COME FARE A MENO DEL DIFFERENZIALE
di Luca Giannitti
I tram sono veicoli molto particolari e tra le tante peculiarità ve n'è una che ben pochi conoscono: i tram sono in grado di fare a meno del differenziale!
Le motrici dotate di carrelli o truck tradizionali hanno le ruote di uno stesso asse rigidamente collegate tra loro, quindi ruotano sempre alla medesima velocità, ma come si comportano in curva? I veicoli su gomma, come le automobili o gli autobus, hanno il differenziale (immagine in alto) che rende indipendenti le ruote una dall'altra, in modo che nelle curve possano compiere un numero diverso di giri dato che percorrendo una traiettoria non rettilinea la ruota interna compie meno strada di quella esterna. I tram no, non hanno nessun differenziale e quindi come compensano il diverso sviluppo delle due rotaie?
In curva le due ruote di un medesimo asse devono percorrere distanze diverse, poiché i raggi delle due rotaie differiscono dello scartamento, per cui la ruota esterna si trova su una traiettoria con un diametro maggiore. Per evitare i conseguenti scorrimenti e le elevate forze d’attrito che ne deriverebbero per l'assenza di un differenziale, sveliamo ora il segreto che rende le ruote dei tram uniche nel loro genere: i cerchioni delle ruote si sviluppano su superfici tronco-coniche!
La conicità nell’intorno della circonferenza di rotolamento varia in base alla tipologia di linea, maggiori sono le velocità, minore è la conicità. Sulle linee convenzionali come quelle tranviarie o ferroviarie tradizionali la conicità ha un rapporto compreso tra 1:10 e 1:20 (a Torino i tram utilizzano una conicità pari a 1:20); sulle linee ferroviarie ad alta velocità le conicità aumentano fino a 1:40 - 1:50.
Per effetto della forza centrifuga generata dalla curva, il tram viene spinto verso l’esterno e ciò ha come effetto che il punto di contatto della ruota esterna si sposta nella parte in cui ha un raggio di rotolamento maggiore (verso la base del tronco di cono) mentre la ruota interna si sposta su un raggio di rotolamento minore (verso la punta del tronco di cono): il bordino rappresenta quindi il "fine corsa", il punto oltre il quale la ruota non può più spostarsi trasversalmente. Con raggio minore per la ruota interna alla curva e raggio maggiore per la ruota esterna alla curva, a parità di giri delle ruote, lo spazio percorso risulta proporzionale al raggio di rotolamento.
In ogni caso, lo scartamento nominale in curva passa da 1445 mm a 1450 mm: questo incremento è strettamente legato ai movimenti trasversali della ruota tranviaria e ne facilita il comportamento in curva. Inoltre per ottenere un elevato comfort di marcia, i tratti di binario curvo non sono a raggio costante ma a raggio variabile nel passaggio rettifilo-curva circolare o nei raccordi di continuità. Questi raccordi di transizione sono anche detti clotoidi: con clotoide si indica una curva la cui curvatura varia linearmente lungo la sua lunghezza, studiata per la prima volta probabilmente dal matematico Bernoulli nel XVII secolo. La rete tramviaria torinese presenta raccordi di transizione fra curva e rettilineo (si è adottata una policentrica di Searles o spirale Lorraine-Allen) per i raggi più stretti, compresi fra 15 e 60 m, mentre non sono presenti raccordi di transizione per le curve a raggio superiore.
Quindi la forma della ruota, l'allargamento dello scartamento e lo sfruttamento della fisica (per la forza centrifuga) permettono al tram di fare a meno del differenziale, una peculiarità specifica dei veicoli su ferro!