quando i rapporti cambiano: tra i vari organi di

QUANDO I RAPPORTI CAMBIANO: TRA I VARI ORGANI DI TRASMISSIONE IL
CAMBIO E’ SENZA DUBBIO QUELLO PIU’ COMPLESSO. SCOPRIAMO INSIEME
COM’E’ FATTO.
I bicicli motorizzati di inizio secolo erano dotati di trasmissione diretta a cinghia fra motore e ruota
motrice, ciò in ragione delle modestissime potenze disponibili a basso numero di giri motore. Oggi
le cose sono notevolmente cambiate: le potenze dei motori di un motociclo sono elevate, così
come il suo numero dì giri. Non è più possibile, perciò, realizzare il rapporto dì trasmissione
necessario con una sola riduzione. Nasce pertanto l'
esigenza di variare la velocità di rotazione
della ruota motrice da zero alla massima velocità, mantenendo il numero dei giri del propulsore
entro un determinato intervallo, tale da garantire l'
utilizzo della sua migliore coppia motrice. Questo
compito è affidato al gruppo di trasmissione composto da frizione e cambio.
Tratteremo di seguito della loro struttura, nonché della loro funzione all'
interno di un motore. La
frizione è l'
organo che collega, attraverso una coppia di ingranaggi, l’albero motore al cambio.
Questa coppia di ingranaggi è chiamata primaria, poiché effettua la prima riduzione del numero di
giri motore.
La ruota motrice 1 trasmette la potenza alla ruota condotta
2. La velocità di rotazione w è inversamente proporzionale
al raggio r ed al numero di denti z. Il rapporto di
trasmissione risulta: t=w2/w1=z1/z2=r1/r2.
La frizione è composta da una serie di dischi, suddivisi in condotti e conduttori premuti l'
uno contro
l’altro da una serie di molle. Quando si aziona il comando della frizione si distaccano i dischi e, in
tal modo, si separa la forza motrice del propulsore dalla trasmissione, questa operazione consente
di trasmettere progressivamente il moto dall'
albero motore al cambio, facilitando così la partenza
del veicolo e la cambiata del rapporto. Il cambio è formato da due alberi: uno che prende il moto
dalla primaria ed un secondo che lo trasmette, tramite un pignone, alla ruota motrice. Su questi
due alberi scorrono degli ingranaggi con differente numero di denti che, accoppiati tra loro in modo
appropriato, determinano il rapporto di trasmissione desiderato. Il principio fisico su cui è basato il
cambio è quello della trasmissione di potenza attraverso una coppia di ruote dentate.
La scelta dei rapporti in un cambio è caratterizzata essenzialmente dall'
ampiezza dei campo di
utilizzo della potenza del motore, dall'
entità delle spaziature tra le vane marce e dal numero delle
marce che si desidera adottare. Nelle competizioni il regolamento impone oggi un limite di sei
marce, ma in passato, su alcuni veicoli di bassa cilindrata, si è arrivati anche a dodici marce, per
poter sfruttare al meglio un campo di utilizzo molto ristretto. Il calo di giri che si verifica a ogni
cambiata è evidenziato nel diagramma a "denti di sega" rappresentato nel diagramma seguente.
Diagramma a denti di sega di un cambio di velocità a 6
marce per una moto sportiva con velocità massima di 280
Km/h a 14000 giri/min. Il diagramma evidenzia come le
diverse marce siano sempre più ravvicinate con
l’aumentare della velocità. Ciò consente di avere minori
cali di regime nelle marce più lunghe, dove la ripresa
risulta essere più lenta.
Vediamo ora di affrontare l'
argomento dal punto di vista pratico prendendo in esame un motore di
600 cc e analizzando le varie riduzioni di giri che si effettuano al suo interno Ricapitolando
brevemente quanto già descritto, abbiamo a una estremità l'
albero motore che gira ad un
determinato regime e all'
estremità opposta la ruota motrice; nel mezzo una serie di ingranaggi con
il compito di dare il giusto rapporto di trasmissione. Partiamo con l'
esaminare il pignone dell'
albero
motore con 44 denti (z=44) che trasmette il moto all'
ingranaggio solidale alla frizione con 82 denti
(z=82). Il rapporto chiamato primario risulta essere uguale a 82/44=1,865. Nel passaggio tra albero
motore e albero primario il numero di giri motore ha subito quindi una prima riduzione di velocità, si
entra così nella scatola del cambio: in prima marcia supponiamo di avere un rapporto pari a
41/14=2,928 e in sesta 25/23=1,087. Se consideriamo in sesta marcia il 100% del rapporto di
trasmissione, possiamo risalire alla percentuale di trasmissione in prima marcia:
1,087/2,928=0,371, ovvero circa il 37%. Se dunque la moto presa in esame percorre in sesta una
velocità di 240 Km/h, in prima raggiungerà la velocità di 240x0,371=89 Km/h. Questo semplice
calcolo è utile per decidere la spaziatura del cambio in funzione dell'
utilizzo a cui è destinata la
moto. Ad esempio, in una moto da competizione si adotta tendenzialmente una prima molto lunga,
essendo tale marcia la meno usata. Questo consente di avvicinare gli altri rapporti, in modo da
avere meno cali di giri motore durante le cambiate. In una tranquilla moto da turismo, invece, si
prediligerà una prima marcia piuttosto corta, per agevolare le partenze in condizioni gravose
(immaginiamo di avviarci in salita con una moto carica di bagagli e passeggero!). Alla luce di
queste indicazioni possiamo impostare la seguente tabella riassuntiva delle percentuali di
ripartizione in prima marcia.
UTILIZZO
Custom
Turismo
Sportivo
Competizione
RAPPORTO
1°
1°
1°
1°
% RIPARTIZIONE
<30%
30..35%
>35%
50%
Proseguiamo ora la nostra analisi con il terzo gruppo di ingranaggi detto rapporto finale, composto
dal pignone di uscita cambio (z=15) e dalla corona (z=43) solidale con la ruota motrice; nel nostro
caso il rapporto vale 43/15=2,866.
Abbiamo ora a disposizione tutte le varie riduzioni di giri che ha subito il motore per poter calcolare
il rapporto totale: Rt=1,863x2,866x1,087=5.8.
Moltiplicando il rapporto di riduzione totale per il numero dei giri in cui si raggiunge la massima
potenza e, di seguito, per lo sviluppo del pneumatico posteriore, si ricava la massima velocità
raggiunta dalla moto presa in esame: 0,172x12000x1944x60=241 Km/h.
Nelle competizioni, ogni moto dispone di un numero elevato di possibili combinazioni tra i rapporti
del cambio in funzione delle diverse esigenze del circuito. Per le moto da strada ciò non è
possibile: un simile intervento richiederebbe, infatti, costi troppo elevati in cambio di un aumento
delle prestazioni del veicolo difficilmente percepibili dall'
utente medio. Risulta, al contrario, più
semplice intervenire modificando il rapporto di trasmissione finale. Di fatto, in commercio, è
relativamente facile trovare pignoni e corone con diverso numero di denti.
Ciò permette a chiunque di sostituire agevolmente l’intero gruppo di trasmissione finale, composto
da pignone, catena e corona, con un set personalizzato.
In questo schema vediamo rappresentati i principali organi
che trasmettono il moto dell’albero motore alla ruota
posteriore. I vari ingranaggi hanno il compito di ridurre o
moltiplicare la velocità di rotazione dei vari organi della
trasmissione del motore. La scelta dei rapporti del cambio
viene effettuata in base all’utilizzo a cui è destinata la
moto.
Nella scelta del numero di denti del pignone è raccomandabile non scendere al di sotto dei 15
denti, per non avere dei "tiri catena" troppo elevati e compromettere così la durata e l'
affidabilità
dell'
organo di trasmissione. Ricordiamo a questo proposito l'
importanza della manutenzione: è,
infatti, consigliabile tenere sempre lubrificata la catena e controllarne il gioco.
Più alto è il rapporto di trasmissione finale, più la moto in gergo si definisce "corta", viceversa, con
un rapporto basso, la moto verrà definita lunga. Per accorciare un rapporto si rimpicciolisce il
pignone, oppure si ingrandisce la corona. In linea di massima, un dente del pignone corrisponde a
tre denti della corona. Una moto con un rapporto corto risulterà più pronta in ripresa, ma
penalizzata alle alte velocità, dove risulterà "murata". Ricorderete a tale riguardo le immagini di
alcuni Gran Premi, quando i piloti non riescono a sfruttare la scia del concorrente che li precede
perché corti di rapporto.
In realtà, la ricerca del rapporto di trasmissione ottimale ha senso solo per un utilizzo agonistico del
nostro veicolo. Per quelli come me, motociclisti della domenica, quando vengono superati sui
tornanti della Serravalle o della Raticosa, quello che manca non è certo un dente in meno alla
corona, ma… la "manetta".
Antonello Maino