Meccanismo per il cambiamento di velocità e per la marcia indietro.
I motori a scoppio, come si è più volte ripetuto, hanno il loro massimo rendimento quando girano costantemente con una data velocità che è quella, diremo, di regime.
Siccome il lavoro sviluppato da un motore a scoppio è proporzionale, a parità di altre condizioni, al volume d'aria carburata consumata nell'unità di tempo, e quindi al numero dei giri dell'albero a gomiti, si comprende facilmente che ogni diminuzione di velocità del motore porta ad una diminuzione della sua potenza, quindi non si potrà variare la velocità di traslazione di una vettura modificando la velocità di rotazione del motore, specialmente quando il lavoro resistente corrisponde alla potenza massima del motore.
Per le dette ragioni, volendosi colla vettura marciare alla velocità che si desidera, dalla minima alla massima permessa dalla potenza del motore, è necessario un meccanismo col quale il conduttore possa variare la velocità della vettura, pur compiendo sempre il motore approssimativamente lo stesso numero di giri nell'unità di tempo.
Gli apparecchi per il cambiamento di velocità possono essere a variazione continua o a variazione discontinua.
I primi teoricamente sarebbero i più indicati, ma per gli inconvenienti che essi presentano praticamente non hanno avuto che fuggevole applicazione. Fra di essi erano preferiti quelli a dischi e coni di frizione e quelli con pulegge estensibili.
I meccanismi a variazione discontinua sono quelli comunemente usati, sebbene non sia loro dato che di trasmettere alla vettura due, tre o quattro velocità, corrispondentemente ad una data velocità del motore.
Essi possono essere:
per cinghie e pulegge;
e per ingranaggi.
Le trasmissioni per cinghie e pulegge sono le più semplici e furono adottate nei primordi dell'automobilismo.
Si hanno due alberi paralleli di cui uno è il condotto e l'altro il motore; due pulegge sono calettate una per ciascun albero e sono riunite per mezzo di cinghie; l'albero condotto prende una velocità dipendente da quella dell'albero motore e dal rapporto del diametro delle due pulegge. Combinando due o tre coppie di diametri differenti si ottengono due, tre diversi rapporti di velocità.
I cambiamenti di velocità si ottengono mediante pulegge folli e il trasporto di cinghia per mezzo di forchette manovrate dal conduttore; si ottengono anche mediante la manovra di un tenditore scorrevole, che tende la cinghia dell'una o dell'altra coppia di pulegge. Nel 1º caso le cinghie sono tese e, generalmente, a tratti incrociati, per avere colle pulegge la maggior superfice di contatto; nel secondo sono lente e a tratti paralleli.
La marcia indietro si ottiene con una disposizione inversa dei tratti della cinghia.
Le cinghie di cuoio hanno l'inconveniente di allungarsi ed anche di slittare sulle pulegge. Esse debbono venire talvolta raccorciate, se non v'è la possibilità di spostare l'albero condotto. Inoltre esse si consumano facilmente e si rompono e debbono sovente venir cambiate. Per questa ragione alcuni costruttori hanno sostituito, alle cinghie di cuoio, delle cinghie speciali di tela e gomma resistente flessibile, leggermente elastiche, poco estensibili.
Il cambio di velocità per cinghie occupa anche troppo posto; ha però il vantaggio di essere semplice, economico, silenzioso, elastico e di permettere l'utilizzazione della marcia indietro come freno.
Usati ormai generalmente sono i meccanismi per ingranaggi che si possono classificare in queste tre categorie:
1º Con ingranaggi sempre in presa e comandati o da innesti a denti o da nottolini;
2º Con ingranaggi sempre in presa e comandati con frizioni;
3º Con albero condotto mobile unitamente cogli ingranaggi calettati su di esso e detto a train baladeur; con tal sistema si viene ad ottenere che ciascun ingranaggio dell'albero motore possa successivamente venire in presa coll'ingranaggio corrispondente dell'albero condotto.
In tutti questi tre sistemi la velocità dell'albero condotto è inversamente proporzionale al rapporto dei diametri degli ingranaggi in azione.
La trasmissione per ingranaggi presenta poco disperdimento di forza ed occupa poco spazio, non è però scevra di inconvenienti, quali rumore, la mancanza di elasticità, il maggior costo, il cambiamento brusco della velocità. Il rapporto di riduzione della velocità è generalmente inferiore a 18.
Nel primo tipo il motore comanda l'albero principale A; l'albero B è il condotto e trasmette il suo moto al differenziale. Le ruote che sono montate sull'albero A sono ad esse solidali, invece quelle su B sono folli, ma portano delle sporgenze che corrispondono esattamente ai vani dei manicotti c e d che girano coll'albero C, sul quale però possono scorrere e spostarsi.
Fig. 65.
Nella figura 65 il meccanismo è in posizione da non dar luogo a trasmissione di movimento all'albero B. Quando si mettano in presa i manicotti c e d con una delle ruote vicine, allora vi è trasmissione di movimento e velocità differenti a seconda della ruota condotta.
Le ruote 1 dànno la velocità più piccola, le 2 la velocità media e finalmente le 3 la velocità grande.
Per la marcia indietro vi sono le ruote 4 le quali però si comunicano il movimento mediante un rocchetto supplementare detto satellite disposto al disotto.
Fig. 66.
I cambi con ingranaggi sempre in presa, comandati da nottolini, sono da noi del tutto abbandonati. La Fiat nel passato usava questo sistema che ha poi prontamente abbandonato.
Anche i cambi con frizione sono poco usati.
Riteniamo opportuno ricordare in questo punto il cambio con ingranaggi sempre in presa del Rosselli.
Due alberi colle ruote dentate sempre in presa. Le corone delle ruote, come si vede nella fig. 66, sono molto larghe, in modo da dar luogo ad un'usura moderata; profilato secondo ogni regola d'arte, questo cambio è silenzioso anche dopo lungo uso.
Sull'albero condotto, le ruote sono folli e ciascuna viene resa fissa da un'asta con apposito meccanismo interno che scorre lungo l'asse stesso.
Unito al cambio si ha il differenziale ed il freno; le velocità sono quattro oltre a quella corrispondente alla marcia indietro.
Il tutto è al solito immerso nell'olio e grasso.
I detti cambiamenti di velocità occupano poco spazio, però si logorano rapidamente e presentano una certa complicazione nei nottolini e leve di manovra: con tutto ciò sono usati molto in America.
Il tipo ormai usato da tutti i costruttori è quello a train baladeur ad uno o più trains.
Quello a più treni è il più sparso.
Nella fig. 67 è rappresentato il cambio di velocità adottato dalla Fiat; è molto semplice.
Vi sono al solito due alberi, l'uno principale e l'altro condotto che è quello che porta gli ingranaggi fissi e dà il moto al differenziale.
Sull'albero principale mosso dal motore si hanno i due train baladeur costituiti dalle due coppie di ruote 1, 2, 3 e 4. Queste ruote possono scorrere lungo l'albero col quale sono costrette a muoversi.
Fig. 67.
Quando la 1 ingrana colla 1' si ha la prima velocità, quando 2 ingrana colla 2' la seconda, 3 con 3' ci dànno la terza, 4 con 4' la quarta. La marcia indietro si ottiene con un pignone satellite non rappresentato in figura, che viene a ingranare coll'ingranaggio della 1ª velocità. Come si vede, la Fiat non fa uso di presa diretta per la massima velocità ed il differenziale è spostato rispetto all'asse della vettura.
Cambio ad un solo train baladeur. — Nella fig. 68 è rappresentato il cambio ad un solo train baladeur usato nelle piccole vetture Peugeot.
È a tre velocità colla terza in presa diretta.
In M si ha il manicotto d'attacco, in B (il baladeur), cioè la coppia di ruote spostabili lungo l'asse A di sezione quadrata — in G si ha il giunto cardanico; A' è l'albero con ingranaggi fissi; in a ed a' gli attacchi per la presa diretta per la 3ª velocità, in R l'ingranaggio per la marcia indietro.
Fig. 68.
Fra le Case che hanno il cambio ad un solo train baladeur ricorderemo la Richard Brasier e la Renault.
Fra i cambi di velocità, ricorderemo ancora quello della Zust a quattro velocità e marcia indietro, a tre train baladeur, due per la marcia diretta e uno per la marcia indietro. La quarta velocità è in presa diretta.
Notevole in questo cambio è il fatto che le tre prime velocità si trasmettono il movimento al differenziale con una coppia d'ingranaggi conici ad angolo CC' e la quarta con un'altra coppia DD'. La fig. 69 rappresenta un ingranaggio simile a quello della Zust.
1 1' prima velocità — 2 2' seconda — 3 3' terza — spingendo la ruota 3 indietro si mette in presa diretta per la 4ª velocità.
Il satellite S serve per la marcia indietro.
Tutti i cambî sono chiusi in carter d'alluminio o di lamiera d'acciaio e sono immersi in grasso ed olio.
Fig. 69.
Prima di por termine a questo argomento ricorderemo che la Richard-Brasier ha adottato nelle sue vetture un riduttore di velocità — che può essere montato sulle vetture dietro richiesta del cliente. — Esso è posto tra il cambio e il differenziale; con detto apparecchio, le velocità vengono ridotte nel rapporto da 100 a 56, si possono cioè avere 8 velocità, con ciò resta più facile al conduttore adattare la velocità al profilo della strada.
Nei paesi di montagna, specialmente, può essere molto indicato il riduttore. Molte volte infatti si è costretti a marciare in prima velocità, sfruttando solo in parte la potenza del motore, perchè non si può adottare una velocità intermedia tra la prima e la seconda. Nelle vetture per corse in terreno montuoso, la questione del rapporto delle velocità è molto importante.