thumb|right|Trasmissione variomatic (a variatore) di un ciclomotore, evidenti la cinghia e le pulegge Il variomatic o cambio a variatore (comunemente ed erroneamente definito come variatore) è un tipo di trasmissione, montato principalmente su minimoto e su scooter e che sostituisce il cambio meccanico a marce.
Storia Ideati già sul finire del XIX secolo, i cambi a variatore trovano le prime applicazioni nel campo motociclistico nel 1910 grazie alla Zenith, che denominò tale sistema "Gradua"; seguirono poi la Rudge, con il "Multigear" (1912) e la Ner-a-car, con un meccanismo a ruote di frizione (1921).Per quanto riguarda le autovetture, va ricordata la Clyno del 1923. In ogni caso, la variazione del rapporto di trasmissione non era automatica, ma tramite intervento da parte del guidatore.
I primi sistemi automatici compaiono nel dopoguerra, ed anche in questo caso sono state le due ruote a fare da apripista. In particolare, può ricordarsi la DKW, con lo scooter Hobby 75, del 1954, dove la trasmissione è dotata di due pulegge a diametro utile variabile, collegate da una cinghia trapezoidale e con un sistema di controllo automatico ottenuto per mezzo di un dispositivo centrifugo.Nello stesso periodo, in ambito automobilistico si ha la DAF di Van Doorne, con il DAF 600 del 1958, il cui sistema prende il nome di "Variomatic".Questa denominazione è stata poi utilizzata in modo generico per definire le trasmissioni a variatore che sono utilizzate su scooter a due o tre ruote.
Funzionamento e caratteristiche thumb|Principio di funzionamento del variomatic La variazione del rapporto di trasmissione si realizza tramite variazione della circonferenza di rotolamento della cinghia sulle due pulegge a superfici coniche contrapposte (vedi figura).
Questa variazione di rapporti è definita dai rulli presenti nella puleggia motrice e da una molla presente nella puleggia condotta; i rulli hanno il compito di allungare la marcia, la molla ha il compito di opporre una certa resistenza in modo da regolare e dilazionare nel tempo l'allungamento della marcia.
Questo tipo di trasmissione permette d'avere un rapporto di lunghezza variabile, modificando automaticamente il rapporto di trasmissione in modo che il motore tenda a rimanere in un determinato intervallo di regimi di funzionamento. La trasmissione è poi collegata alla ruota tramite frizione automatica centrifuga.
Il variomatic ha creato un nuovo stile di guida motociclistica, semplicissima e adatta a qualsiasi persona dai neofiti agli esperti, in quanto è necessario manovrare solo acceleratore e freni. Come effetto secondario, però, non si ha un controllo ottimale della potenza del motore e della trazione.
Componenti Il variomatic (o gruppo variatore) è costituito da vari componenti (parti):
Perno variatore o boccola Variatore Variatore (con correttori di coppia) Rulli Guide di gomma Piattino di battuta dei rulli Cinghia di trasmissione Molla di contrasto Correttore di coppia Frizione centrifuga Campana frizione Molle frizione
Rulli e molla di contrasto I rulli e la molla di contrasto determinano la lunghezza dei rapporti, mentre la coppia motrice massima trasmissibile invece è determinata solo dalla molla di contrasto, quindi più è dura la molla tanto maggiore sarà la coppia motrice che si potrà trasmettere senza che inizi un insano slittamento della cinghia. Questi componenti non fanno altro che variare la larghezza delle due coppie di pulegge, in particolare, i rulli incidono sulla larghezza della puleggia motrice collegata al motore, mentre la molla incide sulla larghezza della puleggia condotta dal lato ruota. Ci possono essere varie combinazioni di questi componenti (ossia i rulli e la molla di contrasto), che si possono così schematizzare:
RulliMolla di contrastoQualità dei rapportiRegimi motorePotenza trasmissibileleggerimorbidamediamedimolto contenutamedimorbidascarsa nello spuntobassicontenutapesantimorbidascarsa nello spunto e ripresamolto bassimedialeggerimediascarsa in velocitàalticontenutamedimediamediamedimediapesantimediascarsa nello spuntobassielevataleggeridurascarsa in velocità e ripresamolto altimediamedidurascarsa in velocitàaltielevatapesantiduramediamedimolto elevata
Nello schema sopra riportato, è riportata la colonna dei regimi motore di funzionamento e con essa si può quindi osservare che rulli troppo pesanti o leggeri per il tipo di molla montata siano dannosi per la marcia o per il funzionamento corretto del motore. Infatti montando rulli troppo leggeri si ha il problema che per poter allungare il rapporto è richiesta dal motore una maggiore velocità di rotazione, dando così, come unico risultato, una non elevata velocità di punta pur avendo un motore a regimi sempre alti. Nel caso contrario, con i rulli più pesanti, si avrà invece che per poter allungare la marcia basta una ridotta rotazione del motore, con l'inconveniente di avere un motore sempre a regimi bassi e soprattutto uno scarso spunto.
Questo sistema a rulli e contromolla determina anche la potenza massima trasmissibile, infatti una molla più dura permette di far esercitare maggior forza ai lati della cinghia e quindi di far trasmettere più potenza, ma anche dei rulli più pesanti riescono ad aumentare la potenza trasmessa in quanto aumentano maggiormente il rapporto di trasmissione e di conseguenza riducono le forze trasmesse alla cinghia e ne aumentano la velocità.
Nel realizzare un variatore bisogna tenere presente la curva di erogazione del motore, e adeguare i componenti ed i parametri (peso dei rulli, durezza della molla, angolo delle rampe del correttore di coppia, profilo delle piste di scorrimento dei rulli, diametro e inclinazione dei fianchi delle pulegge ecc.) ad essa nel modo più ottimale possibile. Bisogna infatti scegliere una combinazione di molla e rulli tale per cui il variatore sia in grado di trasmettere la coppia massima, e che col massimo dell'apertura del gas l'effetto combinato di rulli e correttore di coppia sia tale che il motore si stabilizzi al regime di potenza massima, mentre con aperture del gas intermedie il motore si stabilizzi intorno al regime di coppia massima per avere il rendimento migliore ed il minimo dei consumi. Dato che in genere i motori per moto e scooter hanno una curva di erogazione piuttosto stretta (il regime di coppia e potenza massima sono abbastanza vicini), il variatore si presta molto bene per queste applicazioni, con un'azione del correttore di coppia poco invasiva. Inoltre riducendo l'inclinazione dei fianchi delle pulegge (ovvero l'angolo della "V" che formano) si ottiene un variatore più pronto e reattivo nelle variazioni di rapporto ma è anche necessaria una maggiore pressione sui fianchi delle pulegge stesse per trasmettere la stessa coppia.
Da tenere presente che per aver un comportamento () costante del motore, la molla di contrasto deve esercitare una forza direttamente proporzionata alla forza esercitata dai rulli, in base alla loro distanza dall'asse motore e dell'inclinazione della sede rulli, nel caso la forza esercitata dalla molla aumenti in modo maggiore rispetto all'allontanamento dei rulli dall'albero motore, si avrà un incremento dei regimi motore. Bisogna in ogni caso tenere presente che passando dal rapporto minimo a quello massimo la resistenza della molla di contrasto aumenta in quanto si comprime, per cui la forza centrifuga dei rulli necessaria a bilanciarla aumenterà, e di conseguenza i giri motore tenderanno a salire leggermente. Per minimizzare questo effetto può essere utilizzata una molla di contrasto più lunga e più morbida ma più precaricata, oppure ridurre l'inclinazione della V delle pulegge.
Perno variatore Il perno variatore serve per determinare la distanza iniziale dei due componenti della prima puleggia (puleggia motrice). Infatti, variando questa distanza, si può variare la lunghezza del primo rapporto, avendo così uno spunto più o meno vivace, ma questa variazione non è esente da difetti: se si applica un perno lungo si ottiene un rapporto iniziale corto e quindi più spunto e accelerazione, ma se si esagera, si può avere una ridotta velocità di punta e in casi più gravi, con il motore al minimo, si ha la cinghia di trasmissione che non aderisce alle pareti della puleggia e non trasmette nessun moto fino a quando il motore non sale di giri; con un perno corto si rischia d'avere un pessimo spunto (motore basso di regimi alle basse velocità, seguito da un regime motore più elevato alle medie o medio/basse velocità, anche con rulli relativamente leggeri), una bassa accelerazione e una ridotta variazione del rapporto di trasmissione.
Una volta modificata la lunghezza del perno, bisogna regolare la frizione centrifuga, altrimenti nel caso si accorci tale perno, si può rischiare che la frizione sia sempre collegata alla ruota, anche con il motore al regime del minimo, nel caso invece si allunghi si rischia che non si avverta alcun miglioramento e che anzi sia necessario un regime maggiore per poter avviare il mezzo.
Idealmente, la lunghezza del perno va scelta in base alla larghezza della cinghia, in maniera tale che col sistema a riposo (rapporto minimo) possa accogliere la cinghia esercitando una pressione piuttosto ridotta sui fianchi, e che una volta avviato il motore la puleggia possa quindi subito "morderla" con la pressione corretta al minimo movimento del piattello del variatore.
Variatore, guide di gomma, piattino di battuta dei rulli Il variatore fa parte della prima puleggia (puleggia motrice), al suo interno (variatore) sono contenuti i rulli i quali vengono spinti all'esterno (seguendo le guide di gomma del variatore, che ne facilita la scorrevolezza) dalla forza centrifuga, scorrendo sul piattino di battuta dei rulli, il quale determina di quanto il variatore debba chiudersi (chiudendo la prima puleggia) rispetto all'allontanamento dei rulli dal perno dell'albero motore. Il variatore ha una parte che non scorre assialmente e che può avere delle alette sporgenti per migliorare il raffreddamento del variatore.
L'inclinazione del piattino di battuta dei rulli e delle sedi del variatore risultano quindi molto importanti, perché determinano l'andamento del regime di funzionamento (rpm) durante l'allungamento della marcia (aumento di velocità del veicolo), andando a influire sulla compressione della molla di contrasto, generalmente questi componenti vengono studiati per avere il più possibile un motore a un determinato e costante regime di funzionamento. Inoltre tali inclinazioni del piattino di battuta dei rulli e delle sedi del variatore, determinano la capacità di variazione del rapporto di riduzione, dove con l'aumento delle inclinazioni di queste sedi, si aumenta la chiusura della puleggia rispetto alla corsa dei rulli, aumentando la capacità di variazione del rapporto di trasmissione, permettendo d'avere un rapporto iniziale più corto, di migliorare l'accelerazione e in alcuni casi di migliorare la velocità di punta.
La chiusura della prima puleggia (puleggia motrice) determina in contemporanea l'allargamento della seconda puleggia (puleggia condotta) munita di correttore di coppia, determinando l'allungamento della marcia (riduzione del rapporto di riduzione).
In linea di massima, essendo la forza centrifuga proporzionale al quadrato dei giri motore, il profilo delle guide di scorrimento dei rulli avrà una forma parabolica; l'esatta curvatura però sarà dettata anche dall'esperienza e dalle caratteristiche che si vuol dare al variatore (o quelle del motore al quale lo si vuole accoppiare).
Variatore rototraslante Nelle ultime innovazioni nelle trasmissioni automatiche CVT sono presenti due correttori di coppia nel gruppo trasmissione.
Al tradizionale correttore di coppia presente nella puleggia condotta viene aggiunto un innovativo correttore di coppia per la puleggia mobile motrice.