Tópicos:
- Engrenagem solar, portadora e coroa
- Caixa de velocidades automática
- Transmissões do sistema de engrenagens planetárias
- Calcular a relação de transmissão da primeira marcha
- Calcular a relação de transmissão da segunda marcha
- Calcular a relação de transmissão da terceira marcha
Engrenagem solar, portadora e coroa:
Um sistema de engrenagens planetárias consiste em pelo menos um conjunto de engrenagens, cada uma com uma engrenagem solar, um transportador e uma coroa. Portanto, são necessários conhecimentos básicos sobre a operação do sistema de engrenagens planetárias (como girar a engrenagem solar, o transportador com engrenagens satélites e a coroa, consulte a página caixa de velocidades automática).
Abaixo está a imagem de um conjunto de engrenagens onde a engrenagem solar é verde, o transportador com as engrenagens satélites é azul e a coroa é vermelha. É claramente visível que o conjunto de engrenagens está dividido em dois. O cálculo é feito com equações, então não importa se tudo está dividido por dois. Afinal, as proporções permanecem as mesmas.
Mais adiante nesta página calcularemos as relações Z, D e R. Seguindo as linhas que conectam vários sistemas planetários, a relação de transmissão total da engrenagem relevante pode ser determinada usando as relações de todos os Z, D e R.
Caixa de velocidades automática:
Uma caixa de velocidades automática convencional funciona alternando entre os diferentes sistemas de engrenagens planetárias, consulte o capítulo caixa de velocidades automática.
Abaixo está uma representação esquemática de quatro conjuntos de sistemas de engrenagens planetárias em uma transmissão automática. Existem três sistemas para as marchas à frente e um para a ré. A linha vermelha indica a direção das forças através da transmissão automática; da esquerda (lado motor com conversor de torque) passando pela parte completa com sistemas planetários (linhas pretas) até o acoplamento do eixo propulsor. Se você observar atentamente os sistemas da caixa de câmbio, verá que a imagem acima é derivada deles. Quatro sistemas são usados na caixa de engrenagens, cada um com Z, D e R (engrenagem solar, transportadora e coroa).
Os sistemas de engrenagens planetárias são simétricos acima e abaixo da linha central. Não há outra maneira, porque o interior gira durante a condução. Para entender o que acontece quando uma marcha é engatada, as peças acionadas no sistema planetário da imagem abaixo também foram destacadas em vermelho:
Na imagem acima, a marcha 1 está engatada. Para engatar a marcha 1, uma embreagem deve estar engatada. Este link é mostrado em azul. Com o acoplamento fechado e um lado acionado do sistema planetário, uma peça também deve girar. Nesse caso, as dimensões das peças determinam a relação de transmissão (pense em uma engrenagem de entrada pequena e uma engrenagem de saída grande; a engrenagem grande girará mais lentamente. Se a engrenagem grande tivesse o dobro de dentes que a engrenagem pequena, então a proporção seria de 1:2).
Em princípio, isto também se aplica à transmissão automática; as dimensões da coroa, das engrenagens solares e das engrenagens satélites são diferentes em todos os quatro sistemas. Agora você provavelmente pode imaginar que quando outra embreagem é energizada (por exemplo, o sistema à esquerda), a velocidade do eixo de saída mudou.
Mais adiante nesta página, imagens, explicações e cálculos explicam como os sistemas de engrenagens planetárias na transmissão automática são trocados durante a condução.
Transmissões do sistema de engrenagens planetárias:
Vamos agora dar uma olhada na metade superior da caixa de câmbio (porque a caixa é simétrica acima e abaixo, veja a imagem abaixo). A partir desta imagem determinaremos as transmissões posteriormente na página. Acima dos sistemas diz qual é o número do sistema; de 1 a 3 e sistema R (reverso).
Cada galáxia tem seu próprio Z, D e R. Isso não é mostrado na imagem, mas se você olhar novamente a imagem no topo desta página você a reconhecerá. Isso será considerado conhecido posteriormente nesta página.
No canto inferior esquerdo da imagem você vê o acoplamento “K4”, este acoplamento garante que os dois lados do sistema sejam conectados simultaneamente; o sistema 3 está conectado aos sistemas 1 e 2. Nenhuma outra conexão foi fechada, então todo o sistema está “bloqueado”. A rotação do motor é transmitida 1 para 1 às rodas do veículo, sem relação de transmissão; Chamamos isso de preço direto. Isso está na quarta marcha.
Em carros com caixa de câmbio manual, a quarta marcha também costuma ser de acionamento direto. Também aqui a rotação do motor é transmitida 1 para 1 às rodas.
A diferença na velocidade do eixo de entrada (motor ou conversor de torque) e do eixo de saída (veículo) é chamada de relação de transmissão.
A primeira marcha está engatada.
Ao fixar o suporte do sistema I (usando o acoplamento K1), uma força pode ser transferida da engrenagem solar para o suporte. O transportador está conectado ao veículo, portanto existe agora uma conexão direta entre o motor e a caixa de câmbio. As dimensões das peças determinam uma relação de transmissão (mais sobre isso mais tarde).
A linha vermelha indica a progressão da força. A linha verde indica quais outros componentes estão em execução, pois está diretamente conectado à linha vermelha. Essas peças giram, mas como não há embreagem energizada, nada acontece com elas. Eles simplesmente ficam ociosos. A linha azul mostra o que é fixo quando o acoplamento K1 é energizado. Não apenas o suporte do sistema 1 é então fixado, mas também o suporte do sistema 3 e a engrenagem solar do sistema R são bloqueados.
Conforme explicado, a embreagem K1 é energizada ao engatar a primeira marcha. Ao mudar para a segunda marcha, a embreagem K1 será desengatada e outra embreagem será energizada. Isso pode ser visto na tabela.
Ao mudar para a segunda marcha, a embreagem K2 será energizada. A coroa do sistema 2 é então fixada. Como a engrenagem solar do sistema 2 é fixa e a engrenagem solar é acionada, o transportador irá girar. Este transportador, por sua vez, acionará o sistema 1. No sistema 1, a coroa não está bloqueada desta vez, mas acionada por outro sistema. Nesse caso, a velocidade de saída (linha do veículo) terá, portanto, uma velocidade menor do que quando a primeira marcha foi trocada.
Isso é esclarecido mais adiante nesta página com imagens, explicações e cálculos.
Calcule a relação de transmissão da primeira marcha:
Conforme tabela abaixo, o link K1 está fechado. A coroa está, portanto, travada. A força motriz do motor passa pela engrenagem solar e através do transportador até o veículo. As relações também são fornecidas, ou seja, 1,00 para a engrenagem solar e 3,00 para a coroa do sistema 1. Faremos o cálculo com isso.
A fórmula básica para calcular as relações de transmissão dos sistemas de engrenagens planetárias é a seguinte:
ω significa ómega e é o velocidade angular enquanto gira.
Como calculamos com o sistema 1, colocamos 1 depois de tudo. Alteramos esse número para os seguintes sistemas. Principalmente no caso de sistemas múltiplos (onde um sistema aciona o outro), deve-se observar desta forma, pois caso contrário fica muito confuso.
Abaixo está o diagrama da primeira marcha. Para maior clareza, Z (engrenagem solar), D (transportadora) e R (engrenagem anelar) são desenhados em azul.
Agora preenchemos a fórmula básica do primeiro sistema. Os ômegas são desconhecidos e o usuário fica parado. Portanto, não podemos preencher nada para isso. O Z1 e o D1 são conhecidos, então iremos preenchê-los. R1 está parado, então riscamos isso. Não acrescentamos nada à fórmula.
Agora você vê que a relação de transmissão da primeira marcha é 4.
Na tecnologia automotiva isso nunca acontece, estaria sempre um pouco acima ou abaixo de 4, pois caso contrário as engrenagens sempre se tocam nas mesmas superfícies (desgaste extra). Mas aqui é mais fácil calcular como exemplo. Agora você também pode ver que os ômegas são conhecidos!
ωZ1 = 4
ωD1 = 1
Esses ômegas são as velocidades angulares dos eixos do sistema. Os ômegas não são realmente importantes na primeira marcha, mas no cálculo de sistemas de acionamento duplo (como ficará claro na segunda marcha), eles são importantes.
Calcule a relação de transmissão da segunda marcha:
No cálculo da relação de transmissão da segunda marcha, deve-se levar em consideração que o primeiro sistema é de acionamento duplo; a engrenagem solar do sistema 1 é acionada pelo motor e o transportador é acionado pelo sistema 2. Isso agora resulta em uma velocidade do veículo diferente da situação em que a coroa estava parada (como na primeira marcha).
Ao calcular sempre começamos com o sistema que é apenas acionado. Neste caso é o sistema 2, pois é acionado apenas pelo motor através da engrenagem solar.
A transmissão realizada pelo segundo sistema é 5,1. Esta não é a transmissão entre o motor e as rodas, mas sim entre o motor e o sistema 1. Agora vamos calcular a relação de transmissão do sistema 1 com os dados do sistema 2, pois os ômegas já são conhecidos:
ωZ2 = 4,1
ωD2 = 0,8
Se você olhar agora o diagrama, verá que as engrenagens solares dos sistemas 1 e 2 estão conectadas entre si. O transportador do sistema 2 e a coroa do sistema 1 também estão conectados entre si. Os ômegas das partes conectadas são iguais, então podemos dizer:
ωZ2 = ωZ1 = 4,1
ωD2 = ωR1 = 0,8
É muito importante que isso seja analisado com atenção! Siga sempre as linhas do diagrama.
Agora inserimos esses ômegas no cálculo do sistema 1.
Agora podemos determinar a relação de transmissão final dividindo o ômega de entrada pelo ômega de saída. Se olharmos o diagrama, vemos que o ômega do sistema de engrenagem solar 2 está entrando e o ômega do sistema transportador 1 está saindo.
A relação de transmissão total da 2ª marcha é, portanto, 2,52.
Calcule a relação de transmissão da terceira marcha:
No cálculo da terceira marcha, deve-se levar em consideração que os três sistemas funcionam juntos. Sempre comece com o sistema de acionamento único. Neste caso é o terceiro:
A engrenagem solar do sistema 3 é fixa, portanto não participa. Em seguida, insira o restante de todos os valores:
Com isso obtemos:
Depois vamos para o sistema 2. Você insere os ômegas conhecidos do sistema 3 no cálculo do sistema 2:
Agora vamos para o sistema 1. Aqui também são inseridos os ômegas conhecidos:
Em última análise, obtemos:
Isso significa que a relação de transmissão total da terceira marcha é 1,38.
Calcule a relação da quarta marcha:
Na quarta marcha, a embreagem K4 está fechada. Isto significa que as engrenagens solares dos sistemas 1, 2 e 3 estão simultaneamente acopladas ao motor. Todo o sistema agora está bloqueado. Todos os ômegas são iguais.
Se todos os ômegas forem iguais, nenhuma relação de transmissão será possível. A rotação do motor é transmitida diretamente às rodas. Chamamos isso de preço direto.
