Svelando i segreti delle frizioni meccaniche a secco: scopri come funzionano!

La tecnologia, senza la quale era difficile immaginare l’industria automobilistica qualche decennio fa, è ora sull’orlo dell’estinzione.

La varietà di frizioni meccaniche si è notevolmente ridotta, poichè oggigiorno solo le auto più semplici (e alcuni modelli sportivi) montano il cambio manuale. Dal punto di vista tecnico, però, queste frizioni presentano diverse caratteristiche molto interessanti. In questo articolo discuteremo delle frizioni utilizzate in combinazione con le trasmissioni manuali, prestando particolare attenzione alle frizioni meccaniche a secco.

Un’incursione nella storia: l’evolvere delle frizioni meccaniche a secco

La storia della frizione meccanica è strettamente legata alla trasmissione manuale per motivi di progettazione. Si può pertanto quindi affermare che entrambe queste soluzioni siano antiche quasi quanto le automobili.

Questi componenti sono necessari perché l’intervallo di giri entro il quale è possibile produrre potenza utile è molto limitato, ed era ancora più ristretto prima dell’invenzione del turbocompressore.

Lo scopo del cambio è di mantenere constatamene il regime del motore all’interno di questo intervallo. Tuttavia, il problema principale da risolvere era la necessità di fermare l’auto per poter cambiare marcia.

L’invenzione del cambio può essere attribuita a due inventori: Louis-Rene Panhard ed Emile Levassor, nel 1894.

Informazioni generali sui giunti

La frizione è un design sostituibile che costituisce il collegamento tra il motore e la trasmissione del veicolo. Il metodo di connessione può essere diverso, in questo caso si tratta di uno puramente meccanico.

Negli ambienti professionali, a volte viene chiamata frizione principale, poiché i veicoli a motore possono avere frizioni disinnestabili o non disinnestabili aggiuntive, ad esempio un disco Hardy flessibile sull’albero di trasmissione, che fornisce la trasmissione angolare o una frizione conica disinnestabile necessaria per sincronizzare equipaggiamento del cambio.

La funzione della frizione è quella di trasferire in modo affidabile la coppia massima del motore al cambio e garantire un avviamento regolare, uniforme e privo di vibrazioni. Quest’ultimo non solo è ottenuto grazie alle due posizioni limite della frizione, ma può essere regolato dal guidatore, in modo che l’accumulo di coppia possa essere più fluido o graduale.

In alcuni casi, però, è richiesto l’esatto contrario: quando si passa a una marcia superiore, è necessario un rapido disinnesto e reinnesto senza interrompere il viaggio.

Forse non è scontato, ma la frizione ha anche una funzione di smorzamento: assorbe una parte significativa delle vibrazioni torsionali provenienti dal motore.

Infine, anche la frizione fornisce protezione: slitta in caso di sovraccarichi estremi, proteggendo così la trasmissione da eventuali danni.

Frizioni meccaniche

Nelle autovetture, le versioni meccaniche delle frizioni hanno rapidamente guadagnato popolarità. La ragione principale di ciò era che erano economici da produrre, poco ingombranti, di facile manutenzione e le loro dimensioni ridotte fornivano anche un momento di inerzia trascurabile, accelerando notevolmente i tempi di commutazione e sincronizzazione.

Le frizioni meccaniche sono collegate alle unità di trasmissione tramite una piastra di attrito, che consente di determinare esattamente quanta coppia possono trasferire dal motore. Ovviamente, questa  deve essere maggiore della coppia massima del motore. Il rapporto tra questi due numeri è il fattore di sicurezza dell’accoppiamento, cioè il fattore di coppia in eccesso. La sua scelta è un aspetto importante: deve essere maggiore di 1, ma non può essere troppo grande, perché in tal caso la frizione non slitterebbe nemmeno sotto carichi pesanti, rischiando di danneggiare altri componenti della trasmissione.

Per le autovetture, questo valore è tipicamente compreso tra 1,8 e 2, il che significa che la frizione sarebbe in grado di trasmettere circa il doppio della coppia alla trasmissione rispetto a quella che il motore può fornire.

Frizione meccanica monodisco a secco

Nel mercato in contrazione delle frizioni meccaniche, è ancora il design più popolare tra le autovetture.

I suoi principali elementi strutturali:

• Volano: è fissato all’albero motore principale in modo che ruoti sempre con esso. Di solito è realizzato in ghisa perché è importante una buona resistenza al calore. Il punto di questo design è che a causa della grande inerzia, il volano compensa la coppia irregolare fornita dal motore. Inoltre, fornisce una piattaforma per il collegamento dell’avviamento elettrico.
• Spingidisco: ruota sempre assieme al volano e quindi al motore. Anche la ghisa, perché qui l’alta temperatura dovuta all’attrito gioca un ruolo fondamentale. Il suo compito principale è trasferire parte della coppia al disco della frizione.
• Coperchio alloggiamento frizione: anch’esso ruota con l’albero motore per formare l’alloggiamento esterno della frizione. Il suo compito principale è proteggere la struttura dallo sporco.
• Molle a pressione elicoidali: a causa del loro nome eloquente, questi componenti premono il disco della frizione contro la superficie di attrito del volano tramite uno spingidisco.
• Bracci o forche di sollevamento: Esistono modelli in cui parte della coppia del motore viene trasferita dall’alloggiamento della frizione fissato al volano allo spingidisco mediante una forcella di sollevamento.
• Cuscinetto reggispinta: questa parte funziona solo quando viene avviata la disconnessione. La sua durata gioca un ruolo chiave nel determinare l’intervallo di manutenzione.

Disinnesto

L’interruzione della trasmissione della frizione viene indicata con diversi nomi: disinnesto, rilascio, disinnesto – hanno tutti lo stesso significato.

Il meccanismo si avvia con il guidatore: il guidatore preme il pedale della frizione. Quindi il meccanismo di lavoro della frizione (cavo in acciaio o sistema idraulico) sposta la parte fissa del cuscinetto in direzione assiale. L’anello del cuscinetto rotante trasferisce la forza assiale ai bracci di sollevamento.

L’altra estremità dei bracci è collegata all’apertura dello spingidisco e sposta assialmente lo spingidisco. Ciò elimina la forza diretta del collegamento meccanico che tiene insieme il disco della frizione con il volano rotante e lo spingidisco.

Frizione sinterizzata

È presente una frizione meccanica che non può essere movimentata perché può assumere solo una delle due posizioni di finecorsa. La frizione sinterizzata trasmette la coppia necessaria non solo per attrito, ma anche bloccandosi con una connessione scanalata.

Il grande vantaggio di questa soluzione, rispetto ai dischi frizione tradizionali, è la capacità di trasferire una coppia molto maggiore. D’altra parte, lo svantaggio è che anche durante la guida dobbiamo risolvere il problema di partire senza sbandare, il che mette a dura prova la trasmissione dell’auto e il suo guidatore. Questa soluzione viene solitamente utilizzata nei veicoli destinati alle piste da corsa.