Transmissão (Parte II) - Caixas Manuais

 

A caixa de velocidades serve para distribuir melhor a força e velocidade que o veículo precisa de ter. Porquê? Porque, de acordo com as condições de circulação, os veículos precisam umas vezes de força, outras vezes de velocidade e, por vezes, de ambas as situações.

Vejamos alguns exemplos:

Força - é necessária quando o veículo começa a movimentar-se. É durante o arranque que o veículo tem de vencer o seu próprio peso.

Velocidade - é necessária quando viajamos em estrada/auto-estrada.

Força e Velocidade - quando temos de vencer alguns declives (subidas) acentuados.

Então, como é que a caixa de velocidades consegue isto ? Simples !

A caixa de velocidades tem uns veios que alojam rodas dentadas. As rodas dentadas, como o próprio nome indica - têm dentes! Esses dentes servem (não para se morderem uns aos outros não senhor...) para se engrenarem (porem em movimento) umas a partir de outras.

Pode perguntar agora: mas como é que se consegue que haja força, velocidade ou ambas as coisas ?

Muito simples! Fazendo variar o tamanho das rodas !

Como as rodas vão variando de tamanho, à medida em que são engrenadas, consegue-se criar as condições necessárias de força, velocidade ou ambas.

Mas como? Mais uma vez, à custa do fenómeno do binário! Outra vez o binário?

Sim!Sim! Mas não é o mesmo binário que abordámos no comportamento do motor. Ou seja, o conceito é o mesmo, mas, o binário já é outro ... vamos analisar um exemplo:

Vamos juntar duas rodas dentadas que se engrenam entre si. Vamos admitir também que uma tem o dobro do tamanho da outra. Quer isto dizer que uma tem um diâmetro que é o dobro da outra.

 

Nota

Diâmetro - distância entre dois pontos periféricos opostos

Raio - distância do centro à periferia

Diâmetro = duas vezes o valor do raio => D = 2R

Adicionalmente, quando uma roda dentada tem o dobro do tamanho (diâmetro) de outra, quer dizer que, para engrenarem, a maior tem de ter o dobro dos dentes da restante.

Recomeçando...

Estas rodas estão engrenadas entre si.

Vamos imaginar que é a roda mais pequena que impulsiona a roda maior. Pela lógica, se a maior tem o dobro da mais pequena, a mais pequena tem metade do tamanho da maior.

Eu sou mesmo chato, não sou ... está desesperado para perceber o desfecho disto e eu ... nada!

Bom!

Se a roda mais pequena rodar 2 vezes (der duas voltas), quantas voltas dá a roda maior? Uma volta, não é verdade?

Porque a mais pequena, como tem metade do tamanho, tem de rodar 2 vezes para que a outra rode apenas 1 volta.

Agora ao contrário ... 

Se for a roda maior a impulsionar a mais pequena ...

Se a roda maior der apenas 1 volta, quantas voltas dá a mais pequena? Duas voltas, não é verdade?

Como a maior tem o dobro do tamanho da mais pequena, de cada vez que esta dá uma volta (rotação), a outra roda duas vezes.

Até aqui, tudo bem ? Simples ?

Analisemos isto com "outros olhos" ...

Olhe bem para as duas rodas engrenadas entre si.

Quando é a mais pequena a impulsionar agrande, esta faz força no único ponto possível - nos dentes da outra. OK ?

Se reparar melhor ainda, para que as rodas rodem, é necessário que estejam fixas em alguma coisa - neste caso, um veio que passa pelo centro de cada uma delas.

Ora, quando a roda mais pequena impulsiona a grande, a força aplicada nos dentes dista ao centro da grande, o dobro do valor do que ao centro da mais pequena. Então, quando é a roda mais pequena a impulsionar a grande, privilegia-se o BINÁRIO !!! Porque a distância da força de rotação (nos dentes de ambas) ao ponto de apoio (centro) da roda maior é o dobro do que no sentido contrário (da maior para a mais pequena).

 

Grande conclusão a tirar

  • Se uma roda pequena impulsiona uma grande, a pequena tem de rodar várias vezes para que a restante rode apenas algumas vezes.
  • Se uma roda pequena impulsiona uma grande, é porque pretendemos obter força na saída do movimento.
  • Pelo contrário: Se uma roda grande impulsiona uma mais pequena, basta que a grande gire apenas algumas vezes para que a mais pequena gire muitas vezes.
  • Se uma roda grande impulsiona uma mais pequena, é porque pretendemos privilegiar a velocidade em detrimento da força.

E este é o princípio das caixas de velocidade.

Quando colocamos a primeira velocidade para fazer o arranque, a desproporção entre a roda que recebe o movimento e a que transmite o movimento para o exterior da caixa de velocidades é maior, quando comparada com todas as outras "mudanças" Porquê ? Porque precisamos de "binário de saída"/força para vencer o peso do automóvel.

À medida que avançamos nas "mudanças" (2ª e 3ª velocidades), a desproporção entre as rodas vai-se reduzindo. Porquê ? Porque, nestas "mudanças", apesar de continuarmos a precisar de força, necessitamos que o veículo vá ganhando, gradualmente, uma velocidade maior.

Quando colocamos a 4ª velocidade, normalmente, na maioria dos veículos, existe uma relação de 1 para 1. Ou seja, por cada volta que entra na caixa de velocidades (oriunda do motor) sai apenas outra da caixa para o diferencial. Se o motor do veículo estiver a 3.000 rotações por minuto, saem da caixa de velocidades as mesmas 3.000 rotações.

Nas quintas velocidades, como o objectivo é manter o veículo em velocidade de cruzeiro optimizando os consumos, dá-se a inversão do processo. O carreto (roda dentada) que recebe movimento do motor é maior do que o carreto que envia o movimento para fora. Pela lógica, basta que exista apenas uma volta no motor, para que haja mais do que uma volta na saída da caixa de velocidades.

E agora pode perguntar: O que isso do "rapport" ?

Denomina-se por " rapport" o quociente (divisão) do tamanho do carreto que faz sair o movimento da caixa com o carreto que recebe movimento do motor.

 

EXEMPLO:

Um motor de automóvel está a rodar, de forma constante, a 4.000 r.p.m.

Se estiver seleccionada a 3ª velocidade (mudança) e o seu rapport for de 2,5, quantas rotações saem no veio de saída da caixa para o diferencial?

D2:D1 = R1:R2

Z2:Z1 = R1:R2

D - diâmetro dos carretos

Z - número de dentes dos carretos

D2 - diâmetro do carreto de saída da caixa

D1 - diâmetro do carreto de entrada da caixa (que recebe movimento do motor)

R - rotação dos veios

R1 - rotação do veio que recebe movimento do motor.

R2 - rotação do veio que envia o movimento para fora da caixa

Ora, o quociente (divisão) entre o número de dentes (Z) dos carretos engrenados ou entre os seus diâmetros, é igual ao rapport.

Como o rapport neste caso (3ª velocidade) é de 2,5 ...

D2:D1 = 2,5

D2:D1 = R1:R2

2,5 = R1:R2

2,5 = 4.000 rpm : R2 => 2,5 x R2 =

4.000 rpm => R2 = 4.000/2,5

R2 = 1.600 rpm (rotações por minuto)

Como todos já sabemos por experiência própria, as mudanças de força "roubam" velocidade ao veículo para lhe poderem oferecer FORÇA!

É o caso das 1ª s, 2ª s e 3ª s velocidades.

 

No caso anterior, com esta caixa e este rapport, o motor rodava a 4.000 rpm, mas apenas saíram da caixa de velocidades para o diferencial 1.600 rotações por minuto.

Agora, já sabe, quando quiser calcular a rotação de saída na caixa de velocidades proporcionada por um determinado rapport (relação de transmissão de uma "mudança), basta dividir a rotação a que o motor se encontra pelo valor do rapport correspondente à "mudança" que quer analisar.

Chama-se Rapport Curto - a uma relação de transmissão que "come" muita rotação ao motor, privilegiando mais a força e menos a velocidade de circulação.

É por esta razão que, quando utilizamos uma mudança curta (1ª, 2ª ou 3ª), o motor atinge facilmente o máximo da rotação. Porque, para que o veículo ganhe velocidade, é necessário esmagar muito o acelerador. A razão de isto acontecer é pelo facto da caixa de velocidades "comer"/retirar muita rotação enviada pelo motor.

Chama-se Rapport Longo - a uma relação de transmissão que privilegia a velocidade ao invés da força de circulação do veículo.

Quando ouvir falar de rapport´s curtos, já sabe que são relações de transmissão que "prendem"/"não deixam sair" muito a rotação do motor para as rodas, de modo a privilegiar a força de deslocação do veículo.

Quando ouvir falar de rapport´s longos, já sabe que são relações de transmissão que "soltam" muito a rotação do motor para privilegiar a velocidade de deslocação do veículo.

Quanto mais alto o número que representa o rapport, mais curto ele é!

Quanto mais baixo o número, mais longo o rapport!

Bom, mas as caixas de velocidade podem ser de comando manual, semi-automáticas ou totalmente automáticas.

 

A FUNÇÃO DA CAIXA DE VELOCIDADES

Durante a utilização normal de um veículo, existem diferentes solicitações ao grupo propulsor.

Deste modo pode-se circular numa zona plana, necessitando de um binário reduzido.

Utiliza-se neste caso uma relação alta (longa) que nos permite velocidades elevadas para regimes de motor baixos.

No caso oposto temos a situação de um veículo que arranca numa subida carregado.

Necessita-se agora de uma relação baixa (curta) que, em detrimento da velocidade que o veículo pode atingir nessa relação, transmite a força necessária (binário).

Pode-se então desde já concluir que a caixa de velocidades nos permite fazer a opção entre força (binário) ou velocidade.

Se existissem apenas as duas situações limites anteriores, necessitaríamos de caixas de apenas duas velocidades. Como na realidade existem inúmeras situações diferentes, as caixas de velocidades, (numa solução de compromisso visto que o ideal seria ter infinitas relações disponíveis), têm algumas relações intermédias, sendo o mais usual encontrar no mercado as caixas de cinco velocidades.

 

Como conseguimos relações diferentes?

As relações são conseguidas através de conjuntos de carretos. Deste modo, se quisermos uma relação curta (motor a regime elevado, veículo a movimentar-se devagar) o carreto por onde entra o movimento do motor é mais pequeno do que o carreto que transmite movimento para as rodas. Deste modo consegue-se que para várias voltas do carreto mandante, o carreto mandado dê apenas uma.

O inverso acontece quando pretendemos uma relação de velocidade. Utiliza-se agora um carreto mandante igual ou superior ao carreto mandado. Tem-se agora que para uma volta do carreto mandante o carreto mandado dá um número de voltas igual ou inferior.

Um caso particular é a marcha atrás. Neste caso existe um terceiro carreto que quando utilizado permite inverter o sentido do movimento transmitido às rodas.

Já se falou em relações de transmissão e na associação de carretos de diferentes dimensões. Mas como se muda o conjunto que transmite o movimento?

As caixas de velocidades têm conjuntos de carretos que se encontram montados em veios. As modernas caixas de velocidades têm três veios: o veio primário por onde entra o movimento do motor, o veio secundário onde estão montados carretos que rodam livremente (loucos) e o veio intermédio onde estão montados carretos fixos (solidários com o próprio veio).

No veio intermédio encontram-se ainda montados os sincronizadores.

Qual o papel dos sincronizadores?

Os sincronizadores são as únicas peças que em qualquer momento rodam solidárias com o veio intermédio. Através do deslocamento das mangas de sincronização consegue-se igualar a velocidade do carreto com a manga do cubo sincronizador e ainda tornar solidário com o veio o carreto da relação escolhida através do selector.

O funcionamento do sincronizador dá-se em dois tempos:

Numa primeira fase a sincronização, que consiste no encosto da superfície cónica do sincronizador (cubo) à superfície cónica do carreto. É neste momento que o escorregamento entre as superfícies vai diminuindo e a velocidade iguala-se.

Na segunda fase dá-se o engrenamento, que devido às velocidades do carreto e da manga serem já as mesmas, faz-se de um modo suave .

 

Continuamos este artigo na próxima semana, com tudo sobre “Caixas de Velocidades Automáticas”!!!