Quando la leggerezza e la versatilità non sono gli obiettivi principali, il progettista può essere portato facilmente ad abbandonare le trasmissioni secondarie a catena o a cinghia e a scegliere un sistema rigido, vale a dire un albero corredato di opportuni giunti.
Un sistema, questo, ormai generalizzato in campo automobilistico e che sulle due ruote rimane ormai caratteristica distintiva di due storici marchi europei: Bmw e Moto Guzzi.
In particolare, la Casa di Mandello ne ha fatto un marchio di fabbrica imprescindibile da ogni suo bicilindrico (mentre la Casa bavarese produce anche motociclette con trasmissione di tipo tradizionale). Come abbiamo già avuto modo di discutere altre volte su queste stesse pagine, esiste di fatto anche una ragione pratica per cui il bicilindrico a V trasversale è nato con la trasmissione ad albero: la particolare disposizione del propulsore e del cambio, infatti, permettono di collocare l’asse motore della trasmissione secondaria longitudinalmente, mentre per adottare una trasmissione a catena, che chiaramente richiede un asse trasversale per calettarvi sopra il pignone, si renderebbe necessaria una coppia conica.
Adesso, però, procediamo ad analizzare l’architettura di questo affascinate schema di trasmissione. Abbandonati i telai rigidi di inizio secolo, fu subito evidente che, per seguire i movimenti della sospensione posteriore, l’albero doveva disporre di opportuni giunti, volti a permetterne l’oscillazione.
Superate le prime applicazioni pionieristiche, si affermò il giunto cardanico (dal nome del suo inventore Girolamo Cardano, 1501-1576), essenzialmente costituito da una crociera interposta tra i due alberi che su di essa si incernierano grazie a due forchette poste a 90° l’una rispetto all’altra.
Il moto viene così trasmesso da un elemento all’altro anche se tra di essi esiste un’angolazione relativa, che può peraltro variare durante il funzionamento. Se la forchetta dell’albero motore ruota a velocità costante, quella dell’albero condotto ha una fluttuazione della velocità angolare con periodo di 180° (che si ripete cioè due volte per ogni giro completo) e la cui escursione aumenta al crescere dell’angolo di disallineamento (nel momento in cui i due alberi tornassero paralleli, non si avrebbe più alcuna fluttuazione).
Mediante l’uso di due giunti, e quindi di tre alberi in totale, è possibile eliminare l’irregolarità periodica, dal momento che se gli angoli di disallineamento sono uguali ne viene aggiunta una di segno contrario, permettendo una trasmissione del moto omocinetica (cioè senza fluttuazione della velocità).
Dal momento, poi, che difficilmente il fulcro del forcellone coincide con il centro di rotazione dell’albero di trasmissione, appare chiaro che a quest’ultimo sia richiesta anche una progressiva variazione di lunghezza: ciò si realizza tramite un accoppiamento scorrevole come un giunto scanalato.
Dunque, il lavoro del progettista si rivolge essenzialmente a un accurato studio della geometria delle articolazioni volto a mantenere il primo e ultimo albero paralleli tra loro al variare dell’escursione della sospensione. In ogni caso, si cerca sempre di non favorire un disallineamento superiore ai 15°.
Le più celebri applicazioni prevedono la cosiddetta sospensione “a parallelogramma”, che è stata negli anni oggetto di progressivi affinamenti, principalmente da parte delle stesse Guzzi e Bmw.
I due lati maggiori del parallelogramma sono costituiti dal braccio intermedio, che contiene l’albero di trasmissione, e da un tirante vincolato al telaio e al mozzo posteriore.
In realtà, questi due elementi non vengono posti esattamente paralleli, ma convergenti in un punto posto nei pressi del mozzo ruota anteriore, ovvero molto più avanzato rispetto al fulcro vero e proprio.
Il braccio virtuale di oscillazione del complesso è decisamente molto più lungo del reale, quindi la variazione angolare della trasmissione è pressoché ininfluente.
Recentemente, la Moto Guzzi ha aggiornato lo schema tradizionalmente adottato sulle sue moto da oltre un trentennio con il nuovo sistema CARC (Cardano Reattivo Compatto): il forcellone in lega d’alluminio è costituito da una struttura monolitica senza articolazioni e, al suo interno, oscillano il pignone e l’albero di trasmissione (con i consueti due giunti cardanici).
I movimenti della trasmissione e della sospensione vengono disgiunti, eliminando ogni interferenza tra i due. A questo punto occorre fare un cenno circa le reazioni trasversali che la trasmissione ad albero può indurre: infatti, l’inerzia delle masse in rotazione può essere tutt’altro che trascurabile, ed ecco che nei transitori insorge la cosiddetta “coppia di rovesciamento”, la quale tende a fare ruotare il veicolo intorno all’asse longitudinale.
Sulle Moto Guzzi, in realtà, la coppia di rovesciamento dovuta alla rotazione dell’albero motore è ben superiore a quella derivante dalla trasmissione finale, come ogni buon appassionato avrà avuto modo di constatare.
Per quanto riguarda il progetto della trasmissione, sul piano strutturale assume particolare rilevanza lo studio dell’albero e dell’inevitabile coppia conica finale che chiude la catena cinematica trasmettendo il moto alla ruota posteriore.
Ogni albero deve chiaramente essere dimensionato per resistere ai carichi torsionali conseguenti alla trasmissione della coppia. Trazione e flessione statica sono pressoché ininfluenti, data la presenza dei giunti.
Viceversa, possono assumere particolare rilevanza gli effetti dinamici dovuti alla rotazione. Difficilmente, per costruzione, il baricentro di un sistema rotante si trova esattamente sull’asse di rotazione e al crescere della velocità la forza centrifuga tende a flettere l’albero, aumentando ricorsivamente l’eccentricità della rotazione e innescando una reazione “a catena” (ironia della sorte), che può portare a critiche deformazioni dell’albero, con l’integrità del tutto affidata alla sola elasticità del materiale.
Un comportamento analogo può verificarsi anche sotto torsione, al variare della coppia trasmessa, nonché in esito alle pulsazioni nella trasmissione dovute al forte “battere” del bicilindrico. Si può facilmente intuire come sia conveniente sempre ridurre al minimo la lunghezza degli alberi e la loro massa, così da limitare anche l’inerzia dell’intero sistema.
Per quanto concerne la coppia conica, invece, questa può essere formata da ingranaggi a denti dritti, a denti a spirale o da ingranaggi ipoidi. Mentre la prima tipologia resta soggetta a tutte le note problematiche di esercizio tipiche di ogni ingranaggio a denti dritti (usura, urti, rumorosità, irregolarità dinamiche), l’uso di dentature a spirale permette il contatto graduale fra le ruote, dunque un funzionamento regolare e silenzioso.
Tuttavia, in entrambi questi casi è indispensabile che le due ruote coniche siano disposte con gli assi incidenti, ovvero che l’albero di trasmissione sia allineato con il centro della ruota motrice.
Per ovviare a ciò, vengono adoperati ingranaggi dalla particolare dentatura, detta ipoidale. L’accoppiamento risulta, in questo caso, una via di mezzo tra una coppia conica tradizionale e una vite senza fine: l’albero con il pignone può trovarsi in posizione ribassata rispetto al centro ruota.
A causa del particolare moto relativo, i denti del pignone hanno una curvatura differente rispetto a quelli della ruota e risultano di profilo asimmetrico. Ciò determina gravi condizioni di carico e di strisciamento, dunque la necessità di particolari lubrificanti con additivazione chimicamente attiva, nonché un preciso allineamento delle dentature.
Da qui la necessità di un’accurata messa a punto dell’accoppiamento della coppia conica in sede di manutenzione. A conti fatti, la trasmissione ad albero offre una discreta serie di vantaggi, tra cui quello di poter inglobare l’albero medesimo nello stesso braccio del forcellone, con massima protezione dagli agenti esterni. Rispetto alla tradizionale catena, la manutenzione risulta fortemente ridotta, anche in presenza di agenti esterni aggressivi, come la sabbia, l’acqua o il fango.
Purtroppo, però, il peso è notevolmente superiore e, nell’uso sportivo, non si può godere della praticità di variare rapidamente il rapporto finale della moto, adeguandolo ai diversi circuiti.
Dove l’albero finale risulta veramente imbattibile è, dunque, nell’uso turistico, come dimostra il successo dei migliori modelli della produzione di Mandello.
Un successo confermato da diverse decine di anni a questa parte, fino alle ultime eccellenti Norge e Stelvio.
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