Come funziona una trasmissione manuale

Sebbene il cambio manuale sia stato utilizzato nell’industria automobilistica fin dall’inizio, sta lentamente diventando obsoleto man mano che compaiono cambi automatici sempre più avanzati, i quali consentono, inoltre, di ottenere un minor consumo di carburante. È discutibile se nel 2023 un cambio manuale abbia ancora diritto di esistere accanto a un cambio automatico – perfettamente programmato ed efficiente – anche se tecnicamente molto più complesso e impegnativo in termini di manutenzione. Una cosa è certa: ci sono produttori che, ancora oggi, non vogliono in nessun caso ritirarlo dalla loro offerta.

Perché è necessario cambiare marcia?

All’inizio, va notato che stiamo parlando solo di auto a combustione, perché i veicoli elettrici utilizzano un diverso tipo di trasmissione, se così si può chiamare. Esistono auto elettriche dotate di cambio manuale, che però non pregiudica la guida, essendo solo un manichino. Ci sono anche auto elettriche con cambio meccanico: la Porsche Taycan, ad esempio, ha due marce, ma non le cambia il guidatore da solo, lo fa un cambio automatico.

Per quanto strano possa sembrare, lo spostamento era originariamente un vincolo tecnico sgradito. Le autovetture di oggi hanno un’ampia gamma di velocità, ma non è sufficiente coprire l’intera gamma di velocità dell’auto con una marcia ben scelta, per non parlare della dinamica, che è davvero soddisfacente solo in una certa gamma di velocità. Al di sotto di 400-600 giri/min, il motore non è in grado di mantenere la velocità e il funzionamento a velocità superiori a 8000-9000 di solito non è privo di danni.

La mancanza di dinamica diventa un problema davvero rilevante se si considera che il regime del motore è molte volte superiore alla velocità delle ruote motrici, quindi per poter guidare normalmente serve un cambio che riduca la velocità (e aumenti la coppia).

Il rapporto di trasmissione: l’incrucio tra potenza e velocità del motore

Quando l’auto è in marcia bassa, durante la partenza, il numero di giri del motore per ogni giro della ruota da strada è molto alto: questo è quando l’auto richiede la massima forza possibile. Ecco perché diciamo che a marcia bassa il rapporto di trasmissione è alto.

Nella trasmissione, due ingranaggi si collegano tra loro sia sul lato motore e sul lato trasmissione in ogni marcia. In pratica, un rapporto di trasmissione elevato significa che l’ingranaggio lato motore è piccolo e l’ingranaggio lato trasmissione che aziona è grande. In una tale situazione, un numero relativamente piccolo di giri della ruota stradale per giro del motore, sebbene la compensazione sia una coppia elevata.

La regola empirica è: maggiore è la marcia, minore è il rapporto di trasmissione e quindi maggiore è la perdita di coppia. Questo, tuttavia, non è così necessario in una fase successiva come quando si parte, tanto più si ottiene in cambio maggiore velocità.

Quando si tratta di assi del cambio, ci sono due tipi principali. In una versione ci sono solo due assi (ingresso e uscita), nell’altra ne esiste anche un terzo, il cosiddetto pignone. Il vantaggio indiscutibile di quest’ultima soluzione è la possibilità di un rapporto 1:1, cioè un rapporto diretto in cui nessun ingranaggio è coinvolto nella trasmissione di potenza.

Sincro del cambio

I primi cambi dovevano risolvere molti problemi tecnici, di cui parleremo di seguito. Il primo problema era che solo uno degli ingranaggi alla volta poteva trasmettere la coppia. Sono state create molte costruzioni pratiche, ma distinguiamo due meccanismi di base per collegare coppie selezionate di ingranaggi.

Per molto tempo, i cambi sono stati dotati di un albero scanalato, che durante i cambi di marcia veniva premuto in una coppia di ingranaggi che avrebbero dovuto ruotare insieme.

Anche le coppie di ingranaggi in costante contatto sono apparse in tempi relativamente brevi: un ingranaggio ruotava liberamente sul proprio albero fino a quando non veniva unito ad esso da un connettore. Il dispositivo di fissaggio era solitamente un manicotto scorrevole su un albero scanalato con dentellature che si innestavano nelle scanalature dell’ingranaggio per fornire una connessione permanente.

Con le trasmissioni meccaniche manuali è inevitabile che gli ingranaggi (e quindi gli assali) ruotino a velocità periferiche diverse per i motivi sopra citati.

Quando passiamo da una marcia all’altra, le differenze tra le velocità periferiche rendono il passaggio molto difficile. Pertanto, molte vecchie trasmissioni manuali richiedevano al guidatore di utilizzare la frizione due volte: prima, il guidatore passava in folle, rilasciava la frizione, quindi reprimeva la frizione e tirava la leva del cambio sulla marcia successiva.

Questo problema è stato risolto con la sincronizzazione.

La sincronizzazione viene eseguita da un interruttore ad artiglio con una frizione a bassa potenza. Prima di innestare l’interruttore ad artiglio, la frizione a frizione si chiude, compensando la differenza di velocità periferiche prima di stabilire una connessione rigida. Le frizioni possono essere combinate senza un carico dinamico significativo, in modo che con una sola pressione del pedale della frizione possiamo facilmente cambiare marcia.

Vantaggi e svantaggi: perché i cambi manuali stanno diventando obsoleti?

Il cambio meno costoso in funzione è la versione completamente manuale. Il suo peso, i requisiti di servizio e il prezzo sono significativamente inferiori rispetto a qualsiasi altro concorrente.

Anche se la sua presenza sarebbe economicamente giustificata sotto ogni aspetto, alla lunga è il mercato a decidere cosa serve. Gli ultimi decenni hanno dimostrato che sempre meno acquirenti di auto desiderano trasmissioni manuali. In termini di comfort, è il meno comodo da usare.