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3. SISTEMA DE TRANSMISSÃO Os vários componentes da transmissão estão interligados entre si por uma relação lógica e inter- dependente de funcionamento. Para iniciar o movimento do veículo, torna-se necessário que o condutor acione a embreagem e selecione, com auxílio da alavanca de seleção de marcha, a força inicial necessária para colocar o veículo em movimento; força esta que deverá ser modificada as- sim que a veiculo adquira maior velocidade é o caso da mudança de marcha. Desta forma o con- dutor fornece condição ao veículo de se deslocar com maior força ou maior velocidade, de acordo com as necessidades. 3.1. Configurações de sistemas de transmissão A transmissão comunica às todas as rodas motrizes a potência do motor transformada em energia mecânica. O motor pode ser instalado longitudinal ou transversalmente no veículo, na frente ou atrás do eixo dianteiro. Outros lay-outs dos sistemas de transmissão incluem o motor traseiro (atrás do eixo traseiro, como por exemplo, no Fusca) e o motor do meio (em frente do eixo trasei- ro, como por exemplo, a maioria de modelos Ferrari). O sistema de acionamento permanente em todas as rodas é usado especialmente para veículos de alto desempenho. Ele requer a utilização de um diferencial no centro, para a compensação das velocidades de rotação dos eixos dianteiro e traseiro. Já o sistema de tração nas quatro todas co- mandada pelo motorista é utilizado principalmente como uma ajuda à tração para os veículos fora- de-estrada (como o Jeep). Este sistema apresenta menor custo, já que a compensação da veloci- dade entre os eixos dianteiro e traseiro, em geral, é dispensada, sendo possível sua utilização somente quando a estrada ou a superfície do solo oferecem suficiente aderência para as rodas, caso contrário, fortes tensões irão se acumular no sistema de transmissão. O motor, caixa de câmbio, diferencial e semi-árvores de transmissão às rodas, formam uma uni- dade compacta. Em um veículo de tração dianteira, as rodas dianteiras são motrizes (recebem os esforços de tração), responsáveis pela direção e ainda recebem, os intensos esforços de frena- gem. Assim, a suspensão dianteira deve ser projetada de tal forma que as influências destas for- ças laterais não se contraponham às de tração e mantenha a maior área de contato possível dos pneus com o solo. Em um automóvel com tração traseira e com motor dianteiro, a transmissão tem início no volante do motor e prolonga-se, através da embreagem, da caixa de mudanças, do eixo de transmissão e do diferencial, até às rodas de trás conforme demonstrado na Figura 3.1. Temos como exemplo dessa configuração modelos de automóveis como Opala e Chevete. Figura 3.1 – Sistema de transmissão com motor dianteiro e eixo de tração traseiro Os automóveis com motor à frente e tração às rodas da frente ou com motor atrás e tração às ro- das de trás dispensam o eixo de transmissão, sendo, neste caso, o movimento transmitido por meio de eixos curtos. Geralmente estes motores são posicionados longitudinalmente conforme Fi- gura 3.2. Atualmente, 75% dos modelos em produção (veículos de portes pequeno e médio), utili- zam a tração no eixo dianteiro. Como exemplo temos o Palio. Figura 3.2 – Sistema de transmissão com motor dianteiro e eixo de tração dianteiro A embreagem, que se situa entre o volante do motor e a caixa de mudanças, permite desligar a energia motriz da parte restante da transmissão para liberar esta do torque quando as mudanças são engrenadas ou mudadas. Segue adiante a descrição de cada componente da transmissão e sua função dentro deste. 3.2. Embreagem Instalada entre o motor e a caixa de mudanças, sua função é fazer o “ligamento” e desligamento entre o motor e a caixa, quando da arrancada do veículo, (ou troca de marchas com o veículo em movimento). A embreagem destina-se a desligar o motor das rodas motrizes quando se efetua uma mudança de velocidades ou quando se arranca. Torna assim possível engatar suavemente uma nova engrenagem antes de a transmissão voltar a ser ligada ou no arranque, permite que o motor atinja as rotações suficientes para deslocar o automóvel. Ao motorista debrear se separa três partes do conjunto da embreagem: o volante do motor, o dis- co e o platô, ou placa de pressão da embreagem. O volante do motor está fixado por meio de pa- rafusos à árvore de manivelas e roda solidário com esta; o disco da embreagem encaixa, por meio de estrias, no eixo primário da caixa de mudanças e, assim, roda com este; o platô da embreagem fixa o disco de encontro ao volante do motor. Quando se diminui a pressão do platô (carregando no pedal da embreagem), a árvore de manive- las e o eixo primário da caixa de mudanças passam a ter movimentos independentes. Quando o motorista solta o pedal, as peças tornam-se solidários. O princípio de funcionamento da embrea- gem pode ser demonstrado conforme Figura 3.3 abaixo. Um disco revestido de lixa, movido por uma furadeira elétrica, corresponde ao vo- lante do motor em rotação. Se um segundo disco de lixa for posto em contato com o primeiro, este irá se mover também, devido ao atrito, porém mais len- tamente. Aumentando a pressão do encosto, con- segue-se que os dois discos rodem soli- dariamente. É este o princípio de funcio- namento de uma embreagem de fricção. Figura 3.3 – Princípio de funcionamento da embreagem O tipo de embreagem mais utilizado em automóveis é o "mono disco a seco", que se subdivido em dois grupos de acordo com a tabela 01. Tabela 01 – Tipos de Embreagem Quanto ao sistema de pressão Quanto ao sistema de comando Molas helicoidais Mecânico (pedal, cabo flexível, alavancas) Molas a diafragma (chapéu chinês) Hidráulico (pedal, bomba, cilindro, alavancas). 3.3. Sistema mecânico Os componentes do sistema mecânico de embreagem pode ser visualizado na Figura 3.4 abaixo. Figura 3.4 – Sistema mecânico de embreagem 1) Pedal: dispositivo onde o condutor do com os pés para ligar e desligar a embrea- gem do motor; 2) Cabo: faz a ligação entre o pedal e a alavanca externa; 3) Alavanca externa: transmite a movimento do pedal para o garfo interno através da árvore de comando; 4) Árvore de comando: Nela se encontra montado o garfo interno; 5) Garfo Interno: Transmite o movimento da árvore de comando para o colar (rolamen- to); 6) Colar: Atua sobre o chapéu chinês, com o objetivo de fazer o ligamento e desliga- mento entre o conjunto Platô - Disco - Volante do motor; 7) Platô: Carcaça de montagem e fechamento do conjunto de pressão que é respon- sável pelo movimento de acoplamento; 8) Disco: Dispositivo de ligação entre o volante do motor e o Platô. 3.4. Sistema hidráulico O sistema hidráulico funciona como no freio, a embreagem, auxiliada por um cilindro e com um êmbolo, atua sobre o fluido desaclopando o disco de embreagem do volante do motor. Desta for- ma, libera a caixa de câmbio para a mudança de marchas. O sistema é composto por uma bomba de óleo, um cilindro atuador e um reservatório. Os componentes citados acima podem ser visuali- zados na Figura 3.5 abaixo. Figura 3.5 – Sistema hidráulico de embreagem 3.5. Embreagem de molas helicoidais Numa embreagem de molas helicoidais, o platô e impulsionado por um certo número de molas he- licoidais e aloja-se, juntamente com estas numa tampa de aço estampado, fixa ao volante do mo- tor. As molas apoiam-se nesta tampa e exercem pressão sobre ela. Nem o disco de embreagem, nem o platô estão ligados rigidamente ao volante do motor, podendo ambos aproximar-se ou afas- tar-se deste. O platô está montado na tampa, que, por seu lado, está fixada por parafusos ao vo- lante do motor, pelo que estas três peças se movem conjuntamente. As molas de encosto, apoi- ando-se contra a tampa, apertam o disco entreo platô e o volante. Os componentes citados acima podem ser melhores visualizados na Figura 3.6 abaixo. Sendo seu funcionamento demonstrado na Figura 3.7. Figura 3.6 – Componentes do sistema de embreagem por molas helicoidais As molas mantêm o disco apertado entre o platô e o volante do motor. Na figura, uma mola e uma patilha (unha). A pressão sobre o pedal, através da placa de impulso, faz com que as pati- lhas puxem para trás o platô. Figura 3.7 – Funcionamento do sistema de embreagem por molas helicoidais 3.6. Embreagem de molas a diafragma (chapéu chinês) Ultimamente, a embreagem de molas tem vindo a ser suplantada pela embreagem de diafragma, que exige menor pressão sobre o pedal. Esta última consiste numa mola cônica, com fendas que irradiam do centro. A mola é montada quase plana, de modo que, ao tentar readquirir a sua forma cônica inicial, exerce uma pressão uniforme, ao longo da sua borda, sobre o platô. O anel de im- pulso, atuando sobre o diafragma o faz fletir em sentido contrário, soltando assim o platô. Os com- ponentes citados acima podem ser melhores visualizados na Figura 3.8 abaixo. Sendo seu funcio- namento demonstrado na Figura 3.9. Figura 3.8 – Componentes do sistema de embreagem por molas a diafragma O diafragma, quando está plano, empurra o platô. O anel de impulso faz fletir o diafragma, libe- rando assim o platô. Figura 3.9 – Funcionamento do sistema de embreagem por molas a diafragma 3.7. Caixa de marchas A caixa de marchas permite ao motor fornecer às rodas a força motriz apropriada a todas as con- dições de locomoção. Assim, quanto maior for o número de rotações da árvore de manivelas em relação ao número de rotações das rodas, maior será a força motriz transmitida às rodas, verif i- cando-se ao mesmo tempo uma proporcional redução da velocidade do automóvel. Várias engre- nagens são utilizadas para permitir uma ampla gama de desmultiplicações, ou reduções. Se o li- garmos diretamente às rodas ao motor sequer tiraria do lugar um veículo. Por isto é necessário que se multiplique este torque antes que a força atinja as rodas. É de responsabilidade da caixa de marchas (ou redutor) variar o torque nas rodas de acordo com a necessidade do veículo: Força (Torque) elevada (resultando baixa velocidade) ou pequena força (velocidade elevada). 3.7.1. Relação de redução Para entendermos o principio de funcionamento do redutor ou caixa de marchas é necessário lembrarmos alguns conceitos físicos que serro úteis. O torque e a rotação que são retirados do motor para movimentar o veículo, não são adequados para a transmissão direta para as rodas. É necessário, dependendo da carga ou velocidade do veículo, multiplicar o torque ou elevar a rota- ção. Este efeito, para adequar a rotação e o torque às condições de marcha, são obtidos por en- grenagens de transmissão. Trata-se de um conjunto de rodas dentadas, solidárias entre si, no qual cada dente opera como uma alavanca. Assim, através de engrenagens maiores ou menores, alte- ra-se a alavanca e, consequentemente, o torque e a rotação. A engrenagem que aciona é denominada motora, e a outra, movida. O número de dentes destas engrenagens, bem como os respectivos diâmetros, determina a relação de transmissão entre elas. A relação de transmissão é o fator que determina o torque e a rotação de saída em uma transmis- são por engrenagens. O cálculo dessa relação é feito da Equação 01: 2 1 Z Z R Equação 01- Cálculo da Relação de Transmissão Sendo: Z1 = N.º de dentes da engrenagem movida; Z2 = N.º de dentes da engrenagem motora. A relação de redução é aquela em que se multiplica o torque de entrada e que diminui a rotação. Este tipo de relação se caracteriza por possuir uma engrenagem motora menor e uma movida maior. A relação de desmultiplicação é aquela que se caracteriza por possuir uma engrenagem motora maior e uma movida menor. Neste caso, ocorre uma elevação da rotação e redução do torque. Estes conceitos podem ser melhores visualizados através da Figura 3.10. Figura 3.10 – Relação de transmissão Um conjunto de pares de engrenagens acoplados dois a dois, quando selecionados, definem a re- lação determina o torque que será enviada à roda. Na Figura 3.11 abaixo se tem o cálculo de dois trens de engrenagens engatados. Figura 3.11 – Relação de transmissão 6:1 Numa caixa de mudanças as engrenagens permanecem engatadas par a par. Nesta condição, nem todas elas são fixas ao eixo, do contrário não haveria movimento possível. Todas as engre- nagens motoras são fixas ao eixo primário, enquanto, todas as movidas são loucas sobre o eixo secundário. Quando se seleciona uma marcha, faz-se a fixação de uma engrenagem movida ao eixo secundário. Todas as engrenagens da caixa continuam girando. mas somente um par trans- mite torque. Na tabela 3.2 abaixo segue a seqüência de engate de uma caixa de quatro marchas à frente e uma a ré. Tabela 3.2 – Disposições das marchas em caixa de mudanças genérica Ponto Morto Primeira Todas as engrenagens, exceto as três neces- sária para a inversão de marcha, estão perma- nentemente engrenadas. As engrenagens do eixo secundário giram a volta deste, enquanto as do trem fixo permanecem imóveis. Em ponto morto não há qualquer transmissão de energia mecânica. Quando se engrena esta velocidade, a engre- nagem apropriada fica fixa no eixo secundário, transmitindo energia mecânica. Em primeira ve- locidade, recorre-se à redução mais elevada para se obter um torque mais elevado a baixa velocidade de marcha. Segunda Terceira Em segunda velocidade, uma menor redução proporciona um menor aumento do torque. A terceira velocidade utiliza uma redução ainda menor, enquanto a velocidade é obtida ligando o eixo primário diretamente ao secundário, de maneira que a potência seja transmitida atra- vés da caixa de mudanças, sem intervenção das rodas dentadas engrenadas. Quarta Marcha à ré As caixas onde a quarta velocidade é direta são utilizadas normalmente em automóveis com motor à frente e tração nas rodas de trás. Com a quarta velocidade direta as perdas por atrito são insignificantes, enquanto nas outras velocidades ocorrem perdas de cerca de 3%. Em marcha à ré, uma terceira engrenagem, a engrenagem intermediária, inverte o sentido da rotação normal do eixo secundário. 3.7.2. Sincronizadores e elementos da caixa de marcha Para entendermos o principio de funcionamento do redutor ou caixa de marchas é necessário lembrarmos No tipo mais simples de caixas de mudanças de rodas denteadas sempre engatadas. a mudança de velocidades fazia-se com rumorosidade e trancos. Para que esta se processe mais suave e silenciosamente, os dois conjuntos de dentes devem atingir a mesma velocidade, de mo- do a poderem deslizar prontamente e sem se chocarem. Esta sincronização obtinha-se com uma breve parada no ponto morto quando se mudava de velocidade. Essa pausa, permite que o atrito e a resistência do óleo igualem a velocidade de rotação do eixo primário e a da engrenagem ligada às rodas através da parte restante da transmissão. Para encaixar uma mudança mais baixa, con- seguia-se a sincronização por meio de uma dupla embreagem, isto é, passando para o ponto mor- to, acelerando o motor a fim de aumentar as rotações da engrenagem e debreando novamente pa- ra engatar a marcha apropriada. Atualmente, os motoristas já não precisam recorrer a uma dupla debreagem, graças à introdução de um dispositivo de sincronização nos colares deslizantes da caixa de mudanças, Este dispositi- vo sincronizado existe, normalmente, para todas as velocidades, exceto a marcha à ré O funcionamento do sistema sincronizador é idêntico ao de uma embreagemde fricção. Quando o sincronizador é forçado a deslizar de encontro à engrenagem na qual deve engrenar, um anel cô- nico existente na engrenagem, em frente dos dentes, entra em contato com a superfície de um ori- fício cônico (existente no sincronizador) à qual se ajusta. O atrito resultante do contato das super- fícies cônicas eleva ou reduz a velocidade da engrenagem livre até torná-la Igual à velocidade do eixo primário. Os mecanismos sincronizadores atuais Incluem um dispositivo que impede o movimento do sin- cronizador e não permite que os dentes engatem antes de se obter uma sincronização perfeita. Se as peças em rotação não girarem a mesma velocidade, por a embreagem não estar corretamente acionada, a alavanca de marchas resistirá aos esforços do motorista para a troca de marchas. Os componentes citados acima podem ser melhores visualizados nas figuras adiante. Figura 3.12 – Eixos seletores em uma caixa de 4 marchas genérica Figura 3.13 – Como engatam a união dos dentes do sincronizador às rodas dentadas Figura 3.14 – Sistema sincronizador genérico 3.8. Diferencial Quando um automóvel descreve uma curva, as rodas do lado de dentro percorrem uma trajetória menor do que a percorrida pelas rodas do lado de fora. Se ambas as rodas motrizes estivessem rigidamente fixas a um único eixo, teriam de rodar à mesma rotação, o que levaria à derrapagem da roda que percorre o menor trajeto. A fim de evitar este inconveniente o eixo apresentasse divi- dido em dois semi-eixos, cada um dos quais é movido independentemente pelo diferencial para que, quando a roda interior diminua de velocidade, a exterior acelere. Na Figura 3.15 a frente ob- serva-se melhor este fenômeno. Figura 3.15 – Comportamento das rodas em reta e curva Na última fase do seu percurso até as rodas motrizes, a energia proveniente do motor passa atra- vés do diferencial. O pinhão do diferencial recebe a força motriz e transmite à coroa. Geralmente, pinhão e coroa constituem um par de engrenagens de maior redução no sistema de transmissão. A coroa ao girar, movimenta consigo o eixo de satélites. Estas transmitem o movimento às plane- tárias, que giram em movimentos relativos, em função da resistência externa oferecida pelo movi- mento do veiculo. Este movimento é transmitido às rodas mediante as semi-árvores ou semi-eixos. Segue na Figura 3.16 os componentes principais de um diferencial. Figura 3.16 – Componentes de um diferencial genérico Segue abaixo na Figura 3.17 esquema com princípio de funcionamento do diferencial. Figura 3.17 – Princípio de funcionamento do diferencial 3.9. Eixos de transmissão 3.9.1. Semi-árvore É uma barra cilíndrica que tem suas extremidades preparadas para fazer o acoplamento com ou- tras peças, que são componentes do diferencial o do cubo da árvore. Sua função é transmitir o torque do diferencial às rodas motrizes. Em função das suspensões dependentes nos veículos que tem motor instalado na dianteira e tração no eixo traseiro é usado um eixo rígido, no qual estão instalados o diferencial e as semi-árvores. Devido às ligações de entrada (lado do diferencial) e saída (lado da roda), serem funções do tipo de suspensão do veículo, e as suspensões serem do tipo "ponte rígida", a ligação do lado das rodas é feita por meio de flange, fixado ou usinado na própria semi-árvore. No lado do diferencial a semi-árvore é montada diretamente na engrenagem planetária. Segue abaixo na Figura 3.18 uma ilustração de uma semi-árvore genérica. Figura 3.18 – Semi-árvore Em função das suspensões independentes as semi-árvores devem permitir os movimentos entre a roda e a transmissão angular, para isto elas têm juntas homocinéticas montadas nas extremidades do lado das rodas. Nas extremidades do lado do diferencial o encaixe é feito por meio de trizeta (tripóide). Segue abaixo na Figura 3.19 uma ilustração da seção longitudinal da semi-árvore. Figura 3.19 – Seção Longitudinal da semi-árvore 1) Junte tripóide; 2) Anel elástico; 3) Semi-árvore; 4) Flange; 5) Coifa; 6) Junta homocinética; 7) Braçadeiras de fixação da ceife; 8) Retentor; 9) Conjunto bucha retentor 3.9.2. Junta homocinética Elemento que faz a ligação entro a semi-árvore e o cubo de roda, articulando-se, para permitir, em qualquer momento, uma velocidade de rotação Igual entre as duas. Segue abaixo na Figura 3.20 uma ilustração dos componentes da junta homocinética. Figura 3.20 – Componentes da Junta homocinética 1) Junta homocinética 2) Corpo da homocinética; 3) Esferas; 4) Gaiola; 5) Borda chanfrada; 6) Rasgo maior; 7) Cubo central; 8) Abertura da extremidade da trava. A coifa ou "Capa de Proteção" é um elemento construído em borracha. C fixado ao cubo o à semi- árvore, por meio de braçadeiras. Sua função é proteger a homocinética quanto à penetração de corpos estranhos, como poeira, pedaços de metal, líquidos etc. Outra função importante é impedir que a graxa saia do mecanismo. Segue abaixo na Figura 3.21 uma ilustração dos componentes de uma coifa. Figura 3.21 – Coifa 3.9.2.1. Junta fixa Segue abaixo na Figura 3.22 uma ilustração dos componentes de uma junta fixa. Figura 3.22 – Junta fixa 1) Ponta de eixo; 2) Anel trava; 3) Anel interno "R"; 4) Gaiola; 5) Esfera; 6) Braçadeira maior; 7) Coifa; 8) Braçadeira menor; 9) Eixo. A junta fixa é aquela que normalmente vai ligada ao cubo da roda. O seu único movimento é angu- lar, com a finalidade de compensar mudanças de ângulos descritos pelas suspensões e direção. Embora a suspensão a direção impliquem em ângulos acentuados, as juntas homocinéticas fixas permitem uma tração suave e sem flutuações. 3.9.2.2. Junta deslizante Segue abaixo na Figura 3.23 uma ilustração dos componentes de uma junta deslizante. Figura 3.23 – Junta deslizante 1) Eixo; 2) Junta Deslizante; 3) Coifa; 4) Flange; 5) Entalhado; 6) Anel trava; 7) Anel interno "V"; 8) Gaiola; 9) Esferas; 10) Anel externo "V". A junta deslizante é ligada à transmissão do veiculo e proporciona dois movimentos: angular e axial. Sua finalidade também é a de compensar as mudanças de ângulos descritos pela suspen- são e as variações axiais provenientes das mudanças angulares que provocam um alongamento e encurtamento do conjunto. 3.9.3. Junta tripóide Segue abaixo na Figura 3.24 uma ilustração dos componentes de uma junta tripóide. Figura 3.24 – Junta tripóide 1) Eixo; 2) Coifa; 3) Braçadeira maior; 4) Entalhado; 5) Tripóide; 6) Anel trava; 7) Tulipa. Outro tipo de junta universal de três pontos, chamada de Tripóide. Composta de três rolamentos dispostos em forma triangular, que trabalham dentro de um receptáculo chamado "Tulipa". A sua finalidade é idêntica à da junta deslizante. Funções: Transmite o movimento do cambio às rodas. Permite as oscilações das rodas e das semi-árvores, eliminando ao mesmo tempo a rumo- rosidade provocada pela transmissão. Absorve os pequenos deslocamentos axiais que eventualmente ocorrem devido às solici- tações próprias do piso onde o veículo trafega. 3. SISTEMA DE TRANSMISSÃO 3.2. Embreagem 3.3. Sistema mecânico 3.4. Sistema hidráulico 3.5. Embreagem de molas helicoidais 3.6. Embreagem de molas a diafragma (chapéu chinês) 3.7. Caixa de marchas 3.7.1. Relação de redução 3.7.2. Sincronizadores e elementos da caixa de marcha 3.8. Diferencial 3.9. Eixos de transmissão 3.9.1. Semi-árvore 3.9.2. Junta homocinética 3.9.2.1. Junta fixa 3.9.2.2. Junta deslizante 3.9.3. Junta tripóide
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