UNIDADE IV MECANISMOS DE TRANSMISSÃO

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�Laboratório de Mecanização Agrícola - Lama
UNIDADE IV - MECANISMOS DE TRANSMISSÃO
4.1 – INTRODUÇÃO
	As transmissões compõem-se de mecanismos que têm por função transmitir o momento de torção da unidade de potência às rodas motrizes. Tem por função também alterar esse momento e a freqüência de rotação das rodas, segundo o tipo de operação e operador, dentro de certos limites de projeto.
	Os principais componentes desse sistema podem ser visualizados na figura 1.
Figura 1- Componentes do sistema de transmissão	
Fonte - COLET (2001)
4.2 - EMBREAGEM	
	A embreagem permite desligar por curtos intervalos de tempo a transmissão de movimento da unidade de potência para a transmissão e ligá-los gradualmente durante a mudança de velocidades e o arranque do trator.
	Existem vários tipos de embreagens, que podem ser:
		- de fricção simples;
		- de fricção dupla;
		- de acionamento hidráulico;
		- hidráulica.
4.2.1 - EMBREAGEM SIMPLES	
		Também conhecida como embreagem volante, é um mecanismo de aderência responsável pela conexão do volante da unidade de potência aos demais órgãos de transmissão do trator. A embreagem de um disco (simples) pode ser visualizada na figura 2.
		A embreagem é composta de um disco que possui na periferia, em ambos os lados, uma superfície de atrito fixada ao disco. Um dos lados do disco entra em contato com o volante e o outro lado com o platô. O disco apresenta um cubo com orifício central estriado, que encaixa na extremidade também estriada do eixo primário da caixa seletora de torques.
		Quando a embreagem não está acionada, o platô através da ação de molas pressiona o disco contra o volante, ligando assim a unidade de potência ao eixo primário da caixa seletora de torques.
A interrupção do movimento ou debreagem é obtida pressionando-se o pedal. Esse movimento é transmitido a uma alavanca que atua sobre um colar deslizante ao longo do eixo primário da caixa seletora de torques. O colar ao deslocar-se, empurra as extremidades das alavancas de descompressão (gafanhotos ou chapéu chinês), que afastam o platô, e liberam o disco de embreagem.
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	Figura 2 - Partes constituintes da embreagem simples 
Fonte - AUTO VIA (2004)
	
4.2.2 - EMBREAGEM DUPLA
	A embreagem dupla ou de discos múltiplos é constituída por dois conjuntos de embreagens simples, como mostra a figura 3. O acionamento deste tipo de embreagem é semelhante ao anterior, sendo que neste caso o acionamento se dá em série, isto é, primeiro uma embreagem é debreada, depois a outra.
	
Figura 3 - Embreagem dupla 
Fonte - ATARES E LAGUNA BLANCA (1996)
	
Este tipo de embreagem ainda é muito usado, principalmente em tratores de baixa potência, onde uma embreagem une a unidade de potência à caixa seletora de torques, e a outra une a unidade de potência à tomada de potência (TDP). Nos tratores maiores, as TDPs geralmente são acionadas com engrenagens individuais de acionamento hidráulico.
	
4.2.3 - EMBREAGEM DE ACIONAMENTO HIDRÁULICO 
		Trata-se de uma embreagem simples com acionamento hidráulico, ou seja, as alavancas de descompressão do platô são empurradas por um fluido hidráulico acionado por uma válvula de comando manual. Este tipo de embreagem é comum no acionamento de tomada de potência e na maioria dos caminhões.
4.2.4 - EMBREAGEM HIDRÁULICA
	Tem a função de transmitir gradativamente o movimento até um conversor de torque. Este tipo de embreagem é erroneamente chamado de conversor de torque hidráulico, o qual tem a função de multiplicação de torque e velocidade.	 
Os elementos constituintes da embreagem hidráulica, mostrados na figura 4, são o impulsor e o impelido, os quais apresentam formato de uma calha circular semicilíndrica. O impulsor é montado no volante do motor, enquanto o impelido é acoplado na árvore primária da caixa seletora de torques.
CONVERSOR E SELETOR DE TORQUE.
	Figura 4 - Embreagem hidráulica
Fonte - SENAI/PR (sd)
4.3 – CONVERSOR E SELETOR DE TORQUE
É a parte mais importante do sistema de transmissão, pois é onde se pode agir, adequando a velocidade de avanço ou torque de acordo com a operação e condições de operação que se apresentam.
4.3.1 - CONVERSOR HIDRODINÂMICO OU HIDROCINÉTICO
Este conversor é semelhante à embreagem hidráulica, pois utiliza a energia de movimento (cinética) do fluido para transmitir potência. É constituído pelas partes mostradas na figura 5. O impulsor, que é a bomba, tem por função impulsionar o fluido contra as aletas do impelido, onde a energia cinética do óleo é convertida em energia mecânica.
	
 Figura 5 - Conversor de torque hidráulico
Entretanto, pelas características do mecanismo, ao sair da turbina o fluxo de óleo toma uma direção contrária àquela das aletas da bomba. Por essa razão, há necessidade de um estator, cuja função de é reorientar o fluxo de óleo para os estágios seguintes.
Este sistema tem como vantagens em relação ao sistema convencional, o funcionamento mais regular da unidade de potência, amortecimento de sobrecargas e proporciona um número muito grande de torques (marchas). Entre as desvantagens, pode-se citar o custo inicial elevado e um maior consumo de combustível quando comparado ao uso correto do sistema convencional.
4.3.2 - CONVERSOR HIDROESTÁTICO
A evolução dos sistemas hidráulicos resultou no desenvolvimento das transmissões hidráulicas. Hoje, este tipo de sistema é usado no controle de implementos montados, em grande parte dos sistemas de arrasto e também na tração de modernas colhedoras. A figura 6 mostra esquematicamente um sistema de conversão hidroestática.
Na transmissão hidroestática, a potência de uma unidade de potência de combustão interna é convertida em potência hidráulica, transmitida por uma linha de escoamento e convertida em potência mecânica junto ao rodado do trator.
A variação da velocidade no rodado do trator se dá de dois modos, sendo um deles através da vazão que sai da unidade de potência hidráulica ou pela variação da rotação da unidade de potência.	
Figura 6 - Fluxograma esquemático de um sistema hidroestático
4.3.3- CONVERSOR MECÂNICO POR PLANETÁRIAS
Este sistema foi usado como conversor de torque há alguns anos atrás, mas hoje é usado em conjunto com o sistema de transmissão convencional. Um exemplo é o sistema “dual power” usado no sistema de redução final de tratores agrícolas atuais, o qual não possui variação de torque. Como este sistema não é mais usado como conversor de torque total, será comentado o princípio de funcionamento de um conjunto elementar do sistema.
Este sistema apresenta as engrenagens dispostas como na figura 7, sendo constituído por uma engrenagem solar central, sobre a qual se acoplam 2, 3 ou 4 pinhões satélites ou engrenagens planetárias, que se alinham envolvidos externamente por uma engrenagem de dentes internos, denominada coroa.
Figura 07: Componentes básicos de uma caixa de mudança, com planetárias.
	
Figura 7 – Componentes básicos de uma transmissão de engrenagens planetárias
Fonte: MIALHE (1980)
Os eixos das planetárias são interligados, constituindo um conjunto que recebe o nome de porta satélite. A coroa é acoplada a um dispositivo que permite as seguintes situações:
Travá-la, interrompendo qualquer movimento;
Deixá-la solta, girando livremente.
O caso “b” não é usado nos tratores atuais, e o caso “a” é a marcha reduzida. Neste caso, a marcha reduzida pode ser acionada com um simples toque em um botão, pois não necessita do acionamento da embreagem, já que as engrenagens que compõem este sistema estão sempre acopladas.
 No caso de funcionamento comum, isto é, marcha direta, existe outro sistema que não permite o giro livre das engrenagens satélites ao redor dos eixos satélites. Sendo assim podemos resumir o funcionamento do sistemacomo:
- Trator em uso normal
- Marcha direta – coroa gira com o conjunto.
- Trator necessitando de mais torque
- Marcha reduzida – coroa é freada por um sistema acionado pelo operador, tornando-se fixa.
Este sistema é de simples acionamento, como já foi visto, o torque transmitido entre a árvore motora (solar) e a movida (porta satélites), não havendo necessidade de engrenar ou desengrenar marchas, bastando a frenagem de um dos componentes do sistema para que a maneira do sistema de operar se modifique, como mostra a figura 8.
Figura 8 – Posições de funcionamento do sistema por planetárias
Fonte – REIS et al. (1999)
4.3.4- CONVERSOR MECÂNICO POR ENGRENAGENS
É sem dúvida o sistema mais utilizado no mundo. Para entender o funcionamento deste conversor é necessário saber alguns conceitos básicos de engrenagens, mostrados a seguir.
Engrenagens
As engrenagens são utilizadas para transmitir movimentos e energia. Apresentam diferentes tipos de dentes e formas, cada qual com aplicações múltiplas, de acordo com o trabalho a ser realizado. Elas podem alterar as razões de torque, a velocidade e o sentido do percurso de uma maneira eficiente. Os dentes das engrenagens se encaixam, fazendo com que uma transmita o movimento à outra. A engrenagem que transmite o movimento denomina-se motora, a que recebe é chamada de acionada.
Quando duas engrenagens são utilizadas, os eixos giram em sentidos opostos. Esta afirmação também é válida para sistemas formados por um número par de engrenagens. Neste caso, sempre a primeira e a última engrenagem giram em sentidos opostos (Figura 9).
Figura 9 – Sistema com número par de engrenagens
Fonte – Interula (2004) e Demnet (2000)
 
Quando três engrenagens são utilizadas, o 1º e o 3º eixo giram no mesmo sentido. Esta afirmação também é válida para sistemas formados por um número ímpar de engrenagens. Neste caso, a primeira e a última giram no mesmo sentido (Figura 10).
Quando num sistema de engrenagens uma é muito menor que a outra, a engrenagem menor é denominada de pinhão e a maior de coroa.
 As engrenagens são alternativas empregadas para fazer a potência fluir de um lugar para outro, ou mudar o sentido da rotação, sendo que jamais poderão fornecer um ganho em potência. Se supusermos que uma unidade de potência produz uma quantidade fixa de potência, podemos utilizar as engrenagens para obtermos um ganho em velocidade ou torque. 
Figura 10 – Sistema com número ímpar de engrenagens, demonstrando o sentido de giro dos eixos
Fonte – ITAUTEC (2004)
Quando uma engrenagem grande aciona uma pequena, proporciona um ganho em velocidade. Quando uma engrenagem pequena aciona uma grande, este sistema proporciona um ganho em torque. Quando aumentamos o torque reduzimos a velocidade; e quando aumentamos a velocidade reduzimos o torque, como mostra a figura 11.
Figura 11 - Relações torque e velocidade nos engrenamentos
Fonte – ARNAL ATARES et al. (1996)
A mudança no ganho em trabalho é parcialmente medida. A razão é proporcional aos raios das engrenagens.
Outra medida comum para se ter a razão de engrenagens, é a contagem dos dentes das mesmas. Se o fluxo da potência ocorrer da engrenagem maior para menor, tem-se uma razão de engrenagens (relação de transmissão) maior que um, caso contrário, tem-se uma relação menor que um.
4.3.4.1 - CAIXA SELETORA DE TORQUES COM SISTEMA DE ENGRENAGENS
É o sistema convencional também usado em carros e caminhões. É constituída por um conjunto de engrenagens encerradas em uma caixa de ferro fundido, provida de aberturas para enchimentos e drenagem do óleo lubrificante. Devido a grande variação no desenho das caixas seletoras de torques dos diferentes tipos de tratores, é difícil descrevê-las individualmente. Porém, na figura 12, temos uma idéia geral da caixa e de sua localização nos tratores.
Figura 12 - Disposição das engrenagens de uma caixa seletora de torques de 4 velocidades (3 avante uma a ré).
Fonte – SENAI (sd)
O movimento da unidade de potência é transmitido pela embreagem à caixa seletora de torque através da árvore primária. Na extremidade interna da caixa, situa-se a engrenagem motora, a qual está acoplada, de forma permanente, à engrenagem intermediária movida, solidária à árvore secundária. A árvore secundária contém várias engrenagens de tamanhos diferentes, e acima dela, no mesmo eixo longitudinal da árvore primária, encontra-se a árvore terciária, a qual contém as engrenagens deslizantes das margens atuantes. A marcha ré é acionada pela introdução de uma engrenagem livre entre as engrenagens intermediárias de ré e da primeira marcha. Esta disposição provoca a inversão do sentido de deslocamento do trator.
As engrenagens das marchas deslizam axialmente sobre a árvore terciária, comandadas pela alavanca de mudança. Esta é localizada externamente sobre a tampa da caixa, tendo sua extremidade interna acoplada a um sistema de garfos deslizantes.
Nos tratores agrícolas convencionais existe logo após a caixa seletora de torque, ligada à árvore terciária, uma luva que acopla a seção de marchas reduzidas ou normais, onde conforme escolha neste ponto, teremos uma opção nova na caixa seletora de torque. Quem comanda a luva de acoplamento é uma alavanca localizada ao lado da alavanca da caixa seletora de torque. Geralmente as letras indicam as duas posições de engate possíveis (A, B – alta e baixa, H, L – hight e low).
	Ainda tratando-se de conversor de torque por engrenagens, os tratores nacionais apresentam dois tipos, quanto ao engate, que são a caixa sincronizada e a não sincronizada (também denominada de caixa seca). A caixa sincronizada apresenta um anel de desenho especial, chamado de anel sincronizador, o qual permite que antes do engrenamento os dois eixos sincronizem suas velocidades, chegando à mesma rotação, facilitando o engrenamento. Na caixa seca não existe o anel, sendo necessária a parada do trator para a mudança de marchas devido a diferente velocidade dos eixos.
4.4 – SISTEMA DIFERENCIAL
O sistema diferencial é composto pelo conjunto coroa e pinhão mais as engrenagens satélites e engrenagens planetárias (compensadoras).
4.4.1 - COROA E PINHÃO
O mecanismo coroa e pinhão é constituído por um par de engrenagens cônicas. A de maior número de dentes denomina-se coroa, e a de menor número de dentes pinhão.
O pinhão é acoplado à árvore terciária da caixa seletora de torque, e a coroa aciona às semi-árvores motoras (rodas), através do diferencial. O sistema de coroa e pinhão tem duas funções (Figura 13).
	- produzir a mudança em ângulo reto, da direção do esforço de rotação da unidade de potência, permitindo que as rodas motrizes girem, acionadas por meio de semi-árvores.
	- estabelecer, por conveniência técnica, a redução permanente da velocidade de rotação da unidade de potência para as rodas motrizes.
Figura 13 - Mecanismo coroa pinhão
Fonte – ANGELFIRE (2004)
4.4.2 - SISTEMA DIFERENCIAL
Este sistema é constituído por uma caixa cilíndrica fixa na coroa, contendo em seu interior um ou dois pares de pinhões (satélites) montados transversalmente e engrenados a duas coroas (menores que a do sistema coroa-pinhão) denominadas neste caso de planetárias, dispostas em ambos os lados da caixa. Na figura 14, podemos ter uma idéia do sistema.
	
 Figura 14 - Nomenclatura e sistema diferencial
 Fonte – MOTOR VALLEHERMOSO (2004)
O movimento de rotação é transmitido até o pinhão, que gira a coroa e a caixa do diferencial.
As engrenagens satélites giram livremente em seus eixos e, também, rodam juntas com estes, ao serem arrastadas pela caixa do diferencial, combinando os movimentos de rotação e de translação. As engrenagens planetárias movidas pelos satélites giram sobre seus centros, que estão montadas em mancais na caixa dodiferencial, transmitindo este movimento às semi-árvores e as rodas.
Durante o movimento do trator em linha reta, a coroa, a caixa do diferencial e as engrenagens giram como uma só unidade. As engrenagens satélites transladam em círculo arrastadas pelos seus eixos, sem girar sobre eles, obrigando as engrenagens planetárias a rodar na mesma velocidade da caixa do diferencial e com elas, as semi-árvores (rodas).
Quando o veículo se desloca com velocidades desiguais entre as rodas motrizes (barro, curva, etc.), isto é, uma das rodas gira mais lenta que outra, nesta situação, as engrenagens satélites se deslocam e giram sobre a engrenagem planetária interna, aumentando com isso a velocidade da engrenagem planetária e da roda que tende a girar mais rápido. Acompanhando a figura 15, pode-se observar o descrito.
Figura 15 - Sistema diferencial
Fonte – ARNAL ATARES et al. (1996)
Como se pode ver, o sistema diferencial tem como função a distribuição do torque para as rodas motrizes, conforme tendência de facilidade de giro das mesmas.
Se por um lado o diferencial é um mecanismo de presença obrigatória nos tratores agrícolas, por outro lado apresenta, sob certas condições operacionais, alguns problemas. Um exemplo seria quando uma das rodas motrizes trafega em condições de baixa aderência e a outra em alta aderência. Nesse caso, pode-se ter uma roda parada e outra com deslizamento excessivo. Por essa razão, normalmente os tratores agrícolas apresentam um mecanismo chamado bloqueio do diferencial que, ao ser acionado, impede o movimento relativo entre satélites e planetárias, fazendo com que ambas as rodas girem com a mesma velocidade. Na figura 16 tem-se o sistema de bloqueio do diferencial.
Figura 16 - Bloqueio do diferencial
Fonte – ARNAL ATARES et al. (1996)
4.4.3 - REDUÇÃO FINAL
Como se observou até agora, sempre que se fala em sistema de transmissão este tem como um dos objetivos (tratores agrícolas) a redução da velocidade, pois o motor gira a uma rotação muito elevada. Mesmo com todas as reduções já relatadas (seletor de torque, reduzida e diferencial), chega uma rotação elevada nas rodas, havendo então perto da roda motriz a redução final.
Existem dois tipos de redução final, sendo que a mais antiga consiste de duas engrenagens, onde uma menor é ligada ao eixo diferencial e uma maior ao eixo ligado à roda motriz. A redução final mais utilizada hoje é uma com arranjamento idêntico ao sistema de conversor de torque por planetárias, onde o eixo que liga a engrenagem solar vem do diferencial e o eixo do porta-satélites liga-se à roda motriz, a coroa do sistema esta permanentemente travada. A figura 17 mostra o explicado.
Figura 17 - Redução final com engrenagens planetárias
Fonte – ARNAL ATARES et al. (1996)
4.4.4 - ACIONAMENTO DA TOMADA DE POTÊNCIA (TDP)
A tomada de potência (TDP) possui vários tipos de acionamento, alguns tratores agrícolas possuem esta acionada constantemente, antes da caixa de mudança de marchas existe uma engrenagem no eixo oriundo do motor e outra engrenagem, maior, em um eixo que vai direto à TDP. 
 
Figura 18 – Esquema de acionamento da Tomada de Potência (TDP)
Outro sistema usado é o com embreagem para acionamento da TDP, geralmente por luva, alguns esta embreagem é junto com a embreagem do conversor de torque, em outros esta fica próxima da TDP, na parte posterior do trator, com acionamento hidráulico. Na figura 18 pode-se ver um tipo dos comentados acima.
Referências
ANGELFIRE. Disponível em: 
<http://www.angelfire.com/id/cebolinha/galeriaindice.html>. Acesso em: 25 mar. 2004.
ARNAL ATARES, P.V.; LAGUNA BLANCA, A. Tractores y Motores Agricolas. 3. ed. Madrid: Grupo Mundi-Prensa, 1996. 549p.
AUTO VIA. Reparos automotivos. Disponível em: <http://www.autoviapneus.com.br/embreagens.htm>. Acesso em: 29 abr. 2004.
DEMNET. Disponível em: <http://demnet.ubi.pt/~humberto/ensino/estebi/1999-2000/Miguel-Richard-Antonio/engrenagens.htm>. Acesso em: 29 abr. 2004.
INTER AULA. Disponível em: <http://www.interaula.com/app1au001_01m.html>. Acesso em: 12 abr. 2004.
ITAUTEC. Disponível em: <http://www.itautec.com.br/ebusiness/main_servicos.htm>. Acesso em: 12 abr. 2004.
MOTOR VALLEHERMOSO 22 (MV22). Disponível em: <http://www.km77.com/marcas/bmw/serie3_01/0primera/galeria2.asp>. Acesso em: 14 mai. 2004.
REIS, A.V.; MACHADO, A.L.T.; TILLMANN, C.A.C.; MORAES, M.L.B. Motores, tratores, combustíveis e lubrificantes. Pelotas: Ed. Universitária, 1999.
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL (SENAI/PR). Confederação nacional da indústria. Mecânico Diesel. (sd)
Alavanca de acionamento da debreagem
Guarnição do platô
Mancal da árvore primária
Volante
Entalhado da árvore primária
Colar deslizante (rolamento)
Disco de embreagem
Platô
Eixo primário (eixo piloto)
Árvore de manivelas
Árvore movida
Marcha direta
Marcha reduzida
Neutro
Caixa de satélite
Engrenagens satélites
Engrenagens planetárias
Eixos primários e da TDP debreados
Eixo primário 
debreado
Potência liberada ao órgão ativo 
Linha de retorno
Linha de pressão
Linha de retorno
Atuador hidráulico motriz
Impelido
Árvore motora
Direção do fluxo de óleo
Impulsor
Potência fornecida pelo motor
Válvulas
Bomba
 hidráulica
Reservatório
de óleo
Unidade de potência
Coroa-pinhão e diferencial
TDP
Árvore de transmissão da TDP
Luva de acoplamento
Caixa seletora de torque
Embreagem
Impelido
Bomba
Engrenagens de
acionamento
Mais Velocidade Menos Torque
Mais Torque Menos Velocidade
Pinhão
CoroaAa
Engrenagens
planetárias
Engrenagens
satélites
Funcionamento em curva
Volante
Árvore
Pinhão
Coroa
Coroa
Árvore movida
Porta-satélites
Apoio satélite
Engrenagem central
Engrenagem satélite
Árvore central (motora)
Semi-árvore
Satélites
Planetárias
Coroa
Flange entalhada fixa na carcaça da caixa satélite
Luva entalhada corrediça
Pinhão
Embreagem
Árvore primária
Árvore secundária
Pinhão
Coroa
Árvore terciária
Trambulador
Motor
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