Frizione (meccanica)

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

La frizione è un organo meccanico che ha la funzione di connettere a comando due alberi per permettere o meno ed eventualmente modulare la trasmissione del moto rotatorio.

Funzionamento della frizione: agendo sul pedale si separano temporaneamente le due "placche" che collegano il volano all'albero motore, non permettendo il trasferimento della rotazione

Introduzione[modifica | modifica wikitesto]

In parole più semplici, la frizione è un meccanismo che, avvalendosi dell'attrito, consente di unire gradualmente il moto di due alberi che ruotano a velocità diversa. Questa sua caratteristica è parecchio utilizzata nell'ambito dei sistemi di trasmissione. Per esempio, per far partire gradualmente un'automobile con motore a combustione senza spegnere il motore, è necessario che la trazione sia applicata in modo progressivo; qui interviene la frizione che rende possibile ciò. Il suo funzionamento rimanda a quello dei freni di un'auto, ma opera inversamente: i freni sono fermi, e la ruota non viene bloccata istantaneamente, ma gradualmente grazie all'attrito; similmente la frizione muove gradualmente un albero fermo o in rotazione a velocità diversa (da quella dell'albero di trasmissione).

L'apertura (disinnesto) o chiusura (innesto) della frizione avvengono per via meccanica (tramite leve e/o cavi tiranti), per via idraulica, pneumatica o elettrica.

Esistono poi frizioni automatiche, in grado di aprirsi se il momento torcente supera un valore limite (limitatori di coppia) o chiudersi al superamento di una certa velocità angolare.

Frizione delle macchine operatrici[modifica | modifica wikitesto]

Il sistema di trasmissione a ruote di frizione è usato per trasmettere il moto internamente alla testa motrice di una macchina o macchina utensile.

Si può utilizzare il punto di frizione, che si basa sulla calettatura di due ruote di determinati diametri e larghezze su due alberi paralleli in modo che le due ruote si tocchino in un punto detto punto di frizione.

In una trasmissione a ruote di frizione è necessario che una ruota sia motrice e l'altra condotta, non è possibile avere due ruote di frizione entrambe motrici o entrambe condotte. Avendo una ruota motrice e l'altra condotta, dal momento che il punto di frizione è singolo (in un sistema ideale, nel sistema reale la differenza è trascurabile) si ha una velocità periferica costante.
V_{p1} = V_{p2} = \frac {\pi D_1 n_1} {1000} = \frac {\pi D_2 n_2} {1000}
Semplificando la formula si ottiene un'uguaglianza tra il prodotto del numero di giri e del diametro di ciascuna ruota.
D_1 n_1 = D_2 n_2 Si arriva così a definire il rapporto di trasmissione indicato con la lettera greca τ (tau), ovvero il rapporto tra il diametro della prima ruota e quello della seconda, equivalente al rapporto tra il numero di giri della seconda ruota e quello della prima; possiamo affermare quindi che in una trasmissione con ruote di frizione il numero di giri di una ruota è inversamente proporzionale al diametro della stessa.
\tau = \frac {D_1} {D_2} = \frac {n_2} {n_1}

Mentre per le apparecchiature di potenza, come le filiere si utilizzano delle frizioni non molto diverse da quelle automobilistiche o motociclistiche, infatti queste si differenziano per via del comando magnetico, che le scollega in caso di eccessiva forza applicata, per via di un malfunzionamento o errore d'impostazione, oppure durante il cambio del rapporto di trasmissione e/o del verso di rotazione.

Frizione sui veicoli[modifica | modifica wikitesto]

Frizione di tipo automobilistico
Frizione di tipo motociclistico
Frizione centrifuga

Una applicazione tipica è nell'automobile, dove la frizione inserita nella trasmissione tra il motore ed il cambio permette il temporaneo disinserimento della coppia motrice prodotta dal motore per permettere il cambio della velocità e scollega le ruote dal motore quando il veicolo è fermo, mantenendo acceso il propulsore.

Storia ed evoluzione[modifica | modifica wikitesto]

Il principale impedimento all'applicazione pratica del motore a combustione interna in veicoli terrestri era il fatto che, a differenza del motore a vapore, non poteva partire da fermo. Fino dalle prime automobili con motore a scoppio di Benz e Daimler ci si pose il problema di come trasferire il movimento del motore alle ruote in modo da avviare progressivamente la vettura. Il sistema scelto fu quello a cinghia e pulegge, già in uso su altri tipi di macchinari statici. Con questo sistema si otteneva il duplice risultato di mettere in movimento gradatamente il mezzo tramite un voluto slittamento iniziale della cinghia o tramite il lascamento comandato di essa e la possibilità di avere un primitivo cambio, utilizzando più pulegge di diverso diametro sulle quali veniva spostata la cinghia per variare i rapporti e una puleggia libera per ottenere la posizione di folle. Questo sistema, pur con molteplici varianti, venne utilizzato su quasi tutte le automobili fino agli ultimi anni dell'800 e in alcuni casi anche nei primissimi anni del '900.

Le prime vere frizioni apparvero tra il 1899 e l'inizio del nuovo secolo con l'introduzione della frizione a cono: due superfici tronco-coniche una delle quali rivestita di cuoio e l'altra in metallo, quest'ultima collegata al motore e facente parte del volano come avviene tuttora, venivano spinte l'una contro l'altra da un sistema a molla tramite un meccanismo a leva o a pedale azionato dal guidatore. Le frizioni a cono erano sostanzialmente di due tipi, a cono dritto, con la conicità dal lato volano convergente verso il motore, o a cono rovesciato, con conicità inversa, sistema usato soprattutto sulle prime vetture di produzione francese come Talbot e Renault. La frizione a cono di cuoio mostrò presto i suoi limiti di utilizzo, si pensi che nei manuali dell'epoca si raccomandava di azionarla con cautela finché il cuoio era nuovo o di fare attenzione a non bagnarlo quando si lavava la vettura e in caso di usura e slittamento si consigliava l'uso di polvere di zolfo se non addirittura di pece.

Difatti si può dire che ciò che diede il vero impulso allo sviluppo dell'automobile fu l'introduzione della frizione (mentre la tecnologia dei motori endotermici era già sviluppata da anni ed utilizzata nei motori marini fuoribordo).

Una prima alternativa, ma di scarso utilizzo, alla frizione a cono fu la frizione a tamburo, un sistema simile a quello dei tamburi dei freni, con il materiale d'attrito posto su delle ganasce oppure sulla superficie interna del tamburo con un anello prodotto dall'inglese Herbert Frood, fondatore della Ferodo, che ebbe un ruolo importante nell'evoluzione dei materiali d'attrito sia dei freni che delle frizioni. Con l'aumento della potenza dei motori nemmeno questo sistema risultò più idoneo dovendo aumentare a dismisura il diametro del tamburo o della superficie d'attrito.

Così si arrivò presto alle frizioni a dischi multipli in acciaio a bagno d'olio ed un ruolo importante lo ebbero le vetture da competizione che tra gli anni '10 e '20 utilizzavano questo sistema per gestire la potenza dei motori. Passando per le frizioni a disco unico a bagno d'olio con il sughero quale materiale d'attrito, successivamente, con l'evoluzione dei materiali, vennero finalmente realizzate le frizioni a secco a disco unico, il sistema comunemente utilizzato sugli attuali autoveicoli, dalle autovetture ai veicoli commerciali leggeri.

Tipo di frizione[modifica | modifica wikitesto]

Le frizioni possono funzionare in vario modo:

  • Frizione a secco, la frizione rimane in un ambiente isolato o viene lasciata parzialmente esposta all'aria, il che permette di ridurre al minimo l'assorbimento energetico della stessa, assorbimenti dati dall'attrito viscoso e dallo sbattimento con l'olio.
  • Frizione a bagno d'olio, in cui l'elemento di attrito è immerso in un liquido refrigerante e lubrificante, che ne migliora la durata e la resistenza allo stress.
  • Frizione centrifuga, caratterizzata da un funzionamento automatico, legato ai regimi di rotazione della stessa.
  • Convertitore di coppia, sistema usato nei cambi automatici

Struttura della frizione[modifica | modifica wikitesto]

Frizione multidisco a secco di un motore Ducati

Le frizioni a seconda del tipo, hanno strutture differenti:

  • Frizione monodisco, negli autoveicoli la frizione attualmente più usata è quella monodisco a secco. La coppia fornita dal motore viene trasmessa all’albero condotto sfruttando la resistenza d’attrito che si sviluppa tra le due superfici, una solidale all’albero motore e l’altra all’albero di entrata del cambio, premute tra loro grazie all’azione di molle. Il disco condotto, in lamierino di acciaio e dotato di guarnizioni ad anello ad elevato coefficiente d’attrito fissate ad esso tramite ribattini, è montato sul mozzo scanalato: la scanalatura permette al disco uno scorrimento di qualche millimetro. Per rendere più elastico e progressivo l’innesto il disco è provvisto di molle parastrappi. Il meccanismo spingidisco ha il compito di portare avanti e premere il disco condotto contro il volano fissato all’albero motore. Il componente che permette di poter agire sul meccanismo in rotazione è il reggispinta, costituito da un cuscinetto, generalmente a sfere, atto a sopportare una spinta assiale. Premendo il pedale, la leva di comando allontana il disco condotto dal volano. Rilasciando il pedale del disco riavviene il contatto. Per l’attrito che si genera tra le diverse superfici si giunge alla stessa velocità di rotazione.
  • Frizione multidisco, nella frizione a dischi multipli (in bagno d’olio o a secco) costituita da più dischi condotti, viene aumentata la coppia motrice in quanto risulta aumentata la superficie di contatto. Il comando delle due frizioni può essere sia meccanico che idraulico. Il massimo sforzo da esercitare sul pedale è di circa 120 N e di circa 180 N sugli autocarri. Tale forza viene moltiplicata tramite leve e tiranti (comando meccanico) o da comandi oleodinamici.
  • Frizione centrifuga, prevalentemente utilizzata nelle applicazioni scooteristiche e minimoto:
    • A masse mobili, è il tipo di frizione più usato, dove è composta da masse mobili, poste su perni e libere di fluttuare (esattamente come il freno a tamburo), mentre le molle agiscono su tali masse, in modo che queste non trasmettano il moto prima di un determinato limite (o che agiscano in modo inverso).
    • A sfere, è il modello più recente, dove la frizione viene azionata da sfere che scorrono su una guida facendole portare verso l'esterno all'aumentare della velocità di rotazione, in modo d'azionare la frizione permettendo la trasmissione del moto (esattamente come la prima puleggia del cambio a variomatic)

Comando della frizione[modifica | modifica wikitesto]

Nelle automobili, quando viene premuto il pedale di comando (il pedale più a sinistra), attraverso un cavo tirante o un sistema idraulico, si allenta la pressione del meccanismo spingidisco, generata da una molla a tazza a lamine radiali sui veicoli attuali o da più molle lineari a torsione in precedenza, e il disco viene liberato e allontanato dal volano, sconnettendo le due parti.

Nelle motociclette la frizione viene aperta per mezzo di una leva posta sulla maniglia di sinistra del manubrio.

Negli scooter senza marce, nelle motoseghe, Decespugliatore ed altri utensili muniti di motore a combustione, vengono utilizzate le frizioni automatiche, che per effetto di masse soggette alla forza centrifuga, sono in grado di innestarsi quando la velocità angolare supera un determinato limite.
In altri apparecchi, per esempio alcuni tosaerba, sono impiegate frizioni che si aprono se la coppia resistente supera un valore limite, per esempio se la macchina o lama incontra un ostacolo.

Numero di dischi[modifica | modifica wikitesto]

Disco frizione di automobile, si nota il parastrappi con molle di diverso tipo distinte dalla colorazione

Le frizioni possono avere diversi numeri di dischi:

  • Disco singolo
  • Doppio disco
  • Triplo disco
  • Multidisco, generalmente sono formate da 6 dischi condotti e 7 dischi conduttori

Le frizioni a doppio e triplo disco il cui scopo è di trasmettere maggiore coppia rispetto a quelle singole e vengono montate ovviamente su vetture prestanti, mentre le multidisco sono le frizioni adoperata per le motociclette.

Il disco della frizione è generalmente dotato di parastrappi, sistema usato praticamente su tutti gli autoveicoli attuali, in modo da rendere meno brusco l'innesto. Questo sistema è generalmente applicato al mozzo del disco e funzionante con più molle elicoidali di eguale o diversa taratura, ma può essere inversamente applicato al volano utilizzando un disco rigido.

Varianti[modifica | modifica wikitesto]

La frizione per trazione oltre che dal modello tradizione è costituita anche da altre varianti:

Frizione antisaltellamento[modifica | modifica wikitesto]

Questo tipo di frizione è usata principalmente sulle motociclette, si distingue dalla frizione normale per il semplice fatto che nell'eventualità che il freno motore sia eccessivo, questa slitta per evitare che la ruota posteriore si blocchi e porti alla caduta della moto e del pilota.

A ruota libera[modifica | modifica wikitesto]

Le prime frizioni antisaltellamento furono dotate di sistemi a ruota libera, che svincolavano completamente il motore dalla ruota qualora si ritrovasse a un regime inferiore rispetto alla trasmissione.

Queste frizioni furono prodotte a metà anni '80, per l'Honda VF[1]

A camme[modifica | modifica wikitesto]

Questo perché sono munite di un sistema a frizione, governato da una coppia di dischi con un profilo specifico a camme e tenuti premuti da una molla, il profilo dei dischi è studiato in modo che con il motore in trazione si trasmette tutta la forza senza agire minimamente sulla molla che li tiene assieme, mentre con il motore a riposo che fa da freno possono slittare l'uno su l'altro grazie a delle sfere metalliche, vincendo la forza della molla che li tiene uniti, minore sarà la resistenza della molla e minore sarà l'effetto del freno motore e la possibilità d'avere un bloccaggio della ruota posteriore.

Servoassistite[modifica | modifica wikitesto]

Un altro tipo di frizione antisaltellamento è la frizione APTC (Adler Power Torque Clutch) che non utilizza questo dispositivo aggiuntivo, ma una particolare conformazione della frizione stessa, che invece di tenere premuti i dischi frizione tramite la forza delle molle, utilizza anche la forza di trasmissione del motore, il che permette di ridurre la rigidezza delle molle da adoperare e la forza necessaria per azionare la frizione.

A depressione[modifica | modifica wikitesto]

In alcun motori Rotax sono usati dei sistemi pneumatici a depressione, che tramite la pressione presente sul condotto d'aspirazione del motore, si va a d agire in modo più o meno marcato sulla frizione, andando ad azionare automaticamente la frizione, in modo da distaccare i dischi frizione e ridurre la trasmissione.[1]

Doppia frizione[modifica | modifica wikitesto]

Motore a doppia frizione della Honda VFR 1200 F

Nei primi anni '80 sono stati prodotti i primi sistemi a doppia frizione per uso agonistico, mentre all'inizio del XXI secolo, questi sono stati introdotti nei mezzi di serie, per ridurre i tempi di cambiata, soprattutto nel passaggio dalla marcia inferiore a quella superiore.[2]

Difatti questo sistema permette d'ingranare due rapporti contemporaneamente (di due gruppi diversi, di cui uno contenente le marce pari e l'altro le marce dispari), ma solo uno di questi trasmette il moto, dato che il secondo viene lasciato ruotare libero, visto che la frizione che comanda questo secondo ingranaggio lo svincola dall'albero.

Il primo sistema di questo tipo è stato denominato cambio a doppia frizione.

Questa frizione può essere di diverso tipo:

  • Coassiale la frizione agisce su due alberi primari del cambio concentrici tra loro
    • Concentrica, si hanno delle frizioni di due grandezze diverse, di cui una risiede dentro l'altra o davanti l'altra
    • Gemella, le due frizioni sono della stessa grandezza e ruotano sullo stesso asse, disposte una davanti l'altra
  • Doppia frizione separata, le due frizioni sono indipendenti l'una dall'altra e agiscono ognuna su un albero primario differente (un albero con le marce pari e un albero con le marce dispari) e paralleli tra loro, i quali agiscono sull'unico albero d'uscita del cambio.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b Massimo Clarke, Freno motore da controllare in Masterbike, nº 1, gennaio 2010, pp. 38 - 39.
  2. ^ Dual clutches take the lead

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]