La vettura si trova sempre ad affrontare percorsi di varia entità, in cui è opportuno modulare la coppia che il motore è in grado di generare. Il motore in sé non è in grado di far permettere al veicolo di affrontare salite, curve e rettilinei come desidera il guidatore. Per questo esiste il cambio, un meccanismo grazie al quale il guidatore può modulare la coppia in base alla necessità. Quando si parla di questo meccanismo, esistono due grandi famiglie, definite in base alla modalità di innesto della marcia.
• Cambio manuale
• Cambio automatico
In questo articolo, parleremo del:
Cambio manuale
Nella immagine: Cambio manuale a quattro rapporti di una FIAT Balilla.
Il cambio manuale è storicamente il primo meccanismo che consente di modulare la coppia richiesta ed è gradita dagli automobilisti che privilegiano il piacere di guida e il divertimento alla comodità. Con questo meccanismo, la marcia viene innestata tramite la frizione, comandata dal pedale apposito. La frizione (gruppo 2-3-4) è un assieme di componenti di forma circolare, installato sull’albero di ingresso del cambio tramite opportune scanalature (5). In foto: Spaccato di una frizione con molla a diaframma.
Al momento del cambio marcia, il guidatore preme sul pedale della frizione, comportando il movimento assiale verso l’albero motore (1) del cuscinetto reggispinta (6). Il cuscinetto, muovendosi, preme sulla molla a diaframma (3, dietro il coperchio fissato sul volano), comportando il distacco del disco condotto (4) dal disco conduttore, fissato sul volano (2). In figura: Animazione del funzionamento della frizione.
Nel momento in cui il disco condotto è completamente distaccato dal disco conduttore, il guidatore può cambiare marcia tramite la leva del cambio. La leva del cambio gestisce gli ingranaggi e il loro innesto tramite opportuni e complessi leveraggi. Tali leve gestiscono i sincronizzatori, che sono dei dispostivi installati sull’albero di uscita del cambio che consentono la trasmissione del moto proveniente dal motore all’albero di trasmissione o al differenziale. In foto: Sincronizzatore disinnestato (sopra) ed innestato (sotto).
In figura: Animazione del funzionamento del cambio manuale.
La modulazione della coppia avviene tramite l’ingranaggio di ruote dentate, il cui numero dei denti viene stabilito in base al rapporto di trasmissione che si vuole ottenere. Osserviamo l’animazione: al termine dell’albero d’ingresso (verde), è inserita una ruota dentata che mette in movimento il contralbero (rosso). Il contralbero, a sua volta, mette in movimento l’albero di uscita (azzurro) tramite un’altra coppia di ruote dentate, stabilita in base al sincronizzatore (viola) stabilito dalla leva del cambio. Come si può vedere nell’animazione, i numeri dei denti delle ruote impiegate determinano il rapporto di trasmissione i. La prima marcia comporta una moltiplicazione della coppia uscente dal motore, per poi man mano vedere ridurre il rapporto, fino a che la coppia viene de-moltiplicata.
Incrementare la marcia comporta un calo di potenza e di regime a causa delle manovre da svolgere per il cambio marcia (rilascio acceleratore, tempo di distacco della frizione dal volano..). Il cambio a doppia frizione consente di ridurre questi cali. Il principio di funzionamento di questo cambio si basa su due frizioni, installate su altrettanti alberi d’uscita fra loro coassiali, che innestano sul volano un turno alla volta: una frizione è innestata sulle marce pari, l’altra sulle marce dispari. Entrambi gli alberi di uscita sono sempre in movimento grazie al contralbero, ma sono i sincronizzatori che consentono la trasmissione del moto fuori dal cambio. Nello specifico, quando è innestata una marcia, il sincronizzatore che consente la trasmissione della marcia successiva è già innestata, pronta per la trasmissione del moto. Con l’evoluzione dell’elettronica, i cambi a doppia frizione sono comandati da palette sistemate dietro il volante, che consentono l’innesto tramite la centralina, senza l’impiego del pedale della frizione. L’evoluzione dell’elettronica è tale che è possibile adottare cambi a doppia frizione automatizzati, cioè privi di comandi di innesto a portata del conducente in quanto il cambio marcia è totalmente sotto il controllo della centralina. Il cambio manuale diventa quindi un cambio automatico, anche se in realtà tale cambio è definito propriamente, anche nella versione con le palette, cambio robotizzato.
Un esempio di cambio a doppia frizione: l’Audi S tronic
(Immagini tratte da “L’Autotelaio-Progetto dei componenti”, di Giancarlo Genta e Lorenzo Morello, Ed. ATA)
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters (Immagine GIF frizione https://media.giphy.com/media/P5zExhL8c8rZe/source.gif, Immagine GIF cambio manuale https://imgur.com/gallery/RYyS1, Foto sincronizzatore By A7N8X – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7997162, Foto S-Tronic: Press Office Audi)
