Funzionamento delle frizioni meccaniche a bagno d’olio

Nell’articolo precedente abbiamo analizzato i componenti delle frizioni a secco, il loro principio di funzionamento e i campi di applicazione. Tuttavia, si è scoperto che ci sono sfide che non possono essere affrontate. In risposta a queste difficoltà sono apparse soluzioni alternative: frizioni completamente immerse nell’olio, comprese le cosiddette frizione bagnate.

Nonostante il numero totale di frizioni meccaniche prodotte sia ormai esiguo rispetto a qualche decennio fa, dal punto di vista tecnico costituiscono ancora un oggetto affascinante. Per il bene degli appassionati di automobili, la produzione di questi componenti non dovrebbe mai scomparire del tutto.

In questo articolo, vi ricorderemo in generale le frizioni utilizzate nei cambi manuali e daremo anche uno sguardo dettagliato al principio di funzionamento della frizione a bagno d’olio.

Informazioni generali sulle frizioni

La frizione è una struttura rimovibile che stabilisce un collegamento tra il motore del veicolo e la trasmissione. Sono conosciuti vari metodi di connessione, ma in questo articolo ci occuperemo solo del metodo meccanico.

Il compito principale della frizione è trasferire in modo affidabile la coppia del motore al cambio, nonché garantire un avviamento regolare, uniforme e privo di vibrazioni. Quest’ultimo è raggiunto non solo grazie alle due posizioni finali della frizione. Il conducente può regolarli, rendendo l’accumulo di coppia più fluido e graduale.

Frizioni meccaniche

Nel caso delle autovetture, le frizioni meccaniche guadagnarono rapidamente popolarità. Ciò era dovuto al basso costo di produzione, alla struttura compatta e alla facilità di manutenzione. Le loro dimensioni relativamente ridotte assicuravano inoltre un basso momento di inerzia, che accelerava i tempi di cambio marcia e di sincronizzazione.

Le frizioni meccaniche sono connesse alle unità motrici tramite un disco di frizione che permette di determinare esattamente quanta della coppia può essere trasmessa dal motore. Questo valore deve essere maggiore della coppia massima generata dal motore. Il fattore di sicurezza della frizione, che è il rapporto tra questi due valori, è generalmente compreso tra 1,8 e 2 per le autovetture. Ciò significa che la frizione è in grado di trasmettere alla trasmissione circa il doppio della coppia di quella che può fornire il motore.

Limitazioni prestazionali delle frizioni meccaniche a secco monodisco – ambito di applicazione delle frizioni a bagno d’olio

È ancora il tipo di frizione più popolare tra le versioni meccaniche, soprattutto nelle autovetture. Tuttavia, vale la pena ricordare che ci sono aree di applicazione in cui prima questo tipo non era dominante. Gli esempi includono veicoli commerciali più grandi e macchine agricole. Inoltre, nel mondo delle moto, negli ultimi anni, la frizione a bagno d’olio ha iniziato ad essere utilizzata più spesso rispetto a quella a secco.

Vale la pena notare che il vantaggio della frizione a bagno d’olio nelle motociclette è dovuto a qualcosa di diverso rispetto ai veicoli commerciali. Nelle stesse condizioni, le frizioni motociclistiche a secco sono più leggere, possono trasmettere una coppia maggiore rispetto alle loro controparti a olio e anche l’olio che contengono mantiene le sue proprietà più a lungo perché le particelle della frizione a secco non si mescolano con l’olio.

Tuttavia, hanno i loro svantaggi, come essere più rumorosi, inclini a danneggiarsi più rapidamente ed essere difficili da usare. Basta il primo di questi svantaggi per garantire alla frizione a bagno d’olio una quota di mercato crescente. Negli ultimi anni, i produttori di motociclette hanno dovuto soddisfare standard sempre più severi sulle emissioni acustiche. Attualmente devono limitare il rumore generato da una frizione a secco, altrimenti il ​​prodotto non può essere immesso sul mercato. Ad eccezione di alcuni produttori come BMW e Moto Guzzi, la maggior parte dei produttori di motociclette è passata alle frizioni a bagno d’olio.

Progettazione e funzionamento delle frizioni multidisco

Per i veicoli commerciali e le macchine agricole il fattore determinante nella scelta è la coppia massima che può essere trasmessa. Anche se questo può sembrare contraddittorio date le circostanze storiche, spiegheremo cosa sta succedendo tra un attimo.

A volte capita che la coppia trasferita sia così grande da richiedere l’uso di un disco così grande da non entrare nello spazio disponibile e il cui diametro di montaggio è troppo grande. In questi casi viene utilizzata una frizione multidisco, a secco o ad olio (bagnata).

È qui che le esigenze fisiche si scontrano con il design della moto: anche se il motore non produce molta coppia, lo spazio a disposizione sulla moto è estremamente limitato.

L’ingranaggio sull’albero motore del blocco motore aziona un ingranaggio con un numero maggiore di denti, sulla cui superficie anteriore è presente un tamburo interno a dentatura assiale. Su questo tamburo sono posizionati i dischi della frizione (lamelle) senza guarnizioni di attrito.

Tra le lamelle esterne in acciaio si trovano piastre interne con inserto a frizione, che sono collegate ad un mozzo scanalato esterno all’estremità dell’albero condotto.

I perni fissati al mozzo, che a loro volta sono fissati all’estremità dell’albero condotto, forniscono la guida per la piastra di pressione e la tensione iniziale delle molle elicoidali. Queste molle comprimono il disco di pressione e le lamelle esterne ed interne.

La frizione è solitamente un design chiuso. Il suo innesto e sgancio è possibile grazie ad uno spintore posto nel foro assiale dell’albero condotto. Se lo spintore viene spostato a sinistra, la piastra di pressione si sposterà rispetto alle molle di pressione, che rilasceranno la forza che comprime le alette.

L’alloggiamento della frizione è sigillato ermeticamente e riempito d’olio. Oltre al funzionamento silenzioso, l’olio garantisce anche il raffreddamento delle superfici di attrito, cosa particolarmente importante nel caso di inserti in sughero delicati, sensibili al calore.

Il riempimento con olio ha anche un ulteriore vantaggio: quando la frizione è chiusa, l’olio rimane più a lungo sulle superfici di attrito, il che aumenta il tempo di slittamento e consente un avviamento più fluido.

In alcune soluzioni i dischi non sono dotati di pattini di attrito. In questi casi, il coefficiente di attrito è inferiore, ma il carico superficiale consentito notevolmente più elevato fornisce comunque una trasmissione di coppia maggiore con le stesse dimensioni geometriche.

L’installazione di una frizione multidisco a bagno d’olio potrebbe richiedere leggermente più spazio rispetto a una versione a secco. Per ridurre le dimensioni assiali, tra i dischi viene solitamente lasciato uno spazio di 0,3-0,5 mm. Durante il funzionamento, soprattutto a basse temperature, a causa della maggiore viscosità interna dell’olio, può trasmettere coppia anche quando si diluisce gradualmente. Tuttavia, questo problema scompare dopo diversi cambi ripetuti.

Come già accennato, nel caso delle motociclette esistono anche frizioni multidisco a secco. Nei veicoli più grandi non vengono utilizzati come frizioni principali a causa dello scarso raffreddamento, ma vengono utilizzati nei meccanismi di sterzo dei veicoli cingolati o sugli alberi motore dei motorini di avviamento più grandi.