Soggetti:
- Informazioni generali
- Leva selettrice/marce da montagna
- Sistema di ingranaggio planetario singolo
- Sistema combinato di ingranaggi planetari (sistema Simpson)
- Il sistema di Ravigneaux
- Olio del cambio
- pompa dell'olio
- Unità di controllo
- Valvole di controllo
Informazioni generali:
I vantaggi del cambio automatico consistono nell'aumento della facilità d'uso, del comfort e della sicurezza. Il cambio della trasmissione avviene nel modo più fluido possibile, senza strappi. Quando si accelera leggermente, il cambio automatico passa alla marcia superiore prima rispetto a quando il pedale dell'acceleratore viene premuto fino in fondo. In quest'ultimo caso il cambio avverrà solo fino a poco prima del limitatore di giri. Quando il veicolo si ferma, passa automaticamente alla prima marcia.
Tra il motore e il cambio automatico è montato un giunto idraulico o convertitore di coppia. Vedi il capitolo separato per questo convertitore di coppia.
Leva selettrice/marce da montagna:
Un'auto con cambio automatico ha una leva selettrice. La leva selettrice può essere azionata azionando prima il pedale del freno. Ecco un riepilogo delle funzioni che ha:
- P: Posizione di parcheggio (L'albero di uscita è bloccato, l'auto non si sposta più e il motore può girare
- R: Inverso
- N: Folle (L'auto è in folle, l'albero di uscita non è bloccato, quindi con il pedale del freno rilasciato può rotolare via
- D: Guida (la marcia avanti, l'auto si sposterà automaticamente su e giù quando acceleri
- *S: Sport (l'auto passerà alla marcia superiore di meno, in modo che si verifichi una maggiore accelerazione quando si accelera improvvisamente)
- *M: Manuale (permette di indicare quando passare alla marcia superiore o inferiore spostando la leva selettrice in avanti o indietro verso + o -.
* è spesso un'opzione e non è disponibile su tutte le macchine.
Altre marche automobilistiche utilizzano le posizioni L, 2 e 3 per consentire al conducente di scegliere in quale marcia mantenere l'auto. Queste modalità sono anche chiamate “marce da montagna”.
Quando viene attivata una di queste modalità, il cambio automatico viene inserito in una marcia specifica e mantenuto lì. Questo può essere molto utile quando si guida in montagna. Durante la discesa normale, il cambio automatico passerà alla marcia superiore in posizione “D”. Di conseguenza, il rapporto di trasmissione si riduce, facendo scendere l'auto sempre più velocemente. Inserendo le marce 3, 2 (1 o L), il cambio automatico passerà ad una marcia inferiore (ad esempio dalla 5a alla 4a marcia). Il motore funzionerà quindi a una velocità più elevata, facendo rallentare l'auto. Ora non è più necessario frenare sempre di più perché c'è più frenata sul motore. Quando si guida con un rimorchio, ciò è necessario su discese ripide, altrimenti i freni si surriscaldano a causa della frenata costante.
Sistema di ingranaggio planetario singolo:
I sistemi di ingranaggi planetari sono utilizzati in diversi sistemi, in particolare nei cambi automatici, nei motorini di avviamento, negli overdrive e nelle riduzioni ai mozzi. Un sistema di ingranaggi planetari è costituito dalle seguenti parti:
- Corona dentata
- 3 ruote satellitari
- Drager
- ruota solare
Per trasmettere la coppia con un sistema di ingranaggi planetari singolo, è necessario fissare la corona dentata, il supporto o l'ingranaggio centrale. Questa parte funge quindi da elemento di risposta. Le ruote satellitari servono solo a colmare la distanza tra l'ingranaggio centrale e la corona dentata.
Esempio: L'ingranaggio solare è accoppiato al motore e ruota alla stessa velocità. Il supporto è collegato all'albero di uscita. La corona dentata è fissata alla scatola del cambio. Ciò provoca un ritardo significativo. Ciò significa: l'ingranaggio centrale è in movimento, la corona dentata è l'elemento di reazione e il supporto è in movimento.
L'ingranaggio solare (azzurro, al centro) gira in senso antiorario. Questo aziona le ruote satellitari (rosse) che ruotano in senso orario. Questi gireranno nella ruota dell'anello, portando con sé il trasportino (blu).
Il supporto ruoterà quindi meno velocemente della ruota solare. Ciò significa che il movimento è rallentato.
La tabella mostra 6 diverse opzioni di trasmissione. Non tutte le opzioni di trasmissione possono essere utilizzate nella tecnologia automobilistica. Di solito rimangono solo 3 opzioni.
Per collegare e fissare i vari elementi si utilizzano fasce frenanti o giunti multipiastra. In questo modo possiamo collegare diversi elementi e creare decelerazioni, accelerazioni e cambiamenti nel senso di rotazione.
Nei sistemi più recenti, il computer garantisce che la pressione dell'olio venga inviata alle frizioni multidisco, consentendo il fissaggio delle parti. La teoria sui nastri freno e sulle frizioni multidisco è discussa più avanti in questa pagina.
La figura mostra una rappresentazione schematica di quattro serie di sistemi di ingranaggi planetari in una trasmissione automatica. Sono previsti tre sistemi per le marce avanti ed uno per la retromarcia. La linea rossa indica la direzione delle forze attraverso il cambio automatico; da sinistra (lato motore con convertitore di coppia) attraverso la parte completa con sistemi planetari (linee nere) fino all'accoppiamento dell'albero elica. Nella scatola del cambio vengono utilizzati quattro sistemi, ciascuno con Z, D e R (ingranaggio centrale, supporto e corona dentata).
Pagina aperta calcolare le riduzioni dei sistemi di ingranaggi planetari contiene ulteriori informazioni sull'accensione e lo spegnimento dei sistemi planetari e sul collegamento di vari sistemi insieme.
I sistemi di ingranaggi planetari sono simmetrici sopra e sotto la linea centrale. Non c'è altro modo, perché l'interno ruota durante la guida.
Per comprendere cosa accade quando viene innestata una marcia, anche le parti guidate nel sistema planetario dell'immagine sono evidenziate in rosso.
Nella figura è inserita la marcia 1. Per inserire la marcia 1 è necessario innestare la frizione. Questo collegamento è mostrato in blu. Con l'accoppiamento chiuso e un lato condotto del sistema planetario, anche una parte deve ruotare. In tal caso, le dimensioni delle parti determinano il rapporto di trasmissione (si pensi a un ingranaggio di ingresso piccolo e a un ingranaggio di uscita grande; l'ingranaggio grande ruoterà quindi più lentamente. Se l'ingranaggio grande avesse il doppio dei denti dell'ingranaggio piccolo, allora il rapporto sarebbe 1:2).
In linea di principio ciò vale anche per il cambio automatico; le dimensioni della corona dentata, degli ingranaggi centrali e degli ingranaggi satellitari sono diverse in tutti e quattro i sistemi. Ora probabilmente puoi immaginare che quando viene energizzata un'altra frizione (ad esempio il sistema a sinistra), la velocità dell'albero di uscita è cambiata. Fare clic qui per ulteriori informazioni sul calcolo delle riduzioni degli ingranaggi planetari.
Sistema combinato di ingranaggi planetari (sistema Simpson)
Nei cambi automatici, vengono spesso utilizzati sistemi di ingranaggi planetari combinati in cui più ruote satellitari o supporti sono montati su un ingranaggio centrale. Questo è tra l'altro il caso dei cosiddetti sistemi Simpson.
Il sistema Simpson ha un ampio ingranaggio centrale e 2 corone dentate. Queste corone dentate sono solitamente azionate, quindi il carico sui denti è molto inferiore rispetto a quello di un ingranaggio centrale azionato. Di conseguenza, il sistema può spesso essere ridotto. Al giorno d'oggi i sistemi Simpson non vengono utilizzati molto spesso. Il sistema Ravigneaux è più popolare tra gli sviluppatori perché consente di risparmiare più spazio.
L'immagine mostra il sistema di ingranaggi planetari come un insieme denso. Sono visibili la corona dentata (l'anello largo sinistro con i denti) e il supporto (la parte argentata).
La corona dentata è scivolata via. Ora è possibile vedere le ruote del satellite e il supporto. Le 3 ruote satellitari innestano l'ingranaggio centrale all'interno e la corona dentata all'esterno (che ora è stata sfilata). Questi ingranaggi sono sempre collegati tra loro.
Qui il supporto (contenente le ruote satellitari) è scivolato dall'ingranaggio centrale. L'ingranaggio solare è l'ingranaggio nella parte destra.
Qui potete vedere il doppio ingranaggio solare. La sezione sinistra azionava il sistema di ingranaggi planetari visto nelle immagini sopra. La marcia giusta è il sistema accanto ad essa. Da qui il nome di sistema di ingranaggi “combinato”, o in altre parole, sistema Simpson. Se l'ingranaggio solare è singolo (solo la parte sinistra) e c'è solo 1 sistema di ingranaggi planetari, questo è chiamato sistema singolo o Ravigneaux. Il sistema Ravigneaux ha 6 ruote satellitari invece delle 3 di questo sistema, ma questo verrà spiegato più avanti.
Questa è l'altra parte del sistema combinato. La corona dentata nera a sinistra, il portapacchi con le ruote satellitari al centro, con l'ingranaggio centrale a destra (là dentro).
Il sistema di Ravigneaux:
L'ingegnere francese Paul Ravigneaux sviluppò un sistema di ingranaggi planetari compatto alla fine degli anni '20 per creare facilmente diversi rapporti di trasmissione pratici. Questo è chiamato il sistema Ravigneaux. Questo sistema è attualmente utilizzato su molti cambi automatici.
Questo sistema è molto compatto, poiché 2 sistemi di ingranaggi planetari sono combinati in un solo sistema. È composto da 1 ruote solari, 2 ruote satellitari grandi e 3 piccole e 3 corona dentata. Di seguito è riportata una vista laterale.
Nell'immagine qui sotto puoi vedere che le ruote satellitari si ingranano insieme. La ruota satellitare grande è collegata alla ruota solare 1. La ruota satellitare piccola è collegata alla ruota solare 2.
Nella tabella vediamo che quando è inserita la prima marcia si innestano la frizione 1 (K1) e la fascia freno 1 (B1). Ciò significa che l'ingranaggio centrale 2 e il supporto con le ruote satellitari sono fissi (questi sono azionati). La corona dentata è quindi flottante.
Ciò causa il ritardo maggiore. Una forte decelerazione significa anche un aumento della coppia e anche una bassa velocità alle ruote. La 1a marcia è la marcia migliore per accelerare da fermo.
Quando il cambio passa alla 2a marcia, il nastro del freno B1 viene rilasciato e la frizione B2 viene innestata. Ora l'ingranaggio centrale 2 e la corona dentata sono fissati e quindi azionati. In tal caso chi lo indossa viene guidato. Questa combinazione di componenti collegati produce una decelerazione inferiore rispetto alla 1a marcia e fornisce esattamente il giusto rapporto di trasmissione per la 2a marcia.
Frizioni multidisco e fasce freno:
Sui vecchi cambi venivano utilizzate fasce freno per fissare le varie parti (come l'ingranaggio centrale, il portapacchi e la corona dentata). Le fasce dei freni sono realizzate in ferro e sono lubrificate per prevenire e raffreddare il più possibile il contatto metallo-metallo. Le immagini sottostanti mostrano un nastro del freno (a sinistra) e un nastro del freno attorno alla corona dentata (a destra).
La corona dentata viene fissata comprimendo il nastro del freno con uno stantuffo idraulico (che si estende). Pertanto, durante il serraggio, una certa parte del sistema di ingranaggi planetari viene resa flottante e guidata, provocando l'innesto di un ingranaggio.
Con i cambi più recenti, spesso non vengono più utilizzate le fasce dei freni, ma le frizioni multidisco. Una frizione multidisco è costituita da una serie di dischi frizione separati, uno dietro l'altro, che vengono premuti l'uno contro l'altro mediante la pressione dell'olio. Questo "impegna" il giunto e fissa la corona dentata. Le immagini sottostanti mostrano i giunti multipiastra in condizioni smontate. Le parti vengono unite. I denti degli alloggiamenti in ferro si incastrano.
Olio del cambio:
L'olio per ingranaggi della trasmissione automatica è solitamente del tipo ATF (Automatic Transmission Fluid), ma a volte i produttori offrono un tipo diverso di olio con specifiche diverse. È necessario prestare sempre attenzione in questo caso, poiché l'olio sbagliato nella scatola del cambio può causare ulteriore usura e guasti prematuri. Periodicamente è opportuno controllare anche il livello dell'olio del cambio automatico. Se è troppo basso, l'olio può surriscaldarsi, facendolo invecchiare molto più velocemente, con conseguente maggiore usura del cambio. Il controllo del livello dell'olio a volte può essere fatto molto facilmente utilizzando un'astina di livello, proprio come controllare l'olio del motore, ma i contenitori spesso non hanno un'astina di livello. Successivamente è necessario controllare il livello dell'olio svitando il tappo di carico con il motore acceso e riempiendolo fino all'esaurimento dell'olio. A seconda del produttore, è necessario controllare prima la temperatura. A volte deve essere fatto con l'olio più freddo possibile, a volte con olio tra 30 e 50 gradi Celsius.
Pompa dell'olio:
Nella trasmissione viene spesso utilizzata una pompa a ingranaggi o una pompa falciforme. La pompa nella foto è una pompa falciante. Questa pompa è azionata direttamente dal motore. L'olio circola quindi sempre quando il motore è in funzione, cioè in tutte le posizioni della leva selettrice.
Centralina:
L'unità di controllo garantisce che la pressione della pompa venga costantemente regolata su una pressione di base. Inoltre, l'unità di controllo garantisce che le valvole di controllo si accendano e si spengano al momento giusto.
Valvole di controllo:
Le valvole di controllo vengono azionate dalla posizione della leva selettrice. Nelle posizioni P e N gli accessi sono chiusi e l'olio fuoriesce da tutte le tubazioni. Tutti i giunti e i nastri dei freni perdono così la pressione dell'olio e vengono respinti dalla forza della molla. Quando la centralina dà un segnale (ad esempio per bloccare la corona dentata della prima marcia), viene inviato un segnale alle elettrovalvole (chiamate anche elettrovalvole). Quando una valvola e quindi un cursore dell'alloggiamento del cursore si apre, l'olio fluisce ad alta pressione verso uno stantuffo, che alimenta con olio la frizione a lamelle o il nastro del freno. Il selettore di pressione è una valvola modulante che regola la pressione del fluido in base al pedale dell'acceleratore. Questa pressione dell'olio fissa una parte della trasmissione automatica, consentendo il cambio.
