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Come funziona il variatore e la frizione

Come funziona il variatore e la frizione
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(by Tallic)


Questo vuole essere un breve sguardo sul mondo della trasmissione del nostro mezzo. Sguardo per tutti quelli che (me compreso, prima di rimanere a piedi e di dover smontare e vedere da vicino questo meccanismo!) non sanno effettivamente cosa succede quando il moto passa dall’albero motore al variatore

attraversa la cinghia di trasmissione trapezoidale e la frizione centrifuga, fino alla ruota.

Tralascerò tutto quello che c’è a monte del variatore e a valle della frizione centrifuga. Iniziamo a vedere i principi di base. Tutto si basa sul variare il rapporto di trasmissione, cioè variare il rapporto tra i giri del motore e quelli della ruota, attraverso un cambio in questo caso diverso da quello della macchina, molto più simile al cambio di una mountan-bike, solo che al posto della catena c’è una cinghia ed al posto delle corone (quelle ruote dentate tra i pedali) e dei pignoni (quelle ruote dentate attaccate alla ruota posteriore) ci sono due pulegge. Portando agli estremi l’esempio, sulla mountan-bike si inizia a pedalare con un rapporto leggero (o meglio corto), che consiste nell’avere una corona piccola ed il pignone più grande, quello con il diametro maggiore, per poi arrivare a velocità più elevate, dove si usa il pignone minore e la corona più grande (rapporto lungo). Queste variazioni vengono semplicemente eseguite in automatico sullo scooter, senza alcun nostro intervento (escludendo, ovviamente, il fatto di dare o meno gas!).

Essendo la cinghia di lunghezza fissa, al contrario della catena che è tenuta alla giusta tensione da un tendicatena, per variare il rapporto si usano due pulegge, una conduttrice o motrice (quella all’altezza dell’albero motore) ed una condotta (quella all’altezza della frizione). Entrambe sono formate da due piatti affacciati e svasati dove alloggia la cinghia. Uno dei due piatti è fisso e l’altro ha la possibilità di muoversi, allontanandosi da quello fisso, da qui i termini di semipuleggia fissa e semipuleggia mobile. In condizione di riposo (motore spento o al minimo) la situazione che si presenta è illustrata nella figura seguente:

la cinghia trapezoidale si trova in fondo alla gola delle due semipulegge del variatore, che sono distanti tra loro. In tal modo è come se si avesse la corona più piccola della mountan-bike del nostro esempio, pronti per la partenza. Al contrario le semipulegge condotte sono a contatto, mantenendo la cinghia all’esterno, come il pignone maggiore nella mountan-bike. All’aumentare del numero di giri, la situazione pian piano si inverte. Le semipulegge motrici si avvicinano, costringendo la cinghia trapezoidale ad occupare posizioni via via più distanti dal centro, aumentandone, quindi, la circonferenza. Intanto le semipulegge condotte si allontanano, facendo scivolare la cinghia verso il centro, diminuendone così la circonferenza. Tutto questo fino alla situazione limite (si veda figura sotto), con il variatore chiuso e la puleggia condotta aperta, il che equivale alla corona maggiore e il pignone minore della nostra mountan-bike, ed eccoci alla massima velocità.

Vediamo ora più in dettaglio il funzionamento del variatore e, in seguito, quello della frizione centrifuga.

Il variatore

Il variatore è composto da due pulegge collegate da una cinghia. La puleggia motrice (si veda foto sotto) è formata da una semipuleggia mobile e da una semipuleggia fissa (che presenta sulla faccia esterna delle alette in modo da agire anche come ventola di raffreddamento del carter trasmissione) collegate all’albero motore, dal quale prendono il moto, o meglio la rotazione.

Il movimento della semipuleggia mobile è ottenuto dalla forza centrifuga creata da una serie di massette (o rulli):

I rulli sono interposti tra il fianco della semipuleggia mobile e una calotta solidale con l'albero motore (come in foto) che assolve anche la funzione di guida. Le massette trasformano il movimento rotatorio del motore in un movimento lineare, avendo la possibilità di scorrere all’interno di alloggiamenti appositamente creati e ben visibili nella foto

Lo spostamento che creano i rulli fa si che la semipuleggia mobile si avvicini a quella fissa. Le semipulegge sono svasate a tronco di cono, in modo da poter offrire alloggio alla cinghia trapezoidale, che è costretta ad assumere posizioni differenti, a seconda della distanza tra le semipulegge stesse. In questo modo si ha una prima variazione del rapporto di trasmissione. All’aumentare dei giri dell’albero motore, aumenta la spinta creata dai rulli, che fa avvicinare la semipuleggia mobile a quella fissa e, contemporaneamente, sposta la cinghia in una posizione sempre più esterna, cioè distante dall’asse della puleggia, che tornando all’esempio della mountan-bike, corrisponde al variare le corone. Al contrario, al diminuire dei giri del motore, la forza delle massette decresce, fino a far tornare le semipulegge al massimo della loro distanza e la cinghia riassume la posizione iniziale, più interna.

La puleggia condotta, 'chiusa' in figura (si veda foto sotto), presenta alcune differenze sostanziali rispetto a quella motrice. Anch’essa è formata da due semipulegge (una fissa ed una mobile) svasate a tronco di cono, nelle quali la cinghia ha la stessa possibilità di spostarsi dall’esterno all’interno come nell’altra, ma in questa non sono presenti le massette, sostituite da una molla, detta molla di contrasto, chiaramente identificabile nella foto sotto:

Inoltre, fattore molto importante, la semipuleggia mobile non solo ha la facoltà di spostarsi linearmente, ma anche quella di ruotare sul proprio asse. Questa rotazione interessa altri aspetti più tecnici, altre forze che vengono generate da questa guida elicoidale, che in questa breve trattazione non ritengo opportuno, per i contenuti abbastanza ostici, affrontare. Ripeto una precisazione fatta all’inizio: la lunghezza della cinghia è fissa. Questo impone che se nella puleggia motrice la cinghia è costretta a percorrere una porzione di circonferenza maggiore (dalla posizione iniziale interna a quella finale molto più esterna), nella puleggia condotta dovrà necessariamente adeguarsi e man mano descrivere circonferenze minori, fino alla massima 'apertura' concessa:

Se questo non accadesse, ovviamente, si arriverebbe alla rottura della cinghia stessa, o ad altre spiacevoli conseguenze. A fronteggiare la forza con cui la puleggia motrice 'tira' la cinghia, è deputato il correttore di coppia, vincolato alla molla di contrasto. In pratica l’assieme correttore di coppia e molla di contrasto fa sì che sia necessaria una determinata forza per far muovere la semipuleggia mobile e assicura che la cinghia sia sempre in una tensione ottimale e ben a contatto con le semipulegge.

Riassumendo, ad un regime di rotazione minimo del motore, le massette non hanno sufficiente energia per far muovere la semipuleggia mobile, la cinghia è nel punto più interno nella puleggia motrice e più esterno in quella condotta. La molla di contrasto tiene ben unite le due semipulegge condotte. All’aumentare del numero di giri, i rulli si spostano verso l’esterno, acquistando la forza per far muovere la semipuleggia verso quella fissa. Questo movimento 'schiaccia' la cinghia che è costretta a spostarsi verso l’esterno, vincere la resistenza della molla di contrasto e percorrere archi sempre minori nella puleggia condotta. Tutto questo cambia in modo automatico il rapporto di trasmissione, facendo girare sempre più velocemente il correttore di coppia che è collegato alla frizione centrifuga.

La frizione centrifuga

La frizione centrifuga è costituita da due parti fisicamente non a contatto tra di loro: un tamburo (o campana) ed un rotore con delle alette (ceppi o ganasce):

La campana è collegata ad un riduttore che trasmette il movimento alla ruota. Al correttore di coppia è solidale il rotore realizzato, come detto, con alcuni ceppi vincolati ad un’estremità e liberi all’altra. Questo permette che la forza centrifuga faccia gradualmente sollevare l’estremità libera, in modo da accoppiare fisicamente la superficie della ganascia alla campana. La superficie dei ceppi è rivestita di materiale ad alto attrito, in modo da poter trasmettere la maggior quantità di energia possibile:

Le ganasce sono, come detto, vincolate a un’estremità e mantenute chiuse sul rotore da delle molle, visibili in figura:

Queste sono tarate in modo da offrire una certa resistenza al distacco delle ganasce, influendo in tal modo a determinare il momento (o punto) in cui la frizione inizia a far presa. Inoltre al diminuire della forza centrifuga assicurano il corretto ritorno delle molle nella sede. L’attrito tra le ganasce e la campana, fa sì che il motore si accoppi gradualmente al riduttore, producendo così la rotazione della ruota e lo spostamento del mezzo. Al variare dei giri del motore, varierà in modo proporzionale la spinta dei ceppi contro la campana, che aumenterà o diminuirà la velocità di rotazione, dando, quindi, velocità al mezzo.

Alcune ultime considerazioni:

1) La forza con cui le massette agiscono sulla semipuleggia mobile è proporzionale al numero di giri dell’albero motore ed alla massa complessiva dei rulli stessi. Questo comporta che variando le massette si varia il momento in cui il variatore inizia a trasmettere il moto. Una massa minore comporta che il sistema inizi a funzionare ad un numero di giri inferiore, conferendo una maggio accelerazione al mezzo, a discapito della velocità massima. Al contrario una massa maggiore richiederà più sforzo per essere messa in movimento, quindi un numero di giri più elevato, generando un minor spunto ma una velocità massima leggermente più alta.

2) Il regime di giri nel quale si concretizza l’innesto della frizione è proporzionale alla massa delle ganasce ed alla forza di contrasto delle molle. Sostituendo queste ultime si può modificare, quindi, il punto in cui inizia il trascinamento, anticipandolo o posticipandolo.

3) Dal momento che non c’è accoppiamento tra le ganasce e la campana della frizione, pensare di mettere in moto lo scooter spingendolo o facendo girare la campana stessa è, ovviamente, solo una perdita di tempo e fatica vana, infatti l’albero motore, così, non girerà mai.

ATTENZIONE
Se non avete dimistichezza con questo tipo di lavori fatevi aiutare da qualcuno più esperto. Eventuali danni provocati a cose e/o persone non sono imputabili all'autore.

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