Caixa de canvis (mecànica)

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca

La caixa de canvis (o canvi de velocitat ) és un component mecànic que té la funció de modificar la característica del parell motriu d’un motor , similar a un reductor de velocitat . També us permet seleccionar una relació de marxes diferent de tant en tant, en funció de la gamma amb què estigui equipada la caixa de canvis.

Generalment, el terme fa referència al tipus que es troba habitualment en els vehicles , és a dir, la caixa de canvis: gràcies a aquest dispositiu és possible "canviar la marxa" d'un vehicle de motor .

Descripció general

La caixa de canvis s’utilitza habitualment en vehicles de motor i en material rodant de ferrocarril amb motors tèrmics, per tal de poder variar la velocitat del vehicle dins d’amplis límits mantenint el motor de combustió interna dins d’un règim òptim de funcionament d’ eficiència , parell motor o potència. . De fet, el motor de combustió interna té una velocitat de rotació mitjana de 600 a 12.000 rpm, mentre que la velocitat de les rodes varia entre zero i 2.500 rpm.

Els canvis de velocitat també s’utilitzen en màquines industrials com ara torns metàl·lics.

En les màquines i vehicles que fan servir un tipus de transmissió no es fa el canvi elèctric o hidràulic utilitzat, ja que es caracteritzen per un parell elevat fins i tot amb el motor aturat o velocitats de rotació molt baixes i, per tant, falla el mateix motiu que l’ús d’una caixa de canvis: la necessitat per mantenir una velocitat de rotació apreciable per tal de tenir el parell necessari.

En vehicles de motor

Caixa de canvis completa per a automoció

En els vehicles de transport per carretera, la caixa del canvi també és essencial perquè permet variar la relació entre la velocitat del motor i la velocitat del vehicle, per tal d’obtenir un parell motriu adequat per a les rodes. De fet, el motor té diferents velocitats de rotació òptimes segons si cal afavorir l’eficiència del quilometratge (generalment a velocitat constant), el parell i la potència (per a la velocitat màxima, recollida, acceleració, pujades, etc.) o la velocitat inferior al parell. (per a superfícies cobertes de neu o de poc adherència).

En automòbils estàndard, en marxes baixes (I, II, III, de vegades IV) la caixa de canvis actua com a reductor de velocitat, mentre que en marxes altes (V i molt sovint també VI) les relacions de transmissió són unitàries o superiors a la unitat (fins a 20 % o 30%); generalment els engranatges superiors (normalment el V, però també el VI si la caixa de canvis hi està equipada) són del tipus "en repòs", dissenyats per limitar el consum a les autopistes o, en qualsevol cas, quan es viatja a alta velocitat.

Això es deu al fet que, històricament, en el patró clàssic dels cotxes americans dels anys 30 amb motor longitudinal, tracció posterior i caixa de canvis de 4 velocitats (+ RM), l’eix d’entrada i sortida són coaxials i, per tant, per raons d’eficiència, proporció de la IV en lloc de passar per l’eix auxiliar com les altres relacions, proporcionava un sincronitzador que engranava directament els extrems de l’eix d’entrada i sortida amb una proporció 1: 1 ("accionament directe"). Per aquestes raons "històriques", les proporcions per sota de la IV generalment es redueixen, mentre que per sobre es multipliquen.

Manual (caixa de canvis H)

Caixa de canvis H de 5 velocitats + marxa enrere

La caixa de canvis manual està present a les primeres motocicletes i gairebé universalment als cotxes. Aquest canvi varia la relació de transmissió mitjançant una palanca que es mou, formant la forma típica de "H".

Els parells d’engranatges es disposen en dos eixos i sempre estan tots acoblats i giratoris, però els engranatges de l’eix motoritzat poden girar lliurement i no entren en contacte amb l’eix propi que s’hi llisca.

Interposats entre l'eix motoritzat i els engranatges, hi ha selectors (que són corones dentades internament) enclavats i integrats amb ell. En accionar la palanca, el selector es mou (mitjançant les forquilles de selecció), de manera que es connecti la roda dentada amb clau de l’eix motriu a les dents corresponents d’una corona integral amb l’engranatge de l’engranatge seleccionat.

La caixa de canvis pot tenir una acció de canvi diferent en funció de si és del tipus "sincronitzat" o "no sincronitzat".

Caixa de canvis no sincronitzada

Il·lustració d’una caixa de canvis inversa de 3 velocitats + no sincronitzada

En els primers automòbils, la caixa de canvis consistia en engranatges no sincronitzats, les rodes del canvi no estaven activades permanentment, com és el cas de les caixes de canvis modernes. El conductor els feia moure mitjançant els controls i calia una bona preparació i sensibilitat de l’operador per entendre quan els engranatges giraven a la velocitat adequada per permetre la inserció, en cas contrari es ratllarien fort i no es produiria l’enganxament. En absència dels embragatges de fricció auxiliar presents a les caixes de canvis sincronitzades, els canvis de marxa només poden tenir lloc quan la velocitat relativa entre les rodes és molt baixa o nul·la.

Quan es va canviar de pujada, va ser necessari frenar l’engranatge del motor i, per a això, n’hi havia prou amb prémer l’ embragatge i esperar que canviés el moment adequat. Mentre es desplaçava cap avall, era necessari accelerar el motor. Per accelerar o simplement fer que això fos possible, es va utilitzar una tècnica anomenada doble desconnexió (escopeta) , que pot ser ascendent (per pujades) i descendent (per baixades) [1] . El primer cas (doble ascendent) consisteix a posar la caixa del canvi en punt mort, després deixar anar l’embragatge sense accelerar per tal de disminuir la velocitat de l’eix de la marxa a la velocitat correcta i després accionar la marxa més alta. El segon cas (doble descens) consisteix a posar la caixa del canvi en punt mort, després deixar anar l’embragatge mentre s’accelera al mateix temps per augmentar la velocitat de l’eix del canvi en el punt correcte i després accionar la marxa inferior.

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Train baladeur .

Caixa de canvis sincronitzada

Selector amb sincronitzadors
sincronitzador

Les transmissions manuals dels cotxes produïdes després de 1960 són del tipus sincronitzat . El mecanisme de la caixa de canvis consisteix en dos eixos paral·lels, l’ eix d’ entrada connectat a l’embragatge i l’eix de sortida connectat a l’eix de transmissió. Els engranatges es munten paral·lels als dos eixos. Tots els engranatges estan enreixats constantment, però només hi ha un parell connectat a l’eix de sortida.

Tècnicament, el mecanisme d'enganxament consisteix en un collaret (màniga) que llisca lateralment sobre un suport coaxial a l'eix; la màniga es fa lliscar lateralment per les forquilles de control accionades pel selector d'engranatges. El suport de la màniga continua sent integral amb l’eix del motor gràcies a l’acoblament acanalat entre els dos i als engranatges i gruixos que no permeten el seu desplaçament lateral. La mànega externa a aquest suport també té un acoblament acanalat amb el seu suport, però amb una major tolerància, per tal de permetre una correcta lubricació i un lliscament més fluid. Perquè aquest mànec es mogui lateralment respecte a la seva posició de repòs, cal forçar el retorn a l'interior del suport de les petites tecles que, empeses per algunes molles contra el màniga, serveixen normalment per estabilitzar la seva posició; aquest mecanisme serveix per fer lliscar la màniga. A causa de l’efecte lliscant, la màniga engega el sincronitzador i, a més d’això –i aquest és el cor de l’operació–, l’empeny contra la roda dentada. La fricció que es crea així entre el sincronitzador i l’engranatge permet que aquest pugui entrar, per dir-ho d’alguna manera, en rotació, fins i tot abans d’enganxar-se a la màniga i prou per portar-lo més o menys a la mateixa velocitat de rotació del màniga mateixa (i per tant de l’eix del motor). En aquest punt, la màniga i l’engranatge tenen la mateixa velocitat de rotació i això finalment permet el seu enganxament. Un cop la màniga s’enganxa a l’engranatge (per ser més precisos a la corona lateral de l’engranatge), comença la transferència final del parell motor, és a dir, ja no per fricció sinó per engranatge. Tingueu en compte que l’engranatge preliminar entre la màniga i el sincronitzador no presenta cap problema, ja que el sincronitzador també gira integral amb l’eix.

Per tant, els sincronitzadors es poden considerar com a mini embragatges cònics o anells que fan que la màniga (per tant, l’eix d’entrada) i la corona siguin integrals amb l’engranatge per girar a la mateixa velocitat. Quan se sent rascar durant un canvi d’engranatge, no són les dents de l’engranatge les que “esgarrapen”, ja que sempre estan enganxades, sinó les de la màniga i la corona de l’engranatge. A més, com podeu veure a la foto, la corona d'engranatges és significativament més prima que l'engranatge en si, a causa del fet que entre els engranatges només hi ha contacte amb una dent a la vegada (en realitat, en el cas de les dents rectes, en el cas de les dents helicoïdals podem dir aproximadament un parell de dents a la vegada, depèn de l’angle β d’inclinació de les dents), mentre que la corona es mallada amb totes les dents i, per tant, cada dent és sotmesa a un esforç inferior.

La primera caixa de canvis sincronitzada va ser introduïda per Cadillac el 1929 , mentre que el sistema actual de cons va ser desenvolupat per Porsche el 1952 . Als anys cinquanta només es sincronitzaven la segona i la tercera marxa, i el manual del propietari va suggerir que es passés de segona a primera, i que primer aturés completament el vehicle. En les caixes de canvis actuals, tots els engranatges estan sincronitzats, generalment excloent la marxa enrere , per tant el "ratllat" es produeix en els casos en què aquest últim està en contacte amb el vehicle encara en moviment; tanmateix, no és estrany que la marxa enrere estigui sincronitzada, cosa que permet accionar fins i tot amb el vehicle lleugerament en moviment, però no deixa de ser una bona idea esperar fins que el vehicle estigui completament parat abans d’engegar-lo.

La caixa de canvis sincronitzada té diversos desavantatges, inclosos:

  • desgast de sincronitzadors;
  • el retard introduït en el canvi;
  • majors dimensions generals de la caixa de canvis.

Per aquest motiu, s’utilitza un sistema no sincronitzat en camions grans, maquinària i caixes de canvis especials per a carreres de motor. A les caixes de canvis que s’utilitzen en curses, les caixes de canvis sincronitzades amb un nombre reduït de dents als collarets també s’utilitzen per tenir una velocitat de canvi millor, tenint en canvi un desgast molt ràpid.

L'abreviatura MT que apareix als models, precedida del número de marxa (per exemple, 2MT o 5MT), significa "manual tradicional" (és a dir, la caixa de canvis mecànica manual).

Nombre d'engranatges

Motocicleta ABC 1921 amb caixa de canvis H de 4 velocitats

Per anomenar-se així, una caixa de canvis ha de tenir almenys dues relacions mentre no hi hagi cap límit superior a aquest nombre fora del dictat per raons de cost, utilitat i mida. Una caixa de canvis equipada amb un nombre més gran de relacions és generalment més pesada, voluminosa i cara que una caixa de canvis que en té menys, però, depenent de les característiques del motor i de la inèrcia de la càrrega aigües avall de la mateixa caixa de canvis, en molts casos és possible per obtenir majors eficiències globals dividint l'acceleració en un nombre més gran de relacions. Històricament, el motor Minarelli "Pettirosso" de 50 cm³ del 1955, com a vehicle relativament barat, estava equipat amb una caixa de canvis de dues velocitats controlada per la perilla, mentre que la majoria de vehicles de la primera meitat del segle XX estaven equipats amb una caixa de canvis tres o quatre ràtios, tant pel cost de compra més elevat que ho permetia, com per la major utilitat d’això davant la gran inèrcia amb què estaven equipats els cotxes pesats. Amb la millora dels processos de producció i, per tant, la reducció dels costos de producció, els canvis amb un nombre més gran de ràtios s'han tornat habituals. Tradicionalment, les caixes de canvis mecànics moderns tenen cinc o més relacions. Es van introduir cinquena i sisena marxes a mesura que augmentaven les velocitats del vehicle per estalviar combustible. Aigües avall de la caixa de canvis, el diferencial (relació pinyó / corona diferencial) també afecta la relació entre les revolucions del motor i les de les rodes.

La maquinària agrícola i els vehicles pesats solen tenir caixes de canvis amb moltes relacions, a causa de les grans càrregues que han de fer front. Aquestes caixes de canvis tenen de vegades la possibilitat de seleccionar dues marxes d'una sèrie, de manera que hi hagi dues caixes de canvis en sèrie. En aquest cas, l'ordre es realitza mitjançant palanques separades, ordres secundàries a la palanca o electrònicament.

La marxa enrere s’aconsegueix amb l’ajut d’un tercer eix amb un engranatge al ralentí, que transmet el moviment entre l’eix primari i el secundari invertint el sentit de gir (roda del ralentí).

Una caixa de canvis també es pot equipar amb un nombre múltiple de marxes enrere, iguals o diferents de les marxes normals. Pot haver-hi un sistema, amunt o avall de la caixa de canvis, amb l’única funció d’invertir el sentit de gir de l’eix conduït en tots els engranatges (de fet, una caixa de canvis de dues velocitats, cap endavant i cap enrere) permetent que la caixa de canvis principal no sigui equipat amb marxa enrere.

Diagrama de palanca de canvis automotriu

En els cotxes de les darreres dècades, el canvi de marxa sol ser una palanca que sobresurt del terra del cotxe entre els dos seients davanters o que es col·loca sobresortint del quadre de comandament en una posició central. A la postguerra fins als anys setanta, era molt freqüent la solució de tenir la palanca de canvis reduïda i horitzontal que sobresortia del volant. Aquesta solució tenia l’indubtable avantatge de tenir la palanca de canvis molt a prop del volant i, per tant, facilitar-ne l’accés; un altre avantatge significatiu era alliberar la part central de l’habitacle a la part davantera, permetent un sofà de primera fila amb capacitat per a 3 passatgers. Tanmateix, aquesta solució es va abandonar posteriorment perquè requeria un mecanisme de transmissió més complex amb un major nombre de retorns mecànics. No obstant això, en tots els casos, movent la palanca cap als costats i cap endavant / enrere, es pot accionar l’engranatge desitjat. A la posició central hi ha la posició neutra, en què no hi ha engranatge engranat i les rodes estan aïllades del motor.

Esquemes estàndard

Els esquemes més populars tenen actualment dues configuracions

Els diagrames següents il·lustren les posicions d’una caixa de canvis de cinc velocitats clàssica / típica:

Manual Layout.svg
Dogleg.svg manual

N significa Neutral o Insane en anglès. De vegades, s’ha de desbloquejar l’engranatge de la marxa enrere actuant sobre un control addicional, per reduir el risc d’engranatge accidental. En el cas del diagrama de l’esquerra, això es pot produir quan es baixa de la cinquena a la quarta marxa o quan s’intenta accionar una sisena marxa inexistent; no obstant això, aquest risc sovint està limitat per altres dispositius mecànics que impedeixen la marxa inversa a velocitats elevades. El problema és més insidiós per a l’esquema de la dreta (l’anomenada caixa d’engranatges de potes de gos ), on la possible confusió és entre dos engranatges que es poden accionar amb el cotxe parat (primer i revers); a més, la marxa enrere es troba en la posició tradicionalment ocupada per la primera .

Una alternativa, típica dels cotxes alemanys, és situar la R al mateix costat de la primera i segona marxa però amb una excursió més gran; als cotxes Opel i Volkswagen , la R és cap endavant (vegeu la figura), mentre que a Mercedes és baixa. Atès que amb aquesta disposició és possible accionar el R en lloc d’un engranatge cap endavant, sovint s’implementen dispositius de seguretat mecànics gràcies als quals, per accionar el R, es requereix una acció addicional; p. Per cert, aquest mode d’acció també es requeria en cotxes clàssics com el Fiat 500 i el Fiat 600 amb motor posterior.

Disseny manual 2.svg

El patró sol mostrar-se al propi pom .

Esquemes antics i moderns

Disseny manual 3.svg
Disseny manual6.svg
Disseny manual4d.svg

Posició de la palanca

En alguns cotxes més antics, el control del canvi de marxa consistia en una palanca a la columna de direcció. L’operació va ser similar a la del terra, però amb els moviments reportats al pla vertical en lloc de a l’horitzontal.

En els darrers temps, en alguns cotxes europeus (en particular en alguns FIAT ), la palanca del canvi s'ha reduït considerablement i s'ha col·locat al tauler de control, a l'esquerra de la ràdio del cotxe. De vegades, aquesta configuració s'anomena "palanca americana", ja que recorda la disposició de la palanca de canvi de marxa automàtica en els cotxes d'ultramar.

Canvi de tecla lliscant

La caixa de canvis de claus corredisses [2] [3] també anomenada creuer a causa de la forma de la clau corredissa i, de vegades, rebatejada com a caixa de canvis de comandament , s'ha utilitzat en molts scooters amb control de comandament, inclosos Vespa i Lambretta , així com el Piaggio Tricicle de motor Ape , aquest tipus de caixa de canvis està més a prop de la caixa de canvis manual dels cotxes que de la caixa de canvis seqüencial de les motos.

Aquest tipus de caixa de canvis en la versió de perilla té la particularitat de tenir una palanca que controla l’embragatge i els engranatges de la caixa de canvis, de fet, activant (pressionant) la palanca acciona l’embragatge i girant-lo cap amunt o cap avall es pot triar l’engranatge, el l’inconvenient d’aquesta caixa de canvis és haver de trobar la posició correcta de la palanca, que per facilitar el seu posicionament tenia una dent que s’havia d’engegar en una ranura del preselector (un disc metàl·lic al costat de la palanca), però permesa per passar de la marxa més alta a la marxa més baixa o viceversa amb un simple comandament.

Una característica d’aquesta caixa de canvis és disposar els engranatges en ordre ascendent o descendent, amb un punt neutre generalment entre la 1a i la 2a marxa.

Seqüencial (caixa de canvis del canvi frontal)

Caixa de canvis amb engranatge frontal amb engranatges lliscants laterals
És possible veure els engranatges lliscants al llarg dels dos eixos, les forquilles d’alumini que els mouen i el desmodròmic que acciona les forquilles, en aquest cas també és visible l’engranatge per a l’arrencada del pedal que actua sobre l’engranatge impulsat del primer engranatge
Detall de caixes de canvis seqüencials laterals

Rarament present als cotxes (substituïts pel semi-manual) i gairebé instal·lat universalment a les motocicletes, hi ha la caixa de canvis seqüencial o el compromís frontal , [4] on no s’utilitza la disposició de la palanca de canvis, sinó que només funciona en dues direccions, amb tornar a la posició de neutre per canviar la marxa, aquesta caixa de canvis continua sent del tipus completament manual, de fet l’acció de l’embragatge i el control de la caixa de canvis són manuals.

En aquestes caixes d’engranatges de compromís davanters, cada engranatge de la caixa de canvis té clavilles o arestes perpendiculars a la seva superfície o seients laterals i el selector desmodròmic escanalat que està enclavat en un eix, aquest sistema pot ser de diferents tipus:

  • "Engranatges lliscants laterals", on el selector mou moviments de forquilles que mouen tant els engranatges flotants que giren sobre els coixinets, com els engranatges que es col·loquen sobre els eixos nervats, de manera que l'engranatge que funciona sobre els coixinets es malla (mitjançant els seus acoblaments laterals) en un engranatge encastat a l’eix de l’engranatge mitjançant nervis.
Caixa de canvis amb "Anell de gos" / "selectors" i forquilles de selecció d'engranatges en paper d'alumini
  • "Anells de gos" o "selectors", en aquest cas els engranatges no llisquen cap als laterals i els engranatges que llisquen sobre els coixinets es poden disposar en un únic eix d'engranatges; l'engranatge està acoblat per un anell proveït d'embragatges laterals, que llisquen lateralment sobre l'eix de la caixa de canvis a través de les costelles; aquest anell s'activa mitjançant les forquilles d'engranatges mitjançant el tambor desmodròmic.

La caixa d’engranatges seqüencial amb acoblaments laterals es pot fer amb acoblaments de diverses formes, a més els acoblaments poden ser rectes o trapezoïdals (cua d’ dovella), en aquest darrer cas el mallat és més constant ja que els diversos acoblaments tenen una forma que evita o redueix les molèsties de rebuig de l’engranatge.

Sistema de selecció d’engranatges en una caixa d’engranatges amb engranatge frontal en posició neutra, tant el selector al centre, l’estabilitzador a la dreta com la forquilla de control a l’esquerra són visibles

Per girar el selector i seleccionar l’engranatge, mitjançant el control de la caixa de canvis que només té tres posicions (engranatge cap amunt, engranatge baix, neutre o en repòs), el selector està equipat amb una roda dentada o similar, que es regeix per dues dispositius, el primer serveix per evitar que el selector es mogui sense ser seleccionat, el segon ve donat per les transmissions del control de la caixa de canvis, que tenen una forma que actua només en una direcció (la de control), no actuant en l’acció de retorn a la posició de repòs (donada per un moll) de la palanca de canvis.

La fluïdesa de la caixa de canvis es determina tant per la forma de les forquilles com pel selector, que inicialment girava sobre l’alumini del carter, després es va adoptar una boixa al costat on actuaven les transmissions de la palanca de canvis, mentre que a l’altra hi havia sempre es va tenir contacte directe amb l’alumini del carter, després van aparèixer les calces per aquest costat, es van adoptar boles en lloc de la boixa, que van ser substituïdes ràpidament per coixinets, més recentment en els models de gamma alta que utilitzem coixinets per ambdós costats del selector.

Les ordres per a la caixa de canvis seqüencial poden ser:

  • El pedal (en motocicletes)
  • Una palanca cap endavant-enrere
  • Al darrere del volant

Interruptor de canvi

Amb l’interruptor de canvi de marxa o el canvi de velocitat , les caixes de canvis seqüencials que estan equipades amb aquest dispositiu també s’anomenen "caixes de canvis electròniques", però no s’ha de confondre amb les caixes de canvi robotitzades (semimanuals), perquè és un dispositiu / dispositiu addicional per a caixes de canvis seqüencial, que s’utilitza per reduir les tensions de la caixa de canvis en condicions greus on es passa d’una marxa inferior a una més alta amb el motor sempre en tracció, com en el cas de les competicions o cada cop que acciona la caixa de canvis sense treure l’accelerador i accionament de l'embragatge, especialment quan el vehicle en qüestió desenvolupa una potència elevada i està equipat amb una caixa de canvis dissenyada per suportar un període de treball / esforç reduït (com en els prototips esportius).
Aquest dispositiu talla l’encesa del motor durant el temps de canvi per tenir un canvi ràpid i no pesat per a la caixa de canvis i tots els coixinets, de fet cada vegada que canvieu a una marxa més alta hi ha un canvi en la relació de transmissió, que , per tal de no crear forces d’esforç excessives, s’ha de dur a terme sense que la caixa del canvi estigui estressada / traccionada. Per fer-ho, s’utilitza una unitat de control equipada amb un sensor per detectar els moviments de la palanca de canvis o un botó que fa aquest tall només durant el canvi a una marxa superior, però no en totes les competicions es permet aquest sensor que permet, juntament amb la unitat de control, per determinar quant de temps no s’alimenta el motor.
Aquest sistema (juntament amb altres sistemes electrònics sofisticats com el control de tracció, el control de rodes i el control d’arrencada) es proposa des de 2010/2011 en motocicletes de la categoria esportiva com Ducati 1199 Panigale S, Aprilia RSV4 APRC SE i Bmw S1000 RR.

Canvi semi-manual (canvi robotitzat)

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: caixa de canvis robotitzada .

En el sistema semi-manual o semiautomàtic, el conductor simplement ha de triar la marxa (en general, també pot funcionar en mode automàtic).

Els controls de la caixa de canvis semiautomàtica poden ser:

  • Una palanca cap endavant i cap enrere
  • Els botons de la direcció realitzen, respectivament, la baixada i la pujada.
  • Paletes situades darrere del volant.

Les primeres proves d'aquesta caixa de canvis van tenir lloc ja el 1983 a la Scuderia Ferrari.

L’ús dels botons elimina la necessitat d’utilitzar un patró de maniobra com passa amb la palanca de canvis; en general l’embragatge també està automatitzat. Aquest tipus de caixa de canvis es va utilitzar per primera vegada al Ferrari 640 F1 , el monoplaça del cavall per a la temporada de Fórmula 1 del 1989.

En els cotxes moderns amb transmissió automàtica aquesta funció (transmissió semiautomàtica) sol ser controlada per un ordinador i és una alternativa al mode totalment automàtic. Els primers cotxes a adoptar-lo van ser l’ Alfa Romeo 156 i, en conseqüència, altres marques (per exemple, alguns BMW i Audi ) utilitzen una caixa de canvis manual accionada per un ordinador ( caixa de canvis robotitzada ), i el conductor simplement actua sobre els controls seqüencials.

La primera motocicleta que va utilitzar aquest tipus de caixes de canvi (tant en mode automàtic com semiautomàtic) en lloc de la caixa de canvis seqüencial clàssica va ser l’ Aprilia Mana 850 , presentada el 2008.

Caixa de canvis sense costures o amb compromís continu o zero

El 2007 es va introduir la caixa de canvis de compromís continu , una evolució de la caixa de canvis semi-manual i desenvolupada per Scuderia Ferrari juntament amb el Zeroshift, que permet un canvi de marxa instantani: tan aviat com es prem la palanca darrere del volant, l’engranatge és compromès, sense que hi hagi el temps de trànsit d'una marxa a una altra, de manera que sempre tingueu la tracció fins i tot durant el canvi de marxa. Tot això és possible gràcies a un nou sistema de selectors, que requereixen dues forquilles de selecció en lloc d’una, però d’altra banda no requereix l’ús del sincronitzador.

La caixa de canvis bàsica és la de l’automòbil (caixa de canvis H), però amb el selector completament revisat per tal d’enganchar els diferents engranatges d’una manera similar a la caixa de canvis frontal, de fet, el selector situat entre els dos dos discs lliscants, que s’acoblen als engranatges col·locats als laterals del selector i que activen els respectius parells d’embragatges, que es configuren de manera que un cop engranat l’engranatge superior, el segon parell d’embragatges s’allibera automàticament del engranatge inferior, gràcies al perfil arrodonit, que permet alliberar-lo automàticament. Explicant amb més detall tenim el primer parell d’embragatges que es prepara per enganxar l’engranatge superior, però que permet que el segon parell es mantingui limitat i, per tant, continuï la transmissió del moviment, quan l’engranatge està enganxat és aquest primer parell d’embragatges que ara transmet moviment, sense que hi hagi un temps de commutació lliure de tracció, a partir d’aquest moment, l’engranatge inferior de l’engranatge gira a una velocitat més baixa que l’eix de l’engranatge al qual està restringit i, per tant, no és més l’engranatge (inferior) que permet la rotació del mateix eix, en conseqüència es comprovarà que subjecta l’embragatge del selector que el restringia prèviament a l’eix, però gràcies al perfil bisellat s’alliberarà, cosa que permetrà que l’engranatge giri lliurement de la caixa de canvis. [5] [6]

Caixa de canvis de doble embragatge

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: transmissió de doble embragatge .
Transmissió de doble embragatge de l’ Honda VFR 1200F

Un altre tipus de caixa de canvis que cal entendre és la caixa de canvis de doble embragatge (" transmissió de doble embragatge " o "caixa de canvis de doble embragatge"); Es tracta d’una caixa de canvis en la qual hi ha dos eixos connectats a dos embragatges connectats al seu torn a l’eix de l’hèlix. En un eix hi ha relacions senars mentre que en el segon hi ha relacions parelles: el que passa és una rotació simultània dels eixos interns, però només un dels dos, gràcies a un embragatge, transfereix el moviment a l’eix de transmissió. Mentrestant, l’altre continua girant i, per tant, té la següent relació “a punt”. L’avantatge és una velocitat de desplaçament seqüencial considerable. D'altra banda, la transició entre relacions no contigües (per exemple, patir cap avall ) és tan ràpida com ho és un sol arbre. [7]

Automàtic

Icona de la lupa mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Cambio automatico .

Molte automobili attualmente sul mercato hanno un cambio automatico, in grado di selezionare automaticamente il rapporto senza l'intervento umano, semplificando notevolmente la guida. Il sistema più usato è di tipo idraulico, basato sulle variazioni di pressione, che però presenta problemi di costo, affidabilità e consumo di combustibile. Il cambio automatico infatti è particolarmente diffuso in paesi dove il costo del combustibile è particolarmente basso, come gli Stati Uniti , dove cinque auto su sei hanno installato questo dispositivo.

Evoluzione

Con il progresso tecnologico e soprattutto l'introduzione dell'elettronica nel settore automobilistico, sono stati realizzati diversi tipi di cambi automatici a controllo computerizzato:

  • Cambio automatico con possibilità di scegliere la marcia , si tratta di un normale cambio automatico a convertitore di coppia, ma che permette di scegliere la marcia entro certi limiti tramite la gate Tiptronic (da cui prende nome il cambio) e che permette di usare una marcia più lunga o corta di quanto farebbe utilizzare il cambio automatico.
  • Cambio robotizzato in modalità automatica , che basandosi su cambi meccanici tradizionali eliminano gli inconvenienti tipici del cambio automatico idraulico. Questo sistema ha avuto una discreta diffusione in Europa , dove il costo del combustibile è quasi il doppio che in America, un esempio di questa soluzione è l'S-tronic, un cambio robotizzato a doppia frizione.
  • Cambio continuo , in cui non esistono valori fissi, ma il rapporto varia con continuità entro due limiti estremi, questo cambio è detto anche CVT ma è poco usato in campo automobilistico, solo da pochi anni a questa parte viene utilizzato in questo campo, un esempio è il Multitronic.

Diffusione del cambio automatico

Il cambio automatico è storicamente stato poco diffuso in Europa, dove era tutt'al più considerato solo un "costoso" optional impiegato sulle auto di fascia alta o nei veicoli per disabili. Negli ultimi anni la situazione è in controtendenza. In effetti si realizzano cambi automatici sempre più prestanti con un consumo minore di carburante a prezzi sempre più ridotti. La tradizione di guida europea induce però il pubblico a preferire il più controllabile cambio manuale rispetto a quello automatico, che sebbene semplifichi la guida, lascia al guidatore minore controllo sullo stile di guida.
Negli Stati Uniti invece la situazione è esattamente opposta. Una diversa tradizione di guida, i costi accessibili del carburante, gli enormi ingorghi nelle grandi città hanno sancito il successo del cambio automatico adottato nella maggior parte dei veicoli. Il cambio manuale è invece considerato tutt'al più un "costoso" optional impiegato solo sulle auto sportive o che comunque non vengano usate come semplice mezzo di trasporto. [8]

Cambio a presa diretta

Vengono definiti tali quei cambi che almeno in alcune situazioni utilizzano solo un albero del cambio e quindi trasmettono con un rapporto 1:1 alla trasmissione finale.

Rientrano in questo campo alcuni sistemi costituiti nell'uso della sola frizione centrifuga , senza la possibilità alcuna di variare il rapporto di trasmissione, questa soluzione è usata sui piccoli utensili da lavoro con motore termico, come i decespugliatori e le motoseghe, anche se era stato usato su alcuni ciclomotori come i primi Piaggio Ciao .

Cambio a presa diretta tipica dei mezzi di trasporto pesanti

Vengono definiti tali dei cambi per autotrazione pesante che riescono ad avere sull'albero primario, sia l'ingranaggio che riceve la forza del motore (albero primario del cambio), sia l'ingranaggio che rimanda la forza alla trasmissione finale (quest'ingranaggio può essere disposto su un terzo albero del cambio, coassiale al primo), questo è possibile perché quest'ultimo ingranaggio scorre sull'albero primario e non vi è solidale, per la variazione del rapporto di trasmissione si ha un secondo albero, che viene utilizzato per tutte le marce tranne una (la marcia su cui si ha la trasmissione 1:1, dove l'ingranaggio di rinvio alla trasmissione finale viene calettato all'albero primario), mentre per le altre rinvia sempre la forza a quest'ultimo ingranaggio. [9] [10]

Cambio Mabon [11] (Variatore manuale)

Questa tipologia di cambio è stato utilizzato in particolar modo sulle motociclette ed è costituito da un variatore azionato/comandato tramite una leva, la quale può essere vincolata tramite una guida metallica lineare o con andamento curvilineo, in quest'ultimo caso permette un azionamento rapido del comando definendo delle marce di trasmissione, questo tipo di comando venne poi riutilizzato per i primi cambi ad innesti frontali.

Nei primi modelli di motocicletta questo sistema poteva essere presente di serie o montato successivamente, in quest'ultimo caso o nei casi in cui il mezzo era disponibile sia nelle versioni a cambio singolo che a cambio Mabon si contraddistingue per una forma ovale, in quanto oltre al variatore manuale contiene anche una ruota condotta e una ruota motrice (pignone motore).

Cambio a frizione automatica

Questa struttura, consiste nell'uso di un cambio (a H, a CVT, ecc.) con associata una frizione centrifuga , che collega/scollega automaticamente il motore alla ruota a seconda delle sue condizioni operative.

Questa struttura del cambio viene usata nel sistema Variomatic e quindi sulla stragrande maggioranza degli scooter .

Vantaggi e svantaggi del cambio manuale, sequenziale e semimanuale

Di seguito sono elencati i vantaggi del cambio manuale su quello automatico:

  • È più semplice costruire cambi manuali robusti e affidabili.
  • I cambi manuali non richiedono sistemi di raffreddamento specifici, mentre i cambi automatici a volte devono essere dotati di appositi radiatori.
  • Il cambio manuale è più efficiente dal punto di vista energetico soprattutto perché utilizza una frizione invece di un convertitore di coppia .
  • Il guidatore ha un controllo maggiore sullo stato del cambio. Un cambio automatico può decidere di cambiare rapporto in un momento in cui il guidatore non lo desidera, anche se ciò in genere non accade con i moderni cambi a doppia frizione.
  • Il cambio manuale è più economico, sia all'acquisto che per la manutenzione.
  • Il cambio manuale consente l'avviamento del veicolo "a spinta" nel caso di avaria del motorino di accensione o della batteria, cosa invece impossibile nelle auto automatiche.
  • Il cambio manuale consente di sfruttare il freno motore, cioè di inserire marce basse per far diminuire i giri del motore e perdere velocità senza dover frenare, mentre nelle auto con cambio automatico bisogna usare esclusivamente i freni per rallentare (quindi con una maggiore usura degli stessi).
  • Nelle auto meno recenti, il cambio automatico riduceva leggermente la velocità massima rispetto ad un'auto identica e dotata dello stesso motore ma con cambio manuale.

Di seguito sono elencati i vantaggi del cambio automatico su quello manuale:

  • Minore interazione e apprendimento richieste al guidatore (buona parte dell'addestramento di un nuovo guidatore al cambio manuale è appunto la sua corretta gestione).
  • In situazioni di traffico con scorrimento a velocità ridotta, lo stress è molto minore rispetto al cambio manuale, che richiederebbe un continuo passaggio tra la prima marcia e la posizione di folle.
  • Non si rischia di soffrire di indolenzimento dei muscoli della gamba sinistra a causa del continuo uso della frizione.
  • Il cambio a doppia frizione è sempre più veloce rispetto ad una cambiata manuale.
  • Il cambio a doppia frizione in media può portare a consumare meno carburante rispetto a quello manuale.
  • Non vi è fisicamente la possibilità di "strattoni" e "singhiozzi" alla partenza, che con il cambio manuale hanno luogo quando non si sincronizzano correttamente i movimenti dei pedali di frizione e acceleratore.
  • Possibilità di usare la tecnologia ADAS tipo ACC (Adaptive Cruise Control) fino allo stop e ripartenza.
  • Nessun rischio di inserire marce sbagliate e non adatte alla velocità a cui si sta procedendo, con la possibilità di danneggiare sia il cambio che il motore (anche se in genere nei cambi manuali sono comunque presenti dispositivi meccanici che impediscono di inserire marce basse ad alta velocità).
  • Il cambio automatico rende agevole la partenza in salita e le salite in retromarcia.
  • L'eliminazione dei comandi del cambio è vantaggiosa per i portatori di handicap e può lasciare spazio nel tunnel centrale.

Nella bicicletta

Cambio a deragliatore

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Deragliatore .
Ruota multipla di un cambio a deragliatore a 9 posizioni SRAM serie R9
Deragliatore Campagnolo C-Record Long Cage

Il cambio a deragliatore è costituito da una catena, diverse ruote affiancate ed un meccanismo comandato dal guidatore, in grado di spostare la catena ( deragliare ) da una ruota all'altra e tenere la catena in tensione.

Nelle biciclette da passeggio qualora non siano monomarcia è generalmente presente un solo deragliatore sulla ruota dentata collegata alla ruota posteriore, mentre nelle biciclette da corsa e nelle mountain bike è presente anche un deragliatore (e quindi ruote multiple) sulla corona dei pedali. Questo consente di aumentare le marce teoriche fino al prodotto tra i rapporti anteriori e posteriori, il numero delle corone dentate è molto variabile a seconda dell'applicazione e del periodo storico.

Alcune combinazioni tra i due deragliatori prevedono però un eccessivo disassamento della catena e non è consigliabile usarle per via dell'usura e della minore resa, ma data la disposizione delle ruote si tratta in genere di rapporti ridondanti, ottenibili diversamente. Le ruote anteriori e posteriori sono disposte in ordine di diametro inverso di grandezza, in modo che sia per i rapporti più elevati che per quelli minori la catena sia in asse.

Il comando del cambio avviene tramite un selettore marcia e il cambio marcia avviene durante la pedalata (preferibilmente senza sforzare sui pedali per facilitare il cambio e ridurre l'usura), poiché questo cambio non agisce a catena ferma.

Cambio epicicloidale

Cambio Rohloff epicicloidale a 14 rapporti interno al mozzo

In alcune biciclette è utilizzato un sistema di ingranaggi epicicloidali integrati nel mozzo della ruota posteriore. Il vantaggio di questo sistema è di avere una cambiata più liscia , possibilità di cambiare anche a bicicletta ferma (caratteristica vantaggiosa in città), maggiore protezione dallo sporco e minore necessità di manutenzione. Inoltre permette di mantenere sempre la linea di catena ottimale e un miglior tensionamento della stessa. Generalmente un cambio epicicloidale è più costoso di uno a deragliatore, ma ne esistono modelli - per uso non agonistico - dal prezzo conveniente. È infine da sottolineare che il minor numero di rapporti che questo sistema permette rispetto ai cambi con deragliatore è solo teorico: infatti, i 27 rapporti di questi ultimi non sono in realtà tutti sfruttabili, mentre i rapporti del cambio epicicloidale (fino a 14) sono tutti reali. Di fatto lo sviluppo di rapporti dei due sistemi è equivalente.

Questo sistema era molto diffuso fino agli anni settanta , quando si diffuse il cambio a deragliatore. Negli anni venti del XX secolo il cambio epicicloidale veniva utilizzato anche su alcuni modelli di autovettura .

In Italia tale sistema è poco utilizzato, mentre è molto diffuso nelle bici da città nel nord Europa.

Grazie ai recenti progressi tecnologici nel campo dell'attuazione elettronica il cambio CVT epicicloidale è comparso sia nei sistemi di trasmissione per trattori agricoli di elevata potenza sia in ambito automotive come alcuni modelli di Toyota e Lexus.

Cambio a ingranaggi

Cambio a ingranaggi a chiavetta scorrevole e rinvio al primo albero

Si tratta di un cambio molto simile a quello utilizzato sui veicoli a motore, dove ci sono due alberi muniti d'ingranaggi dentati, di cui un albero ha ingranaggi fissi ad eccezione dell'ingranaggio di rinvio a cui è accoppiata la corona ed il secondo albero ha ingranaggi ruotanti ad eccezione dell'ingranaggio di rinvio, su quest'albero è presente il sistema a chiavetta scorrevole che permette di selezionare il rapporto.

Questo sistema in caso di bici non ammortizzate non necessita di un tensore catena, mentre nel caso di carri ammortizzati si rende necessario in quanto varia la distanza tra corona e pignone.

Rapporto fisso e cambio

Alcuni ciclisti professionisti o meno preferiscono la bicicletta a rapporto fisso, più robusta, senza cambio e cavi [12] [13] . Essi approvano l'affermazione di Henri Desgrange , cofondatore del Tour de France :

"Ritengo sempre che il cambio di velocità sia per persone oltre i 45 anni. Non è meglio trionfare con la forza dei propri muscoli piuttosto che grazie all'artificio meccanico del deragliatore? Ci stiamo rammollendo, per me...datemi una bici a rapporto fisso!"

(L'Équipe, articolo del 1902 )

Posizione

Il cambio può essere posto in diverse posizioni:

  • Anteriormente o centralmente , quando il cambio è posto all'avantreno o ne è a ridosso
  • Posteriormente , quando il cambio è posto al retrotreno, sistema utilizzato solo su alcuni mezzi a trazione posteriore e normalmente presente sulle biciclette con il nome di "deragliatore posteriore"

Accorgimenti

Per l'uso sportivo si usano alcune soluzioni:

  • Cambio estraibile , tale cambio può essere estratto dal blocco che lo contiene e permettere una veloce regolazione dello stesso, con il cambio rapido delle coppie d'ingranaggi per la trasmissione, modificando così il rapporto di trasmissione , in modo da regolarlo ai vari tracciati e varie condizioni atmosferiche (vento compreso).
  • Spia del folle/neutro , usata nei cambi sequenziali motociclistici, per segnalare l'inserimento della posizione neutra e la non trasmissione della forza all'albero secondario del cambio, per questa spia serve un sensore che avverte il posizionamento di un determinato ingranaggio, che assume una posizione solo nel caso dell'inserimento della folle.
  • Ridotte il cambio è provvisto di un terzo albero, il quale nei modelli più semplici (fuoristrada) ha solo due rapporti, normale e ridotte, mentre nei trattori questo può avere tanti rapporti quanti il cambio primario, come ad esempio 4(marce)+4(gamme), dando 16 combinazioni diverse, spesso tutte utilizzabili, sia in marcia avanti che in retromarcia se il cambio è dotato di inversore (avanti - neutro - retro). Per particolari applicazioni, in alcuni trattori, può essere montato un ulteriore cinematismo, tale da permettere, una maggiore riduzione del rapporto di trasmissione chiamato "super riduttore" .

Note

  1. ^ Ernesto Tron, "L'arte di guidare", terza edizione, 1961, Touring Club Italiano
  2. ^ [1] cambio a chiavetta scorrevole Archiviato il 12 febbraio 2014 in Internet Archive .
  3. ^ Mario Rossi, 4 , in Macchine utensili, Volume 1 , 1ª edizione, Milano, Ulrico Hoepli, 1978, p. 504, ISBN 88-203-0965-3 . URL consultato il 1º febbraio 2011 .
  4. ^ Cambio a innesti frontali (sequenziale motociclistico) [2] Archiviato il 20 novembre 2012 in Internet Archive . [3] Archiviato il 20 novembre 2012 in Internet Archive . [4]
  5. ^ Cambio a ZEROSHIFT forse la strada intrapresa dalla HRC
  6. ^ Zeroshift System Animation Archiviato il 5 maggio 2011 in Internet Archive .
  7. ^ Dual clutches take the lead , su eurekamagazine.co.uk (archiviato dall' url originale il 20 ottobre 2009) .
  8. ^ Cambio automatico o manuale? , su patentati.it .
  9. ^ Dizionario tecnico dell'automobilismo: Cambio
  10. ^ Trasmissione e cambio di velocità , su autoconfronti.forum-ativo.com . URL consultato il 5 dicembre 2011 (archiviato dall' url originale il 30 ottobre 2012) .
  11. ^ Storia Triumph
  12. ^ L'eleganza del ciclista
  13. ^ Alla Bovisa gli eroi della «fixed» Velocità folle e niente freni

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità LCCN ( EN ) sh85010406 · GND ( DE ) 4020807-2 · BNF ( FR ) cb11941321q (data) · NDL ( EN , JA ) 01181410
Trasporti Portale Trasporti : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di trasporti