Soggetti:
- Informazioni generali
- Riduzione singola e doppia
- Cambio in direzione longitudinale o trasversale
- Ingranaggi e ingranaggi
- Funzionamento del cambio
- Dispositivo di sincronizzazione
- Smontare il cambio
- Maglia costante
- Maglia scorrevole
- Rapporti di trasmissione
Informazioni generali:
Lo scopo di un cambio è quello di adattare il regime del motore e quindi la coppia e la potenza disponibili alle diverse condizioni di guida. Ciò potrebbe verificarsi durante l'accelerazione o la decelerazione, il trasporto di un carico pesante, la guida in salita e in discesa e i cambiamenti nell'aria e nella resistenza al rotolamento che possono verificarsi durante la guida. Passare a una marcia più favorevole in queste diverse circostanze porterà nella maggior parte dei casi a un migliore consumo di carburante e a una maggiore coppia e potenza.
In una marcia bassa (ad esempio la seconda) è disponibile più coppia del motore che in una marcia più alta (ad esempio la quarta). Questo perché l'albero motore del motore fa più giri in seconda marcia e gira molto più velocemente in accelerazione rispetto a una marcia più alta. È quindi più saggio non utilizzare una marcia troppo alta quando si guida con un carico pesante, come ad esempio una roulotte. Certamente non in montagna.
Il. si trova tra il motore e il cambio accoppiamento che è dotato di disco frizione, gruppo pressore e cuscinetto reggispinta. Premendo il pedale della frizione, lo spingidisco viene azionato tramite un cavo. Con una frizione idraulica, il fluido viene spostato da un cilindro all'altro mediante due cilindri della frizione.
Di seguito è riportato uno schema a blocchi di come si ottiene la trasmissione dal motore alle ruote con la trazione anteriore, posteriore e integrale. Per ulteriori informazioni a riguardo consultare la pagina guidare le forme.
Riduzione singola e doppia:
I cambi manuali sono divisi in due gruppi, ovvero a singola e doppia riduzione. La riduzione è un'altra parola per trasmissione. Quindi in realtà significa trasmissione “singola e doppia”. Cosa si intende con esso è mostrato di seguito.
Riduzione unica
Gli ingranaggi degli alberi di ingresso e di uscita sono direttamente collegati tra loro.
A: Albero di ingresso (albero motore, dal motore)
B: Albero di uscita (albero principale)
Doppia riduzione
È inserita la prima marcia; le forze motrici in prima marcia vanno da A a B e da C a D.
Una forza viene esercitata sull'ingranaggio A tramite l'albero di ingresso. Questo ingranaggio è in collegamento diretto con gli ingranaggi B, D ed E. Poiché la prima marcia è innestata, il sincronizzatore ha accoppiato l'albero di uscita all'ingranaggio D (vedere frecce blu). Dalla marcia B, le forze motrici escono dal cambio attraverso l'albero di uscita. L'albero di uscita aziona il differenziale, che può essere posizionato nel cambio (nelle auto a trazione anteriore) oppure il differenziale può essere montato in un altro posto, ad esempio nelle auto a trazione posteriore. Maggiori informazioni su questo argomento sono spiegate più avanti in questa pagina.
A: Ingranaggio dell'albero di ingresso (albero motore, dal motore)
B, C ed E: ingranaggi dell'albero secondario
D e F: ingranaggi dell'albero di uscita (albero principale)
La seconda marcia è inserita. Il dispositivo di sincronizzazione va scollegato dall'ingranaggio D e accoppiato all'ingranaggio F (vedi frecce blu). In quel momento l'ingranaggio D ruota, ma non è accoppiato all'albero di uscita. L'ingranaggio F lo è, quindi le forze motrici ora vanno da A a B e da E a F.
Poiché gli ingranaggi C ed E hanno dimensioni diverse, i rapporti di trasmissione sono cambiati. Ciò significa che il numero di giri del motore è diminuito dopo l'accoppiamento alla stessa velocità del veicolo.
Cambio in direzione longitudinale o trasversale:
La figura mostra uno schema di un'auto a trazione posteriore. Il blocco motore è disposto longitudinalmente (longitudinale) e il cambio è dotato di doppia riduzione. L'ingranaggio finale (il differenziale) si trova sull'asse posteriore e aziona le ruote posteriori. Questo è il tipo di guida che la BMW, tra gli altri, utilizza molto.
Questa immagine mostra uno schema di un'auto a trazione anteriore. Il blocco motore è disposto trasversalmente (nel senso della larghezza) e il cambio è dotato di una sola riduzione.
Le forze motrici entrano nell'albero di ingresso (l'albero motore) e vengono trasmesse all'albero di uscita tramite gli ingranaggi innestati. Il differenziale è integrato nella scatola del cambio. Questo tipo di azionamento viene utilizzato, tra gli altri, nella Volkswagen Golf e nella Ford Focus (e ovviamente in molte altre marche!)
La figura mostra uno schema di un'auto a trazione anteriore. Sia il blocco motore che il cambio sono posizionati longitudinalmente. Il blocco motore si trova davanti all'asse anteriore e il cambio dietro l'asse posteriore. Il differenziale è montato sugli alberi di trasmissione. Questo sistema viene utilizzato, tra gli altri, sulle vecchie VW Passat, Skoda Superb e Audi A4. I modelli più recenti ora hanno un blocco motore trasversale (vale a dire la situazione seguente).
Ingranaggi e ingranaggi:
È possibile ottenere rapporti di trasmissione diversi con dimensioni di ingranaggi diverse. Chiamiamo questi rapporti di trasmissione ingranaggi. Ad esempio, quando un ingranaggio grande viene azionato da un ingranaggio piccolo, l'ingranaggio piccolo può compiere 3 giri, mentre l'ingranaggio grande fa un giro solo. Il rapporto di trasmissione è quindi 1:1. Il ritardo e l'aumento di potenza sono quindi 3 volte maggiori. Quando l'ingranaggio piccolo avrà 3 denti, l'ingranaggio grande avrà 20 denti.
Di seguito puoi vedere le diverse marce che possono essere cambiate. Puoi vedere che con ogni marcia la marcia destra dell'albero superiore (l'albero primario) diventa sempre più piccola nelle marce 2 e 3. L'ingranaggio sul lato destro dell'albero secondario sta diventando più grande. Ciò continua ad aumentare il rapporto di trasmissione, che è l'obiettivo finale per passare a un'altra marcia.
Prima marcia:
La forza motrice entra nell'albero motore a sinistra in corrispondenza della freccia. La forza motrice viene trasmessa direttamente all'ingranaggio dell'albero secondario. L'asse secondario è l'asse inferiore. L'ingranaggio più piccolo dell'albero secondario è accoppiato al penultimo ingranaggio dell'albero di uscita. L'albero di uscita gira molto più lentamente dell'albero di ingresso a causa delle dimensioni degli ingranaggi. Ciò ha causato il ritardo maggiore. La prima marcia ha la decelerazione maggiore, in modo da poter accelerare da fermo con un notevole aumento di coppia.
Seconda marcia:
Le marce a sinistra rimangono inserite. La forza motrice passa attraverso la terza marcia dell'albero secondario fino alla terza marcia dell'albero di uscita. L'albero di uscita gira ancora più lentamente dell'albero di ingresso. Quindi c'è ancora un ritardo. La decelerazione è ora inferiore rispetto alla prima marcia, quindi a parità di regime del motore è possibile raggiungere una velocità del veicolo maggiore rispetto alla prima marcia.
Terza marcia:
La forza motrice passa attraverso la seconda marcia dell'albero secondario e la seconda marcia dell'albero di uscita. L'albero di uscita gira ancora più lentamente dell'albero di ingresso. La decelerazione è ora nuovamente inferiore rispetto alla seconda marcia, quindi ora è possibile raggiungere una velocità del veicolo più elevata allo stesso regime del motore rispetto alla seconda marcia.
Quarta marcia:
Questo si chiama prezzo diretto. La forza motrice va dall'albero di ingresso direttamente all'albero di uscita. La coppia del motore viene quindi trasmessa 1 a 1 alle ruote. Infatti il cambio al momento non funziona.
Con un cambio a cinque velocità, la quarta marcia è sempre a presa diretta. Tuttavia, con un cambio a 6 marce, la quinta marcia è a presa diretta.
Quinta marcia:
In quinta marcia, le due ruote dentate posteriori sono collegate insieme. L'ingranaggio più grande sull'albero secondario è accoppiato all'ingranaggio più piccolo sull'albero di uscita. Questo è chiamato "overdrive". L'albero di uscita ora ruota più velocemente dell'albero di ingresso.
Le marce 1, 2 e 3 sono decelerazioni; l'albero di ingresso ruota più velocemente dell'albero di uscita. Nella quarta marcia, l'albero di ingresso ruota alla stessa velocità dell'albero di uscita (prise-direct). Questa 5a marcia è quindi una vera accelerazione, perché in questa marcia l'albero di uscita è l'unico di tutti gli ingranaggi che gira più velocemente dell'albero di entrata. Durante la guida in autostrada, la velocità del motore diminuirà. Quando è necessario accelerare, spesso è necessario tornare a una marcia inferiore.
Acquista:
Quando si seleziona la retromarcia, viene posizionata una marcia extra tra gli ingranaggi dell'albero secondario e di quello di uscita. Normalmente, quando l'ingranaggio inferiore gira in senso antiorario, l'ingranaggio superiore montato contro di esso girerà in senso orario. Se posizioni un altro ingranaggio accanto a quello che gira a destra, girerà di nuovo in senso antiorario. Questo infatti viene fatto anche nel cambio. L'albero di ingresso funziona semplicemente in modo normale e l'ingranaggio extra farà ruotare l'albero di uscita nella direzione opposta.
Conclusione:
In precedenza è stato spiegato che accoppiando ingranaggi di diverse dimensioni si crea un diverso rapporto di trasmissione (ovvero un'accelerazione) e come funziona quindi la trasmissione. Di seguito è riportata una spiegazione di come funziona l'inserimento e il disinserimento delle marce quando si aziona la leva.
Funzionamento del cambio:
Quando si sposta la leva del cambio all'interno, si spostano i cavi o le aste (a seconda del tipo di cambio/meccanismo) che vanno al cambio.
Nell'immagine qui sotto puoi vedere che l'asta della balladeura può muoversi avanti e indietro. Questo spazio è indicato in rosa. L'asse Balladeur controlla la forcella del cambio. La forcella del cambio preme l'anello sincronizzato contro il pignone con l'aiuto dell'anello del cambio. Quando si passa alla marcia successiva, l'albero del balladeur si sposta indietro, posizionando la forcella del cambio in posizione neutra. Cambiando marcia, la stessa forcella del cambio viene spostata nella direzione opposta dall'albero del balladeur per innestare l'altra marcia (ad esempio dalla terza alla quarta marcia) oppure viene utilizzato un albero del balladeur diverso per muovere le altre forcelle del cambio.
Ci sono diversi alberi balladeur nel cambio. Ciascun asse Balladeur può innestare o disinnestare due marce. Il funzionamento dei vari assi del Balladeur viene effettuato spostando la leva del cambio a sinistra e a destra. L'immagine sotto mostra lo schema ad H degli ingranaggi.
Quando il conducente vuole inserire la prima marcia, sposta prima la leva del cambio dal centro (N per "folle") a sinistra. L'albero del cambio innesterà i denti dell'albero balladeur della prima e della seconda marcia.
Spostando la leva verso l'alto (in prima marcia), l'asse del balladeur viene spostato indietro (in alto a destra nell'immagine). La forcella del cambio collega il pignone della prima marcia all'asse.
Per passare alla seconda marcia la leva dovrà essere spostata verso il basso (in folle). La forcella del cambio interrompe la connessione tra l'asse e il cambio. Spostando la leva più in basso, la stessa forcella del cambio collegherà l'altra marcia all'asse; la seconda marcia è ora inserita. Questo asse balladeura sposta quindi la forcella del cambio tra la prima e la seconda marcia.
Per passare alla terza marcia, è necessario prima disimpegnare la ruota dentata della seconda marcia dall'asse. A tale scopo la leva deve essere prima spostata nuovamente verso l'alto (in posizione neutra). La leva deve quindi essere spostata al centro del modello H. Spostando la leva da sinistra al centro si innesta l'asse balladeura della terza e quarta marcia. Spingendo la leva in avanti e indietro le forcelle del cambio della terza e della quarta marcia verranno spostate in avanti o all'indietro per innestare queste marce.
Quando si passa alla quinta marcia, la leva viene spostata completamente a destra. L'asse balladeura della quinta marcia e della retromarcia è collegato. Per selezionare la quinta marcia, l'asse Balladeur viene spinto in avanti per consentire alla forcella del cambio di collegare la ruota dentata all'asse.
L'immagine mostra un meccanismo di commutazione. Questo meccanismo a cavo viene utilizzato in un'auto con blocco motore trasversale. Poiché le leve 1 e 2 vengono spostate dal movimento di spinta o trazione dei cavi, le forcelle del cambio vengono spostate attraverso una cosiddetta torre del cambio.
Dispositivo di sincronizzazione:
Se non viene utilizzato alcun dispositivo di sincronizzazione, gli ingranaggi non ingranano o scricchiolano a causa della differenza di velocità. Gli anelli sincronizzati vengono utilizzati per garantire un accoppiamento regolare degli ingranaggi. Gli anelli sincronizzatori assicurano che le velocità dell'albero e dell'ingranaggio siano le stesse all'accensione. Tutte le marce (da 1 a 5 o 6) sono sincronizzate, spesso tranne la retromarcia. Lo noterai anche perché la marcia a volte scricchiola quando si inserisce la retromarcia. A volte le retromarce sono sincronizzate.
Gli ingranaggi degli ingranaggi non innestati ruotano liberamente attorno all'albero di uscita. Innestare una marcia significa quindi accoppiare all'albero di uscita un ingranaggio che ruota liberamente. Quando è inserita una marcia, la velocità dell'albero di uscita deve corrispondere alla velocità della marcia da inserire. L'anello sincronizzato è collegato all'albero di uscita tramite scanalature e ruota quindi alla stessa velocità di questo albero di uscita. La marcia da innestare ha una velocità diversa da quella dell'albero di uscita, quindi anche una velocità diversa dal sincronizzatore. Poiché la forcella del cambio si muove, porta con sé il sincronizzatore e la parte conica dell'anello del sincronizzatore verrà premuta contro la superficie conica interna dell'ingranaggio. Le porzioni coniche di entrambe le parti vengono premute l'una contro l'altra, equalizzando l'attrito tra le superfici coniche. Quando non c'è più differenza di velocità tra le due marce, è possibile spingere il manicotto del cambio in modo che i denti scivolino l'uno nell'altro e la marcia venga quindi innestata senza scricchiolare. Il sincronizzatore funziona non solo quando si inseriscono le marce, ma anche quando si cambiano le marce e si scala la marcia.
È molto negativo che gli anelli del sincronizzatore si spostino molto rapidamente, quindi premere con forza la leva in una marcia. Il sincronizzatore non avrà quindi il tempo di sincronizzarsi. È quindi meglio premere leggermente la leva contro la resistenza durante il cambio marcia e premerla solo finché non si innesta quasi automaticamente la marcia.
Un anello sincronizzato è una parte soggetta ad usura. L'attrito si verifica durante il cambio, quindi la parte si consumerà nel tempo. Con un utilizzo normale, l'anello del sincronizzatore può durare tutta la vita di un'auto, ma con un uso improprio o un cambio sportivo, gli anelli del sincronizzatore si usureranno prematuramente. La distanza (3) tra l'anello sincronizzato e l'ingranaggio nell'immagine sottostante diminuirà. Questo perché l'anello sincronizzato si usura sull'interfaccia dove tocca il pignone. Questa parte è indicata dalla distanza 1.
Dopo aver smontato il cambio è possibile controllare l'usura degli anelli sincronizzati. La distanza tra l'anello sincronizzato e il pignone può essere misurata con uno spessimetro. La marcia non deve essere inserita. Quando un anello sincronizzato si usura, la distanza tra l'anello sincronizzato e l'ingranaggio si riduce.
Il produttore dell'auto o del cambio descrive nella documentazione dell'officina qual è il limite di usura dell'anello sincronizzato. Se il valore misurato è inferiore al valore di usura massimo indicato nella documentazione dell'officina, è necessario sostituirlo.
Smontaggio del cambio:
Questa sezione descrive come smontare un cambio. Ciò può fornire una buona immagine di come appare effettivamente l'interno del cambio e di come è possibile sostituire le parti del cambio. Si tratta di un cambio di un'auto a trazione posteriore in cui il motore è posizionato longitudinalmente.
È possibile rimuovere un certo numero di bulloni nella parte posteriore della scatola del cambio mostrata. La parte posteriore può quindi essere sfilata. Naturalmente, prima di smontare qualsiasi parte è necessario scaricare l'olio del cambio.
L'interno con gli assi e gli ingranaggi è fissato sul retro. Durante lo smontaggio l'interno completo fuoriesce dalla scatola del cambio.
Il cuscinetto dell'albero secondario è visibile all'interno (sul lato destro del foro attraverso il quale passa l'albero primario una volta montato).
Sul lato sinistro del foro dell'albero motore sono visibili cinque fori. Questi cinque fori contengono le quattro estremità degli assi del balladeur.
L'immagine mostra l'albero motore, gli ingranaggi e gli alberi balladeur con le forcelle del cambio. Durante il cambio, il relativo albero balladeur ruota e si muove, in modo che la forcella del cambio aziona l'anello sincronizzato del cambio per innestare la marcia.
Dopo aver rimosso i perni o le viti che collegano le forcelle del cambio agli assi del Balladeur, è possibile sfilare gli assi del Balladeur. Ciò fa sì che le forcelle del cambio si allentino. Le forcelle del cambio possono essere sfilate dagli assi.
L'immagine qui sotto mostra come appaiono gli ingranaggi. Se è necessario sostituire gli ingranaggi o gli anelli sincronizzati, gli alberi devono essere rimossi dall'altro lato della scatola del cambio. Gli ingranaggi e il sincronizzatore devono essere rimossi dagli alberi. Le nuove parti devono quindi essere respinte sull'asse.
Per verificare se gli anelli del cambio sincronizzato sono ancora in ordine, è necessario misurare la distanza tra la ruota dentata e l'anello del cambio sincronizzato. Se la distanza è superiore al valore massimo specificato dal produttore, l'anello sincronizzato è usurato. L'anello sincronizzato dovrà essere sostituito. La modalità di esecuzione della misurazione è descritta nella sezione “dispositivo di sincronizzazione” di questa pagina.
Maglia costante:
Con un cambio Constant Mesh, gli ingranaggi sono "costantemente" ingranati tra loro. Gli ingranaggi sono montati sull'albero di uscita e sono collegati tra loro tramite manicotti del cambio e accoppiamenti a denti. La spiegazione sopra riguarda sempre il cambio Constant Mesh.
Nell'immagine seguente, la manica del cambio destra si sposta a destra per innestare la prima marcia e a sinistra per innestare la seconda.
Maglia scorrevole:
Queste sono le parole inglesi per "scorrevole" e "interlocking". Con questo tipo di trasmissione, le marce vengono cambiate per selezionare una marcia specifica. Questo è ancora utilizzato oggi nelle retromarce, ma mai più nei moderni cambi, quindi non andremo troppo oltre. I denti sono dritti con una smussatura alle estremità. Con questo tipo di cambio sentirai sempre scricchiolare durante il cambio perché ovviamente non è sincronizzato.
Rapporti di trasmissione:
I rapporti di trasmissione nel cambio devono essere calcolati e costruiti accuratamente. L'immagine sotto mostra la velocità del veicolo sull'asse X e la forza sulle ruote sull'asse Y. Si può notare che la 1a marcia esercita molta forza sulle ruote, ma si ferma a bassa velocità del veicolo. Ogni marcia successiva esercita meno forza sulle ruote e una gamma di velocità più elevata.
Clicca qui per andare alla pagina Rapporti di trasmissione, dove tutti i rapporti di trasmissione sono calcolati tramite la serie geometrica e la serie geometrica corretta (serie di Jante) con il fattore K.
Per ogni cambio è poi possibile calcolare anche la velocità massima del veicolo.
