Frizione (meccanica)

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.

Frizione sui veicoli

Frizione di tipo automobilistico

meccanismi d'innesco della frizione automobilistica

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 del momento torcente prodotto 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

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 tutt'ora, 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 sullle 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 finchè 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.

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

Le frizioni possono funzionare in vario modo:

Frizione a secco
Frizione a bagno d'olio, in cui l'elemento di attrito è immerso in un liquido refrigerante e lubrificante, che ne migliora le prestazioni e allunga la durata
Frizione centrifuga, caratterizzata da un funzionamento automatico, legato ai regimi di rotazione della stessa.
Convertitore di coppia, sistema usato nei cambi autoomatici

Struttura della frizione

Le frizioni a seconda del tipo, hanno strutture differenti:

Frizione monodisco, 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 riavviane 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, esistono diversi tipi di frizione centrifuga:
- A masse mobili, è il tipo di frizione piu 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 piu recente, dove la frizione viene azionata da delle 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

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. Il cambio di velocità non è più soggetto a forza e gli ingranaggi possono liberamente cambiare configurazione.

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

Il materiale abrasivo è soggetto ad usura, in particolare nei momenti in cui il pedale è leggermente premuto, pur senza staccare. In queste condizioni la forza delle molle è ridotta e il disco slitta leggermente surriscaldandosi e deteriorandosi. Anche il rilascio della frizione contemporaneamente a una brusca accelerata è causa di maggiore usura.

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

Numero di dischi

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 performanti, mentre le multidisco sono le frizioni adoperata per le motociclette.

Accorgimenti

Frizione multidisco a secco di una moto

Per migliorare la funzione della trasmissione si può:

Frizione a secco, con questa condizione di lavoro la frizione non assorbe energia, infatti in questo caso la frizione non essendo a bagno d'olio non deve ruotarne dentro, permettendo di non perdere energia per vincere la viscosità dell'olio.
Numero di dischi, il numero dei dischi è estremamente importante, perché maggiore è il loro numero e piu si potrà avere un collegamento fluido alla trasmissione in caso di forze in gioco elevate e di materiale di frizione meno resistente, ma sarà piu facile avere un consumo irregolare.

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

Parastrappi, sistema usato praticamente su tutti gli autoveicoli attuali, in modo da ridurre la violenza dell'erogazione, sistema generalmente applicato al mozzo del disco frizione e funzionante con molle elicoidali di diversa taratura in modo da rendere progressivo l'innesto.

Frizione antisaltellamento

Questo tipo di frizione è usata 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.

Questo perché sono munite di un sistema a frizione, governato da una coppia di dischi con un profilo specifico e tenuti premuti da una molla, il profilo dei dischi è studiato in modo che con in 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 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.

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