Il cambio dell’auto: a cosa serve e come si usa

La macchina è composta da tante parti in stretto collegamento tra loro che, funzionando in sincrono, permettono al veicolo di muoversi. Naturalmente anche il conducente collabora in questa operazione, non solo mettendo in moto l’automobile, ma anche scegliendo la direzione e la velocità agendo sul volante e sul cambio. ma sappiamo davvero come queste componenti funzionano? Ad esempio il cambio delle marce, sappiamo come influisce sul movimento del veicolo? Scopriamo insieme cos’è ed a cosa serve il cambio dell’auto.

Il cambio dell’auto consente al veicolo di muoversi

Il cambio o cambio di velocità è un componente meccanico che ha la funzione di modificare la caratteristica della coppia in uscita da un motore, così come farebbe un riduttore di velocità. La leva del cambio, poi, permette di selezionare di volta in volta un rapporto di trasmissione differente, a seconda della gamma di cui il cambio è dotato. Generalmente con il termine cambio ci si riferisce alla tipologia che più spesso si trova sugli automezzi, cioè quella a scatola di ingranaggi, grazie alla quale è possibile cambiare la marcia alo veicolo. La presenza del cambio sugli autoveicoli e sui rotabili ferroviari a motore termico ha lo scopo di permettere la variazione entro ampi limiti della velocità del mezzo pur mantenendo il motore a combustione interna entro un regime di funzionamento ottimale per rendimento, coppia motrice o potenza. Ricordiamo che i cambi di velocità possono essere impiegati anche nelle macchine industriali come per esempio i torni per metalli. Mentre, il cambio è assente nelle macchine e nei veicoli che impiegano una trasmissione di tipo elettrico o idraulico, questo perché sono caratterizzati da alta coppia anche a motore fermo o a bassissimi regimi di rotazione rendendo la funzione del cambio completamente inutile.

Nei mezzi di trasporto su strada, il cambio è fondamentale anche perché permette di variare il rapporto tra il regime motore e la velocità del veicolo, al fine di ottenere una coppia motrice appropriata alle ruote. Il motore infatti presenta regimi di rotazione ottimali diversi a seconda che occorra privilegiare il rendimento chilometrico, la coppia e potenza o regime di sottocoppia. Nelle automobili standard a 5 marce, nelle marce basse il cambio agisce come riduttore di velocità, mentre nelle marce alte, cioè la quinta e la sesta, i rapporti di trasmissione sono unitari o sopra l’unità. Di solito l’ultima marcia, generalmente la quinta ma in alcune auto molto potenti si arriva anche alla sesta, è del tipo a “riposo”, studiata per l’uso ottimale in autostrada. Esistono diverse tipologie di cambio:

Manuale (cambio ad H)

Il cambio manuale è presente nelle primissime moto e praticamente in tutte le moderne automobili. Questo cambio varia il rapporto di trasmissione tramite una leva che viene mossa, andando a formare la tipica forma ad “H”, di qui il nome. Le coppie d’ingranaggi sono disposte su due alberi e sono sempre tutti accoppiati e in rotazione, ma gli ingranaggi sull’albero condotto sono liberi di girare e non ingaggiano l’albero condotto stesso, che ci scivola dentro. Tra l’albero condotto e gli ingranaggi ci sono dei selettori, cioè delle corone internamente dentate, calettati su di esso e ad esso solidali. Con l’azionamento della leva si sposta il selettore grazie al lavoro delle forchette selezionatrici, così da collegare la ruota dentata calettata sull’albero motore ai corrispondenti denti praticati su una corona solidale all’ingranaggio della marcia scelta. Il cambio può avere un’azione di cambiata differente a seconda che sia del tipo “sincronizzato” o “non sincronizzato”. Per essere chiamato tale, un cambio deve possedere almeno due rapporti mentre non esiste un limite superiore a questo numero purchè sia ragionevolmente di costo contenuto, di poco ingombro e di ampia utilità. Infatti, un cambio munito di un numero maggiore di rapporti è generalmente più pesante, ingombrante e costoso di un cambio che ne possiede meno, tuttavia a seconda delle caratteristiche del motore e dell’inerzia del carico a valle del cambio stesso è in molti casi possibile ottenere maggiori efficienze globali con il frazionamento dell’accelerazione su un numero maggiore di rapporti. Nel 1955 venne realizzato il motore Minarelli “Pettirosso” da 50 cm³ e poiché era montato su di un veicolo relativamente economico, era dotato di un cambio a due sole velocità comandato dalla manopola, mentre la maggior parte delle automobili già nella prima metà del Novecento era dotata di cambio a tre o quattro rapporti, sia per via del costo più elevato di acquisto che lo permetteva, sia per la maggiore utilità di questo a fronte della grossa inerzia di cui le pesanti autovetture erano dotate. Con il miglioramento dei processi produttivi e quindi l’abbattimento dei costi di produzione, i cambi a maggior numero di rapporti sono diventati i più comuni. Tradizionalmente i cambi meccanici moderni sono dotati di cinque o più rapporti. La quinta e la sesta marcia furono introdotte con l’aumentare delle velocità raggiungibili dai veicoli, per risparmiare combustibile.

Le macchine agricole ed i mezzi pesanti tendono ad avere, invece, cambi dotati di molti rapporti, per via dei grossi carichi che devono poter affrontare. Tali cambi hanno la possibilità di selezionare due ingranaggi di una serie, in modo da avere quindi due cambi di velocità in serie. Il comando in quel caso avviene per mezzo di leve distinte, comandi secondari sulla leva o elettronicamente. La retromarcia è realizzata con l’ausilio di un terzo albero con un ingranaggio che trasmette il moto tra l’albero primario e secondario invertendone il senso di rotazione. Un cambio può anche essere dotato di un numero multiplo di retromarce, uguale o diverso da quello delle marce normali. Può essere presente, a monte o a valle del cambio, un sistema con la sola funzione di invertire il senso di rotazione dell’albero condotto in tutte le marce permettendo al cambio principale di essere sprovvisto di retromarcia.

Automatico

Nell’epoca moderna si è passati ad un meccanismo automatico del cambio delle marce, sistema in grado di selezionare automaticamente il rapporto senza l’intervento del conducente, semplificando notevolmente la guida. Il sistema più usato è di tipo idraulico, basato sulle variazioni di pressione, che però presenta problemi di costo, affidabilità e consumo di combustibile. Il cambio automatico infatti è particolarmente diffuso in paesi dove il costo della benzina è particolarmente basso, come gli Stati Uniti, dove cinque auto su sei hanno installato questo dispositivo. Con il progresso tecnologico e soprattutto l’introduzione dell’elettronica nel settore automobilistico, sono stati realizzati diversi tipi di cambi automatici a controllo computerizzato:

• Cambio robotizzato in modalità automatica, che basandosi su cambi meccanici tradizionali eliminano gli inconvenienti tipici del cambio automatico idraulico. Questo sistema ha avuto una discreta diffusione in Europa, dove il costo del combustibile è quasi il doppio che in America.
• Cambio continuo, in cui non esistono valori fissi, ma il rapporto varia con continuità entro due limiti estremi, questo cambio è detto anche CVT ma è poco usato in campo automobilistico, solo da pochi anni a questa parte viene utilizzato in questo campo.

Il cambio automatico è poco diffuso in Europa, dove è per molti non è altro che un costoso optional impiegato sulle auto di fascia alta o nei veicoli per disabili. Negli ultimi anni la situazione pare stia decisamente cambiando. In effetti si realizzano cambi automatici sempre più prestanti con un consumo minore di carburante a prezzi sempre più ridotti. La tradizione di guida europea predilige, però, di gran lunga il classico cambio manuale rispetto a quello automatico, che sebbene semplifichi la guida, lascia al guidatore minore controllo sullo stile di guida. Negli Stati Uniti invece la situazione è esattamente opposta. Una diversa tradizione di guida, i costi accessibili del carburante, gli enormi ingorghi nelle grandi città hanno sancito il successo del cambio automatico adottato nella maggior parte dei veicoli. Il cambio manuale è invece considerato tutt’al più un “costoso” optional impiegato solo sulle auto sportive o che comunque non vengano usate come semplice mezzo di trasporto. Quando utilizzare l’auto è l’unico modo che si ha per spostarsi da un posto all’altro, quando si ha necessità di recarsi a lavoro tutti i giorni, diventa fondamentale risparmiare sui consumi della propria automobile. Ecco perché, probabilmente, solo quando il prezzo del carburante raggiungerà costi ragionevoli anche da noi in Europa, solo allora forse i veicoli con cambio automatico potranno superare in numero quelli con cambio classico. Di sicuro un incentivo in questo senso arriva dalla aziende automobilistiche, sempre alla ricerca si sistemi innovativi in grado di fornire ottime prestazioni, confort e risparmio.