllo Motore.
7. Nodo Controllo 4WD.
8. Interruttore2WD/4WD.
9. Interruttore 4WD AUTO.
10. Interruttore 4WD LOCK.
11. Connettore EOBD.
12. Fusibile chiave su marcia (+30).
13. Fusibile di alimentazione 4WD
(+15).
14. Scatola fusibili principale.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 155 TRASMISSIONI
Training Academy
Connettore della centralina elettronica del Nodo 4WD
Descrizione del connettore d‟interfaccia del modulo di comando, del Nodo 4WD. Connettore
“G60” (visto dal lato cablaggi).
Controllo / verifica sul connettore del modulo di controllo.
È possibile controllare la tensione di ciascun morsetto, collegando un multimetro, nella funzione
voltometro tra terminale e massa veicolo.
I valori di seguito descritti vanno interpretati come indicativi e con batteria carica.
Pin N°.
1
Circuito
-
Valore
-
2
Bobina (alimentazione)
Circa 5 V
3
Bobina (Massa)
Circa 5 V
4
5
6
7
8
9
10
12
Massa
Alimentazione (+15) per
memoria interna
Alimentazione (+30)
13
Interruttore 4WD AUTO
11
0–1V
Condizione
Motore in rotazione a 2000 giri con selettore di
modalità sulla posizione 2WD.
Motore in rotazione a 2000 giri con selettore di
modalità sulla posizione 2WD.
-
10 – 14 V
-
10 – 14 V
Chiave su Marcia.
Chiave su Marcia. Con selettore di modalità
mantenuto premuto nella posizione 4WD auto o
4WD lock.
Chiave su Marcia. Con selettore di modalità nella
posizione 2WD.
Chiave su Marcia. Con selettore di modalità
mantenuto premuto nella posizione 4WD lock.
Chiave su Marcia. Con selettore di modalità
mantenuto premuto nella posizione 2WD o 4WD
auto
Chiave su Marcia.
0–1V
10 – 14 V
10 – 14 V
14
Interruttore 4WD LOCK
10 – 14 V
15
16
17
18
19
20
21
Connettore EOBD
10 – 14 V
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22
23
24
25
26
C-Can (Alta)
C-Can (Bassa)
Sensore temperatura
aria giunto (Massa)
Sensore temperatura
aria giunto
(alimentazione)
-
MECCANICA DI BASE DELLE
- 156 TRASMISSIONI
Training Academy
2,5 – 3,6 V
1,6 - 2,5 V
Chiave su Marcia.
Chiave su Marcia.
Circa 2,5 V
Chiave su Marcia.
Circa 2,5 V
Chiave su Marcia.
Accesso al deviatore (interruttore) di comando
Dopo aver scollegato il cavo negativo dalla batteria, rimuovere (estraendo) la mostrina supporto
interruttore (2) dai fissaggi sul ponte e scollegare il connettore dell‟interruttore (1).
Controllo funzionamento verifica Interruttore 2WD/4WD
Con un multimetro nella funzione Ohm, e interruttore di comando smontato controllare, se è
presente continuità fra i terminali corrispondenti a ciascuna posizione dell‟interruttore. Come
descritto nella tabella sottostante.
A. Numero del terminale (il N° non corrisponde a quanto pressofuso sull‟interruttore).
B. Posizione interruttore.
2W , AUTO , LOCK Posizioni del selettore
Nella tabella, i morsetti 1 e 2 sono relativi alle lampade di segnalazione della funzione richiesta.
Controllo funzionamento del sensore temperatura interna del giunto
Con sensore smontato
Con il sensore temperatura giunto smontato (3), ed un multimetro nella funzione Ohm, misurare il
valore della resistenza tra i morsetti (terminali) del sensore stesso. Mentre si soffia aria calda
riscaldandoli gradualmente sulla parte (2) sensibile del sensore utilizzando essiccatori ad aria
calda (4).
Controllare se la resistenza rilevata corrisponde a quella indicata nel grafico sottostante.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 157 TRASMISSIONI
Training Academy
A: Tolleranza sotto al limite inferiore
B: Normale
C: Tolleranza sopra al limite superiore.
ATTENZIONE: Un collegamento errato possono danneggiare il sensore in modo irreparabile. Per
non danneggiare il componente, evitare di scaldare il sensore di temperatura del giunto oltre 100
°C (212 °F).
Con sensore montato nella sua posizione di lavoro
Con il sensore temperatura giunto montato misurare la resistenza tra il morsetto “a” e “b” del
connettore alla bobina del giunto (1).
Il valore resistivo misurato deve essere (come descritto nel grafico precedente) di circa 2 3 ohm.
Funzionamento dell’interruttore 2WD/4WD
Se le ruote pattinano, il messaggio di intervento dell‟ABS potrebbe essere inviato alla centralina
Nodo 4WD anche in assenza di pressione del pedale del freno a causa di una mancata
corrispondenza tra la velocità reale del veicolo e quella stimata, calcolata dai sensori sulle ruote.
In questo caso, il segnale intervento ABS viene ignorato in quanto, togliendo coppia alle ruote
posteriori mentre queste pattinano senza poter frenare, si comprometterebbe la stabilità del
veicolo. Se l‟ABS sta intervenendo con pedale freno premuto, a suo sostegno, viene selezionata
in automatico la modalità 2WD.
Modalità
Priorità
Coppia posteriore
Corrente
(A)
2WD
4WD AUTO
4WD LOCK
2
3
4
0
Da 0 a MAX
MAX
0
Da 0 a 2
2
157 / 187
Gruppo interruttori 2WD/4WD
4WD AUTO
4WD LOCK
OFF
ON
Attivato
ON
dal pulsante
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 158 TRASMISSIONI
Training Academy
ABS in funzione
1
0
0
ON/OFF
Nota: Il segnale intervento ABS viene ignorato se non viene premuto il pedale del freno
Modalità di trazione
Modalità 2WD
Comando
tradizionale
Modalità
4WD AUTO
Comando a
farfalla
Idonea per la guida su strade asciutte pavimentate. La distribuzione della
coppia è di circa 100% (anteriore) e dello 0% (posteriore).
In caso di differenza di velocità tra le ruote anteriori e posteriori, la coppia
ottimale viene trasmessa alle ruote posteriori
In caso di frenata in curva a gomito a bassi regimi, la coppia alle ruote
posteriori viene ridotta
La coppia alle ruote posteriori viene ridotta quasi del tutto (modalità 2WD)
sulle strade asciutte pavimentate al fine di ridurre il consumo di carburante.
Anche in assenza di differenza di velocità tra ruote anteriori e posteriori, in
caso di partenza veloce, la coppia ottimale viene distribuita alle ruote
posteriori
Per migliorare la stabilità del veicolo e l‟accelerazione sul rettilineo, in caso
di accelerazione rapida, viene aumentata la coppia alle ruote posteriori
La coppia alle ruote posteriori aumenta quando vengono soddisfatte le due seguenti condizioni:
posizione farfalla maggiore del 10%
velocità veicolo inferiore a 10 km/h
Modalità 4WD LOCK
La coppia alle ruote posteriori è fissata sul valore massimo. Idonea per la
guida su strade dissestate
Funzionamento dell’indicatore AUTO/LOCK
Quando si ruota la chiave su marcia le spie, sul quadro strumenti, si accendono brevemente per
consentire di controllare il regolare funzionamento.
La spia “AUTO” (1) si accenderà a luce fissa quando il selettore si trova nella modalità “4WD
AUTO”
La spia “AUTO” lampeggia (6) quando la centralina 4WD, riscontra una temperatura elevata dei
componenti del sistema. Contemporaneamente la centralina 4WD passerà automaticamente alla
modalità “2WD” (2) (trazione semplice) per evitare di danneggiare i componenti del sistema.
La spia “LOCK” (3) si accende quando il selettore passa dalla modalità “4WD AUTO” a quella
“4WD LOCK”. All‟aumentare della velocità del veicolo, automaticamente si passerà dalla modalità
“LOCK” a “AUTO” (4) e la relativa spia si accenderà a luce fissa.
La modalità “LOCK” si disinserisce, ruotando la chiave di avviamento su stop.
Se ambedue le spie rimangono accese o si accendono contemporaneamente con il veicolo in
marcia (7), significa che è stato riscontrato un guasto al sistema di trazione.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 159 TRASMISSIONI
Training Academy
1, Interruttore AUTO
2, Interruttore 2WD
3, Interruttore LOCK premuto per 3-60 secondi.
4, Interruttore LOCK
5, Interruttore 2WD
6, AUTO lampeggiante: viene selezionato 2WD quale funzione di protezione, durante la modalità
4WD, Auto o Lock
7, Indicatori AUTO o LOCK accesi: controllo iniziale o modalità recovery
Funzionamento dell’EMCD
I componenti in colore scuro (azzurro) ruotano insieme grazie alla forza trasmessa dal gruppo di
rinvio anteriore. I componenti in colore chiaro (giallo) ruotano insieme in base al trascinamento
delle ruote posteriori.
I componenti chiari e grigi vengono innestati totalmente o parzialmente mediante dischi frizione a
bagno di olio. Questa forza di innesto è controllata elettronicamente dalla corrente fornita dalla
centralina 4WD alla bobina elettromagnetica.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 160 TRASMISSIONI
1, Albero del giunto.
2, Dischi frizione di comando
(indotto).
3, Dischi frizione principale.
4, Alloggiamento anteriore.
5, Albero dal ponte anteriore.
6, Dischi principali di attrito.
7, Dischi di attrito di comando.
8, Bobina elettromagnetica
9, Albero al ponte posteriore.
Training Academy
10, Comando dalla centralina che
in funzione della corrente applicata
alla bobina esercita un flusso
magnetico.
11, Camma di comando.
12, Sfera.
13, Camma principale.
14, Forza magnetica di attrazione
meccanica
Il gruppo “frizione principale” è composta da; nove dischi frizione (3) che sono calettati sullo
scanalato dell‟alloggiamento anteriore (4). E da nove dischi di attrito (6) che sono calettati sullo
scanalato dell‟albero del giunto (1).
In modalità 2WD (solo trazione anteriore), il gruppo “frizione di comando” non viene attivato dalla
bobina (8), quindi l‟albero del giunto (1) può ruotare non impegnando (lasciando fermo)
l‟alloggiamento (4). Ovvero i due alberi, dal ponte anteriore (5), al ponte posteriore (9) saranno
svincolati tra loro. Pertanto, nessun moto dal gruppo di rinvio, viene trasmesso al differenziale
posteriore.
Il gruppo “frizione di comando” è composta da tre dischi esterni (2) che sono calettati sullo
scanalato dell‟alloggiamento anteriore (4). E due dischi interni (7), che sono calettati sullo
scanalato della camma di comando (11).
La camma di comando(11) e la camma principale (13) sono uniti reciprocamente mediante la
sfera (12).
In modalità 4WD AUTO oppure LOCK la centralina attiva la bobina e la forza magnetica generata
comprime il gruppo “frizione di comando” che fa muovere in senso rotatorio la camma di
comando (11). La sfera (12) trascinata tra i due piattelli con alloggiamenti a cuneo spinge la
camma principale (13) ad impacchettare Il gruppo “frizione principale”. Quindi l‟albero del giunto
(1) e l‟alloggiamento (4) girano insieme.
Segnali di ingresso e di uscita
DESCRIZIONE:
La velocità veicolo, proveniente dal NFR (ABS) e altri valori relativi al NCM vengono inviati al
Nodo 4WD, mediante la rete C-CAN.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 161 TRASMISSIONI
Training Academy
La velocità veicolo viene calcolata utilizzando la media istantanea dei segnali dei sensori montati
sulle ruote anteriori di destra e sinistra.
Per calcolare il valore di corrente ottimale (per alimentare la bobina), il Nodo 4WD considera la
differenza di velocità tra le ruote anteriori e posteriori.
Il segnale del sensore di temperatura interna al giunto, viene utilizzato per la regolazione della
corrente massima alla bobina elettromagnetica.
Caratteristiche dell’EMCD
DESCRIZIONE:
In funzione delle informazioni provenienti da ciascun sensore, il Nodo 4WD è in grado di valutare
le condizioni stradali e di guida. Per ottenere un contenimento dei consumi, corrispondenza con
l‟ABS, Stabilità dello sterzo. Viene quindi trasmessa la copia ottimale alle ruote posteriori,
comandando la corrente fornita alla bobina elettromagnetica.
La frizione elettromagnetica offre una migliore precisione del comando, rispetto al giunto viscoso.
La compattezza e la completezza del gruppo giunto facilita il montaggio.
Durante la marcia con 4WD-AUTO inserito, l‟intervento dell‟ABS farà commutare la modalità di
trazione in 2WD; al termine dell‟intervento verrà nuovamente commutato in 4WD-AUTO.
Funzione di protezione
Pneumatico di dimensioni diverse dagli altri genera una differenza di coppia tra ruote anteriori e
posteriori. La centralina 4WD compensa questa differenza in automatico.
Se la differenza è estremamente ampia, (per proteggere il gruppo rinvio dal surriscaldamento)
viene inibito il comando 4WD e la trazione rimane fissa su 2WD.
Regolazione della corrente massima
A, Corrente alla bobina in Ampere
T, Temperatura
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 162 TRASMISSIONI
Training Academy
A, Corrente alla bobina in Ampere
Nm, Niuton metro.
a, Condizione a caldo.
b, Condizione a freddo.
Ad una temperatura di almeno 20oC e corrente a 2,0 A, la coppia del giunto corrisponde a circa
380Nm. Questo valore è sufficientemente ampio per trasmettere la coppia massima del motore
(tra 140 e 150 Nm). La centralina 4WD, quindi, non fornisce corrente maggiore di 2,0 A alla
bobina elettromagnetica.
La coppia del giunto è la coppia massima trasmessa dall‟anteriore al posteriore. Ad esempio,
quando è pari a 50Nm, la coppia trasmissibile alle ruote posteriore è di soli 50Nm. Quando,
invece, è di 200Nm, è possibile trasmettere la coppia massima del motore.
La coppia del giunto tende ad incrementare alle basse temperature a causa dell‟aumento di
viscosità dell‟olio del cambio. Ciò significa che, alle basse temperature, la coppia massima del
giunto viene ottenuta con una corrente inferiore. Si spiega, così, il motivo per cui la corrente
massima è minore alle basse temperature.
Diagnosi strumentale.
Il Nodo 4WD esegue una continua autodiagnosi del funzionamento del sistema. In particolare,
rileva e memorizza eventuali anomalie, esegue la verifica dei collegamenti con i componenti del
sistema e l‟eventuale tipo di guasto intervenuto, e segnala l‟insorgere di tali anomalie per mezzo
dell‟accensione della/e spia/e sul Nodo Quadro Strumenti. Ovvero In caso di anomalia, ambedue
le spie rimangono accese o si accendono contemporaneamente con il veicolo in marcia.
Le anomalie memorizzate nella centralina possono essere visualizzate e/o cancellate, mediante
l‟apparecchiatura di diagnosi.
È possibile consultare sull‟Allegato 1 di questa “Traccia didattica” quali parametri possono essere
visualizzati ed il loro significato, che tipo di errore (DTC) la centralina può catturare nel sistema.
Con Examiner non è possibile eseguire, su questo sistema, le “diagnosi attive”.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 163 TRASMISSIONI
Training Academy
Sulle vetture 156 4x4 è stato adottato un differenziale epicicloidale Torsen tipo C .
TRAZIONE INTEGRALE ALFA 156 CROSSWAGON Q4 E ALFA
156 SPORTWAGON Q4
Schema generale
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 164 TRASMISSIONI
Training Academy
Descrizione
Trazione integrale permanente (non disinseribile)
A - Cambio di velocità C 530
B - Differenziale centrale epicicloidale Torsen tipo C ubicato nel cambio di velocità. Tale
differenziale ha una ripartizione nominale della trazione tra l‟asse anteriore e posteriore 42/58
C - Gruppo differenziale asse anteriore di tipo “aperto” ad ingranaggi conici con rinvio del moto
(coppia conica) all‟albero di trasmissione.(PTU , Power Trasmission Unit)
D - Albero di trasmissione
E - Torque tube
F - Differenziale asse posteriore di tipo “aperto” ad ingranaggi conici con presa del moto (coppia
conica) dal Torque tube al differenziale posteriore (RDA , Rear Differential Axel).
Vantaggi
 Tempi di risposta istantanei del differenziale centrale Torsen tipo C rispetto al giunto passivo
o elettronico.

Affidabile come trazione perché meccanica
Svantaggi
Azione sui freni da parte dell‟ASR indispensabile in casi estremi (ruota o assale alzato da terra
oppure su fondo estremamente scivoloso)
ENTRATA
MOTO
USCITA
MOTO
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 165 TRASMISSIONI
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Training Academy
Il differenziale epicicloidale Torsen è posizionato nel cambio di velocità nella stessa posizione che ha il
differenziale anteriore sulle versioni con solo due ruote motrici.
E
D
C
B
C
A
A - Semiscatola portaplanetari
B - Semiscatola
C - Planetari ( n° 6 )
D - Ingranaggio (solare) invio moto all‟asse anteriore
E - Ingranaggi invio moto all‟asse posteriore
Il moto, dal l‟albero secondario del cambio , viene trasmesso alla corona la quale essendo
avvitata alle due semiscatole A e B fa corpo unico con esse.
All‟interno della semiscatola A sono ricavate n° 6 sedi dove sono alloggiati altrettanti planetari C
con dentatura elicoidale; essi non sono calettati su dei perni, ma possono ugualmente ruotare su
se stessi all‟interno della loro sede che li contiene sulla parte esterna (dentatura).
Questi planetari ingranano contemporaneamente sull‟ingranaggio solare D che trasmette il moto
all‟asse anteriore e sull‟ingranaggio E che trasmette il moto all‟asse posteriore che ha la forma di
una C con dentatura interna.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 166 TRASMISSIONI
Training Academy
A - Semiscatola portaplanetari
C - Planetari( n° 6 )
A - Semiscatola portaplanetari
C - Planetari (N° 6 )
D - Ingranaggio solare asse anteriore
E - Ingranaggio asse posteriore
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 167 TRASMISSIONI
Training Academy
Bloccaggio differenziale
Il bloccaggio del differenziale avviene automaticamente poiché l‟ingranaggio dell‟albero che
vorrebbe ruotare più veloce, per effetto dei denti elicoidali dei planetari sui quali ingrana, viene “
spinto” contro i relativi anelli di attrito che gli impediscono di girare più velocemente.
Tale spinta permane fino a quando esiste la condizione per la quale uno dei due ingranaggi
vorrebbe girare più veloce.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 168 TRASMISSIONI
Training Academy
Percentuale di bloccaggio e ripartizione della coppia asse anteriore /
posteriore
Asse anteriore
Asse posteriore
Ripartizione
coppia
% di bloccaggio


Il bloccaggio del differenziale determina il trasferimento di coppia dall‟asse con meno attrito
all‟asse con più attrito. L‟entità della coppia trasferita dipende dalla percentuale di bloccaggio ,ma
non è esattamente lo stesso valore. La percentuale di bloccaggio corrisponde alla percentuale di
coppia trasmessa solo se si parte da una ripartizione di base pari a 50/50.
Il differenziale Torsen tipo C è un differenziale autobloccante con la seguente percentuale di
bloccaggio massima :
in tiro del 30% sia quando la coppia viene trasferita verso l‟asse anteriore che quando viene
trasferita verso l‟asse posteriore
in rilascio del 30 % quando la coppia viene trasferita verso l‟asse posteriore e del 40 % quando
la coppia viene trasferita verso l'asse anteriore.
Oltre questi valori di bloccaggio il differenziale, pur continuando a trasferire coppia verso
l’assale con maggiore aderenza, si apre e permette rotazioni diverse tra i due assi.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 169 TRASMISSIONI
Training Academy
Tiro
Poiché nel Torsen la coppia va sempre all‟asse con più attrito, in tiro l’asse che vorrebbe girare
più veloce è l’asse con meno attrito, quindi la coppia viene trasferita verso l‟asse che gira più
piano.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 170 TRASMISSIONI
Training Academy
Rilascio
Come si può notare, in rilascio, le spinte assiali sugli ingranaggi sono di verso opposto rispetto
alla condizione di tiro perché l‟inerzia della vettura tende a far ruotare gli ingranaggi in senso
opposto rispetto al
senso di rotazione della semiscatola portaplanetari.
In rilascio l’asse che vorrebbe girare più veloce è l’asse con più attrito quindi è l’asse
verso il quale viene trasferita la coppia.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 171 TRASMISSIONI
Training Academy
Funzionamento del differenziale epicicloidale Torsen tipo C
Marcia in rettilineo
Quando si creano le condizioni per cui un asse vorrebbe ruotare più velocemente rispetto ad un
altro ( ad esempio il trasferimento di carico da un asse all‟altro che fa variare l‟attrito sulle ruote e
comprime maggiormente i pneumatici dell‟asse più carico) il differenziale Torsen C si blocca ,cioè
costringe l‟asse che vorrebbe girare più veloce a girare alla stessa velocità dell‟altro. Così
facendo trasferisce la coppia dall‟asse che vorrebbe girare più veloce verso l‟asse che gira più
piano e che ha più attrito.
Marcia in curva
In curva normalmente le ruote dell‟asse anteriore girano più veloci delle ruote dell‟asse posteriore
; questo è dovuto al fatto che il raggio di rotazione medio dell‟asse anteriore è superiore a quello
dell‟asse posteriore.
Il Torsen tipo C si apre, permettendo una differenza di giri tra l'asse anteriore più rapido e l'asse
posteriore più lento, togliendo comunque coppia dall'asse anteriore per trasferirla all‟asse
posteriore in modo da minimizzare il sottosterzo.
In questo caso, diversamente da cosa succede normalmente in rettilineo, il bloccaggio massimo
del differenziale Torsen tipo C non è volutamente sufficiente a tenere costante la velocità dei due
assi, quindi si apre, permettendo velocità diverse delle ruote.
Quando per effetto della maggior coppia l‟asse posteriore arriva al limite della sua tenuta laterale
il Torsen tende a trasferire coppia all‟asse anteriore per evitare che le ruote posteriori sviluppino
un angolo di deriva eccessivo minimizzando il sovrasterzo . Ne consegue un comportamento
tendenzialmente neutro della vettura anche se rimane una tendenza leggermente sovrasterzante
dovuta alla prevalenza posteriore.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 172 TRASMISSIONI
Training Academy
Il Torsen agisce istantaneamente cioè anticipando una eventuale situazione indesiderabile.
Questa caratteristica conferisce una buona precisione dello sterzo ed elevati livelli di grip alle
ruote.
Gruppo differenziale anteriore e coppia conica (PTU, Power Trasmission
Unit)
A - Albero cavo scanalato per trasmissione del moto dal Torsen al differenziale anteriore
B - Scatola differenziale anteriore
C - Albero cavo scanalato per trasmissione del moto dal Torsen al rinvio
D - Corona della coppia conica rinvio del moto
E - Pignone della coppia conica rinvio del moto
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 173 TRASMISSIONI
Training Academy
Revisione del gruppo differenziale anteriore e coppia conica (PTU,
Power Trasmission Unit )
Le registrazioni previste su questo complessivo sono le seguenti:
 Coppia di rotolamento della corona B agendo sugli anelli B1

Posizionamento del pignone conico A agendo sull‟anello A1 .Il controllo del l‟esatto posizionamento
del pignone si esegue verificando le impronte di lavoro sui denti.

Coppia di rotolamento del pignone A tramite la chiusura del dado C

Prova del gioco tra il pignone A e la corona B. Se il gioco si deve regolare occorre agire sui due anelli
B1 dei cuscinetti differenziale,cercando di mettere da una parte lo stesso valore che si toglie
dall‟altra per non variare la coppia di rotolamento del differenziale
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 174 TRASMISSIONI
Training Academy
A - Giunti omocinetici : a sfere con possibilità di scorrimento di ±14 mm e di articolazione
massima di 3,5 gradi.
B - Giunto cardanico con possibilità di articolazione di circa 2 gradi.
ANGOLI CARATTERISTICI
Questi sono gli angoli che devono essere rispettati al montaggio e sono ottenuti con
l‟interposizione di un‟apposito spessore tra il supporto centrale e la scocca.
L‟equilibratura dell‟albero di trasmissione viene eseguita dinamicamente in stabilimento
utilizzando rondelle di opportuno spessore interposte sotto le viti di fissaggio dell‟albero al torque
tube.
A seguito di uno smontaggio dell‟albero di trasmissione occorre, al successivo rimontaggio,
rispettare l‟esatta posizione delle suddette rondelle per non squilibrare l‟albero di trasmissione.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 175 TRASMISSIONI
Training Academy
Torque tube
Gruppo coppia conica e differenziale posteriore ( RDA, Rear
Differential Axel)
A - Pignone coppia conica
B - Corona differenziale posteriore
C - Scatola differenziale posteriore
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 176 TRASMISSIONI
Training Academy
Revisione gruppo coppia conica e differenziale posteriore (RDA,
Rear Differential Axel)
Le registrazioni previste su questo complessivo sono le seguenti :

Coppia di rotolamento del differenziale C agendo sugli anelli C1

Posizionamento del pignone conico A agendo sull‟anello A1. Il controllo dell‟esatto
posizionamento del pignone si esegue verificando le impronte di lavoro sui denti.

Coppia di rotolamento del pignone A tramite la chiusura del dado D.

Prova del gioco tra il pignone A e la corona B. Se il gioco si deve regolare occorre agire sui due
anelli C1 dei cuscinetti differenziale, cercando di mettere da una parte lo stesso valore che si
toglie dall‟altra per non variare la coppia di rotola mento del differenziale.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 177 TRASMISSIONI
Training Academy
Al rilascio del pedale All‟abbassamento del
della frizione
pedale della frizione
RUMOROSITA’ ALLO SPUNTO
DIAGNOSI DEGLI INCONVENIENTI
FRIZIONE
- Cuscinetto reggispinta eccessivamente usurato, danneggiato
o
scarsamente lubrificato.
- Insufficiente corsa a vuoto del pedale frizione
- Molla richiamo leva a forcella rotta o sganciata.
- Gioco eccessivo tra le scanalature dell‟albero di presa continua e la sede
relativa sul mozzo del disco condotto
- Disallineamento tra disco condotto e volano motore.
- Molle del disco condotto rotte o con caratteristiche elastiche inferiori ai
valori prescritti.
- Insufficiente corsa a vuoto del pedale frizione.
- Molla di richiamo leva a forcella rotta, debole o sganciata.
- Albero della presa continua deformato od usurato.
- Viti di fissaggio del volano all‟albero motore allentate.
CAMBIO DI VELOCITA’
- Boccola o cuscinetto su albero motore, per albero di presa continua, deteriorati o
insufficientemente lubrificati.
- Eccessivo gioco tra gli ingranaggi a causa della loro usura.
- Ingranaggi, cuscinetti, boccole per ingranaggi deteriorati o usurati.
- Giochi di montaggio non corrispondenti ai valori prescritti
- Boccola di centraggio per albero di trasmissione deteriorata
ALBERI DI TRASMISSIONE
- Giunto elastico di trasmissione usurato, allentato o deteriorato
- Astuccio a ghiera, di ritegno del manicotto scorrevole del codolo dell‟albero di
trasmissione allentato.
- Gioco eccessivo tra le scanalature del codolo dell‟albero di trasmissione e quelle
relative sul manicotto scorrevole.
- Cuscinetto del supporto elastico centrale deteriorato o con gioco eccessivo.
- Tassello elastico del supporto centrale deteriorato.
- Viti di fissaggio del supporto elastico centrale allentate.
- Bulloni per fissaggio albero di trasmissione anteriore a quello posteriore allentati.
- Bulloni per fissaggio della flangia albero di trasmissione posteriore a quella del pignone
conico del gruppo differenziale allentati.
- Dado di fissaggio del manicotto sul codolo dell‟albero di trasmissione allentato.
- Manicotto scorrevole grippato.
- Cuscinetti dei giunti cardanici grippati o eccessivamente usurati.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 178 TRASMISSIONI
Training Academy
RUMOROSITA’ SUL TIRO
DIFFERENZIALE
- Gioco di accoppiamento pignone-corona eccessivo.
- Allentamento del dado di ritegno del pignone conico
SEMIALBERI DEL DIFFERENZIALE
- Deterioramento delle scanalature di accoppiamento di semialberi differenziale con gli
ingranaggi planetari della scatola interna del differenziale.
- Eccessivo gioco dei giunti omocinetici.
- Viti di fissaggio manicotti scorrevoli dei semialberi allentati.
- Manicotti scorrevoli con eccessivo gioco sui semialberi.
- Giunti elastici dei mozzi posteriori con eccessivo gioco.
- Molletta di contenimento del gioco assiale dei semialberi rotta.
- Viti di fissaggio ruote motrici alle flange di semialberi allentate.
FRIZIONE
La frizione slitta per:
- Insufficiente ritorno del pedale frizione.
- Meccanismo di disinnesto danneggiato.
- Olio o grasso sulle guarnizioni del disco condotto.
- Molla a diaframma inefficiente.
- Guarnizione del disco condotto usurate, vetrificate o bruciate
- Pompa di comando sovraccarica (per occlusione del foro di compensazione).
ALBERI DI TRASMISSIONE
- Giunto elastico di trasmissione usurato o deteriorato.
- Cuscinetto del supporto elastico centrale deteriorato o con gioco eccessivo.
- Particolari dei giunti cardanici dell‟albero di trasmissione grippati o eccessivamente
usurati
CAMBIO DI VELOCITA’
- Ingranaggi, cuscinetti, boccole per ingranaggi, anelli sincronizzatori deteriorati o usurati.
- Disallineamento o scentratura tra gli alberi.
- Impurità o residui metallici con l‟olio lubrificante.
- Insufficiente livello dell‟olio lubrificante.
- Giochi di montaggio inesatti.
DIFFERENZIALE E PONTE
- Scatola ponte deformata.
- Cuscinetti scatola interna differenziale mal registrati o deteriorati.
- Errato contatto dei denti fra pignone e corona.
- Cuscinetti del pignone conico deteriorati.
- Insufficiente lubrificazione fra le varie parti del differenziale.
SEMIALBERI DEL DIFFERENZIALE
- Cuscinetti dei semialberi deteriorati o insufficientemente lubrificati.
- Giunti omocinetici rumorosi.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 179 TRASMISSIONI
Training Academy
RUMOROSITA’ SUL RILASCIO
FRIZIONE
- Molla a diaframma con gioco nel fulcro.
- Molle parastrappi del disco condotto con gioco nelle sedi.
CAMBIO DI VELOCITA’
- Gioco di montaggio inesatti.
- Eccessivo gioco tra gli ingranaggi a causa della loro usura.
- Eccessivo gioco tra le scanalature sull‟albero di uscita dal cambio e quelle relative sulla
flangia attacco a trasmissione.
- Inefficiente lubrificazione dei cuscinetti e degli ingranaggi.
ALBERI DI TRASMISSIONE
- Giunto elastico di trasmissione usurato, allentato o deteriorato.
- Astuccio a ghiera di ritegno del manicotto scorrevole sul codolo dell‟albero di
trasmissione allentato.
- Gioco eccessivo tra le scanalature del codolo dell‟albero di trasmissione e quelle
relative sul manicotto scorrevole.
- Cuscinetto del supporto elastico centrale deteriorato o con gioco eccessivo.
- Tassello elastico del supporto centrale deteriorato.
- Viti di fissaggio del supporto elastico centrale allentate.
- Bulloni per fissaggio albero di trasmissione anteriore a quello posteriore allentati.
- Bulloni per fissaggio della flangia albero di trasmissione posteriore a quella del pignone
conico del gruppo differenziale allentati.
- Dado di fissaggio manicotto sul codolo dell‟albero di trasmissione allentato.
- Manicotto scorrevole grippato.
- Cuscinetti dei giunti cardanici grippati o eccessivamente usurati.
DIFFERENZIALE /DIFFERENZIALE TORSEN
- Inesatto gioco di accoppiamento fra pignone e corona.
- Gioco eccessivo dei cuscinetti del pignone per allentamento del dado di fissaggio.
- Gioco eccessivo dei cuscinetti del pignone conico per snervamento del distanziale
elastico.
SEMIALBERI DEL DIFFERENZIALE
- Deterioramento delle scanalature di accoppiamento dei semialberi differenziale con gli
ingranaggi planetari della scatola interna del differenziale.
- Eccessivo gioco dei giunto omocinetici.
- Viti di fissaggio dei manicotti scorrevoli dei semialberi allentati.
- Manicotti scorrevoli con eccessivo gioco sui semialberi.
- Giunti elastici dei mozzi posteriori con eccessivo gioco.
- Molletta di contenimento del gioco assiale dei semialberi rotta.
- Viti di fissaggio ruote motrici alle flange dei semialberi allentati.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 180 TRASMISSIONI
Training Academy
DIFFERENZIALE
- Cuscinetti del pignone conico usurati.
- Giochi di montaggio inesatti.
- Coppia conica usurata.
- Lubrificazione insufficiente.
DIFFERENZIALE TORSEN
- Cuscinetti usurati
- Coppia cilindrica usurata
- Lubrificazione inefficiente
DIFFERENZIALE
- Ingranaggi satelliti eccessivamente forzati sul relativo asse portasatelliti.
- Superficie dell‟asse portasatellite non perfettamente levigata o irregolare.
- Ingranaggi planetari bloccati sulla scatola interna del differenziale.
VIBRAZIONI IN MARCIA E ALLO
SPUNTO
SEMIALBERI DEL DIFFERENZIALE / MOZZI RUOTA
- Cuscinetti dei semialberi usurati
- Cuscinetti dei mozzi ruota usurati
FRIZIONE
La frizione strappa per:
- Olio o grasso sul volano, sull‟anello spingidisco o sulle guarnizioni del disco condotto.
- Guarnizioni allentate sul disco condotto per imperfetta tenuta dei ribattini.
- Anello spingidisco deformato.
- Indurimento del meccanismo di comando frizione.
- Guarnizioni di attrito consumate irregolarmente per scentratura del disco condotto.
DISINNESTO SPONTANEO DELLE
MARCE
RUMOROSITA’ IN
CURVA
RUMOROSITA` SUL TIRO E
SUL RILASCIO
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CAMBIO DI VELOCITA’
- Errata manovra dell‟innesto
- Meccanismo esterno di comando innesto e disinnesto marce mal registrato
- Errato montaggio o usura delle sfere e molle per scatto in posizione delle aste di
comando
- Sincronizzatori difettosi o usurati.
- Gioco eccessivo a causa dell‟usura delle forcelle d‟innesto nelle scanalature sugli
ingranaggi e sui manicotti scorrevoli.
ALBERI DI TRASMISSIONE
- Allineamento/montaggio albero di trasmissione non corretto.
- Albero di trasmissione deformato.
- Albero di trasmissione non equilibrato.
- Cuscinetto del supporto elastico centrale usurato.
- Giunto elastico di trasmissione deteriorato.
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PERDITE OLIO
DIFFICOLTA’ DI INNESTO DELLE MARCE
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FRIZIONE
La frizione non stacca per:
- Eccessiva corsa a vuoto del pedale frizione.
- Disco condotto scentrato o deformato.
- Mozzo del disco condotto eccessivamente forzato sull‟albero frizione.
- Anello spingidisco danneggiato o deformato.
- Imperfetta rivettatura delle lamine sul piatto supporto frizione.
- Presenza di aria nell‟impianto idraulico comando disinnesto frizione
- Scarsa tenuta della valvola ad anello della pompa o del cilindro maestro.
- Perdita di liquido del comando idraulico da raccordi, tubazioni, ecc…
- Perdita di liquido dal cilindro operatore comando disinnesto frizione.
- Mancanza di liquido nel serbatoio della pompa.
- Puntalino di comando della pompa rotto, mal registrato, o eccessivamente usurato.
- Foro di sfiato nel tappo del serbatoio otturato (provoca una depressione, permettendo
all‟aria di entrare nella pompa stessa).
CAMBIO DI VELOCITA’
- Meccanismo esterno di comando innesto e disinnesto delle marce mal registrato,
particolari deformati o eccessivamente usurati.
- Difficoltà nello scorrimento delle aste nelle proprie sedi nella scatola cambio.
- Manicotti ed ingranaggi con impedimento nello scorrimento sulle proprie sedi.
- Qualità inadatta dell‟olio lubrificante immesso nella scatola cambio.
- Comandi della frizione mal registrati che impediscono l‟‟interruzione del moto dal
motore al cambio.
- Vettura in movimento (per marce non sincronizzate).
- Errata manovra nell‟innesto marce.
CAMBIO DI VELOCITA`
- Eccessivo riempimento di olio lubrificante della scatola cambio.
- Allentamento di viti o dadi di fissaggio dei coperchi di tenuta.
- Guarnizioni, anelli o cuffie di tenuta usurate o inefficienti.
- Sfiatatoio ostruito.
- Scatola del cambio fessurata o danneggiata.
- Tappi di scarico o introduzione olio allentati.
-
DIFFERENZIALE – PONTE
Anello di tenuta per pignone conico usurato.
Guarnizione del differenziale inefficiente.
Anelli di tenuta per semialberi sulla scatola ponte usurati o inefficienti.
Sfiatatoio sulla scatola ponte ostruito.
Tappi di scarico o introduzione olio allentati.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 182 TRASMISSIONI
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PNEUMATICI ED ASSETTO RUOTE
LA RUOTA
A-A
CO
BA
FI
TA
SP
C
S
S/C
CE
B
D
G
L
U
DI
MO
asse di rotazione della ruota
copertura
battistrada
fianco
tallone
spalla
corda o larghezza della sezione
altezza della sezione
rapporto di aspetto
cerchione
altezza della “balconata”
diametro di calettamento
gola
base o larghezza di calettamento
risalto antidetallonamento
disco
mozzo
FUNZIONE: la ruota ha la funzione di trasformare il moto rotatorio proveniente dal semialbero in
moto rettilineo che permette l‟avanzamento del veicolo, grazie al rotolamento della ruota stessa
sul terreno.
COMPONENTI: la ruota è costituita principalmente dal mozzo ruota che ha la funzione di
vincolare la ruota alla sospensione, trasmettere la coppia motrice al pneumatico (se la ruota è
motrice) o comunque di garantire la libera rotazione della stessa (se la ruota è folle) e di trasferire
il comando di sterzo al pneumatico stesso; il mozzo ruota si collega al pneumatico attraverso un
cerchione la cui funzione è proprio quella di supportare in maniera opportuna il pneumatico;
quest‟ultimo è infine deputato a “trasferire a terra” la potenza del motore.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 183 TRASMISSIONI
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IL PNEUMATICO
NECESSITA’ DEL PNEUMATICO
IRREGOLARITA‟ DELLA STRADA: la necessità di interporre un mezzo elastico tra la strada ed il
cerchione metallico della ruota risulta evidente, quando si pensi che il piano stradale non è mai
perfettamente levigato e la ruota non è mai un cerchio perfetto; all‟atto pratico si può ritenere che
la ruota avanzi su un piano che presenta delle irregolarità.
EFFETTI SULLA RUOTA: a causa di queste irregolarità, la ruota è soggetta ad una serie di urti
più o meno intensi secondo l‟entità delle sporgenze e la velocità della ruota stessa.
EFFETTI SUL VEICOLO: tutto il veicolo viene perciò assoggettato ad una serie di vibrazioni e
scosse che, oltre ad essere fastidiose, possono pregiudicare il corretto funzionamento dei vari
organi del veicolo.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 184 TRASMISSIONI
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FUNZIONI DEL PNEUMATICO
ROTOLARE
Garantire la massima stabilità del veicolo alle alte velocità.
PORTARE
Sopportare il peso proprio del veicolo ed il peso trasportato.
GUIDARE
Sopportare gli sforzi generati da brusche frenate, da rapide
accelerazioni e dalla spinta della forza centrifuga in curva.
Assicurare la massima aderenza su qualsiasi fondo stradale.
TRASMETTERE
Trasmettere alla strada lo sforzo periferico dovuto alla coppia
motrice, per far avanzare il veicolo.
AMMORTIZZARE
Assorbire gli urti derivanti dalle asperità stradali.
DURARE
Resistere a milioni di cicli, di curve, di frenate e di accelerazioni.
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MECCANICA DI BASE DELLE
- 185 TRASMISSIONI
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COSTITUZIONE DEL PNEUMATICO
Battistrada
Cintura
Struttura
Rivestimento
dei fianchi
Rivestimento
interno
Tallone
COSTITUZIONE
Il pneumatico è costituito da:

Un‟armatura a cerchi metallici, formata da una treccia di fili in acciaio inserita nel tallone, che
permette l‟ancoraggio in estensibile del pneumatico sul cerchione;

La carcassa, realizzata con una serie di tele in materiale sintetico, acciaio, fibra di vetro, rivestite
di gomma e disposte in maniera da costituire la parte resistente del pneumatico;

Fianchi e battistrada, che rivestono la carcassa e sono composti da mescole speciali di differenti
tipi di gomma ed altri materiali.
PNEUMATICI TUBELESS: ormai su quasi tutte le vetture sono presenti pneumatici “tubeless”
cioè senza camera d‟aria, in quanto meno soggetti a forature; ad esempio, se un chiodo, non
troppo grosso, si conficca nella copertura, lo strato impermeabile “Liner” di cui è rivestita
all‟interno sigilla il foro causato dal chiodo anche ove, come è consigliabile, ne venga rimosso; ciò
garantisce un a minore necessità di riparazione (dell‟ordine del 50%) al tubeless il quale, d‟altra
parte richiede che il cerchione dia perfettamente accoppiato ai talloni della copertura in quanto ne
integra la funzione di tenuta.
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- 186 TRASMISSIONI
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MARCATURA DEL PNEUMATICO
Indice di carico
Larghezza
del
pneumatico in mm
Indice di velocità
Rapporto di aspetto
Pneumatico radiale
RAPPORTO DI ASPETTO
DEFINIZIONE: rapporto tra l‟altezza del pneumatico e la sua larghezza;
es.:0,80 H/S=0,80;
minore è questo numero, più il pneumatico sarà “ribassato”.
EVOLUZIONE: il pneumatico ha conosciuto nel tempo una progressiva diminuzione del rapporto
di aspetto (anche noto come rapporto di assetto). Questa tendenza è determinata da molteplici
ragioni: l‟esigenza di lasciare più spazio per i freni, di posizionare correttamente i beveraggi delle
sospensioni e di diminuire il più possibile la deformazione laterale del pneumatico.
ESIGENZE: per avere un buon comfort si richiede un fianco alto e morbido mentre, per avere
precisione di guida è necessario un fianco basso e sufficiente rigido; i moderni pneumatici vanno
nella direzione di migliorare la precisione di guida riducendo l‟altezza del fianco del pneumatico, a
discapito del comfort di guida.
AQUAPLANING: quando la superficie stradale è ricoperta da un velo d‟acqua, si può verificare il
fenomeno dell‟aquaplaning , per cui il pneumatico perde completamente aderenza rispetto al
terreno; in questo caso l‟utilizzo di rapporti di aspetto bassi aumenta la sensibilità a tale
fenomeno; la cosa viene risolto ottimizzando il profilo del battistrada.
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ESEMPIO MARCATURA PNEUMATICO PER AUTOVETTURA
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