Tópicos:
- Informações gerais
- Redução simples e dupla
- Caixa de engrenagens na direção longitudinal ou transversal
- Engrenagens e engrenagens
- Operando a caixa de câmbio
- Sincronizando dispositivo
- Desmontar a caixa de velocidades
- Malha constante
- Malha deslizante
- Relações de transmissão
Informações gerais:
O objetivo de uma caixa de velocidades é adaptar a rotação do motor e, portanto, o binário e a potência disponíveis do motor às diferentes condições de condução. Isto pode ocorrer ao acelerar ou desacelerar, ao transportar uma carga pesada, ao subir e descer encostas e às alterações na resistência do ar e ao rolamento que podem ocorrer durante a condução. A mudança para uma marcha mais favorável nestas diferentes circunstâncias levará, na maioria dos casos, a um melhor consumo de combustível e a mais torque e potência.
Numa marcha baixa (por exemplo, segunda) há mais torque do motor disponível do que em uma marcha mais alta (por exemplo, quarta). Isso ocorre porque o virabrequim do motor dá mais rotações na segunda marcha e gira muito mais rápido ao acelerar do que em uma marcha mais alta. Portanto, é mais sensato não conduzir em marcha muito alta ao dirigir com uma carga pesada, como uma caravana. Certamente não nas montanhas.
O. está localizado entre o motor e a caixa de câmbio link que está equipado com um disco de embreagem, um grupo de pressão e um rolamento de desengate. Ao pressionar o pedal da embreagem, a placa de pressão é operada através de um cabo. Com uma embreagem hidráulica, um fluido é movido de um cilindro para outro por meio de dois cilindros de embreagem.
Abaixo está um diagrama de blocos de como a tração do motor às rodas é obtida com tração dianteira, traseira e nas quatro rodas. Para mais informações sobre isso, consulte a página formulários de condução.
Redução simples e dupla:
As caixas de velocidades manuais estão divididas em dois grupos, nomeadamente redução simples e dupla. Redução é outra palavra para transmissão. Então, na verdade, significa transmissão “simples e dupla”. O que isso significa é mostrado abaixo.
Redução Única
As engrenagens dos eixos de entrada e saída estão diretamente conectadas entre si.
A: Eixo de entrada (eixo de transmissão, do motor)
B: Eixo de saída (eixo principal)
Redução Dupla
A primeira marcha está engatada; as forças motrizes na primeira marcha vão de A para B e de C para D.
Uma força é aplicada na engrenagem A através do eixo de entrada. Esta engrenagem está em conexão direta com as engrenagens B, D e E. Como a primeira marcha está engatada, o sincronizador acoplou o eixo de saída à engrenagem D (veja as setas azuis). Da engrenagem B, as forças motrizes saem da caixa de engrenagens através do eixo de saída. O eixo de saída aciona o diferencial, que pode estar localizado na caixa de câmbio (em carros com tração dianteira) ou o diferencial pode ser montado em outro local, como em um carro com tração traseira. Mais sobre isso será explicado posteriormente nesta página.
A: Engrenagem do eixo de entrada (eixo de transmissão, do motor)
B, C e E: Engrenagens do eixo secundário
D e F: Engrenagens do eixo de saída (eixo principal)
A segunda marcha está engatada. O dispositivo de sincronização é desconectado da engrenagem D e acoplado à engrenagem F (ver setas azuis). Nesse momento, a engrenagem D gira, mas não está acoplada ao eixo de saída. A engrenagem F está, então as forças motrizes agora vão de A para B e de E para F.
Como as engrenagens C e E têm dimensões diferentes, as relações de transmissão mudaram. Isto significa que a rotação do motor caiu após o acoplamento na mesma velocidade do veículo.
Caixa de engrenagens na direção longitudinal ou transversal:
A figura mostra um diagrama de um carro com tração traseira. O bloco do motor é colocado longitudinalmente (longitudinalmente) e a caixa de câmbio é equipada com dupla redução. A marcha final (diferencial) está localizada no eixo traseiro e aciona as rodas traseiras. Este é o tipo de propulsão que a BMW, entre outros, utiliza muito.
Esta imagem mostra o diagrama de um carro com tração dianteira. O bloco do motor é colocado transversalmente (na largura) e a caixa de câmbio é equipada com uma única redução.
As forças motrizes entram no eixo de entrada (eixo de transmissão) e são transmitidas ao eixo de saída através das engrenagens engatadas. O diferencial está integrado na caixa da caixa de velocidades. Este tipo de propulsão é utilizado, entre outros, num Volkswagen Golf e num Ford Focus (e, claro, em muitas outras marcas!)
A figura mostra um diagrama de um carro com tração dianteira. Tanto o bloco do motor como a caixa de velocidades são colocados longitudinalmente. O bloco do motor está localizado na frente do eixo dianteiro e a caixa de câmbio atrás do eixo traseiro. O diferencial é montado nos eixos de transmissão. Este sistema é usado nos antigos VW Passat, Skoda Superb e Audi A4, entre outros. Os modelos mais recentes agora possuem um bloco de motor transversal (ou seja, a situação abaixo).
Engrenagens e engrenagens:
Diferentes relações de transmissão podem ser alcançadas com diferentes tamanhos de engrenagem. Chamamos essas relações de transmissão de engrenagens. Por exemplo, quando uma engrenagem grande é acionada por uma engrenagem pequena, a engrenagem pequena pode dar 3 voltas, enquanto a engrenagem grande gira apenas uma vez. A relação de transmissão é então 1:1. O atraso e o aumento de potência são então 3x maiores. Quando a engrenagem pequena tem 3 dentes, a engrenagem grande terá 20 dentes.
Abaixo você pode ver as diferentes marchas que podem ser trocadas. Você pode ver que a cada marcha a engrenagem direita do eixo superior (o eixo primário) fica cada vez menor nas engrenagens 2 e 3. A engrenagem do lado direito do eixo secundário está ficando maior. Isso continua aumentando a relação de transmissão, que é o objetivo final ao mudar para outra marcha.
Primeira marcha:
A força motriz entra no eixo de transmissão à esquerda na seta. A força motriz é transmitida diretamente à engrenagem do eixo secundário. O eixo secundário é o eixo inferior. A menor engrenagem do eixo secundário é acoplada à penúltima engrenagem do eixo de saída. O eixo de saída gira muito mais lentamente que o eixo de entrada devido às dimensões das engrenagens. Isso causou o maior atraso. A primeira marcha tem a maior desaceleração, para que você possa acelerar desde a imobilidade com muito aumento de torque.
Segunda marcha:
As marchas à esquerda permanecem engatadas. A força motriz passa pela terceira engrenagem do eixo secundário para a terceira engrenagem do eixo de saída. O eixo de saída ainda gira mais lentamente que o eixo de entrada. Portanto, ainda há um atraso. A desaceleração é agora menor do que com a primeira marcha, portanto, na mesma rotação do motor, pode ser alcançada uma velocidade do veículo mais alta do que com a primeira marcha.
Terceira marcha:
A força motriz passa pela segunda engrenagem do eixo secundário e pela segunda engrenagem do eixo de saída. O eixo de saída ainda gira mais lentamente que o eixo de entrada. A desaceleração é agora novamente menor do que com a segunda marcha, de modo que agora uma velocidade mais alta do veículo pode ser alcançada com a mesma rotação do motor do que com a segunda marcha.
Quarta marcha:
Isso é chamado de preço direto. A força motriz vai do eixo de entrada diretamente para o eixo de saída. O torque do motor é, portanto, transmitido 1 para 1 às rodas. Na verdade, a caixa de câmbio não está funcionando no momento.
Com uma caixa de câmbio de cinco marchas, a quarta marcha é sempre de acionamento direto. No entanto, com uma caixa de 6 velocidades, a quinta marcha é de acionamento direto.
Quinta marcha:
Na quinta marcha, as duas rodas dentadas traseiras estão conectadas entre si. A engrenagem maior do eixo secundário é acoplada à engrenagem menor do eixo de saída. Isso é chamado de 'overdrive'. O eixo de saída agora gira mais rápido que o eixo de entrada.
As marchas 1, 2 e 3 são desacelerações; o eixo de entrada gira mais rápido que o eixo de saída. Na quarta marcha, o eixo de entrada gira tão rápido quanto o eixo de saída (prise-direct). Esta 5ª marcha é, portanto, uma aceleração real, pois nesta marcha o eixo de saída é o único de todas as engrenagens que gira mais rápido que o eixo de entrada. Ao dirigir em rodovia, a rotação do motor diminuirá. Quando você precisa acelerar, muitas vezes você precisa voltar para uma marcha mais baixa.
Para trás:
Ao selecionar a ré, uma engrenagem extra é colocada entre as engrenagens dos eixos secundário e de saída. Normalmente, quando a engrenagem inferior gira no sentido anti-horário, a engrenagem superior montada contra ela girará no sentido horário. Se você colocar outra engrenagem próxima à engrenagem que gira à direita, ela girará novamente no sentido anti-horário. Na verdade, isso também é feito na caixa de câmbio. O eixo de entrada simplesmente funciona normalmente e a engrenagem extra fará com que o eixo de saída gire na direção oposta.
Conclusão:
Foi explicado acima que, ao acoplar engrenagens de tamanhos diferentes, uma relação de transmissão diferente (ou seja, aceleração) é criada e como o trem de força funciona. Abaixo está uma explicação de como funciona o engate e desengate das marchas quando a alavanca é acionada.
Operação da caixa de velocidades:
Ao movimentar a alavanca de câmbio no interior, são movimentados os cabos ou hastes (dependendo do tipo de caixa de câmbio/mecanismo) que vão até a caixa de câmbio.
Na imagem abaixo você pode ver que o eixo da baladeura pode se mover para frente e para trás. Este espaço está indicado em rosa. O eixo balladeur controla o garfo de mudança. O garfo de mudança pressiona o anel sincronizador contra a roda dentada com a ajuda do anel de mudança. Ao mudar para a próxima marcha, o eixo do baladeiro se move para trás, colocando o garfo de mudança na posição neutra. Ao mudar de marcha, o mesmo garfo de mudança é movido na direção oposta pelo eixo balladeur para engatar a outra marcha (por exemplo, da terceira para a quarta marcha) ou um eixo balladeur diferente é usado para mover os outros garfos de mudança.
Existem vários eixos balladeur na caixa de câmbio. Cada eixo balladeur pode engatar ou desengatar duas marchas. A operação dos vários eixos do balladeur é feita movendo a alavanca de câmbio para a esquerda e para a direita. A imagem abaixo mostra o padrão H das engrenagens.
Quando o motorista quiser engatar a primeira marcha, ele primeiro moverá a alavanca de câmbio do centro (N de 'ponto morto') para a esquerda. O eixo de mudança engatará nos dentes do eixo balladeur da primeira e segunda marchas.
Ao mover a alavanca para cima (para a primeira marcha), o eixo do balladeur é movido para trás (para o canto superior direito da imagem). O garfo de mudança conecta a roda dentada da primeira marcha ao eixo.
Para passar para a segunda marcha, a alavanca deverá ser movida para baixo (para ponto morto). O garfo de mudança quebra a conexão entre o eixo e a engrenagem. Ao mover a alavanca mais para baixo, o mesmo garfo de mudança conectará a outra marcha ao eixo; a segunda marcha está agora engatada. Este eixo balladeura desloca, portanto, o garfo de mudança entre a primeira e a segunda marcha.
Para mudar para a terceira marcha, a roda dentada da segunda marcha deve primeiro ser desengatada do eixo. Para fazer isso, a alavanca deve primeiro ser movida novamente para cima (para a posição neutra). A alavanca deve então ser movida para o centro do padrão H. Ao mover a alavanca da esquerda para o centro, o eixo balladeura da terceira e quarta marchas é engatado. Empurrar a alavanca para frente e para trás fará com que os garfos de mudança da terceira e quarta marchas sejam movidos para frente ou para trás para engatar essas marchas.
Ao passar para a quinta marcha, a alavanca é empurrada totalmente para a direita. O eixo balladeura de quinta marcha e ré está conectado. Para selecionar a quinta marcha, o eixo balladeur é empurrado para frente para permitir que o garfo de mudança conecte a roda dentada ao eixo.
A imagem mostra um mecanismo de comutação. Este mecanismo operado por cabo é usado em carros com bloco de motor transversal. Como as alavancas 1 e 2 são movidas pelo movimento de empurrar ou puxar os cabos, os garfos de mudança são movidos através de uma chamada torre de mudança.
Dispositivo de sincronização:
Se nenhum dispositivo de sincronização for usado, as engrenagens não engrenarão ou rangerão devido à diferença de velocidade. Anéis sincronizadores são usados para garantir um acoplamento suave das engrenagens. Os anéis sincronizadores garantem que as velocidades do eixo e da engrenagem sejam iguais ao ligar. Todas as marchas (1 a 5 ou 6) são sincronizadas, muitas vezes exceto a marcha à ré. Você também notará isso porque a marcha às vezes range quando você engata a marcha à ré. Às vezes, as marchas à ré são sincronizadas.
As engrenagens das engrenagens que não estão engatadas giram livremente em torno do eixo de saída. Engatar uma engrenagem significa, portanto, acoplar uma engrenagem que gira livremente ao eixo de saída. Quando uma marcha é engatada, a velocidade do eixo de saída deve corresponder à velocidade da marcha a ser engatada. O anel sincronizador é conectado ao eixo de saída por meio de rasgos de chaveta e, portanto, gira na mesma velocidade que este eixo de saída. A marcha que precisa ser engatada tem uma velocidade diferente da do eixo de saída e, portanto, também uma velocidade diferente da do sincronizador. Como o garfo seletor se move, ele leva consigo a engrenagem sincronizadora e a parte cônica do anel sincronizador será pressionada contra a superfície cônica interna da engrenagem. As porções cônicas de ambas as peças são pressionadas uma contra a outra, equalizando o atrito entre as superfícies cônicas. Quando não há mais diferença de velocidade entre as duas marchas, a luva de mudança pode ser empurrada para que os dentes deslizem um contra o outro e a marcha seja engatada sem ranger. O sincronizador funciona não apenas ao engatar as marchas, mas também ao mudar de marcha e reduzir a marcha.
É muito ruim para os anéis sincronizadores mudarem muito rapidamente, então pressionar a alavanca com muita força para engrenar uma marcha. O sincronizador não terá tempo para sincronizar. Portanto, é melhor pressionar a alavanca suavemente contra a resistência ao mudar de marcha e apenas pressioná-la até que ela engate quase automaticamente a marcha.
Um anel sincronizador é uma peça de desgaste. O atrito ocorre durante a mudança, portanto a peça se desgastará com o tempo. Com uso normal, o anel sincronizador pode durar a vida útil de um carro, mas com uso inadequado ou mudanças esportivas, os anéis sincronizadores se desgastarão prematuramente. A distância (3) entre o anel sincronizador e a engrenagem na imagem abaixo ficará menor. Isso ocorre porque o anel sincronizador se desgasta na interface onde toca a roda dentada. Esta parte é indicada pela distância 1.
Quando a caixa de engrenagens for desmontada, os anéis sincronizadores podem ser verificados quanto a desgaste. A distância entre o anel sincronizador e a roda dentada pode ser medida com um calibrador de folga. A marcha não deve estar engatada. Quando um anel sincronizador se desgasta, a distância entre o anel sincronizador e a engrenagem fica menor.
O fabricante do carro ou da caixa de câmbio descreve na documentação da oficina qual é o limite de desgaste do anel sincronizador. Se o valor medido for inferior ao valor máximo de desgaste indicado na documentação da oficina, deve ser substituído.
Desmontando a caixa de câmbio:
Esta seção descreve como uma caixa de engrenagens pode ser desmontada. Isso pode fornecer uma boa imagem da aparência real do interior da caixa de câmbio e como as peças da caixa de câmbio podem ser substituídas. Trata-se de uma caixa de velocidades de um carro com tração traseira onde o motor é colocado longitudinalmente.
Vários parafusos podem ser removidos na parte traseira da caixa de engrenagens mostrada. A parte traseira pode então ser removida. Naturalmente, o óleo da caixa de velocidades deve primeiro ser drenado antes de qualquer peça ser desmontada.
O interior com eixos e engrenagens é fixado na parte traseira. O interior completo sai da caixa da caixa de velocidades durante a desmontagem.
O rolamento do eixo secundário pode ser visto na parte interna (no lado direito do furo por onde passa o eixo primário quando montado).
Cinco furos podem ser vistos no lado esquerdo do furo do eixo de transmissão. Esses cinco furos contêm as quatro extremidades dos eixos do baladeiro.
A imagem mostra o eixo de transmissão, as engrenagens e os eixos balladeur com os garfos de mudança. Ao mudar, o eixo balladeur relevante gira e se move, de modo que o garfo de mudança opere o anel sincronizador da engrenagem para engatar a marcha.
Após a remoção dos pinos ou parafusos fixados que conectam os garfos de mudança aos eixos do balladeur, os eixos do balladeur podem ser deslizados para fora. Isso faz com que os garfos de mudança fiquem soltos. Os garfos de mudança podem ser retirados dos eixos.
A imagem abaixo mostra a aparência das engrenagens. Se for necessário substituir engrenagens ou anéis sincronizadores, os eixos deverão ser removidos do outro lado da carcaça da caixa de engrenagens. As engrenagens e o sincronizador devem ser pressionados para fora dos eixos. As novas peças devem então ser pressionadas de volta no eixo.
Para verificar se os anéis sincronizadores ainda estão em ordem, deve-se medir a distância entre a roda dentada e o anel sincronizador. Se a distância for maior que o valor máximo especificado pelo fabricante, o anel sincronizador está desgastado. O anel sincronizador precisará ser substituído. A forma como a medição deve ser realizada está descrita na seção “dispositivo de sincronização” nesta página.
Malha Constante:
Com uma caixa de velocidades Constant Mesh, as engrenagens estão “constantemente” engrenadas entre si. As engrenagens são montadas no eixo de saída e conectadas entre si por meio de luvas de mudança e acoplamentos de garra. A explicação acima sempre discute a caixa de engrenagens Constant Mesh.
Na imagem abaixo, a manga de mudança direita muda para a direita para engatar a primeira marcha e para a esquerda para engatar a segunda marcha.
Malha deslizante:
Estas são palavras em inglês para 'sliding' e 'interlocking'. Com este tipo de transmissão, as marchas são trocadas para selecionar uma marcha específica. Isso ainda é usado hoje em marcha à ré, mas nunca mais em caixas de câmbio modernas, então não iremos muito longe nisso. Os dentes são retos com bisel nas extremidades. Com este tipo de caixa de câmbio você sempre ouvirá rangidos ao mudar de marcha porque obviamente não está sincronizado.
Relações de transmissão:
As relações de transmissão na caixa de engrenagens devem ser calculadas e construídas com precisão. A imagem abaixo mostra a velocidade do veículo no eixo X e a força nas rodas no eixo Y. Percebe-se que a 1ª marcha exerce muita força nas rodas, mas para em baixa velocidade do veículo. Cada marcha depois disso tem menos força nas rodas e uma faixa de velocidade mais alta.
Clique aqui para ir para a página de relações de transmissão, onde todas as relações de transmissão são calculadas através da série geométrica e da série geométrica corrigida (série de Jante) com o fator K.
A velocidade máxima do veículo também pode ser calculada para cada transmissão.
