Tópicos:
- Geral
- Pinhão de coroa
- Operação do diferencial
- Desvantagens de um diferencial
- Ajustando a roda do pinhão da coroa
- LSD (Diferencial Esférico Limitado)
- Diferencial Torsen
- Manutenção e defeitos de um diferencial
- Ajustar a pré-carga do rolamento diferencial
Geral:
O diferencial, também chamado de cardan, possibilita uma diferença de velocidade no acionamento. Somente o termo diferencial é usado nesta página.
Nas curvas, uma roda dá mais voltas do que a outra. Portanto, quando um carro faz uma curva à esquerda (como na imagem abaixo), as rodas direitas darão mais voltas que as rodas esquerdas (r1 > r2). Portanto, há uma diferença de velocidade. Um diferencial garante que isso seja possível.
Nos carros com tração dianteira, o diferencial está na caixa de câmbio. Nos carros com tração traseira, está localizado no eixo traseiro, entre as rodas traseiras. Um eixo cardan vai então da caixa de câmbio para a parte traseira, até o diferencial.
A imagem abaixo é de um carro com tração traseira. O eixo entre a caixa de câmbio e o diferencial (cardan) é denominado eixo cardan ou eixo intermediário. Isso é descrito separadamente na página eixo cardan. Existem dois eixos de transmissão montados no diferencial que acionam as rodas traseiras.
Pinhão da coroa:
A roda do pinhão da coroa no diferencial é mencionada separadamente, pois essas peças devem ser ajustadas com muita precisão após o trabalho. A roda do pinhão é fixada ao eixo da hélice. O motor e a caixa de câmbio acionam o eixo da hélice e a roda do pinhão aciona a roda de coroa. O ajuste entre a coroa e o pinhão é um trabalho muito especializado. As engrenagens devem ser ajustadas entre si utilizando os dados de fábrica e equipamentos de medição/ajuste. O ajuste adequado garante o menor desenvolvimento de ruído e a maior vida útil.
Funcionamento do diferencial:
A roda de coroa 1 é acionada pela roda de pinhão do motor/caixa de câmbio. Ao dirigir em linha reta, os eixos de transmissão 2 e 3 girarão na mesma velocidade e a roda satélite 4 não girará em seu eixo.
Na situação desta imagem, o eixo motor esquerdo está parado. Isso pode ser devido ao fato da roda esquerda estar no asfalto e a direita estar em estrada não pavimentada. Nesse caso, a roda da estrada de terra estará girando.
A roda satélite agora gira em torno de seu eixo e toda a força motriz é colocada no eixo de transmissão direito. O esquerdo agora está parado. Uma situação semelhante também surge ao conduzir em curva, a pressão dos pneus é mais baixa num dos lados, os perfis dos pneus diferem muito e a superfície da estrada não é completamente plana.
Desvantagens de um diferencial:
O facto de o diferencial permitir diferenças de velocidades entre as rodas também é uma grande desvantagem em determinadas circunstâncias. Quando uma das rodas motrizes perde aderência, toda a tração é perdida. Quando um carro tem 1 roda no asfalto e 1 roda na lama, a roda na lama será conduzida 1% e a roda no asfalto (com maior aderência) permanecerá parada. Isso ocorre porque a roda satélite girará mais rápido e a roda com menor resistência irá girar mais.
Ajustando a roda do pinhão da coroa:
A altura e a distância das superfícies de contato das engrenagens da coroa e do pinhão podem ser ajustadas. As imagens mostram as consequências do ajuste incorreto.
Lubrificando a roda de coroa por um quarto de volta com graxa especial (que se dissolve em óleo), a superfície de apoio entre a roda de coroa e o pinhão pode ser determinada. Ao girar a roda do pinhão para frente e para trás algumas voltas, a superfície de suporte fica clara (ver imagens). Ajustando e girando várias vezes, o conjunto pode ser ajustado à superfície de apoio ideal.
Deve-se levar em conta que a carga no acionamento também provoca o deslocamento da superfície de apoio. À medida que a carga aumenta, a superfície do rolamento se move mais para fora da roda de coroa (imagem acima à direita). Sob cargas leves, a superfície do rolamento se move mais para dentro. Ao ajustar, a superfície de apoio deve estar no meio. Consulte sempre os dados de fábrica para tamanhos.
Um ajuste incorreto causa (às vezes extremamente) muito ruído na unidade, como um assobio ou um som estridente. O desgaste também aumentará. Por exemplo, o diferencial pode falhar após apenas alguns milhares de quilómetros devido a um ajuste descuidado (ou nenhum). Claro, isso foi precedido por um barulho alto.
LSD (diferencial de deslizamento limitado)
Para evitar a situação acima, é útil desabilitar (parcialmente) a operação do diferencial em alguns casos. Isso é chamado de bloqueio. Quando um diferencial está bloqueado, a transmissão em ambos os eixos é a mesma. A roda satélite está parada ou ambas as rodas solares estão acopladas. Existem vários desenvolvimentos com acoplamentos multiplacas, acoplamentos viscosos e acoplamentos de garra.
A imagem abaixo mostra um LSD (Limited Slip Differential). Este é um diferencial com aumento do atrito interno. As embreagens multiplacas são colocadas entre as superfícies retas externas das rodas solares cônicas dos semieixos e da carcaça do diferencial.
Os anéis de pressão no LSD estão conectados à carcaça do diferencial, por um lado, e podem ser movidos axialmente, por outro. Os anéis de pressão têm formato de cunha por dentro devido ao formato convexo das rodas satélites. As ripas internas (de cor escura na imagem acima) engatam nos dentes internos dos semi-eixos. Os dentes externos das ripas externas engatam nas ranhuras longitudinais da carcaça do diferencial. Isso significa que as ripas externas não podem girar.
Ao dirigir em linha reta, a roda de coroa e o eixo de transmissão giram na mesma velocidade, portanto não há atrito. Quando uma das rodas tem pouca aderência e, portanto, gira mais rápido que a outra roda, ocorre uma diferença de velocidade entre as superfícies cônicas do anel de pressão. O anel de pressão é pressionado contra as lâminas e um momento de atrito dependente da carga é criado entre as lâminas externas (que são bloqueadas pela carcaça do diferencial) e as lâminas internas de rotação rápida que estão conectadas ao eixo de transmissão.
Os sistemas mais modernos controlados eletronicamente foram desenvolvidos nos sistemas de travamento automático. Os anéis de pressão descritos anteriormente presentes nos sistemas de travamento automático são então substituídos por cilindros de anel de operação hidráulica. As embreagens multidisco são operadas eletronicamente.
Diferencial Torsen
O diferencial de Torsen ('torsen' é uma abreviação de 'detecção de torque', traduzido livremente como 'sensação de torque') é, em princípio, um diferencial simétrico. Quando ambos os eixos de saída giram na mesma frequência de rotação, os torques de acionamento nesses eixos são iguais. Se ocorrer ação diferencial por qualquer motivo, o torque de acionamento para o eixo de saída com rotação mais rápida diminui e para o eixo com rotação mais lenta. Também aqui, em princípio, é criado um momento de atrito interno que, por um lado, reduz o torque de saída e, por outro lado, aumenta o torque de saída. A operação é baseada no comportamento de travamento automático da transmissão por engrenagem helicoidal, que é criado pela escolha do ângulo de inclinação correto dessas engrenagens.
O diferencial do eixo na imagem abaixo é aparafusado à coroa. Os eixos das engrenagens helicoidais são montados na carcaça do diferencial. As engrenagens helicoidais, que são conectadas duas a duas por engrenagens cilíndricas, podem girar livremente em torno de seus eixos.
São instalados três conjuntos de duas engrenagens helicoidais cada. Uma engrenagem helicoidal de cada conjunto engata na roda helicoidal estriada no eixo de transmissão da roda direita; a outra engrenagem sem-fim engata com a rosca sem-fim no eixo de transmissão da roda esquerda.
Durante a condução em linha reta (para frente ou para trás), quando não há ação diferencial, ambos os eixos giram na mesma velocidade. A caixa do diferencial carrega as engrenagens helicoidais, que por sua vez acionam as engrenagens helicoidais com os eixos de tração das rodas. Ambas as engrenagens helicoidais desejam girar no mesmo sentido devido ao seu passo, o que não é possível devido ao acoplamento com engrenagens cilíndricas. O diferencial agora gira como um bloco e garante uma distribuição simétrica de torque (50% – 50%).
Se ocorrer um efeito diferencial, por exemplo, durante a condução em uma curva, ou se uma roda escorregar, um sem-fim girará mais rápido e o outro mais lentamente do que a caixa do diferencial. Um torque maior é agora fornecido à roda que gira mais lentamente do que à roda que gira mais rápido. O sem-fim de rotação mais rápida aciona a engrenagem helicoidal correspondente e, portanto, a engrenagem helicoidal que impulsiona o sem-fim para a roda de rotação mais lenta. O torque para a roda de rotação mais lenta é adicionalmente aumentado pelo efeito parcialmente autotravante do acionamento através da engrenagem helicoidal na direção do sem-fim. Ao escolher o ângulo de inclinação correto no sem-fim, a distribuição de torque desejada, aqui o valor de bloqueio, pode ser obtida.
O diferencial Torsen não influencia nenhuma função do ABS, pois o efeito de bloqueio só ocorre sob carga, ou seja, quando o acelerador é acelerado.
Principalmente nas corridas, com drifting, o diferencial fica travado. Se isso não for tecnicamente possível em alguns carros, a roda satélite é soldada às rodas solares. Desta forma barata o diferencial está sempre bloqueado. A desvantagem é que dificilmente poderá mais ser conduzido em vias públicas, pois a roda que tiver menor velocidade nas curvas começará a escorregar. A chance de defeitos nos eixos de transmissão e nas juntas homocinéticas também é maior.
Outra forma é a intervenção do ESP (Programa Eletrônico de Estabilidade). Este sistema freia a roda deslizante acionando brevemente a pinça do freio. Ao frear a roda deslizante, mais potência será automaticamente transferida para a outra roda através da operação do diferencial. Desta forma, essa desvantagem também foi eliminada. Isso às vezes também é chamado de operação diferencial de deslizamento limitado eletrônico.
Manutenção e defeitos de um diferencial:
Hoje em dia, um diferencial muitas vezes contém “óleo vitalício”. O fabricante indica que o óleo não precisa ser trocado periodicamente. Alguns fabricantes indicam um intervalo de troca de um determinado número de quilômetros. Este período não pode ser excedido. Também é bom trocar o óleo ocasionalmente para diferenciais com óleo vitalício. Todo óleo entra em contato com o oxigênio e passa por um processo de oxidação. O efeito lubrificante diminui. É por isso que é bom trocar este óleo a uma determinada quilometragem (por exemplo, 150.000 km).
Diferenciais defeituosos, onde os rolamentos estão com defeito ou o espaço na roda do pinhão-coroa não está em ordem, farão muito barulho no acionamento. Os diferenciais geralmente podem ser revisados. Durante a revisão, as superfícies dos dentes da coroa e do pinhão são medidas e os rolamentos são substituídos. Se as superfícies dos dentes estiverem muito desgastadas, as peças terão que ser substituídas. Substituir a roda de coroa costuma ser muito caro.
Ajustando a pré-carga do rolamento diferencial:
Os rolamentos do diferencial devem ser montados sob uma determinada pré-carga. Este valor é determinado pelo fabricante do diferencial. Se a pré-carga for muito baixa ou muito alta, o rolamento poderá falhar com o tempo. Considere uma carga axial muito alta, que pode fazer com que o rolamento fique muito quente. Ao revisar o diferencial ou substituir os rolamentos, a pré-carga deve ser sempre verificada e ajustada se necessário. Fazendo medições é possível determinar qual deve ser a espessura do anel de enchimento (entre o rolamento e o porta-selo).
Exemplos das medições que precisam ser realizadas são fornecidos abaixo.
A distância entre a parte externa da carcaça do redutor e o rolamento deve ser medida com um medidor de profundidade. O valor medido na foto é de 12 mm.
Com este medidor de profundidade a altura do ressalto do suporte do retentor de óleo também pode ser medida. O valor medido na foto é 10,0mm.
Durante a instalação, o ressalto do suporte do retentor de óleo é montado na carcaça do diferencial. Subtraindo os dois valores que acabamos de medir, determina-se a distância entre o mancal do diferencial e o ressalto do porta-retentor: Profundidade – altura = 12,0 0mm – 10,00 mm = 2 mm.
Se um calço de 2 mm fosse colocado entre o rolamento do diferencial e o suporte do selo, o rolamento seria montado sem tensão.
É claro que essa não é a intenção; será necessário colocar um calço mais grosso para montar o rolamento sob tensão. A pré-carga é prescrita pelo fabricante. Isto pode ser, por exemplo, 0,25 mm.
O calço que deve ser colocado neste caso é a distância medida + a pré-carga, portanto; 2 mm + 0,25 mm = 2,25 mm. Quando colocado o calço com espessura de 2,25 mm, a pré-carga está ajustada corretamente. O anel de calço adequado deve ser encontrado em um recipiente com anéis de calço de diferentes tamanhos. A arruela correta pode ser encontrada com um medidor de parafuso.
Na imagem abaixo você pode ver que o calço tem espessura de 2,25 mm. Então este é o calço correto. Mais informações sobre medição com o micrômetro podem ser encontradas na página “Ferramentas de medição mecânica".
As medições da profundidade do rolamento e da altura do ressalto do porta-selo nas imagens acima foram feitas com medidor de profundidade. No entanto, essas medições também podem ser realizadas com um relógio comparador. A explicação sobre a medição com o relógio comparador também é fornecida na página “Ferramentas de medição mecânica".
As leituras nas imagens abaixo não correspondem às medidas acima. As fotos também estão muito desfocadas. Em breve serão substituídas por novas imagens que exibem corretamente as medições.
Os valores do comparador e do medidor de profundidade devem corresponder. Em princípio, não importa qual ferramenta é utilizada para realizar a medição, desde que ambas as ferramentas de medição estejam disponíveis. Por exemplo, durante um exame prático pode acontecer que apenas um tipo de instrumento de medição seja disponibilizado. É portanto importante poder utilizar todos os instrumentos de medição; o paquímetro, o micrômetro e o relógio comparador.
