Cutie de viteze (mecanică)

Această intrare sau secțiune despre subiectul mecanicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citări din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Cutia de viteze (sau schimbarea vitezei ) este o componentă mecanică care are funcția de a modifica caracteristica cuplului de antrenare al unui motor , similar cu un reductor de viteză . De asemenea, vă permite să selectați un raport de transmisie diferit din când în când, în funcție de gama cu care este echipată cutia de viteze.

În general, termenul se referă la tipul întâlnit în mod obișnuit pe vehicule , adică cutia de viteze: datorită acestui dispozitiv este posibil să „schimbați viteza” unui autovehicul .

Descriere generala

Cutia de viteze este utilizată în mod obișnuit în autovehicule și în materialul rulant feroviar cu motoare termice, pentru a putea varia viteza vehiculului în limite largi, menținând în același timp motorul cu ardere internă într-un regim optim de funcționare pentru eficiență , cuplu motor sau putere . De fapt, motorul cu ardere internă are în medie o viteză de rotație între 600 și 12.000 rpm, în timp ce viteza roților variază între zero și 2.500 rpm.

Schimbările de viteză sunt utilizate și în mașinile industriale, cum ar fi strungurile metalice.

La mașinile și vehiculele care utilizează un tip de transmisie nu este schimbarea electrică sau hidraulică utilizată, deoarece acestea se caracterizează prin cuplu ridicat chiar și cu motorul oprit sau viteze de rotație foarte mici și, prin urmare, nu reușește același motiv pentru utilizarea unei cutii de viteze: necesitatea pentru a menține o viteză de rotație apreciabilă pentru a avea cuplul necesar.

În autovehicule

Cutie de viteze auto completă

La vehiculele de transport rutier, cutia de viteze este, de asemenea, esențială, deoarece vă permite să modificați raportul dintre turația motorului și turația vehiculului, pentru a obține un cuplu de antrenare adecvat pentru roți. De fapt, motorul are turații de rotație optime diferite, în funcție de necesitatea de a favoriza eficiența kilometrajului (în general la viteză constantă), cuplul și puterea (pentru viteza maximă, preluare, accelerație, urcări etc.) sau turația sub cuplu. (pentru suprafețe acoperite de zăpadă sau cu aderență redusă).

La autovehiculele standard, la trepte reduse (I, II, III, uneori IV) cutia de viteze acționează ca un reductor de viteză, în timp ce la trepte mari (V și foarte adesea și VI) raporturile de transmisie sunt unitare sau peste unitate (până la 20 % sau 30%); de obicei treptele superioare (de obicei V, dar și VI dacă cutia de viteze este echipată cu acesta) sunt de tip „în repaus”, concepute pentru a limita consumul pe autostrăzi sau, în orice caz, atunci când călătoriți la viteze mari.

Acest lucru se datorează faptului că, în mod istoric, în modelul clasic al mașinilor americane din anii 1930 cu motor longitudinal, tracțiune spate și cutie de viteze cu 4 trepte (+ RM), arborele de intrare și de ieșire sunt coaxiale și, prin urmare, din motive de eficiență, raportul IV în loc să treacă prin arborele auxiliar ca și celelalte rapoarte, acesta a furnizat un sincronizator care a angajat direct capetele arborelui de intrare și ieșire cu un raport 1: 1 ("acționare directă"). Din astfel de motive „istorice”, raporturile sub IV sunt, în general, reduse, în timp ce deasupra sunt multiplicate.

Manual (cutie de viteze H)

Cutie de viteze H cu 5 trepte + marșarier

Cutia de viteze manuală este prezentă în primele motociclete și aproape universal în mașini. Această modificare variază raportul de transmisie prin intermediul unei pârghii care este deplasată, formând forma tipică „H”.

Perechile de roți dințate sunt aranjate pe doi arbori și sunt întotdeauna cuplate și rotative, dar angrenajele de pe arborele antrenat sunt libere să se rotească și nu se cuplează cu arborele antrenat în sine, care alunecă în el.

Interpuse între arborele antrenat și angrenaje, există selectoare (care sunt coroane dințate intern) cheiate pe acesta și integrate cu el. Prin acționarea manetei, selectorul este deplasat (prin intermediul furcilor de selecție), astfel încât să se conecteze roata dințată cu cheie pe arborele de antrenare la dinții corespunzători pe o coroană solidă cu angrenajul angrenajului selectat.

Cutia de viteze poate avea o acțiune de schimbare diferită, în funcție de tipul „sincronizat” sau „nesincronizat”.

Cutie de viteze nesincronizată

Ilustrația unei cutii de viteze inversate cu 3 trepte + inversă

La primele automobile, cutia de viteze consta din trepte de viteză nesincronizate, roțile dințate nu erau cuplate permanent, așa cum este cazul cutiilor de viteze moderne. Au fost mutate de șofer folosind comenzile, iar o pregătire bună și sensibilitatea operatorului au fost necesare pentru a înțelege când angrenajele se roteau la viteza potrivită pentru a permite inserarea, altfel s-ar zgâria puternic și angajarea nu ar avea loc. În absența ambreiajelor de frecare auxiliare prezente în cutiile de viteze sincronizate, schimbările de viteze pot avea loc numai atunci când viteza relativă dintre roți este foarte mică sau zero.

La schimbare, a fost necesar să încetiniți treapta de viteză a motorului și, pentru aceasta, a fost suficient să apăsați ambreiajul și să așteptați să se schimbe momentul potrivit. În timp ce trecea în jos, era necesar să accelerați motorul. Pentru a accelera sau pur și simplu pentru a face acest lucru posibil, a fost utilizată o tehnică numită dublă decuplare (pușcă) , care poate fi ascendentă (pentru ascensiuni) și descendentă (pentru descendente) ^[1] . Primul caz (dublu ascendent) implică punerea cutiei de viteze în poziția neutră, apoi eliberarea ambreiajului fără accelerare pentru a reduce viteza arborelui de viteză la viteza corectă și apoi cupla viteza superioară. Al doilea caz (dublu coborâtor) implică punerea cutiei de viteze în poziția neutră, apoi eliberarea ambreiajului în timp ce accelerați în același timp pentru a crește viteza arborelui de transmisie în punctul corect și apoi cuplați angrenajul inferior.

Același subiect în detaliu: Train baladeur .

Cutie de viteze sincronizată

Selector cu sincronizatoare

sincronizator

Transmisiile manuale ale mașinilor produse după 1960 sunt de tip sincronizat . Mecanismul cutiei de viteze este format din doi arbori paraleli, arborele de intrare conectat la ambreiaj și arborele de ieșire conectat la arborele de transmisie. Angrenajele sunt montate paralel cu cele două arbori. Toate treptele de viteze sunt în mod constant legate, dar doar o pereche este conectată la arborele de ieșire.

Din punct de vedere tehnic, mecanismul de cuplare constă dintr-un guler (manșon) care alunecă lateral pe un suport coaxial la arbore, manșonul este făcut să alunece lateral de furcile de comandă acționate de selectorul de viteze. Suportul manșonului rămâne solid cu arborele motorului datorită cuplajului nervurat între cele două și a angrenajelor și grosimilor care nu permit deplasarea laterală a acestuia. Manșonul care este exterior acestui suport are, de asemenea, o cuplare nervurată cu suportul său, dar cu o toleranță mai mare, pentru a permite ungerea corectă și o alunecare mai fluidă. Pentru ca acest manșon să se deplaseze lateral în raport cu poziția sa de repaus, este necesar să forțați întoarcerea în interiorul suportului cheilor mici care, împinse de niște arcuri împotriva manșonului, servesc în mod normal pentru a-și stabiliza poziția; acest mecanism servește la alunecarea manșonului. Datorită efectului de alunecare, manșonul acționează sincronizatorul și în plus față de acesta - și aceasta este inima operațiunii - îl împinge pe roata dințată. Fricțiunea care se creează astfel între sincronizator și angrenajul permite ca acesta din urmă să intre, ca să spunem așa preliminar, în rotație, chiar înainte de a fi cuplat de manșon și suficient pentru a-l aduce mai mult sau mai puțin la aceeași viteză de rotație a manșonul în sine (și, prin urmare, al arborelui motorului). În acest moment, manșonul și angrenajul au aceeași viteză de rotație și acest lucru permite în cele din urmă cuplarea lor. Odată ce manșonul se cuplează pe angrenaj (pentru a fi mai precis pe coroana laterală a angrenajului), începe transferul final al cuplului motorului, adică nu mai mult prin frecare, ci prin angrenare. Rețineți că angrenajul preliminar dintre manșon și sincronizator nu prezintă probleme, deoarece sincronizatorul se rotește, de asemenea, integral cu arborele.

Prin urmare, sincronizatorii pot fi considerați ca mini-ambreiaje conice sau inelare care aduc manșonul (deci arborele de intrare) și coroana solidă cu angrenajul pentru a se roti cu aceeași viteză. Când auziți zgârieturi în timpul schimbării vitezelor, nu dinții dințelor sunt „zgâriați”, deoarece aceștia sunt întotdeauna cuplați, ci cei ai manșonului și coroanei angrenajului. Mai mult, după cum puteți vedea din fotografie, coroana angrenajului este semnificativ mai subțire decât angrenajul în sine, datorită faptului că între angrenaje există contact cu un singur dinte la un moment dat (în realitate, în cazul dinților drepți, în cazul dinților elicoidali putem spune aproximativ câțiva dinți la un moment dat, depinde de unghiul β al înclinației dinților), în timp ce coroana se plasează cu toți dinții și, prin urmare, fiecare dinte este supus unui efort mai mic.

Prima cutie de viteze sincronizată a fost introdusă de Cadillac în 1929 , în timp ce actualul sistem de conuri a fost dezvoltat de Porsche în 1952 . În anii cincizeci, doar a doua și a treia treaptă de viteză au fost sincronizate, iar manualul proprietarului a sugerat, să treceți de la a doua la prima, pentru a opri mai întâi complet vehiculul. În cutiile de viteze actuale, toate treptele de viteză sunt sincronizate, excluzând, în general, mersul înapoi , de aceea „zgârietura” apare în cazurile în care acesta din urmă este angajat cu vehiculul încă în mișcare; cu toate acestea, nu este neobișnuit ca treapta de marșarier să fie sincronizată, ceea ce face posibilă cuplarea chiar și cu vehiculul ușor în mișcare, dar este totuși o idee bună să așteptați până când vehiculul este complet staționar înainte de a o angaja.

Cutia de viteze sincronizată are mai multe dezavantaje, inclusiv:

• uzura sincronizatorilor;
• întârzierea introdusă în schimbare;
• dimensiuni generale mai mari ale cutiei de viteze.

Din acest motiv, un sistem nesincronizat este utilizat în camioane mari, utilaje și cutii de viteze speciale pentru curse cu motor. În cutiile de viteze utilizate în curse, cutiile de viteze sincronizate cu un număr redus de dinți pe guler sunt de asemenea utilizate pentru a avea o viteză de deplasare mai bună, având pe de altă parte o uzură foarte rapidă.

Abrevierea MT care apare în modele, precedată de numărul de transmisie (de exemplu, 2MT sau 5MT), înseamnă „manual tradițional” (adică cutia de viteze mecanică manuală).

Numărul de unelte

Motocicletă ABC 1921 cu cutie de viteze H cu 4 trepte

Pentru a fi numit astfel, o cutie de viteze trebuie să aibă cel puțin două rapoarte, în timp ce nu există o limită superioară pentru acest număr în afara celui dictat de motive de cost, utilitate și dimensiune. O cutie de viteze echipată cu un număr mai mare de rapoarte este în general mai grea, voluminoasă și costisitoare decât o cutie de viteze care are mai puțină, însă, în funcție de caracteristicile motorului și de inerția sarcinii în aval de cutia de viteze în sine, este posibil în multe cazuri pentru a obține eficiențe globale mai mari prin împărțirea accelerației pe un număr mai mare de rapoarte. Din punct de vedere istoric, motorul Minarelli "Pettirosso" de 50 cm³ din 1955, ca un vehicul relativ ieftin, a fost echipat cu o cutie de viteze cu două trepte controlată de buton, în timp ce majoritatea mașinilor aflate deja în prima jumătate a secolului al XX-lea erau echipate cu o cutie de viteze trei sau patru rapoarte, atât din cauza costului de achiziție mai mare care i-a permis-o, cât și din cauza utilității mai mari a acestora în fața inerției mari cu care erau echipate mașinile grele. Odată cu îmbunătățirea proceselor de producție și, prin urmare, reducerea costurilor de producție, modificările cu un număr mai mare de rapoarte au devenit comune. În mod tradițional, cutiile de viteze mecanice moderne au cinci sau mai multe rapoarte. Viteza a cincea și a șasea au fost introduse pe măsură ce viteza vehiculului a crescut pentru a economisi combustibil. În aval de cutie de viteze, diferențialul (pinionul cutiei de viteze / raportul coroanei diferențiale) afectează, de asemenea, raportul dintre turațiile motorului și turațiile roților.

Mașinile agricole și vehiculele grele tind să aibă cutii de viteze cu multe rapoarte, datorită încărcăturilor mari cu care trebuie să facă față. Astfel de cutii de viteze au uneori posibilitatea de a selecta două trepte de viteză dintr-o serie, astfel încât să aibă două cutii de viteze în serie. Comanda în acest caz are loc prin intermediul unor pârghii separate, comenzi secundare pe pârghie sau electronic.

Inversarea se realizează cu ajutorul unui al treilea arbore cu un angrenaj de ralanti pe acesta, care transmite mișcarea între arborele primar și secundar prin inversarea direcției de rotație (roata de ralanti).

O cutie de viteze poate fi, de asemenea, echipată cu un număr multiplu de trepte de viteză inversă, egal sau diferit de cel al treptelor de viteză normale. Un sistem poate fi prezent, în amonte sau în aval de cutia de viteze, cu singura funcție de a inversa direcția de rotație a arborelui condus în toate treptele de viteză (de fapt o cutie de viteze cu două trepte, înainte și înapoi) permițând ca cutia de viteze principală să nu fie echipat cu treapta de mers înapoi.

Diagrama manetei schimbătorului auto

La mașinile din ultimele decenii, schimbătorul de viteze este de obicei o pârghie care iese din podeaua mașinii între cele două scaune din față sau plasată ieșind din bord în poziție centrală. În perioada postbelică până în anii 1970, soluția de a avea maneta de viteză orizontală și redusă care ieșea din volan era foarte obișnuită. Această soluție a avut avantajul fără îndoială de a avea maneta de viteză foarte aproape de volan și, prin urmare, de a facilita accesul la aceasta; un alt avantaj semnificativ a fost acela de a elibera partea centrală a habitaclului din față, permițând o canapea din primul rând care ar putea găzdui 3 pasageri. Cu toate acestea, această soluție a fost abandonată ulterior, deoarece necesita un mecanism de transmisie mai complex, cu un număr mai mare de reveniri mecanice. Cu toate acestea, în toate cazurile, prin deplasarea manetei lateral și înainte / înapoi, poate fi cuplată treapta de viteză dorită. În poziția centrală există poziția neutră, în care nu este angrenat nici un angrenaj și roțile sunt izolate de motor.

Scheme standard

Cele mai populare scheme au în prezent două configurații

Următoarele diagrame ilustrează pozițiile unei cutii de viteze clasice / tipice cu cinci trepte:

N înseamnă Neutral sau Insane în engleză. Uneori, cuplarea treptei de mers înapoi trebuie deblocată acționând pe un control suplimentar, pentru a reduce riscul de cuplare accidentală. În cazul diagramei din stânga, acest lucru ar putea apărea atunci când treceți de la viteza a cincea la a patra sau când încercați să cuplați o viteză a șasea inexistentă; totuși, acest risc este adesea limitat de alte dispozitive mecanice care împiedică angajarea treptelor de viteză la viteze mari. Problema este mai insidioasă pentru schema din dreapta (așa-numita cutie de viteze pentru picioare de câine ), unde confuzia posibilă este între două trepte de viteză care pot fi cuplate cu mașina staționară (prima și cea din spate); în plus, treapta de mers înapoi se găsește în poziția ocupată în mod tradițional de prima .

O alternativă, tipică mașinilor germane, este poziționarea R pe aceeași parte a primei și celei de-a doua viteze, dar cu o excursie mai mare; la mașinile Opel și Volkswagen , R este înainte (vezi figura), în timp ce la Mercedes este scăzut. Deoarece cu acest aranjament este posibil să se cupleze R în locul unui angrenaj înainte, dispozitivele mecanice de siguranță sunt adesea implementate datorită cărora, pentru a cupla R, este necesară o acțiune suplimentară; de exemplu la autovehiculele Opel angrenarea R necesită acțiune mecanică pe un buton sau o coroană plasată pe maneta schimbătorului de viteze, în timp ce la autovehiculele VW angajarea modelului R necesită apăsarea manetei vitezei în jos. De altfel, acest mod de acțiune era necesar și la mașinile clasice precum Fiat 500 și Fiat 600 cu motor spate.

Modelul este de obicei afișat pe butonul în sine.

Scheme de modă veche și moderne

Poziția pârghiei

La unele mașini mai vechi, comanda schimbătorului de viteze consta dintr-o pârghie pe coloana de direcție. Operațiunea a fost similară cu cea de pe podea, dar cu mișcările raportate pe plan vertical în loc de pe plan orizontal.

În ultima perioadă, pe unele mașini europene (în special pe unele FIAT-uri ), maneta de viteză a fost considerabil scurtată și plasată pe bord, în stânga radioului auto. Această configurație este uneori numită „pârghie americană”, deoarece amintește aranjamentul pârghiei de schimbare a vitezei automate în mașinile de peste mări.

Schimbarea tastei glisante

Cutia de viteze cu cheie glisantă ^{[2] [3]} numită și croazieră datorită formei cheii glisante și uneori redenumită cutia de viteze a butonului , a fost utilizată pe multe scutere cu comandă a butonului, inclusiv Vespa și Lambretta , precum și Piaggio Triciclu cu motor Ape , acest tip de cutie de viteze este mai aproape de cutia de viteze manuală a mașinilor decât de cutia de viteze secvențială a motocicletelor.

Acest tip de cutie de viteze în versiunea cu buton are particularitatea de a avea o pârghie care controlează ambreiajul și angrenajele cutiei de viteze, de fapt, prin activarea (apăsarea) manetei, acționați ambreiajul și rotindu-l în sus sau în jos, puteți alege treapta de viteză, dezavantajul acestei cutii de viteze este de a găsi poziția corectă a pârghiei, care, pentru a facilita poziționarea sa, avea un dinte care trebuia să fie angajat într-o canelură a preselectorului (un disc metalic pe partea laterală a pârghiei), dar permis pentru a trece de la treapta cea mai înaltă la treapta cea mai mică sau invers cu o comandă simplă.

O caracteristică a acestei cutii de viteze este de a avea angrenajele aranjate în ordine crescătoare sau descendentă, cu neutru în general între prima și a doua treaptă de viteză.

Secvențial (cutie de viteze schimbătoare față)

Cutie de viteze cu angrenare frontală cu roți dințate glisante laterale
Este posibil să se vadă angrenajele glisante de-a lungul celor două arbori, furcile din aluminiu care le mișcă și desmodromul care acționează furcile, în acest caz este vizibil și angrenajul pentru pornirea pedalei care acționează asupra angrenajului antrenat din prima treaptă

Detaliu cutii de viteze secvențiale laterale

Rareori prezente pe mașini (înlocuite de semi-manuale) și instalate aproape universal pe motociclete este cutia de viteze secvențială sau cuplarea frontală , ^{[4] în} cazul în care aspectul manetei de viteză nu este utilizat, dar este acționat în doar două direcții, cu revenirea la poziția de neutru pentru a schimba viteza, această cutie de viteze rămâne de tip complet manual, de fapt acționarea ambreiajului și comanda cutiei de viteze sunt manuale.

În aceste cutii de viteze cu angrenare frontală, fiecare transmisie a cutiei de viteze are cârlige sau creste perpendiculare pe suprafața sau scaunele sale laterale și selectorul canelat desmodromic care este fixat pe un arbore, acest sistem poate fi de diferite tipuri:

• „Angrenaje cu alunecare laterală”, unde selectorul deplasează furci care deplasează atât angrenajele plutitoare care se rotesc pe lagăre, cât și angrenajele care sunt așezate pe arbori cu nervuri, astfel încât angrenajul care rulează pe lagăre, plasează (prin cuplajele sale laterale) pe o angrenaj fixat pe arborele angrenajului prin intermediul nervurilor.

Cutie de viteze cu „inel de câine” / „selectoare” și furci selector de viteze în folie de oțel

• „Inele pentru câini” sau „selectoare”, în acest caz angrenajele nu alunecă lateral și angrenajele care alunecă pe lagăre pot fi aranjate pe un singur arbore de transmisie; angrenajul este angrenat de un inel prevăzut cu ambreiaje laterale, care alunecă lateral pe arborele cutiei de viteze prin nervuri; acest inel este activat de furcile dințate prin intermediul tamburului desmodromic.

Cutia de viteze secvențială cu cuplaje laterale poate fi realizată cu cuplaje de diferite forme, în plus cuplajele pot fi drepte sau trapezoidale (coadă de rândunică), în acest din urmă caz ​​împletirea este mai constantă deoarece diferitele cuplaje au o formă care evită respingerea angrenajului.

Sistem de selecție a vitezei într-o cutie de viteze cu angrenare frontală în poziție neutră, atât selectorul din centru, stabilizatorul din dreapta, cât și furculița de control din stânga sunt vizibile

Pentru a roti selectorul și apoi a selecta treapta de viteză, prin intermediul comenzii cutiei de viteze care are doar trei poziții (treapta de viteză sus, treapta de jos, neutră sau de repaus), selectorul este echipat cu o roată dințată sau altele asemenea, care este guvernată de două dispozitive, primul servește pentru a împiedica deplasarea selectorului fără a fi selectat, al doilea este dat de transmisiile comenzii cutiei de viteze, care au o formă care acționează doar într-o singură direcție (cea de control), neacționând în acțiunea de întoarcere în poziția de repaus (dată de un arc) a manetei de viteze.

Fluiditatea cutiei de viteze este determinată atât de forma furcilor, cât și de selector, care se rotea inițial pe aluminiu din carter, apoi a fost adoptată o bucșă pe partea în care acționau transmisiile pârghiei de viteze, în timp ce pe cealaltă a fost întotdeauna un contact direct cu aluminiul carterului, apoi au apărut butucii pentru această parte, apoi s-au adoptat bile în loc de bucșă, care au fost înlocuite rapid cu rulmenți, mai recent pe modelele high-end folosim lagăre pe ambele părți a selectorului.

Comenzile pentru cutia de viteze secvențială pot fi:

• Pedala (la motociclete)
• O pârghie înainte-înapoi
• În spatele roții

Comutator Shift

Cu comutatorul de schimbare a vitezei sau schimbătorul rapid , cutiile de viteze secvențiale care sunt echipate cu acest dispozitiv se mai numesc „cutii de viteze electronice”, dar nu trebuie confundate cu cutiile de viteze robotizate (semi-manuale), deoarece este un dispozitiv / dispozitiv suplimentar pentru cutii de viteze secvențial, care este utilizat pentru a reduce tensiunile cutiei de viteze în condiții severe în care treceți de la o treaptă inferioară la una superioară cu motorul întotdeauna în tracțiune, ca în cazul competițiilor sau de fiecare dată când acționați cutia de viteze fără a scoate acceleratorul și acționarea ambreiajului, mai ales atunci când vehiculul în cauză dezvoltă o putere mare și este echipat cu o cutie de viteze proiectată pentru a rezista la o perioadă redusă de stres / lucru (ca în prototipurile sportive).
Acest dispozitiv reduce contactul motorului în timpul schimbării pentru a avea o schimbare rapidă și nu împovărătoare pentru cutia de viteze și pentru toți rulmenții, de fapt, de fiecare dată când treceți la o treaptă de viteză mai mare, există o schimbare a raportului de transmisie, care , pentru a nu crea forțe de solicitare excesive, trebuie efectuate fără ca cutia de viteze să fie tensionată / tracționată. Pentru a face acest lucru, o unitate de control echipată cu un senzor este utilizată pentru a detecta mișcările manetei de viteză sau a unui buton care face această tăiere numai în timpul trecerii la o treaptă superioară, dar nu în toate competițiile este permis acest senzor care permite, împreună cu unitatea de control, pentru a determina cât timp motorul nu este alimentat.
Acest sistem (împreună cu alte sisteme electronice sofisticate, cum ar fi controlul tracțiunii, antirulie și controlul pornirii) a fost propus încă din 2010/2011 pe motociclete de serie sport, cum ar fi Ducati 1199 Panigale S, Aprilia RSV4 APRC SE și Bmw S1000 RR.

Schimbare semi-manuală (schimbare robotică)

Același subiect în detaliu: cutie de viteze robotică .

În sistemul semi-manual sau semi-automat, șoferul trebuie pur și simplu să aleagă treapta de viteză (în general, acestea pot funcționa și în modul automat).

Comenzile cutiei de viteze semiautomate pot fi:

• O manetă înainte și înapoi
• Butoanele de pe direcție, respectiv efectuează schimbarea în jos și în sus.
• Palete situate în spatele volanului.

Primele teste ale acestei cutii de viteze au avut loc încă din 1983 la Scuderia Ferrari.

Folosirea butoanelor elimină necesitatea utilizării unui model de manevră ca și în cazul utilizării manetei de viteze; în general ambreiajul este, de asemenea, automatizat. Acest tip de cutie de viteze a fost folosit pentru prima dată pe Ferrari 640 F1 , monoplaza calului pentru sezonul de Formula 1 din 1989.

La mașinile moderne cu transmisie automată, această funcție (transmisie semiautomată) este de obicei controlată de un computer și este o alternativă la modul complet automat. Primele mașini care l-au adoptat au fost Alfa Romeo 156 și, în consecință, alte mărci (de exemplu, unele BMW și Audi ) folosesc o cutie de viteze manuală acționată de un computer ( cutie de viteze robotică ), iar șoferul acționează pur și simplu asupra comenzilor secvențiale.

Prima motocicletă care a folosit acest tip de cutie de viteze (atât în ​​modul automat, cât și în cea semiautomatică) în locul cutiei de viteze secvențiale clasice a fost Aprilia Mana 850 , prezentată în 2008.

Cutie de viteze fără sudură sau cu angajare continuă sau cu schimbare zero

În 2007, a fost introdusă cutia de viteze cu angrenaj continuu , o evoluție a cutiei de viteze semi-manuale și dezvoltată de Scuderia Ferrari împreună cu Zeroshift, care permite o schimbare instantanee a vitezei: de îndată ce maneta din spatele volanului este apăsată, angajat, fără să existe timpul de tranzit de la o treaptă de viteză la alta, astfel încât să aveți întotdeauna tracțiunea chiar și în timpul schimbării vitezelor. Toate acestea sunt posibile datorită unui nou sistem de selectoare, care necesită două furci de selecție în loc de unul, dar pe de altă parte nu necesită utilizarea sincronizatorului.

Cutia de viteze de bază este cea auto (cutia de viteze H), dar cu selectorul complet revizuit, pentru a cupla diferitele trepte de viteză într-un mod similar cu o cutie de viteze frontală, de fapt selectorul care este situat între cele două trepte de viteză este cuplat cu două discuri glisante, care sunt cuplate la angrenajele plasate pe părțile laterale ale selectorului și care activează perechile respective de ambreiaje, care sunt modelate în așa fel încât, odată ce angrenajul superior este cuplat, a doua pereche de ambreiaje se eliberează automat din treaptă inferioară, datorită profilului rotunjit, care permite eliberarea automată a acestuia. Explicând mai în detaliu avem prima pereche de ambreiaje care se pregătește să se angajeze cu treapta superioară, dar permițând celei de-a doua perechi să rămână constrânsă și, prin urmare, să continue transmisia mișcării, atunci când treapta de viteze este cuplată, aceasta este prima pereche de ambreiaje care acum transmite mișcare, fără a exista un timp de comutare fără tracțiune, din acest moment, angrenajul inferior al angrenajului se rotește cu o viteză mai mică decât arborele angrenajului la care este constrâns și, prin urmare, nu este plus acel angrenaj (inferior) care permite rotația arborelui în sine, prin urmare se va constata că ține ambreiajul selectorului care îl constrângea anterior la arbore, dar datorită profilului teșit, acesta va fi eliberat, permițând angrenajului să se rotească liber de cutia de viteze. ^{[5] [6]}

Cutie de viteze cu dublu ambreiaj

Același subiect în detaliu: transmisie cu ambreiaj dublu .

Transmisie cu dublu ambreiaj pentru Honda VFR 1200F

Un alt tip de cutie de viteze care trebuie înțeleasă este cutia de viteze cu dublu ambreiaj („ Transmisia cu dublu ambreiaj ” sau „Cutia de viteze cu dublu ambreiaj”); Este o cutie de viteze în care există doi arbori conectați la două ambreiaje conectate la rândul lor la arborele elicei. Pe un arbore există raporturi impare, în timp ce pe al doilea există raporturi pare: ceea ce se întâmplă este o rotație simultană a arborilor interni, cu toate acestea, doar unul dintre cele două, datorită unui ambreiaj, transferă mișcarea pe arborele de transmisie. Între timp, celălalt continuă să se rotească și astfel are următoarea relație „pregătită”. Avantajul este o viteză de deplasare secvențială considerabilă. Pe de altă parte, tranziția dintre relațiile necontigue (de exemplu, lovirea în jos ) este la fel de rapidă ca și un singur copac. ^[7]

Automat

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

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

Voci correlate

• Cambio automatico
• Cambio robotizzato
• Cambio a bacchetta
• Cambio continuo
• Coppia motrice
• Motore
• Debraiata
• Transaxle
• Train baladeur
• Rapporto di trasmissione
• Variomatic

Altri progetti

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario « cambio »
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su cambio

Collegamenti esterni

• Immagine schematica di un cambio automobilistico a doppia frizione ( JPG ) ^{[ collegamento interrotto ]} , su stefanolazzarino.com .
• Revisione cambio automobilistico ( PDF ) ^{[ collegamento interrotto ]} , su rallyesportclub.it .
• Progetto completo di un riduttore , su meccanicaweb.it .
• Tra Ruota e Motore: Il cambio manuale , su omniauto.it .
• Il sincronizzatore , su meccanicaweb.it .
• Rapporti di riduzione di un cambio , su meccanicaweb.it .

Portale Trasporti : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di trasporti