Engrenagens

Curso de Especialização em
Engenharia Automotiva
Módulo: Transmissões
Realização:
Parceria:
Caixa de Câmbio – Dual Clutch
• Graças às embreagens independentes inseridas entre o virabrequim
do motor e as engrenagens de uma caixa a cubos e luvas sobre
árvores paralelas se obtém uma transmissão na qual as relações
ímpares de 1ª, 3ª e 5ª dependem de uma embreagem e as relações
pares 2ª, 4ª e 6ª dependem da outra.
• Quando o motor despeja sua potência sobre uma relação a seguinte já
está pré-selecionada e inserida.
• A mudança para a próxima relação então será executada sem
interrupção da força de tração, comutando de uma embreagem à
outra.
• Diversas arquiteturas são possíveis, porém a mais simples e lógica
consiste em montar uma dupla embreagem formando um bloco em
torno de duas árvores primárias em montagem coaxial, ou seja, uma
árvore dentro da outra.
Transmissões
João Dias
2
03/2011
Caixa de Câmbio – Dual Clutch
Transmissões
João Dias
3
03/2011
Caixa de Câmbio – Dual Clutch
Transmissões
João Dias
4
03/2011
Caixa de Câmbio – Dual Clutch
• Dois tipos de embreagem podem ser utilizadas:
– embreagem úmida - montada dentro do cárter mecanismo
acionadas por pistões pilotados eletro-hidraulicamente
– embreagem seca - montada dentro do cárter embreagem
acionadas por garfos pilotados também eletro-hidraulicamente.
• Uma embreagem a seco é inadaptada a um escorregamento
prolongado porque as superfícies de fricção se desgastam e podem
ser danificadas ou até mesmo destruídas em caso de
superaquecimento.
• As embreagens úmidas são refrigeradas pelo fluído hidráulico e em
certas condições de funcionamento, como o das caixas automáticas,
resulta na combinação de um débito de óleo inutilmente elevado sobre
uma pressão também inutilmente alta o que significa uma redução no
rendimento da caixa.
Transmissões
João Dias
5
03/2011
Caixa de Câmbio – Dual Clutch
Transmissões
João Dias
6
03/2011
Caixa de Câmbio – Dual Clutch – BMW M3
Transmissões
João Dias
7
03/2011
Engrenagens
• Dentes Retos – Marcha ré
• Dentes Helicoidais
– Pinhão fixo / pinhão louco
Transmissões
João Dias
8
03/2011
Engrenagens
Relações de marchas
30
500 rpm
30
600 Nm
1000 rpm
15
30
i = = 2 :1
15
Transmissões
João Dias
9
03/2011
300 Nm
12
15
30 12
i = ⋅ = 2 :1
12 15
Engrenagens
Relações de marchas
6
5
43
21
R
1200 rpm
200 rpm
500 Nm
3000 Nm
i = 3 :1
i = 2 :1
ik = 6 :1
Transmissões
João Dias
10
03/2011
Engrenagens
Relações de marchas e step
Relação
1a. Marcha
% Step
6,078
72
2a. Marcha
3,534
69
3a. Marcha
2,091
55
4a. Marcha
1,348
35
5a. Marcha
1,000
⎛ ik
⎞
Step = ⎜ −1⎟ ⋅100(%)
⎝ ik +1 ⎠
26
6a. Marcha
0,792
Marcha à ré
5,431
Transmissões
João Dias
11
03/2011
onde: k=1,2,...,n
n é o número de marchas
Engrenagens - escalonamento
• Geométrico:
mais comum em veículos comercias
pesados
• Progressivo:
passeio
Transmissões
João Dias
12
03/2011
fortemente
utilizado
em
carros
de
Engrenagens
Passo (p)
Diâmetro (d)
p=
Dentes (Z)
Transmissões
João Dias
13
03/2011
π ×d
z
Engrenagens
Relações de marchas e step
Relação
1a. Marcha
% Step
6,078
72
2a. Marcha
3,534
69
3a. Marcha
2,091
55
4a. Marcha
1,348
35
5a. Marcha
1,000
⎛ ik
⎞
Step = ⎜ −1⎟ ⋅100(%)
⎝ ik +1 ⎠
26
6a. Marcha
0,792
Marcha à ré
5,431
Transmissões
João Dias
14
03/2011
onde: k=1,2,...,n
n é o número de marchas
Engrenagens – Correção de perfil dente
««Bombado
Bombado»»
Correção do perfil : Cα
Transmissões
João Dias
15
03/2011
Correção da hélice : Cβ
Engrenagens – Medida de perfil dente
fH : valor de variação
de direção do perfil
Direção do perfil de
referência
Transmissões
João Dias
16
03/2011
C : Valor de Bombado
do perfil
Engrenagens - Acabamento
FOSFATO
JATO DE GRANALHA
RETÍFICA OU HONING
TRAT. TÉRMICO
SHAVING
USINAGEM
Transmissões
João Dias
17
03/2011
Engrenagens - Usinagem
Princípio
Princípio::usinagem
usinagemdos
dosdentes
dentespor
poruma
umaferramenta
ferramentapinhão
pinhãoou
oufresa
fresa
mãe.
mãe.
Ferramenta
pinhão
Transmissões
João Dias
18
03/2011
Fresa mãe
Engrenagens – Usinagem (fresa)
Direção de avanço
Transmissões
João Dias
19
03/2011
Engrenagens - Shaving
Princípio
Princípio::««barbeamento
barbeamento»»do
doflanco
flancodo
dodente
dentejájáusinado.
usinado.Usinagem
Usinagem
de
decerca
cercade
de0,03
0,03mm.
mm.
Objetivo
Objetivo::melhorar
melhoraraaqualidade
qualidadeda
dasuperfície
superfíciedo
dodente.
dente.
Fundo do dente permanece
usinado
Transmissões
João Dias
20
03/2011
Engrenagens – Tratamento Térmico
Princípio
Princípio::temperatura
temperaturaem
emtorno
tornode
de900°C,
900°C,adição
adiçãode
decarbono
carbonoee
azoto
azotona
nasuperfície
superfícieeeresfriamento
resfriamentorápido
rápidoem
emóleo.
óleo.
Dureza HV
Exemplo:
Exemplo: carbonitretado
carbonitretado
Objetivo
Objetivo::Aumento
Aumentoda
dadureza
durezasuperficial
superficialpara
parareduzir
reduziraafadiga
fadigados
dos
dentes
dentes(800HV
(800HVna
nasuperfície)
superfície)
mm
Transmissões
João Dias
21
03/2011
Engrenagens - Retífica
Princípio
Princípio::AAretífica
retíficaééfeita
feitaapós
apóstratamento
tratamentotérmico.
térmico.Pode
Podesubstituir
substituiraa
operação
operaçãode
deshaving
shavingpara
parapeças
peçasque
quenecessitam
necessitamde
demaior
maiorprecisão.
precisão.
Usinagem
Usinagemde
de0,1
0,1mm.
mm.
Objetivo
Objetivo::corrige
corrigeaadeformação
deformaçãogerada
geradapelo
pelo
processo
processode
detratamento
tratamentotérmico
térmico(t.t.
(t.t.de
de
carbonitretação
carbonitretaçãoprofunda)
profunda)
Transmissões
João Dias
22
03/2011
Engrenagens - Honing
Princípio
Princípio::realizado
realizadoapós
apóstratamento
tratamentotérmico
térmicoe,
e,da
damesma
mesmaforma
formaque
queaa
retífica,
retífica,pode
podesubstituir
substituirooshaving
shavingem
empeças
peçasque
quenecessitam
necessitamde
demaior
maior
precisão.
precisão.
Usinagem
Usinagemde
de0,03
0,03aa0,06mm.
0,06mm.
Vantagem
Vantagem::similar
similaraaretífica
retífica
usinagem
usinagem 22 flancos
flancos
Transmissões
João Dias
23
03/2011
Engrenagens – Jato de Granalha
Princípio
Princípio::projeção
projeçãode
depequenas
pequenasesferas
esferasde
deaço
aço(granalhas)
(granalhas)no
noperfil
perfil
do
dodente
denteda
daengrenagem
engrenagem
Objetivo
Objetivo::aumentar
aumentaraatensão
tensãoresidual
residualsuperficial
superficialpara
paraassim,
assim,
aumentar
aumentaraaresistência
resistênciaaafadiga
fadigaem
emflexão
flexãono
nopé
pédo
dodente
dentedas
das
engrenagens
engrenagens((multiplica
multiplicapor
por22aaduração
duraçãoda
davida
vidado
docomponente
componenteem
em
fadiga).
fadiga).Depende
Dependeda
dagranalha
granalha(dureza,
(dureza,tamanho
tamanhoaamaterial),
material),fluxo,
fluxo,
pressão
pressãoeeinclinação
inclinaçãodo
dojato.
jato.
Transmissões
João Dias
24
03/2011
Engrenagens - Fosfato
Princípio
Princípio: :ataque
ataqueácido
ácidodo
dometal
metaleecriação
criaçãode
decavidades
cavidadesna
nasuperfície
superfície
(gravagem)
(gravagem)gerando
gerandoum
umnúcleo
núcleode
dematerial
materialnão-metálico
não-metálicoconstituídos
constituídosde
de
cristais
cristaisde
defosfato
fosfatode
demanganês.
manganês.
Objetivo:
Objetivo:Melhorar
Melhoraras
aspropriedades
propriedadesde
deatrito
atritomecânico
mecânicosob
soblubrificação
lubrificaçãode
de
superfiícies
superfiíciesem
emcontato.
contato.Observa-se
Observa-seum
ummelhora
melhorasensível
sensívelem
emtermos
termosde
de
tribologia
tribologiaaaresistência
resistênciaààpressão
pressãosuperficial
superficialaumenta
aumentaem
ematé
até4x
4xaavida
vidaútil
útildo
do
componente.
componente.
Transmissões
João Dias
25
03/2011
Carcaça do
Grupo redutor
Cilindro do
Grupo redutor
Torre de Controle
Sensor de
velocidade
Flange
Carcaça de Embreagem
Resfriador
de óleo
Rolamentos
Eixo Principal
Eixo
Intermediário
Eixo Piloto
Garfo da
Embreage
m
Transmissões
João Dias
26
03/2011
Carcaça
principal
Sincronizadores
Engrenagens
Cilindro de Embreagem
Nomenclatura
Anel
sincronizador
Rolamentos
de agulhas
Rolamento
do pocket
Eixo
principal
Eixo piloto
Cubo
(solidário ao eixo
principal)
Capa
(solidária ao cubo)
Contra-eixo
Transmissões
João Dias
27
03/2011
Fluxo de força
Transmissões
João Dias
28
03/2011
Sincronização
Pinhão
Pinhão
louco
louco
sincronizador
sincronizador
BORG-WARNER
BORG-WARNER
Transmissões
João Dias
29
03/2011
Luva
Luva
cubo
cubo
Armamento:
Armamento:junta
juntaee
molas
molas
Sincronização
BORG-WARNER
BORG-WARNER
luva
luva
Superfícies
Superfícies
cônicas
cônicas
sincronizador
sincronizador
cubo
cubo
Transmissões
João Dias
30
03/2011
Pinhão
Pinhão
Sincronização
BORG-WARNER
BORG-WARNERmulticones
multicones
luva
junta
Permite melhorar o
conforto no engate de
marchas : suavidade e
menos esforço de engate
cubo
Anel
superior
Anel
intermediário
Anel
inferior
Transmissões
João Dias
31
03/2011
Pinhão
louco
Sincronização - Fases
engate
choque
ia
c
n
ê
qu
e
S
de
te
a
g
en
de
m
as
h
c
ar
Início de engate
sincronização
interdição
indexagem
armamento
Ponto morto
Transmissões
João Dias
32
03/2011
Vôo livre
Sincronização – Ponto Morto
Rampa
Rampade
de
armamento
armamento
Luva
Luva
Anel
Anel
Sincronizador
Sincronizador
Dentes
Dentesdo
do
pinhão
louco
pinhão louco
Trava
Trava
Transmissões
João Dias
33
03/2011
Cubo
Cubo
Sincronização - Armamento
Contato
Contatotrava
trava
/anel
/anel
Transmissões
João Dias
34
03/2011
Contato
Contatoanel
anel/ /
pinhão
pinhão
Sincronização - Indexagem
OOanel
anelentra
entraem
em
contato
contatocom
comoo
cubo
cubo
Os
Osdentes
dentesdo
do
anel
se
anel se
posicionam
posicionamem
em
frente
aos
da
luva
frente aos da luva
Transmissões
João Dias
35
03/2011
Sincronização - Interdição
Os
Osdentes
dentesda
da
luva
entram
em
luva entram em
contato
contatocom
comos
os
do
anel
do anel
Transmissões
João Dias
36
03/2011
Sincronização - Sincronização
Transmissões
João Dias
37
03/2011
Sincronização – Início do Engate
Transmissões
João Dias
38
03/2011
Sincronização – Vôo Livre
AAluva
luvaentra
entraem
em
contato
contatocom
comos
os
dentes
dentesdo
dopinhão
pinhão
Transmissões
João Dias
39
03/2011
Sincronização - Choque
Início
Iníciodo
dochoque
choque
Fim
Fimdo
dochoque
choque
Engate
Engateda
daluva
luvano
no
pinhão
louco
pinhão louco
Alinhamento
Alinhamentodas
dasentradas
entradasde
dedente
dente
do
pinhão
e
luva
do pinhão e luva
Transmissões
João Dias
40
03/2011
Sincronização - Engate
http://static.howstuffworks.com/flash/transmission.swf
Transmissões
João Dias
41
03/2011
Engate das marchas
Transmissões
João Dias
42
03/2011
Engate das marchas
Transmissões
João Dias
43
03/2011
Animação
Seleção das marchas
Transmissões
João Dias
44
03/2011
Seleção das marchas
Transmissões
João Dias
45
03/2011
Engate das marchas
Transmissões
João Dias
46
03/2011
Sincronização
Neutro
1a. marcha
Marcha engatada
Modelo simplificado: 2a.
500
750 rpm
rpm
750
333 rpm
500 rpm
3000 rpm
≈ 2000
i = 3 :1
i = 2 :1
i = 2 :1
Transmissões
João Dias
47
03/2011
1500 rpm
1000
Sincronização
Ro
taç
ão
P re
ss
ão
Ângulo
anti-escape
Chanfros
para facilitar
o engate
Transmissões
João Dias
48
03/2011
Tipos de sincronizadores
Cone simples
Transmissões
João Dias
49
03/2011
Duplo cone
Tipos de sincronizadores
Anel
Capa
Cubo
Lamelas
Cone
Transmissões
João Dias
50
03/2011
Sincronização – Caixas VT
1. Guide Sleeve
Luva Guia
2. Clutch Sleeve
Luva de Engate
3. Clutch Ring
Anel de Engate
4. Outer Cone
Cone Externo
5. Double Cone
Cone Duplo
6. Inner Cone
Cone Interno
7. Pusher
Placa de Pressão
8. Diaphragm Spring
Mola Diafragma
Transmissões
João Dias
51
03/2011
9. Spring Pins
Comando interno
Engate – fixação
do cabo
Sensor marcha ré
e PM
Garfo
3/4
luvas
garfo
ré
Eixo e dedo de
passagem
Eixo de garfos
Eixo de
seleção
garfo
5/6
Eixo de garfos
Transmissões
João Dias
52
03/2011
garfo
1/2
Comando Interno
Garra
Garrade
deaço
açointegrada
integradaao
aogarfo
garfo
Garra
Garrasoldada
soldadano
noeixo
eixo
Garra integrada ao garfo
Transmissões
João Dias
53
03/2011