Terzo appuntamento!
Disclaimer: l’appuntamento di oggi è un po’ diverso dal solito, con un po’ di matematica e fisica in più dei precedenti, per cui la lettura e un po’ più pesante.
Parliamo un po’ del cambio
Detto questo, siamo arrivati al terzo appuntamento. Sulla scia dei precedenti, continuiamo la nostra analisi sulla trasmissione dell’automobile parlando dell’elemento protagonista delle nostre giornate automobilistiche. Che per voi sia una disgrazia in città o il motivo del vostro sorriso quando poi scendete per bervi un caffè nel bar meta del vostro viaggio domenicale, senza di lui sarebbe molto più difficoltoso se non impossibile affrontare ogni percorso: il cambio.
Sul mercato sono presenti decine e decine di sistemi di cambiata. Come per la frizione e il sincronizzatore prendiamo a riferimento un modello generale, utile però a spiegare il funzionamento che poi con qualche modifica più o meno marcata si trova sulle nostre auto.
La funzione del cambio
Seppur nella nostra trattazione limitata, cerchiamo innanzitutto di capire che cosa fa effettivamente il cambio.
Intuitivamente sappiamo tutti che aumentando la marcia si va più veloci, mentre è necessario diminuirla quando si va in salita con la macchina bella carica di amici perché la griglia del picnic del lunedì di pasqua pesa tanto e la macchina “non ce la fa”. L’obiettivo alla fine di questo articolo è di riuscire a spiegare ai vostri amici perché si scala la marcia. Ovviamente dopo aver argomentato che forse non è la griglia a pesare, ma che sono a dare una buona mano ad aggiungere carico.
Marce basse e marce alte
Il cambio ci permette di modificare il rapporto di trasmissione con cui il motore trasmette coppia alle ruote.
La potenza erogata dal motore è pari al prodotto fra il momento torcente (Mmot), ossia la coppia del motore nel nostro caso, moltiplicata per la velocità angolare dell’albero (ωmot). Mentre quella disponibile alle ruote è, a meno del rendimento, il prodotto della coppia trasmessa alle ruote (Mr) moltiplicata per la loro velocità angolare (ωr).
P=Mω
Mettendoci nella situazione in cui si trascura l’effetto del rendimento dei vari meccanismi che entrano in gioco nella trasmissione dal motore alle ruote e dell’attrito tutta la potenza erogata dal motore è disponibile alle ruote. Ossia si può scrivere:
(Mmotore) ( ωmotore)= (Mruote) (ωruote)
Questo significa che se vogliamo andare in salita con la auto molto carica è utile che sia alta Mr e quindi, se manteniamo costanti Mmot e ωmot bisogna che ωr diminuisca, viceversa quando si vuole aumentare di velocità lungo un bel rettilineo.
Per comodità rinominiamo τ= ωr/ ωmot il rapporto di trasmissione con cui si trasmettono le velocità angolari fra gli alberi motore e l’albero condotto (e di lì alle ruote, attraverso il differenziale). Dal momento che, come sappiamo, è possibile anche far variare i giri del motore. [inciso: anche la Mmotore ma è legata alla ωmotore. Senza entrare nel dettaglio quello che vogliamo è mantenerle costanti in modo che la potenza erogata dal motore sia quella ottimale]
La variazione di questo parametro τ avviene attraverso degli ingranaggi, ossia accoppiamenti tra ruote dentate con (in generale) diverso numero di denti (Z), il cui rapporto di trasmissione è esprimibile secondo il rapporto τ=Z2/Z1 considerando Z2 la ruota solidale all’albero condotto e Z1 quella solidale all’albero motore. La selezione degli ingranaggi nel caso di un cambio manuale è affidata al meccanismo su cui si trova il sincronizzatore di cui abbiamo parlato la scorsa volta.
Vi ringrazio per la pazienza della lettura e spero di essere stato quanto più chiaro e semplice possibile. Nonostante la spiegazione con più matematica da cui non era possibile prescindere e per l’assenza della spiegazione di una configurazione particolare di cambio, che se vorrete potete richiedere lasciando un commento qui sotto.
Per una rappresentazione grafica di quello di cui si è parlato vi riposto il link del video allegato all’articolo sul sincronizzatore:
https://www.sistemacritico.it/sincronizzatore-2829-2/
