La frizione: ieri, oggi

L’esigenza innata nell’uomo di sperimentare e scoprire, ha portato nel corso della storia a superare sempre nuovi limiti, raggiungendo non senza difficoltà traguardi inaspettati.

Basti pensare, che le progenitrici delle attuali moto che corrono nei GP, erano biciclette con il telaio in legno.

Nel gennaio del 1885 l'industriale inglese John Kemp Starley presenta la prima bicicletta moderna, con i pedali che trasmettono il moto alla ruota posteriore tramite una catena. È il primo passo verso la motocicletta, che infatti non si fa attendere: il 10 novembre dello stesso anno un ragazzo di nome Paul compie i primi metri con una bicicletta spinta da un motore a scoppio della “straordinaria” potenza di mezzo cavallo. Il cognome del ragazzo era Daimler, ed era figlio di quel Gottlieb l'inventore della motocicletta e uno dei padri dell’automobile. La prima moto in realtà era un mezzo un po' rudimentale, per certi versi antiquato anche per i canoni dell'epoca. Il telaio e le ruote erano di legno con battistrada di ferro, quando già si usavano comunemente telai di metallo e ruote di gomma: il primo passo era stato fatto: un motore aveva mosso per la prima volta un mezzo a due ruote.

Dopo oltre un secolo la moto è ancora fatta di telaio, motore e trasmissione e chiunque può riconoscere nel prototipo di Daimler la sua diretta antenata e propone innovazioni tecnologiche insospettabili.

Un tipico esempio di componente sul quale la ricerca non si è mai interrotta è la frizione:

In principio l’esigenza della frizione non era sentita, visto che le basse potenze in gioco e i pesi contenuti non richiedevano la presenza di un cambio di velocità: era presente un solo rapporto collegato in presa diretta con il motore che richiedeva l’avviamento a spinta di un cambio di velocità che permettesse di raggiungere la coppia necessaria all’avviamento.

Diverso discorso occorre fare per gli autoveicoli: dotati di peso superiore,necessitavanoIlIl Il problema era che questi cambi di velocità, avvenivano tramite cinghie di cuoio che attraverso leveraggi venivano spostate su pulegge di diametro diverso, permettendo la realizzazione di rapporti di marcia differenti adatti alle condizioni di moto del veicolo.

Naturalmente, essendo motore e trasmissione erano sempre solidali, i problemi d’avviamento erano solo parzialmente risolti.

L’evoluzione tecnologica ha permesso di raggiungere potenze e coppie ragguardevoli richiedendo l’adeguamento di tutta la componentistica, in particolare del gruppo frizione cambio.

Una delle caratteristiche fondamentali del motore a scoppio,infatti,è quella di funzionare regolarmente e di erogare una buona potenza soltanto in una gamma più o meno ristretta di regimi di rotazione. Nel caso di un veicolo a motore, questo comporta dei problemi nel partire da fermo o nel riprendere da bassa velocità. In pratica può accadere che, se il rapporto di trasmissione è studiato in modo da mantenere un corretto regime del motore a una velocità sostenuta, questo stesso rapporto non consente una marcia regolare a bassa velocità per l’eccessivo abbassamento del regime del motore. Per contro un rapporto adeguato a una bassa velocità impedirà al veicolo di marciare a velocità sostenuta, se non a costo di proibitivi e pericolosi regimi di rotazione del motore. Da ciò nasce l’esigenza di un dispositivo capace di variare il rapporto di trasmissione in funzione della velocità del veicolo.

Il problema è stato risolto con un metodo abbastanza rudimentale, che tuttavia non ha subito sostanziali modifiche dalla sua prima comparsa

Il cambio meccanico di velocità è un meccanismo che modifica il rapporto di trasmissione, attraverso una serie di ruote dentate che vengono alternativamente collegate fra loro, così da ottenere diversi rapporti di riduzione. Il numero dei rapporti, o come si dice correntemente marce, può variare in quanto dipende dalle esigenze di marcia del veicolo, dal tipo di motore adottato o, anche, da semplici questioni di economia.

Per molto tempo, vennero adottati dei semplici cambi a due o a tre velocità, ossia una con elevato rapporto di riduzione per facilitare la partenza, una velocità per la marcia normale ed eventualmente un rapporto intermedio che, nei modelli più veloci, compensava una eccessiva differenza fra i due rapporti estremi. Il numero così limitato di rapporti al cambio è motivato da diverse ragioni. Innanzitutto il costo e l’impegno costruttivo richiesti da un meccanismo relativamente complesso. In secondo luogo, la grossa cilindrata e la bassa potenza dei vecchi motori conferivano loro una notevole elasticità di marcia e quindi determinavano l’inutilità di un numero elevato di rapporti molto avvicinati.

Vi era poi un aspetto squisitamente pratico, legato all’impegno richiesto per effettuare la  manovra di passaggio da una marcia all’altra; la scarsa precisione del comando, unita alla durezza e alla fragilità delle frizioni dell’epoca, rendeva la manovra lunga, delicata e, in definitiva, avere a disposizione un maggior numero di marce comportava una guida più faticosa, senza aumento delle prestazioni.

A veicolo fermo era necessario introdurre qualcosa che permettesse di separare il motore dalla trasmissione: nacque la frizione.

Grazie ad essa era possibile portare il motore ad un regime di rotazione sufficientemente elevato tale da garantire la coppia necessaria alla partenza portando gradualmente e senza strappi albero motore e primario del cambio alla stessa velocità di rotazione  e  sfruttano, come vedremo, lo slittamento di alcuni componenti.

Le prime frizioni adottavano una superficie conica, ricavata nel volano, contro cui faceva presa un cono con la superficie in cuoio, spinto da una grossa molla elicoidale coassiale all’albero.

 Queste primitive frizioni erano brutali nell’innesto, ma vi erano delle ragioni pratiche che giustificavano questo schema: la superficie d’attrito era disposta alla maggior distanza possibile dal centro di rotazione e la differenza fra il massimo e il minimo raggio era molto piccola. Questi sono gli aspetti essenziali nella progettazione di una frizione, perché una superficie vasta permette di dissipare più in fretta il calore sviluppato dall’attrito; una vasta area e un grande diametro permettono di trasmettere una coppia maggiore, e la ridotta differenza fra i diametri esterno e interno delle zone di attrito riduce al minimo le differenze di usura fra le varie zone.

Fra le controindicazioni rientrano il maggior peso di una frizione di grande diametro, le maggiori sollecitazioni dovute alla forza centrifuga sui suoi componenti e la maggiore inerzia di rotazione. Quest’ultima fa sì che l’albero condotto ruoti a una velocità solo di poco inferiore a quella del motore dopo il disinnesto e rende difficoltoso il cambio di velocità.

Prima degli anni trenta era abbastanza comune trovare un sistema di frenatura della frizione sulle vetture sportive: un freno meccanico che faceva contatto con la parte condotta a frizione disinnestata per fermarla rapidamente.

In seguito lo sviluppo si concentrò sul perfezionamento della frizione monodisco, in cui la parte condotta è un disco ricoperto d’ambo i lati con materiale d’attrito premuto con delle molle tra due superfici (la superficie del volano e il piatto spingidisco) che costituiscono un gruppo unico. Fino agli anni cinquanta vennero usate anche frizioni con materiale di attrito a base di sughero, che lavoravano immerse nell’olio,ma ben presto vennero soppiantate dal tipo a secco, che adottava materiale d’attrito a base d’amianto.

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