Funzionamento e tipi di cambio delle automobili

 

 

 

Funzionamento e tipi di cambio delle automobili

 

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Funzionamento e tipi di cambio delle automobili

 

Cambio automatico

 

Quanti tipi di cambi automatici esistono ??

Vista la confusione che si è creata a proposito di cambi manuali, automatici, robotizzati, proactive e chi più ne ha più ne metta, mi metto a disposizione di voi, esimi colleghi, per spiegarvi in modo semplice le differenze tra i vari tipi di cambio, tralasciando quello manuale che credo sia noto a tutti :-)

- Automatico tradizionale:
Si tratta di un cambio che utilizza per il funzionamento degli ingranaggi epicicloidali e un convertitore di coppia che funge da collegamento tra albero motore e cambio. Il convertitore può essere "libero", cioè non stabilisce mai un collegamento "rigido" tra albero motore e cambio, e ingenera quei fastidiosi effetti di "frizione che slitta" tipici di auto di qualche anno fa, oppure bloccabile, in genere nelle marce superiori. Il convertitore di coppia bloccabile è utile per diminuire i consumi e aumentare il piacere di guida. Il cambio automatico ha bisogno, per il suo buon funzionamento, di circuiti a pressione molto elevata, e ciò comporta un decadimento delle prestazioni dovuto all'alto assorbimento di cavalli che questi sistemi a pressione causano. Per il numero di marce si va dalle 3 dei più vecchi, o di quelli "american style" alle 4 marce dei più recenti. Possono prevedere anche un utilizzo "manuale" mediante lo spostamento della leva su una scala con indicato il n° dei rapporti.
Si deve ricordare, però, che se su un automatico si mette la leva sul "3" (ipotesi) il cambio non resterà sempre in terza, ma limiterà la sua cambiata al massimo alla 3a. Quando ci si ferma, però, anche in posizione "3" il cambio riparte con la prima.

- Automatici dell'ultima generazione:
Come gli automatici tradizionali, solo che sono governati dall'elettronica, che nella maggior parte dei casi provvede a eliminare i difetti tipici dell'automatico convenzionale (primo tra tutti l'inserimento di un rapporto superiore in frenata o quando si alleggerisce il gas). Il proactive fa parte di questi ultimi.
Gli ultimi automatici di nuova generazione utilizzano pressioni meno elevate per funzionare, assorbendo meno energia e di conseguenza meno cavalli, in più il convertitore di coppia è quasi sempre bloccabile in tutti i rapporti, cosa che elimina l'effetto "slittamento" citato più su.
Questi cambi sono anche a 5 marce e si stanno studiando quelli a 6 rapporti.

Anche in questo è previsto l'inserimento manuale delle marce, spostando la leva sul rapporto desiderato.
Ci sono anche quelli a inserimento "sequenziale" tipo il bmw "steptronic", mi pare si chiami così, che permette un utilizzo "manuale" con inserimento dei rapporti mediante pressioni in avanti sulla leva per inserire il rapporto più lungo, e verso dietro per scalare. E' così anche il "Tiptronic" Porsche, gli automatici di Audi (si chiama tiptronic anche quello mi pare) e VW di grossa cilindrata, e alcuni cambi automatici Mercedes.

- Automatici CVT o a variazione continua di rapporto
Sono cambi che utilizzano per il funzionamento due pulegge che a seconda del regime di rotazione aumentano o diminuiscono il rapporto in modo continuo. Sono prefissati "fisicamente" solo un rapporto minimo e uno massimo di demoltiplicazione, e il "range" tra questi due rapporti è infinito. Per maggiore chiarezza utilizzano lo stesso principio di funzionamento del mitico "variatore" del Si Piaggio e della totalità delli scooter in circolazione. Ha il difetto di essere notevolmente "elastico" nel funzionamento. Cioè, quando si schiaccia tutto il gas il regime sale a palla senza che, per qualche secondo, corrisponda un'effettiva accelerazione. Poi il rapporto si allunga di conseguenza, imprimendo alla vettura l'accelerazione voluta. Proprio a causa di questi continui richiami ai rapporti inferiori sono decisamente più lenti anche rispetto ai cambi automatici. Per quanto riguarda il collegamento al motore è sempre fatto con convertitore di coppia, quasi sempre bloccabile. I più vecchi o i più economici hanno delle semplici frizioni elettromagnetiche, a controllo elettronico sulle più recenti evoluzioni.
L'evoluzione più recente è quella che prevede il "blocco" delle pulegge su postazioni predefinite tra la minima e la massima, portando così ad avere dei rapporti "normali". Il cvt dell'ultima Primera, della nuova Punto e della MG "steptronic" funziona così.
Ha il problema, ancora non completamente superato, del costo elevato della cinghia e del limite di coppia sopportabile, che ancora è basso.
Però le ultime evoluzioni allo studio probabilmente consentiranno l'utilizzo di questo cambio anche su auto di una certa potenza.

- Manuali robotizzati
Sono cambi manuali a tutti gli effetti. Ora ce l'hanno solo la 156 selespeed, la Smart, la Lupo 3L, la M3 sequenziale, la ferrari 360 e f355 (forse ne ho dimenticata qualcuna)
Abbinano agli ingranaggi "normali" di un cambio manuale la servoassistenza di motorini elettrici vari (o di congegni elettro-idraulici, come sulle ferrari) che provvedono a "muovere" gli alberi in modo da inserire i vari rapporti. Sono abbinati a tradizionali frizioni servoassistite. Il tutto, gestito dall'elettronica per evitare errori e funzionamenti irregolari, può venire automatizzato. Allora una centralina provvede, in base a vari sensori, ad inserire il rapporto più adatto in base a velocità, apertura della farfalla, situazione di guida (curva o rettilineo), discese, salite, ecc.
Ma sono a tutti gli effetti dei cambi manuali, di cui ripetono pari pari i pregi (quindi anche elevato numero di rapporti) senza accusarne i difetti (leva dagli innesti poco piacevoli, impuntamenti, ecc). In più sono scongiurate grattate o errori, dando al cambio una maggiore vita utile.
I più evoluti (quello della Ferrari, per esempio) sono in grado di cambiare da un rapporto a un altro in 1 decimo di secondo (dato rilevato da quattroruote) Quello dell'Alfa va da 1 secondo a 0.4 sec, in base allo stile di guida (dato dichiarato dall'Alfa)
Quello della smart va da 0.8 sec a 0.5, sempre a seconda dello stile di guida (dato dichiarato dalla Mercedes)

- Manuali con frizione automatica
Sono dei cambi manuali a tutti gli effetti, solo che manca il pedale della frizione, che è gestita dall'elettronica. Lo possono montare la Seicento e la Yaris, ma anche la Mercedes A klasse e qualche altra che ora mi sfugge. La cambiata avviene come in tutti i normalissimi cambi, cioè muovendo la leva nel consueto modo e alleggerendo l'acceleratore durante la "cambiata". Solo che non si preme il pedale della frizione (che naturalmente non c'è). E' molto comodo in città

 

Fonte: http://web.tiscali.it/trasmatic/Quanti%20tipi%20di%20cambi%20automatici%20esistono.doc

Sito web da visitare: http://web.tiscali.it/trasmatic/

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Comandi per il guidatore

Il cambio automatico richiede un minimo di interazione con l'utente. Per questo esiste una leva (selettore) che può essere spostata su una delle seguenti posizioni (in generale): P - Parking (parcheggio): l'albero di trasmissione e quindi le ruote sono bloccate, lasciando libero l'albero motore. Questo impedisce all'automobile di muoversi per esempio se parcheggiata in pendenza. R - Reverse gear (retromarcia) N - Neutral (folle) D - Drive (guida): il cambio interviene automaticamente durante la guida 3 - Terza (non sempre presente): in questa posizione il cambio è limitato alla terza marcia 2 - Seconda: in questa posizione il cambio è limitato alla seconda marcia 1 - Prima: in questa posizione il cambio è limitato alla prima marcia L - Low (normalmente presente nei cambi a variazione continua): in questa posizione il cambio è limitato alla prima e seconda marcia circa S - Sport (guida sportiva, non sempre presente): il cambio interviene automaticamente e più frequentemente durante la guida. La ripresa aumenta con il numero di giri +/- se abbinato a un cambio sequenziale, per impostare manualmente i rapporti senza utilizzare la frizione Esistono anche comandi (specialmente sugli autobus) formati da una pulsantiera generalmente con D (Drive), N (Neutral), R (reverse) poi in aggiunta anche 1 per limitare la marcia fino alla 1ª, 2 fino alla 2ª e 3 è stata gradualmente sostituita dal tasto D. per bloccare le marce. A motore in moto per inserire la marcia (D o qualsiasi altro pulsante) occorre, per motivi di sicurezza, tener premuto a fondo il pedale del freno. Inoltre il guidatore ha a disposizione altri comandi del cambio automatico: nel pedale del freno (comandi frenatura idraulica) e nel pedale dell'acceleratore, (kick down).

 

Fonte: http://it.wikipedia.org/wiki/Cambio_automatico

 

Funzionamento e tipi di cambio delle automobili

La frizione è composta da un piatto solidale con l'albero motore e un disco, dotato di pattini, che è solidale con l'albero in entrata del cambio. Quest'ultimo, nell'ambito dei componenti del cambio, è detto "albero primario" in quanto si tratta della parte che, a frizione innestata - ovvero, quando c'è trasmissione di moto tra disco e piatto -, provvede a fornire movimento agli organi del cambio.

 

Sul "primario", oltre al disco frizione sono calettati, in folle, cinque ingranaggi diversi per numero caratteristico (un valore che deriva da diametro, numero dei denti ecc...). Per "calettati in folle", intendo dire che tra il primo treno di ingranaggi ed il primario sono posti dei cuscinetti (bronzine o rullini) che permetto alle due parti di non essere vincolate nella rotazione. Quindi mentre il primario gira ad un certa velocità, gli ingranaggi ad esso calettati possono esser fermi o ruotare a velocità differenti. Andiamo avanti...

 

Gli ingranaggi del primario hanno un'altra particolarità: su una delle due facce verticali hanno un anello in gomma dal profilo a "tronco di cono" e una serie di dentini, concentrici all'albero e che sporgono perpendicolarmente. Le ruote sono disposte in modo tale che i lati dotati di dentatura siano adiacenti fra loro. Tra due ingranaggi adiacenti è montato un manicotto che, al contrario degli ingranaggi ruota solidale con l'albero primario e, grazie ad una particolare scanalatura dell'albero, è libero di spostarsi longitudinalmente su quest'ultimo fino ad "ingranarsi" con la dentatura che sporge dalle facce laterali degli ingranaggi fra cui è posto. Ogni manicotto è comandato, tramite un'apposita forcella ed una serie di rinvii e di cavi, dalla leva del cambio. Ogni ruota dentata dell'albero primario è sempre in presa (in altre parole, "ingrana") con una corrispettiva calettata su un secondo albero, il "secondario" appunto, che ha il compito di portare il moto in uscita dal cambio ed è solidale con le ruote. Gli ingranaggi del secondario sono rigidamente collegati all'albero cui sono calettati, sia nella rotazione, sia in senso longitudinale. Il tutto è a bagno d'olio e rinchiuso in una scatola, solitamente fusa in lega d'alluminio, da cui fuoriescono le estremità del primario - verso la frizione - e del secondario - verso le ruote.

Questi sono i componenti principali del cambio. Vediamo cosa succede nelle varie fasi della marcia, tutte ovviamente con motore in moto.

 

Fase 1: auto ferma, frizione innestata (pedale rilasciato), cambio in "folle", motore al minimo

Il primario e i rispettivi manicotti girano allo stesso regime di rotazione del motore. Gli ingranaggi sul primario, in presa con quelli del secondario, sono mantenuti fermi da quest'ultimo, a sua volta rigidamente connesso con le ruote.

 

Fase 2: auto ferma, frizione disinnestata (pedale premuto), innesto della "prima"

Seppur non ci sia più collegamento rigido fra motore e cambio (la frizione è disinnestata), il primario continua a girare per inerzia. Il guidatore, muove trasversalmente la leva verso sinistra, conseguentemente, i rinvii all'interno del cambio selezionano la forcella che comanda il manicotto interposto tra gli ingranaggi di "prima" e "seconda". Spostata la leva a sinistra, il guidatore provvede a spingerla in avanti. Nel cambio, ciò comporta l'avvicinamento del manicotto selezionato verso la dentatura laterale dell'ingranaggio della "prima". Purtroppo il manicotto è solidale, nella rotazione, col primario che, lo ricordiamo, continua a girare per inerzia; mentre l'ingranaggio della prima, cui il manicotto dovrà innestarsi, non è in movimento essendo solidale con il corrispondente del secondario, che è fermo. Quando la dentatura laterale dell'ingranaggio fermo incontrerà la rispettiva scanalatura del manicotto in movimento, il risultato sarà una sonora "grattata". Questo però non avverrà grazie agli anelli a tronco di cono, in gomma, montati sugli ingranaggi. Essi non fanno altro che entrare in contatto col manicotto prima che quest'ultimo entri in presa con la dentatura laterale dell'ingranaggio, rallentandolo fino alla velocità della ruota dentata (che, in questo caso è ferma). Quindi: niente "grattata". Se non l'avevate capito quegli "anelli a tronco di cono, in gomma" non sono altro che i sincronizzatori.

 

Fase 3: prima innestata, frizione innestata, auto in movimento

La dentatura laterale dell'ingranaggio della "prima" è perfettamente in presa con il manicotto. La rotazione e, quindi, il movimento si trasferisce rigidamente dall'albero motore, alla frizione, al primario del cambio e, attraverso il manicotto innestato, all'ingranaggio della "prima" collegato rigidamente con il secondario e, quindi, alle ruote che faranno muovere l'auto.

Questo procedimento è identico per tutte le marce in avanti, ovviamente cambiano i manicotti selezionati, ed è simile anche per la retromarcia.

 

La Retromarcia

In questo caso, sono interessati un sesto ingranaggio "folle" del primario ed un sesto ingranaggio del secondario fra i quali è interposto un ulteriore ingranaggio, detto "ozioso". L'ozioso non fa altro che indurre l'ingranaggio sul secondario a ruotare in "controfase" (al contrario) rispetto a quello del primario, impartendo, quindi, un senso di rotazione inverso all'intero albero secondario e conseguentemente alle ruote. Generalmente, l'ingranaggio della retromarcia ha un numero caratteristico vicino o uguale a quello della prima ed ha il manicotto in comune con quello della "quinta" (nei cambi a cinque rapporti).

 

Abbiamo appena descritto, nel modo più semplice possibile, la struttura ed il funzionamento di un cambio manuale. Nello specifico quello in oggetto era un cambio manuale dotato di 5 rapporti sincronizzati e due alberi.

Volendo fare una panoramica sulle diverse variazioni sul tema, esistono cambi semiautomatici, in cui la selezione e l'innesto delle marce avviene, col medesimo processo ma tramite servo meccanismi (ricordiamo, ad esempio, il Selespeed) e ci sono cambi a più di cinque rapporti più complicati nella struttura.

In genere i cambi a due alberi sono montati, grazie alle loro particolari caratteristiche in termini di ingombro, trasversalmente nelle auto a motore e trazione anteriori (o motore e trazione posteriori) e motore trasversale e hanno la scatola-cambio in comune con il differenziale (si parla di gruppo "cambio-differenziale"). Le auto a motore longitudinale hanno, generalmente cambi a tre alberi, in cui il primario è dotato di un solo ingranaggio, solidale all'albero, che trasmette il moto ad un albero ausiliario (dotato di un'altra ruota dentata fissa e dello stesso treno di ingranaggi che, nel nostro esempio era montato sul primario) e da questi al secondario che, in questo caso è coassiale al primario. In altri casi, poi, l'ingranaggio primario della retromarcia è il medesimo utilizzato per la "prima". Infine, ci sono cambi in cui, per motivi legati alle caratteristiche del propulsore, la selezione delle marce avviene sull'albero secondario, quindi, su quest'ultimo sono montati gli ingranaggi "in folle" e i relativi manicotti, mentre gli ingranaggi del primario sono solidali con l'albero stesso.

Per quanto riguarda poi il posizionamento, il cambio può essere in blocco con il propulsore, come in tutte le trazioni anteriori e nella maggior parte delle posteriori - in cui il differenziale è separato dal cambio e si trova posteriormente -, oppure separato secondo la configurazione "motore anteriore e gruppo cambio-differenziale posteriore". E' la soluzione "Transaxle", tanto cara agli Alfisti della vecchia guardia, utilizzata anche dalla Porsche 924 e derivate, e attualmente largamente applicata da Ferrari e Maserati, superati i problemi relativi alla lentezza dell'azionamento della frizione e all'imprecisione nell'innesto delle marce - anche questi "tanto cari" all'Alfista classico, chi ha avuto un'Alfetta o qualsiasi altro modello desuntone, può confermare -.

Dal punto di vista della presenza o meno dei sincronizzatori, ricordiamo i cambi ad innesti frontali che ne sono privi, da decenni relegati alle sole competizioni. A tal proposito, molti sapranno del difettuccio della cara "Fiat 500". Praticamente, dopo qualche migliaio di chilometri, il cambio fagocitava letteralmente i sincronizzatori, smaterializzandoli e diventando automaticamente "ad innesti frontali", con buona pace dei guidatori più impacciati che si esibivano in sonore e spassosissime "grattate" d'altri tempi. Chi ha avuto l'onore di guidare la piccola torinese, conscio del problema si sarà sicuramente cimentato, o almeno c'ha provato, nella famosa "doppietta", una rapida manovra che evitava le "grattate" nelle scalate "terza-seconda", che erano le più frequenti. Il risultato era assicurato.

Il tutto, praticamente consisteva nel far le veci del sincronizzatore, secondo la seguente procedura:

  • Si premeva la frizione, si disinnestava la terza e si lasciava il cambio in folle.
  • Rapidamente si innestava la frizione e, col cambio ancora in folle si dava una "discreta" sgasata (per permettere al primario di raggiungere una velocità approssimativamente vicina a quella del secondario).
  • Infine, con altrettante rapidità, si ripremeva la frizione e s'innestava la seconda.
  • Più difficile a dirsi che a farsi, credetemi...

 

Fonte: http://www.giordanobenicchi.it/tecnica%20camper/Funzionamento%20del%20cambio.doc

Sito web da visitare: http://www.giordanobenicchi.it/

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