Momenti di Motorismo – Motore N5F Ford Escort RS Cosworth: Trasmissione

Rubrica: Momenti di Motorismo

Titolo o argomento: Brevi sfumature per gli appassionati di motori a combustione interna

Se ci si vuole complicare la vita la scelta di un veicolo a trazione integrale, in qualità di primo mezzo per assaporare la pista, è senza dubbio la migliore. Non solo la trasmissione risulta più articolata ma richiede maggiori spese per la sua manutenzione e messa a punto ottimale. Inoltre le configurazioni possibili sono decisamente più numerose rispetto ad una più snella trazione anteriore o posteriore.

La presenza di ben tre differenziali e di quattro semiassi influenzerà abbondantemente la dinamica di guida e potrebbe risultare arduo trovare il corretto assetto. Questo perchè, almeno quando si è dei rookie, non si sa riconoscere subito se un problema, ad esempio di inserimento in curva, derivi dalle sospensioni, dai differenziali o, perchè no, dalla tecnica di guida. Un veicolo dotato di trazione integrale è dotato di una gran motricità ma tenderà ad opporsi alle curve a meno che non conosciate la corretta tecnica di guida e non sappiate già come trattarlo.

La natura dei veicolo a trazione integrale, per quanto possa apparire il contrario ad un occhio esterno, è in realtà sottosterzante. Richiede una certa sicurezza nell’uso dello sterzo e dell’acceleratore nonché capire a fondo la dinamica dei trasferimenti di carico. Potrebbe infatti risultare anti intuitivo dover accelerare, quando si ritiene si debba frenare, per stabilizzare il veicolo.

E’ fondamentale aver chiaro se il veicolo a trazione integrale andrà impiegato per turni di prove libere in pista, per gare in salita o per prove di accelerazione. Ciò perchè ognuna di queste tre specialità richiede schemi di differenziali diversi con relative taratarure. Acquistare dei differenziali usati su internet può sembrare un’ipotesi allettante in virtù di qualche tentativo di fare un affare, tuttavia a mio avviso risulta più corretto affidarsi ad un professionista che possa suggerire specifici differenziali, più le relative tarature di base, appositamente per il vostro obiettivo d’impiego.

Nel caso della Ford Escort RS Cosworth della nostra rubrica, la trasmissione disponeva originariamente di un differenziale aperto all’anteriore, un giunto viscoso centrale ed uno viscoso posteriore, sia per l’impiego su strada che in pista. La Ford portava questa soluzione anche nei Rally Gruppo A.  Erano comunque disponibili differenziali autobloccanti a lamelle, anteriore e posteriore, per impieghi di tipo rallystico, slalom, gare in salita…

Ad ogni modo, se si ama la trazione integrale, non sarebbe una cattiva idea prender parte dapprima ad un corso di guida sportiva con vetture a trazione integrale e, solo una volta appresa la tecnica di guida ideale, cercare di modificare le tipologie e le tarature dei differenziali (nel caso dell’autobloccante: livello di bloccaggio in potenza ed in rilascio oltre che il precarico) sulla base di “ragionevoli” adattamenti alle proprie esigenze.

Continua…

Ringrazio per la preziosa collaborazione i miei amici e colleghi motoristi Giorgio e Peppe, nonché l’officina meccanica di precisione operante, da oltre 40 anni, nel campo delle rettifiche di motori stradali, da competizione ed industriali:

Ancona Rettifiche
S.s. 16 Adriatica Km 309,5
60027 Osimo (Ancona)
Tel: +39 071.710.82.10

Galleria fotografica

Le foto in basso raffigurano nell’ordine: il differenziale anteriore autobloccante a lamelle (nella particolare soluzione della Ford Escort RS Cosworth che lo vede montato a ridosso della coppa dell’olio), il cambio con il differenziale centrale viscoso (tipo Ferguson) ed il differenziale posteriore autobloccante. Sono inoltre raffigurati gli schemi della trasmissione tratti dai manuali originali Ford Cosworth per le competizioni rallystiche nel Gruppo A; nel primo schema è proposta una visione d’insieme della trasmissione, nel secondo il differenziale anteriore aperto, nel terzo il cambio da competizione a 7 marce che ingloba nella sua struttura anche il giunto viscoso centrale e nel quarto schema il differenziale posteriore viscoso.

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Differenziale anteriore autobloccante Ford Escort RS Cosworth Cambio e differenziale centrale Ford Escort RS Cosworth Gruppo motore, cambio e differenziale centrale Ford Escort RS Cosworth Differenziale posteriore autobloccante Ford Escort RS Cosworth Schema d'insieme trasmissione Ford Escort RS Cosworth Differenziale anteriore aperto Ford Escort RS Cosworth Cambio da competizione a 7 marce e differenziale centrale Ford Escort RS Cosworth Differenziale posteriore viscoso Ford Escort RS Cosworth

Come agiscono le forze su un differenziale autobloccante?

Rubrica: I padroni della coppia

Titolo o argomento: Forze agenti sui mozzi di ancoraggio di un differenziale autobloccante

La coppia trasmessa dal pignone conico alla corona conica (e quindi al differenziale), viene poi trasmessa ai mozzi di ancoraggio (o anelli di pressione) tramite quattro scanalature in cui sono alloggiati gli alberini portasatellite (vedi l’articolo esplicativo: Come funziona un differenziale autobloccante). Questo provoca la rotazione della scatola del differenziale e dei mozzi di ancoraggio (o anelli di pressione) in modo solidale.

La coppia è ulteriormente trasmessa dai mozzi di ancoraggio (o anelli di pressione) agli alberini portasatellite. Questi hanno un profilo con taglio a V complementare alle rampe presenti sui mozzi di ancoraggio. Il contatto tra l’albero portasatellite ed i mozzi di ancoraggio (o anelli di pressione) genera la forza F che si oppone alla direzione di rotazione (vedi immagine). Si genera inoltre un carico P (pari al prodotto della forza F per la cotangente dell’angolo teta, ovvero: P=F·cotθ) in direzione assiale che viene applicato sulla rampa del mozzo di ancoraggio. Tale carico aziona la frizione a lamelle e quest’ultima ha il compito di rendere limitata la differenza di rotazione dei due semiassi e quindi delle due ruote.

La forza F è trasmessa attraverso il satellite al planetario come in un normale differenziale aperto, mentre la forza (o carico) P aziona la frizione multidisco. Questo carico genera l’attrito tra i dischi condotti, i dischi conduttori ed i dischi frizione.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.

Forze funzionamento differenziale autobloccante Forze funzionamento differenziale autobloccante - Effetto amplificato

Come si regola un differenziale autobloccante

Rubrica: I padroni della coppia

Titolo o argomento: Regolazioni del differenziale autobloccante

Per conoscere il metodo di regolazione di un differenziale autobloccante ed i parametri regolabili, ovvero percentuale di bloccaggio in potenza, percentuale di bloccaggio in rilascio e precarico, visita il nostro sito tecnico alla pagina seguente: ralph-dte.net/set-trasmissione Sono riportati diversi esempi inerenti i differenziali autobloccanti montati su vetture a trazione anteriore, trazione posteriore ed integrale. Sono inoltre presenti curiose simulazioni che mostrano gli effetti di particolari tarature. Buona lettura.

effetti differenziale aperto effetti differenziale aperto effetti differenziale autobloccante

Simulazione degli effetti prodotti sulla dinamica del veicolo da particolari tipologie di differenziale

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.

Il differenziale autobloccante

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Generalità sul differenziale autobloccante

Si ricorre ai differenziali autobloccanti, i veri padroni della coppia motrice, quando è richiesta un’importante precisione del veicolo e, di conseguenza, di guida. Le vetture con prestazioni medio alte non possono fare a meno di questo importante organo della trasmissione. Quando una ruota motrice perde aderenza e va a vuoto, viene opportunamente frenata per permettere al differenziale di trasmettere più coppia motrice alla ruota che dispone di maggiore aderenza. Si arriva persino, in taluni casi, a distribuire l’intera coppia motrice alla sola ruota motrice che dispone del corretto grip. La peculiarità dei differenziali autobloccanti è quella di poter avere tarature di bloccaggio differenti per la fase di accelerazione e per quella di rilascio. Tramite il precarico inoltre è possibile tenere sempre il differenziale bloccato di un tot. Il differenziale può così adattare la trasmissione della coppia alle diverse situazioni di guida (ingresso curva, uscita di curva, fondi sconnessi, fondi con differenti coefficienti di attrito, fondi con presenza di ghiaccio, neve, fango, ghiaia, foglie, sporco…). Quando una ruota perde aderenza e slitta a causa di un tratto di strada che offre un basso coefficiente di aderenza, essa non riesce a trasmettere al suolo una forza di trazione sufficiente a muovere il veicolo. In simili casi, il differenziale diventa un dispositivo svantaggioso in quanto l’altra ruota motrice (che magari dispone di un’aderenza molto maggiore) non trasmette alcuna coppia motrice a terra (vedi il paragrafo sui differenziali aperti). Grazie al dispositivo di bloccaggio invece è possibile correggere questo difetto trasmettendo una coppia maggiore alla ruota con una migliore aderenza. La coppia che può essere trasmessa è determinabile in base alle condizioni di aderenza ed al valore di bloccaggio del differenziale autobloccante (o a slittamento limitato). Il valore del bloccaggio “S” si determina con la formula seguente:

valore bloccaggio differenziale autobloccante

Tale valore indica la maggiore differenza di coppia possibile tra la ruota motrice destra e quella sinistra in entrambe le direzioni rispetto al valore nominale. Esso viene indicato in “%” e si riferisce al momento di carico applicato alla corona conica. Ad esempio un valore di bloccaggio del 40% vuol dire che la ruota motrice con migliore aderenza può trasmettere il 40% di coppia motrice in più rispetto a quella con minore aderenza.

Continua… Funzionamento del differenziale autobloccate.

differenziale autobloccante

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.

Il differenziale torsen

Rubrica: Il setup che fa impazzire – livello base

Titolo o argomento: Il differenziale torsen

Il differenziale Torsen consente in maniera del tutto automatica di ripartire la coppia secondo l’aderenza disponibile per ciascuna ruota. Questo dispositivo non si blocca mai e viene definito differenziale a distribuzione di coppia. Può essere impiegato sia sull’asse anteriore che su quello posteriore o anche come differenziale longitudinale. Il sistema di funzionamento è molto semplice e si basa sul principio della vite senza fine che trasmette il moto in una sola direzione.

Il differenziale Torsen sfrutta l’attrito interno tra gli ingranaggi per produrre una coppia maggiore sull’asse che ruota più lentamente. Il TBR (Torque Bias Ratio) serve a definire il rapporto con cui viene ripartita tale coppia. Un rapporto che indica la coppia applicata alla ruota che gira più lentamente rispetto alla coppia applicata alla ruota che gira più velocemente. Il range di valori del TBR generalmente varia da 2 a 6. Un valore del TBR pari a 3 vale a dire che se all’albero di trasmissione viene applicata una coppia di 1600Nm, verranno trasmessi 400Nm alla ruota che perde aderenza e 1200Nm (tre volte tanto) alla ruota con maggior trazione. La somma delle coppie generate sugli alberi condotti è sempre uguale a quella fornita dall’albero condotto.

differenziale torsen

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.

Come funziona un differenziale autobloccante

Rubrica: I padroni della coppia

Titolo o argomento: Come funziona un differenziale autobloccante

Le parti che compongono un differenziale autobloccante sono: la scatola del differenziale alla quale è vincolata la corona conica (corona conica e pignone conico formano la coppia conica ovvero i rapporti al ponte che costituiscono l’ultima riduzione dopo il cambio), i planetari, i satelliti, le lamelle vincolate alla scatola del differenziale, le lamelle vincolate ai planetari (e quindi ai semiassi), i dischi frizione ed i mozzi di ancoraggio. Sostanzialmente il differenziale autobloccante ha un corpo molto simile ad un comune differenziale aperto, eccezion fatta per la presenza di due frizioni (poste dietro ai planetari) che hanno il compito, quando innestate, di rendere solidali in percentuale più o meno alta i planetari (e quindi i semiassi) al corpo del differenziale (e quindi alla corona conica). Quando una ruota (e quindi un semiasse, ed il relativo planetario) gira molto più velocemente dell’altra si genera una forza che spinge lateralmente i satelliti. Gli alberini dei satelliti (satelliti che non sono fissi come su un differenziale aperto ma possono scorrere di alcuni millimetri lateralmente oltre che ruotare su sé stessi) tenderanno a risalire le rampe ricavate nei mozzi di ancoraggio. La differenza di velocità di rotazione porta pertanto come diretta conseguenza un’espansione del nucleo costituito dai 4 satelliti che girano intorno ai planetari. Tale espansione viene sfruttata per innestare delle frizioni in modo “automatico”.

sezione differenziale autobloccante

Progressione. La progressione con cui interviene l’autobloccaggio è definita dall’inclinazione delle rampe ricavate nei mozzi di ancoraggio. Più le rampe saranno ripide e maggiore sarà la difficoltà con cui il differenziale tenderà al bloccaggio. Ad un inclinazione pari a 0° corrisponde una spinta assiale (lungo l’asse longitudinale dei pacchi di lamelle) nulla. L’inclinazione può essere differente da un lato e dall’altro della rampa; questo per permettere di avere differenti interventi in potenza (quando l’alberino di ogni satellite preme su un versante della rampa) ed in rilascio (ovvero quando il suddetto alberino preme sul versante opposto al precedente). Alcuni costruttori realizzano le rampe con una geometria curvilinea per avere una progressione “variabile” del bloccaggio a seconda dell’entità della differenza di giri e di coppia delle ruote.

rampe mozzi ancoraggio differenziale autobloccante

Precarico. Il differenziale autobloccante può disporre di molle a tazza le quali provvedono a tenere precaricate le frizioni di cui è provvisto l’autobloccante stesso. Questo, come spiegato alla pagina “Set trasmissione”, mantiene stabile il veicolo nel transitorio in cui si passa dal dare gas al toglierlo. Per variare il precarico si cambiano quindi le molle sostituendone con altre più rigide o più morbide a seconda delle esigenze.

Slittamento limitato. Infine il bloccaggio viene determinato per attrito tra le lamelle vincolate alla scatola del differenziale e le lamelle vincolate ai planetari. Le seconde sono provviste di un riporto di molibdeno che garantisce un attrito elevato. Aumentando il numero delle lamelle (si può passare ad esempio da 4 a 6 fino a 8 qualora lo spazio disponibile lo permetta) si aumenta il bloccaggio ottenibile. Spesso si tende a credere che una volta innestate le frizioni vi sia un vero e proprio bloccaggio, così non è. In realtà si verifica uno “slittamento limitato” da cui deriva il termine “limited slip differential”.

Maggiori approfondimenti alla sezione “Setting” della pagina “Motori“.