- La trasmissione trasferisce potenza dal motore alle ruote e permette la retromarcia.
- I cambi permettono di avere rapporti diversi per marce, ottimizzando coppia e velocità.
- La scatola ha due alberi principali: primario e secondario, con la frizione che li collega.
- Il primo rapporto di marcia è circa 3,5:1, aumentando la coppia alle ruote.
La scatola del cambio rappresenta una delle componenti fondamentali di qualunque veicolo, responsabile della trasmissione efficiente della potenza dal motore alle ruote. Per capire il suo ruolo, possiamo pensare al principio di una bicicletta: pedalando in salita in marcia bassa, oppure su terreno pianeggiante con marce alte.
All’esame per la patente di guida, la domanda ‘Qual è il ruolo del cambio?’ è spesso presente, e tutte le seguenti risposte sono corrette: garantisce la trasmissione della potenza alle ruote, permette la retromarcia senza invertire la direzione di rotazione del motore e consente di fermarsi con il motore acceso.
Il sistema di trasmissione e il ruolo del cambio
La trasmissione di un’auto utilizza il cambio per trasformare la potenza generata dal motore in rotazioni delle ruote, con l’obiettivo di mettere in movimento l’intero veicolo. Il processo inizia con il carburante nel serbatoio, che viene prelevato dalla pompa del carburante e iniettato nei cilindri tramite gli iniettori.
Il motore mescola il carburante con l’aria esterna attraverso il sistema di aspirazione e, tramite una scintilla (o, nel caso del diesel, per compressione), si verifica una piccola detonazione che mette in moto il pistone.
Ogni pistone è collegato all’albero a gomiti, chiamato così per la sua forma particolare, che riceve la forza e la trasforma in movimento di rotazione.
Il movimento di rotazione dell’albero a gomiti raggiunge il volano - una piastra di metallo con massa semplice o doppia - che riceve tale movimento e lo trasferisce al cambio tramite la frizione, ovvero la piastra della frizione.
Struttura interna
Un cambio standard ha due alberi principali:
- Albero primario - riceve l’energia (moto di rotazione) dal volano
- Albero secondario - trasmette la potenza elaborata alle ruote
Questi due alberi sono equipaggiati con ingranaggi di diverse dimensioni, che creano rapporti specifici per ogni marcia.
I rapporti e il funzionamento degli ingranaggi
La scatola di cambio deve adattarsi a due esigenze differenti:
- A basse velocità richiede una maggiore coppia (ad esempio quando si parte da fermo in prima marcia)
- A velocità elevate, avendo già inerzia, non richiede tanta coppia per proseguire
Per la prima marcia, il pignone sull’albero primario (con circa 35 denti) si innesta con un pignone molto più grande sull’albero secondario (con 55 denti), offrendo un rapporto di circa 3,5:1.
Spiegazione del rapporto: Mentre il pignone sull’albero primario compie 3,5 giri, quello sull’albero secondario ne ruota solo uno, producendo una coppia maggiore in uscita. Pertanto, alle ruote, la scatola di cambio offre una rotazione di circa 3,5 volte meno rispetto all’attuale rotazione del motore, ma con una coppia significativamente maggiore.
Sistema di cambio delle marce
La leva del cambio aziona una o più forcelle che spostano gli ingranaggi tra loro, selezionando la configurazione prestabilita dal produttore per ogni marcia. Man mano che si passa a marce superiori, gli ingranaggi ingranati diventano sempre più ravvicinati per numero di denti e dimensione, offrendo una marcia fluida e un’accelerazione progressiva.
Nelle marce dove il rapporto scende sotto 1:1, il pignone sull’albero secondario ha meno denti rispetto a quello sull’albero primario, ruotando più rapidamente e offrendo una velocità di crociera stabile, contribuendo a ridurre i consumi.
L’impatto delle marce sul consumo
La connessione tra la marcia e il consumo di carburante è diretta. I cavalli di potenza dell’auto sono calcolati in base alla coppia, e il consumo di carburante è legato alla potenza/coppia generata dal motore.
Per muovere un’auto di 1,5 tonnellate da fermo è necessaria una maggiore potenza (coppia) rispetto a mantenerla a una velocità di crociera costante di 130 km/h sull’autostrada. Per questo motivo, il consumo maggiore si verifica nel traffico urbano, dove usiamo marce con rapporti relativamente alti per partire da fermo e accelerare.
Esistono idee sbagliate sulle auto con molti cavalli. Un motore 1.8 turbo benzina da 220 CV può consumare quanto un 3.0 biturbo benzina da 500 CV quando entrambi i motori sono impiegati nelle stesse condizioni di guida. La differenza sta nel modo in cui vengono utilizzati e nelle esigenze specifiche del momento.
Esempio pratico di rapporti
Per una migliore comprensione, ecco un esempio tipico di rapporti per un cambio a 6 rapporti:
- Marcia 1: 3,78:1
- Marcia 2: 2,12:1
- Marcia 3: 1,36:1
- Marcia 4: 0,97:1
- Marcia 5: 0,77:1
- Marcia 6: 0,65:1
- Retromarcia: 3,25:1
Si noti che la retromarcia ha un rapporto quasi identico alla prima marcia, poiché serve partire da fermo e di conseguenza richiede una coppia maggiore.
Tipi di cambi moderni
Esistono numerosi nomi e tipi di cambi, soprattutto per quelli automatici:
- Cambi sequenziali
- Cambi idraulici (cambi automatici di generazione più vecchia)
- DSG (Direct Shift Gearbox) - molto apprezzato su Volkswagen
- CVT (trasmissione a rapporto di variazione continua) - popolare su Toyota
- Cambi con convertitore di coppia
- Cambi robotizzati
Differenze di costo e manutenzione
Tutti i cambi hanno lo stesso ruolo fondamentale: trasmettere la potenza dal motore alle ruote, ma non tutti costano e funzionano nello stesso modo. Una trasmissione automatica sarà sempre più costosa di una manuale, a causa della complessità dei componenti.
I cambi automatici moderni sono dotati di caratteristiche aggiuntive:
- due frizioni che lavorano direttamente nell’olio
- meccatronico (presente nelle scatole automatiche, assente nelle manuali)
- convertitore di coppia (tipico solo per cambi automatici)
- sistemi elettronici avanzati di controllo
Manutenzione del cambio
I costi di manutenzione variano in base al marchio e al modello dell’auto. Tuttavia, indipendentemente dal fatto che si tratti di cambio manuale o automatico, è essenziale ricordare che l’olio della scatola di cambio deve essere cambiato periodicamente.
Il concetto di ‘olio a vita’ non esiste in realtà e rappresenta solo una tattica di marketing praticata dai produttori. L’olio della scatola di cambio si degrada nel tempo e richiede sostituzione per garantire il corretto funzionamento e la longevità delle componenti.
Comprendere il ruolo e il funzionamento del cambio può aiutarvi a fare scelte più informate all’acquisto di un veicolo e a mantenere la trasmissione in condizioni ottimali tramite una corretta manutenzione.
