Coppia motrice, definizione e ripartizione sugli assi
Una spiegazione del concetto di coppia motrice e coppia motore, come si distribuisce sugli assi e sulle singole ruote in base alle diverse condizioni di aderenza per una 4RM e 2RM.
Sul concetto di coppia motrice e sulla sua ripartizione e trasferimento nei diversi assi o ruote c’è molta confusione non solo sul web. Leggo spesso castronerie quando si parla soprattutto del suo trasferimento nei veicoli a due ruote motrici o in uno schema a trazione integrale. Per tutti c’è sempre in gioco il differenziale che ha l’onore e l’onere di ripartire coppia e velocità di rotazione. I “fuoristradisti” conoscono molto bene il concetto di coppia meccanica ed il suo trasferimento lungo la linea della trasmissione soprattutto su un’auto a trazione integrale. L’unità di misura della coppia è il Nm (newtonmetro) o kgm (chilogrammetro); il kgm è pari a 9,81 Nm.
La coppia e la potenza di un veicolo sono due concetti molto diversi, il secondo può considerarsi semplice e comprensibile ma quando si parla di coppia c’è molta confusione. Cerchiamo di fare chiarezza su questo argomento.
Coppia motrice, la ripartizione sugli assali
Veniamo al dunque, perché sicuramente vorrai capire come avviene il trasferimento della coppia motrice in una trazione integrale (4WD); qui troverai la spiegazione della coppia motrice e su come avviene il suo trasferimento lungo gli alberi della trasmissione, semiassi fino ad arrivare alle ruote.
Cerchiamo una volta per tutte di capire come funziona la ripartizione della coppia partendo da una vettura a 2 ruote motrici e successivamente anche su quella a 4 ruote motrici dotate di differenziali liberi.
Coppia motrice, una spiegazione semplice del trasferimento
Sulle auto il trasferimento della coppia motrice tra semiasse destro e sinistro (o assale anteriore e posteriore per le vetture a 4 ruote motrici) avviene gradualmente ed in modo variabile a seconda della potenza erogata dal motore, dalle condizioni di aderenza del pneumatico a terra e dai sistemi per la trasmissione della trazione.
della Opel Insignia Grand Sport bianca su neve drifting
Coppia motrice cosa è? Definizione
Coppia motrice cosa è? Si definisce coppia (motrice) il momento meccanico applicato alla trasmissione, ovvero il prodotto di una forza (generata nei cilindri in fase di scoppio) per il braccio di manovella. In parole più semplici, anche se non propriamente corrette, è “la forza espressa dal motore capace di fare muovere il veicolo”.
Un aspetto fondamentale della coppia da focalizzare è questo: la coppia ha sempre bisogno di una resistenza uguale e contraria per manifestarsi. Se non c’è resistenza, non c’è coppia.
Un esempio per capire meglio la coppia motrice può essere il seguente. Con una chiave dinamometrica, misuriamo la nostra forza avvitando un dado su un bullone: supponiamo che riusciamo a farla scattare fino al limite di 50 Kgm; possiamo affermare che potenzialmente siamo in grado di esprimere 50 Kgm di coppia.
Coppia resistente
Svitiamo nuovamente il dado dal bullone e proviamo a riavvitarlo sempre con la dinamometrica impostata al nostro valore limite di 50 Kgm: essa non scatterà finché il dado ruota libero nella filettatura del bullone, semplicemente perché non c’è abbastanza resistenza e quindi un forza di pari entità a contrastare la nostra, ovvero la coppia resistente.
Impostando la chiave dinamometrica a 20 kgm, essa scatterà al raggiungimento di quel valore; quindi anche se potenzialmente siamo in grado di sviluppare 50 kgm ne possiamo usare solo 20.
Questo esempio semplice dovrebbe averti fatto capire che la coppia espressa dipende dalla sua controparte: senza resistenza non si crea coppia.
In ambito automobilistico, la “resistenza” che permette la creazione della coppia si chiama aderenza. Quest’ultima non è altro che l’attrito tra pneumatico e suolo, grazie al quale la ruota avanza senza slittare.
L’aderenza del pneumatico o grip a terra è variabile in funzione di vari fattori come tipologia di terreno (coefficiente di aderenza), dimensione e pressione del pneumatico, carico (kg) sul pneumatico e tipologia di quest’ultimo (stradale, mud, extreme, neve, ecc).
Durante la marcia, secondo quanto detto finora, vale il seguente principio generale: è il valore di aderenza su ogni ruota a determinare la percentuale di coppia in uscita dal propulsore e la quantità indirizzata ad ogni semiasse (vedi Tabella 1 con esempi pratici).
La coppia su auto a trazione anteriore
Dalla tabella si evince come funziona un differenziale libero, dove la coppia viene sempre ripartita al 50% tra le ruote, qualunque sia la condizione di aderenza, anche nell’esempio di cui alla condizione con aderenza difforme tra le due ruote con asfalto a destra e ghiaccio a sinistra.
Analizziamo il caso di due ruote anteriori su asfalto ed 1 ruota posteriore su ghiaccio, ipotizzando un coefficiente di aderenza di 0.1 (ghiaccio) e di 0.9 (asfalto) e la necessità di sviluppare 600 kgm in totale per avanzare. Analizziamo le possibili combinazioni della coppia, in percentuale e con valori numerici assoluti, tralasciando il rapporto di riduzione della coppia conica e gli attriti interni del differenziale: qui si evince che la coppia necessaria di 600 kgm per muovere la vettura non è espressa a terra in entrambi i casi. Il risultato non cambia: l’auto non si sposta!
| DIFF. | ADERENZA | STRADA | GIRI SEMIASSE | COPPIA % TRA RUOTE | KGM AL SEMIASSE |
|---|---|---|---|---|---|
| Libero | Uniforme tra le ruote | Rettilinea | Uguali dx e sx |
50% dx 50% sx |
300 dx 300 sx |
| Libero | Uniforme tra le ruote | Curvilinea | Differenti | 50% dx 50% sx |
300 dx 300 sx |
| Libero | Difforme tra le ruote (asfalto dx ghiaccio sx) |
– | Differenti (dx fermo sx accelerato) |
50% dx 50% sx |
10 dx 10 sx |
| Bloccato | Difforme tra le ruote (asfalto dx neve sx) |
– | Uguali dx e sx |
90% dx 10% sx |
540 dx 60 sx |
| Bloccato | Difforme (twist alzata dx) |
– | Uguali dx e sx |
100% sx | 600 sx |
Non bisogna, infatti, farsi trarre in inganno dal fatto che una ruota sia ferma: questo significa soltanto che la resistenza opposta dal terreno per far muovere quella ruota è superiore al valore di coppia che la stessa sta ricevendo. Con aderenza difforme, la coppia massima utile per la trazione trasmessa a terra è data, in valori numerici, dalla coppia della ruota con minore aderenza, mentre l’altro semiasse gira a velocità inferiore (o può restare fermo in caso di pattinamento della ruota opposta).
Il medesimo discorso è applicabile ad un differenziale longitudinale (centrale). Prendendo come esempio una vettura che necessiti di sviluppare una forza di 600 kgm per potersi muovere, avremo i dati riportati nella Tabella seguente.
Sotto il caso di una trazione integrale con 600 kgm di coppia da trasferire sulle quattro ruote. In condizioni di aderenza uguale sulle 4 ruote il trasferimento sarà 300 all’anteriore, 300 al posteriore ed esattamente 150 kgm per ciascuna ruota. E’ interessante notare però che, avendo una trasmissione permanente, riusciamo a scaricare a terra potenzialmente il doppio della coppia rispetto ad una normale trazione 4×2.
Trasferimento di coppia su auto a trazione integrale
Comparando i dati delle tabelle, si comprende che sui punti 1) e 2) a parità di aderenza tra le ruote, la coppia necessaria per muovere l’auto viene ripartita su 4 semiassi invece che su due, con evidente minore stress meccanico. Ecco cosa accade se siamo in presenza di un differenziale centrale bloccabile.
| A | DIFF. | ADERENZA | STRADA | GIRI ALBERI | % DI COPPIA TRA ALBERI | KGM AGLI ALBERI | KGM AI SEMIASSI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Libero | Uniforme | Dritta | Uguali | 50% ant 50% post |
300 ant 300 post | 150 ogni semiasse |
| 2 | Libero | Uniforme | Curvilinea | Differenti | 50% ant 50% post | 300 ant 300 post |
150 ogni semiasse |
| 3 | Libero | Difforme (1 ruota post su neve) |
– | Differenti (ant fermo post gira) | 50 ant e 50 post | 20 ant 20 post |
10 ogni semiasse |
| 4 | Bloccato | Difforme (1 ruota post su neve) |
– | Uguali | 90% ant 10% post | 580 ant e 20 post | 290 ant dx 290 ant sx 10 post dx 10 post sx |
Se sei arrivato qui in fondo ed hai letto con attenzione la spiegazione dovresti aver capito non solo il concetto di coppia e come si distribuisce la coppia tra gli assi anteriori e sui semiassi destro e sinistro, ma soprattutto che senza la resistenza (o grip a terra) non c’è coppia!
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