Il cambio automatico
degli scooter: il variatore.
Tutto ciò che da sempre avete osato chiedere e
cui nessuno ha mai dato una risposta.
Prima parte.
Sembra incredibile, ma nonostante l'incredibile numero
di scooter presenti sul mercato, a tutto oggi quasi nessuna
rivista del settore si è mai interessata a fondo
del cambio automatico che equipaggia questi mezzi. In
verità, sono apparsi alcuni articoli che descrivevano
il suo funzionamento, ma sempre in modo frammentario e/o
incompleto.
Questa volta ci provo io! L'argomento non è dei
più semplici, ma con l'aiuto di qualche tavola
spero di renderlo comprensibile anche ai neofiti. Agli
specialisti chiedo venia, per alcune affermazioni e/o
semplificazioni esposte nel corso dell'articolo. Gli argomenti
saranno trattati in modo generico, senza scendere nel
dettaglio, proprio per evitare concetti tecnici troppo
specifici.
In particolare, nel corso dell'articolo troveremo più
volte ripetuta una tavola che rappresenta lo schema complessivo
della trasmissione di uno scooter. Lo schema in teoria
ne rispecchia il principio, ho volutamente inserito alcune
varianti, proprio per rendere più semplice ed intuitivo
il "percorso" della trasmissione.
Ops! ....Con molta sorpresa,
oggi mi accorgo che il mio schema rispecchia fedelmente
quello utilizzato dai tecnici Honda sul Silver Wing 600.
Sempre per rendere le tavole più intuitive, e poter
meglio confrontare il comportamento dei vari organi, ho
assegnato agli stessi delle colorazioni che rimarranno
univoche durante tutto il corso dell'articolo.
• Un
po' di storia
Sembra impossibile, ma ancora oggi agli inizi del 3°
millennio, dal piccolo scooter 50cc all'imponente Silver
Wing 600, il cuore del sistema di trasmissione è
ancora la "cinghia".
Non sono certo uno storico, ma posso dire con certezza
che la cinghia è stata uno dei primi sistemi adottati
per le trasmissioni meccaniche: dalle piccole segherie
di campagna ai grossi insediamenti industriali, ogni qualvolta
c'era la necessità di trasmettere del moto, si
ricorreva a tale sistema.
A dire il vero in quegli anni si utilizzavano "cinghie
piane" che si avvolgevano su veri e propri tamburi,
con un particolare costruttivo interessante: visti in
sezione, avevano un profilo "a botte". Tale
accorgimento aveva lo scopo di mantenere in guida la cinghia,
senza richiedere ulteriori spalle ai bordi del tamburo.
Come la cosa funzionasse, per me è sempre stato
un mistero.
Aldilà dei soliti affinamenti tale sistema restò
in uso per lungo tempo, fino a che fu introdotta la cinghia
trapezoidale.
La particolarità non era tanto nella forma della
sua sezione, quanto ad una serie d’accorgimenti
che modificarono radicalmente questo tipo di trasmissione:
La cinghia non si avvolge più su dei semplici tamburi,
ma su pulegge che ne garantiscono una migliore guida.
Mentre il vecchio sistema utilizzava come superficie d’attrito
la base della cinghia, adesso sono utilizzati i fianchi.
A parità di sezione, si dispone di una maggiore
superficie di contatto tra cinghia e puleggia.
La forza per mantenere in tensione la cinghia può
essere ridotta in modo considerevole, con ovvi benefici
ai cuscinetti e al rendimento complessivo della trasmissione.
• Il
rapporto di trasmissione
Come immagino sia noto a tutti, il rapporto di trasmissione
è determinato dal rapporto dei diametri teorici
d’avvolgimento della cinghia sulle due pulegge:
motrice e condotta. E'ovvio che tale rapporto rimarrà
un dato fisso ed inalterabile della trasmissione, legato
alla forma costruttiva delle pulegge. Ma allora come si
fa a variarlo?
Il concetto è molto semplice e per chiarirlo basta
osservare la sezione di una puleggia. L'idea di base è
di scomporre la puleggia in due metà, la prima
rimane solidale all'albero, mentre la seconda può
scorrere lungo l'asse di rotazione. Quando tale semipuleggia
si trova affiancata a quella fissa, la cinghia è
costretta a posizionarsi sul massimo diametro della puleggia;
viceversa quando si allontana, la cinghia potrà
percorrere un diametro inferiore, potendosi insinuare
nella gola della puleggia.
In sintesi, spostando la semipuleggia lungo l'asse, possiamo
ottenere una variazione del rapporto di trasmissione pressoché
continuo e ottimizzato alle caratteristiche del motore
e/o del mezzo. Quello che rende tale trasmissione ancora
più flessibile sono i modi con cui può essere
mossa questa semipuleggia. Si possono avere dispositivi
meccanici, idraulici, elettromeccanici, pneumatici che
potranno, a loro volta, essere controllati in modo manuale
o automatico.
Ovviamente, per motivi di spazio, non saranno analizzate
tutte le varie tipologie, ma ci soffermeremo in particolare
su quello in dotazione ai nostri scooter, che si può
definire del tipo: meccanico/automatico.
A dire il vero, il Burgman 650 della Suzuki con il cambio
sequenziale, ha cambiato radicalmente i parametri di riferimento
dell'attuale tecnologia, ma questa è un'altra storia...
• Glossario
e abbreviazioni
Prima di entrare nel vivo dell'argomento vorrei esporre
un breve glossario dei termini e delle abbreviazioni che
saranno usati in modo più frequente nell'articolo:
- Puleggia motrice: "plg.mtr"
E' la puleggia calettata sull'albero motore, in cui la
semipuleggia è mossa dai rulli e sarà abbreviata
in "plg.mtr".
- Puleggia condotta:
"plg.cnd"
E' la puleggia connessa alla frizione automatica, posta
sull'albero primario del riduttore e sarà abbreviata
in "plg.cnd" (puleggia lato frizione).
- Variatore
E' inteso l'insieme della puleggia motrice, di quella
condotta e della relativa cinghia
- Rapporto di trasmissione:
"rap.trs"
E' un numero che esprime il rapporto tra i diametri teorici
d’avvolgimento della puleggia motrice e quella condotta,
e sarà abbreviato in "rap.trs"
- Rapporto corto
Quando abbiamo un valore del "rap.trs" basso,
si parla di una trasmissione demoltiplicata: il numero
di giri della puleggia motrice sono più elevati
di quelli della puleggia condotta.
- Rapporto lungo
Quando abbiamo un valore del "rap.trs" lungo,
s’intende una trasmissione moltiplicata: il numero
di giri della puleggia motrice sono inferiori a quelli
della puleggia condotta.
• Il
variatore
Ma realmente com’è fatto e come funziona
il variatore del nostro scooter?
Per meglio comprendere il suo funzionamento, vediamo di
suddividerlo nelle sue parti primarie ed analizzarle singolarmente:
la puleggia motrice ("plg.mtr"),
la puleggia condotta ("plg.cnd")
e la frizione automatica.
• Puleggia
motrice ("plg.mtr")
Lo schema di funzionamento è quello già
visto in precedenza, con la variante che il movimento
della semipuleggia mobile è ottenuto dalla forza
centrifuga creata da una serie di rulli (massette). I
rulli sono interposti tra il fianco della semipuleggia
mobile e una calotta solidale con l'albero motore che
assolve anche la funzione di guida.
Partendo dalla condizione con l'albero motore fermo, e
quindi con le semipulegge aperte, la forza centrifuga
creata sui rulli dalla successiva rotazione dell'albero
motore, spinge questi ultimi verso l'esterno obbligando
la puleggia mobile ad avvicinarsi alla fissa. In questo
modo la gola della puleggia viene a chiudersi, obbligando
la cinghia a percorrere un diametro via via sempre maggiore.
Tale forza risulta proporzionale al numero dei giri dell'albero
motore e alla massa complessiva dei rulli.
• Puleggia
condotta ("plg.cnd")
Anche in questo caso ritroviamo la solita semipuleggia
mobile e fissa, ma con alcune particolarità che
la differenziano notevolmente dalla "plg.mtr".
I rulli sono sostituiti da una grossa molla la cui funzione
è di mantenere chiuse le due semipulegge. In questo
modo, oltre ad assicurare una corretta tensione alla cinghia,
contrasta la spinta dei rulli e consente una variazione
del "rap.trs" più
graduale.
Altra particolarità, spesso sconosciuta ai più,
è la presenza della guida elicoidale. Diversamente
dalla "plg.mtr"
che si muove lungo l'asse in modo rettilineo, la "plg.cnd"
descrive un'elica; è come un dado che si avvita
sul gambo di una vite. Su tale particolare ritorneremo
a parlare più avanti per comprendere la sua funzione.
• Frizione
automatica
Il dispositivo è abbastanza semplice ed è
lo stesso che da sempre è utilizzato sui ciclomotori
"monomarcia" e non necessariamente dotati di
variatore. Costruttivamente è molto simile ad un
freno a tamburo, ma con ovvie particolarità.
Su un piatto solidale al "variatore"
trovano posto una serie di pattini trattenuti da altrettante
molle calibrate. Il tutto è posto all'interno di
un tamburo (campana) solidale al riduttore. Quando il
piatto raggiunge una determinata velocità di rotazione,
la forza centrifuga generata dalla massa dei pattini,
spinge quest'ultimi contro il tamburo esterno trascinandolo
in rotazione. In questo modo il motore viene accoppiato
gradualmente al riduttore, permettendo il movimento del
veicolo.
Il regime di giri cui avviene l'accoppiamento della frizione
è legato alla massa dei pattini e alla forza di
contrasto esercitata dalle molle.
Un ultima precisazione, anche se la ritengo superflua:
il funzionamento di questo tipo di frizione è per
così dire "non reversibile" . Se tentassimo
di far ruotare la campana, non riusciremo mai ad ottenere
l'espansione dei pattini e quindi l'accoppiamento; in
poche parole: è inutile tentare di avviare il motore
del nostro scooter a spinta, sprechereste solo fiato e
tempo.
Testo e immagini a cura di: C. Michieletto
mail: tecnomania@interfree.it
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