Il dispositivo e il principio di funzionamento del cambio

Perché un'auto si muova su strada, non basta avere un motore potente ed efficiente sotto il cofano. La coppia dall'albero motore deve in qualche modo essere trasmessa alle ruote motrici del veicolo.

A tale scopo, è stato creato un meccanismo speciale: un cambio. Considera la sua struttura e il suo scopo, nonché come differiscono le diverse modifiche KP.

Lo scopo del cambio

In breve, il cambio è progettato per trasferire la coppia dal propulsore alle ruote motrici. La trasmissione converte anche la velocità dell'albero motore in modo che il conducente possa accelerare l'auto senza avviare il motore al massimo numero di giri.

Questo meccanismo è abbinato ai parametri del motore a combustione interna al fine di massimizzare l'intera risorsa del motore senza danneggiare le sue parti. Grazie alla trasmissione, la macchina può spostarsi sia in avanti che indietro.

Tutte le auto moderne hanno una trasmissione che permette di disabilitare temporaneamente l'accoppiamento rigido dell'albero motore con le ruote motrici. Ciò consente all'auto di girare al minimo, ad esempio, avvicinandosi dolcemente a un semaforo. Questo meccanismo consente anche di non spegnere il motore quando l'auto si ferma. Ciò è necessario per ricaricare la batteria e per far funzionare apparecchiature aggiuntive, come un condizionatore d'aria.

Ogni proposta commerciale deve soddisfare i seguenti requisiti:

• Fornire trazione dell'auto e consumo di carburante economico, a seconda della potenza e del volume del motore;
• Facilità di utilizzo (il conducente non deve essere distratto dalla strada quando si modifica la velocità del veicolo);
• Non fare rumore durante il funzionamento;
• Alta affidabilità ed efficienza;
• Dimensioni minime (il più possibile nel caso di veicoli potenti).

Progettazione di cambio

Nel corso della storia dell'industria automobilistica, questo meccanismo è stato costantemente modernizzato, grazie al quale oggi esiste un'ampia varietà di trasmissioni che presentano molte differenze significative.

Il dispositivo di qualsiasi cambio include:

• Housing. Contiene tutte le parti necessarie che assicurano l'accoppiamento del motore all'albero motore, dal quale viene fornita la rotazione alle ruote.
• Serbatoio dell'olio. Poiché in questo meccanismo le parti entrano in contatto tra loro sotto un carico pesante, la lubrificazione garantisce il loro raffreddamento e crea un film d'olio che protegge dall'usura prematura degli ingranaggi.
• Meccanismo di trasmissione della velocità. A seconda del tipo di scatola, il meccanismo può includere alberi, un set di ingranaggi, un riduttore epicicloidale, un convertitore di coppia, dischi di attrito, cinghie e pulegge.

Classificazione KP

Esistono diversi parametri in base ai quali vengono classificate tutte le caselle. Ci sono sei di questi segni. In ognuno di essi, la coppia viene fornita alla ruota motrice secondo il proprio principio e ha un diverso metodo di selezione delle marce.

A titolo di trasmissione del flusso di potenza

Questa categoria include i seguenti KP:

• Cambio meccanico. In questa modifica, la presa di forza viene eseguita da una trasmissione ad ingranaggi.
• Cambio con alberi coassiali. La rotazione viene trasmessa anche attraverso un treno di ingranaggi, solo i suoi elementi sono realizzati in una forma conica o cilindrica.
• Planetario. La rotazione viene trasmessa attraverso un ingranaggio planetario, i cui ingranaggi si trovano su un piano.
• Idromeccanico. In tale trasmissione, viene utilizzata una trasmissione meccanica (principalmente di tipo planetario) in combinazione con un convertitore di coppia o un giunto idraulico.
• CVT. Questo è un tipo di cambio che non utilizza una trasmissione a gradini. Molto spesso, un tale meccanismo funziona insieme a un accoppiamento fluido e una connessione a cinghia.

In base al numero di alberi principali con ingranaggi

Quando si classificano i riduttori in base al numero di alberi, si distinguono:

• Con due alberi e ingranaggi monostadio dell'assale. Non c'è trasmissione diretta in queste trasmissioni. Molto spesso, tali modifiche possono essere trovate nelle auto a trazione anteriore. Alcuni modelli con motori montati sul retro hanno anche una scatola simile.
• Con tre alberi e trasmissione a due stadi dell'assale. In questa categoria sono presenti versioni con alberi coassiali e non coassiali. Nel primo caso c'è una trasmissione diretta. Nella sezione trasversale, ha dimensioni più piccole e una lunghezza leggermente maggiore. Tali scatole sono utilizzate nelle auto a trazione posteriore. La seconda sottocategoria non ha trasmissione diretta. Fondamentalmente, questa modifica viene utilizzata nei veicoli e nei trattori a trazione integrale.
• Con più alberi. In questa categoria di cambio, gli alberi possono avere un numero di innesti sequenziale o non sequenziale. Questi cambi sono utilizzati principalmente nei trattori e nelle macchine utensili. Ciò consente più marce.
• Senza alberi. Tali posti di blocco non vengono utilizzati nel trasporto ordinario. Tra questi modelli ci sono versioni coassiali e non allineate. Sono utilizzati principalmente nei serbatoi.

Classificazione dei riduttori epicicloidali

I riduttori epicicloidali sono suddivisi secondo i seguenti parametri:

• Due, tre, quattro o più gradi di libertà quando tutti gli elementi di attrito sono scollegati;
• Il tipo di ingranaggio planetario utilizzato nel meccanismo è epicicloidale (la corona principale ha una disposizione dei denti interna o esterna).

Con il metodo di controllo

In questa categoria, ci sono tali scatole:

• Manuale. In tali modelli, il conducente seleziona la marcia desiderata. Esistono due tipi di trasmissioni manuali: il cambio di marcia viene eseguito dagli sforzi del conducente o tramite un servoazionamento. In entrambi i casi il controllo viene effettuato da una persona, solo la seconda categoria del cambio ha un servosistema. Riceve un segnale dal conducente, quindi imposta la marcia selezionata. Le macchine utilizzano più spesso un servoazionamento idraulico.
• Automatico. La centralina elettronica determina diversi fattori (il grado di pressione dell'acceleratore, il carico proveniente dalle ruote, la velocità dell'albero motore, ecc.) E in base a questo determina quando innestare una marcia in salita o in discesa.
• Robot. Questa è una scatola elettromeccanica. In esso, gli ingranaggi sono accesi in modalità automatica, solo il suo dispositivo è come quello della meccanica ordinaria. Quando la trasmissione robotica è in funzione, il conducente non partecipa al cambio di marcia. La centralina stessa determina quando innestare quale marcia. In questo caso, la commutazione avviene in modo quasi impercettibile.

In base al numero di marce

Questa classificazione è la più semplice. In esso, tutte le caselle sono divise per il numero di marce, ad esempio quattro, cinque sei e così via. Questa categoria comprende non solo i modelli manuali ma anche quelli automatici.

Tipi di cambio

La classificazione più comune è in base al tipo di scatola stessa:

• Meccanica. In questi modelli, la selezione delle marce e il cambio di marcia vengono effettuati interamente dal conducente. Fondamentalmente è un cambio a più alberi, che funziona tramite un treno di ingranaggi.
• Macchina. Questa trasmissione funziona in modalità automatica. La selezione di una marcia adeguata viene effettuata in base ai parametri misurati dal sistema di controllo del cambio.
• Il robot è una specie di cambio meccanico. Il design di questa modifica non è praticamente diverso dalla meccanica convenzionale: ha una frizione e gli ingranaggi sono innestati attraverso il collegamento dell'ingranaggio corrispondente sull'albero condotto. Solo il controllo delle marce è controllato dal computer, non dal conducente. Il vantaggio di una tale trasmissione è il cambio più fluido possibile.

Riduttori specifici per il design

Oltre alle trasmissioni note, nei veicoli possono essere utilizzate anche modifiche uniche. Questi tipi di scatole hanno un design specifico e con esso un proprio principio di funzionamento.

Bezvalnaya KP

Le trasmissioni che non utilizzano alberi preassemblati sono chiamate senza albero. Nel loro design, hanno diverse file di ingranaggi posizionati su due assi paralleli. Gli ingranaggi sono collegati bloccando le frizioni.

Gli ingranaggi si trovano su due alberi. Due di loro sono fissati saldamente: sul leader è installato nella prima fila e sullo schiavo - nell'ultimo. Gli ingranaggi intermedi che si trovano su di essi possono svolgere il ruolo di leader o guidato, a seconda del rapporto di trasmissione generato.

Questa modifica consente di aumentare la trasmissione in entrambe le direzioni. Un altro vantaggio di una tale trasmissione è la maggiore gamma di potenza della scatola. Uno degli inconvenienti più gravi è la presenza obbligatoria di un sistema automatico ausiliario con l'aiuto del quale vengono effettuati i cambi di marcia.

Cambio non sincronizzato

Un altro tipo di box specifici è uno non sincronizzato o uno che non ha sincronizzatori nel suo design. Può essere del tipo a maglia permanente o del tipo a slittamento.

Per cambiare marcia in una tale scatola, il conducente deve avere una certa abilità. Deve essere in grado di sincronizzare in modo indipendente la rotazione di ingranaggi e giunti, determinando il tempo di transizione da marcia a marcia, nonché equalizzare la velocità di rotazione dell'albero motore con l'acceleratore. I professionisti si riferiscono a questa procedura come ribasatura o doppia compressione della frizione.

Per eseguire una cambiata fluida, il conducente deve avere esperienza nell'utilizzo di tali meccanismi. Un tipo simile di trasmissione è installato su trattori americani, motocicli, a volte su trattori e auto sportive. Nelle moderne trasmissioni non sincronizzate, la frizione può essere omessa.

Cambio a camme

I cam box sono una sorta di modello non sincronizzato. La differenza è la forma dei denti in presa. Per migliorare l'efficienza del cambio, viene utilizzata una forma rettangolare o un profilo a camma dei denti.

Tali scatole sono molto rumorose, quindi vengono utilizzate nei veicoli leggeri principalmente sulle auto da corsa. Durante la competizione, questo fattore non viene prestato attenzione, ma in un'auto normale una trasmissione del genere non offrirà l'opportunità di godersi il viaggio.

KP sequenziale

Un cambio sequenziale è un tipo di trasmissione in cui il passaggio alla marcia inferiore o superiore viene eseguito esclusivamente di un passo. Per fare ciò, viene utilizzata una maniglia o un interruttore a pedale (sui motocicli), che consente di spostare la marcia nel cestello solo una posizione alla volta.

Una trasmissione automatica come Tiptronic ha un principio di funzionamento simile, ma imita solo l'azione di questa trasmissione. Il classico cambio sequenziale è installato nelle vetture F-1. La velocità di commutazione in essi viene eseguita utilizzando le leve del cambio.

CP preselettivo

Nella versione classica, il cambio preselettivo richiedeva una selezione preliminare della marcia successiva prima che il cambio vi passasse. Spesso sembrava così. Mentre l'auto si muoveva, il guidatore inseriva la marcia successiva sul selettore. Il meccanismo si stava preparando a cambiare, ma lo ha fatto a comando, ad esempio, dopo aver premuto la frizione.

In precedenza, tali riduttori venivano utilizzati in apparecchiature militari con una trasmissione non sincronizzata, senza albero o planetaria. Tali modifiche alla scatola hanno reso più facile azionare meccanismi complessi fino a quando non sono state sviluppate scatole meccaniche e automatiche sincronizzate.

Attualmente viene utilizzata una scatola di preselezione, ma è più comunemente indicata come trasmissione a doppia frizione. In questo caso il computer stesso predispone il passaggio alla velocità voluta collegando preventivamente un opportuno albero con l'ingranaggio innestato al disco non fissato. Un altro nome per questo tipo nel design moderno è un robot.

Scelta del cambio. Cosa c'è di meglio?

Molti dei riduttori elencati vengono utilizzati solo su attrezzature speciali o in macchine utensili. I principali cambi, ampiamente utilizzati nei veicoli leggeri, sono:

• Trasmissione manuale. Questo è il tipo di trasmissione più semplice. Affinché il movimento rotatorio possa essere trasmesso dal propulsore all'albero del cambio, viene utilizzato un cestello della frizione. Premendo il pedale, il guidatore scollega l'albero di trasmissione della scatola dal motore, il che gli consente, senza danneggiare il meccanismo, di selezionare una marcia adatta a una data velocità.
• Trasmissione automatica. La coppia dal motore viene fornita tramite una trasmissione idraulica (convertitore di coppia o giunto idraulico). Il fluido di lavoro funge da frizione nel meccanismo. Aziona, di regola, un riduttore epicicloidale. L'intero sistema è controllato da una centralina elettronica che analizza i dati di molti sensori e seleziona di conseguenza il rapporto di trasmissione. Tra le scatole automatiche, ci sono molte modifiche che utilizzano schemi operativi diversi (a seconda del produttore). Esistono anche modelli automatici con controllo manuale.
• Trasmissione robotica. Questi KP hanno anche le proprie varietà. Esistono tipi elettrici, idraulici e combinati. Nel design, il robot è sostanzialmente simile a un cambio manuale, solo con una doppia frizione. Il primo fornisce la coppia dal motore alle ruote motrici e il secondo prepara automaticamente il meccanismo per l'inserimento della marcia successiva.
• Trasmissione CVT. In una versione comune, il variatore è costituito da due pulegge, che sono interconnesse da una cinghia (una o più). Il principio di funzionamento è il seguente. La puleggia si allontana o si taglia, facendo spostare la cinghia su un elemento di diametro maggiore o minore. Da questo, il rapporto di trasmissione cambia.

Ecco una tabella di confronto di ogni tipo di scatola con i loro vantaggi e svantaggi.

Tipo di scatola:	Come funziona	dignità	Limitazioni
Trasmissione manuale	Cambio manuale, cambio sincronizzato.	Struttura semplice, economica da riparare e mantenere, consente di risparmiare carburante.	Un principiante deve abituarsi al funzionamento sincronizzato della frizione e del pedale dell'acceleratore, soprattutto quando si avvia in salita. Non tutti possono accendere subito la marcia giusta. Richiede un uso regolare della frizione.
Trasmissione automatica	La pompa idraulica crea la pressione del fluido di lavoro, che aziona la turbina, e che trasmette la rotazione all'ingranaggio planetario.	Guida comodamente. Non richiede l'intervento del guidatore nel processo di cambio marcia. Cambia marcia, sfruttando al massimo l'intera risorsa del motore. Elimina il fattore umano (quando il conducente accende accidentalmente la prima velocità invece della terza). Cambia marcia senza problemi.	Elevato costo di manutenzione. La massa è maggiore di quella del cambio manuale. Rispetto al tipo di trasmissione precedente, questo comporterà un maggiore consumo di carburante. L'efficienza e la dinamica sono inferiori, soprattutto con uno stile di guida sportivo.
Robot	La doppia frizione consente di preparare la marcia successiva per l'innesto durante la guida. Molto spesso, anche le trasmissioni sono legate a un gruppo e quelle dispari all'altro. Internamente simile a una scatola meccanica.	Massima fluidità di commutazione. Non richiede l'intervento del conducente nel processo di lavoro. Consumo di carburante economico. Alta efficienza e dinamica. Alcuni modelli hanno la possibilità di selezionare la modalità operativa.	La complessità del meccanismo porta alla sua bassa affidabilità, manutenzione frequente e costosa. Tollera male le condizioni stradali difficili.
Variatore (CVT)	La coppia viene trasmessa tramite un convertitore di coppia, come in una macchina automatica. Il cambio di marcia viene effettuato spostando la puleggia dell'albero motore, che spinge la cinghia nella posizione desiderata, aumentando o diminuendo il rapporto di trasmissione.	Commutazione senza strappi, più dinamica rispetto a una macchina convenzionale. Consente un piccolo risparmio di carburante.	Non utilizzato in unità di potenza potenti, poiché la trasmissione è a cinghia. Elevato costo di manutenzione. Richiede il corretto funzionamento dei sensori da cui viene ricevuto il segnale per il CVT. Tollera male le condizioni stradali difficili e non ama il traino.

Al momento di decidere il tipo di trasmissione, è necessario procedere non solo dalle capacità finanziarie, ma concentrarsi maggiormente sul fatto che questa scatola sia adatta all'auto. Non per niente i produttori di fabbrica accoppiano ogni unità di potenza con una scatola specifica.

Una trasmissione manuale è più adatta per un guidatore attivo che comprende le complessità del controllo dell'auto ad alta velocità. La macchina è più adatta a chi ama il comfort. Il robot fornirà un consumo di carburante ragionevole ed è adattato per una guida misurata. Per gli amanti del funzionamento più fluido della macchina, è adatto un variatore.

In termini di specifiche tecniche, è impossibile indicare la scatola perfetta. Ognuno di loro è bravo nelle proprie condizioni e con specifiche capacità di guida. In un caso, è più facile per un principiante iniziare azionando una varietà di trasmissioni automatiche; in un altro, è preferibile sviluppare l'abilità di usare la meccanica.

Domande e risposte:

Come funziona il cambio? La trasmissione manuale è costituita da un insieme di ingranaggi che formano diversi rapporti di trasmissione. La trasmissione automatica è dotata di convertitore di coppia e pulegge a diametro variabile (variatore). Il robot è un analogo della meccanica, solo con una doppia frizione.

Cosa c'è dentro il cambio? All'interno di ogni cambio c'è un albero di trasmissione e un albero condotto. A seconda del tipo di scatola, sugli alberi vengono installate pulegge o ingranaggi.