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Tópicos a serem abordados: - Conceito - Funcionamento Básico - Função - Transmissões - Considerações Gerais - Transmissões Manuais - Transmissões Sequenciais e Semi - Variações da Transmissão - CVT SISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOS MÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃO Distribuição dos componentes no veículo(Arranjo) MÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃO SISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOS MÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃOMÓDULO SISTEMAS DE TRANSMISSÃO SISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOSSISTEMAS AUTOMOTIVOS CONCEITO: � Transmissão de um automóvel → fornece as forças de tração e impulsão necessárias para induzir o movimento � O sistema de propulsão composto por um motor e uma transmissão. � O motor converte um tipo de energia em energia mecânica, através da rotação do eixo de saída. * Este movimento de rotação não pode ser transmitido diretamente para as rodas do veículo → incompatibilidade de velocidade e torque entre os movimentos → velocidade de rotação do eixo de saída do motor maior do que a velocidade adequada para a movimentação das rodas → torque pode não ser suficiente para realizar o deslocamento do veículo * Função da transmissão: adequar o movimento de rotação do motor de acordo com a necessidade momentânea do veículo para efetuar o seu deslocamento, em função do torque e da potência requisitados. FUNCIONAMENTO BÁSICO: � Na unidade propulsora → energia química/elétrica → energia mecânica. � Unidade propulsora → faixa de rotação → rotações de marcha lenta e máxima � Os valores característicos de potência e torque não são oferecidos uniformemente os valores máximos só estão disponíveis em faixas específicas. ω1 ω2 C1 C2 CRCaixa de Marchas FUNÇÃO: � Parar o veículo; � Multiplicar torque (ex. relação de marcha 3:1 → 1ª marcha); � Efetuar o procedimento de arranque; � Proporcionar movimento para frente e para trás; � Permitir rotações diferentes das rodas motrizes em curvas; � Possibilitar ao propulsor operar na faixa ideal de consumo e emissões FUNÇÃO: Parada, arranque e interrupção da transmissão de força se dão pela embreagem. � Arranque há uma compensação entre a diferença de rotação do motor e transmissão Troca de marchas → isola caixa de marchas � Permite mudanças de sentido de rotação para frente e trás � TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: 1) Motores possuem um valor de rotação máximo (limite) → perigo de explodir. 2) Motores possuem faixas estreitas de rotação → nesta condição potência e torque estão no seu máximo. 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 20 00 24 00 28 00 32 00 36 00 40 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P o t ê n c i a T o r q u e rpm T (Nm) Pot (cv) rpm 18,2 5,1 2000 18,6 6,25 2400 18,5 7,25 2800 18,2 8,2 3200 17,5 8,9 3600 16,5 9,25 4000 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Relação Global da Transmissão 1ª k1g 36,64 2ª k2g 20,36 3ª k3g 12,22 4ª k4g 7,63 5ª k5g 5,64 Relação da Caixa de Marcha 1ª k1 3,00 2ª k2 1,66 3ª k3 1,00 4ª k4 0,63 5ª k5 0,46 � Relação fixa da transmissão = 12,22 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Para o cálculo da velocidade linear → v em km/h = xg roda k df v 60 2,7 π rpm v (km/h) 2000 5,0 2400 6,0 2800 7,0 3200 8,0 3600 9,0 4000 10,0 rpm v (km/h) 9,0 32,5 10,8 39,0 12,6 45,5 14,4 52,0 16,2 58,5 18,0 65,0 ... Primeira marcha Quinta marcha rpm v (km/h) 2000 9,0 2400 10,8 2800 12,6 3200 14,4 3600 16,2 4000 18,0 Segunda marcha x = 1....5 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Para o cálculo do Torque por marcha xmotor marchapor motor kTT = rpm v (km/h) Tmotor/marcha 2000 5,0 54,5 2400 6,0 55,7 2800 7,0 55,5 3200 8,0 54,5 3600 9,0 52,5 4000 10,0 49,6 rpm v (km/h) Tmotor/marcha 9,0 32,5 8,4 10,8 39,0 8,5 12,6 45,5 8,5 14,4 52,0 8,4 16,2 58,5 8,0 18,0 65,0 7,6 ... Primeira marcha Quinta marcha rpm v (km/h) Tmotor/marcha 2000 9,0 30,2 2400 10,8 30,8 2800 12,6 30,7 3200 14,4 30,2 3600 16,2 29,0 4000 18,0 27,5 Segunda marcha x = 1....5 0 10 20 30 40 50 60 V (km/h) 4000 3000 2000 1000 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 10 17 30 48 65rpm (max) rpm TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Linha correspondente ao torque máximo (2400 rpm) T Pot rpm 18,2 5,1 2000 18,6 6,25 2400 18,5 7,25 2800 18,2 8,2 3200 17,5 8,9 3600 16,5 9,25 4000 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Quais são as forças que imprimem resistência ao motor????? - Resistência Aerodinâmica: ( ) 2 2 1 vSCR XA ⋅⋅⋅= ρ onde: ρ - massa volumétrica do fluido que dá a resistência (kg/m3); S – área da projeção da superfície frontal do veículo sobre um plano perpendicular à direção de deslocamento (m2); CX – coeficiente de forma; v – velocidade do veículo (m/s). TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Quais são as forças que imprimem resistência ao motor????? - Resistência ao Rolamento: onde: m – massa do veículo (kg); g – aceleração da gravidade (m/s2); v – velocidade do veículo (km/h). +⋅⋅= − 8 12010 4 v gmRR TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Quais são as forças que imprimem resistência ao motor????? - Resistência devido ao perfil da Estrada: onde: m – massa do veículo (kg); g – aceleração da gravidade (m/s2); v – velocidade do veículo (m/s). 100 tansin i gmgmgmRi ⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅= αα TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Quais são as forças que imprimem resistência ao motor????? - Resistência Inercial: onde: m – massa do veículo com o piloto (kg); a – aceleração do veículo (m/s2). amRm = Apresenta-se em dois tipos: - devido a massa → - Torque contrário ao torque do motor devido a todos as engrenagens. TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Qual a potência necessária para fazer deslocar o carro????? - Potência requerida: miRA RRRRR∑ +++= ↓↓↓↓ ( ) v g ai gm R gmvSCvRP RX ⋅ ++ ⋅ ⋅⋅+⋅⋅⋅=⋅=∑ 1002 1 3ρ m/s TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Qual a potência realmente fornecida para fazer deslocar o carro????? - Potência fornecida: ↓↓↓↓ Considerando o rendimento da transmissão: ( ) ++ ⋅ += v g ai gm R gmvSCP RXC 1002 11 3ρ η ( ) += vRvSCP RXCP 3 2 11 ρ η Considerando terreno plano e velocidade constante TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Qual a potência realmente fornecida para fazer deslocar o carro????? Potmotor v (km/h) Pcp 5,1 5,0 0,9 6,25 6,0 1,3 7,25 7,0 1,9 8,2 8,0 2,6 8,9 9,0 3,6 9,25 10,0 4,7 ... Primeira marcha Quinta marcha Potmotor v (km/h) Pcp 5,1 32,5 0,9 6,25 39,0 1,3 7,25 45,5 1,9 8,2 52,0 2,6 8,9 58,5 3,6 9,25 65,0 4,7 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 v en km/h P e n c h 1ère 2ième 3ième 4ième 5ième Pcp ∆P - Pcp → Potência mínima a ser fornecida → resistência aerodinâmica e rolamento. - De acordo com o gráfico → pode-se verificar as diferenças de potência entre uma determinada marcha e a curva Pcp (padrão). TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: E o torque resistente?!!! Considerando um movimento uniforme, tem-se que três parâmetros são identificados no torque resistente → oposição ao movimento do veículo. - declividade a subir; - atrito de rolamento do veículo; - arrasto aerodinâmico. TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: E o torque resistente?!!! αsin⋅⋅= gmRi αsin. ⋅⋅⋅== grmRrT iRi a) Declividade a Subir: onde: r - raio da roda (m); m – massa do veículo com o piloto (kg); g – aceleração da gravidade (m/s2); α – ângulo de inclinação da rampa (º) TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: E o torque resistente?!!! b) Atrito de Rolamento do Veículo: gmP ⋅= δδ ⋅⋅== gmPTRRonde: δ - coeficiente de atrito de rolamento; m – massa do veículo com o piloto (kg); g – aceleração da gravidade (m/s2); TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: E o torque resistente?!!! c) Arrasto Aerodinâmico : onde: w – velocidade angular (rad/s); ( ) 2 2 1 vSCR XA ⋅⋅⋅= ρ ( ) 32 2 1 rSCrRT XARA ⋅⋅⋅⋅=⋅= ωρ rv ⋅= ω→ TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: E o torque resistente?!!! � Torque Resistente Resultante: ( ) ( ) 32 2 1 sin rSCrgmTTTT XRARRRiR ⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅=++= ωραδ rad TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Curvas Torque Motor x velocidade do veículo: Potmotor v (km/h) Tm 5,1 5,0 665,8 6,25 6,0 680,7 7,25 7,0 678,2 8,2 8,0 665,8 8,9 9,0 640,9 9,25 10,0 606,1 ... Primeira marcha Quinta marcha Potmotor v (km/h) Tm 5,1 32,5 102,5 6,25 39,0 104,8 7,25 45,5 104,4 8,2 52,0 102,5 8,9 58,5 98,7 9,25 65,0 93,3 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Curvas Torque Resistente x velocidade do veículo: rpm 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 rpm/5 0 100 200 300 400 500 600 700 800 w (rad/s) 0,00 10,47 20,94 31,42 41,89 52,36 62,83 73,30 83,78 v (m/s) 0,0 2,5 5,0 7,5 10,1 12,6 15,1 17,6 20,1 v (km/h) 0,0 9,0 18,1 27,1 36,2 45,2 54,3 63,3 72,4 = 60 2 f w π rwv =→→→→ TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Curvas Torque Resistente x do veículo: v (km/h) 0,0 9,0 18,1 27,1 36,2 45,2 54,3 63,3 72,4 α (º) α (rd) Valores do Torque resistente para ângulos variáveis 0 0 47,1 49,2 55,4 65,8 80,4 99,1 121,9 149,0 180,2 5 0,09 96,3 98,4 104,7 115,1 129,6 148,3 171,2 198,2 229,4 10 0,17 145,2 147,3 153,5 163,9 178,5 197,2 220,1 247,1 278,3 15 0,26 193,3 195,4 201,7 212,1 226,6 245,3 268,2 295,2 326,4 20 0,34 240,3 242,4 248,7 259,1 273,6 292,3 315,2 342,2 373,4 25 0,42 285,9 288,0 294,2 304,6 319,2 337,9 360,8 387,8 419,0 30 0,50 329,6 331,7 337,9 348,3 362,9 381,6 404,5 431,5 462,7 35 0,57 371,2 373,3 379,5 389,9 404,5 423,2 446,1 473,1 504,3 40 0,64 410,3 412,4 418,6 429,0 443,6 462,3 485,2 512,2 543,4 TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: 0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 V en km/h C e n N m 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 1ère 2ème 3ème 4ème 5ème Relação entre o Torque Motor/Velocidade do Veículo e Torque Resistente/Velocidade do Veículo TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Observações a respeito da curva: � 1ª marcha →→→→ todas as inclinações; � 2ª marcha →→→→ inclinações de 35º a 5º; � 3ª marcha →→→→ inclinações de 20º a 5º; � 4ª marcha →→→→ inclinações de 10º a 5º; � 5ª marcha →→→→ inclinações de 5º. TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: Configurações de Transmissões: � Varia de acordo com a posição do motor e do eixo de tração. Tipos de Transmissão Posição do Motor Eixo de Tração Padrão Frontal Eixo Traseiro Tração Dianteira Frontal Eixo Dianteiro Tração Total Frontal Eixos Dianteiro e Traseiro Tração Traseira Traseira Eixo Traseiro TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: TRANSMISSÕES – CONSIDERAÇÕES GERAIS: TRANSMISSÕES MANUAIS TRANSMISSÕES MANUAIS - Geral: � trocam-se as marchas para que o motor mantenha-se abaixo do limite de rotação máxima e próximo da faixa de rpm de sua melhor performance. TRANSMISSÕES MANUAIS - Geral: � as fontes de potência nas máquinas não são conectadas diretamente à carga → existe um sistema de transmissão de potência → número fixo de relações de transmissão. � dependendo da relação de transmissão empregada pode-se obter na saída do sistema de transmissão de potência: · Alta velocidade /baixo torque; · Baixa velocidade/alto torque. TRANSMISSÕES MANUAIS: � As trocas de marcha na caixa de mudança são efetuadas com interrupção de força de tração. � Os elementos básicos são: - embreagem para arranque e desacoplamento, com disco seco, simples ou duplo. - caixa de mudanças com relação de transmissão variável, construída em um ou mais módulos com engrenagens que se engrenam a cada mudança de marcha. TRANSMISSÕES MANUAIS: Motor E M B Transmissão Eixo Diferencial RodaEsquema de Transferência de Potência do Motor para a Roda Eixo de Entrada da Transmissão Eixo de Saída TRANSMISSÕES MANUAIS: Vem do motor/ embreagem Possuem mesma frequência que o motor Engrenagem motor/ Engrenagem eixo intermediário Giram juntos como uma peça única} Entrelaçados giram juntos (rpm) todas as vezes que a embreagem é desativada Passa pelo diferencial às rodas Eixo passando indiretamente pelo motor/diferencial indo às rodas O garfo da caixa de marcha auxilia na troca de marchas transladando o anel. TRANSMISSÕES MANUAIS: Passa pelo diferencial às rodas Eixo passando indiretamente pelo motor/diferencial indo às rodas O garfo da caixa de marcha auxilia na troca de marchas transladando o anel. ... TRANSMISSÕES MANUAIS: TRANSMISSÕES MANUAIS: EMBREAGEM: � Pé fora do pedal: mola de deslocamento empurra o platô de embreagem (placa de pressão) contra o disco de embreagem, que por sua vez é pressionado contra o volante do motor. Isso liga o motor à árvore de entrada (árvore-piloto) do câmbio, levando-os a girar na mesma velocidade. TRANSMISSÕES MANUAIS: EMBREAGEM: � Funcionamento semi automático; � Duas embreagens concêntricas e independentes; � Troca de marcha feita sem interrupção da aceleração � Transmissão automática ou automatizada??? TRANSMISSÕES MANUAIS: TRANSMISSÕES MANUAIS: TRANSMISSÕES MANUAIS: ACELERADOR: - Módulo eletrônico ligado às centrais do motor e do câmbio. TRANSMISSÕES MANUAIS: TRANSMISSÕES MANUAIS: TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: Exemple d’une boîte de Formule 1 Semi-sequencial Embreagem controlada pelo motorista Sequencial TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: � eixo nervurado; �mudança axial dos garfos que movem, a seu tempo, os dentes de engrenamento → engrenando a árvore receptora ao pinhão. TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: TRANSMISSÕES SEMI-SEQUENCIAL E SEQUENCIAL: �mudança seqüencial é mais rápida; � consistente; � localização da mão é consistente; � caixa de marchas seqüenciais, a alavanca de câmbio está sempre no mesmo lugar para a próxima mudança; � alavanca de câmbio seqüencial ocupa menos espaço no habitáculo do carro de corrida. Vantagens Transmissão Seqüencial: VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Câmbio Automatizado/Robotizado: �Dual logic ou Easytronic; �todos as ações realizadas pelo motorista na troca de marcha são assumidos por um sistema eletrônico de atuadores; � aparência do câmbio (positivo marchas maiores e negativo marchas menores); �mecanicamente → embreagem mesma concepção de um câmbio transmissão manual → não há pedal de embreagem. VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Câmbio Automatizado/Robotizado: � um módulo posicionador: elétrico, hidráulico ou pneumático na caixa de mudanças troca as marchas individuais e ativa embreagem. � sinal para troca de marchas é gerado pelo controle eletrônico da transmissão. � Só se movimenta quando acelerado. Mudanças de marcha perceptíveis. Performance e Consumo. TRANSMISSÕES MANUAIS: TRANSMISSÕES MANUAIS: Easytronic: A alavanca de mudanças do sistema pode ser movida nas seguintes posições: 1) Alavanca de mudanças em N * posição neutra ou ponto morto. É mandatória para dar a partida no veículo por questão de segurança. 2) Alavanca de mudanças em A/M * seleciona as posições de condução: A – modo automatizado de troca de marchas (troca das marchas sem a necessidade de interferência do motorista); M – modo de seleção de marchas manual seqüencial + / - (na qual o motorista escolhe a marcha). VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: 3) Alavanca de mudanças em R * manobras em marcha à ré. + → seleciona uma marcha acima (M) → modo automatizado selecionado → conversão para o modo manual seqüencial/marcha acima. - → seleciona umamarcha abaixo (M) → modo automatizado selecionado → conversão para o modo manual seqüencial/marcha abaixo. 4) Modo esportivo de condução →→→→ botão “S” * automatizado → melhor desempenho da marcha ocorre em rpm mais elevadas * manual → engate das marchas mais rápido (menos tempo no acoplamento da transmissão). VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Vantagens: * simplificação no processo de troca de marcha; * melhor rendimento mecânico (eficiência na transmissão de força); * baixo custo; * menor espaço entre relações até 16 marchas; * interrupção da força de tração pelo acionamento robotizado da embreagem; * problemas na calibração do motor → trancos na passagem de marchas; * dificuldade de programação do comando da embreagem. VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Desvantagens: VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Câmbio Automático: � arranca e troca de marcha automaticamente; � elemento de arranque é um conversor de torque; � eficiência da transmissão de força pouco menor que as transmissões manuais e automatizadas. � Perda em desempenho e consumo. � D – Drive � P – Park � R – Ré VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Câmbio Automático: � alavanca controla mudanças de marcha: VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Câmbio Automático/Conversor de torque: Caixa de Transmissão Manual Embreagem Caixa de Transmissão Automática Conversor Mecânico de Torque VARIAÇÕES DA TRANSMISSÃO: Câmbio Automático/Conversor de torque: Tipo de acoplamento hidráulico (permite giro do motor) Giro lento → menos torque passa pelo conversor Giro maior → motor acelerado bombeia mais fluido para dentro do conversor de torque → mais torque para as rodas � � TRANSMISSÕES CVT TRANSMISSÃO CVT: � funciona com um sistema de polias, que permite uma infinita variabilidade entre a marcha mais alta e a mais baixa sem degraus ou mudanças de marchas. � a CVT tem três componentes básicos: uma correia de metal ou borracha para alta potência; uma polia de entrada "condutora" variável; uma polia de saída "conduzida" também variável. TRANSMISSÃO CVT: TRANSMISSÃO CVT: �Quando uma polia aumenta o seu raio, a outra o diminui para manter a correia tensionada. � Novos materiais nos CVTs os tornam mais confiáveis e eficientes → criação e desenvolvimento de correias metálicas para unir as polias. Essas correias flexíveis são compostas de diversas (algo entre nove ou doze) bandas de aço, que mantêm juntas finas e resistentes peças de metal em forma de laço. �Quando as duas polias mudam seus raios, criam um número infinito de relações de marchas. * um raio menor na polia motriz e maior na polia conduzida, a rotação da polia conduzida diminui, tendo como resultado uma "marcha" mais baixa (curta). * um raio maior na polia motriz e menor na polia conduzida, a rotação da polia conduzida aumenta, tendo como resultado uma "marcha" mais alta (longa). DÚVIDAS MAIS COMUNS VOCÊ SABERIA RESPONDÊ-LAS ??? - Quando erro a mudança de marcha e ouço aquele barulho arranhado, o que realmente está arranhando? Dúvidas comuns: - O que o padrão em "H" tem relação com as marchas dentro da transmissão? - O que aconteceria se, acidentalmente, eu engatasse a marcha ré enquanto estou em alta velocidade na estrada? - O que está se movendo dentro da transmissão quando eu movo o câmbio? Dúvidas comuns: - Ao cometer um erro na troca de marchas o som arranhado ouvido, não se refere ao som do dente da engrenagem mal engatado, pois estes estão completamente entrelaçados o tempo todo. O som arranhado é dos dentes de engrenamento tentando, sem sucesso, engatar-se aos furos nas laterais das engrenagens que vão ao diferencial. - Na transmissão manual a disposição das passagem de marchas seguem o padrão ‘H’. Neste caso, o movimento de mudança de marcha para acoplamento das engrenagens do eixo movido para engate no eixo motor segue o padrão → engata para frente/desengata para trás. - Movem-se engrenagens e eixos que se solidarizam através dos dentes de engrenagem. - Poderia haver quebra do eixo de transmissão dado o alto impacto de mudança de marcha e direção de rotação.
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