All’interno di una trasmissione di Drag Race

Fare una tonnellata di potenza? Vi mostriamo come farla arrivare a terra quando vi portiamo all’interno di una trasmissione di Drag Race.

Vedi tutte le 16 fotoJohn McGannwriterMar 22, 2009

I grandi numeri di cavalli sono facili da trovare. Non dobbiamo più sognare di costruire un giorno un motore da 500 CV. La realtà è che si può costruire facilmente e relativamente poco costoso. Ma come fa la vecchia sega, a cosa serve tutta quella potenza se non si riesce a metterla a terra? Fortunatamente, il resto dell’industria ha tenuto il passo con i costruttori di motori. Il materiale della frizione e il design sono migliorati, e le mescole dei pneumatici sono molto migliori oggi anche di 10 anni fa. Anche le trasmissioni hanno visto grandi miglioramenti. Questo articolo illustrerà alcuni dei modi in cui i costruttori di trasmissioni manuali hanno tenuto il passo con i numeri di cavalli sempre crescenti.

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Come funziona Dovremmo iniziare con le basi solo per mettere tutti al corrente. Praticamente ogni moderno cambio manuale è costituito da tre alberi all’interno del suo involucro: l’albero d’ingresso, l’albero di rete e il contralbero. L’albero d’entrata si estende attraverso la parte anteriore della cassa e innesta le scanalature del mozzo della frizione, trasmettendo la potenza dal motore alla trasmissione. L’albero principale si inserisce in un mozzo nella parte posteriore dell’albero d’entrata e si estende all’esterno attraverso l’alloggiamento di coda della trasmissione; contiene gli ingranaggi azionati o il cambio di velocità. Il contralbero si trova sotto i gruppi dell’albero di entrata e dell’albero di rete; contiene l’ingranaggio del gruppo.

L’ingranaggio all’estremità dell’albero d’ingresso si intreccia con un ingranaggio opposto sull’ingranaggio del gruppo di mungitura. Questi due ingranaggi di solito hanno la stessa dimensione e lo stesso numero di denti e girano con un rapporto di 1:1. Poiché l’ingranaggio del gruppo di ingranaggi è di solito tutto un unico pezzo, il tutto gira come un’unità. Così, quando il motore è in funzione e la frizione è innestata (piede fuori dal pedale), queste due marce girano al regime del motore.

L’ingranaggio del gruppo di ingranaggi si combina con gli ingranaggi di velocità azionati sull’albero di rete. Le loro diverse dimensioni e il numero dei denti formano i diversi rapporti della trasmissione. Questi ingranaggi azionati non sono però collegati meccanicamente all’albero di rete. Essi ruotano su cuscinetti che permettono loro di girare a ruota libera. Per capire questo, considerate cosa succede quando il motore funziona con la trasmissione in Neutro. Con la frizione disinnestata, il motore fa girare l’albero d’entrata e l’ingranaggio del gruppo. L’ingranaggio del gruppo sta girando tutti gli ingranaggi azionati, ma l’albero principale – che in definitiva è collegato all’albero motore – non gira.

Come arriva la potenza del motore all’albero principale? La risposta è attraverso i gruppi di sincronizzazione. Tra ogni coppia di ingranaggi c’è un mozzo del sincronizzatore che è calettato all’albero principale e gira ogni volta che le ruote girano. Il mozzo del sincronizzatore sembra una ruota dentata. È circondato da un manicotto o da un collare scorrevole. Questo cursore ha denti interni che corrispondono ai denti esterni del mozzo. I denti del cursore corrispondono anche ai denti del cane smussati lavorati sulla faccia di ogni ingranaggio azionato. Quando si sposta la leva del cambio, le forcelle del cambio spostano il cursore in avanti o all’indietro, provocando l’innesto dei cani sulla faccia del cambio e dei denti del mozzo del sincronizzatore. Quando ciò accade, quell’ingranaggio è bloccato all’albero principale, facendolo girare.

Affinché il dispositivo di scorrimento agganci i cani sull’ingranaggio azionato, i due devono girare quasi alla stessa velocità. Si consideri un semplice cambio a due velocità con una marcia bassa 2:1 e una alta 1:1. Ad un regime del motore di 6.000 giri/min, anche l’albero d’entrata e l’ingranaggio del gruppo ruotano a 6.000 giri/min, così come la nostra marcia alta a ruota libera sull’albero principale. Tuttavia, l’albero principale, il mozzo del sincronizzatore, il cursore e l’albero motore girano a metà di quella velocità – 3.000 giri/min – a causa della riduzione della nostra marcia bassa 2:1. Tentare il cambio sarebbe molto difficile. Ci sono troppe parti che viaggiano a velocità diverse, il che rende quasi impossibile eseguire un cambio fluido e privo di grinta.

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Motore per tour su strada

I sincronizzatori svolgono il compito di equalizzare le velocità del riduttore alla velocità dell’albero di rete. Gli anelli di blocco si inseriscono tra ogni ingranaggio e il mozzo del sincronizzatore. Hanno anche denti smussati sul loro diametro esterno che sono identici ai cani del cambio e una conicità a forma di cono sul loro diametro interno. La conicità dell’anello di bloccaggio si inserisce su una superficie conica di forma simile lavorata sul lato del variatore. Quando il cursore viene spostato per innestare un ingranaggio, le piastre del cambio caricate a molla che si inseriscono nelle scanalature interne del mozzo del sincronizzatore si muovono con il collare scorrevole e spingono contro l’anello di bloccaggio, facendolo cuneizzare contro la faccia dell’ingranaggio conico. La velocità dell’ingranaggio a ruota libera viene portata in equilibrio con l’albero principale e il mozzo del sincronizzatore, e il cambio può essere completato.

Come si rompe Ora che abbiamo esaminato come funziona, possiamo affrontare come si rompe e come migliorarlo. Come potete immaginare, gli anelli di blocco, i cursori e i denti di cane prendono le botte più dure, soprattutto sotto lo spostamento sciatto di un padrone con il pugno di ferro. Ma le parti che si rompono sono di solito i denti e gli alberi degli ingranaggi. Quando si seleziona un ingranaggio, i cani di quell’ingranaggio sono completamente circondati dal collare scorrevole, e la potenza del motore è distribuita su un’ampia area – non tanto con i denti dell’ingranaggio, però. L’ingranaggio del gruppo e gli ingranaggi azionati si ingranano in un’area di contatto relativamente piccola – ecco perché i denti dell’ingranaggio spesso si rompono prima che i cani vengano tosati.

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Ci sono alcune opzioni per risolvere questo problema di rottura: usare acciaio più duro per fare gli ingranaggi, rendere gli ingranaggi più grandi o più larghi, o ridurre il passo dei denti degli ingranaggi. Alcune di queste opzioni sono più costose delle altre, ma l’opzione migliore per le prestazioni a tutto campo è quella di fare tutte e tre le cose. È qui che ci muoviamo nel mercato delle trasmissioni ad alte prestazioni.

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OE Plus

Abbiamo discusso di questi miglioramenti con i ragazzi di Tremec. L’ingegnere di prodotto Kevin Ryan ci ha detto che uno dei primi miglioramenti apportati è stato quello di aumentare le dimensioni dell’albero di ingresso e di aggiornare tutti i cuscinetti nella scatola. Il cuscinetto dell’albero d’ingresso è ora quasi il doppio di quello del T56 originale, e tutti i cuscinetti sono realizzati con materiali migliori. Successivamente, sono passati ad una miscela proprietaria di acciaio 4615, una lega di nichel e molibdeno ad alto contenuto di nichel e molibdeno che è più resistente del normale ma ancora più facile da lavorare rispetto all’acciaio ultra duro 9310 utilizzato nella maggior parte delle scatole da corsa. L’acciaio 4615 è usato in tutta la scatola – tutti i riduttori e gli alberi sono fatti con questo acciaio.

Gli ingranaggi del T56 Magnum sono più larghi di quelli del T56. “È stata una sfida”, dice Ryan. “Abbiamo dovuto mettere ingranaggi più grandi all’interno di una cassa che aveva le stesse dimensioni del progetto originale”. Per ottenere questo risultato, Tremec ha cambiato il modo in cui vengono prodotti i suoi ingranaggi azionati. La maggior parte degli ingranaggi sono dei falsi che includono i cani e il cono conico che viene innestato dagli anelli di blocco del sincronizzatore. Tutte queste cose devono essere abbastanza larghe da permettere agli utensili da taglio di adattarsi a queste varie superfici per poterle lavorare correttamente. Nel Magnum si usano ingranaggi in due pezzi. Gli ingranaggi e i cani sono dei falsi separati che vengono saldati al laser insieme. Si adattano più strettamente perché non devono progettare in uno spazio extra per la lavorazione degli utensili. Questo adattamento più stretto significa che un ingranaggio più largo può occupare lo stesso spazio.

Per cambiate più veloci e precise, i leveraggi sono stati modificati per lanci più brevi, e sono stati utilizzati sincronizzatori a triplo cono su prima e seconda marcia, sostituendo il vecchio design a doppio cono del T56, mentre le rimanenti marce avanti e indietro hanno ottenuto sincronismi a doppio cono. Anche i sincro sono tutti di diametro maggiore.

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Staffe o scelta delle staffe giuste

Questi cambiamenti hanno aumentato significativamente la quantità di potenza che il nuovo T56 Magnum può supportare. È valutato ad un valore di 600 lb-ft convalidato, e ricordate, questo è un rigoroso regime di test che gli OE richiedono per assicurarsi che le parti durino almeno per tutta la durata della garanzia del gruppo propulsore. In realtà, il Magnum potrebbe probabilmente gestire un po’ più di potenza a seconda di una serie di fattori, come il peso dell’auto e il tipo di frizione e di pneumatici utilizzati.

Racing Cluster Gear Il prossimo gradino del podio è un box da corsa su strada/strip o su strada – uno che ride per la coppia elevata e il cambio brusco, ma che può avere modi rozzi per la guida su strada. Questa è una scelta eccellente per una macchina da strada ad alte prestazioni che non è il vostro pilota quotidiano, ma qualcosa che si può desiderare di andare in giro nei fine settimana o portare al lavoro il venerdì per dare un’occhiata all’uomo. Mentre eravamo in viaggio a Charlotte, North Carolina, qualche mese fa, ci siamo fatti strada in un tour dello stabilimento di produzione di Jerico Racing Transmissions e abbiamo assistito in prima persona a ciò che va a finire in una trasmissione da corsa strettamente focalizzata.

Jerico è stata fondata nel 1978 da Jerry Hemmingson, un corridore della NHRA A/Gas che ha portato a modificare la Ford Top Loader a quattro velocità per migliorare le prestazioni e alleggerire il peso. Lo ha fatto sviluppando il proprio cambio e una cassa in alluminio. Non ci volle molto perché altri piloti se ne accorgessero e chiedessero a Jerry di costruire anche le trasmissioni. La Jerry’s Company (capito?) è partita da lì. Le trasmissioni Jerico si trovano nelle auto da corsa NASCAR e in molte auto da corsa Stock e Super Stock drag. Sono ancora vagamente basate sul vecchio design del Top Loader e fino a qualche anno fa usavano le forcelle del cambio Top Loader fino a quando non hanno esaurito la fornitura.

Scott McManus, il capo del team di assemblaggio di Jerico, ci dice che le trasmissioni dell’azienda possono facilmente supportare 750 CV in un’auto da 3.200 libbre. “Molto è nei materiali”, ci dice McManus. Jerico usa la lega 9310 di qualità aeronautica in tutti i suoi ingranaggi e alberi; “9310 è praticamente lo standard del settore. Tutte le buone trasmissioni lo fanno funzionare”.

Le trasmissioni da corsa si differenziano dalle trasmissioni stradali anche per l’utilizzo di ingranaggi a taglio dritto. Gli ingranaggi a taglio dritto sono più forti degli ingranaggi elicoidali a taglio diagonale che si trovano nella maggior parte delle trasmissioni stradali, perché la coppia del motore è distribuita su un’area di contatto più ampia tra i denti. L’aspetto negativo degli ingranaggi a taglio dritto è che generano molto più rumore rispetto agli ingranaggi elicoidali. “La maggior parte dei nostri clienti non si preoccupa però del comfort delle creature”, dice McManus.

I piloti richiedono turni veloci e precisi. “I sincronizzatori possono legarsi e riagganciare tra un turno e l’altro. Non può succedere durante una gara”, dice McManus. Quindi la maggior parte delle trasmissioni da corsa non utilizzano i tradizionali sincronizzatori e gli anelli di blocco. Al contrario, gli slider agganciano direttamente gli anelli per cani attaccati agli ingranaggi. I denti degli anelli per cani sono molto più larghi e distanziati rispetto alle trasmissioni stradali. I denti del cursore si innestano e bloccano i cani molto rapidamente, consentendo cambi di marcia rapidi e fulminei senza la pausa in Neutro che si sente in una trasmissione stradale. E’ anche possibile salire di marcia di un box per cani senza usare la frizione. Un rapido sollevamento del gas scarica le marce, e si può tirare la leva direttamente nella marcia successiva e tornare subito sull’acceleratore. Anche i cambi di marcia senza frizione possono essere eseguiti, ma richiedono la capacità di abbinare il motore alla velocità della marcia desiderata durante la frenata e la scalata.

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Jerico vende trasmissioni per drag race e corse su strada sia in versione sincronizzata che in versione dog-ring. Sono in gran parte simili, ma gli ingranaggi nella scatola delle corse su strada hanno un temperamento più duro. “Gli ingranaggi delle drag race sono un trattamento termico più morbido per sopportare più urti, mentre gli ingranaggi delle corse su strada sono progettati per un chilometraggio maggiore”, ci dice McManus. Inoltre, i riduttori per le corse su strada hanno dei denti a sezione quadrata sui cursori che permettono di scalare più velocemente. Al contrario, i pattini della gara di accelerazione hanno una rampa angolata sul lato della costa.

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Ingranaggio planetario Cosa fate se guadagnate più di 750 CV? McManus dice: “Di solito consigliamo di chiamare Lenco”. Lenco Racing Transmissions si trova fuori San Diego, a circa tre ore dai nostri uffici di Los Angeles, quindi abbiamo fatto un altro viaggio e un altro tour del negozio. Il responsabile delle vendite David Sumek (che è anche il figlio del proprietario) ci ha fatto fare un giro e ci ha spiegato le trasmissioni planetarie.

Come le trasmissioni automatiche, Lencos utilizza riduttori epicicloidali per gestire enormi quantità di coppia. Tre componenti sono in maglia costante – l’ingranaggio solare, tre ingranaggi a pignone e l’anello dentato, quindi la potenza è distribuita su un’area molto più ampia che in una trasmissione a ingranaggi a grappolo. Un Lenco è ancora considerato un cambio manuale e richiede una frizione tra il motore e la trasmissione. La frizione viene però utilizzata solo durante l’avviamento e l’arresto. Questo è un enorme vantaggio in termini di prestazioni: si può cambiare un Lenco a tutto gas senza mai togliere il gas. Lenco produce anche il Lencodrive, una trasmissione manumatica che utilizza un convertitore di coppia al posto della frizione. Non c’è un terzo pedale, ma il guidatore deve comunque cambiare le marce manualmente.

Da un unico gruppo di riduttori epicicloidali sono possibili diversi rapporti di riduzione, e i Lencos sono progettati per far funzionare due velocità in un unico caso: una riduzione (il rapporto dipende dai riduttori scelti) e l’azionamento diretto 1:1. Sono possibili più velocità di rotazione impilando le casse insieme. Se si desidera una trasmissione a tre velocità, sono necessarie due casse. Se si desidera una trasmissione a quattro velocità, sono necessari tre casi, e così via. Ricordate, ogni caso ha due velocità, ma l’azionamento diretto in un caso trasferisce la potenza al basso rapporto del caso dietro di esso fino a quando non ci sono più casi in cui passare.

Anche se l’operazione suona confusa, in realtà è abbastanza semplice e brillante. Partendo da uno stop, ogni caso è essenzialmente in prima marcia – il loro basso rapporto. Quando il guidatore innesta la frizione, la potenza del motore fa girare la corona nel primo caso (anche se la corona in tutti i casi gira). L’ingranaggio del sole è tenuto dalla frizione a vuoto, quindi il supporto planetario è l’uscita. Quando il conducente tira la leva del cambio, aziona la frizione a dischi multipli alloggiata in un mozzo sul portapacchi planetario. Quando questa frizione è innestata, l’ingresso (l’ingranaggio ad anello) e l’uscita (il supporto planetario) sono ora bloccati insieme e l’intero gruppo ruota con un rapporto di 1:1.

Sumek ci dice che, contrariamente a quanto si crede, si può guidare un Lenco per strada. Va su e giù con i turni in salita e in discesa. L’unico problema di guidabilità da tenere presente è che, a causa del modo in cui funziona la frizione a vuoto, non c’è frenatura del motore a meno che tutti i casi non vengano spostati in trazione diretta.

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GEAR RATIO EXAMPLES GEAR FIRST CASESECOND CASETHIRD CASEOVERALL RATIOFirst 1.25:11.25:11.25:11.25:13.75:1Second Direct1.25:11.25:12.5:1Third DirectDirect1.25:11.25:1Fourth DirectDirectDirect1:1Show All

Si noti che il rapporto 1,25:1 è stata solo una scelta casuale. Lenco produce riduttori epicicloidali con rapporti che vanno da 1,16:1 a 1,73:1. Il rapporto complessivo è determinato moltiplicando tutti i rapporti di bassa gamma insieme.

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