Differenziale, cambio e frizione: a cosa servono e come funzionano i principali componenti della trasmissione auto

Un veicolo si muove grazie al sistema di trasmissione, che comprende tutti quei componenti e sistemi necessari a trasferire l’energia prodotta dal motore alle ruote. Tra questi hanno un ruolo fondamentale la frizione, il differenziale e il cambio. Ognuno di questi componenti ha una sua funzione specifica e opera in sinergia con gli altri componenti per trasmettere alle ruote la coppia motrice in base alle caratteristiche del motore e alle condizioni di marcia.

La configurazione specifica della trasmissione varia in base alla posizione del motore e al tipo di trazione

Nelle auto con trazione anteriore e motore anteriore il sistema di trasmissione è costituito da: innesto a frizione, cambio, differenziale, semiassi, mozzi ruote.

Nei veicoli con motore anteriore e trazione posteriore, gli organi di trasmissione – partendo dal motore – comprendono: frizione; cambio, giunti elastici o cardanici, albero di trasmissione, coppia conica di riduzione, differenziale, semiassi (o semialberi), mozzi ruote.

L’acceleratore, che rende possibile la variazione di carico al motore, consente di regolare la potenza trasmessa alle ruote, mentre in contemporanea la trasmissione – servendosi del cambio – consente di dare la potenza massima alle ruote motrici in relazione alla velocità del veicolo (in base al numero di marce e i relativi rapporti di trasmissione).

Frizione, differenziale e cambio sono gli organi fondamentali del sistema di trasmissione e nel tempo hanno conosciuto una costante evoluzione tecnologica per migliorarne prestazioni e affidabilità. Molti interventi in officina sono direttamente o indirettamente legati a questi componenti fondamentali, con i quali i meccanici hanno ogni giorno a che fare.

Il differenziale: a cosa serve

Il differenziale dell’auto è un dispositivo meccanico essenziale per il veicolo, poiché assolve due funzioni principali:

• Regolazione delle velocità di rotazione delle ruote: il differenziale permette alle ruote dello stesso asse, o di assi differenti, di girare a velocità diverse. Questo aspetto è cruciale in situazioni come le curve, dove le ruote di uno stesso asse seguono traiettorie differenti: la ruota esterna, descrivendo un arco di raggio maggiore, necessita di girare più velocemente rispetto a quella interna.
• Distribuzione della coppia motrice: il differenziale ha inoltre l’importante funzione di trasferire in modo equilibrato la coppia fornita dal sistema di trasmissione, attraverso una presa di moto, ai due alberi di uscita. Questi possono essere i semiassi collegati direttamente alle ruote, oppure gli assi responsabili della trasmissione verso l’avantreno o il retrotreno nel caso di un differenziale posizionato centralmente, come accade tipicamente nei veicoli a trazione integrale.

Il differenziale è composto da una coppia di ingranaggi cilindrici di riduzione e da un sistema epicicloidale, formato da satelliti e due planetari. Questi ultimi sono collegati ai semiassi attraverso un giunto, consentendo la trasmissione del moto alle ruote.

Ingranaggi e rotismi del differenziale – sistema di trasmissione

Due o più ruote dentate (ingranaggi) possono essere tra loro ingranante per trasmettere la potenza meccanica dell’albero in entrata all’albero che esce del sistema, variandone parametri quali numero di giri e coppia. Tali sistemi sono chiamati rotismi e possono essere suddivisi in due categorie: riduttore e moltiplicatore. Quando il numero di giri dell’albero in uscita è minore rispetto a quello entrante si sta parlando di un riduttore: i risultato è una moltiplicazione della coppia in uscita rispetto a quella in entrata. Quando invece avviene il contrario si parla di moltiplicatore.

Il cambio e il differenziale sono composti da ingranaggi che consentono dunque di variare i valori di coppia e velocità tra l’albero d’ingresso e quello d’uscita, rendendo la trasmissione versatile ed efficiente. È il differente numero di denti delle ruote a permettere di variare la potenza trasmessa, mentre, come è noto, i denti per ingranare devono avere le stesse geometrie e caratteristiche di durezza superficiale e resistenza .

Per aumentare il numero di denti che ingranano si utilizzano ruote dentate cilindriche con denti elicoidali, che migliorano la distribuzione delle forze. Il vantaggio è quello di poter ridurre le dimensioni degli ingranaggi, risparmiando spazio e riducendo il peso. Il migliore accoppiamento tra i denti riduce inoltre l’usura aumentando la durata.

Cambio dell’auto: come è fatto e come funziona

Il cambio dell’auto e di qualsiasi altro veicolo utilizza i rotismi per variare i rapporti di trasmissione. La sua funzione principale è infatti quella variare il rapporto di trasmissione tra il motore e le ruote per adattare la coppia e la velocità in base alle esigenze di guida. Esistono diverse tipologie di cambi, ma il principio di funzionamento si basa su un sistema di ingranaggi e componenti ausiliari che regolano la trasmissione della potenza.

Per le marce in avanti si utilizzano ingranaggi a elicoidale, mentre per la per le marce in avanti la retromarcia a denti dritti.

Il cambio è composto da diversi elementi fondamentali:

• Albero primario: riceve la potenza dal motore.
• Albero secondario: trasmette la potenza alle ruote motrici.
• Ingranaggi: coppie di ruote dentate che determinano i rapporti di trasmissione.
• Dispositivo di sincronizzazione: consente il passaggio fluido da una marcia all’altra (nei cambi manuali).
• Frizione o convertitore di coppia: gestisce il disaccoppiamento tra il motore e la trasmissione.
• Selettore o attuatori elettronici: regolano i cambi di marcia (nei sistemi automatici o robotizzati).

Il cambio manuale si basa su un sistema di frizione e ingranaggi che consentono il passaggio tra diverse marce.

Il cambio automatico, sempre più utilizzato, si basa su un convertitore di coppia e un sistema di ingranaggi planetari gestiti da un’unità di controllo elettronico (TCU).

Il cambio a doppia frizione DCT unisce i vantaggi del cambio automatico e manuale, con due frizioni indipendenti per marce pari e dispari. Il cambio CVT (Continuously Variable Transmission) utilizza un sistema di pulegge e cinghia per un cambio fluido delle marce.

Frizione auto: come funziona

La frizione ha l’importantissima funzione di collegare il volano motore al cambio, consentendo il corretto accoppiamento e disaccoppiamento tra il motore e il cambio . L’innesto a frizione serve infatti innestare e disinnestare il collegamento della trasmissione al motore. Nell’avvio la frizione ha inoltre la funzione di collegare gradualmente il motore alla trasmissione, evitando colpi o strappi. E’ la resistenza di attrito che si sviluppa tra le superfici del disco /dischi della frizione a consentire la trasmissione della potenza dal motore alla trasmissione.

La frizione si consuma maggiormente quando si innesta in fase di avvio del veicolo: essendo molto diverse le velocità tra volano e albero di ingresso del cambio si ha di conseguenza uno slittamento maggiore. Quando invece si cambia marcia, la molla della frizione riduce lo slittamento e dunque l’usura delle superfici di attrito e la potenza dissipata.

Nei cambi di marcia invece, la rapida e robusta azione della molla che agisce sullo spingidisco riduce al minimo lo slittamento e quindi anche il consumo delle superfici di attrito e la potenza dissipata. Anche le molle presenti tra disco e mozzo portadisco servono ad attenuare vibrazioni e contraccolpi riducendo l’usura delle guarnizioni sul disco.

Ci sono tuttavia vari fattori che possono influire sulla durata della frizione e rendere necessaria la sua sostituzione.