TCC - ATUAL padrão

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Ana Caroline F. Zanetti
Ana Emília F. Zanetti
Bruno Henrique de Sousa
Christian Coppola
Donizete Rodrigues de Freitas Jr.
Gabriel Mendes Faustini
Gustavo Henrique Pereira de Andrade
Jackeline Alexandra Melgar
Lucas Cardoso dos Santos
Luan Lima Belarmino
Tiago Rodrigues da Silva
Tiago da Cunha Bernardino
BANCADA DIDÁTICA: 
	
Sistema de transmissão com embreagem automotiva
Campinas
2018
Ana Caroline F. Zanetti – RA: C138ID-6 - EM9P12
Ana Emília F. Zanetti – RA: C138IC-8 - EM9P12
Bruno Henrique de Sousa – RA: C00209-7 - EM9R12
Christian Coppola - RA: B76993-9 - EM9P12
Donizete Rodrigues de Freitas Jr. – RA: B50784-5 - EM9Q12
Gabriel Mendes Faustini – RA: C09676-8 - EM9P12
Gustavo Henrique Pereira de Andrade – RA: C1445C-2 - EM9P12
Jackeline Alexandra Melgar – RA: B605CB-0 - EM9R12
Lucas Cardoso dos Santos – RA: C16GBF-9 - EM9P12
Luan Lima Belarmino – RA: T74143-2 - EM9Q12
Tiago da Cunha Bernardino – RA: C0051G-6 - EM9P12
Tiago Rodrigues da Silva – RA: C25FDB-3 - EM9P12
BANCADA DIDÁTICA: 
Sistema de transmissão com embreagem automotiva.
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado a Universidade Paulista (UNIP), como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.
Orientadores:	Maurício Correia
	Gilson Tristão
Campinas
2018
Ana Caroline F. Zanetti 
Ana Emília F. Zanetti 
Bruno Henrique de Sousa 
Christian Coppola 
Donizete Rodrigues de Freitas Jr. 
Gabriel Mendes Faustini 
Gustavo Henrique Pereira de Andrade 
Jackeline Alexandra Melgar 
Lucas Cardoso dos Santos 
Luan Lima Belarmino
Tiago da Cunha Bernardino 
Tiago Rodrigues da Silva
BANCADA DIDÁTICA: 
Sistema de transmissão com embreagem automotiva
Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção do título de Graduação em engenharia mecânica apresentado à Universidade Paulista – UNIP.
Aprovado em: 
BANCA EXAMINADORA
_______________________/__/___
Prof. Nome do Professor Universidade Paulista – UNIP _______________________/__/___
Prof. Nome do Professor Universidade Paulista – UNIP _______________________/__/___
Prof. Nome do Professor Universidade Paulista UNIP
DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho à meus professores e mestres por terem me acompanhando e auxiliado dentro desta jornada de aprendizado e experiência. 
AGRADECIMENTOS
Agradecemos aos nossos pais e familiares por nos apoiarem, acreditaram e terem interesse por nossos trabalhos e esforços. Agradecemos também aos nossos amigos e professores pelas orientações e incentivos no desenvolvimento de ideias
“A mais bela coisa que podemos vivenciar é o mistério. Ele é fonte de qualquer arte verdadeira e qualquer ciência. Aquele que desconhece esta emoção, aquele que não para mais para pensar e não se fascina, está como morto: seus olhos estão fechados. ”
										Albert Einstein
RESUMO
O presente trabalho tem como foco o desenvolvimento de uma bancada didática de um conjunto de transmissão automotiva com embreagem, cujo objetivo é enriquecer a nova sala de pesquisas que será aberta na Universidade Paulista, campus Swift – Campinas. Com a necessidade de melhorias no ensino prático, o presente grupo através de literaturas, materiais disponibilizados pela faculdade e auxilio de alguns profissionais da área, se dispôs a construção de um protótipo de bancada que irá possibilitar um melhor aprendizado a futuros acadêmicos e irá criar abertura para novos projetos. Além da descrição dos métodos e materiais utilizados, apresentam-se no desenvolvimento os memoriais descritivos de cálculos e as conclusões em torno deste.
Palavras-chave: Bancada didática. Sistema de transmissão. Prática.
ABSTRACT
The present work focuses on the development of a didactic workbench for an automotive transmission with clutch, whose objective is to enrich the new research room that will be opened at the Paulista University, Swift - Campinas campus. With the need for improvements in practical teaching, the present group through literature, materials disbonibilized by the faculty and the help of some professionals of the area, is arranged the construction of a bench prototype that will enable a better learning to future academics and will create openness for new projects. In addition to the description of the methods and materials used, the descriptive memorials of calculations and the conclusions about the calculations are presented in the development.
Keywords: Didactic bench. Transmission system. Practice.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Caixa de câmbio manual com suas respectivas marchas	16
Figura 2 - Modelo didático de uma embreagem desengatada.	17
Figura 3 - Sincronização de marchas	18
Figura 4 - Sincronização visando a mudança de velocidade	19
Figura 5 - Conjunto automatizado de dupla embreagem - Audi S tronic	20
Figura 6 - Conversor de torque	21
Figura 7 - Caixa de câmbio automática	22
LISTA DE SIMBOLOS
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
A partir da visão de introduzir o acadêmico às novas metodologias de intersecção do aprendizado teórico com o aprendizado prático, o artigo a seguir tem como objetivo direcionar a equipe do projeto para atender uma necessidade do Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia (ICET), curso de Engenharia da Universidade Paulista (UNIP) em expandir seus laboratórios, através do desenvolvimento de uma nova bancada didática de um sistema de transmissão automotiva com embreagem a fins de pesquisas e estudos didáticos, ao término do projeto a mesma será doada para Universidade para fazer parte da nova sala de estudos e facilitar a compreensão do sistema.
Segundo Amorim (2006), bancadas didáticas são ferramentas indispensáveis ao ensino, considerando que os conceitos vistos apenas em sala de aula são muitas vezes abstratos. Com isso, espera-se que mais alunos possam se interessar pelo tema e incentivar o desenvolvimento de futuras aulas voltadas a área automobilística, podendo relacionar às matérias do curso de engenharia mecânica, como por exemplo: engrenagens, resistência de materiais, movimentos mecânicos e motores com a bancada.
Em meio ao cenário acadêmico, alunos e mestres estão diariamente conectados a diferentes formas de aprendizado. A teoria exposta em sala mostra uma enorme gama de afirmações e citações já provadas, conceitos sobre os mais diversos temas e teorias que mostram como funciona cada coisa ao nosso redor, onde pode se incentivar a buscar pelo o que foi obtido na teoria com a prática; com esse relacionamento, o estudante pode aprimorar e desenvolver suas habilidades, para Oliveira (2012), um dos grandes problemas dos alunos recém-formados é a carência de conhecimento prático agregado ao teórico. Em Universidades que apresentam cursos relacionados à engenharia, pode-se relacionar as matérias lecionadas com os estudos práticos, sejam elas através de máquinas, equipamentos para fazer medições, dispositivos técnicos, bancadas didáticas, entre outros; de acordo com Masetto apud De Souza, et al (2014) o uso de técnicas diferenciadas nos cursos de engenharia contribui para o aprimoramento de aprendizagem dos alunos, porém mesmo com a ideia de melhorar o ensino nas universidades, pesquisas apontam que grande parte das Instituições contemplam poucas disciplinas práticas em laboratório, esse dado contribui de forma negativa para a construção de novos profissionais, já que a união dos dois “mundos” visa deixar o aluno cara-a-cara com possíveis situações que ele possa encontrar na sua jornada de trabalho como engenheiro, além de que uma maior compreensão da teoria estimula o estudante aos estudos diminuindo assim as chances de abandono dos cursos e a falta de empenho. Já foi comprovado que a maiores partes dos alunosperdem o interesse por não conseguirem relacionar a matéria ministrada em sala de aula com a realidade e isso que aumenta os casos de desistência nos cursos de engenharia. 
De acordo com SOARES, et al. (2016), A ideia de alinhar teoria com prática não é nova, porém o cenário no Brasil ainda não sofreu modificação, alguns dados mostram que a base curricular de um aluno de engenharia, apenas 10% relacionam disciplinas experimentais, dado esse que permanece estagnado.
 Os laboratórios devem ser voltados para a aplicação didática de disciplinas as quais são ligados e para pesquisas, facilitando a compreensão não só de alunos do curso de engenharia, mas de quem se ver interessado pelo assunto e ainda possibilitarem a realização dos trabalhos de conclusão de curso, já que podem fornecer ferramentas importantes para a produção dos projetos. Sabe-se que para as instituições particulares equipar um laboratório com condições de subsidiar o desenvolvimento de pesquisa científica não é tarefa fácil, já que o custo dos equipamentos é muito elevado, porém, incentivar os alunos a criarem bancadas ou dispositivos didáticos é uma forma de conseguir esse material, ainda ajudando na compreensão de quem criando o laboratório. Aulas laboratoriais ajudam em uma sólida formação teórico-prática e profissionalizante, permitindo que o aluno crie o habito de pensar e solucionar problemas facilmente. O mercado de trabalho está ficando cada vez mais aquecido, com pessoas bem qualificadas, assim, aumentando ainda mais as exigências sobre os novos profissionais. Estar bem preparado é fundamental para se fixar no mercado como um profissional bem-sucedido, e para que isso aconteça, é suma importância que as instituições estejam capacitadas para poder dar o máximo de conhecimento necessário ao aluno.
Para GIODANI, JURACH E RODRIGUES (2003), as bancadas didáticas são ferramentas de auxílio para a realização de experimentos que possibilita ao operador montar diversos sistemas variando seus parâmetros, se familiarizar com os componentes e ao mesmo tempo verificar na prática a teoria vista em aula. 
O conjunto de transmissão é responsável por transmitir a energia mecânica e torque do motor para as rodas e todo esse processo só é realizado graças aos vários componentes que estão presentes dentro de uma caixa de transmissão. A força é gerada pelo motor e deve ser suficiente para fazer com que todos os sistemas funcionem em harmonia. 
O sistema mais comum nos automóveis do Brasil e o escolhido para a realização do projeto é o manual, também conhecido como mecânico, no qual o próprio condutor do veículo realiza a troca das marchas, mas também existem os sistemas automáticos e automazidos, todos estes serão abordados no decorrer deste artigo.
A escolha do tipo transmissão para o desenvolvimento da bancada se deu por sua popularidade no mercado, por abranger grande parte das matérias ministradas durante o curso e em partes pela paixão que o grupo possui pelo sistema mecânico.
DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
No capítulo a seguir serão abordados todos os conceitos em torno das bancadas didáticas, engrenagens e dos tipos de sistemas de transmissão, explanando cálculos e conceitos necessários para um melhor entendimento do projeto como um todo.
BANCADAS DIDÁTICAS
Bancadas didáticas são dispositivos usados didaticamente para avaliar conceitos e validar modelos teóricos. O uso de bancadas experimentais simulando a operação de sistemas reais é também um método amplamente conhecido e extensivamente usado para o desenvolvimento de projetos em geral. A engenharia sempre necessitou testar conceitos e aplicações em escala reduzida nas mais diversas áreas. (AMORIM APUD LEE AT AL., 2006)
Seguindo as ideias de Pekelman e Mello (2004), o engenheiro deve ser capaz de aplicar na prática toda ciência e a tecnologia que lhe foi ministrada em sala de aula, portanto para que tal realidade seja possível, é dever da Universidade proporcionar aos seus alunos a oportunidade de se deparar e manipular simulações básicas em condições próximas às do mundo real, ou melhor, profissional. É neste ponto que se encaixam as bancadas de simulação, estas abrem um leque de possibilidades que servem como ferramentas para o desenvolvimento da criatividade dos acadêmicos, que por sua vez levam ao desenvolvimento de inúmeras aplicações no mundo real.
SISTEMAS DE TRANSMISSÃO
Datados na idade média, os primeiros sistemas de transmissão foram criados para potencializar o trabalho animal e humano, de maneira básica, eram conjuntos de rodas e pinos que tinham a finalidade de: multiplicar aumentar o torque gerado pelas fontes de energia (LECHNER; NAUNHEIMER, 1999).
Após a revolução industrial, com a chegada das máquinas a vapor, a necessidade de dispositivos de transmissão continuou aumentando, já a força gerada pelas próprias máquinas não era suficiente para os trabalhos exigidos, estas tinham o objetivo de transformas os movimentos dos pistões em movimentos rotacionais de maior intensidade de torque.
Os sistemas multiplicadores de torque foram conceituados em aproximadamente 100 anos antes da invenção dos veículos automotores (1886). As caixas de para mudança de marchas estavam diretamente conectadas com o aumento de eficiência dos motores.
Abaixo pode-se ver um pouco da linha cronológica de desenvolvimento dos tipos de caixas de transmissão.
1821 – O sistema de transmissão com engrenagem deslizante é apresentado por Griffith, estás foram a solução para o século XIX, por terem custos menores.
1834 – Bodmer projeta a transmissão planetária.
1879 – É patenteado por Selden a primeira caixa de transmissão com embreagem e marcha ré, está era feita de engrenagens deslizantes.
1915 – A empresa ZF Soden desenvolve um sistema de transmissão com seleção de marchas e sistema de sincronismo. Drives eram utilizados para realizar a troca após acionamento do pedal de embreagem e seleção da marcha feita pelo condutor no volante do veículo.
1928 – A Maybach (empresa do grupo Mercedes-Benz) cria o sistema de engrenagens helicoidais que diminuíam consideravelmente os ruídos das caixas comuns.
1934 – A ZF Soden desenvolveu o câmbio muito semelhante ao utilizados atualmente, com todas as marchas para frente (1ª, 2ª, 3ª, 4ª e 5ª) sincronizadas.
TRANSMISSÃO MANUAL
O conjunto manual ou mecânico como é conhecido, é o mais comum dentre os outros sistemas no Brasil, o preferido dos pilotos profissionais por transmitirem maior esportividade e controle do automóvel e o escolhido para realização deste projeto. Possui um custo menor para sua produção e um sistema menos complexo que os outros, tornando sua manutenção mais simples, porém apresenta uma segurança menor por ter um desgaste mecânico maior, exige mais do motorista e erros na troca das marchas podem causar danos ao motor e embreagem, além de gerarem um consumo mais elevado de combustível.
Como o próprio nome já diz, as mudanças de marcha deste sistema são feitas manualmente pelo condutor ao acionar o pedal da embreagem e realizar a seleção da marcha desejada na alavanca de seleção, isto faz com que o anel sincronizador se acople a uma engrenagem que por sua vez está conectada ao eixo de saída. Normalmente existe um anel sincronizador para cada dois pares de engrenagens.
Fonte: Professor.Dr. Becker (2012). 
Figura 1 - Caixa de câmbio manual com suas respectivas marchas
É possível observar na figura 1 como é disposto um sistema de cinco marchas mais a ré e como é feita a disposição dos engrenamentos para cada marcha.
Nota-se que as engrenagens possuem tamanhos e quantidades de dentes diferentes, isto ocorre devido a necessidade de diferentes torques e estas diferenças gerem inúmeras relações de marcha, assunto que será abordado mais à frente.
O Sistema de transmissão existe para converter a força do motor em movimento para os veículos. A caixa de transmissão é um dos itens mais importantes de um automóvel e dependendo da aplicação bastante valorizada pelos fabricantes.EMBREAGEM
A embreagem é o sistema que permite acoplar e desacoplar o eixo primário, aquele que vem do motor, ao eixo secundário onde estão dispostas as engrenagens que por sua vez estão conectadas ao eixo terciário, que é a saída da caixa de transmissão. Este conjunto é responsável por controlar a transferência de energia do motor para a transmissão. Sem a embreagem não seria possível realizar as trocas das marchas.
Figura 2 - Modelo didático de uma embreagem desengatada.
Fonte: Caspper peças e serviços, 2006
Para os conjuntos de transmissão manual é mais comum o uso de embreagens por atrito como a apresentada na figura 2. Ao pressionar o pedal de embreagem um sistema hidráulico ou pneumático faz com que a embreagem entre em ação, pressionando um disco feito de material com alto coeficiente de atrito ao volante do motor.
	Existe também o sistema de embreagem eletromagnético, que é acionado através de solenoides ou bobinas. Será este o sistema utilizado para o desenvolvimento da bancada.
SINCRONIZADORES
Os sistemas de sincronização ou anéis sincronizadores, tem como finalidade sincronizar a velocidade do eixo do motor com o eixo secundário, evitando assim que hajam trancos ou atritos desnecessários que poderiam danificar o sistema.
Seu funcionamento é bem simples, ao realizar a troca de marcha na alavanca de seleção, o anel sincronizador é o primeiro a entrar em contato com o eixo e com a engrenagem, por meio de atrito o anel sincronizador é pressionado ao cone da engrenagem igualando sua velocidade com a luva da engrenagem e esta transmite a sua velocidade para o cubo que está conectado ao eixo secundário.Fonte: Maurício Centroautomec. 2007.
Figura 3 - Sincronização de marchas
TRANSMISSÃO AUTOMATIZADAFonte: Maurício Centroautomec, 2007.
Figura 4 - Sincronização visando a mudança de velocidade
O sistema automatizado ou semi-automáticode troca de marchas vem sendo muito aplicado, pois permite o conforto de uma caixa automática com o desempenho de um manual. Um ponto negativo neste conjunto são os trancos que acontecem na hora da troca de marcha, que acontecem devido o motorista estar sempre com o pé no acelerador.
O dispositivo que compõe esse sistema é o mesmo caixa de câmbio mecânica, mas a diferença é que ele possui um dispositivo eletromecânico que aciona a embreagem fazendo as trocas de modo automático, este dispositivo também seleciona qual a melhor marcha automaticamente, evitando erros humanos na hora das trocas. O tempo de resposta para eu haja a mudança de marcha é variável de acordo com cada tecnologia empregado no sistema. 
Todo o sistema é controlado por uma central eletrônica, que analisa a todo momento a rotação do motor, velocidade do automóvel, temperatura e inclinação, para que seja feita uma seleção precisa da marcha a ser utilizada.
Para este tipo de caixa de transmissão existem dois tipos de conjuntos, o com uma única embreagem e o com dupla embreagem.
Seguindo a lógica do nome, o sistema de dupla embreagem possui duas embreagens, apresentando dois eixos de transmissão, onde em um eixo estão as marchas ímpares e no outro os pares, está configuração feita para que ao se realizar a troca a próxima marcha fique pré-selecionado, melhorando muito o tempo de resposta do conjunto, por este motivo este tipo de câmbio é muito escolhido para carros esportivos.
Figura 5 - Conjunto automatizado de dupla embreagem - Audi S tronic
Fonte: Audi AG. All rights, 2018
TRANSMISSÃO AUTOMÁTICA
Automático ou hidramático é o tipo de transmissão com maior aceitação pelo público consumidor, já eu ela oferece um grande conforto ao dirigir.
O dispositivo utiliza redutores planetários e conversor de torque hidrodinâmico que irá transferir a força do motor paras rodas.
Assim como nos conjuntos manuais, as transmissões automáticas também precisam de algum sistema que permita o motor trabalhar enquanto o carro estiver parado. Em sistemas manuais utiliza-se a embreagem, que desconecta o eixo de transmissão de energia do motor com a caixa de câmbio, já nos automáticos este papel é dado ao conversor de torque. Neste conjunto um fluido hidráulico é responsável por transferir o torque gerado pelo motor para a árvore de transmissão, ajustando-se quase que instantaneamente as variáveis de velocidade, aceleração e esforço ou carga.
Figura 6 - Conversor de torque
Fonte: Paulo G. Costa, oficina e cia, 2001.
Devido a otimização deste tipo de sistema, como por exemplo adição controles eletrônicos, embreagens de travamento e aumento no número de marchas, a perda de energia gerado pelas transmissões diminuiu muito se comparado com os sistemas manuais, gerando uma grande redução no consumo de combustível, por exemplo, um câmbio de seis marchas possui um rendimento de aproximadamente 6% com relação ao de cinco marchas. Estas melhorias geram também uma diminuição na emissão de gases e uma grande redução de tamanho e peso do sistema, utilizando o mesmo exemplo citado anteriormente, uma caixa de seis marchas possui uma redução de 13% em seu peso se comparado a um conjunto de cinco marchas, gerando uma melhoria de aproximadamente 5% na aceleração (JOST, 2004).
Figura 7 - Caixa de câmbio automática
Fonte: Fonte: Paulo G. Costa, oficina e cia, 2001.
TRANSMISSÃO CVT
A caixa de câmbio continuamente variável ou CVT é bem diferente das mencionadas anteriormente, neste tipo de transmissão não existem marchas, mas sim um sistema de correias e polias que permitem a transferência de energia do motor em 100% do tempo. Este conjunto não possui os famosos “trancos” de sistemas com engrenagem, uma vez que não possuem engrenamentos, consistem de maneira simples em dois discos cônicos ajustáveis e uma correia, seu funcionamento também é bem simples de entender, conforme os cones se afastam a correia passa pelo vale de menor diâmetro e quando se aproximam a correia passa por um vale de maior diâmetro. O dispositivo é capaz de oferecer uma variação contínua de velocidades, tornando assim as “marchas” infinitas.
Essa transmissão caiu no gosto popular do Japão, onde é um item indispensável nos famosos kei car, um dos pontos altos é o andar suave e a economia que esse sistema proporciona, pois são programados para estarem sempre em rotações que prevalece a economia.
Fonte: Audi AG. All rights, 2018
Figura 8 - Câmbio CVT
ENGRENAGENS
Para Generoso (2009) as engrenagens são um dos meios para transmissão de energia mais utilizados no mundo, independentemente do tipo de eixo. Esta grande utilização ocorre devido as vantagens que elas proporcionam, possuem grande resistência e vida útil, são encontradas em diversas dimensões, desde as mais pequenas até grandes tamanhos e tem uma velocidade constante de transmissão com rendimento aproximado de 98%, além de poderem ser produzidas com vários materiais, como aço, ferro fundido ou até mesmo plástico.
 As Engrenagens cilíndricas de dentes retos possuem dentes paralelos ao eixo de rotação e tem sua utilização para transmitir movimento de um eixo primário a outro eixo secundário. Segundo Budynas e Nisbett (2011) este tipo de engrenagem é o mais simples que existe, por isso são utilizadas para desenvolver relações cinemáticas.
Figura 9 - Engrenagens cilíndricas de dentes retos.
Fonte: Adaptada do livro Melconian 2012
Engrenagens helicoidais possuem dentes inclinados com relação ao eixo de rotação, possuem às mesmas aplicações que as de dentes retos, porém produzem menos barulho quando estão em regime de trabalho devido ao engajamento mais gradual dos dentes durante o engrenamento e diferente dos dentes retos, os dentes inclinados criam forças axiais e conjugados de flexão. Estas podem ser usadas para transmitir movimentos entre eixos não paralelos. (BUDYNAS; NISBETT, 2011)
Figura 10 – Engrenagens helicoidais
Fonte: Adaptada do livro Budynas e Nisbett, 2011.
Engrenagenscônicas são utilizadas para transmitirem movimento entre eixos que se interceptam, pois possuem dentes formados em superfícies cônicas. Na figura X pode-se observar que as engrenagens em questão possuem dentes retos, porém existem engrenagens cônicas espirais são cortadas para que o dente em si deixe de ser reto, formando um arco circular.
Figura 11 – Engrenagens Cônicas
Fonte: Adaptada do livro Budynas e Nisbett, 2011.
Muito semelhante com um parafuso, pois parece a rosca de um parafuso, existe o par pinhão-coroa sem-fim, também conhecida como roda sem-fim, pois não possui limitações de giro. Este conjunto de engrenagens é construído de uma maneira que os dentes de um deles, ou de ambos se cubram parcialmente um ao outro. (BUDYNAS; NISBETT 2011).
Figura 12 – Engrenagens sem-fim
Fonte: Adaptada do livro Budynas e Nisbett, 2011
Segundo Budynas e Nisbett (2011) a nomenclatura de dentes de engrenagens retas, baseia-se nos seguintes parâmetros: 
 Círculo Primitivo: é o local por onde os cálculos baseiam-se e o seu diâmetro é considerado o diâmetro primitivo;
 Pinhão: Menor engrenagem do sistema;
 Coroa: Maior engrenamento do sistema; 
 Passo circular p: é a distância medida no círculo primitivo, do ponto de um dente ao correspondente ponto do dente adjacente;
 Módulo m: é a razão entre o número de dentes e o passo diametral;
 Passo diametral p: é a razão entre o diâmetro primitivo número de dentes da engrenagem; 
 Adendo a: é a distância radial entre o círculo primitivo e o topo do;
 Dedendo b: é a distância radial do círculo primitivo ao fundo do dente 
 Altura h: soma do adendo e dedendo;
.Figura 13 - Nomenclatura para dentes de engrenagens cilíndricos de dentes retos
Fonte: Adaptada do livro Budynas e Nisbett, 2011.
FORÇAS ENVOLVIDAS EM UM SISTEMA
TORQUE
O torque é uma grandeza vetorial associada a movimentos de rotação em razão de força aplicada no corpo.
Seu sentido depende do sentido em que esta força foi aplicada e por convecção utiliza-se a mão direita para encontrá-la. A mão se enrola em torno do eixo, de acordo com o sentido da força, e com polegar levantado pode-se identificar o sentido do torque, como na figura a seguir:
Figura 14 - Regra da mão direita para encontrar sentido do torque.
Fonte: khan academy, 2018.
Sem o torque não seria possível existir uma aceleração angular e consequentemente não existiria a velocidade angular.
O vetor torque pode ser calculado da seguinte maneira:
												(1)
Sendo:
 = Torque
F = Força aplicada
d = Braço ou distância da força aplicada até o ponto de estudo, está deve ser perpendicular ao movimento.
Figura 15 – Torque
Fonte: Newton C Braga, 2018.
Na figura 10 é possível observar como funciona na prática a fórmula mencionada. A força aplicada é tangencial ao movimento.
Os sistemas de transmissão presente nos veículos servem para equalizar o torque que é gerado no motor, aumentando-o ou diminuindo-o quando necessário, por exemplo, a primeira marcha de um carro é por convenção a mais forte, ou seja, esta multiplica o torque gerado no motor para que seja possível retirar o automóvel da inércia ou transportar grandes cargas, já a quinta marcha faz com que o torque que chegue nas rodas seja menor, porém a velocidade do giro é aumentada.
A unidade utilizada no Sistema Internacional para torque é o N.m.
VELOCIDADE E ACELERAÇÃO ANGULAR
O torque é o responsável pelo movimento de rotação, isso faz com que adquira uma aceleração angular e consequentemente uma velocidade angular.
O cálculo de velocidade angular é utilizado para descrever a rapidez com a qual uma partícula ou corpo percorre um determinado ângulo referenciado pelo centro de uma circunferência.
A forma para calcularmos esta grandeza é a seguinte:
														(2)
Sendo:
ω = Velocidade angular
Δφ = ângulo descrito pela trajetória
Δt = Intervalo de tempo que a partícula leva para alcançar o ponto final
Figura 16 - Velocidade angular
Fonte: Nelson Lima de Souza, 2015.
Na figura 11 é possível observar como funciona a fórmula descrita anteriormente. Uma partícula se movimenta do ponto A para o ponto B, esta trajetória possui comprimento de Δφ e leva Δt para ser completada.
A unidade utilizada no Sistema Internacional para velocidade angular é o rad/s.
No caso deste projeto, como se conhece o número de rotações aplicada ao sistema pelo motor, é possível realizar o cálculo de velocidade angular através da seguinte fórmula.
																		(3)
Sendo:
n = Número de rotações em RPM
Isolando ω na equação 3, temos então:
												(4)
Já a aceleração pode ser calculada pela velocidade angular em relação ao tempo:
														(5)
Com essas equações podemos identificar e calcular as forças atuantes no sistema de engrenagens.
RELAÇÃO DE MARCHAS
As engrenagens são usadas normalmente para realizar um destes quatro trabalhos, inverter a direção de rotação, transferir o movimento de rotação para um eixo diferente, manter a sincronia de rotação entre dois eixos e aumentar ou diminuir a velocidade de rotação. No caso das transmissões, elas estão sempre mudando as velocidades de rotação e transferindo movimento de um eixo a outro. 
A relação entre as engrenagens é conhecida como relação de marchas ou relação de transmissão e esta pode ser calculada dividindo-se a quantidade de dentes da engrenagem movida pela quantidade de dentes da engrenagem motora. Portanto:
												(6)
Sendo:
i = Relação de marchas
O valor de relação de transmissão é adimensional, por tal motivo não possui unidade especifica.
Conhecendo as relações é possível determinar quais serão as velocidades e torques de saída da caixa de transmissão, para isso basta multiplicar os valores de entrada pela relação do engrenamento que está ocorrendo no momento do cálculo, por exemplo, supondo que na primeira marcha exista uma relação de transmissão com valor de 4,20 e que está sendo aplicado um torque de 6 N.m na entrada da transmissão, teremos que:
																		(7)
Sendo:
Ts = Torque na saída da transmissão
Te = Torque na entrada da transmissão
Portanto:
Pode-se notar que a primeira marcha é utilizada para multiplicar o torque gerado no motor, por este motivo é a mais indicada para transporte de cargas pesadas e para retirar o veículo da inércia.
Sistemas que multiplicam o torque reduzem a velocidade de rotação, isto ocorre devido a quantidade de dentes de engrenagem motora ser menor do que os da engrenagem movida, consequentemente seus tamanhos seguem o mesmo padrão, estes conjuntos são conhecidos como sistemas redutores. Já os sistemas que possuem a engrenagem motora maior do que a engrenagem movida, são conhecidos como sistemas multiplicadores, pois geram um aumento na velocidade de rotação, mas uma diminuição no torque.
TRANSMISSÃO POR ENGRENAGENS
Em qualquer uma das engrenagens, a relação de transmissão pode ser obtida através da distância do centro de massa até o ponto em que duas engrenagens se tocam, conhecido como contato dos “dentes”, por exemplo, um conjunto no qual uma engrenagem possui o dobro do diâmetro da outra a relação será de 2:1.
O problema é que durante o movimento de rotação as distâncias dos centros das engrenagens se alteram, o que vale para os pontos de contato também, isto significa que de acordo com a rotação a relação de transmissão também se altera. 
No caso dos veículos, por exemplo, é impossível manter uma velocidade constante sem que haja uma variação da força aplicada pelo motor, sem está mudança o sistema fica incessantemente acelerando ou desacelerando devido a mudança da relação de transmissão.
ARDUINO
O Arduino nada mais é que um conjunto de ferramentas de prototipagem eletrônica open source que transforma mais fácil a criação de aparelhos e dispositivos eletrônicos. Além de oferecer uma placa controladora, como se fosse o cérebro do dispositivo, eleagrega também um ambiente de desenvolvimento, por esse fator ele é considerado uma plataforma de controle e não simplesmente um hardware. Para utiliza-lo basta ligar a placa ao computador e já é possível programa-lo escrevendo códigos para o Arduino no ambiente de desenvolvimento do software com a linguagem de C/C++.
Arduino tem sua placa básica que possui uma série de sensores, o que possibilita a integração com outros dispositivos e a integração de funcionamento com outros aparelhos. Sendo assim, ele pode funcionar através da sua própria interface ou interagir com outros aplicativos instalados no computador de modo a se ligar inteiramente. Isto permite que o programador crie tanto gadgets simples como robustos. 
Atualmente os Arduinos são utilizados em muitos sistemas, como em empresas, hospitais e até mesmo aeromodelos. Por ter um preço bem acessível e um sistema simples de programação ele acaba sendo uma das melhores opões para quem precisa de um sistema controlador (celebro) no seu sistema ou dispositivo.
Figura 17 - Arduino Uno
Fonte: Allan Mota, 2017
METODOLOGIA
Este capítulo contempla toda a metodologia utilizada para desenvolvimento do projeto de bancada didática de um sistema de transmissão automotivo com embreagem.
MÉTODOS E PRATICAS APLICADOS
Para BARROS E LEHFELD (1989), o estudo caracteriza-se de natureza aplicada e, de acordo com seus objetivos, assume o perfil de pesquisa explicativa e como motivação a necessidade de produzir conhecimento para aplicação de seus resultados, com o objetivo de construir para fins práticos, visando à solução imediata do problema encontrado na realidade.
Esta forma de pesquisa depende de dados que podem ser coletados de diferentes formas, tais como pesquisas de campo, pesquisas em laboratórios, entrevistas, etc. (MICHEL, 2005).
Para que pudesse ser realizado, definiu-se que o presente trabalho deveria seguir os processos descritos a seguir:
Realizar a coleta de dados e informações a respeito dos sistemas de transmissão, para tal utilizou-se de pesquisa bibliográfica em livros e sites, visando sempre identificar a melhor maneira de se desenvolver uma bancada didática que consiga atender as necessidades da UNIP - Universidade Paulista, campus Swift - Campinas.
Identificar os materiais necessários para desenvolver a bancada, tais como, tipo de transmissão, engrenagens, motor, estrutura da bancada, dimensões, variáveis de cálculos, elementos de fixação, sistemas elétricos e eletrônicos, entre outros.
Verificar a disponibilidade do laboratório de mecânica da UNIP - Swift, para que fosse possível elaborar um cronograma de construção do protótipo.
Com todos os requisitos e parâmetros definidos foram realizados os desenhos detalhados da bancada. Para isso foi utilizado o software Creo Parametric; 
Após a definição de todos os parâmetros de montagem, foram realizados os desenhos detalhados do projeto. Para este processo foram utilizados os softwares Solid Edge ST10 da Siemens e o Autodesk Inventor 2018.
Realizados os detalhamentos de montagem, iniciou-se a fabricação do protótipo, que foi manufaturado pelos próprios autores do projeto, nos laboratórios de mecânica da UNIP - Swift. Todos os custos do projeto foram bancados pelos próprios alunos. Materiais de maior complexidade, como por exemplo, motor e placas eletrônicas foram adquiridos de fornecedores externos.
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
Para desenvolvimento da bancada utilizou-se dos seguintes equipamentos e materiais:
CPU com processador Intel (R) Core (TM) i7-4770 @3.4GHz, memória instalada (RAM) 16,00 GB, placa de vídeo GeForce GTX 760ti e sistema operacional Windows 7 Ultimate.
Para o modelamento e desenhos do projeto foram utilizados os Softwares SIEMENS Solid Edge ST10 versão estudante, KEYSHOT Render 6 e o AUTODESK Inventor Professional 2019.
Para fabricação da bancada foram utilizados: chapas de alumínio, barras cilíndricas de alumínio e solda de alumínio.
Os componentes utilizados foram, motor elétrico Tanquinho Premium 3.0 da marca Libell 127/220V 1/4CV (183,875W), arduino mega RoboCore, sensores de movimento, sensores de velocidade, dimmer controlador de potência, display de LCD, parafusos e porcas.
ANÁLISE DOS RESULTADOS
Neste capítulo serão apresentados todos os cálculos e análises feitas para que fosse possível realizar o desenvolvimento do projeto, também serão apresentados todos os resultados obtidos.
MEMORIAL DE CÁLCULOS
Os cálculos realizados para o dimensionamento da bancada didática de transmissão são baseados nos conceitos abordados no capítulo 2. 
Por possuir uma verba limitada e por ganhar um conjunto de transmissão modelo PB do Volkswagen do Gol ano 1985, o grupo resolveu utilizar todo o conjunto, sendo este composto por engrenagens, eixos, alavanca para mudança de marchas, sincronizadores, embreagem e diferencial.
Abaixo seguem as relações de números de dentes para cada marcha, que foram coletadas após desmontagem do sistema de transmissão:
1ª marcha
Engrenagem movida: 38 dentes.
Engrenagem motora: 11 dentes
2ª marcha
Engrenagem movida: 35 dentes.
Engrenagem motora: 18 dentes
3ª marcha
Engrenagem movida: 36 dentes.
Engrenagem motora: 28 dentes
4ª marcha
Engrenagem movida: 30 dentes.
Engrenagem motora: 33 dentes
Marcha ré
Engrenagem movida: 38 dentes.
Engrenagem motora: 12 dentes
Diferencial
Engrenagem movida: 37 dentes.
Engrenagem motora: 9 dentes
Aplicando a fórmula de relação de transmissão aos dados coletados obtém-se:
Para a 1ª marcha:
								
Para a 2ª marcha:
								
Para a 3ª marcha:
								
Para a 4ª marcha:
								
Para a marcha ré:
								
Para o diferencial:
								
Para efeitos de cálculos fora utilizada a potência máxima do motor Tanquinho Premium 3.0 da marca Libell 127/220V 1/4CV (183,875W) que gera rotação máxima de 1740 rpm e torque de 48 N.m.
Multiplicando todas as relações pelos dados de velocidade e torque do motor encontra-se as velocidades de saída da caixa de transmissão:
Para a 1ª marcha:
						
						
Para a 2ª marcha:
						
						
Para a 3ª marcha:
						
						
Para a 4ª marcha:
						
						
Para a 5ª marcha:
						
						
Para a marcha ré:
					
						
Obs: Vs = velocidade de saída.
RESULTADOS
Após realização dos cálculos é possível entender melhor o porquê da ordem dos engrenamentos, marchas menores necessitam de mais força do que velocidade, são sistemas redutores, já as marchas maiores necessitam de maior velocidade do que força, sendo estes sistemas multiplicadores.
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